(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu ứng xử chịu uốn của cấu kiện dầm bán lắp ghép dùng 2 loại vật liệu bê tông geopolymer và bê tông xi măng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN LÊ KHẢI NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CHỊU UỐN CỦA CẤU KIỆN DẦM BÁN LẮP GHÉP DÙNG LOẠI VẬT LIỆU BÊ TÔNG GEOPOLYMER VÀ BÊ TÔNG XI MĂNG NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG – 60580208 SKC006677 Tp Hồ Chí Minh, tháng 05/2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN LÊ KHẢI NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CHỊU UỐN CỦA CẤU KIỆN DẦM BÁN LẮP GHÉP DÙNG LOẠI VẬT LIỆU BÊ TÔNG GEOPOLYMER VÀ BÊ TÔNG XI MĂNG NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG – 60580208 TP Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN LÊ KHẢI NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CHỊU UỐN CỦA CẤU KIỆN DẦM BÁN LẮP GHÉP DÙNG LOẠI VẬT LIỆU BÊ TÔNG GEOPOLYMER VÀ BÊ TÔNG XI MĂNG NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG – 60580208 Hướng dẫn khoa học: TS PHẠM ĐỨC THIỆN TP Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2020 LÝ LỊCH CÁ NHÂN I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: TRẦN LÊ KHẢI Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 07/11/1994 Nơi sinh: Lâm Đồng Quê quán: Lâm Đồng Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: thôn D’ron, xã Đạ Ròn, huyện Đơn Dương, tỉnh Lâm Đồng Điện thoại: 0982901354 E-mail: khailord063@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/… đến ……/ … Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo: từ 2012 đến 2017 Nơi học (trường, thành phố): Đại học Sự Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Ngành học: Sư phạm kỹ thuật cơng trình xây dựng Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: 04/01/2017 trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Người hướng dẫn: TS Trần Tuấn Kiệt III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian 06/2017 – Hiện Nơi công tác Công ty cổ phần Tư vấn & Xây dựng số Sài Gịn i Cơng việc đảm nhiệm Nhân viên dụng nguyên liệu chất thải công nghiệp tro bay, tro trấu, xỉ lò cao… geopolymer đáp ứng yêu cầu mơi trường chất kết dính xanh thân thiện [1] [2] Do đặc tính vượt trội chúng độ bền so với xi măng Poóc lăng, geopolymer xem vật liệu xây dựng tiềm cho ngành công nghiệp bê tông - bê tông cốt thép đúc sẵn [3] [4] [5] [6] Để tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên giảm ô nhiễm môi trường, kết cấu bê tông đúc sẵn coi cơng trình “xanh” thân thiện với mơi trường [14-15] [7] [8] Ở nhiều quốc gia bao gồm Hoa Kỳ, Nhật Bản Trung Quốc, hệ thống bê tông đúc sẵn triển khai cho tịa nhà dân cư cơng nghiệp Về thành phần cấu trúc, dầm cột phù hợp cho việc tiêu chuẩn hóa, hồn thiện mơ đun hóa, dẫn đến khung bê tơng đúc sẵn lựa chọn tốt cho ngành bê tông đúc sẵn [9] Bài báo nghiên cứu ứng xử chịu uốn cấu kiện dầm bán lắp ghép dùng loại vật liệu bê tông geopolymer bê tông xi măng Nghiên cứu thực nghiệm thực cho dạng liên kết dầm bán lắp ghép: liên kết phẳng, liên