Quan sát biểu đồ cho thấy, khi tải trọng tăng thì biến dạng cũng tăng theo. Khi tải trọng <10kN thì biểu đồ có dạng tuyến tính ở cả ba cấu kiện sàn. Hình dạng biểu đồ của cấu kiện sàn 1 và sàn 2 tương đối giống nhau nhưng biến dạng của cấu kiện sàn 2 dừng lại khi đạt tải trọng 24kN vì cấu kiện bị phá hủy ở tải trọng này. Ở cấu kiện sàn 1 thì biến dạng tiếp tục tăng dần và đạt giá trị cao nhất khi đạt tải trọng 38 kN. Riêng cấu kiện sàn 3 có sự tăng
đột ngột biến dạng ngay khi chịu tải 16kN và khi đạt 22kN thì cấu kiện bị phá hoại hồn tồn. Qua đó cho thấy cấu kiện sàn 3 có mức tăng biến dạng cao nhất.
4.2.4 Biến dạng tại vị trí L/3 của nhịp sàn
Bảng 4.5. Biến dạng tại vị trí L/3 của nhịp sàn
Tải trọng (kN) Biến dạng G1.D12G (S1) G2.D10G (S2) G3.D08T (S3) 0 0 0 0 2 90.8 105.29 96.6 4 101.43 288.83 107.23 6 106.26 592.16 124.61 8 119.78 1139.88 136.21 10 124.61 74.38 141.04 12 156.49 89.84 147.8 14 257.92 84.04 - 16 278.21 82.11 - 18 296.56 74.38 - 20 316.85 63.76 - 22 336.17 28.98 - 24 299.46 110.12 - 26 300.43 191.27 - 28 276.28 - - 30 268.55 - - 32 261.79 - - 34 272.41 - - 36 230.87 - - 38 81.14 - - 40 91.77 - -
Hình 4.6. Biến dạng tại vị trí L/3 của nhịp sàn
Mối quan hệ giữa tải trọng và biến dạng tại vị trí cách giữa nhịp sàn 500 mm cho thấy biến dạng ở cấp phối CP01 có xu hướng bảo tồn và tăng ít hơn so với CP02 và CP03. Đồng thời tại vị trí này, biến dạng có giá trị thấp hơn so với vị trí giữa nhịp. Ở cấp phối CP01 có hệ cốt thép Φ12 thép gân nên làm gia tăng sức chịu tải và làm giảm biến dạng tốt hơn hệ cốt thép Φ10 và Φ8 ở hai cấp phối cịn lại. Ngồi ra, CP01 có q trình dưỡng hộ ở nhiệt độ cao hơn nên bê tơng có độ rắn chắc tốt hơn, tăng sức chịu tải cho bê tông.
4.3 Tính tốn lý thuyết
4.3.1 Tính tốn khả năng chịu lực của sàn Đối với sàn sử dụng cấp phối CP01 Đối với sàn sử dụng cấp phối CP01
Kích thước dầm: b h 1000 100 mm Cường độ bê tông:Rb18.713Mpa
Thép: Đề tài sử dụng thép Việt Nhật VinaKyoel loại SD490 và đường kính là Φ12 cAIII12Rs ser, 620MPa
Tính tốn khả năng chịu moment của sàn: 0 80 h mm 0 620 808 0.335 18.713 1000 80 s s b R A R bh (1 0.5 ) 0.279 m 2 2 0 0.279 18.713 3000 80 100241798 100.242 gh m b M R bh Nmm kNm
Theo sơ đồ nén ta có moment tại giữa nhịp:
2 2 8 2.685 1 8 0.336 ql M Pl P P với l3 ;m q2.685kN m/ Ta có: M Mgh 3P0.336100.242 P 33.3kN
Vậy lực nén giới hạn tại vị trí giữa sàn là 33.3 kN.
