Sau khi dƣỡng hộ nhiệt xong, tiến hành thử nghiệm cần những thiết bị dụng cụ nhƣ sau:
- Máy ép thủy lực hoặc máy ép cơ học ứng dụng hệ thống kích thủy lực. Máy phải đƣợc lắp đồng hồ đo lực có thang chia lực phù hợp, sao cho tải trọng thử phải nằm trong phạm vi ( 20-80) % giá trị lớn nhất của thang lực, độ chính xác của máy trong khoảng ±2% tải trọng thử quy định.
- Thanh gối tựa, thanh truyền lực bao gồm hai thanh gối tựa ở dƣới, một thanh truyền lực ở trên. Hai thanh gối tựa dƣới đƣợc làm bằng thép cứng, cũng có thể làm bằng gỗ cứng đãm bảo thẳng và bề mặt phẳng. Thanh truyền lực ở trên làm bằng thép cứng đƣợc tì lên cọc qua một điểm tựa ngay điểm giữa của cọc. Lực của máy ép tác dụng lên điểm giữa của chiều dài thanh truyền lực và phân bố lực lên cọc qua 1 điểm tựa.
- ộ căn lá thép để kiểm tra vết nứt, độ dầy của căn là (0,02†1,00)mm. - Thƣớc thép hoặc thƣớc thép cuộn, độ chính xác đến 1mm.
■ ách tiến hành: [41]
ặt cọc lên hai thanh gối tựa vững chắc. ặt thanh truyền lực lên cọc. Vị trí lắp đặt hệ thống thử tải đƣợc mô tả trên Hình 2.3.
-Vận hành máy: cho lực tác dụng lên điểm giữa của thanh truyền lực, tăng tải từ từ đến giá trị 10 % tải trọng gây nứt tính toán, giữ tải để kiểm tra xem toàn bộ hệ thống gá lắp đã vững chắc, ổn định chƣa.. ác thanh gối tựa và thanh truyền lực có tiếp xúc đều với cọc không. Tiến hành thử tải tăng đều từ thấp đến cao. Khi đạt 100% tải trọng gây nứt tính toán ở trên. Tại thời mức tải cọc bị nứt 1mm dừng lại để xác định độ võng tại điểm giữa cọc và bề rộng vết nứt của cọc.
-Sau khi thử đến 100 % tải trọng gây nứt tính toán, nếu cọc vẫn chƣa xuất hiện vết nứt hoặc vết nứt có chiều rộng nhỏ hơn 0,1 mm thì tiếp tục tăng tải trọng ứng với mỗi cấp tăng thêm 10 % so với tải trọng gây nứt tính toán cho đến khi cọc xuất hiện vết nứt có chiều rộng bằng hoặc lớn hơn 0,1 mm. Ghi lại tải trọng gây nứt thực tế, độ võng tại điểm giữa của cọc và chiều rộng vết nứt lớn nhất.
40
3.2.10 Cách đo độ võng khi uốn nứt cọc:
- Khi đặt cọc trên dàn nén xong, ta gia tải để cho thanh ngang ấn lên thân cọc cố định. Học viên lấy dấu từ thanh đáy thanh ngang đo xuống khoảng 10 cm, gạch lằn vạch. Gia tải đến khi cọc xuất hiện vết nứt nhỏ hơn hay bằng 1mm, cho dừng gia tải, giữ tải cố định, đo lại khoảng cách giữa đáy thanh ngang và lằn vạch làm dấu lúc đầu. Trừ trên lệch số liệu hai lần đo ta có độ võng cọc. ên cạnh đó học viên cũng dùng đồng hồ so ( Nhật) đã đƣợc kiểm định và còn thời hạn sử dụng. ồng hồ này đo đƣợc chuyển vị trong phạm vi 50mm, độ chính xác 0,01mm. Sau khi đƣa cọc vào bệ nén, tiến hành đặt đồng hồ dƣới đáy cọc và chỉnh vạch về không “ZERO”. ắt đầu gia tải đến khi xuất hiện vết nứt 0,1mm, cho dừng lại giữ tải cố định và đọc số vạch đồng hồ. ồng hồ thể hiện bao nhiêu vạch là số liệu tải trọng uốn gây nứt. Lúc này ta có kết quả độ võng bằng đo thủ công và đồng hồ bằng nhau.