kết Z liên kết Z có tăng cường cốt đai Kết thực nghiệm khả chịu tải, chuyển vị, biến dạng, khả chống nứt tải trọng phá hủy dầm so sánh biện luận mối tương quan giá trị thực nghiệm uốn dầm bê tông geopolymer – bê tông xi măng với nhau, giá trị thực nghiệm với giá trị tính tốn theo TCVN 5574-2012 giá trị thực nghiệm với giá trị mô dầm bê tông geopolymer – bê tông xi măng ABAQUS NGUYÊN VẬT LIỆU, KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM MẪU, CẤU TẠO DẦM THÍ NGHIỆM 2.1 Tro bay Bê tơng Geopolymer nghiên cứu sử dụng tro bay loại F (theo tiêu chuẩn ASTM C618) với hàm lượng CaO mức thấp (ít 6%) giúp giảm thiểu ảnh hưởng canxi đến q trình geopolymer hóa chất dính kết Bảng Thành phần hóa học tro bay Thành K2O SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 phần Na2O Hàm lựợng 51,7 31,9 3,48 1,21 1,02 0,81 0,25 (%) MKN 9,63 2.2 Dung dịch kiềm kích hoạt Dung dịch kiềm kích hoạt dùng để tạo phản ứng kết dính gồm vật liệu hỗn hợp thủy tinh lỏng (Na2SiO3) natri hidroxit (NaOH) Thủy tinh lỏng dung dịch màu trắng sệt, tổng hàm lượng Na2O SiO2 dao động từ 36 % đến 38 % Tỷ trọng 1,42±0,01 g/ml Dung dịch Natri hydroxit pha chế từ Na2O dạng vảy rắn, màu trắng đục, độ tinh khiết 90%, khối lượng riêng 2130 kg/m3 H2O Lượng nước thêm vào để tạo dung dịch pha lỗng dung dịch nước sạch, có tỉ lệ từ 18 - 22 % khối lượng đúc mẫu Lượng nước có tác dụng chủ yếu làm tăng độ ẩm tính dẻo để q trình Geopolymer tốt Dung dịch pha trộn có màu trắng đục, khơng mùi Trong nghiên cứu thực với nồng độ NaOH 16M 2.3 Cốt liệu lớn Cốt liệu lớn sử dụng cho bê tơng thí nghiệm đá dăm có dạng khối cầu, hạt dẹp, góc cạnh có Dmax = 20 mm, khối lượng riêng: 2730 kg/m3, khối lượng thể tích: 1620 kg/m3, độ hút nước 0,92% thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật theo TCVN 7570:2006 “Cốt liệu cho bê tông vữa” Đá sử dụng đá sấy khô trước đưa vào sử dụng Bảng Thành phần hạt đá dăm Kích thước lỗ sàn (mm) 40 Lượng sót riêng (%) 6,52 39,76 50,09 Lượng sót tích lũy (%) 6,52 46,28 96,37 Max (%) Min (%) 0 20 10 10 70 40 100 90 2.4 Cốt liệu nhỏ Cát sử dụng cho bê tông cát sạch, cỡ hạt thô, rửa sấy khơ trước sử dụng thí nghiệm, đáp ứng theo TCVN 7570:2006 “Cốt liệu cho bê tông vữa”, khối lượng riêng 2610kg/m3, khối lượng thể tích 1450kg/m3 Bảng Thành phần hạt đá cát Kích thước lỗ sàn (mm) Lượng sót riêng (%) 2,5 1,25 0,63 0,315 Bảng Cấp phối cho 1m3 bê tông Geopolymer STT 0,16 Mẫu Đá Cát Tro TTL NaOH TTL/ (kg) (kg) (kg) (kg) GEO 1079 593 418 (kg) NaOH 185 75 2,5 Mol (M) 16M Bảng Cấp phối cho 1m3 bê tông xi măng 10,31 20,16 12,56 33,67 17,3 Lượng sót tích lũy (%) 10,61 Max (%) 20 45 70 90 100 Min (%) 15 35 65 90 30,77 43,33 77 94,3 STT Mẫu OPC Đá Cát Nước Xi măng (kg) (kg) (lít) (kg) 1209,6 630 185 370 2.9 Kết thí nghiệm mẫu 2.5 Nước Nước sử dụng trộn bê tông theo TCVN 4560:2012 Nước trộn bê tông vữa - yêu cầu kỹ thuật Nước khơng có hàm lượng tạp chất vượt giới hạn cho phép làm ảnh hưởng tới q trình đơng kết bê tơng làm giảm độ bền lâu kết cấu bê tông q trình sử dụng 2.6 Xi măng Póoc lăng Xi măng pc lăng hỗn hợp