Tương tự ta thực hiện tính tốn cho cấu kiện sàn sử dụng cấp phối CP02 và CP03 Bảng 4.6. Tải trọng tới hạn theo tính tốn
Cấu kiện sàn Mgh (kNm) P (kN)
G1.D12G (S1) 100.242 33.3
G2.D10G (S2) 67.34 22.17
G3.D08T (S3) 63.31 20.84
Khả năng chịu lực của cấu kiện sàn bê tông Geopolymer sử dụng cấp phối CP1 lớn hơn cấp phối 2 và cấp phối 3. Tuy cả ba cấu kiện sàn đều sử dụng cùng cấp phối bê tông nhưng sự chênh lệch về tải trọng tới hạn này lại thể hiện rõ vì cấu kiện sàn sử dụng cấp phối
CP01 có hệ lưới thép lớn nhất, là Φ12 thép gân. Điều đó cho thấy khả năng chịu lực còn cấu kiện sàn cịn phụ thuộc vào yếu tố khác ngồi bê tơng chính là cốt thép (tham gia chịu uốn, chịu kéo và nén rất tốt).
Bảng 4.7. Độ võng của sàn tại vị trí giữa nhịp theo tính tốn
Tải trọng P (kN) Chuyển vị (mm) L/2 L/3 0 0 0 2 2 1.38 4 4.89 3.37 6 7.41 5.11 8 9.46 6.53 10 11.41 7.87 12 13.85 9.56 14 15.75 10.87 16 18.67 12.88 18 21.97 15.16 20 24.63 16.99 22 27.057 18.67 24 28.002 19.32 26 28.89 19.93 28 29.757 20.53 30 30.874 21.30 32 31.687 21.86 34 32.97 22.75 36 33.37 23.03
Hình 4.7. Chuyển vị của sàn bê tơng Geopolymer theo tính tốn
4.3.2 Tải trọng hình thành vết nứt cho cấu kiện sàn
Cấu kiện sàn bê tơng Geopolymer chịu uốn 4 điểm nên tính Mcrc
Moment chống nứt của cấu kiện sử dụng cấp phối CP01 là 6.3 kNm Moment chống nứt của cấu kiện sử dụng cấp phối CP02 là 5.5 kNm Moment chống nứt của cấu kiện sử dụng cấp phối CP03 là 4.5 kNm
4.4 Mô phỏng Abapus
Kết quả mơ phỏng có thể dùng để đánh giá sự chênh lệch khi tỷ lệ chia phần tử khác nhau, sự phân bố ứng suất, nội lực, đánh giá sự ảnh hưởng của các thông số vật liệu dùng để chế tạo cấu kiện, … Tuy nhiên, trong đề tài này sử dụng kết quả là giá trị chuyển vị của cấu kiện sàn bê tơng geopolymer tại vị trí giữa nhịp sàn và L/3 từ hai phía. Từ đó có thể dùng kết quả mô phỏng để so sánh với thực nghiệm và tính tốn theo lý thuyết.
Đề tài sử dụng kết quả chuyển vị của sàn sử dụng cấp phối CP01 để so sánh với các kết quả chuyển vị của sàn CP01 từ phương pháp thực nghiệm và tính tốn theo lý thuyết.
