4.2.1. Đối với kính thước 3.5cm
Ảnh hưởng của hàm lượng sợi (HLS) và loại sợi đến cường độ chịu nén được trình bày trong Hình 4.1. Kết quả cho thấy, Khi tăng HLS thì độ mài mòn (ĐMM) tăng, tuy nhiên khi ĐMM đạt đỉnh 0.71 g/cm2 (sợi Hook) và 0.55 g/cm2
60
(sợi thẳng) tại HLS 1%, thì có xu hướng giảm độ mài mòn và chạm đáy 0.33 g/cm2 và 0.40 g/cm2 lần lượt đối với sợi Hook và sợi thẳng tại HLS 2%.
Hình 4.1 Biểu đồ ảnh hưởng của hàm lượng thép đến độ mài mòn (Kích thước sợi 3.5 cm)
ĐMM bê tông sợi Hook có L= 3.5 cm cao hơn bê tông không sử dụng sợi lần lượt là 1.71%, 56.59% và 7.6% tương ứng với HLS từ là 0.5%, 1% và 1.5%. Riêng HLS 2% làm giảm ĐMM so với không sử dụng sợi là 27.75%.
ĐMM bê tông sợi thẳng L= 3.5 cm không làm cải thiện tiêu chí này, tuy nhiên giá trị tăng không nhiều, qua đó cũng đánh giá được loại sợi phù hợp để giảm ĐMM, tăng nhẹ 9.62%, 20.93% và 7.06% tương ứng với HLS 0.5%, 1%, 1.5%. đối với HLS đạt mức 2%, ĐMM giảm 12.3%.
Khi xét ảnh hưởng ĐMM của loại sợi Hook, ĐMM giữa giá trị lớn nhất (0.71 g/cm2) và nhỏ nhất (0.33 g/cm2) chênh lệch 53%. Kết quả này tương tự đối với ảnh hưởng của loại sợi thẳng, ĐMM giảm 37% (từ 0.55 g/cm2 giảm xuống 0.4 g/cm2). Điều này cho thấy HLS có tác động mạnh đến ĐMM, chỉ tăng 1% HLS (từ
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 Độ m ài m òn (g/cm 2) Hàm lượng sợi thép (%)
Ảnh hưởng hàm lượng sợi đến cường độ mài mòn (L=3.5 cm)
Sợi Hook Sợi thẳng Không sợi
61
1% lên 2% hàm lượng sợi) kết quả đạt được ĐMM giảm sấp xĩ một nửa giá trị so với ban đầu.
Hình 4.2 Mẫu mài mòn với hàm lượng sợi 1% và L=3.5, sợi Hook (trái), sợi thẳng ( phải)
So sánh với ĐMM của bê tông không bổ sung thành phần sợi, khi sợi được thêm vào hổn hợp, với HLS trong khoảng 0.5 – 1%, không làm cải thiện ĐMM bê tông, mà còn làm tăng yếu tố này (một yếu tố không tốt cho chất lượng bê tông) khi HLS đạt 1%. Tuy nhiên, khi HLS=2% ĐMM được cải thiện rỏ rệt, ĐMM giảm 28%, từ 0.46 g/cm2 (không có sợi) xuống 0.33 g/cm2 và 0.40 g/cm2 khi bê tông geopolymer sử dụng sợi Hook 3.5 cm và sợi thẳng 3.5 cm. Phân tích các kết quả đạt được, một kết luận được rút ra là khi bổ sung HLS phù hợp (hơn 1% HLS), bê tông cứng hơn và khó bị mài mòn hơn.
Có thể giải thích bởi hai yếu tố: thứ nhất, khi bê tông có sợi, tạo ra bề mặt không đồng nhất, do sự sắp xếp các sợi là ngẫu nhiên, tạo nên các phương tác động lực ma sát đến các sợi là khác nhau. Thứ hai, hiệu ứng cầu nối từ sợi, ngoài cải thiện cường độ chịu kéo, còn có vai trò ngăn các vết nứt nhỏ do hiện tượng bốc hơi nước sau khi phản ứng và sấy cùng với sự biến thiên trạng thái của ma trận vữa gepolymer có sợi thép do tác động của nhiệt. [36]
62
Hình 4.3 Mẫu mài mòn với hàm lượng sợi 0.5% và L=3.5, sợi Hook (trái), sợi thẳng ( phải)
4.2.2. Đối với kính thước 6.0cm
Khi tăng kích thước sợi lên 6.0 cm, giá trị ĐMM ổn định và ít có biến động nhiều như đối với sợi 3.5 cm (Hình 4.4). Đặc trưng này dễ thấy đối với hỗn hợp bê tông sử dụng sợi Hook, sau khi ĐMM tăng nhẹ 28% từ 0.2 g/cm2 (HLS=0.5%) lên 0.28 g/cm2 (HLS=1%) thì ổn định. Mặt khác, khi tăng kích thước sợi lên 6cm, ĐMM đối với bê tông sử dụng sợi thẳng đều cao hơn so với khi sử dụng sợi Hook. Điều này ngược lại với khi kích thước sợi là 3.5cm.