thơng dụng chất kết dính thủy, sản xuất cách nghiền mịn hỗp hợp clanhke xi măng poóc lăng với lượng thạch cao cần thiết phụ gia khống, sử dụng phụ gia công nghệ (nếu cần) trình nghiền cách trộn phụ gia khống nghiền mịn với xi măng pc lăng Xi măng sử dụng trộn bê tông lấy theo TCVN 6260:2009 - Xi măng poóc lăng hỗn hợp yêu cầu kỹ thuật 2.7 Cốt thép Thép sử dụng theo TCVN 1651:2008 - Thép cốt bê tông phần 1: Thép tròn trơn phần 2: Thép vằn Đường kính thép làm cốt đai φ6, đường kính thép làm cốt dọc φ12 φ14mm Thép dùng làm thí nghiệm thép Việt Nhật với thép trơn có mác thép CB240V thép vằn có mác thép thép CB400V Dung sai đường kính thép ±0,3 2.8 Cấp phối bê tông a Mẫu bê tông xi măng b Mẫu bê tơng geopolymer Hình Mẫu bê tơng thí nghiệm Mẫu dùng thí nghiệm cường độ chịu nén trung bình mẫu trụ có kích thước 100mm x 200mm, để tính tốn lý thuyết theo TCVN 5574:2012, tiến hành quy đổi giá trị cường độ chịu nén trung bình mẫu trụ 100mm x 200mm mẫu lập phương 150mm x 150mm x 150mm Bảng Kết thí nghiệm cường độ mẫu bê tơng Geopolymer STT Cường độ chịu nén (MPa) G_01 18,142 G_02 17,947 G_03 18,738 Mẫu Cường độ chịu nén trung bình (MPa) 18,276 Bảng Kết thí nghiệm cường độ mẫu bê tông xi măng Cường độ STT Mẫu chịu nén (MPa) OPC_01 18,928 OPC_02 19,466 OPC_03 18,019 Cường độ chịu nén trung bình (MPa) 18,804 Từ kết cường độ chịu nén mẫu thí nghiệm thu cho thấy chênh lệch tối đa cường độ chịu nén lớn (nhỏ nhất) so với cường độ chịu nén trung bình bê tông Geopolymer 2,53% bê tông xi măng 4,18% phù hợp với giá trị lệch cho phép mẫu theo TCVN 3118-1993 15% Cường độ chịu nén trung bình mẫu bê tơng xi măng lớn bê tông Geopolymer 2,89% Cường độ chịu nén loại bê tơng tương đồng với sử dụng cấp phối tiến hành đúc dầm bê tông bán lắp ghép dùng hai loại bê tông Geopolymer bê tông xi măng Mẫu dùng thí nghiệm mơ đun đàn hồi hệ số poisson mẫu trụ có kích thước 150mm x 300mm Bảng Kết thí nghiệm mơ đun đàn hồi hệ số poisson mẫu bê tông Geopolymer Mô đun Hệ số Mô đun đàn hồi poisson Hệ số trung STT Mẫu đàn hồi poisson trung bình (GPa) bình (GPa) G_01 0,181 21,533 G_02 0,177 22,282 0,178 21,855 G_03 0,176 21,749 Mặt liên kết loại bê tông Geopolymer bê tông xi măng mặt phẳng Cốt thép dọc đáy dầm 2φ12, đáy dầm 5φ14, cốt đai φ6a150 toàn chiều dài dầm Dầm D2 (200x300x3300mm) bố trí cốt thép tương tự dầm D1, khác biệt nằm dạng liên kết loại bê tông Mặt liên kết loại bê tông mặt chữ Z (2 cánh chữ Z rộng 150mm, chiều cao chữ Z 150mm) đoạn đầu dầm bán lắp ghép sử dụng bê tơng xi măng có kích thước 200x300x1050 bị làm khuyết phần đáy có kích 200x150x150 vị trí liên kết loại bê tông, phần bị khuyết thay bê tơng Geopolymer Dầm D3 (200x300x3300mm) có dạng liên kết bê tông tương tự dầm D2, khác biệt dầm D3 so với dầm D2 tăng cường thêm cốt đai φ6 vị trí liên kết loại bê tơng (vị trí chữ Z), khoảng cách cốt đai φ6 vị trí trị liên kết chữ Z 50mm với vòng cốt đai gia cường cho vị trí liên kết Bảng Kết thí nghiệm mô đun đàn hồi hệ số poisson mẫu bê tông xi măng Mô đun Hệ số Mô đun đàn hồi poisson Hệ số STT Mẫu đàn hồi trung poisson trung