Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá khả năng sử dụng cát nghiền nguồn gốc đá vôi cho cột BTCT chịu nén

Trong bài viết này, việc sử dụng cát nghiền nhân tạo nguồn gốc đá vôi được nghiên cứu thay thế cát tự nhiên trong sản xuất bê tông cấp độ bền chịu nén B20. Với mục đích đánh giá khả năng thích ứng của bê tông sử dụng cát nghiền nhân tạo với hệ thống tiêu chuẩn thiết kế kết cấu BTCT của Việt Nam, nghiên cứu thực nghiệm được phân tích dựa trên các thí nghiệm bao gồm: (i) nén mẫu lập phương xác định cường độ chịu nén, (ii) nén mẫu trụ xác định mô đun đàn hồi,...

Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, NUCE 2021 15 (3V): 93–103 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG CÁT NGHIỀN NGUỒN GỐC ĐÁ VÔI CHO CỘT BTCT CHỊU NÉN Lê Việt Dũnga,∗, Tống Tôn Kiênb , Đỗ Trọng Thànhc , Nguyễn Bá Lâmd a Khoa Xây dựng Dân dụng & Công nghiệp, Trường Đại học Xây dựng, 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam b Khoa Vật liệu Xây dựng, Trường Đại học Xây dựng, 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam c Sở xây dựng Hải Phòng, 32 đường Lý Tự Trọng, quận Hồng Bàng, Hải Phịng, Việt Nam d Cơng ty CP Kiến trúc Đầu tư Xây dựng BNB Việt Nam, Khu Đô Thị Mới Văn Quán, A14-TT10, phường Văn Quán, quận Hà Đông, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 06/05/2021, Sửa xong 31/05/2021, Chấp nhận đăng 03/06/2021 Tóm tắt Trong báo này, việc sử dụng cát nghiền nhân tạo nguồn gốc đá vôi nghiên cứu thay cát tự nhiên sản xuất bê tông cấp độ bền chịu nén B20 Với mục đích đánh giá khả thích ứng bê tông sử dụng cát nghiền nhân tạo với hệ thống tiêu chuẩn thiết kế kết cấu BTCT Việt Nam, nghiên cứu thực nghiệm phân tích dựa thí nghiệm bao gồm: (i) nén mẫu lập phương xác định cường độ chịu nén, (ii) nén mẫu trụ xác định mô đun đàn hồi, (iii) kéo tuột (Pull-out test) xác định lực dính cốt thép-bê tơng, (iv) nén mẫu cột kích thước 20 × 20 × 100 cm đến phá hoại Kết nghiên cứu bước đầu cho thấy ổn định cường độ chịu nén bê tông sử dụng cát nghiền nhân tạo hai mức độ: (i) mức độ đạt cường độ nén mẫu (ii) mức độ giảm mạnh cường độ nén bê tông chuyển từ mẫu nén lập phương 15 × 15 × 15 cm sang mẫu cấu kiện cột BTCT chịu nén kích thước 20 × 20 × 100 cm Từ khố: cát nghiền nhân tạo; đá vơi; thí nghiệm pull-out; cột BTCT; nén dọc trục EXPERIMENTAL RESEARCH TO ESTIMATE THE APPLICATION OF CRUSHED LIMESTONE SAND FOR CONCRETE OF AXIAL LOADING R-C COLUMN Abstract In this paper, the artificial sand obtained by crushing limestone was investigated to replace the natural sand for producing concrete of class B20 This research aimed to evaluate the adaptability of concrete using crushed sand to the Vietnamese reinforced concrete structural design standards Four series of experiments were conducted: (i) compressive test of cube specimen to determine the compressive strength, (ii) compressive test of cylinder specimen to determine the elasticity modulus, (iii) pull-out test to determine the bond strength between concrete-reinforcement and, (iv) axial compressive test of reinforced concrete column with dimension of 20 × 20 × 100 cm The obtained results show the instability of compressive strength of the crushed sand concrete This instability was observed on two scales: (i) first related to the compressive strength determination and (ii) second related to the significant reduction of concrete compressive strength in comparison between 15 × 15 × 15 cm cube specimen and 20 × 20 × 100 cm reinforced concrete column sample Keywords: crushed sand; limestone; pull-out test; reinforced concrete column; axial loading https://doi.org/10.31814/stce.nuce2021-15(3V)-08 © 2021 Trường