3.2.11 Thực nghiệm:
Tiến hành đúc mẫu bê tông hình trụ tròn kích thƣớc 150 mm x 300 mm, cho 01 loại cấp phối, sau đó tiến hành dƣỡng hộ ở nhiệt độ 100 º trong phòng trong vòng 10 tiếng đồng hồ sau đó nén mẫu. Kết quả đạt đƣợc sẽ sử dụng để đúc cấu kiện cọc rỗng GPC.
ối với mẫu trụ bê tông xi măng, tiến hành thiết kế cấp phối 45, khi đúc mẫu xong bảo dƣỡng ở nhiệt độ 32° – 35°C trong phòng thí nghiệm trong vòng 28 ngày, mang đi nén mẫu xác định cƣờng độ. ùng cấp phối này để đúc cấu kiện cọc rỗng bê tông xi măng.
úc cấu kiện cọc rỗng GPC xong, sau đó dƣỡng hộ mỗi cọc ở 06 giai đoạn nhiệt độ khác nhau tang dần từ 40° – 120°C trong vòng 10 tiếng cho mỗi giai đoạn. Sau đó đặt trong phòng ở nhiệt độ bình thƣờng trong vòng 20 ngày và mang ra thí nghiệm để xác định độ bền uốn nứt thân cọc và độ bền uốn gãy thân cọc ở 06 mức nhiệt độ dƣỡng hộ.
41
Bảng 3.10: Khối lƣợng thí nghiệm
Cọc Khối lƣợng thí
nghiệm Nội dung
Số lƣợng cọc thí nghiệm Cọc GPC Uốn: nứt, gãy 6 mức nhiệt độ dƣỡng hộ 12
Cọc OPC Uốn: nứt, gãy…
Cọc bê tông OPC cùng cƣờng độ với
GPC
2
Từ khối lƣợng thí nghiệm để xác định độ bền uốn nứt thân cọc và độ bền uốn gãy thân cọc ở 06 mức nhiệt độ dƣỡng hộ. Trong quá trình thí nghiệm ghi lại các số liệu: Tải trọng uốn gây nứt thực tế ( kN), độ võng tại điểm giữa của cọc và chiều rộng vết nứt lớn nhất (mm). Từ tải trọng uốn gây nứt thực tế, vận dụng công thức số (2) của TCVN 7888:2014 [41] tính ra mô men uốn nứt thực tế (kN.m). Có tải trọng uốn gãy thực tế, áp dụng công thức (2) TCVN 7888:2014 [41] và nhân 1,5 tính ra mô men uốn gãy thực tế (kN.m). Tính mô men uốn gãy thân cọc thực nghiệm, vận dụng công thức của T VN 7888:2014 [41] nhƣ sau: 2 3 3.2 40 20 gmL PL M
3.2.13 Thí nghiệm khả năng chịu uốn của cọc rỗng:
Xác định khả năng chịu tải cọc vận dụng theo TCVN 7888:2014 [41]:
a) Xác định độ bền uốn nứt thân cọc:
■ Nguyên tắc
42
Hình 3.13: Sơ đồ tải trọng uốn nứt thân cọc vận dụng theo T VN 7888:2014 HÚ ẪN:
L: hiều dài cọc, m; P: Tải trọng uốn, kN ■ Biểu thị kết quả:
Vận dụng công thức số (2) của T VN 7888:2014 [41] tính ra đƣợc công thức sau [46]: 2 3 3.3 40 20 gmL PL M Trong đó: M: Mômen uống nứt thực tế , KN.m; P: Tải trọng uống gây nứt, KN; g: Gia tốc trọng trƣờng, 9,81m/s2 m: Khối lƣợng cọc, tấn ; + ối với cọc P , PH : m=2,5πt( -t), tấn; L: hiều dài cọc,m; : ƣờng kính ngoài thân cọc, m; t : hiều dầy thành cọc, m;
43
Kiểm tra độ bền uốn gãy thân cọc đƣợc kết hợp với thử nghiệm xác định độ bền uốn nứt thân cọc. Tiếp tục tăng tải trọng cho đến khi cọc gãy. Ghi lại tải trọng uốn lớn nhất đạt đƣợc tính toán mômen uốn gãy,
ộ bền uốn gãy thân cọc đƣợc xác định qua giá trị mômen uốn đạt đƣợc đến khi cọc gãy. Giá trị mômen uốn gãy không nhỏ hơn 1,5 lần giá trị mômen uốn nứt đƣợc nêu trong bảng 1 của T VN 7888 :2014 [41]
44
CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 4.1 CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA MẪU BÊ TÔNG GEOPOLYMER:
