7. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
5.5 ẢNH HƯỞNG CỦA CỐT SỢI THÉP ĐẾN MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA
Trong phần này đề tài tiến hành đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến một số tính chất của VHSC. Hàm lượng sợi khảo sát từ 0-2,5% theo thể tích. Trong đó đánh giá các tính chất: Độ chảy và thời gian chảy, cường độ nén, cường độ uốn và độ bền dẻo dai. Cấp phối sử dụng trong nghiên cứu được trình bày trong Bảng 5.26:
Bảng 5.26 Ảnh hưởng hàm lượng sợi đến các tính chất VHSC lượng Hàm
sợi,
%
chảy, Độ
mm Độ sụt
Thời gian chảy,s
Khối lượng
tích, thể kg/m3
Cường độ nén,
MPa Cường
uốn độ R28 ,
MPa
Độ bền dẻo dai,
J/m2 3 ngày 28 ngày
0 725 - 18 2445 95,1 128,6 12,7 1.310
0,25 690 - 22 2445 96,4 130,5 13,1 7.670
0,5 675 - 29 2470 99,7 133,0 13,9 17.480
0,75 668 - 36 2510 103,0 135,5 15,2 21.930
1 656 - 47 2520 104,1 137,1 17,8 30.440
1,5 620 - 60 2530 107,4 140,5 18,7 37.240
2 550 - 72,0 2545 103,6 138,9 22,2 49.610
2,5 - 14,5 - 2550 100,5 136,0 25,6 58.360
5.5.1 Ảnh hưởng hàm lượng sợi đến tính công tác của HHBT
Kết quả ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến tính công tác thể hiện trong Hình 5.30.
Kết quả thí nghiệm cho thấy các cấp phối M100 khi bổ sung sợi vào thì tính công tác của bê tông giảm đi so với mẫu đối chứng không có sợi. Tại hàm lượng sợi ≤1% thì ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến độ chảy giảm không đáng kể. Tuy nhiên khi hàm lượng sợi
tăng lớn hơn 1% thì độ chảy của hỗn Hình 5.30 Ảnh hưởng hàm lượng sợi đến tính công tác của HHBT
hợp bê tông giảm mạnh. Điều này do sự cản trở dòng chảy của sợi thép trong bê tông.
Bắt đầu xuất hiện hiện tượng vón tụ thành các búi sợi, hỗn hợp bê tông có độ đồng nhất kém hơn. Đặc biệt tại hàm lượng sợi >2% hỗn hợp bê tông mất độ chảy.
0 20 40 60 80
500 550 600 650 700 750
0 0,5 1 1,5 2 2,5
Thời gian chảy,s
Độ chảy, mm
Hàm lượng sợi, %
Độ chảy, mm Thời gian chảy,s
Ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến độ chảy của HHBT còn thể hiện ở thời gian chảy.
Kết quả thí nghiệm cho thấy sự cản trở độ chảy của HHBT: hàm lượng sợi tăng thì thời gian chảy tăng lên điều này thể hiện rõ khi tăng hàm lượng sợi tương ứng từ 0- 2%. Mức độ cản trở dòng chảy thể hiệnrõ nhất thông qua sự mất độ chảy khi hàm lượng sợi đến 2,5%.
5.5.2 Ảnh hưởng hàm lượng sợi đến cường độ nén và khối lượng thể tích.