Hình 4.8. Kết quả phổ ứng suất Mises của sàn sau khi chịu uốn
Bảng 4.8. Độ võng tại vị trí giữa nhịp và L/3 theo mô phỏng bằng phần mềm Abaqus
Tải trọng P (kN) Chuyển vị (mm) L/2 L/3 0 0 0 2 2.000 1.380 4 4.890 3.374 6 7.410 5.113 8 9.460 6.527 10 13.070 9.018 12 15.380 10.612 14 18.500 12.765 16 21.029 14.510 18 23.034 15.893 20 26.354 18.184 22 28.199 19.457 24 30.522 21.060 26 31.779 21.928
28 34.221 23.612
30 36.123 24.925
32 37.232 25.690
34 38.905 26.844
36 39.377 27.170
Hình 4.9. Chuyển vị theo vị trí L/2 và L/3 của sàn bê tơng geopolymer theo mơ phỏng bằng phần mềm Abaqus
Nhìn chung, các giá trị kết quả về chuyển vị của sàn tại vị trí giữa nhịp theo kết quả thực nghiệm có cao hơn so với tính tốn theo lý thuyết nhưng lại thấp hơn so với giá trị mô phỏng bằng phần mềm Abaqus. Giá trị chuyển vị cao nhất tại giữa sàn theo thực nghiệm là 37.5 (mm) lớn hơn 18% so với giá trị chuyển vị lớn nhất theo tính tốn lý thuyết (33.37 mm) và thấp hơn 5% so với mơ phỏng (39.37mm)
Hình 4.11. Chuyển vị tại vị trí L/3 nhịp sàn theo các phương pháp thực nghiệm, mơ phịng và tính theo lý thuyết
Giá trị chuyển vị cao nhất tại vị trí L/3 nhịp sàn theo thực nghiệm là 34.57 (mm) lớn hơn 49% so với giá trị chuyển vị lớn nhất theo tính tốn lý thuyết (23.03 mm) và 27% so với mô phỏng (27.17mm)
Ở cấu kiện sàn được thí nghiệm tại hiện trường có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chịu uốn của cấu kiện như chất lượng bê tông, hệ khung thép trong sàn, kỹ thuật buộc thép, công tác đúc cấu kiện cũng như điều kiện dưỡng hộ, bảo dưỡng, cẩu lắp và quy trình thí nghiệm. Ở tính tốn theo lý thuyết thì khơng tính sự cộng hưởng, tương tác làm việc giữa bê tơng và cốt thép trong q trình uốn cấu kiện nên độ võng tính tốn thấp hơn so với thực nghiệm cũng như mô phỏng. Ở phương pháp mô phỏng cấu kiện tuy khả năng chịu uốn của cấu kiện cao hơn thực nghiệm nhưng kết quả đạt được lại gần sát với kết quả thực nghiệm nhất do có xét đến khả năng liên kết giữa cốt thép và bê tông cũng như một số yếu
tố khác như cường độ bê tông, độ bền kéo của thép, v.v … Bên cạnh đó, khi thay đổi một số thuộc tính, giá trị đầu vào của mơ hình thì cách ứng xử chịu uốn của sàn cũng thay đổi linh hoạt theo và có kết quả gần như sát với thí nghiệm hiện trường.
CHƯƠNG 5:
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
5.1 Kết luận
Theo phương pháp thí nghiệm thực tế, kết quả đo chuyển vị từ thực nghiệm cho thấy khi gia tải từ 0 đến 18 kN thì mức tăng độ võng của cả ba cấu kiện phát triển khá đồng đều với nhau. Sau đó độ võng ở sàn 2 và sàn 3 có mức phát triển độ võng tăng lớn hơn so với sàn 1, cao nhất lên đến 20 mm ở sàn 3 khi tải trọng được tăng từ 20 đến 24 kN. Ở cấu kiện sàn 1 có mức phát triển độ võng đồng đều trong suốt quá trình gia tải trên sàn. Khi tải trọng <10kN thì biểu đồ có dạng tuyến tính ở cả ba cấu kiện sàn. Hình dạng biểu đồ của cấu kiện sàn 1 và sàn 2 tương đối giống nhau nhưng biến dạng của cấu kiện sàn 2 dừng lại khi đạt tải trọng 24kN vì cấu kiện bị phá hủy ở tải trọng này. Ở cấu kiện sàn 1 thì biến dạng tiếp tục tăng dần và đạt giá trị cao nhất khi đạt tải trọng 38 kN. Riêng cấu kiện sàn 3 có sự tăng đột ngột biến dạng ngay khi chịu tải 16kN và khi đạt 22kN thì cấu kiện bị phá hoại hồn tồn. Qua đó cho thấy cấu kiện sàn 3 có mức tăng biến dạng cao nhất.
