CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ ỨNG DỤNG BÊ TÔNG CỐT LƯỚI DỆT ĐỂ TĂNG CƯỜNG DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP
1.2 Các nghiên cứu về đặc tính cơ học của bê tông cốt lưới dệt
1.2.2 Bê tông hạt mịn
Bê tông hạt mịn là thành phần rất quan trọng, quyết định đến sự làm việc của hỗn hợp TRC. Ví dụ như, để khai thác hết khả năng chịu kéo cao của lưới sợi (có thể đến 3000 MPa), bê tông hạt mịn cần dính bám tốt với lưới sợi. Nếu chất lượng dính bám giữa 2 loại
14
vật liệu kém, dẫn đến yêu cầu chiều dài neo của lưới sợi trong bê tông lớn, sẽ không khả thi khi áp dụng để chế tạo các kết cấu mới cũng như sử dụng để tăng cường cho kết cấu cũ.
Bên cạnh đó, việc thiết kế cấp phối của bê tông hạt mịn còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: phương pháp thi công (phương pháp phun hoặc “trát”), các thông số về đặc trưng cơ học, ứng xử dính bám với bê tông nền và độ bền [3]. Do đó, tùy theo yêu cầu sử dụng khác nhau mà lựa chọn cấp phối khác nhau cho bê tông hạt mịn.
Bảng 1.1 Thành phần của các hỗn hợp bê tông hạt mịn của Brockmann [21]
Vật liệu Ký hiệu Đơn vị Các hỗn hợp bê tông hạt mịn PZ-0899-01 FA-1200-01 RP-03-2E Xi măng CEM I 52,5 c
kg/m³
490 210 980
Tro bay f 175 455 210
Silic s 35 35 210
Tổng lượng bột b=c+f+s 700 700 1400
Phụ gia siêu dẻo (% chất
kết dính) % 1,5 0,9 2,5
Cốt liệu mịn 0 – 0,125
mm kg/m³ 500 470 118
Cốt liệu 0,2 – 0,6 mm 715 670 168
Nước w l 280 280 350
Tỷ lệ nước / xi măng w/c - 0,57 1,33 0,36
Tỷ lệ nước / bột w b / - 0,40 0,40 0,25
Kết quả thí nghiệm
Hàm lượng không khí Tỷ lệ % theo thể tích 0.4 1.3 1.0
Khối lượng thể tích c kg/m3 2239 2112 2140
Độ chảy lan (10 phút) mm 340 266 305
Độ chảy lan (30 phút) mm 340 263 320
Cường độ chịu nén fc MPa 86 40 135
Cường độ chịu kéo khi
uốn fcr MPa
4.6 2.7 4.2
Mô đun đàn hồi Ec MPa 32000 22000 28500
Biến dạng tại ứng suất
nén lớn nhất c0 mm/m 4,5 3,5 5,0
Biến dạng nén cực hạn cu mm/m 5,5 4,5 6,3
Hệ số poisson 0,21 0,21 0,25
Nhìn chung, bê tông hạt mịn sử dụng trong TRC có nhiều điểm khác với bê tông thông thường. Để kết hợp với lưới sợi dệt, bê tông hạt mịn đòi hỏi phải có khả năng dính bám tốt cũng như khả năng chịu tải trọng tốt. Đầu tiên, bê tông hạt mịn thường sử dụng cốt liệu có đường kính thường nhỏ hơn 1 mm, nên còn được gọi là bê tông cát hoặc hỗn hợp vữa. Tính tự đầm và độ chảy loang cao là một trong những đặc tính quan trọng của để đảm bảo bê tông hạt mịn có khả năng xâm nhập sâu vào trong cấu trúc cốt lưới dệt, qua đó đảm bảo
15
lực dính bám tốt với lưới sợi dệt và tạo ra cấu kiện có kích thước nhỏ và chiều dày mỏng.
Với các yêu cầu cơ bản kể trên, ngoài những thành phần cơ bản là xi măng, nước, cốt liệu (Dmax ≤ 1mm) thì bê tông hạt mịn còn sử dụng thêm một số loại phụ gia khoáng (tro bay, muội silic) và phụ gia siêu dẻo.
Thành phần cấp phối và các phương pháp thí nghiệm, đánh giá đặc trưng cơ học của bê tông hạt mịn đã được nghiên cứu tại nhiều trung tâm khoa học lớn trên thế giới ([48], [20]).
Xét theo kích thước hạt, bê tông hạt mịn được xem là như một loại vữa nên cường độ chịu nén thường được xác định trên mẫu lăng trụ (40 × 40 × 160 mm) áp dụng theo tiêu chuẩn vữa [1]. Brockmann [21] đã xây dựng cấp phối cho 3 hỗn hợp bê tông hạt mịn (PZ-0899- 01, FA-1200-01, RP-03-2E), đồng thời xác định một số đặc tính cơ học như: cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo uốn, mô đun đàn hồi và quan hệ ứng suất – biến dạng khi chịu nén của các cấp phối này (Bảng 1.1). Cường độ chịu nén lớn nhất là 135 MPa, tương ứng với cấp phối RP-03-2E có tỷ lệ nước / bột (w b / ) nhỏ nhất.
Hình 1.10 Quan hệ ứng suất – biến dạng của bê tông hạt mịn khi chịu nén [21]
Do ứng dụng chủ yếu của TRC là các kết cấu thành mỏng, hoặc các lớp bê tông tăng cường có kích thước rất mỏng, Brockmann [21] đã nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước mẫu thử, với kích thước lần lượt là d = 10, 20, và 40 mm, tương ứng với độ mảnh λ = 1, 2, và 4. Độ mảnh của mẫu thử có ảnh hưởng đáng kể đến cường độ của những mẫu thử bị kiềm chế biến dạng ngang, độ mảnh càng nhỏ thì cường độ chịu nén càng lớn. Khi chiều cao mẫu nén lớn, ảnh hưởng của sự kiềm chế biến dạng ngang ở mặt tiếp xúc của bản nén đến cường độ chịu nén của nó là không đáng kể nữa. Brockmann [21] cũng đã thực hiện thí nghiệm uốn 3 điểm đối với các dầm bê tông hạt mịn, từ đó xác định quan hệ ứng suất kéo – bề rộng vết nứt. So với bê tông C80/95, bê tông hạt mịn thể hiện ít tính “dẻo dai”
16
(ductility) hơn, thể hiện qua khả năng giải phóng năng lượng kém hơn (năng lượng phá hoại là phần diện tích của phần nằm dưới đường cong quan hệ ứng suất – bề rộng vết nứt).
Điều này có thể được giải thích là sau khi nứt, bê tông hạt mịn có ít hiệu ứng cài khóa cốt liệu hơn so với bê tông thường.