Nghiên cứu ảnh hưởng của tro bay đến khả năng kháng nứt do co ngót của bê tông tự lèn
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.36 MB, 96 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------
NGUYỄN HOÀNG PHÚC
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TRO BAY
ĐẾN KHẢ NĂNG KHÁNG NỨT DO CO NGĨT
CỦA BÊ TƠNG TỰ LÈN
Chun ngành : Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng và công nghiệp
Mã số ngành : 60 58 02 08
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2020
CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG - HCM
Cán bộ hướng dẫn:
PGS.TS. TRẦN VĂN MIỀN
Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. PHAN HỮU DUY QUỐC
Chữ ký: ________
Chữ ký: ________
Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. HUỲNH TRỌNG PHƯỚC Chữ ký: ________
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM,
ngày 07 tháng 01 năm 2020
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn thạc sĩ gồm:
1. PGS. TS. NGUYỄN NINH THỤY
2. TS. PHAN HỮU DUY QUỐC
3. TS. BÙI ĐỨC VINH
4. TS. BÙI PHƯƠNG TRINH
5. TS. HUỲNH TRỌNG PHƯỚC
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn và Trưởng Khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
TRƯỞNG KHOA
KỸ THUẬT XÂY DỰNG
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: NGUYỄN HOÀNG PHÚC
MSHV: 1670577
Ngày, tháng, năm sinh: 22/03/1993
Nơi sinh: An Giang
Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng và công nghiệp
Mã số: 60 58 02 08
I. TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TRO BAY ĐẾN KHẢ NĂNG KHÁNG
NỨT DO CO NGĨT CỦA BÊ TƠNG TỰ LÈN
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
1. Tổng quan đề tài.
2. Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
3. Cơ sở khoa học.
4. Hệ nguyên liệu và phương pháp thực nghiệm.
5. Kết quả nghiên cứu.
6. Kết luận và kiến nghị.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ
: 19/08/2019
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 07/01/2020
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS. TS. TRẦN VĂN MIỀN
Tp. HCM, ngày 07 tháng 01 năm 2020
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)
(Họ tên và chữ ký)
PGS.TS. Trần Văn Miền
PGS.TS. Lương Văn Hải
TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
(Họ tên và chữ ký)
Trang | i
LỜI CẢM ƠN
Để có thể đi đến được ngày hôm nay, em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô
Khoa Kỹ thuật Xây dựng, trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM đã truyền dạy những
kiến thức quý giá cho em, đó cũng là những kiến thức khơng thể thiếu trên con đường
nghiên cứu khoa học và sự nghiệp của em sau này.
Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS. Trần Văn Miền.
Các thầy đã hết lịng giúp đỡ, góp ý cho em rất nhiều về cách nhận định đúng đắn
trong những vấn đề nghiên cứu và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình
làm Luận văn
Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình ln là chỗ dựa tinh thần vững chắc
để em có thêm niềm tin, nỗ lực vượt qua khó khăn trong q trình làm Luận văn.
Luận văn thạc sĩ đã hoàn thành trong thời gian quy định với sự nỗ lực của bản thân,
tuy nhiên khơng thể khơng có những thiếu sót. Kính mong q Thầy, Cô chỉ dẫn thêm
để em bổ sung những kiến thức và hồn thiện bản thân mình hơn.
Xin trân trọng cám ơn quý Thầy, Cô.
Tp. HCM, ngày 07 tháng 01 năm 2020
Nguyễn Hoàng Phúc
HVTH: Nguyễn Hoàng Phúc
MSHV: 1670577
Trang | ii
TÓM TẮT
Nghiên cứu được thực hiện nhằm mục đích đánh giá sự ảnh hưởng của hai yếu tố là
hàm lượng tro bay thay thế hàm lượng xi măng và thời gian dưỡng hộ ẩm đối với khả
năng kháng nứt do co ngót của bê tơng tự lèn (BTTL). Việc đánh giá mức độ khả
năng kháng nứt của hỗn hợp BTTL dựa trên thí nghiệm vịng kiềm chế theo tiêu chuẩn
ASTM C1581. Hỗn hợp BTTL với cường độ nén được thiết kế là 60 MPa đã được sử
dụng với yêu cầu độ chảy xòe, thời gian chảy T500 và thời gian chảy qua phễu V TV
lần lượt là từ 650 đến 800 mm, 2 đến 5 giây và 6 đến 12 giây. Trong các hỗn hợp này,
tro bay (FA) được sử dụng để thay xi măng với tỷ lệ lần lượt là 15%, 25%, 35% và
50% để đánh giá khả năng chống co ngót trong điều kiện dưỡng hộ ẩm trong 1, 3 và
7 ngày. Kết quả thu được cho thấy việc sử dụng tro bay thay thế xi măng và điều kiện
dưỡng hộ ẩm có tác dụng đáng kể trong việc cải thiện khả năng kháng nứt do co ngót
của hỗn hợp BTTL. Trong đó với hàm lượng tro bay sử dụng thay thế từ 25% đến
35% xi măng PC40 và bảo dưỡng ẩm ít nhất 3 ngày cho mức độ kháng nứt trung
bình-cao so với mẫu đối chứng có mức độ kháng nứt trung bình-thấp và có khả năng
làm việc phù hợp của hỗn hợp BTTL.