Từ kết quả thí nghiệm mẫu ta thấy các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chịu lực bao gồm chủng loại cốt thép là cốt thép gân hoặc cốt thép trơn, đường kính các loại cốt thép khác nhau từ Φ8 đến Φ 10 và Φ 12 đều ảnh hưởng đến khả năng chịu uốn của cấu kiện sàn geopolymer. Kết quả này là phù hợp với các kết quả khác đã nghiên cứu ở những cấu kiện sử dụng bê tơng xi măng thơng thường. Qua đó cho thấy ứng xử của các cấu kiên sử dụng bê tông geopolymer là tương đồng với các cấu kiện thơng thường.
Bên cạnh đó, các giá trị kết quả về chuyển vị của sàn tại vị trí giữa nhịp theo kết quả thực nghiệm có cao hơn so với tính tốn theo lý thuyết nhưng lại thấp hơn so với giá trị mô phỏng bằng phần mềm Abaqus. Ở tính tốn theo lý thuyết thì khơng tính sự cộng hưởng, tương tác làm việc giữa bê tông và cốt thép trong q trình uốn cấu kiện nên độ võng tính tốn thấp hơn so với thực nghiệm cũng như mô phỏng. Ở phương pháp mô phỏng cấu kiện tuy khả năng chịu uốn của cấu kiện cao hơn thực nghiệm nhưng kết quả đạt được lại gần sát
với kết quả thực nghiệm nhất do có xét đến khả năng liên kết giữa cốt thép và bê tông cũng như một số yếu tố khác như cường độ bê tông, độ bền kéo của thép, v.v …
Khi tải trọng đạt đến khoảng từ 22 đến 24 kN thì hai cấu kiện sàn 2 và sàn 3 bị phá hủy hoàn toàn. Riêng cấu kiện sàn 1 bị phá hoại khi tải trọng đạt 36 kN.
Các lý thuyết tính tốn của sàn bê tơng Geoplymer có thể sử dụng lý thuyết tính tốn của vật liệu bê tơng xi măng theo tiêu chuẩn hiện hành.
Khả năng chịu tải trọng tới hạn của dầm bê tông geopolymer trong thực nghiệm là tương đương và cao hơn so với kết quả tính tốn theo TCVN 5574-2012.
Kết quả độ võng của sàn theo mô phỏng và thực nghiệm có giá trị lớn hơn khi tính tốn theo TCVN 5574.
5.2 Hướng phát triển của đề tài
Từ việc nghiên cứu ứng xử cũng như khả năng chịu lực của cấu kiện sàn bê tơng geopolymer, đề tài có thể được tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về các yếu tố sau:
- Sự tương tác, làm việc cùng nhau giữa thép và bê tông geopolymer trong cấu kiện - Dự đoán phá hủy cấu kiện
- Mở rộng nghiên cứu sàn hai phương theo từng loại bản sàn (bản kê 2 cạnh, bản kê 4 cạnh, bản ngàm, …)
- Sử dụng nhiều kiểu đan thép tạo khung cho cấu kiện sàn geopolymer (đan chéo, đan hình bình hành, đan vng góc, …) để đánh giá khả năng chịu lực của cấu kiện
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Sirje V, Tarja H (1998). Environmental Burdens of Concrete and Concrete products.
Technical Research Centre of Finland.
2. J. Davidovits, D., R., and James, The Proceeding of Geopolmer 99. 2nd International Conference on Geopolymers. (1999) p. 368.
3. B. Vijaya Rangan (2014), Geopolymer Concrete for environmental protection.
4. Nataraja M, C , Flexural behavior of reinforced geo-polymer concrete beam,
international journal of civil and structural engineering.
5. Muthumani, K, Behavior of concrete beams under low energy repeated impact loading, PhD thesis. December 1995.
6. Palomo, Ana Fernandez-Jimenez (2011), Alkaline activation, procedure for stranforming fly ashes into new materials.
7. Palomo A, Grutzeck M.W. Blanco M.T., (1999), Alkali-Activated Fly Ashes – A Cement for Future, Cem. Con. Res. 29, 1323-1329.