Kết quả về ảnh hưởng của hàm lượng sợi thép phân tán đến cường độ nén và khối lượng thể tích được thể hiện ở Hình 5.31. Kết quả thí nghiệm cho thấy khi hàm lượng sợi thép tăng lên thì khối lượng thể
tích tăng. Kết quả này là do trọng lượng riêng của sợi thép nặng 7,8g/cm3 dẫn đến khi bổ xung vào thành phần bê tông khối lượng thể tích tăng lên. Điều này thể hiện rất rõ qua mối quan hệ giữa hàm lượng sợi và khối lượng thể tích của bê
tông. Dựa vào kết quả thí nghiệm ta Hình 5.31 Ảnh hưởng của hàm lượng sợi thép đến cường độ nén và KLTT của VHSC thấy khi tăng hàm lượng sợi ≤1% thì cường độ nén của VHSC tăng. Tuy nhiên mức độ tăng không đáng kể. Với cấp phối đối chứng (không sử dụng sợi thép) cường độ nén của bê tông ở tuổi 28 ngày đạt 128MPa. Khi tăng hàm lượng sợi lên đến 1,5% thì cường độ nén của bê tông ở tuổi 28 ngày thay đổi đạt 140,5 MPa (tăng 9,3% so với mẫu đối chứng.
Khi sử dụng cốt sợi thép đến 1,5% thì cường độ nén bê tông tăng do khi bổ sung sợi thép phân tán vào trong bê tông sẽ có sự liên kết rất chặt chẽ trên bề mặt tiếp xúc giữa vật liệu nền và cốt sợi. Khi bê tông chịu tác động của tải trọng, các sợi luôn ở trạng thái kéo giật (Pull-out) ra khỏi vật liệu nền, khi đó các sợi thép có tính chất bắc cầu sẽ truyền ứng suất sang vật liệu nền, sẽ làm tăng cường độ cho bê tông. Tiếp tục tăng hàm lượng sợi ≥2% thì cường độ nén bê tông giảm do cốt sợi bắt đầu xuất hiện sự vón tụ thành các búi sợi, cấu trúc bê tông không đồng đều dẫn đến cường độ nén BT.
y = -21,332x2+ 98,488x + 2435,6 R² = 0,952
y = -4,2211x2+ 14,011x + 127,72 R² = 0,9707
120 130 140 150
2200 2300 2400 2500 2600 2700
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Cường độ nén, Mpa
Khối lượng thể tích, kg/m3
Hàm lượng sợi, %
5.5.3 Ảnh hưởng hàm lượng sợi đến cường độ uốn và độ bền dẻo dai 5.5.3.1 Cường độ uốn của bê tông cốt sợi
Kết quả ảnh hưởng hàm lượng sợi thép đến cường độ uốn được thể hiện trong Hình 5.32. Khi tăng hàm lượng sợi thép thì cường độ uốn tăng, tuy nhiên khi tăng sợi thép đến 0.25% thì cường độ uốn tăng không nhiều, tương ứng tăng 3,1% so với mẫu đối chứng (mẫu bê tông không sử dụng sợi). Khi hàm lượng sợi thép tăng đến 1% và 1,5% thì
cường độ uốn của bê tông tăng lên rất lớn, Hình 5.32 Ảnh hưởng của hàm lượng sợi thép đến cường độ uốn của bê tông tương ứng tăng 19,6% và 40% so với mẫu đối chứng. Đặc biệt hàm lượng sợi 2,5%
thì cường độ uống tăng mạnh tương ứng 102% so với không có sợi.
5.5.3.2 Độ bền dẻo dai
Các số liệu về độ bền dẻo dai của BTCS được tính đến độ võng 3 mm (L/150) theo quy định của tiêu chuẩn JSCE-SF4. Kết quả thí nghiệm độ bền dẻo dai tại hàm lượng sợi theo thể tích V=0-2,5% được trình bày theo Hình 5.33.