Hình 4.4 Biểu đồ ảnh hưởng của hàm lượng thép đến độ mài mòn (Kích thước sợi 6 cm) 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 Độ m ài m òn (g/cm 2) Hàm lượng sợi thép (%)
Ảnh hưởng hàm lượng sợi đến cường độ mài mòn (L=6 cm)
Sợi Hook Sợi thẳng Không sợi
63
Kết quả thí nghiệm Hình 4.4 cũng cho thấy, đối với sợi thẳng L = 6 cm, khi tăng HLS từ 0.5% lên 1%, ĐMM ổn định ở mức 0.59 g/cm2. Khi tiếp tục tăng lần lượt HLS từ 1%, 1.5% và 2%, ĐMM có xu hướng giảm lần lượt 0.59, 0.41, 0.27 g/cm2. Mức chênh lệch ĐMM cực đại và thấp nhất khoản trên 50%.
Khi xét đến loại sợi Hook với HLS nhỏ thì loại sợi này rất hiệu quả đối với chất lượng bê tông, làm giảm ĐMM. Từ 0.46 g/cm2 đối với bê tông không dùng sợi, xuống 0.2 g/cm2 (giảm 56%). Nhưng khi tiếp tục tăng HLS lần lượt 1%, 1.5% và 2%, ĐMM ổn định, ít có sự thay đổi, dao động từ 1.4 – 4 %.
Đối với sợi Hook có L=6 cm, mang lại hiệu quả giảm ĐMM, giảm lần lượt 56%, 38,41%, 45.6% và lớn nhất là 47.09%, tương ứng với HLS 0.5%, 1%, 1.5% và 2%. Xét bê tông sợi Thẳng L= 6cm, khi HLS tăng từ 0.5% lên 1%, ĐMM tăng từ 28.53% lên 28.56%, nhưng với HLS tăng từ 1.5% lên 2%, làm giảm mạnh ĐMM của bê tông, giảm tương ứng 9.31% và 40.79%.
Nguyên nhân hiện tượng này là do kích thước mẫu tương đối nhỏ hình lập phương là 70,7mm, cho cả hai thí nghiệm xét đến kích thước sợi. Khi tăng kích thước sợi lên 6mm, kích thước này không phù hợp với khuôn mẫu. [37, 38]
Từ kết quả trên, ta phân tích và so sánh sự ảnh hưởng của từng loại thép khi thay đổi kính thước chiều dài và hàm lượng sợi đối với cường độ chịu nén và độ mài mòn.
4.3. Ảnh hưởng của từng loại thép khi thay đổi kính thước chiều dài và hàm lượng sợi đối với cường độ chịu nén và độ mài mòn. hàm lượng sợi đối với cường độ chịu nén và độ mài mòn.
4.3.1. Đối với sợi Hook.
Hình 4.5, 4.6 cho thấy mối tương quan giữa 2 yếu tố: Kích thước sợi và ĐMM. Khi so sánh giữa ĐMM và cường độ chịu nén Hình 4.6, kết quả cho thấy ĐMM tỷ lệ nghịch với cường độ chịu nén, kết quả đạt được phù hợp với nghiên cứu trước đây [37], cường độ bê tông càng cao, bê tông cứng hơn và khó bị mài mòn hơn.