Từ khóa: bê tông tự lèn, tro bay, điều kiện dưỡng hộ ẩm, vịng kiềm chế, kháng co
ngót.
HVTH: Nguyễn Hồng Phúc
MSHV: 1670577
Trang | iii
ABSTRACT
This study describes an experimental investigation of the effect of fly ash replacement
cement and the moist curing time on the degree of cracking resistance of selfcompacting concrete (SCC). The evaluation for the degree of cracking resistance of
SCC mixes based on the restrained ring test by ASTM C1581. SCC mixtures with
designed compressive strengths of 60 MPa were used slump flow, T500 and the Vfunnel TV value are from 650 to 800 mm, 2 to 5 s and 6 to 12 s, respectively. In these
mixtures, fly ash (FA) is used to replace cement content of 15%, 25%, 35% and 50%
by weight to evaluate shrinkage resistance under the moist curing condition at 1, 3
and 7 days. The obtained results show that using fly ash to replace cement and moist
curing condition significant effect on the improvement of shrinkage resistance of
SCC mixes. The result further suggests that FA using from 25% to 35% replacement
of PC40 cement and the moist curing for at least 3 days generate moderate-high of
shrinkage resistance compare to the control sample with moderate-low and suitable
workability of the mixture.
Key words: self-compacting concrete, fly ash, moist curing, restrained ring, shrinkage
resistance.
HVTH: Nguyễn Hoàng Phúc
MSHV: 1670577
Trang | iv
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Luận văn này là cơng trình nghiên cứu thực sự của cá nhân,
được thực hiện dưới sự hướng dẫn của Thầy PGS. TS. Trần Văn Miền.
Các số liệu và kết quả được trình bày trong Luận văn là đúng sự thật và chưa được
công bố ở các nghiên cứu khác.
Tôi xin chịu trách nhiệm về cơng việc thực hiện của mình.
Tp. HCM, ngày 07 tháng 01 năm 2020
Học viên
Nguyễn Hoàng Phúc
HVTH: Nguyễn Hoàng Phúc
MSHV: 1670577
Trang | v
MỤC LỤC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ............................................................................ i
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. i
TÓM TẮT ...................................................................................................................ii
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... iv
MỤC LỤC ................................................................................................................... v
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ................................................................................. viii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .............................................................................. xi
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ...................................................... xiii
TỔNG QUAN ........................................................................................... 1
1.1. Giới thiệu chung .............................................................................................. 1
1.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới .................................................................. 4
1.3. Tình hình nghiên cứu trong nước .................................................................... 9
1.4. Mục tiêu nghiên cứu ...................................................................................... 10
1.5. Phạm vi nghiên cứu ....................................................................................... 10
1.6. Ý nghĩa nghiên cứu ........................................................................................ 11
Ý nghĩa khoa học ................................................................................. 11
Ý nghĩa thực tiễn.................................................................................. 11
CƠ SỞ KHOA HỌC ............................................................................... 12
2.1. Q trình biến dạng co ngót trong bê tơng .................................................... 12
Hiện tượng co ngót tự sinh [20] ........................................................... 12
Hiện tượng co ngót nhiệt [21].............................................................. 13
Hiện tượng co ngót dẻo [13] ................................................................ 13
Hiện tượng co ngót khơ [3] .................................................................. 14
Hiện tượng co ngót cacbonat hóa [3]................................................... 15
HVTH: Nguyễn Hồng Phúc
MSHV: 1670577
Trang | vi
2.2. Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình co ngót trong bê tơng [22] ................. 15
Quy trình thiết kế ................................................................................. 16
Hệ nguyên liệu và thông số trộn .......................................................... 16
Quy trình thi cơng ................................................................................ 18