Độ bền dẻo dai của BT có cốt sợi tăng rất nhiều lần so với bê tông đối chứng không có sợi, điều này được thể hiện rất rõ khi quan sát phần diện tích dưới các đường cong biểu diễn quan hệ về ứng suất uốn (MPa) và độ võng (mm) của các mẫu thí nghiệm. Các loại BTCS khi chịu uốn vẫn có khả năng tiếp tục chịu lực ngay cả
khi bê tông nền đã bị nứt, Hình 5.33 Ảnh hưởng hàm lượng sợi thép đến độ bền dẻo dai của bê tông
trong khi các bê tông đối chứng không có sợi bị phá hủy nhanh chóng ngay sau khi vết nứt đầu tiên xuất hiện. Độ bền dẻo dai của mẫu BT đối chứng (không có sợi) là
y = 0,242x2- 0,3587x + 12,841 R² = 0,9932
0 10 20 30
0 0,25 0,5 0,75 1 1,5 2 2,5
Cường độ uốn R28 , Mpa
Hàm lượng sợi, %
0 5 10 15 20 25 30
0 1 2 3
Ứng suất uốn, MPa
Độ võng, mm
1% 0,75% 0,50% 0,25%
0% 1,5% 2% 2,50%
1310 J/m2, trong khi hàm lượng sợi là 0,25% và 0,5% độ bền dẻo dai tương ứng đã tăng lên đến 7.670 J/m2 và 17.480 J/m2tương ứng là 5,8 lần và 13 lần, tiếp tục tăng hàm lượng sợi đến 0,75% và 1% thì độ bền dẻo dai của BT tương ứng tăng lên rất lớn, đến 21.930 J/m2 và 37.240 J/m2, tăng lên tương ứng đến 16 lần và 23 lần so với mẫu đối chứng. Đặc biệt khi hàm lượng sợi tăng lên 2,5% độ bền dẻo dai bằng 58.360 J/m2 gấp 44 lần. Như vậy, bổ xung sợi trong bê tông góp phần cải thiện cường độ uốn và năng lượng phá hủy, tuy nhiên ở mức 0,25% và 0,5% hàm lượng sợi mức độ cải thiện không nhiều. Cường độ uốn và năng lượng phá hủy đạt lớn nhất ở hàm lượng sợi 2,5%.
5.5.4 Mô đun đàn hồi của bê tông.
Môđun đàn hồi của bê tông đánh giá mức độ biến dạng của kết cấu dưới tác dụng của tải trọng. Mô đun đàn hồi càng lớn thì độ cứng của kết cấu càng lớn và kết cấu càng ít bị biến dạng. Thí nghiệm tiến hành trên mẫu hình trụ có đường kính d =150 mm, chiều dài l = 300 mm xác định ở tuổi 28 ngày và dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn.
Tải trọng tác dụng lên mẫu thí nghiệm không vượt quá 30% tải trọng cực hạn gây phá hoại mẫu để đảm bảo bê tông làm việc trong miền đàn hồi. Biến dạng dọc trục của các mẫu thí nghiệm được xác định thông qua 03 tenzomet điện trở (strain gages) dán tại giữa chiều cao mẫu. Trên cơ sở biểu đồ quan hệ ứng suất- biến dạng xác định được giá trị mô đun đàn hồi của các mẫu thí nghiệm. Kết quả giá trị mô đun đàn hồi của các mẫu VHSC có sợi và không có sợi được trình bày trong Hình 5.34, Hình 5.35:
Hình 5.34 Biểu đồ quan hệ ứng suất - biến dạng của mẫu VHSC
Hình 5.35 Biểu đồ quan hệ ứng suất - biến dạng của mẫu VHSC- cốt sợi
Kết quả thí nghiệm (Hình 5.36) cho thấy tương tự như cường độ nén, sự có mặt của sợi thép phân tán ảnh hưởng không nhiều đến giá trị mô đun đàn hồi của VHSC. Đây sẽ là cơ sở để ứng dụng tính toán khả năng chịu lực của kết cấu dầm VHSC có sợi và không có sợi thép.
Vấn đề đặt ra rõ ràng cốt sợi thép phân Hình 5.36 So sánh mô đun đàn hồi của VHSC có sợi và không sợi
tán góp phần cải thiện cường độ uốn của bê tông vì vậy cần nghiên cứu vai trò của cốt sợi thép phân tán trong ứng dụng của VHSC trên kết cấu dạng dầm sẽ được luận án nghiên cứu và đánh giá ở phần sau.