8. Mo Bing-Hui (2014), Effect of curing temperature on geopolymerization of metakaolin-based geopolymers.
9. Rangan, D.H.a.B.V., Development and Properties of Low-calcium fly ash based Geopolymer concrete, in Research report GC12005: Faculty of Engineering Curtin
University of Technology Perth, Australia. p. 103.
10. Olivia, M., Durability Related Properties of Low Calcium Fly ash based Geopolymer Concrete, in Civil Engineering2011, Curtin University of Technology.
11. Manish Chand Kumain, Seema Rani (2015), An experimental study of fiber reinforced Geo-polymer concrete slab for continously increasing height of impact load.
12. Madheswaran C K, J K Dattatreya, P S Ambily & Karansingh P R, Investigation on
behavior of reinforced geopolymer concrete slab under repeated low velocity impact loading, International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and
13. S. Nagan and R. Mohana, Behaviour of geopolymer ferrocement Slabs subjected to impact IJST, Transactions of Civil Engineering, Vol. 38, No. C1+, pp 223-233, 2014.
14. Dr. Abdulkader Ismail Al-Hadithi, Dr.Khalil Ibrahim Aziz and Mohammed Tarrad Nawar Al-Dulaim, Behavior of ferro-cement slabs modified by polymer under low velocity impact Advanced Materials Research Vol. 925 (2014) pp 3-7
15. T Kiran, Sadath Ali Khan Zai, Srikant Reddy S (2015), Impact test on Geopolymer Concrete Slabs.
16. Nguyễn Văn Chánh, trường đại học Bách Khoa Tp.HCM (2008), Bê tơng Geopolymer.
17. Nhóm nghiên cứu, trường đại học Bách Khoa Tp.HCM (2010), Nghiên cứu chế tạo gạch không nung bằng công nghệ geopolymer sử dụng tro bay và phế thải bùn đỏ để xây dựng nhà ở vùng cao nguyên Việt Nam.
18. Nhóm nghiên cứu, trường đại học Giao thông vận tải Hà Nội, Vữa và bê tông sử dụng chất kết dính geopolymer vơ cơ.
19. Vũ Huyền Trân, Nguyễn Thị Thanh Thảo (2009), Nghiên cứu chế tạo gạch không nung bằng công nghệ Geopolymer sử dụng tro bay và phế thải bùn đỏ để xây dựng nhà ở, tuyển tập báo cáo hội nghị sinh viên nghiên cứu khoa học lần thứ 8 – đại học
Đà Nẵng.
20. TS Phan Đức Hùng, TS Lê Anh Tuấn, Nghiên cứu ảnh hưởng của dung dịch hoạt hóa đến tính chất co ngót của bê tơng geopolymer. Ảnh hưởng của mơi trường hoạt hóa và đk dưỡng hộ đến bê tơng Geopolymer cường độ cao. Kiểm chứng ứng xử chịu uốn của dầm bê tông Geopolymer cốt thép sử dụng tro bay. Phân tích ảnh hưởng của thành phần dung dịch hoạt hóa đến cường độ của bê tông Geopolymer bằng phương pháp Taguchi. Ảnh hưởng của thành phần hoạt hóa đến cường độ chịu uốn và kéo gián tiếp của bê tơng Gepolymer. Tính chất cơ học của bê tơng Geopolymer sử dụng tro bay gia cường sợi Poly-propylene. Ảnh hưởng của sợi Micro Poly- propylene đến tính chất cơ lý của bê tông Geopolymer.
21. HardjitoD,Wallah SE,Sumajouw MJ etal (2005) The stress–strain behaviour of fly ash-based geopolymer concrete. In: Developments in mechanics of structures and materials. A A Balkema Publishers, The Netherlands, pp831–834
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỊU UỐN CỦA SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP GEOPOLYMER
RESEARCH OF BENDING RESISTANCE OF REINFORCED GEOPOLYMERS CONCRETE FLOOR
TRÀ CHÍ NHẤT – Học viên cao học, Khoa XD, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM PHAN ĐỨC HÙNG – Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
Tóm tắt: Bài báo nghiên cứu khả năng chịu lực của sàn bê tông geopolymer sử dụng