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 quá 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
tro bay và so sánh kết quả thực nghiệm với lý thuyết tính tốn và kết quả mô phỏng bằng phần mềm Abapus. Kết quả phân tích cho thấy sàn bê tơng cốt thép sử dụng chất kết dính geopolymer có ứng xử chịu uốn tương tự với sàn bê tông xi măng truyền thống. Đề tài nghiên cứu xác định khả năng chịu uốn của sàn Geopolymer, ảnh hưởng của việc thay đổi điều kiện dưỡng hộ nhiệt cũng như kích thước cốt thép trong sàn đến khả năng chịu lực của cấu kiện; từ đó vẽ các biểu đồ ảnh hưởng và rút ra kết luận. Từ kết quả thí nghiệm các cấu kiện sàn cho 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 thông thường.
Từ khóa: sàn bê tơng cốt thép Geopolymer, tro bay, geopolymer, …
Abstract: This thesis studies the bearing capacity of the concrete floor using fly ash
geopolymer and compare experimental results with theoretical calculations and simulation results by software Abapus. Results showed that the floor analysis of reinforced concrete using geopolymer binder with flexural behavior similar to floor traditional concrete. Research topics defined bending resistance of geopolymer floor, the effects of changing conditions steam curing as well as the size of the floor reinforcement to the bearing capacity of the structures; thereby drawing the chart impact and draw conclusions. From the experimental results the floor structures shows that the factors affecting the bearing capacity of reinforced categories include Ferro-Ferro or tendon is smooth, the diameter of the reinforced type different from Φ and Φ 10 to 12 Φ8 are affecting bending resistance of floor constructions of geopolymers. This result is consistent with other results investigated in the precast concrete using conventional cement. That shows the behavior of the structure consistently using geopolymers concrete is similar to the conventional constructions.
1. GIỚI THIỆU
Với phần lớn kết cấu chịu lực của các cơng trình xây dựng hiện nay đều là hệ bê tơng cốt thép tồn khối thì bê tơng đã trở thành là một trong những loại sản phẩm được sử dụng nhiều nhất trong ngành xây dựng.
Chất kết dính thơng thường để sản xuất bê tông là cement Portland. Tuy nhiên, song hành cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp sản xuất cement đã gây ra nhiều ảnh hưởng nặng nề đến môi trường tự nhiên và một số hệ lụy khác.
Ngành công nghiệp sản xuất cement đã đòi hỏi việc khai thác một trữ lượng lớn về ngun vật liệu; đó chính là các nguồn tài nguyên thiên thiên không thể tái tạo như đá vôi và đất sét, … Hiện tại, trữ lượng đá vơi đang ngày giảm một cách nhanh chóng cũng như việc khai thác đất sét đã làm tiêu tốn một trữ lượng đáng kể diện tích đất trồng cây lương thực.
Ngồi ra, cùng với q trình nung trong lị tạo “Clanh-ke” cho việc sản xuất cement thì cũng làm lãng phí rất nhiều nhiệt năng. Từ đó lại dẫn đến sự tổn hao cho các nguồn tài nguyên khác như than đá, dầu, điện, … và gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng sức khỏe con người vì khí thải CO2 trong ngành công nghiệp ngày càng tăng. Để sản xuất ra một tấn cement sẽ có 770 kg khí thải vào khơng khí sau những cơng đoạn nung nguyên liệu. Năng lượng để sản xuất cement chỉ đứng thứ ba sau sản xuất thép và nhôm.
Để góp phần hạn chế lượng khí thải CO2 từ các ngành công nghiệp sản xuất cement hay gạch nung truyền thống; đồng thời tận dụng
nguồn tro bay - loại phế phẩm của ngành cơng nghiệp nhiệt điện thì cơng nghệ Geopolymer đã và đang được nghiên cứu, áp dụng để thay thế Cement Portland - chất kết dính trong sản xuất bê tông thông thường. Sản phẩm của cơng nghệ này chính là bê tơng và vữa Geopolymer – đây là một trong những sản phẩm xanh, thân thiện với môi trường của ngành vật liệu xây dựng hiện nay. Bê tông Geopolymer đã được quan tâm, nghiên cứu và phát triển ngày càng nhiều vì những ưu điểm nổi bật như: khả năng chịu lực, khả năng chống ăn mòn, chịu nhiệt, cách âm, độ co ngót nhỏ hay khả năng gắn kết tốt với cốt thép trong bê tông, …
Công nghệ Geopolymer hiện nay đang được nghiên cứu đa dạng hơn khi áp dụng cho các cấu kiện khác nhau, điển hình như dầm
Geopolymer của M.V.Nataraja hay
Muthumani, … Đi cùng với xu hướng ấy, đề tài “Nghiên cứu khả năng chịu uốn của sàn bê tơng cốt thép Geopolymer” sẽ nghiên cứu tính ứng dụng của công nghệ này.
