CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ỨNG XỬ CHỊU LỰC CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP ĐƯỢC TĂNG CƯỜNG BẰNG BÊ TÔNG CỐT LƯỚI DỆT 74
3.2 Nghiên cứu xác định một số tính chất cơ học của bê tông cốt lưới dệt
3.2.3 Nghiên cứu xác định ứng xử dính bám giữa bê tông thường với TRC . 86
Trong nghiên cứu này, ứng xử dính bám của lớp TRC với bê tông nền được xác định bằng thực nghiệm thông qua thí nghiệm kéo trượt với tấm TRC được trát lên mặt của khối bê tông thường. Mô hình thí nghiệm kéo trượt được thể hiện trên như trên Hình 3.8, được thực hiện theo chỉ dẫn thí nghiệm của hội đồng kỹ thuật RILEM 250-CSM [55]. Hỗn hợp TRC được dán vào bề mặt của khối bê tông hình lăng trụ có kích thước 150 ×150 × 300 mm. Tấm TRC có chiều dài lt và chiều rộng wt được "trát" vào bề mặt khối bê tông. Lưới sợi các bon chỉ được đặt vào bê tông mịn trong đoạn chiều dài tấm TRC và để trần phần phía ngoài. Tấm lưới sợi được kéo trong khi khối bê tông hình lăng trụ được giữ cố định.
Hai tấm thép mỏng kẹp vào lưới sợi trong quá trình thí nghiệm. Một khung thép được kẹp vào đế của máy thí nghiệm, có vai trò kiềm chế khối lăng trụ bê tông cố định.
Hình 3.8 Thiết lập thí nghiệm dính bám
Các thí nghiệm được gia tải sau khi đúc mẫu 28 ngày. Thiết bị gia tải là máy kéo nén LFSV 600kN của hãng Walter Bai tại phòng thí nghiệm Vật liệu và Kết cấu xây dựng của trường Đại học Giao thông vận tải. Mẫu thí nghiệm được gia tải tĩnh, bằng phương pháp khống chế chuyển vị với tốc độ 1 mm/phút cho đến khi phá hoại. Tải trọng tác dụng được
87
đo bằng thiết bị đo lực được gắn trực tiếp trong máy, và sự dịch chuyển tương đối giữa cốt lưới dệt với khối bê tông được đo bằng LVDT được gắn trong thiết bị gia tải. Biến dạng của bó sợi phía ngoài được xác định bằng thiết bị đo biến dạng. Mẫu thí nghiệm được kéo cho đến khi một trong các điều kiện dưới đây xảy ra: có sự giảm đột ngột về lực tác dụng hoặc có sự trượt đáng kể giữa các sợi dệt với bê tông mịn.
Bê tông hạt mịn và lưới sợi dệt các bon là các loại đã được trình bày ở Mục 3.2. Bê tông thường (bê tông nền) có cường độ chịu nén trung bình là 35,4 MPa. Hai chuỗi thí nghiệm được thực hiện. Trong chuỗi thí nghiệm đầu tiên, toàn bộ bề mặt tấm TRC được trát vào khối bê tông, có nghĩa là chiều dài lt và chiều rộng wt của tấm TRC cũng chính là chiều dài dính bám lb và chiều rộng dính bám wb. Chiều dài dính bám thay đổi từ 50 mm đến 200 mm, với 2 mẫu thí nghiệm cho mỗi thông số (Bảng 3.8). Mẫu thí nghiệm được đặt tên DB1_X_Y_Z, với X là chiều rộng dính bám wb, Y là chiều dài dính bám lb, và Z là số thứ tự mẫu thử.
Trong chuỗi thí nghiệm thứ 2, chiều dài lt và chiều rộng wt tấm TRC được giữ không đổi, lần lượt là 200 mm và 70 mm, tương ứng với 3 bó sợi dọc chịu lực. Tuy nhiên, chỉ một phần diện tích tấm TRC được dính vào bê tông, phần còn lại được ngăn dính bám bằng tấm plastic. Mẫu thí nghiệm được đặt tên DB2_X_Y_Z, với X là chiều rộng dính bám wb, Y là chiều dài dính bám lb, và Z là số thứ tự mẫu thử (Bảng 3.8).