Đại học Xây dựng (NUCE) ∗ Tác giả đại diện Địa e-mail: dunglv@nuce.edu.vn (Dũng, L V.) 93 Dũng, L V cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Đặt vấn đề Số liệu thống kê từ tỉnh, thành phố cho thấy nhu cầu sử dụng cát xây dựng Việt Nam khoảng 120-130 triệu m3 /năm, nhu cầu cát san lấp giai đoạn 2016 - 2020 2,1 đến 2,3 tỷ m3 , dự trữ cát xây dựng cát san lấp dự báo 2,1 tỷ m3 Dự báo nguồn cung cát tự nhiên từ khu vực khai thác hợp pháp đáp ứng khoảng 40 – 50% nhu cầu [1] Như vậy, đến năm 2020, nước ta không đủ nguồn cung cát xây dựng tự nhiên phục vụ nhu cầu địa phương Một số tỉnh xảy tình trạng khan cát tự nhiên giá cát tăng cao tác động không nhỏ đến hoạt động xây dựng Do đó, việc nghiên cứu sử dụng thay cát tự nhiên cát nghiền nhân tạo giải pháp hiệu kinh tế mà cịn mơi trường sinh thái [2, 3] Trên giới, nhiều tiêu chuẩn ban hành hướng dẫn cho việc sử dụng cát nghiền cho sản xuất bê tông, tiêu chuẩn BS:882-1992 Anh [4], P18-540 Pháp [5], ASTM C33-90 Mỹ [6] Ở số nước, nơi mà có nhu cầu lớn sử dụng cát nghiền nhân tạo thay dần cát tự nhiên khai thác từ lịng sơng, nhiều nghiên cứu tiến hành so sánh để đánh giá đặc tính học bê tơng sử dụng cát nhân tạo thay cát tự nhiên Nghiên cứu thực nghiệm Sahu [7], Ilangonava [8] đánh giá cường độ chịu kéo, nén mô đun đàn hồi bê tơng sử dụng cát nghiền có khả đạt tới giá trị tương đương với bê tông sử dụng cát tự nhiên Khi quan sát vi cấu trúc cát nhân tạo phương pháp chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM- Scanning electron microscopy), Vijaya [9] rõ bề mặt gồ ghề với nhiều góc nhọn cát nghiền, với hình dáng hạt dài so với bề mặt mịn hình dáng cầu cát tự nhiên Trạng thái bề mặt cát nghiền cho phép tạo liên kết tốt bề mặt hạt cát với lớp đá xi măng xếp hạt với chặt khít hơn, làm giảm độ rỗng bê tơng Tuy nhiên, hình dáng dài góc cạnh hạt cát nghiền lại cho độ bền hạt thấp khả nứt vỡ cao so với cát tự nhiên Do đó, việc kiểm sốt chất lượng bê tông sử dụng cát nghiền thay cát tự nhiên phụ thuộc nhiều vào dây chuyền nghiền sàng, tuyển cát nghiền chất lượng đá gốc khai thác theo khu vực khác giới vùng lãnh thổ Hiện nước ta, xu sử dụng cát nghiền nhân tạo thay cát tự nhiên sản xuất bê tông nhận quan tâm lớn nhà nước địa phương TCVN 9205:2012 [10], TCVN 9382:2012 [11] ban hành yêu cầu kỹ thuật, hướng dẫn việc sử dụng cát nhân tạo sản xuất bê tông vữa Chất lượng nguồn gốc đá nguyên khối hay sỏi nghiền dọc theo lãnh thổ Việt Nam thay đổi đa dạng, ảnh hưởng đến chất lượng cát nhân tạo vùng Nhiều nghiên cứu nước tiến hành đánh giá đặc tính học bê tông sử dụng cát nhân tạo thay cát tự nhiên sản xuất vữa bê tông, nhằm đánh giá khả ứng dụng bê tông đầm lăn cho cơng trình hạ tầng đường giao thơng đập thủy điện [12–17] Tuy nhiên, khả thay bê tông thường bê tông sử dụng cát nhân tạo thiết kế thi công cấu kiện chịu lực nhà cao tầng BTCT chưa làm sáng tỏ, kiểm chứng phù hợp theo tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tơng cốt thép TCVN 5574:2018 [18] Vì vậy, việc nghiên cứu đánh giá khả sử dụng bê tông dùng cát nghiền nhân tạo từ đá vôi lĩnh vực thiết kế thi công nhà cao tầng BTCT sở hỗ trợ cho kỹ sư, cán nghiên cứu làm việc lĩnh vực tư vấn thiết kế, quản lý dự án thi cơng cơng trình cần thiết Trong nội dung báo này, cát nhân tạo nghiền từ đá vôi khai thác Hà Nam sử dụng phân tích nghiên cứu 94 Dũng, L V cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Nghiên cứu thực nghiệm 2.1 Cấp phối bê tông Với mục đích nghiên cứu khả ứng dụng cát nghiền nguồn gốc đá vôi thay cát tự nhiên (cát vàng) cho cấu kiện chịu lực BTCT thông thường, hai cấp phối bê tông thiết kế cho hai chủng loại cát đảm bảo cấp độ bền B20, với độ sụt