(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu khả năng chịu lực của dầm bê tông geopolymer

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN ĐỨC HOÀNH NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA DẦM BÊ TÔNG GEOPOLYMER NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP - 60580208 S K C0 8 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN ĐỨC HỒNH NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA DẦM BÊ TÔNG GEOPOLYMER NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP - 60580208 Hướng dẫn khoa học: TS PHAN ĐỨC HÙNG Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2015 120 Tải trọng (kN) 100 80 Thực nghiệm 60 Lý thuyết 40 Mô 20 0 10 20 30 40 chuyển vị (mm) n 4.24: Quan hệ Lực – chuyển vị L/2 35 30 32 26 Độ võng (mm) 25 20 THUC NGHIEM LY THUYET 15 10 MO PHONG 10 0 n 4.25: Độ võng dầm L/2 dầm bị phá hoại - Kết cho thấy độ võng theo thực nghiệm cho giá trị lớn 23% so với tính tốn theo lý thuyết TCVN 5574-2012 Sự chênh lệch kết tính tốn lý thuyết có tải trọng phá hoại dầm đạt 84.6kN, kết thực nghiệm cho tải trọng phá hoại lên đến 104kN (chênh lệch 22,9%) - Riêng kết mô phần mềm Ansys cho độ võng nhỏ nhiều so với thực nghiệm tính tốn lý thuyết Điều cho thấy dầm mơ có độ cứng cao dầm thực tế Nguyên nhân: - Liên kết phần tử bê tơng cốt thép liên kết hồn hảo Ansys Trong mơ Ansys liên kết bám dính bê tông cốt thép tốt 78 nhiều so với thực tế, độ võng dầm mô nhỏ dầm thực tế chịu cấp tải - Thực nghiệm có hệ trƣợt sớm bê tông thép tƣơng tự dầm bê tông cốt thép sử dụng chất kết dính xi măng thơng thƣờng (khi cấu kiện chịu tải trọng đạt từ 80% trở lên so với tải trọng phá hoại, biến dạng xảy nhanh) Thực nghiệm chịu ảnh hƣởng sai sót khó kiểm từ trình thi cơng, thí nghiệm - Mức độ đồng bê tơng tồn cấu kiện khơng thể đạt độ xác tuyệt đối Trong vùng có khả bị nứt Ansys (tức phần tử khơng cịn làm việc, xuất dãy phần tử khơng cịn làm việc chứng tỏ có k ả xuất vết nứt) rộng đồng thực nghiệm có xuất vết nứt tế vi gây phá hủy 4.5.3 Sự hình thành vết nứt chiều rộng vết nứt Kết quan sát thực nghiệm cho thấy, vết nứt đầu tƣ xuất vị trí dầm Khi tải trọng tăng, vết nứt xuất dần sang hai bên, vết nứt trƣớc mở rộng phát triển lên phía Sự hình thành vết nứt dạng phá hoại từ kết mô cho thấy kết phù hợp n 4.26: hình thành vết nứt 79 Chiều rộng vết nứt đo đƣợc trình thực nghiệm (~1mm) ứng với tải trọng phá hoại 104kN lớn so với kết tính tốn (0.18mm) ứng với tải trọng phá hoại 84,6kN n 4.27: Bề rộng vết nứt theo thực nghiệm 80 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 5.1 Kết luận Đề tài nghiên