Đặc tính cơ học của bê tông cốt sợi polypropylene phân lớp chức năng sử dụng cốt liệu tái chế xử lý bằng huyền phù xi măng tro bay Na2SO4

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

HVTH: NGUYỄN CAO HOÀNG LONG 21 Từ khi được nghiên cứu và chế tạo, đã có một số nghiên cứu chuyên sâu về FGC và các ứng dụng của nó. (1) Phân tích ứng suất nhiệt và các ứng dụng với mục tiêu làm giảm ứng suất nhiệt và sử dụng mô hình đàn hồi nhiệt của Von Karman;. (2) Mô hình cơ học tính toán ổn định cho các ứng dụng cho tấm, vỏ làm bằng FGC bằng phương pháp giải chính xác là sử dụng mô hình đàn hồi 3 chiều hoặc 2 chiều với khái niệm “tấm tương đương”.

Sử dụng mô hình phần tử hữu hạn dựa vào lý thuyết biến dạng cắt bậc 3 và phương pháp giải của Navier. (3) Các mô hình tính toán cơ học rạn nứt phối hợp với mô hình phần tử hữu hạn và mô hình phá hủy đẳng hướng của vật liệu chức năng. Việc nghiên cứu tính toán về FGC đòi hỏi các công cụ tính toán hỗ trợ và liên quan đến nhiều lĩnh vực như Khoa học vật liệu, cơ học, động lực học và tính toán số….

- Hệ nguyên vật liệu địa phương, gồm: xi măng, cát sông, đá dăm, RCA, nước, tro bay, natri sulfat, sợi PP và phụ gia Sika ViscoCrete 3168. - Hàm lượng RCA thay thế đá dăm theo phần trăm khối lượng thể tích là 50%. - Thời gian đổ giữa hai lớp bê tông dựa trên thời gian ninh kết của lớp bê tông bên dưới.

BÊ TÔNG CỐT SỢI

BÊ TÔNG CỐT LIỆU TÁI CHẾ

Khi so sánh với cốt liệu tự nhiên, RCA có khối lượng riêng thấp hơn là do lớp vữa cũ của RCA; đồng thời, RCA có độ nén dập cao hơn do trong cấu trúc của RCA chứa vùng chuyển tiếp giữa vữa cũ và đá cũ. Vì vậy, để cải thiện mô đun đàn hồi của RAC, việc thêm RCA có thể xem là một trong các phương pháp tối ưu; tuy nhiên, do RCA dễ bị biến dạng so với cốt liệu tự nhiên nên mô đun đàn hồi của RAC giảm[47]. Bê tông có sử dụng RCA thay thế một phần đá dăm có ba ITZ gồm ITZ giữa đá cũ – vữa cũ, ITZ giữa RCA – vữa mới và ITZ giữa đá mới – vữa mới; nên bê tông cốt liệu tái chế có nhiều vùng ITZ và lỗ rỗng hơn so với bê tông thông thường.

Hệ nền của bê tông cốt liệu tái chế (RAC - recycled aggregate concrete) có đến 3 vùng ITZ, gồm vùng tiếp giáp giữa RCA và vữa mới (ITZ1), vùng tiếp giáp giữa đá cũ và vữa cũ (ITZ2), vùng tiếp giáp giữa vữa cũ và vữa mới (ITZ3), xem Hình 2.4a. RCA có đặc tính kém hơn so với NA là do có chứa nhiều vùng ITZ bởi ITZ được xem là yếu điểm chính trong hệ nền xi măng, chứa càng nhiều ITZ thì đặc tính càng kém. Biện pháp cải thiện tính chất vùng ITZ2 của. HVTH: NGUYỄN CAO HOÀNG LONG 29 RCA được đề xuấtbằng phương pháp ngâm trong huyền phù, thay các giải pháp khác như nhiệt độ và áp suất. Việc sử dụng huyền phù để xử lý RCA chỉ có khả năng cải thiện bề mặt cho lớp vữa cũ tại ITZ1 và ITZ2 [49]. Cơ chế cải thiện RCA bằng huyền phù xi măng – tro bay – natri sunfat a) Phản ứng pozzolanic của tro bay trong hệ nền xi măng. Quá trình phản ứng của tro bay được thể hiện qua 4 giai đoạn: (1) trao đổi ion;. Quá trình này được thể hiện như sau:. + Al và Si hoạt tính được giải phóng và tham gia phản ứng pozzolanic, xem Hình 2.6d. Quá trình phản ứng của tro bay trong hệ nền với nồng độ pH thay đổi [53]. b) Cơ chế cải thiện tính chất của RCA bằng phương pháp ngâm trong huyền phù xi măng - tro bay. Trong quá trình ngâm RCA trong huyền phù xi măng – tro bay, phản ứng hydrat hóa của xi măng ở phương trình (2.3) và (2.4) với phản ứng pozzolan của vật liệu pozzolanic ở phương trình (2.1) và (2.2), hình thành các khoáng C–S–H giúp lấp đầy các lỗ rỗng trong cấu trúc của RCA và lớp phủ bọc xung quanh RCA được tạo bởi huyền phù, lớp phủ này được xem như một lớp màng bảo vệ RCA. Hình 2.7a thể hiện bề mặt của RCA trước khi ngâm trong huyền phù xi măng - tro bay. Phản ứng hydrat hóa của xi măng tạo ra các khoáng C–S–H và C–H. Trong khi đó, phản ứng pozzolanic của vật liệu pozzolanic tiêu thụ các khoáng C–H được hình thành từ phản ứng hydrat hóa và các khoáng C–H tồn tại trong vữa cũ của RCA; từ đó, các khoáng C–S–H được tạo ra thêm và giúp lấp đầy các lỗ rỗng trong cấu trúc của RCA. HVTH: NGUYỄN CAO HOÀNG LONG 32 Cấu trúc bề mặt của RCA sau khi được ngâm trong huyền phù xi măng – tro bay đồng đều và ít lỗ rỗng hơn so với RCA chưa xử lý do các lỗ rỗng được lấp đầy bới các vật liệu pozzolanic và các sản phẩm quá trình hydrat hóa của xi măng, xem Hình 2.7b. Cường độ chịu nén và cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông cốt liệu tái chế được cải thiện đáng kể khi RCA được xử lý bằng huyền phù pozzolanic. Vùng chuyển tiếp giữa RCA và vữa mới của bê tông được cải thiện, bởi RCA được phủ một lớp huyền phù pozzolanic bên ngoài; từ đó, cường độ của bê tông được cải thiện. Bên cạnh đó, độ đặc chắc của RCA sau khi xử lý cao hơn RCA chưa xử lý, góp phần cải thiện cường độ của bê tông sử dụng RCA [54]. c) Cơ chế hoạt hóa dùng natri sulfat trong huyền phù xi măng – tro bay Có nhiều phương pháp giúp thúc đẩy phát triển cường độ ở tuổi sớm như giảm tỷ lệ nước/chất kết dính, thúc đẩy tốc độ phản ứng và kích hoạt tro bay tạo mầm tinh thể [55].

Hiện nay, có 2 phương pháp tạo hình mẫu FGC theo phương ngang và phương dọc; tuy nhiên, phương pháp tạo hình theo phương ngang là phương pháp tạo hình dễ thực hiện hơn, tương tự tạo hình cho bê tông thông thường [24]. Tuy nhiên, với phương pháp FOF này, bề mặt lớp dưới dễ bị mất tính ổn định khi chịu tải trọng từ lớp bê tông phía trên, xem Hình 2.8b, đặc biệt là hỗn hợp bê tông lớp trên có khối lượng riêng cao hơn lớp bê tông dưới [24]. [57], có tồn tại các ITZ khác nhau tại vị trí tiếp giáp giữa các lớp bê tông, khi tải trọng tác dụng sẽ tác dụng đồng đều lên các lớp của bê tông và hiện tượng truyền ứng suất cắt trong vùng ITZ xảy ra, kết quả cho thấy lực giảm đi đáng kể.