yêu cầu SN = 4±2 cm Thành phần cấp phối xác định theo nguyên tắc thể tích tuyệt đối theo phương trình sau [11, 19]: X N C D + + + + A = 1000 ρX ρN ρX ρD (1) đó, X, N, C, D khối lượng (kg) dùng Xi măng, Nước, Cát Đá; ρX , ρN , ρC , ρD khối lượng riêng Xi măng, Nước, Cát Đá; A hàm lượng bọt khí hỗn hợp bê tông (nghiên cứu chọn sơ A = 1% - tương ứng 10 lít/m3 bê tơng) Tỷ lệ đá hai loại cát tự nhiên (CTN) cát nghiền nhân tạo (CN) xác định sở thí nghiệm xác định thành phần hỗn hợp hạt cốt liệu hợp lý đảm bảo có xếp chặt chẽ nhất, theo phương pháp khối lượng thể lèn chặt lớn Hai cấp phối bê tông sử dụng nghiên cứu xác định bước đầu Viện Nghiên cứu ứng dụng Vật liệu Xây dựng nhiệt đới – trường Đại học Xây dựng (Bảng 1) Hai loại cấp phối sau sử dụng triển khai nghiên cứu mở rộng sang mơ hình cấu kiện: (i) lực bám dính thép-bê tơng (ii) cấu kiện cột BTCT chịu nén tâm Bảng Thành phần cấp phối hỗn hợp bê tông sử dụng CTN CN Khối lượng VL cho m3 bê tông (kg) STT Loại Bê tông Cấp độ bền chịu nén B Xi măng CTN CN Đá 1×2 Nước CTN CN 20 20 330 330 800 0 800 1050 1050 185 220 2.2 Thí nghiệm xác định tính chất lý bê tơng Tổng cộng 30 mẫu thí nghiệm xác định cường độ chịu nén mô đun đàn hồi thời điểm 7, 14 28 ngày tuổi bê tông sử dụng hai loại cát CTN CN, đó: 24 mẫu lập phương 15 × 15 × 15 cm xác định cường độ chịu nén cho hai loại bê tơng (Hình 1), mẫu trụ 15 × 30 cm xác định mơ đun đàn hồi cho hai loại bê tông Các mẫu sau đúc xong ngâm nước bảo dưỡng phịng thí nghiệm đến tuổi thí nghiệm 2.3 Thí nghiệm xác định lực bám dính bê tơng cốt thép Mẫu thí nghiệm xác định lực dính thiết kế theo dẫn Rilem 7-II-128 [20] Theo mẫu thí nghiệm thiết kế gồm thép Φ14 neo đoạn dài 5Φ = cm mẫu bê tông khối lập phương 15 × 15 × 15 cm (Hình 2) Một đầu thép để thừa khỏi mẫu bê tông khoảng cm để đo chuyển vị thép thí nghiệm Phần đầu thép lồng ống nhựa để khơng bám dính với bê tơng Thí nghiệm lực dính bê tơng cốt thép xác định 28 ngày sau đúc mẫu Tổng cộng có mẫu cho thí nghiệm cho hai loại bê tông 95 120 121 122 123 CN, đó: 24 mẫu lập phương 15 x 15 x 15 cm xác định cường độ chịu nén cho hai loại bê tơng (Hình 1), mẫu trụ 15 x 30 cm xác định mô đun đàn hồi cho hai loại bê tông Các mẫu sau đúc xong ngâm nước bảo dưỡng phịng thí nghiệm đếnDũng, tuổiL.thí V vànghiệm cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng 124 125 126 128 Mẫu thí nghiệm xác định lực dính thiết kế theo dẫn Rilem 7-II129 128 [20] Theo mẫu thí nghiệm thiết kế gồm thép 14 neo 130 đoạn dài 5 = cm mẫu bê tông khối lập phương 15 x 15 x 15 cm 131 (Hình 2) Một đầu thép để thừa khỏi mẫu bê tông khoảng 5cm để đo 132 chuyển vị thép thí nghiệm Phần đầu thép lồng 133 ống nhựathử để không bám hỗn với bê Thí lực dính bê tơng và15 Hình Thí1.nghiệm tính chất hợp bêtơng tơng vànghiệm đúc lậpvà phương × 15khối × 15 cm Hình Thí nghiệm thửdính tính chất hỗn hợpmẫu bêkhối tơng đúc cốt mẫu lập 134 thép xác định 28xác ngày sau đúc mẫu Tổng cộng có mẫu cho thí định cường độ chịu nén phương15 x bê 15tơng x 15 cm xác định cường độ chịu nén 135 nghiệm cho hai loại 127 2.3 Thí nghiệm xác định lực bám dính bê tơng cốt thép 136 137 Hình Mẫu thí nghiệm lực dính cốt thép với khối lập phương15x15x15cm Hình Mẫu thí nghiệm lực dính cốt thép với khối lập phương15 × 15 × 15 cm 138 2.4 Thí nghiệm cột BTCT chịu nén tâm 139 Thí nghiệm nén tâm thực mẫu cột BTCT, kích thước 2.4 Thí nghiệm nén tâmmm (2 mẫu sử dụng CTN, mẫu sử dụng CN) 140 cột tiếtBTCT diện 200chịu x 200 mm,đúng dài 1000 141 Cột BTCT thí nghiệm thiết kế sau: cốt dọc 414 dùng thép CB300-V, Thí nghiệm nén tâm thực mẫu cột BTCT, kích thước tiết diện 200 × 200 mm, 142 cốt đai 6a200 kết hợp a100 gia cường đầu cột sử dụng