cứu thực nghiệm khả chịu lực cấu kiện dầm bê tông Geopolymer gốc tro bay, so sánh đánh giá kết tính tốn theo TCVN 55742012 mơ phần mềm Ansys đạt đƣợc nhƣng kết sau: Các yếu tố ảnh hƣởng đến cƣờng độ mẫu bê tông bao gồm tỷ lệ TTL/NaOH, nồng độ Mol, điều kiện dƣỡng hộ thời gian dƣỡng hộ phù hợp với kết nghiên cứu Các lý thuyết tính tốn dầm bê tơng Geoplymer sử dụng lý thuyết tính tốn vật liệu bê tông xi măng theo tiêu chu n hành Khả chịu tải trọng tới hạn dầm bê tông geopolymer thực nghiệm mô tƣơng đƣơng cao so với kết tính tốn theo TCVN 5574-2012 khoảng 23% Sự hình thành phát triển vết nứt dầm thực nghiệm vết nứt dự đốn trƣớc mơ Ansys tƣơng đối khớp Kết độ võng dầm thực nghiệm tính tốn theo TCVN 55742012 lớn kết dầm mô phần mềm ANSYS Đó mơ hình tƣơng tác bê tông cốt thép Ansys lớn 5.2 Một số vấn đề tồn Sự trƣợt cốt thép cấu kiện dầm chƣa đƣợc nghiên cứu đánh giá, chƣa xác định độ bám dính bê tông geopolymer cốt thép chƣa thể đánh giá xác kết mơ thực nghiệm Tiêu chu n Việt Nam sử dụng tro bay chế tạo bê tông, vữa xây dựng chƣa đƣợc ban hành Kết tính tốn có sử dụng số công thức thực nghiệm tác giả để xác định nhƣ modul đàn hồi, hệ số poison, cƣờng độ chịu kéo gián tiếp để tính tốn mô 81 5.3 Hƣớng phát triển đề tài Nghiên cứu thí nghiệm cấu kiện đúc sẵn ứng dụng thực tế để lắp ghép nhƣ cột, tâm panel bê tông Geoplymer sử dụng tro bay điều kiện Việt Nam Nghiên cứu trƣợt cốt thép bê tông geopolymer sử dụng tro bay để sử dụng tính tốn mơ Nghiên cứu ứng dụng vật liệu sử dụng làm phụ gia tự gia nhiệt thay cho việc dƣỡng hộ bê tông geopolymer để sử dụng rộng rãi thực tế 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO Davidovits J., “Process for the fabrication of sintered panels and panels resulting from the application of this process”, 1972 Hardjito., and Rangan, B.V., “Development and properties of low calxium fly ash based Geopolymer Concrete”, Research Report GC-2, Faculty of Engineering and Computing, Curtin University of Technology, Perth Western Australia, 2005 Davidovit J., “Geopolymer chemistry and Geopolymer, Saint Quentin, France 2rd Ed, 2008 Applications”, Institute Sumajouw M.D.J., and Rangan B.V., “Low-calcium fly ash-based geopolymer concrete structural members: Beams and columns” Research Report GC-2, Faculty o Engineering and Computing, Curtin University of Technology, Perth Western Australia, 2006 Chanh N.V., Trung B.D and Tuan D.V., “Recent research geopolymer, the rd ACF International Conference – ACF/VCA, 2008 NCS.Ths Tống Tôn Kiên, Ths Phạm Thị Vinh Lanh, TS Lê Trung Thành , Bê tông geopolymer-những