64
Hình 4.5 Biểu đồ ảnh hưởng của kích thước sợi thép đến độ mài mòn (Loại sợi Hook)
Hình 4.6 Cường độ chịu nén bê tông geopolymer sử dụng sợi Hook
Đánh giá trên cùng một kích thước sợi Hook có L=3.5cm (Hình 4.6), cường độ chịu nén 15.4 MPa tương ứng với ĐMM = 0.71 g/cm2 và HLS 1%. Cường độ chịu nén 23 MPa và 37.4 MPa tương ứng với HLS 1.5% và 2%, ĐMM tương ứng
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 Đ ộ m ài m òn ( g/ cm 2) Hàm lượng sợi thép (%)
Ảnh hưởng hàm lượng & kích thước sợi đến độ mài mòn (Sợi Hook)
L=3.5 cm L=6 cm 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 0.5 1 1.5 2 C ư ờn g độ c hị u né n (MP a) Hàm lượng sợi thép (%)
Ảnh hưởng hàm lượng sợi và kích thước sợi Hook
L=3.5 cm L=6 cm Không sợi
65
đạt 0.49 g/cm2 và 0.33 g/cm2. Quy luật ứng xử của bê tông sử dụng sợi Hook có L=6 cm cũng tương tự. Cường độ chịu nén 20.58 MPa,16.69 MPa và 39.56 tương ứng với HLS 0.5%,1% và 1.5 % với ĐMM là 0.2 g/cm2, 0.28 g/cm2 và 0.25 g/cm2 . Bên cạnh ưu điểm cải thiện khả năng kéo của bê tông, như đã đề cập ở chương hai. Nhìn chung, cường độ chịu nén bê tông sử dụng sợi có chiều dài sợi lớn hơn, cho cường độ chịu nén lớn hơn. HLS với kích thước 6 cm phân bố đều hơn, nên cường độ chịu nén cao hơn, điều này giúp cải thiện cường độ chịu nén. Đây là một đặc tính tốt của bê tông Geopolymer, cần cung cấp HLS phù hợp để giảm ĐMM đến mức tối thiểu, tạo ra bê tông có chất lượng cao.
4.3.2. Đối với sợi Thẳng.
Hình 4.7 Biểu đồ ảnh hưởng của kích thước sợi thép đến độ mài mòn (Loại sợi thẳng) 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 Đ ộ m ài m òn ( g/ cm 2) Hàm lượng sợi thép (%)
Ảnh hưởng hàm lượng & kích thước sợi đến độ mài mòn (Sợi thẳng)
L=3.5 cm L=6 cm
66
Hình 4.8 Cường độ chịu nén bê tông geopolymer sử dụng sợi thẳng
Từ các kết quả đạt được có thể kết luận, khi ĐMM của bê tông giảm thì bê tông có xu hướng cứng hơn khó bị phá hủy hơn, ngoài ra còn nhờ sự hổ trợ của lượng sợi thép được thêm vào làm cho bê tông khó bị mài mòn hơn.
Kết quả thí nghiệm xét ảnh hưởng sợi thẳng đến ĐMM (Hình 4.7 và 4.8) phù hợp với nhận xét, đánh giá như đối với sợ Hook. Với kích thước sợi 6 cm, Cường độ chịu nén là 21.06 MPa, 33.18 và 38.03, tương ứng với HLS được bổ sung 1%, 1.5% và 2% với ĐMM 0.59 g/cm2, 0.41 g/cm2 và 0.27 g/cm2. Từ các kết quả thu được, để nâng cao chất lượng bê tông, thông qua việc giảm ĐMM bê tông. HLS 2% và kích thước sợi là 6 cm đạt hiệu quả cải thiện nhất.
Hình 4.8 cho thấy, Xét trên cả hai loại sợi, cường độ chịu nén tại HLS 0.5% sấp xỉ bằng cường độ chịu nén tại HLS 1.5%. Giá trị cường độ tương ứng là 22.01 MPa và 23.64 MPa đối với sợi có L= 3.5 cm và giá trị cường độ tương ứng 31.49 MPa (0.5%) và 33.18 MPa (1.5%) cho sợi có L= 6 cm. Cường độ chịu nén chênh lệch 39.4% so với cấp phối không chứa sợi khi HLS 2% (Sợi L=3.5 cm), cường độ chịu nén sai khác 77.7% so với cấp phối không chứa sợi khi HLS 2% ( Sợi L=6cm).