2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ
PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 2.1. Nguyên vật liệu
Nguyên vật liệu để chế tạo bản sàn bê tông Geopolymer bao gồm: Thép, tro bay, dung dịch NaOH và dung dịch Na2SiO3, cốt liệu lớn (Đá) và cốt liệu nhỏ (Cát).
2.1.1. Thép
Thép sử dụng trong đề tài là thép Việt Nhật với ba loại kích thước đường kính khác nhau là d8, d10 và d12 để thí nghiệm cho ba cấu kiện sàn bê tông cốt thép Geopolymer.
2.1.2 Tro bay
Tro bay (FA) loại F sử dụng trong thí nghiệm có nguồn gốc từ nhà máy nhiệt điện với thành phần hóa được trình bày trong Bảng 3.
Bảng 1. Thành phần hóa học của tro bay
Thàn h phần hoá học SiO2 Al2O 3 Fe2O 3 Ca O Mg O MK N (*) % khối lượng 55.2 6 16.58 12.31 5.25 4.25 2 (*): Mất khi nung
2.1.3. Dung dịch hoạt hóa
Dung dịch hoạt hóa Alkali là sự kết hợp giữa Sodium Hydroxyde (NaOH) và Sodium Silicate (Na2SiO3). Dung dịch sodium hydroxide được pha chế từ tinh thể rắn với độ tinh khiết trên 90%, khối lượng riêng 2130 kg/m3 và có nồng độ lần lượt là là 8, 12 và 16 mol/l. Dung dịch sodium silicate sử dụng với hàm lượng Na2O và SiO2 dao động từ 36% đến 38%, tỷ trọng 1.42 0.01 g/ml.
2.1.4. Cát
Cát được sử dụng là cát sạch ở sơng Đồng Nai, cỡ hạt thơ. Các tính chất cơ lý như khối lượng riêng, khối lượng thể tích, thành phần hạt … được thí nghiệm theo Tiêu chuẩn Việt Nam. Cát đã được làm sạch và sấy khô trước khi đưa vào sử dụng, thoả mãn các yêu cầu của TCVN 1770 : 1986 “Cát xây dựng – Yêu cầu kỹ thuật”.
Hình 1. Biểu đồ thành phần hạt cát 2.1.5. Đá
Cốt liệu lớn sử dụng đá dăm được khai thác từ mỏ đá Tân Đồng Hiệp, xã Tân Đông Hiệp, huyện Dĩ An, Bình Dương. Đá dăm đa số có dạng khối cầu, ít hạt dẹt và ít góc cạnh. Cỡ hạt đá lớn nhất Dmax = 20 mm, khối lượng riêng 2700 kg/cm3, khối lượng thể tích 1510kg/cm3.
Hình 2. Biểu đồ thành phần hạt đá 2.2. Cấp phối
Thành phần cấp phối được thể hiện thông qua Bảng 2 và Bảng 3 như sau:
Bảng 2. Thành phần cấp phối theo % Tên Cấp phối Cốt liệu lớn (%) Cốt liệu nhỏ (%) Tro bay (%) Dung dịch (%) Tỉ lệ dung dịch Nồng độ dung dịch NaOH (Mol) NaOH Na2SiO3 CP1 50 20 18 12 1 2.5 14
Bảng 3.Thành phần CP theo khối lượng (kg)
CP Thép Đá Cát Tro bay Sodium Hydroxit Sodium Silicat NaOH Na2 SiO3 01 d12 1178 504 382 65.58 163.95 02 d10 1178 504 382 65.58 163.95 03 d8 1178 504 382 65.58 163.95
2.3. Phương pháp thí nghiệm 2.3.1. Nhào trộn và đúc mẫu
Đối với cấp phối dưỡng hộ thường, các thành phần nguyên liệu sau khi định lượng được nhào trộn trong khoảng 1 phút tạo thành hỗn hợp khô. Hỗn hợp dung dịch sodium hydroxide, sodium silicate và nước đã chuẩn bị trước được đổ vào hỗn hợp khô bắt đầu quá trình 1 phút. Hỗn hợp bê tông được tạo mẫu theo tiêu chuẩn ASTM C780. Hỗn hợp bê tơng được đúc thành ba cấu kiện sàn có kích thước 3000×1000×100 (mm) với hệ lưới cốt thép trong ba cấu kiện sàn có đường kính lần lượt là d8, d10 và d12.
Với từng cấp phối mẫu cho mỗi cấu kiện nêu trên, ta triển khai đúc mẫu hình lập phương