thành tựu, tính chất ứng dụng Shankar H Sanni Khadiranaikar R.B, “Performance of geopolymer concrete under severe environmental conditions”, 2012 Davidovits J., Properties of Geopolymer Cement Proceedings first International conference on alkaline cements and concretes, 1994 Palomo, A Grutzeck M.W & Blanco M.T Alkali-activated fly ash cement for furture Cement and concrete research, 1999 10 Djwantoro Hardjito, Steenie E Wallah, Dody M.D.J Sumajouw and B.V Rangan Factors influencing the compressive strength of fly ash based Geopolymer concrete Civile Engineering Dimension, 2004 11 Hardjito, et al, The stress-strain behavior of fly ash based Geopolymer concrete Developments in mechanics of structure and materials, 2005 12 Hardjito, “Study on fly ash-based geopolymer concrete” Curtin University of Technology Perth, Autralia, 2005 13 Davidovits J., “Proceedings of the Second International Conference Géopolymère ’99”, 1999 83 14 R.Black, Javis, Mix design process for alkaline-activated class F fly ash Geopolymer concrete University of New South Wales at the Australian Defence Force Academy 15 Roy M., Alkali-activated cements: Opportunities and challenges Cement and Concrete Research, 1999 16 TCVN 5574:2012, Kết cấu bê tông bê tông cốt thép – tiêu chuẩn thiết kế 17 Dattatreya JK, Rajamane NP “Flexural behavior of Reinforced Geopolymer Concrete Beams International journal of civil and structural engineering”, 2011 18 ANSYS Inc, Theory reference for ANSYS and ANSYS workbenchrelease 11, 2007 19 ASTM C618-94a, “Fly Ash and Raw or Calcined Natural Pozzolan Use as A Mineral Admixture in Portland Cement Concrete”, 1994 20 Davidovits, J., “Environmentally Driven Geopolymer Cement Applications’, Geopolymer 2002 Conference, Melbourne, Australia”, 2002 21 Davidovits, P.D.J., “30 Years of Successes Failures in Geopolymer Applications, Market Trends and Potential Breakthroughs” Geopolymer 2002 Conference, 2002 22 Davidovits, J., “Properties of geopolymer cement Proceding first International conference on Akaline cements and concretes”, 1994: p 131-149 23 Davidovits, J., “Geopolymer Chemistry Applications”, Saint-Quentin, France, Geopolymer Institute, 2008 24 Malhotra, V.M., „Introduction : Sustainable Development Concrete Technology‟, ACI Concrete International, 2002 25 Van Jaarsveld., J.G.S., Van Deventer J.S.J., & Lukey, G.C., “The effect off composition and temperature on the properties of flt ash and kaolinite-based geopolymers” Chemical Engineering, 2002 26 Hoan, Van Nguyen., “Nghiên cứu sản xuất vật liệu không nung từ phế thải tro bay