Mẫu trụ bê tông geopolymer và bê tông xi măng dƣỡng hộ nhiệt theo đúng qui trình thí nghiệm, tiến hành nén xác định cƣờng độ. Mẫu trụ bê tông xi măng đạt cƣờng độ chịu nén là 58,5 MPa và mẫu trụ bê tông geopolymer đạt cƣờng độ chịu nén là 58,2 MPa, xem nhƣ kết quả tƣơng đƣơng nhau, chênh lệch rất nhỏ khoảng 0,5%. Sử dụng cấp phối của 02 mẫu này để đúc cấu kiện cọc rỗng OP và GP
Bảng 4.1: Tổng hợp cƣờng độ chịu nén của các cấp phối bê tông OPC và GPC
ấp phối dƣỡng hộ Nhiệt độ AL/FA SS/SH ƣờng độ chịu nén (MPa) OPC 60ºC 58,5 GPC1 100ºC 0,6 2 58,20 0 10 20 30 40 50 60 70 OPC 0.6 Cườ ng đ ộ ch ịu né n Rb (MP a) Tỷ lệ AL/FA = 0,6 SS/SH= 2
Hình 4.1: ƣờng độ chịu nén của các mẫu trụ OP và GP 1
4.2 TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU UỐN CỦA CỌC RỖNG OPC, GPC THEO LÝ THUYẾT:
Từ kết quả nén thực nghiệm ở bảng 4.1, vận dụng ảng số 12,13 của T VN 5574-2012 ta xác định đƣợc mẫu bê tông xi măng và bê tông geopolymer đạt cấp độ bền tƣơng đƣơng 45, do đó theo tiêu chuẩn lấy:
45
ƣờng độ chịu kéo của bê tông theo TTGH II B45: Thép: PC Bar
ƣờng độ chịu kéo giới hạn chảy:
ƣờng độ chịu nén của cốt thép: = 500 MPa Tính toán moment chịu uốn của cọc rỗng
o ặc trƣng hình học của tiết diện cọc 300 - án kính ngoài tiết diện
- án kính trong tiết diện - án kính trung bình tiết diện
- án kính qua trọng tâm tiết diện cốt thép
Thép P ar: chọn trƣớc 06 cây, đƣờng kính 7,1 mm iện tích tiết diện 1 cây thép: As = 39,6 mm2
iện tích tiết diện 6 cây thép:
As,tot = n x As = 6 x 39,6 = 237,6 mm2 (4.1) n: là số thanh thép, n=6
iện tích tiết diện vành khuyên
(4.2)
iện tích tƣơng đối của bê tông vùng chịu nén
(4.3)
Khoảng cách từ hợp lực của cốt thép chịu kéo đến trọng tâm tiết diện
46
(4.4)
Tính moment kháng nứt của cọc rỗng
Hệ số:
Khoảng cách từ trọng tâm tiết diện quy đổi đến mép chịu kéo:
Moment quán tính của tiết diện quy đổi: (4.5)
Moment kháng đàn hồi của tiết diện
(4.6) Moment kháng uốn của tiết diện
(4.7)
Moment kháng nứt của tiết diện cọc rỗng
(4.8)
Tính moment kháng gãy của cọc rỗng
47
4.3 XÁC ĐỊNH ĐỘ BỀN UỐN NỨT – GÃY THÂN CỌC CỦA CỌC TRÒN RỖNG BÊ TÔNG CỐT THÉP “ CỌC RỖNG OPC” VÀ CỌC TRÕN RỖNG BÊ TÔNG GEOPOLYMER “ CỌC RỖNG GPC”:
4.3.1 Các dạng phá hoại điển hình: 4.3.1.1 Cọc rỗng OPC
a) ạng phá hoại cấu kiện cọc theo vết nứt thẳng góc với trục cọc
Hình 4.2: ác dạng vết nứt của cọc rỗng OPC
4.3.1.2 Cọc rỗng GPC :
Các dạng phá hoại cấu kiện cọc theo vết nứt nghiên với trục cọc và thẳng góc với trục cọc:
ấu kiện cọc rỗng GPC tiến hành thử, lúc này ta tăng tải trọng từ thấp đến cao. Ta thấy khi tải trọng nhỏ, cọc còn nguyên vẹn, chƣa có khe nứt. Khi tải trong đủ lớn sẽ thấy xuất hiện những khi nứt thắng góc với trục cọc tại khu vực có mômen lớn và khe nứt nghiêng tại khu vực gần gối tựa là chỗ có lực cắt lớn nhất. Khi tải trọng khá lớn thì cọc bị phá hoại tại tiết diện có khe nứt thẳng góc hoặc tại tiết diện có khe nứt nghiêng.