3.2.3.2 Kết quả thí nghiệm
Hình 3.9 Các dạng phá hoại trong chuỗi thí nghiệm 1 và 2
Trong chuỗi thí nghiệm thứ nhất, hầu hết các mẫu bị phá hoại do tuột sợi (Hình 3.9-a),
88
trừ mẫu DB1_10_20_1 và mẫu DB1_10_20_2. Đối với 2 mẫu thí nghiệm này, các bó sợi dọc bị kéo đứt (Hình 3.9-b). Bảng 3.8 liệt kê kết quả của các thí nghiệm này. Tải trọng phá hoại của các mẫu thí nghiệm được thể hiện trên Hình 3.10. Sự phân bố các điểm được thể hiện bởi chiều dài dính bám trên trục x và giá trị tải trọng trên mỗi bó sợi trên trục y. Có thể thấy trên Hình 6, các giá trị đo được rất hội tụ, và giá trị tải trọng trên mỗi bó sợi tăng khá tuyến tính khi chiều dài dính bám tăng.
Bảng 3.8 Các mẫu thí nghiệm và kết quả thí nghiệm dính bám giữa TRC với bê tông thường
Chuỗi thí
nghiệm Mẫu
Kích thước tấm TRC Số
bó sợi n
Kích thước
vùng dính bám Lực
Dạng phá hoại Chiều
rộng wt
(mm)
Chiều dài lt
(mm)
Chiều rộng wb(mm)
Chiều dài lb
(mm) Pmax
(KN) Pmax/n (KN)
Chuỗi 1
DB1_7_5_1 70 50 3 70 50 1,86 0,62 Tuột sợi DB1_7_5_2 70 50 3 70 50 1,57 0,52 Tuột sợi DB1_7_7_1 70 70 3 70 70 1,91 0,64 Tuột sợi DB1_7_7_2 70 70 3 70 70 2,32 0,77 Tuột sợi DB1_7_10_1 70 100 3 70 100 3,70 1,23 Tuột sợi DB1_7_10_2 70 100 3 70 100 2,79 0,93 Tuột sợi DB1_10_10_1 100 100 4 100 100 4,15 1,04 Tuột sợi DB1_10_10_2 100 100 4 100 100 3,98 0,99 Tuột sợi DB1_10_15_1 100 150 4 100 150 6,42 1,60 Tuột sợi DB1_10_15_2 100 150 4 100 150 6,77 1,69 Tuột sợi DB1_10_20_1 100 200 4 100 200 10,11 2,53 Đứt sợi DB1_10_20_2 100 200 4 100 200 9,22 2,30 Đứt sợi
Chuỗi 2
DB2_7_4_1 70 200 3 70 40 7,80 2,60 Đứt sợi DB2_7_4_2 70 200 3 70 40 7,62 2,54 Đứt sợi DB2_7_3_1 70 200 3 70 30 7,37 2,46 Đứt sợi DB2_7_3_2 70 200 3 70 30 7,58 2,53 Đứt sợi DB2_7_2_1 70 200 3 70 20 7,48 2,49 Đứt sợi DB2_7_2_2 70 200 3 70 20 7,35 2,45 Đứt sợi DB2_3_4_1 70 200 3 30 40 6,95 2,31 Bong tách DB2_3_4_2 70 200 3 30 40 7,05 2,35 Bong tách DB2_3_3_1 70 200 3 30 30 5,42 1,81 Bong tách DB2_3_3_2 70 200 3 30 30 5,63 1,88 Bong tách DB2_3_2_1 70 200 3 30 20 3,80 1,27 Bong tách DB2_3_2_2 70 200 3 30 20 3,95 1,32 Bong tách Đường cong quan hệ tải trọng và chuyển vị trượt của một số mẫu thí nghiệm điển hình biểu diễn trong Hình 3.11. Các đường cong thể hiện ứng xử đàn hồi tuyến tính trong giai đoạn đầu tiên. Sau khi đạt giá trị lớn nhất, lực tác dụng giảm đột ngột về mức tải trọng thấp hơn do mất đi thành phần dính bám hóa học. Sau đó, lực tác dụng hầu như không thay đổi cùng với sự tăng của chuyển vị trượt, nguyên nhân là do lực ma sát tạo nên lực dính giữa
89
bê tông và lưới sợi. Đối với mẫu thí nghiệm DB1_10_20_1, sau khi đạt đến giá trị lớn nhất, tải trọng giảm đột ngột do các bó sợi bị kéo đứt. Trong nhiều thí nghiệm, sự phân bố tải trọng giữa các bó sợi không đồng nhất, dẫn đến các sợi chịu lực khác nhau. Khi phá hoại, các bó sợi lần lượt bị kéo đứt, thể hiện ở sự sụt giảm đột ngột tải trọng tác dụng xảy ra liên tiếp.