xỉ lị cao sở chất kết dính Geopolymers” Viện vật liệu dựng, 2002 27 Purdon A.O., “The action of alkalis on blast furnace slag” Journal of the Society of Chemical Industry”, 1940 28 Balaguru P., Lyon R.E and Davidovits J “Flexural fatigue properties of inorganic Geopolymer matrix carbon composite”, 1999 84 29 Xu, H., Van Deventer., J.S.J., “The Geopolymeration of aluminosilicate mineral” International journal of mineral processing, 2000 30 Fernadez A., – Jimenez et al (2005), Microstructure development off Alkaline– activated fly ash cement: a descriptive model, Cement and Concrete Research, vol.35, pp.1204-1209 31 Phan Duc Hung, Le Huu Quoc Phong, Le Trong Ton, Le Anh Tuan., “Influence of fly ash and geopolymerization to strength of geopolymer concrete”, Proceedings of the 2nd international conference on green technology and sustainable development, 2014 85 PHỤ LỤC CODE ANSYS MÔ PHỎNG DẦM /CLEAR,START !XOA HET DU LIEU TRUOC DO /TITLE,05-06 !KHAO SAT DAM 3.3m /FILNAME,GEO_CON !DAT TEN FILE BAI TOAN !BAT DAU PHAN TIEN XU LY /PREP7 N_STR=1 !NUT BAT DAU !THAM SO KICH THUOC HINH HOC !CHO DAM L_B=3300.0 !MM CHIEU DAI DAM W_B=200.0 !MM BE RONG DAM H_B=300.0 !MM CHIEU CAO DAM DIV_X=50.0 !MM DO CHIA NHO NHAT THEO PHUONG X CO_PRO=25.0 !MM LOP BE TONG BAO VE !CHO GOI DO L_SP=300.0 !DAI GOI DO W_SP=300.0 !RONG GOI DO H_SP=25.0 !CAO GOI DO !THAM SO TIET DIEN A_ST=113.097 !MM2 TIET DIEN THEP LOP TREN A_SD=153.938 !MM2 TIET DIEN THEP LOP DUOI A_STIR=28.274 !MM2 TIET DIEN THEP DAI D_STIR=100.0 !MM BUO COT DAI !BUOC NHAY NUT INC_X=1 !BUOC NHAY CUA NUT THEO PHUONG X INC_Y=1000 !BUOC NHAY CUA NUT THEO PHUONG Y INC_Z=100 !BUOC NHAY CUA NUT THEO PHUONG Z !CHO PHAN TU !CHO BE TONG E_CON=1 !ID PHAN TU CUA BE TONG M_CON=1 !ID VAT LIEU BE TONG R_CON=1 !ID DAC TRUNG HINH HOC CUA BE TONG EX_CON=25400.0 !MODULE DAN HOI CUA BE TONG PRXY_CON=0.19 !HE SO POISSON !CHO THEP E_ST=2 !ID PHAN TU CUA THEP TREN M_ST=2 !ID VAT LIEU THEP TREN R_ST=2 !ID DAC TRUNG HINH HOC THEP TREN 86 E_SD=3 !ID PHAN TU CUA THEP DUOI M_SD=3 !ID VAT LIEU THEP DUOI R_SD=3 !ID DAC TRUNG HINH HOC THEP DUOI E_STIR=4 !ID PHAN TU CUA THEP DAI M_STIR=4 !ID VAT LIEU THEP DAI R_STIR=4 !ID DAC TRUNG HINH HOC THEP DAI E_SP=5 !ID PHAN TU CUA GOI DO M_SP=5 !ID VAT LIEU GOI DO R_SP=5 !ID DAC TRUNG HINH HOC GOI DO !BAT DAU KHAI BAO PHAN TU !CHO BE TONG ET,E_CON,SOLID65 MP,EX,M_CON,EX_CON MP,PRXY,M_CON,PRXY_CON TB,MELAS,M_CON,,30 TBPT,DEFI,0.0001,2.526607383363 TBPT,DEFI,0.0002,5.02487605690453 TBPT,DEFI,0.0003,7.49226703166577 TBPT,DEFI,0.0004,9.92592867618394 TBPT,DEFI,0.0005,12.3226470658654 