Điều kiện mơi trường ........................................................................... 18
2.3. Ảnh hưởng của tro bay đến khả năng kháng co ngót .................................... 19
Hình dạng, kích thước của tro bay ....................................................... 20
Thành phần hóa của tro bay ................................................................. 21
Phản ứng pozzolanic ............................................................................ 22
2.4. Ảnh hưởng của điều kiện dưỡng hộ đến khả năng kháng co ngót ................ 23
2.5. Phương pháp thực nghiệm xác định co ngót kiềm chế .................................. 25
Mức độ kháng nứt trong thí nghiệm vịng kiềm chế [31] .................... 26
2.6. Phương pháp xác định độ chùng ứng suất trong vòng kiềm chế [30] ........... 29
Ứng suất đàn hồi lý thuyết trong thí nghiệm vịng kiềm chế [31] ....... 30
Ứng suất dư phát triển trong mẫu vòng kiềm chế ............................... 35
Hệ NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM ................... 39
3.1. Hệ nguyên liệu ............................................................................................... 39
Xi măng................................................................................................ 39
Tro bay ................................................................................................. 39
Silica fume ........................................................................................... 40
Cốt liệu lớn (Đá) .................................................................................. 40
Cốt liệu nhỏ (cát sông + cát nghiền) .................................................... 41
Phụ gia ................................................................................................. 42
3.2. Phương pháp thiết kế cấp phối....................................................................... 43
Xác định tỷ lệ các thành phần trong cấp phối BTTL........................... 43
Tổng hợp các thơng số thiết kế ............................................................ 44
HVTH: Nguyễn Hồng Phúc
MSHV: 1670577
Trang | vii
Trình tự thiết kế cấp phối BTTL.......................................................... 44
3.3. Phương pháp thực nghiệm ............................................................................. 46
Quy trình nhào trộn .............................................................................. 46
Xác định tính cơng tác và cường độ của BTTL ................................... 46
Xác định co ngót của BTTL khi thay đổi hàm lượng tro bay.............. 47
Xác định co ngót của BTTL khi thay đổi điều kiện dưỡng hộ ẩm. ..... 50
Kết QUẢ NGHIÊN CỨU ....................................................................... 52
4.1. Đánh giá ảnh hưởng của tro bay đến tính cơng tác và cường độ................... 52
4.2. Đánh giá ảnh hưởng của tro bay và điều kiện dưỡng hộ ẩm đến khả năng kháng
nứt của BTTL ........................................................................................................ 56
4.3. Đánh giá ảnh hưởng của tro bay và điều kiện dưỡng hộ ẩm đến mức độ chùng
của BTTL. ............................................................................................................. 62
Ứng suất dư thực tế trong thí nghiệm vịng kiềm chế ......................... 62
Ứng suất đàn hồi lý thuyết trong thí nghiệm vòng kiềm chế .............. 64
Mức độ chùng ứng suất trong vịng thí nghiệm kiềm chế ................... 67
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................ 70
5.1. Kết luận .......................................................................................................... 70
5.2. Kiến nghị........................................................................................................ 71
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 72
HVTH: Nguyễn Hoàng Phúc
MSHV: 1670577
Trang | viii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Mơ tả các loại vết nứt trong một kết cấu...................................................2
Hình 1.2 Ảnh hưởng của điều kiệu co ngót đến biến dạng của vịng bê tơng và
thép: (a) co ngót đồng đều, (b) sấy mặt trên và dưới, (c) sấy theo
chu vi. ......................................................................................................8
Hình 2.1 Hiện tượng co ngót tự sinh .........................................................................12
Hình 2.2 Ảnh hưởng của tác nhân nhiệt gây ra hiện tượng co ngót nhiệt. ...............13
Hình 2.3 Hiện tượng co ngót dẻo. .............................................................................14
Hình 2.4 Hiện tượng co ngót khơ. .............................................................................14
Hình 2.5 Các nhân tố ảnh hướng đến biến dạng co ngót của bê tơng. ......................15
Hình 2.6 Cấu trúc của các hạt tro bay dưới kính hiển vi ..........................................20