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 0.5 1 1.5 2 C ư ờn g độ c hị u né n (MP a) Hàm lượng sợi thép (%)
Ảnh hưởng hàm lượng sợi và kích thước sợi thẳng
L=3.5 cm L=6 cm Không sợi
67
Đánh giá chung: Khi cường độ bê tông càng lớn, độ mài mòn bê tông càng
nhỏ. Cần định lượng HLS phù hợp để, giúp cải thiện chất lượng bê tông, thông qua việc giảm độ mài mòn. Theo điều kiện thực tế, HLS 2% cho cả hai kính thước sợi 6.0 cm và 3.5cm đạt hiệu quả thay thế.
68
5. Chương 5. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 5.1 Kết luận
Kết quả nghiên cứu cho thấy, khi bổ sung thành phần sợi thép trong cấp phối bê tông Geopolymer nhằm cải thiện độ mài mòn, yếu tố được biết đến ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bê tông. Một số kết luận được rút ra như sau:
ĐMM đối với bê tông sợi thép trung bình từ 0.45 g/cm2 – 0.7 g/cm2.
HLS hợp lý trong cấp phối bê tông Geopolymer từ 1% đến 2%, cải thiện chất lượng bê tông thông qua việc giảm ĐMM. Đối với sợi Hook, khi HLS=2% ĐMM lớn nhất 41.28 g/cm2, Đối với sợi Thẳng, khi HLS=2% ĐMM đạt 37.4 g/cm2, Khi sử dụng chiều dài sợi L=3.5cm.
HLS có tác động mạnh đến ĐMM, khi HLS (1% ~ 2%), ĐMM chênh lệch sấp xĩ một nửa giá trị ban đầu 0.71 g/cm2 so với 0.33 g/cm2 – bê tông sợi Hook (L=3.5). 0.46 g/cm2 so với 0.2 g/cm2 – bê tông sợi thẳng (L=3.5)
Quan hệ giữa ĐMM và Cường độ chịu nén là tỷ lệ nghịch, bê tông sử dụng chiều dài sợi lớn hơn, cho cường độ chịu nén lớn hơn và ĐMM nhỏ hơn. Xét cùng một kích thước sợi Hook có L=3.5mm, Cường độ chịu nén thấp nhất 15.4 MPa tương ứng với ĐMM cao nhất 0.71 g/cm2. Với L= 6mm thì cường độ chịu nén 20.58 MPa tương ứng ĐMM 0.2 g/cm2.
Một kết luận rút ra được từ kết quả quả đạt được, HLS 2% là giá trị để ĐMM lớn nhất trong phạm vi nghiên cứu. Tại HLS này, ĐMM cải thiện từ 27% đến 40%. Cùng với đó, tại HLS 1% không làm tăng ĐMM.
5.2 Hướng phát triển đề tài
Ngoài những kết quả đã đạt được, báo cáo cũng còn một số hạn chế như: chưa khảo sát được vùng giá trị HLS làm giảm ĐMM đến mức thấp nhất hay các
69
yếu tố khác như phối hợp các loại sợi, bổ sung phụ gia,…ảnh hưởng đến ĐMM và khảo sát đến mức độ vi mô của vật liệu cấu thành. Một khó khăn gặp phải trong quá trình nghiên cứu đó là hạn chế về thiết bị, nên chưa kiểm tra bằng nhiều phương pháp và chưa kết hợp các phương pháp thí nghiệm, để đưa ra cái nhìn khách quan và chính xác nhất cho một hiện tượng gặp phải khi nghiên cứu.
Các kết quả của nghiên cứu có thể kế thừa và phát triển rộng hơn, đánh giá toàn bộ các yếu tố, không chỉ dừng lại ở khảo sát đánh giá độ mài mòn của bê tông Geopolymer sử dụng sợi thép. Có thể mở rộng ra các đánh giá liên quan đến những yếu tố ăn mòn, chủng loại sợi đến độ mài mòn, cũng như đưa ra được các giải pháp khắc phục.
Kết quả nghiên cứu góp phần làm phong phú thêm cơ sở dữ liệu khoa học cho lĩnh vực vật liệu thân thiện với môi trường, đồng thời việc gia cường thêm sợi thép để tăng khả năng chống mài mòn đối với cấu kiện bê tông.
70
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Thomas T. C. Hsu, Floyd O. Slate, Gerald M. Sturman, George Winter, "Microcracking of Plain Concrete and the Shape of the Stress-Strain Curve,"
Journal Proceedings, vol. 60, no. 2, pp. 209-224, 1936.
[2] J.Davidovits, Geopolymers – Inorganic polymeric new materials, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 1991.