TBPT,DEFI,0.0006,14.6787865599747 TBPT,DEFI,0.0007,16.9902182861292 TBPT,DEFI,0.0008,19.2522335605708 TBPT,DEFI,0.0009,21.4594384074864 TBPT,DEFI,0.001,23.6056241817043 TBPT,DEFI,0.0011,25.6836077308518 TBPT,DEFI,0.0012,27.6850323883648 TBPT,DEFI,0.0013,29.6001181221152 TBPT,DEFI,0.0014,31.4173450093202 TBPT,DEFI,0.0015,33.1230483140942 TBPT,DEFI,0.0016,34.7008949599623 TBPT,DEFI,0.0017,36.1311987867439 TBPT,DEFI,0.0018,37.3900135393048 TBPT,DEFI,0.0019,38.4479146008123 TBPT,DEFI,0.002,39.2683372965063 TBPT,DEFI,0.0021,39.8052713057533 TBPT,DEFI,0.0022,40.8 TBPT,DEFI,0.0023,39.7763889044174 TBPT,DEFI,0.0024,39.0339097671722 TBPT,DEFI,0.0025,37.6370200196915 TBPT,DEFI,0.0026,35.3984642374393 TBPT,DEFI,0.0027,32.052011635855 TBPT,DEFI,0.0028,27.2059137109958 TBPT,DEFI,0.0029,20.2590496142457 TBPT,DEFI,0.003,10.2394791908858 87 /AXLAB,X,STRAIN (%o) ! TRUC X LA BIEN DANG /AXLAB,Y,STRESS (MPa) ! TRUC Y LA UNG SUAT TBPLOT,MELAS,M_CON !!!! !!!!CONCRETE MATERIAL DATA !!! !C1= !1 Shear transfer coefficients for an open crack !C2= !2 Shear transfer coefficients for a closed crack !C3= !3 Uniaxial tensile cracking stress !C4= !4 Uniaxial crushing stress (positive) C1=0.2 !1 Shear transfer coefficients for an open crack C2=0.4 !2 Shear transfer coefficients for a closed crack C3=6 !3 Uniaxial tensile cracking stress C4=58 !4 Uniaxial crushing stress (positive) C5=0 !5 Biaxial crushing stress (positive) C6=0 !6 Ambient hydrostatic stress state for use with constants and C7=0 !7 Biaxial crushing stress (positive) under the ambient hydrostatic stress state (constant 6) C8=0 !8 Uniaxial crushing stress (positive) under the ambient hydrostatic stress state (constant 6) C9=0 !9 Stiffness multiplier for cracked tensile condition, used if KEYOPT(7) = (defaults to 0.6) TB,CONCR,M_CON,,,0 TBDATA,1,C1,C2,C3,C4 !TBDATA,1,C1,C2 !CHO THEP !THEP TREN ET,E_ST,LINK180 MP,EX,M_ST,200000.0 MP,PRXY,M_ST,0.3 R,R_ST,A_ST !THEP DUOI ET,E_SD,LINK180 MP,EX,M_SD,200000.0 MP,PRXY,M_SD,0.3 R,R_SD,A_SD !THEP DAI ET,E_STIR,LINK180 MP,EX,M_STIR,200000.0 MP,PRXY,M_STIR,0.3 R,R_STIR,A_STIR !GOI DO + TAM DAT LUC ET,E_SP,SOLID185 MP,EX,M_SP,200000.0 MP,PRXY,M_SP,0.3 88 !BAT DAU XAY DUNG HINH HOC N,N_STR,0.0,0.0,0.0 !COPY THEO PHUONG X !NGEN,ITIME,INC,NODE1,NODE2,NINC,DX,DY,DZ,SPACE NGEN,L_B/DIV_X+1,INC_X,ALL,,,DIV_X !COPY THEO PHUONG X 67 NUT BUOC NHAY 50 !COPY THEO PHUONG Z !LOP BE TONG BAO VE NGEN,2,INC_Z,ALL,,,,,CO_PRO !COPY TAO LOP BE TONG BAO VE !NSEL,Type,Item,Comp,VMIN,VMAX,VINC,KABS NSEL,S,LOC,Z,CO_PRO !CHON CAC NUT CO TOA DO Z=25 !NGEN,ITIME,INC,NODE1,NODE2,NINC,DX,DY,DZ,SPACE