thép CB240T (Hình 3) dài 1000 mm143(2 mẫu sử dụng CTN, mẫu sử dụng CN) Cột BTCT thí nghiệm thiết kế Mỗi cột gắn sensor đo biến dạng: sensor gắn đo biến dạng cốt thép, sau: cốt dọc 144 4Φ14 bố dùng thép CB300-V, cốt2đai Φ6a200 a100 gia nằm cường đầu cột sử dụng thép trí cho cốt đối diện; sensor dánkết trênhợp bề mặt bê tơng, CB240T (Hình 3) Mỗi cột gắn sensor đo biến dạng: sensor gắn đo biến 145 cột hai mặt đối diện Các mẫu cột đúc xong bảo dưỡng tưới nướcdạng cốt thép, 146 147 khuôn đến ba ngày, sau tháo khn để khơng khí phịng thí nghiệm LAS - XD125 cho gần giống với điều kiện thi công thực tế công trường 148 149 150 151 152 153 154 Hệ thống thiết bị lắp đặt cho thí nghiệm nén cột thể Hình 4: (i) tải trọng kiểm soát qua LoadCell, với tốc độ gia tải trung bình 28±2 kN/s Thí nghiệm gia tải dừng lại quan sát thấy bê tông bụng cột bị phá hoại tách kèm tượng ổn định cốt thép dọc; (ii) đầu đọc biến dạng nối trực tiếp với máy đọc tự động với độ đo 10-6 mm; (iii) đầu cột bố trí đệm cao su dày 1,5 cm để đảm bảo truyền lực tốt lực ép vào mặt phẳng đầu cột 155 156 157 Hình kích thước thước 200 200×x 200 200 mm, mm,dài dài1000 1000mm mm Hình3 Mẫu Mẫu cột cột BTCT BTCT thí thí nghiệm nghiệm kích 96 Dũng, L V cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng bố trí cho cốt đối diện; sensor dán bề mặt bê tông, nằm cột hai mặt đối diện Các mẫu cột đúc xong bảo dưỡng tưới nước khn đến ba ngày, sau tháo khn 156để khơng khí phịng thí nghiệm LAS - XD125 cho gần giống với điều kiện thi công thực tế tại157 cơng trường Hình Mẫu cột BTCT thí nghiệm kích thước 200 x 200 mm, dài 1000 mm 158 159 Hình tâm tâm cột cột200 200×x 200 200mm, mm,dài dài1000 1000mm mm Hình4.4.Lắp Lắpđặt đặt thí thí nghiệm nghiệm nén nén 160 Kết Thảo luận Hệ lắp đặt độ chochịu thí nghiệm nénđun cộtđàn Hình 4: (i) tải trọng 161thống thiết 3.1.bị Cường nén Mô hồithể củahiện bê tông kiểm soát qua LoadCell, với tốc độ gia tải trung bình 28±2 kN/s Thí nghiệm gia tải dừng lại quan 162 bê tông Sau khicột đúc, mẫu bảokèm quản điềumất kiệnổnkhí hậucủa thí (ii) đầu sát thấy bụng bị phá hoại tách tượng định cốtphòng thép dọc; nghiệm mẫu nước bảo sau độ khiđo tháo khuôn ngày tuổicột bố đọc 163 biến dạng đượcvànối trựcđược tiếpngâm với máy đọc tựdưỡng động với 10-6 mm;Tại (iii)các đầu 164 7, 14 28 ngày, tổ mẫu lập phương mẫu trụ nén xác định cường trí đệm cao su dày 1,5 cm để đảm bảo truyền lực tốt lực ép vào mặt phẳng độ đầu cột 165 chịu nén mô đun đàn hồi theo TCVN 3118:1993 ASTM C469/ C469M 166quả14e1 Kết Kết Thảo luậnthí nghiệm thể Hình 167 3.1 Cường độ chịu nén Mô đun đàn hồi bê tông Sau đúc, mẫu bảo quản điều kiện khí hậu phịng thí nghiệm mẫu ngâm nước bảo dưỡng sau tháo khuôn Tại ngày tuổi 7, 14 28 ngày, tổ mẫu lập phương mẫu trụ nén xác định cường độ chịu nén mô đun đàn hồi theo TCVN 3118:1993 ASTM C469/ C469M - 14e1 Kết thí nghiệm thể Hình 6 thường sử dụng cát tự nhiên CTN đạt cấp độ Từ Hình cho thấy, kết thí nghiệm bê tông bền B20 tuổi 28 ngày theo cấp phối thiết kế (Rtb 28 = 26,2 MPa so với giá trị thiết kế 25 MPa) Tuy nhiên với bê tông sử dụng cát nghiền nhân tạo (CN), cường độ chịu nén trung bình tuổi 28 ngày đạt lớn 157% so với dự kiến (Rtb 28 = 39,3 MPa so với giá trị thiết kế 25 MPa) Sự ảnh hưởng loại cát đến cường độ nén mô đun đàn hồi bê tông cịn quan sát rõ đối chiếu hai hình Hình Về tiêu cường độ, Hình cho thấy cường độ bê tông phát triển nhanh ngày đầu, sau giảm dần sau 14 28 ngày Tuy nhiên Hình 6, nhận thấy tiêu độ cứng (mô đun đàn hồi) bê tông sử dụng cát nghiền cho tốc độ phát triển 14 ngày đầu, sau giảm dần đạt ổn định tương đối 28 ngày tuổi Điều cường độ nén mơ đun đàn hồi tuổi sớm phụ thuộc chủ yếu vào cường độ bám dính bề mặt hạt cốt liệu lớp đá chất kết dính xi măng bê tơng, cịn tuổi muộn tính chất lại phụ thuộc chủ yếu vào cường độ lớp đá xi măng, cường độ bám dính cốt liệu - xi măng cường độ cốt liệu [21] Trong bê tông sử dụng cát nghiền, cường độ bám dính hạt cát đá xi măng cao phát triển nhanh so với bê tông sử dụng cát tự nhiên 97 Dũng, L V cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng 168 168 169 Hình Biểu đồ phát triển cường độ chịu nén trung bình theo thời gian bê 169 Hình Biểu đồ phát triển cường chịu nén trung bìnhtheo theothời thờigian gian bê đồ phát triển cường độ độ chịu nén bình 170 Hình Biểutơng sử dụng cát tự nhiên (CTN) vàtrung cát nghiền nhân tạo (CN) bê tông 170 tông sử dụng cát tự nhiên (CTN) cát nghiền nhân tạo (CN) sử dụng cát tự nhiên (CTN) cát nghiền nhân tạo (CN) 171 171 172 172 173 174 173 174 175 Hình Biểu đồ phát triển mô đun đàn hồi theo thời gian bê tơng sử dụng cát Hình Biểu đồ phát triển mô đun đàn hồi theo thời gian bê tơng tựcát nhiên (CTN) nghiền nhângian tạo (CN) Hình Biểu phát triển mô đun đàncát hồi theo thời củatạo bê tông sửđồ dụng tự nhiên (CTN) cát nghiền nhân (CN)sử dụng cát tự nhiên (CTN) cát nghiền nhân tạo (CN) 175 Từ Hình cho thấy, thí nghiệm bê tơng thường sử dụng cát tự 3.2 Lực176 bám dính bê 5tơng cốtkết thép tb 177 nhiên cấp thấy, độ bền tuổi 28 ngày cấp phốisửthiết kế cát ( R28tự 176 Từ CTN Hình đạt cho kếtB20 quảởthí nghiệm củatheo bê tơng thường dụng 178 nhiên =26,2CTN MPađạt so cấp với giá trị thiết Tuy theo nhiênnhư vớicấp bê tông dụng 177 độ bền B20kếở 25 tuổiMPa) 28 ngày phối sử thiết kế cát ( R28 Lực bám dính trung bình bê tông cốt thép xác định theo công thức (2): tb 178 P Tuy nhiên với bê tông sử dụng cát =26,2 MPa so với giá trị thiết kế 25 MPa) τ= π.Φ.l (2) P lực kéo (hoặc nén) làm cốt thép tụt ra7 khỏi bê tơng; Φ đường kính thép, Φ = 14 mm; l chiều dài đoạn cốt thép neo bê tông, l = 70 mm Quan hệ lực kéo P trạng thái gây tuột thép khỏi mẫu bê tông thể Hình cho hai loại bê tơng nghiên cứu Kết phân tích cho thấy lực bám dính cốt thép hai loại bê tông tương đồng: với bê tông sử dụng cát nghiền CN cho lực dính cao so với bê tơng cát tự nhiên CTN khoảng 6% (Bảng 2) Điều chứng tỏ đặc tính bề mặt nhám ráp CN làm tăng khả liên kết bám dính lớp bê tông bề mặt cốt thép 98 Dũng, L V cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng 206 207 206 208 207 209 208 Hình Biểu đồ quan hệ lực kéo chuyển vị trượt thép – bê tông sử dụng CTN Hình hệgiữa giữalực lựckéo kéo chuyển vị trượt – bêsử tơng sửCTN dụng Hình7.7.Biểu Biểu đồ đồ quan quan hệ vàvà chuyển vị trượt thép thép – bê tơng dụng CTN 209 210 211 Hình giữalực lựckéo kéovàvàchuyển chuyển vị trượt bê sử tông sử CN dụng Hình8.8.Biểu Biểuđồ đồquan quan hệ hệ vị trượt thépthép – bê – tông dụng 210 212 CN Bảng Kết đo lực dính cốt thép – bê tơng sử dụng CTN CN 211 Hình Biểu đồ quan hệ lực kéo chuyển vị trượt thép – bê tông sử dụng 213 212 CN Tên mẫu 214 Loại Bảng Kết đo lực dínhKết cốt thép – bê tơng sử dụng CTN CN bê tông 213 M1 M2 M3 214 Tên mẫu CTN Lựclực kéodính tụt cốt thép, (KN) 54,28 Bảng đo cốt – bê tông sử60,28 dụng CTN 67,58 CN Loại2.bêKết tông Kết quảPthép Lực bám dính, τi (MPa) 19,60 22,00 M1 M2 M317,60 Tên19,80 mẫu Lực bám dính, τtb (MPa) LoạiCTN bê tơng Lực kéo tụt cốt Kếtthép, P (KN) 60,28 67,58 54,28 M1 M2 M362,78 CN Lực kéo tụt cốt thép, P (KN) 67,88 63,98 CTN Lực bám dính, τi (MPa) (MPa) Lực bám kéo tụt cốtτ thép, P (KN) Lực dính, tb (MPa) 99 22,10 60,28 20,80 67,58 21,10 20,40 54,28 219 220 221 uốn dọc cốt thép dọc hai cốt đai a200 (Hình 9) Đây trạng thái phá hoại nén tâm theo lý thuyết thực nghiệm [22] Kết thí nghiệm đo trạng thái giới hạn phá hoại tổng