Hình 2.7 Dưỡng hộ bằng vải bố ướt. ........................................................................24
Hình 2.8 Dưỡng hộ bằng cách phủ tấm ni lơng. .......................................................24
Hình 2.9 Quy trình dưỡng hộ nhiệt ẩm điển hình. ....................................................25
Hình 2.10 Phân tích ứng suất trong thí nghiệm vịng kiềm chế. ...............................26
Hình 2.11 Phân tích hệ số biến dạng α trong thí nghiệm vịng kiềm chế. ................28
Hình 2.12 Phân tích khả năng nứt do co ngót xảy ra trong bê tơng. .........................29
Hình 2.13 Hình dạng của vịng thép để xác định đáp ứng đàn hồi. ..........................30
Hình 2.14 Hướng sấy khô và kết quả phát triển ứng suất của vịng kiềm chế. .........35
Hình 2.15 Phân bố áp lực trong vịng thí nghiệm kiềm chế: (a) vịng bê tơng
dưới áp lực bề mặt; (b) vòng thép dưới áp lực bề mặt. .........................38
Hình 3.1 Biểu đồ cấp phối hạt của cát sơng. .............................................................41
Hình 3.2 Biểu đồ cấp phối hạt của cát nghiền. .........................................................42
Hình 3.3 Biểu đồ cấp phối hạt giữa cát sơng và cát nghiền. .....................................42
Hình 3.4 Thí nghiệm tính cơng tác (độ xịe, T500, TV) và cường độ của BTTL. .......47
HVTH: Nguyễn Hoàng Phúc
MSHV: 1670577
Trang | ix
Hình 3.5 Hình dạng và kích thước hình học của vịng kiềm chế theo ASTM
C1581. ...................................................................................................48
Hình 3.6 Quy trình thí nghiệm vịng kiềm chế theo ASTM C1581 ..........................50
Hình 3.7 Mơ tả lưu đồ thí nghiệm của Luận văn. .....................................................51
Hình 4.1 Biểu đồ ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến độ chảy xịe. ....................52
Hình 4.2 Biểu đồ ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến thời gian chảy đạt độ
xịe 500mm (T500). .................................................................................53
Hình 4.3 Biểu đồ ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến thời gian chảy qua phễu
V (TV). ...................................................................................................53
Hình 4.4 Biểu đồ ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến cường độ nén của
BTTL. ....................................................................................................54
Hình 4.5 Biểu đồ ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến thời gian nứt và biến
dạng của BTTL ở điều kiện dưỡng hộ ẩm 1 ngày. ................................56
Hình 4.6 Biểu đồ ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến thời gian nứt và biến
dạng của BTTL ở điều kiện dưỡng hộ ẩm 3 ngày. ................................57
Hình 4.7 Biểu đồ ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến thời gian nứt và biến
dạng của BTTL ở điều kiện dưỡng hộ ẩm 3 ngày. ................................57
Hình 4.8 Biểu đồ ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến biến dạng thực và căn
bậc hai thời gian nứt của BTTL ở điều kiện dưỡng hộ ẩm 1 ngày. ......60
Hình 4.9 Biểu đồ ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến biến dạng thực và căn
bậc hai thời gian nứt của BTTL ở điều kiện dưỡng hộ ẩm 3 ngày. ......61
Hình 4.10 Biểu đồ ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến biến dạng thực và căn
bậc hai thời gian nứt của BTTL ở điều kiện dưỡng hộ ẩm 3 ngày. ......61
Hình 4.11 Biểu đồ ứng suất dư theo thời gian của hỗn hợp BTTL ở điều kiện
dưỡng hộ ẩm 1 ngày. .............................................................................63
Hình 4.12 Biểu đồ ứng suất dư theo thời gian của hỗn hợp BTTL ở điều kiện
dưỡng hộ ẩm 3 ngày. .............................................................................63
Hình 4.13 Biểu đồ ứng suất dư theo thời gian của hỗn hợp BTTL ở điều kiện
dưỡng hộ ẩm 7 ngày. .............................................................................64
HVTH: Nguyễn Hoàng Phúc
MSHV: 1670577
Trang | x
Hình 4.14 Biểu đồ biến dạng co ngót dự đoán theo thời gian của hỗn hợp BTTL
ở điều kiện dưỡng hộ ẩm 1 ngày. ..........................................................65
Hình 4.15 Biểu đồ biến dạng co ngót dự đốn theo thời gian của hỗn hợp BTTL
ở điều kiện dưỡng hộ ẩm 3 ngày. ..........................................................65
Hình 4.16 Biểu đồ biến dạng co ngót dự đốn theo thời gian của hỗn hợp BTTL
ở điều kiện dưỡng hộ ẩm 7 ngày. ..........................................................66
Hình 4.17 Biểu đồ ứng suất dư theo thời gian của hỗn hợp BTTL ở điều kiện
dưỡng hộ ẩm 1 ngày. .............................................................................66
Hình 4.18 Biểu đồ ứng suất đàn hồi theo thời gian của hỗn hợp BTTL ở điều
kiện dưỡng hộ ẩm 3 ngày. .....................................................................67
Hình 4.19 Biểu đồ ứng suất đàn hồi theo thời gian của hỗn hợp BTTL ở điều