[3] J.Davidovits, "Properties of Geopolymer Cement," in International conference
on Alkaline cements and concretes, 1994.
[4] B. V. Rangan, D. Hardjito, "Development and Properties of Low-calcium fly ash based Geopolymer concrete," Faculty of Engineering Curtin University of Technology Perth, Australia, 2005.
[5] M. Bakri, Abdullah, K. Hussin, M. Binhussain, I. Nizar, R. Razak, Y. Zarina, "Microstructure study in optimization of high strength fly ash based geopolymer," in Advanced Material Research, 2012, pp. 2173-2180.
[6] Hardjito, "Studies of fly ash-based geopolymer concrete," Dept. of Civil Engineering, 2005.
[7] D. Naveen Kumar, K. Ramujee, "Abrasion resistance of polypropylene fiber reinforced geopolymer concrete," Journal of Emerging Technologies and
Innovative Research (JETIR), vol. 4, no. 11, pp. 276-283, 2015.
[8] Romualdi, J., Baston, G., "Mechanics of crack arrest in concrete," ASCE, vol. 89, no. 3, pp. 147-168, 1963.
[9] Charles. H., Henage , Doberty. T.J., "Analysis of reinforced fibrous concrete,"
ASCE, vol. 2, no. 1, pp. 177-188, 1976.
[10] Naaman A.E., Shah S.P., "Pull Out Mechanism in Steel-Fibre Reinforced Concrete," ASCE, vol. 102, no. 8, pp. 1537-1548, 1976.
71
Magazine of Concrete Research, vol. 28, no. 96, pp. 157-161, 1976.
[12] V. Ramakrishnan, Terje Brandshaug, W.V. Coyle, and Ernest K. Schrader, "A comparative evaluation of concrete reinforced with straight steel fibres and fibres with deformed ends glued together in to bundles," Journal Proceedings,
vol. 77, no. 3, pp. 135-143, 1980.
[13] Kukreja C.B, Kaushik S.K., Kanchi M.B., Jain O.P., "Flexural characteristics of steel fibre reinforced concrete," Concrete Journal, pp. 184-188, 1980. [14] Tống Tôn Kiên cùng cộng sự, "Bê tông geopolymer – những thành tựu, tính
chất và ứng dụng," in Hội nghị khoa học kỷ niệm 50 năm ngày thành lập Viện
KHCN xây dựng, 2013.
[15] Nguyễn Văn Dũng, "Nghiên cứu chế tạo bê tông Geopolymer từ tro bay," tạp
chí khoa học và công nghệ Đà Nẵng, 2014.
[16] Nguyễn Viết Trung, Bê tông cốt sợi thép, Nhà xuất bản xây dựng, 2010.
[17] Trần Bá Việt, "Bê tông cốt sợi hỗn hợp: tính năng cao phù hợp với khí hậu Việt Nam," Viện Khoa Học- Công Nghệ Xây Dựng, 2015.
[18] M. Olivia, "Durability Related Properties of Low Calcium Fly ash based Geopolymer Concrete,," Curtin University of Technology, 2011.
[19] Anil Khajuria, Kailash Bohra, P. Balaguru, "Long Term Durability of Synthetic Fibers in Concrete," ACI, vol. 126, pp. 851-868, 1991.
[20] Makhova, "Crystallization of basalt fibers," Glass Ceram, vol. 25, p. 672–674, 1968.
[21] S. Marikunte, P. Soroushian, "Statistical evaluation of long-term durability characteristics of cellulose fiber reinforced cement composites," Materials
Journal, vol. 91, no. 6, pp. 607-616, 1995.
[22] Y. Liu, "Improving the abrasion resistance of hydraulic-concrete containing surface crack by adding silica fume," Constr. Build. Mater, vol. 21, pp. 972- 977, 2007.
72
[23] X.H. Cai, Z. He, S.W. Tang, X.R. Chen, "Abrasion erosion characteristics of concrete made with moderate heat Portland cement, fly ash and silica fume using sandblasting test," Constr. Build. Mater, vol. 127, p. 804–814, 2016. [24] S.K. Rao, P. Sravana, T. C. Rao, "Abrasion resistance and mechanical
properties of Roller Compacted Concrete with GGBS," Constr. Build. Mater.,
vol. 114, pp. 925-933, 2016.
[25] Z. He, X. Chen, X. Cai, "Influence and mechanism of micro/nano-mineral