hợp thống kê Bảng 222 Bảng Kết lực nén phá hoại cột BTCT sử dụng cát CTN CN Dũng, L V cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Lực nén phá hoại mẫu cột tuổi 28 ngày (T) Loại bê tơng 3.3 Thí nghiệm cột BTCT chịu nén tâm Mẫu Mẫu Trung bình Kết thí nghiệm cho thấy, trạng thái giới hạn cường độ, bê tông cột bị phá vỡ cột CTN 128,9 Đồng thời phá hoại cho quan sát thấy trạng thái mất127,6 ổn định uốn dọc128,25 cốt thép dọc hai CN trạng thái cốt đai a200 (Hình 9) Đây phá hoại nén tâm theo lý thuyết thực nghiệm [22] 107,36 116,75 112,055 Kết thí nghiệm đo trạng thái giới hạn phá hoại tổng hợp thống kê Bảng 223 224 225 Hình Trạng thái phá hoại cột chịu nén tâm – Mẫu bó đai Hình Trạng thái phá hoại cột khithép chịuđỉnh nén tâm – Mẫu bó đai thép đỉnh cột 226 10cột 227 Quan sát đường cong tải trọng-biến dạng hai Hình 10 11 nhận thấy: Bảng Kết lực nén phá hoại cột BTCT sử dụng cát CTN CN 228 (i) biến dạng bê tông cốt thép cho mẫu cột tương đồng nhau, thể 229 làm việc đồng thời hai vật liệu lực bám dính phát huy tốt Lực nén phá hoại mẫu cột tuổi 28 ngày (T) 230 Loại bêtrong tôngquá trình truyền lực cốt thép bê tơng sử dụng hai loại cát CTN cát Mẫu biến dạng nén củaMẫu cột đạt giá trị tương Trung bình 231 CN; (ii) Tại trạng thái phá hoại, bê tơng 232 CTN đồng (Hình 10) Cụ thể bê tơng biến dạng co ngắn 0,14±0,02 % cho cột sử dụng 128,90 127,60 128,250 233 CN CTN, biến co ngắn 0,15±0,02% cho cột sử dụng cát CN 107,36 116,75 112,055 234 235 236 Hình10 10.Biểu Biểuđồ đồso sosánh sánh quan quan hệ hệ Hình tải tải trọng trọngvà vàbiến biếndạng dạngbêbêtông tôngcộtcột 237 238 100 Dũng, L V cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Quan sát đường cong tải trọng-biến dạng hai Hình 10 11 nhận thấy: (i) biến dạng bê tông cốt thép cho mẫu cột tương đồng nhau, thể làm việc đồng thời hai vật liệu lực bám dính phát huy tốt trình truyền lực cốt thép bê tông sử dụng hai loại cát CTN cát CN; (ii) Tại trạng thái phá hoại, biến dạng nén bê tông cột đạt giá trị tương đồng (Hình 10) Cụ thể bê tơng biến dạng co ngắn 0,14±0,02% cho cột sử dụng CTN, biến co ngắn 0,15±0,02% cho cột sử dụng cát CN 239 240 Hình11 11.Biểu Biểuđồ đồso so sánh sánh quan quan hệ thép cộtcột Hình hệ giữa tải tảitrọng trọngvàvàbiến biếndạng dạngcốtcốt thép 241 Quan sát giá trị tải trọng giới hạn đo trạng thái cột bị phá hoại cho hai loại bê tông, so sánh với 242 Quan sát giá trị tải trọng giới hạn đo trạng thái cột bị phá hoại cho hai loại giá trị tải thí nghiệm giới hạn xác định theo TCVN 5574:2018 [18] nêu Bảng nhận thấy: 243 bê tông, so sánh với giá trị tải thí nghiệm giới hạn xác định theo TCVN 5574- So với giá trị giới hạn xác định theo tiêu chuẩn TCVN 5574:2018 [18] sử dụng cường độ vật 244 2018 [18] nêu Bảng nhận thấy: liệu xác định trực tiếp mẫu (bê tơng, cốt thép), kết thí nghiệm xác định lực nén giới hạn với - Sobê vớitông giá trị hạn xác định TCVN [18] mẫu245 cột sử dụng cátgiới nghiền nhân tạotheo chotiêu giáchuẩn trị nhỏ hơn,5574-2018 thiên thiếu an toàn 246 sử dụng cường độ vật liệu xác định trực tiếp mẫu (bê tông, cốt thép), kết - So sánh giá trị lực nén giới hạn xác định theo thực nghiệm hai loại bê tơng sử dụng CTN 247và CN thí nghiệm nén kết giới hạn với mẫu cột sử bê tông cát lại nghiền (128.3 T) (112.1xác T),định đối lực chiếu néntrên mẫu theo xu dụng hướng ngược cường độ nén 248 nhân tạo cho giá trị nhỏ hơn, thiên thiếu an tồn trung bình bê tông sử dụng CN lớn gấp 39,3/26,2 = 1,5 lần so với BT sử dụng CTN, nhận thấy 249 So sánhđộ giáchịu trị lực néncủa giớibêhạn xácCN địnhkhi theochuyển thực nghiệm haithước loại bêmẫu thí nghiệm suy giảm mạnh về-cường nén tơng đổi từgiữa kích 250 dụng kích CTN thước (128.3 cấu T) vàkiện CN (112.1 T), giảm đối chiếu mẫu theođến xu độ đồng (15 × 15 × 15tơng cm)sửsang Sự suy nàykết cóquả thểnén liên quan 251 hướng ngược lại cường độ nén trung bình bê tông sử dụng CN lớn gấp mẫu cột q trình bảo dưỡng [15], làm giảm mức độ thủy hóa xi măng dính kết bê tông.252 39,3/26,2 = 1,5 lần so với BT sử dụng CTN, nhận thấy suy giảm mạnh 253 cường độ chịu nén bê tông CN chuyển đổi từ kích thước mẫu thí nghiệm Bảng So (15 sánhx kết tải trọng nghiệm nénsuy cộtgiảm BTCT haiquan loại cát 254 15 xquả 15 cm) sang phá kíchhoại thướcthícấu kiện Sự nàysử códụng thể liên đếnCTN CN 255 độ đồng mẫu cột trình bảo dưỡng [15], làm giảm mức độ hạn dính chảykết Lực nén giới hạn Lực nén giới Độ sai lệch 256 thủy hóaGiới xi măng bê tông Mẫu cột BTCT đo xác định theo hạn xác định thí nghiệm so sử 257 dụng Bảng So sánh kết tải trọng phá hoại thí nghiệm nén cột BTCT sử dụng hai cốt thép dọc Φ14 TCVN với tiêu chuẩn 258 loại cát5574:2018 CTN CN[18] theo thí nghiệm Bê tơng CTN 353 (MPa) Mẫu cột Giới hạn chảy Bê tông CNBTCT sử353 đo (MPa) 115 (T)∗ 128,3 (T) +12% Lực nén giới ∗ Lực nén giới Độ sai lệch 163 (T) 112,1 (T) −30% hạn xác định hạn xác định thí ∗ dụngđịnh theo cốt TCVN thép dọc theo [18] TCVN theo thí nghiệm Lực nén giới hạn xác 5574:2018 xác định theo công nghiệm thức: Nso ϕ Rb Ab + R sc A s,t , u =với đó: (i) ϕ = 0, 925 cho cột có L/h = chịu tải trọng[17] tức thời; (ii) nhằm đánh giá trực tiếp thay đổi cường 5574-2018 tiêu chuẩn độ nén mẫu chuyển sang kích thước cấu kiện, giá trị Rb cho hai loại bê tông CTN CN lấy theo giá 12 trị cường độ chịu nén trung bình 28 ngày tuổi xác định mục 3.1 101 Dũng, L V cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Kết luận Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá khả thay cát tự nhiên cát nhân tạo nghiền từ đá vôi đạt số kết sau: - Kết thí nghiệm cường độ nén 28 ngày tuổi bê tông sử dụng cát nghiền vượt 157% so với giá trị thiết kế thiết kế cấp phối cho bê tông B20 theo TCVN 9382:2012 [11] Kết đo cho thấy biến động lớn kết thí nghiệm mẫu thử lập phương - Nghiên cứu thí nghiệm cấu kiện chịu nén, kích thước mẫu 20 × 20 × 100 cm so sánh với mẫu bê tông cát tự nhiên, nhận thấy có tượng suy giảm mạnh cường độ chịu nén bê tông cát nghiền chuyển từ mẫu thí nghiệm 15 × 15 × 15 cm sang mẫu cột kích thước 20 × 20 × 100 cm Kết thí nghiệm cho lực nén giới hạn thiếu an toàn, giảm 30% so với giá trị xác định theo tiêu chuẩn TCVN 5574:2018 [18] Sự suy giảm giải thích hút nước mạnh cát nghiền bê tông cột, làm ảnh hưởng đến q trình thủy hóa xi măng đóng rắn bê tơng Kết quan sát cần phân tích chun sâu để kiểm chứng, làm rõ mức độ ảnh hưởng tính chất cát nghiền, điều kiện chế tạo, chế độ bảo dưỡng mẫu kích thước cấu kiện đến ổn định đặc tính lý bê tông sử dụng cát nhân tạo nghiền từ nguồn gốc đá vôi thay cho cát tự nhiên Lời cảm ơn Tác giả chân thành cảm ơn hỗ trợ tài Trường Đại học Xây dựng cho đề tài “Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá khả chịu lực theo TTGH-I cấu kiện BTCT sử dụng cát nhân tạo thay cát tự nhiên”, mã số 29-2020/KHXD-TĐ Nhóm nghiên cứu chân thành gửi lời cảm ơn Phịng thí nghiệm LAS - XD125 Viện Nghiên cứu Ứng dụng Vật liệu Xây dựng Nhiệt đới – trường Đại học Xây dựng hỗ trợ tạo điều kiện thí nghiệm thuận lợi cho nghiên cứu Tài liệu tham khảo [1] Kiên, T T., Thiên, B Đ (2018) Tuyển tập Báo cáo hội thảo Khoa học công nghệ toàn quốc Cát nghiền thay cát tự nhiên, Vật liệu thân thiện với môi trường Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội [2] Wigum, B J., Danielsen, S W (2009) Production and Utilisation of Manufactured sand State-of-the-art report, COIN project report 12 - 2009, Norway [3] Mundra, S., Sindhi, P R., Chandwani, V., Nagar, R., Agrawal, V (2016) Crushed rock sand – An economical and ecological alternative to natural sand to optimize concrete mix Perspectives in Science, 8: 345–347 [4] BS 882:1992 Specification for aggregates from natural sources for concrete UK [5] XP P18-540 Granulats: Définition, conformité, spécification, Normalisation franc¸aise France [6] ASTM 33:1990 (1990) Standard Specification for Concrete Aggregates USA [7] Sahu, A K., Sunil, K S (2003) Quarry stone waste as fine aggregate for concrete Indian Concrete Journal, 845–848 [8] Ilangovana, R., Mahendrana, N., Nagamanib, K (2008) Strength and durability properties of concrete containing quarry rock dust as fine aggregate ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 3(5): 20–26 [9] Vijaya, B (2020) Microstructural study on the concrete containing manufactured sand Journal of Critical Reviews, 7(4):1560–1564 [10] TCVN 9205:2012 Cát nghiền cho bê tông vữa Bộ Khoa học Công nghệ, Việt Nam [11] TCVN 9382:2012 Chỉ dẫn kỹ thuật chọn thành phần bê tông sử dụng cát nghiền Bộ Khoa học Công nghệ, Việt Nam 102 Dũng, L V cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng [12] Chương, N H (2008) Nghiên cứu khả sử dụng đá mạt - phế thải công nghiệp gia công đá để chế tạo vữa bê tông xi măng Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Đại học Xây dựng [13] Chương, N H., Lự, P V., Phát, N M (2009) Nghiên cứu sử dụng đá mạt sản xuất bê tông nghèo xi măng Tạp chí Khoa học cơng nghệ Xây dựng, Trường Đại học Xây dựng, 3(1):11–19 [14] Cung, N Q (2004) Nghiên cứu cát nhân tạo sử dụng cho bê tơng vữa nhân tạo Tuyển tập cơng trình NCKH cơng nghệ VLXD, NXB Xây dựng [15] Đồn, N V (2018) Sử dụng cát nghiền để chế tạo bê tông vữa xây dựng Tuyển tập Báo cáo Hội thảo KHCN toàn quốc - Cát nghiền thay cát tự nhiên - Vật liệu thân thiện môi trường, NXB Xây dựng, 116–129 [16] Hiếu, N D., Xuân, T T K., Toàn, Đ T., Vân, H H (2018) Kết hợp cát nghiền cát mịn chế tạo bê tông Tuyển tập Báo cáo Hội thảo KHCN toàn quốc - Cát nghiền thay cát tự nhiên - Vật liệu thân thiện môi trường, NXB Xây dựng, 130–139 [17] Kiên, T T., Hân, T H., Hương, C T (2018) Nghiên cứu khả sử dụng sản phẩm từ đá cát kết thay cát tự nhiên xây dựng cơng trình Tuyển tập Báo cáo Hội thảo KHCN toàn quốc - Cát nghiền thay cát tự nhiên - Vật liệu thân thiện môi trường, NXB Xây dựng, 83–91 [18] TCVN 5574:2018 Kết cấu bê tông bê tông cốt thép Tiêu chuẩn thiết kế Bộ Khoa học Công nghệ, Việt Nam [19] TCVN 3108:1993 Hỗn hợp bê tông nặng - Phương pháp xác định khối lượng thể tích Bộ Khoa học Cơng nghệ, Việt Nam [20] RILEM 7-II-128 (1994) RC6 : Bond test for reinforcing steel Pull-Out Test RILEM technical recommendations for the testing and use of construction materials (pp 102-105) London : E & FN Spon [21] Neville, A M (1996) Properties of concrete New York: Wiley [22] Minh, P Q., Phong, N T., Cống, N Đ (2008) Kết cấu bê tông cốt thép Phần 1: Cấu kiện Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật 103 ... luận Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá khả thay cát tự nhiên cát nhân tạo nghiền từ đá vôi đạt số kết sau: - Kết thí nghiệm cường độ nén 28 ngày tuổi bê tông sử dụng cát nghiền vượt 157% so với giá. .. sơng, nhiều nghiên cứu tiến hành so sánh để đánh giá đặc tính học bê tơng sử dụng cát nhân tạo thay cát tự nhiên Nghiên cứu thực nghiệm Sahu [7], Ilangonava [8] đánh giá cường độ chịu kéo, nén mô... Đại học Xây dựng cho đề tài ? ?Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá khả chịu lực theo TTGH-I cấu kiện BTCT sử dụng cát nhân tạo thay cát tự nhiên”, mã số 29-2020/KHXD-TĐ Nhóm nghiên cứu chân thành gửi