kiện dưỡng hộ ẩm 7 ngày. .....................................................................67
Hình 4.20 Biểu đồ mức độ chùng theo thời gian của hỗn hợp BTTL sử dụng tro
bay với điều kiện dưỡng hộ ẩm 1 ngày. ................................................68
Hình 4.21 Biểu đồ mức độ chùng theo thời gian của hỗn hợp BTTL sử dụng tro
bay với điều kiện dưỡng hộ ẩm 3 ngày. ................................................69
Hình 4.22 Biểu đồ mức độ chùng theo thời gian của hỗn hợp BTTL sử dụng tro
bay với điều kiện dưỡng hộ ẩm 7 ngày. ................................................69
HVTH: Nguyễn Hoàng Phúc
MSHV: 1670577
Trang | xi
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Các thông số tính tốn co ngót theo các mơ hình dự đoán khác nhau. ......6
Bảng 2.1 Bảng so sánh thành phần hóa của hai loại tro bay F và C. ........................21
Bảng 2.2 Đánh giá khả năng nứt do co ngót của bê tơng. .........................................28
Bảng 3.1 Thành phần hóa học của xi măng. .............................................................39
Bảng 3.2 Tổng hợp kết quả thí nghiệm của xi măng.................................................39
Bảng 3.3 Thành phần hóa học của tro. ......................................................................39
Bảng 3.4 Tổng hợp kết quả thí nghiệm của tro bay. .................................................40
Bảng 3.5 Thành phần hóa học của Silica fume. ........................................................40
Bảng 3.6 Tổng hợp kết quả thí nghiệm của xi măng. ...............................................40
Bảng 3.7 Tổng hợp kết quả thí nghiệm của cốt liệu lớn (đá). ...................................40
Bảng 3.8 Tổng hợp kết quả thí nghiệm của cát sông và cát nghiền..........................41
Bảng 3.9 Thông số về tỷ lệ các mẻ trộn thí nghiệm của BTTL. ...............................43
Bảng 3.10 Bảng tổng hợp tỷ lệ hàm lượng các phụ gia khống. ..............................43
Bảng 3.11 Bảng tổng hợp các thơng số thiết kế cấp phối BTTL. .............................44
Bảng 3.12 Bảng trình tự thiết kế cấp phối BTTL .....................................................44
Bảng 3.11 Các cấp phối BTTL thiết kế. ...................................................................45
Bảng 3.13 Tổng hợp kết quả thí nghiệm của cát sơng và cát nghiền........................46
Bảng 3.12 Tiêu chuẩn thí nghiệm sử dụng trong nghiên cứu. ..................................46
Bảng 3.13 Kế hoạch thực hiện thí nghiệm đo co ngót của BTTL. ...........................50
Bảng 4.1 Tổng hợp các kết quả nghiên cứu về tính cơng tác và cường độ chịu
nén. ........................................................................................................55
Bảng 4.2 Tổng hợp kết quả cường độ chịu kéo và môđun đàn hồi của BTTL
theo mơ hình dự đốn ACI 363. ............................................................55
Bảng 4.3 Tổng hợp kết quả thời gian nứt của BTTL khi sử dụng tro bay và điều
kiện dưỡng hộ ẩm khác nhau. ................................................................58
HVTH: Nguyễn Hoàng Phúc
MSHV: 1670577
Trang | xii
Bảng 4.4 Tổng hợp kết quả đánh giá mức độ kháng nứt của hỗn hợp BTTL theo
ASTM C1581. .......................................................................................61
HVTH: Nguyễn Hoàng Phúc
MSHV: 1670577
Trang | xiii
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt
BTTL
Bê tông tự lèn (SCC: Self-compacting concrete)
BTTT
Bê tông truyền thống
BT
Bê tơng
B
Bột
CKD
Chất kết dính
Dmax
Đường kính cốt liệu lớn
FA
Tro bay
GGBFS
Xỉ lị cao
MK
Metakaolin
N
Nước
Ref
Mẫu đối chứng
MKN
Mất khi nung
SF
Silica fume
T500
Thời gian chảy đạt độ xòe 500mm
TV
Thời gian chảy qua phễu V
R3, R7, R28
Cường độ chịu nén 3 ngày, 7 ngày và 28 ngày
XM
Xi măng Portland (PC: Portland cement)
HVTH: Nguyễn Hoàng Phúc
MSHV: 1670577
Trang | xiv
Ký hiệu
S
Biến dạng vòng thép (10-6 mm)
Hệ số tốc độ biến dạng
S
Tốc độ ứng suất của bê tông (MPa/ngày)
t
Tuổi của bê tông
tcr
Thời gian nứt thực
G
Hằng số cho thiết lập vòng
Elastic −max
Độ lớn ứng suất đàn hồi lý thuyết (MPa)
Actual −max
Độ lớn ứng suất dư trong bê tơng (MPa)
U SH
Độ co tạo ra bởi sự co ngót khô và tự co của bê tông (10-6 mm)
SH
Độ lớn biến dạng co ngót khơ (10-6 mm)
RIC
Bán kính trong của vịng bê tơng (mm)
RIS
Bán kính trong của vịng thép (mm)
ROC
Bán kính ngồi của vịng bê tơng (mm)
ROS
Bán kính ngồi của vòng thép (mm)
Pelas
Độ lớn áp lực lý thuyết tại bề mặt tiếp xúc giữa thép và bê tông (MPa)
Presidual
Áp lực dư thực tế tạo bề mặt tiếp xúc giữa thép và bê tông (MPa)
C
Tỷ lệ Poisson của bê tông
HVTH: Nguyễn Hoàng Phúc
MSHV: 1670577
Trang | xv
S
Tỷ lệ Poission của thép
C
Mô đun biến dạng của bê tông (GPa)
S
Mô đun biến dạng của thép (GPa)
f c'
Cường độ chịu nén của bê tông (MPa)
'
f sp
Cường độ chịu kéo của bê tông (MPa)
wc
Khối lượng riêng của bê tơng (kg/m3)
HVTH: Nguyễn Hồng Phúc
MSHV: 1670577
Trang |1
TỔNG QUAN
1.1.