bình (GPa) bình (GPa) OPC_01 0,177 23,523 OPC_02 0,178 23,627 0,179 23,14 OPC_03 0,183 22,869 Từ kết mô đun đàn hồi hệ số poisson mẫu thí nghiệm thu cho thấy mơ đun đàn hồi trung bình bê tơng xi măng lớn bê tông Geopolymer 5,88%, hệ số poisson trung bình loại bê tơng xấp xỉ nhau, sử dụng cấp phối tiến hành đúc dầm bê tông bán lắp ghép dùng hai loại bê tông Geopolymer bê tông xi măng 2.10 Cấu tạo dầm thí nghiệm Tiến hành gia cơng, đổ bê tơng thí nghiệm dầm với ký hiệu dầm D1, D2, D3 (Hình 2): Dầm D1 (200x300x3300mm) dầm bán lắp ghép với đoạn dầm sử dụng bê tơng Geopolymer có kích 200x300x1200mm, đoạn đầu dầm bán lắp ghép sử dụng bê tơng xi măng có kích thước 200x300x1050mm Hình Bản vẽ phương án dầm (ki p/i n2 ) 1.334 1.450 1.566 1.682 1.798 1.914 2.031 2.147 2.263 2.379 2.495 2.611 2.727 2.727 2.611 2.495 2.379 2.263 2.147 2.031 1.914 1.798 1.682 1.566 1.450 1.334 MÔ PHỎNG ABAQUS 3.1 Xác định cường độ chịu kéo bê tông Hardjito D Rangan B V [10] đề xuất cơng thức tính tốn cường độ chịu kéo gián tiếp bê tơng thông qua cường độ chịu nén bê tông sau: (1) f ct = 0,6 f cm Bảng 10 Thông số đặc trưng bê tông xi măng bê tông Geopolymer Bê tông xi măng Bê tông Geopolymer Ec (Mpa) ʋc ƒcm (MPa) ƒct (MPa) 23,140 Ec (Mpa) 0,179 ʋc 18,804 ƒcm (MPa) 2,602 ƒct (MPa) 21,855 0,178 18,276 2,565 3.2 Mơ hình vật liệu bê tơng Hình Mơ hình vật liệu bê tơng chịu nén [11] 0.000434 0.000484 0.000537 0.000596 0.000661 0.000731 0.000809 0.000899 0.001005 0.001137 0.001299 0.001552 0.002380 0.002456 0.003700 0.004569 0.005444 0.006392 0.007473 0.008698 0.010141 0.011856 0.013953 0.016479 0.019652 0.023743 Bi ến dạng 2.602 2.003 1.171 0.260 0 0.000112 0.000141 0.000450 0.000978 0.001124 20 15 10 -0.002 0.002 -5 0.004 0.006 Bi ến dạng Hình Mơ hình vật liệu bê tông cho bê tông xi măng Mi ền chị u nén Ứng suất Bi ến dạng ) (Mpa) 0 9.2 0.000441 10 0.000494 10.8 0.000549 11.6 0.000610 12.4 0.000700 13.2 0.000754 14 0.000840 14.8 0.000938 15.6 0.001035 16.4 0.001202 17.2 0.001425 18 0.001822 18.276 0.002319 18.276 0.002393 18 0.003059 17.2 0.004096 16.4 0.004999 15.6 0.005949 14.8 0.007012 14 0.008255 13.2 0.009717 12.4 0.011430 11.6 0.013516 10.8 0.016065 10 0.019321 9.2 0.023459 Ứng suất (ki p/i n 1.334 1.450 1.566 1.682 1.798 1.914 2.031 2.147 2.263 2.379 2.495 2.611 2.651 2.651 2.611 2.495 2.379 2.263 2.147 2.031 1.914 1.798 1.682 1.566 1.450 1.334 Mi ền chị u kéo Ứng suất (Mpa) Bi ến dạng 2.565 1.975 1.154 0.257 0 0.000117 0.000147 0.000469 0.001021 0.001174 20 15 Ứng suất (Mpa) Hình Mẫu dầm bán lắp ghép 9.2 10 10.8 11.6 12.4 13.2 14 14.8 15.6 16.4 17.2 18 18.804 18.804 18 17.2 16.4 15.6 14.8 14 13.2 12.4 11.6 10.8 10 9.2 Mi ền chị u kéo Ứng suất (Mpa) Ứng suất (Mpa) Mi ền chị u nén Ứng Bi ến dạng suất (Mpa) Ứng suất 10 -0.002 0.002 -5 0.004 0.006 Bi ến dạng Hình Mơ hình vật liệu bê tông cho bê tông Geopolymer 3.3 Thông số mơ hình phá hoại bê tơng chịu kéo Hình Mơ hình vật liệu bê tơng chịu kéo [12] Bảng 11 Thơng số mơ hình phá hoại bê tông xi măng chịu kéo Ứng suất Biến dạng ε olel Biến dạng vết nứt ε tck Damage dt (0