NGEN,3,INC_Z,ALL,,,,,(W_B-2*CO_PRO)/2 !COPY THEO PHUONG Z HANG NUT BUOC NHAY 75 NSEL,S,LOC,Z,W_B-CO_PRO !CHON NUT CO TOA DO Z =175 NGEN,2,INC_Z,ALL,,,,,CO_PRO !COPY TAO LOP BE TONG BAO VE NSEL,ALL !CHON TAT CA NUT !COPY THEO PHUONG Y !TAO LOP BE TONG BAO VE NGEN,2,INC_Y,ALL,,,,CO_PRO NSEL,S,LOC,Y,CO_PRO NGEN,2,INC_Y,ALL,,,,30.0 NSEL,S,LOC,Y,CO_PRO+30 NGEN,3,INC_Y,ALL,,,,(H_B-2*CO_PRO-30.0)/2 NSEL,S,LOC,Y,H_B-CO_PRO NGEN,2,INC_Y,ALL,,,,CO_PRO !XAY DUNG PHAN TU TYPE,E_CON MAT,M_CON REAL,R_CON !XAY DUNG PHAN TU DAU TIEN CHO BE TONG E,N_STR,N_STR+INC_X,N_STR+INC_X+INC_Z,N_STR+INC_Z,N_STR+INC_Y,N_STR+I NC_X+INC_Y,N_STR+INC_X+INC_Z+INC_Y,N_STR+INC_Z+INC_Y EGEN,L_B/DIV_X,INC_X,ALL EGEN,4,INC_Z,ALL EGEN,5,INC_Y,ALL !XAY DUNG PHAN TU CHO THEP DUOI TYPE,E_SD MAT,M_SD REAL,R_SD E,N_STR+INC_Z+INC_Y,N_STR+INC_Z+INC_Y+INC_X ESEL,S,TYPE,,E_SD 89 EGEN,L_B/DIV_X,INC_X,ALL EGEN,3,INC_Z,ALL !LOP THU E,N_STR+INC_Z+2*INC_Y,N_STR+INC_Z+2*INC_Y+INC_X ESEL,S,CENT,Y,CO_PRO+30.0 EGEN,L_B/DIV_X,INC_X,ALL EGEN,2,2*INC_Z,ALL !XAY DUNG PHAN TU CHO THEP DUOI TYPE,E_ST MAT,M_ST REAL,R_ST E,N_STR+INC_Z+4*INC_Y,N_STR+INC_Z+4*INC_Y+INC_X ESEL,S,TYPE,,E_ST EGEN,L_B/DIV_X,INC_X,ALL EGEN,2,2*INC_Z,ALL !XAY DUNG PHAN TU THEP DAI TYPE,E_STIR MAT,M_STIR REAL,R_STIR E,N_STR+INC_X+INC_Z+INC_Y,N_STR+INC_X+INC_Z+2*INC_Y ESEL,S,TYPE,,E_STIR EGEN,3,INC_Y,ALL EGEN,2,2*INC_Z,ALL E,N_STR+INC_X+INC_Z+INC_Y,N_STR+INC_X+2*INC_Z+INC_Y ESEL,R,CENT,Y,CO_PRO EGEN,2,INC_Z,ALL EGEN,2,3*INC_Y,ALL ESEL,S,TYPE,,E_STIR EGEN,(L_B-2*DIV_X)/(2*DIV_X)+1,2*INC_X,ALL FINISH /SOLU ANTYPE,0 NSEL,S,LOC,Y,0.0 NSEL,R,LOC,X,150.0 D,ALL,UX,0.0,,,,UY ! KHAI BÁO G?I NSEL,S,LOC,Y,0.0 NSEL,R,LOC,X,L_B-150.0 D,ALL,UY,0.0 ! KHAI BÁO G?I NSEL,S,LOC,Z,W_B D,ALL,UZ,0.0 NSEL,S,LOC,Y,H_B NSEL,R,LOC,X,L_B/2 ! GÁN T?I 90 F,ALL,FY,-21000.0 NSUBST,20,1000,1 NLGEOM,ON AUTOTS,ON SOLCONTROL,ON,ON OUTRES,ALL,ALL PRED,ON,,ON NEQIT,1000 ALLS SAVE ! NSEL,ALL ESEL,ALL SOLVE FINISH 91 S K L 0 ... với môi trƣờng Các nghiên cứu gần cho thấy bê tông geopolymer sử dụng tro bay có đặc tính tƣơng tự nhƣ vật liệu bê tông truyền thống Luận văn nghiên cứu khả chịu lực dầm bê tông geopolymer sử dụng... panel bê tông Geopolymer, cảng Melbourne, Úc Ở Việt Nam, đến có số nghiên cứu bê tông geopolymer nhƣ bê tông chịu lửa không xi măng nhóm nghiên cứu Viện Vật liệu Xây dựng Đối với dầm bê tông cốt... khiếm khuyết dầm bê tông thông thƣờng ứng dụng thực tiễn, giải đƣợc nhiều vấn đề cấp thiết nhƣ nêu 1.2.2 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu khả chịu lực dầm bê tông Geopolymer bao gồm khả chịu uốn,