Giới thiệu chung
Hiện nay, các ngành xây dựng dân dụng, công nghiệp, thủy lợi, cầu đường… ngày
càng được mở rộng và phát triển mạnh cùng với các yêu cầu cả về thiết kế đa dạng,
phong phú lẫn áp dụng các kỹ thuật công nghệ thi công mới vào cơng trình. Trong
đó, có rất nhiều cơng trình có dạng kết cấu phức tạp yêu cầu khả năng chịu tải trọng
rất cao cùng với mật độ cốt thép dày đặc, dẫn đến việc đầm rung hỗn hợp bê tơng rất
khó thực hiện. Vì vậy, hỗn hợp bê tơng với điều kiện ít đầm rung hoặc khơng cần
đầm rung nhưng đồng nhất giữa khả năng chảy lấp đầy khuôn và không bị phân tầng
tách nước trong q tình thi cơng mà vẫn đảm bảo độ đặc chắc sau khi bê tông đóng
rắn đã trở thành một thách thức mới đối với ngành xây dựng. Từ đó, dẫn đến một
hướng phát triển và ứng dụng một loại bê tơng mới đó chính là bê tông tự lèn (BTTL).
Vào cuối những năm 1980, BTTL được phát triển đầu tiên tại Đại học Tokyo, Nhật
Bản chủ yếu sử dụng cho các kết cấu có mật độ cốt thép dày đặc trong khu vực động
đất và được xem là sự phát triển mang tính cách mạng nhất của ngành công nghệ bê
tông [1]. Trong vài thập kỷ qua, BTTL được sử dụng phổ biến nhất ở khắp các nước
trên thế giới do tận dụng được nguồn nguyên liệu có sẵn, thuận lợi cho điều kiện thi
công, giảm được thời gian thi công và giảm được giá thành. Về cơ bản BTTL cũng
giống như bê tông thông thường (BTTL) được chế tạo từ hệ nguyên vật liệu: xi măng,
nước, cát, đá, phụ gia hóa học và phụ gia khống. Sự khác nhau cơ bản trong cơng
nghệ thi cơng BTTL là tính chất cơng tác khơng cần đầm rung để làm chặt bê tơng.
Trong đó, việc đảm bảo tính đồng nhất giữa khả năng chảy lấp đầy khuôn và không
bị phân tầng tách nước [2] cần các yêu cầu sau:
-
Sử dụng phụ gia siêu dẻo để đạt khả năng chảy dẻo cao của hỗn hợp bê tông.
-
Sử dụng hàm lượng lớn chất kết dính xi măng và phụ gia khoáng để tăng độ linh
động của hỗn hợp bê tơng. Trong đó, các phụ gia khống này có thể bao gồm: bột
đá vơi, tro bay, xỉ lị cao, silicafume…
-
Sử dụng đá có kích thước nhỏ hơn và hàm lượng ít hơn so với BTTT.
Dựa vào những yêu cầu chế tạo BTTL đã làm tăng đáng kể sự biến dạng co ngót
nhiều hơn so với BTTT. Biến dạng co ngót trong bê tơng là q trình thay đổi thể tích
HVTH: Nguyễn Hồng Phúc
MSHV: 1670577
Trang |2
do sự mất độ ẩm từ khi bê tông tươi cho đến bê tông đã đông cứng. Sự thay đổi thể
tích theo thời gian này bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên trong và bên ngồi, có thể
xảy ra đồng thời hoặc độc lập với nhau. Biến dạng co ngót của bê tơng được phân
thành năm loại và như trên hình 1.1 [3]:
-
Hiện tượng co ngót tự sinh.
-
Hiện tượng co ngót nhiệt.
-
Hiện tượng co ngót dẻo.
-
Hiện tượng co ngót khơ.
-
Hiện tương co ngót cacbonat hóa.
Hình 1.1. Mơ tả các loại vết nứt trong một kết cấu.
