CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU NEO TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM VÀ NGUYÊN VẬT LIỆU SỬ DỤNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THANH CỐT NEO
2.2. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO NHỰA NỀN
2.2.5. Kiểm tra tính chất cơ lý của nhựa nền
Mục đích của luận án là nghiên cứu chế tạo vật liệu claynano compozit sử dụng chế tạo thanh cốt neo chống giữ công trình ngầm. Nguyên lý làm việc của thanh cốt neo chống giữ công trình ngầm phần lớn chịu tải trọng kéo, do đó, trong phần này nghiên cứu sinh trình bày thí nghiệm kiểm tra độ bền kéo của vật liệu epoxy-claynanocompozit, nhằm loại trừ và xác định tỷ lệ claynano
trong epoxy nền phù hợp để chế tạo thanh cốt neo (sẽ được trình bày tại chương 3 của luận án).
Từ những kết quả nghiên cứu được trình bày trong mục 2.2.4 cho thấy, với tỷ lệ 1% claynano theo khối lượng epoxy của bentonit Lâm Đồng và Bình Thuận, cũng như tỷ lệ 6% claynano của khoáng sét Lâm Đồng đều cho ta dạng kết búi không phân tán được trong epoxy. Do đó, nghiên cứu sinh lựa chọn những tỷ lệ sau đây để chế tạo mẫu khảo sát tính chất cơ lý của nhựa nền:
- Claynano bentonit Lâm Đồng với các tỷ lệ 2%, 3%, 4%, 5% phần khối lượng nhựa epoxy; mỗi tỷ lệ 3 mẫu.
- Claynano bentonit Bình Thuận với các tỷ lệ 2%, 3%, 4%, 5%, 6%
phần khối lượng nhựa epoxy; mỗi tỷ lệ 3 mẫu.
- Tổng số mẫu thí nghiệm xác định độ bền kéo của nhựa nền là: 27 mẫu Mẫu được đổ vào khuôn dạng tấm phẳng, sau đó để bảo dưỡng và ổn định ở nhiệt độ phòng (250C) trong 7 ngày, rồi đem gia công hình dáng, kích thước mẫu (hình 2.21) theo tiêu chuẩn ISO 527-4:1997.
Cũng theo tiêu chuẩn này, mẫu được tiến hành kiểm tra tại Trung tâm Kỹ thuật tiêu chuẩn đo lường chất lượng I thuộc Tổng cục Đo lường chất lượng Việt Nam với tốc độ tăng tải đều 10mm/1phút, đến khi phá hủy mẫu thì dừng lại (chứng nhận kết quả thí nghiệm tại phụ lục).
Hình 2.21. Hình dáng, kích thước mẫu nhựa nền thí nghiệmbền kéo [129]
Mẫu epoxy-claynano Bình Thuận được thử nghiệm vào ngày 09/3/2009 với 5 nhóm mẫu, mỗi nhóm 3 mẫu với các tỷ lệ claynano từ 2%÷6%, kết quả thí nghiệm được trình bày trong bảng 2.5.
Bảng 2.5. Kết quả xác định độ bền kéo của mẫu epoxy-claynano Bình Thuận
TT Tỷ
lệ (%)
Diện tích tiết diện ngang của mẫu
S (cm2)
Chỉ số tải trọng trên
máy P (N)
Ứng suất kéo K
(N/mm2)
Giá trị ứng suất kéo K
trung bình (N/mm2) 1
2
12,7x3,0 6833 179,34
174, 61
2 13,0x3,2 7288 175,19
3 13,6x3,4 7829 169,31
4 3
13,2x2,9 8531 222,85
221, 23
5 13,6x3,1 9317 220,99
6 12,5x3,1 8519 219,84
7 4
13,4x3,1 10736 258,45
248, 42
8 14,0x2,9 9849 242,59
9 13,3x3,0 9744 244,21
10 5
11,6x3,6 13872 332,18
327, 29
11 11,8x3,8 14061 313,58
12 12,1x3,9 15861 336,11
13 6
11,4x3,6 9081 221,27
223, 88
14 10,5x3,6 8862 234,44
15 11,9x3,5 8994 215,94
Từ bảng 2.5 kết quả thí nghiệm, nghiên cứu sinh đã tiến hành xây dựng đồ thị mối quan hệ giữa tỷ lệ % claynano theo khối lượng trong epoxy với ứng suất kéo của vật liệu nền epoxy-claynano compozit như hình 2.22.