48
Hình 4.3: ác dạng vết nứt của cọc rỗng GPC
4.4 ẢNH HƢỞNG NHIỆT ĐỘ DƢỠNG HỘ VÀ KHẢ NĂNG CHỊU UỐN CỦA CỌC:
o hạn chế của thiết bị, trong quá trình thí nghiệm chỉ ghi nhận đƣợc tải trọng uốn nứt, tải trọng uốn gãy, độ võng khi uốn nứt, kết quả thí nghiệm cọc đƣợc trình bày trong bảng 4.2 bên dƣới.
49
Bảng 4.2: Tải trọng trung bình thực nghiệm của cọc rỗng OP và cọc rỗng GPC
Cọc Nhiệt độ dƣỡng hộ Thời gian dƣỡng hộ nhiệt ( giờ ) Tải trọng uốn nứt thực nghiệm (kN) Tải trọng uốn gãy thực nghiệm (kN) Tải trọng uốn gây nứt trung bình thực nghiệm (kN) Tải trọng uốn gãy trung bình thực nghiệm ( kN) OPC 60ºC 6 88,2 159,39 89,16 160,90 90,12 162,40 GPC 40ºC 10 20,25 43,12 20,58 43,51 20,91 43,90 60ºC 10 38,13 90,94 37,80 92,04 37,47 93,14 80ºC 10 69,13 100,94 77,82 108,04 86,51 115,14 100ºC 10 90,35 145,23 89,42 146,21 88,49 147,19 110ºC 10 91,25 146,35 90,58 147,25 89,91 148,15 120ºC 10 91,45 146,93 91,72 147,68 91,99 148,43
Từ tải trọng trung bình thực nghiệm của 12 cọc ( 2 cọc rỗng OP và 12 cọc rỗng GP ) sử dụng tính các chỉ tiêu còn lại nhƣ: môn men uốn gây nứt – gãy, độ võng, cƣờng độ chịu kéo của bê tông.
4.4.1 Tải trọng uốn gây nứt, mô men uốn nứt, mô men lý thuyết của cọc rỗng OPC và cọc rỗng GPC.
ặt cọc vào bệ nén ổn định, tiến hành tăng tải từ thấp lên cao, đến khi xuất hiện vết nứt (δ=1mm), dừng tăng tải, đọc số liệu tại thời điểm này. Kết quả tải trọng uốn gây nứt đạt đƣợc thể hiện qua bảng 4.3.
Bảng 4.3: Tải trọng gây nứt, mô men uốn nứt, mô men lý thuyết của cọc rỗng OPC và cọc rỗng GPC
50 Loại cọc Nhiệt độ dƣỡng hộ Thời gian dƣỡng hộ nhiệt (giờ) Tải trọng gây nứt thực nghiệm (kN) Momen uốn nứt thực nghiệm Mcrc.tn (kNm) Momen uốn nứt tính toán Mcrc.tt (kNm) OPC 60ºC 6 89,16 20,82 20,20 GPC 40ºC 10 20,58 5,39 60ºC 10 37,80 9,27 80ºC 10 77,82 18,27 100ºC 10 89,42 20,88 20,20 110ºC 10 90,58 21,14 120ºC 10 91,72 21,40
51
Tải trọng uốn gây nứt và mô men uốn nứt của cọc rỗng OPC và cọc rỗng GPC tƣơng đồng nhau ở nhiệt độ dƣỡng hộ 100º đến 120º . ƣờng độ phát triển nhanh nhất của cọc rỗng GPC ở nhiệt độ dƣỡng hộ từ 40º đến 100º . Khi dƣỡng hộ ở nhiệt độ từ 100º đến 120º thì cƣờng độ tăng rất ít.