Trong đó, hiện tượng co ngót tự sinh và co ngót khơ ảnh hưởng nghiệm trọng đến
chất lượng của BTTL [4]. Hiện tượng co ngót tự sinh là do tiêu thụ nước bên trong
trong q trình hydrat hóa, dẫn đến việc tự hút ẩm của bê tơng. Trong đó, hỗn hợp
BTTL có tỷ lệ nước/chất kết dính (N/CKD = 0,32-0,4) thấp hơn so với hỗn hợp BTTT
(N/CKD ≥ 0,4) đã dẫn đến độ co ngót tự sinh BTTL cao hơn BTTT do khơng có đủ
HVTH: Nguyễn Hồng Phúc
MSHV: 1670577
Trang |3
lượng nước tự do để đáp ứng quá trình hydrat hóa. Trong đó, hiện tượng co ngót khơ
được xem là một trong những nguyên nhân gây ra tình trạng nứt kết cấu bê tông trước
khi bê tông phải chịu bất kỳ tải trọng nào. Khi quá trình dưỡng hộ kết thúc và bê tông
tiếp xúc với môi trường khô gây ra hiện tượng mất nước từ các lỗ rỗng mao dẫn trong
bê tơng thốt ra mơi trường xung quanh, làm bê tơng bị co lại và từ đó sinh ra ứng
suất kéo cục bộ tại các lỗ rỗng. Khi sự thay đổi thể tích bị ngăn chặn hay kiềm chế
nhất định bởi các kết cấu xung quanh bê tông hoặc bằng cốt thép được gắn vào trong
bê tơng thì ứng suất kéo này có thể phát triển. Nếu những ứng suất kéo này vượt quá
cường độ chịu kéo của bê tơng, có thể xảy ra vết nứt, làm giảm khả năng làm việc
(bao gồm cả khả năng chịu lực và khả năng sử dụng), dẫn đến giảm tuổi thọ của kết
cấu bê tơng và tăng chi phí bảo trì. Ngược lại, biến dạng co ngót khơ của bê tơng diễn
ra mà khơng có bất kỳ kiềm chế nào, bê tơng sẽ khơng bị nứt. Do vậy, để có thể đưa
ra những giải pháp thiết kế phù hợp, những giải pháp thi cơng thích hợp nhằm để hạn
chế hoặc triệt tiêu vết nứt do biến dạng co ngót kiềm chế, cần phải có các nghiên cứu
cụ thể và tin cậy về biến dạng co ngót. Các giải pháp làm giảm biến dạng co ngót cho
bê tơng cụ thể như sau [5]:
-
Các giải pháp liên quan đến vật liệu: sử dụng phụ gia khống (tro bay, silica fume,
xỉ lị cao) thay thế một phần xi măng, sử dụng phụ gia hóa học giảm co ngót, sử
dụng cốt liệu nhẹ, sử dụng thêm sợi,… Bên cạnh đó, tất cả các vật liệu phải phụ
thuộc vào nguồn nguyên vật liệu địa phương sẵn có.
-
Các giải pháp liên quan đến thi cơng: lựa chọn phương pháp dưỡng hộ phù hợp điều
kiện và thời gian thi cơng tại cơng trình.
Mỗi giải pháp trên phần nào hạn chế biến dạng co ngót của bê tơng, nhưng đều chưa
giải quyết triệt để vấn đề. Để khắc phục những hạn chế biến dạng co ngót trong việc sử
dụng các giải pháp riêng lẻ để giảm thiểu co ngót biến dạng trong bê tông. Một số nghiên
cứu của tác giả nước ngồi đã chỉ ra sự hiệu quả tích cực của việc sử dụng kết hợp các
giải pháp lại với nhau để hạn chế biến dạng co ngót trong bê tơng.
Bên cạnh đó, các nghiên cứu sử dụng phương pháp thí nghiệm kiểm tra đơn giản để
đánh giá khả năng biến dạng co ngót của các cấp phối như ASTM C157-04 [6]
(Phương pháp kiểm tra tiêu chuẩn về sự thay đổi chiều dài của mẫu bê tông hoặc
vữa), TCVN 3117-1993 [7] (Phương pháp xác định độ co của bê tơng nặng) đo lường
sự co ngót tự do của bê tông. Theo tác giả Weiss và cộng sự [8], thông số độ co ngót
HVTH: Nguyễn Hồng Phúc
MSHV: 1670577
Trang |4
tự do vẫn chưa đủ để dự đoán bê tơng sẽ nứt khi nào bởi vì khả năng kháng nứt còn
phụ thuộc vào nhiều yếu tố như là tốc độ co ngót, mơ đun đàn hồi của bê tơng, độ
chùng ứng suất, từ biến và mức độ cản trở co ngót. Vì vậy, thí nghiệm vịng kiềm chế
theo tiêu chuẩn ASTM C1581 [9] và AASHTO P34 [10] để đánh giá khả năng kháng
nứt do co ngót của hỗn hợp bê tông dựa trên tốc độ phát triển ứng suất và thời gian
nứt thực của bê tông được sử dụng rộng rãi bởi tính chính xác, đơn giản và chi phí
thực nghiệm thấp.
Dựa trên cơ sở các nghiên cứu trước và tình hình thực tế trên các cơng trình xây dựng
của Việt Nam bao gồm các cơng trình lớn về cầu và hàng loạt các cơng trình xây dựng
dân dụng và cơng nghiệp khác nhau có rất nhiều kết cấu bê tông ngay sau khi thi công
xong đã thấy xuất hiện nhiều vết nứt khác nhau trong bê tông là do biến dạng co ngót
khơ bị kiềm chế. Các khuyết tật có thể dễ dàng quan sát, xác định bằng mắt thường hoặc
phức tạp phải sử dụng đến thiết bị hỗ trợ (máy đo vận tốc xung siêu âm, máy ảnh đo
chiều rộng vết nứt…). Do đó, rất cần thiết có thêm nhiều nghiên cứu về việc áp dụng
kết hợp các giải pháp giảm biến dạng co ngót khơ của bê tơng trong q trình chế tạo
bê tơng tại nhà máy hoặc trên cơng trường và những biện pháp thích hợp q trình
dưỡng hộ bê tơng, hơn nữa, các nghiên cứu khoa học về việc nghiên cứu này tại Việt
Nam cũng rất ít.