Hình 2.22. Ứng suất kéo nhựa nền với các tỷ lệ khác nhau của claynano Bình Thuận trong nhựa epoxy
Từ đồ thị hình 2.22 có thể nhận thấy rằng ứng suất tăng đồng biến từ giá trị 0% claynano (giá trị cực đại độ bền kéo của epoxy 80N/mm2 [16]) đến giá trị 5% claynao và đạt cực đại tại đây với giá trị 327,29N/mm2 và đồ thị đi xuống tại giá trị 6% claynao.
Mẫu epoxy-claynano Lâm Đồng được thử nghiệm vào ngày 22/4/2009 với 4 nhóm mẫu, mỗi nhóm 3 mẫu với các tỷ lệ claynano từ 2%÷5%, kết quả thí nghiệm được trình bày trong bảng 2.6.
Bảng 2.6. Kết quả xác định độ bền kéo của mẫu epoxy-claynano Lâm Đồng TT
Tỷ lệ (%)
Diện tích tiết diện ngang của mẫu
S (cm2)
Chỉ số tải trọng trên máy
P (N)
Ứng suất kéo K
(N/mm2)
Giá trị ứng suất kéo K trung bình (N/mm2) 1
2
12,8x3,2 6919 168,92
170,09
2 13,7x3,2 7591 173,15
3 13,4x3,1 6987 168,20
4
3
13,0x3,2 8855 212,86
210,20
5 13,8x3,2 8925 202,10
6 14,1x3,2 10034 215,64
7
4
13,8x3,5 8147 168,67
161,57
8 12,4x3,4 6777 160,74
9 12,6x3,5 6849 155,31
10
5
13,1x3,0 6853 174,38
178,80
11 14,0x2,9 7543 185,79
12 12,9x3,0 6820 176,23
0 100 200 300 400
0 1 2 3 4 5 6 7
Ứng suất kéo (N/mm2 )
Tỷ lệ khối lượng claynano (%)
Đồ thị tương quan ứng suất kéo với các tỷ lệ khác nhau của claynano Bình Thuận trong nhựa epoxy
Từ bảng 2.6 kết quả thí nghiệm, nghiên cứu sinh đã tiến hành xây dựng đồ thị mối quan hệ giữa tỷ lệ % claynano theo khối lượng trong epoxy với ứng suất kéo của vật liệu nền epoxy-claynano compozit như hình 2.23.
Hình 2.23. Ứng suất kéo nhựa nền với các tỷ lệ khác nhau của claynano Lâm Đồng trong nhựa epoxy
Từ đồ thị hình 2.23 có thể nhận thấy rằng ứng suất tăng đồng biến từ giá trị 0% claynano (giá trị cực đại độ bền kéo của epoxy 80N/mm2 [16]) đến giá trị 3% claynao và đạt cực đại tại đây với giá trị 210,20 N/mm2 và đồ thị đi xuống tại giá trị 4% claynao, rồi sau đó lại có xu hướng đi lên tại giá trị 5%, nhưng giá trị ứng suất kéo của nhựa nền thấp hơn khi tỷ lệ claynano 3%.
Sai số thực nghiệm (có thể do trượt đầu cặp, điều này thường xuyên xảy ra đối với vật liệu polyme-compozit). Để tôn trọng kết quả thực nghiệm, NCS vẫn thể hiện điểm bất thường này nhưng không nối vào đồ thị.
Từ những kết quả thí nghiệm trên hình 2.22 và hình 2.23, cho thấy vật liệu nền khi sử dụng 5% claynano Bình Thuận đạt giá trị ứng suất kéo cực đại (327,29N/mm2). Còn với claynano Lâm Đồng cho vật liệu nền đạt giá trị ứng suất kéo cực đại tại tỷ lệ 3%, nhưng giá trị ứng suất kéo thấp (210,20N/mm2).
Trong khuôn khổ của luận án, nghiên cứu sinh lựa chọn claynano Bình Thuận sau khi được hữu cơ hoá, để phân tán vào epoxy-828 bằng phương pháp cán
0 50 100 150 200 250
0 1 2 3 4 5 6
Ứng suất kéo (N/mm2 )
Tỷ lệ khối lượng claynano (%)
Đồ thị tương quan ứng suất kéo với các tỷ lệ khác nhau của claynano Lâm Đồng trong nhựa epoxy
trộn cơ học với tỷ lệ 5% theo khối lượng epoxy, dùng làm nhựa nền để nghiên cứu chế tạo thanh cốt neo chống giữ công trình ngầm.