Khi cọc dƣỡng hộ nhiệt thấp hơn 1000 , cƣờng độ vật liệu chƣa đạt tƣơng đƣơng cấp độ bền 45 (nhƣ tính toán lý thuyết), cho nên mô men kháng uốn và kháng nứt thực nghiệm cho giá trị nhỏ hơn tính toán theo lý thuyết.
Nhiệt độ dƣỡng hộ 40º đến nhiệt độ 100º , cƣờng độ tăng khoảng 77%, mô men tăng khoảng 74%. Nhiệt độ dƣỡng hộ từ 100º đến 120º cƣờng độ tăng không đáng kể, do vậy trong giai đoạn này tăng thêm nhiệt hoặc kéo dài thời gian dƣỡng hộ thì hiệu quả kinh tế sẽ không cao.Trong tƣơng lai có thể sử dụng bê tông Geopolymer đúc cọc rỗng GPC dƣỡng hộ ở nhiệt độ 100ºC, trong thời gian 12 giờ cho các cấu kiện bê tông sau này.
4.4.2 Tải trọng uốn gãy, mô men uốn gãy, mô men lý thuyết của cọc rỗng OPC và cọc rỗng GPC.
ách thức ghi số liệu tải trọng uốn gãy thân cọc cũng tƣơng tự nhƣ xác tải trọng uốn nứt thân cọc. Sau khi cọc gây nứt 0,1mm ta tiếp tục tăng tải trọng uốn cho đến khi cọc gãy. Ghi lại tải trọng uốn lớn nhất đạt đƣợc, tính toán mômen uốn gãy. Kết quả tải trọng uốn gãy thân cọc đƣợc thể hiện qua bảng 4.4.
52
Bảng 4.4: Tải trọng và mô men của cọc rỗng OP và cọc rỗng GPC
Loại cọc dƣỡng hộ Nhiệt độ Thời gian dƣỡng hộ nhiệt (giờ) Tải trọng uốn gãy thực nghiệm (kN) Momen uốn gãy thực nghiệm Mbr.tn (kNm) Momen uốn gãy tính toán Mbr.tt (kNm) OPC 60ºC 6 160,90 36,96 30,30 GPC 40ºC 10 43,51 10,55 60ºC 10 92,04 21,47 80ºC 10 108,04 25,07 100ºC 10 146,21 33,66 30,30 110ºC 10 147,25 33,89 120ºC 10 147,68 33,99
53
Tải trọng uốn gãy và mô men uốn gãy của cọc rỗng OPC và cọc rỗng GPC tƣơng đồng nhau ở nhiệt độ dƣỡng hộ 100º đến 120º . ƣờng độ phát triển nhanh nhất của cọc rỗng GPC ở nhiệt độ dƣỡng hộ từ 40º đến 100º . Khi dƣỡng hộ ở nhiệt độ từ 100º đến 120º thì cƣờng độ tăng rất ít.
Tải trọng uốn gãy cọc rỗng OPC cao hơn cọc rỗng GPC, cho thấy khả năng dính bám cốt liệu: cát, xi măng, thép của cọc rỗng GPC kém hơn cọc rỗng OPC. Nhƣng vấn đề này có thể cải thiện khi điều chỉnh tỉ lệ dung dịch alkaline/tro bay và tỉ lệ Na2SiO3/NaOH.
ũng tƣơng tự tải trọng uốn nứt và mô men uốn nứt khi nhiệt độ dƣỡng hộ 40º đến nhiệt độ 100º , cƣờng độ tăng khoảng 70%, mô men tăng khoảng 69%. Nhiệt độ dƣỡng hộ từ 100º đến 120º cƣờng độ tăng không đáng kể, do vậy trong giai đoạn này tăng thêm nhiệt hoặc kéo dài thời gian dƣỡng hộ thì hiệu quả kinh tế sẽ không cao. Trong tƣơng lai có thể sử dụng bê tông Geopolymer đúc cọc rỗng GPC dƣỡng hộ ở nhiệt độ 100º , trong thời gian 10 giờ cho các cấu kiện bê tông sau này.
54
4.4.3 Tải trọng uốn nứt - gãy ở 6 mức nhiệt độ dƣỡng hộ cọc rỗng GPC
4.4.4 Mô men uốn nứt - gãy ở 6 mức nhiệt độ dƣỡng hộ
Hình 4.8: iểu đồ tải trọng uốn nứt – gãy 06 mức nhiệt độ