Hình 3.10 Quan hệ tải trọng và chiều dài dính bám trong chuỗi thí nghiệm 1
Hình 3.11 Đường cong quan hệ tải trọng và chuyển vị trượt điển hình
Hình 3.12 mô tả các vết nứt xuất hiện trong thí nghiệm kéo trượt. Vết nứt nghiêng xuất hiện đầu tiên tại đoạn đầu của chiều dài dính bám. Các vết nứt tiếp theo xuất hiện liên tục cùng sự gia tăng của tải trọng. Vết nứt dọc hình thành song song với mặt lớp lưới sợi, tách một miếng bê tông mịn ra khỏi tấm TRC dính bám.
Các kết quả thí nghiệm từ chuỗi thí nghiệm thứ nhất cho thấy, sự phá hoại của thí nghiệm
Tải trọng trên mỗi bó sợi (kN)
90
xảy ra hoàn toàn tại bề mặt tiếp xúc giữa lưới sợi với chất nền, chứ không xảy ra ở mặt tiếp xúc giữa TRC với bê tông thường. Nói cách khác, nếu sử dụng 1 lớp lưới sợi thì lực dính giữa bê tông thường và TRC hoàn toàn đủ để truyền toàn bộ lực từ lưới sợi dệt đến bề mặt kết cấu bê tông được tăng cường. Khi đó, chiều dài neo cần thiết của TRC phụ thuộc vào chiều dài neo của lưới sợi trong bê tông hạt mịn, như đã được trình bày ở Mục 3.2.2 .
Hình 3.12 Lược đồ minh họa các vết nứt
Từ các kết quả thí nghiệm trình bày ở trên, chuỗi thí nghiệm thứ 2 được thực hiện với mục tiêu tìm ra trường hợp phá hoại tại mặt tiếp xúc giữa TRC với bê tông nền. Đối với chuỗi thí nghiệm thứ 2, chiều dài lt và chiều rộng wt tấm TRC được giữ không đổi, lần lượt là 200 mm và 70 mm để đảm bảo chiều dài neo có hiệu cho lưới sợi các bon. Tuy nhiên, chỉ một phần diện tích tấm TRC được dính vào bê tông, phần còn lại được ngăn dính bám bằng tấm plastic. Kết quả thí nghiệm được thể hiện ở Bảng 3.8 cho thấy, có 2 dạng phá hoại là lưới sợi bị kéo đứt khi diện tích dính bám giữa TRC với bê tông nền đủ lớn và phá hoại do bong tách tấm TRC khi diện tích dính bám nhỏ. Hình ảnh dạng phá hoại được thể hiện ở Hình 3.9-c. Đối với mẫu thí nghiệm DB2_3_4_1, sự phá hoại xảy ra do bong tách lớp TRC khỏi bê mặt khối bê tông, dẫn đến lực kéo bị giảm đột ngột. Khi đó, ứng suất dính bám trung bình giữa bê tông mịn và bê tông thường, cũng chính là cường độ dính bám giữa bê tông mịn và bê tông thường, được xác định:
91
3 max 6,95 10
30 40 5,79
b b
P Mpa
A (2.60)
Lực dính bám giữa bê tông nền và TRC phải đủ lớn để truyền đầy đủ tải trọng thiết kế.
Theo chỉ dẫn của Hiệp hội bê tông Hoa Kỳ, nêu trong ACI 549.4R-13 [12], yêu cầu về cường độ dính bám tối thiểu là 1,38 MPa (200 psi). Theo chỉ dẫn kỹ thuật của Đức Zulassung Z-31.10-182 [69], cường độ dính bám tối thiểu giữa TRC và bê tông nền là 1 MPa. Do đó, có thể kết luận rằng, với vật liệu đã được thí nghiệm, cường độ dính bám giữa lớp bê tông mịn và bê tông thường đảm bảo đủ khả năng truyền lực đầy đủ từ lưới sợi dệt đến bề mặt kết cấu bê tông được tăng cường.