Chính vì những lý do trên mà nghiên cứu này mong muốn được đóng góp một số kết
quả hữu ích cho cơng tác thiết kế BTTL giảm được biến dạng co ngót khơ và phù hợp
cho cơng trình. Phạm vi của đề tài sẽ tập trung vào việc khảo sát hàm lượng tro bay thay
thế hàm lượng xi măng kết hợp điều kiện dưỡng hộ ẩm theo thời gian để đánh giá mức
độ kháng nứt do co ngót khô trong BTTL. Việc đánh giá mức độ kháng nứt do co ngót
khơ trong nghiên cứu được thơng qua thí nghiệm vịng kiềm chế theo tiêu chuẩn ASTM
C1581.
1.2.
Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Năm 2010, tác giả E. Güneyisi và cộng sự [11] đã thực hiện nghiên cứu sự ảnh hưởng
của các loại phụ gia khống đến tính chất co ngót khơ và cường độ của BTTL. Trong
đó, phụ gia khoáng được sử dụng để thay thế xi măng (PC) gồm có: tro bay (FA), xỉ
lị cao (GGBFS), silica fume (SF) và metakaolin (MK). Mục tiêu của tác giả muốn
tìm ra sự kết hợp các loại phụ gia khoáng giúp cải thiện tốt nhất tính co ngót khơ và
cho cường độ chịu nén cao. Tác giả đã tiến hành thực hiện 65 cấp phối, trong đó có
HVTH: Nguyễn Hồng Phúc
MSHV: 1670577
Trang |5
1 cấp phối đối chứng và 64 cấp phối còn lại là sự kết hợp ngẫu nhiên giữa các loại
phụ gia khoáng với nhau như sau: hai loại (xi măng + tro bay, xi măng + xỉ lò cao xi
măng + silica fume, xi măng + metakaolin), tương tự cho ba và bốn loại.Trong đó tỷ
lệ thay thế đối với tro bay, xỉ lần lượt là 20%, 40%, 60% và đối với silica fume,
metakaolin là 5%, 10%, 15% so với tổng lượng bột trong cấp phối. Dựa vào các kết
quả nghiên cứu thực nghiệm, tác giả đưa ra kết luận như sau:
-
Hàm lượng tro bay tăng lên thì cường độ chịu nén của bê tông sẽ giảm xuống
trong khi đó cấp phối có chứa silica fume và metakaolin cho cường độ chịu nén
cao hơn cấp phối đối chứng. Để tăng cường độ cho cấp phối có chứa tro bay thì
nên kết hợp thêm silica fume và metakaolin.
-
Khi tăng hàm lượng phụ gia khoáng như tro bay, metakaolin hoặc xỉ thì co ngót
khơ của bê tơng giảm đi đáng kể so với cấp phối đối chứng. Mặt khác, silica fume
làm tăng biến dạng co ngót khơ trong bê tơng và có thể kết hợp nó với các loại
phụ gia khống trên để cải thiện.
Năm 2015, tác giả S. A. Kristiawan và M. T. M. A. Aditya [12] đã thực nghiên cứu
sự ảnh hưởng của tro bay đến co ngót của BTTL. Trong nghiên cứu, tác giả đã thay
thế hàm lượng tro bay 35%, 55% và 65% so với khối lượng xi măng, với mỗi phần
trăm thay thế sẽ đúc mẫu và dưỡng hộ ẩm để đo biến dạng co ngót. Kết quả khảo sát
co ngót của BTTL khi tăng hàm lượng tro bay đến 65% có độ co ngót thấp nhất. Bên
cạnh đó, khi sử dụng tro bay thì hàm lượng xi măng, hàm lượng nước giảm và bê
tông đặc chắc hơn do đó giúp giảm đi cả co ngót khơ và co ngót tự sinh.
Bên cạnh các kết quả nghiên cứu của biến dạng co ngót khơ tự do của BTTL theo
thời gian thì dự đốn biến dạng co ngót là một khía cạnh quan trọng trong việc đánh
giá ứng xử lâu dài của BT. Có một số mơ hình dự đốn biến dạng co ngót của BTTT
và BTTL theo tiêu chuẩn hiện hành hoặc theo thực nghiệm đã được phát triển trong
nhiều năm qua để cải thiện độ chính xác như: ACI 209R-92, BS EN-92, CEB-FIP
1990, GL2000, B3, EHE,…Các mơ hình dự đốn khác nhau về độ phức tạp, độ chính
xác và các tham số cần thiết cho việc tính tốn. Do đó, cần phải so sánh các biến dạng
co ngót thu được từ thực nghiệm và dự đốn của hỗn hợp BTTL thơng qua phương
pháp phân tích khác nhau bao gồm đường phù hợp nhất, phân tích phần dư và hệ số
biến thiên được sử dụng để đánh giá, lựa chọn mơ hình dự đốn phù hợp nhất.
HVTH: Nguyễn Hoàng Phúc
MSHV: 1670577
Trang |6
Năm 2007, tác giả J. F. Gómez và G. A. Landsberger [13] đã nghiên cứu đánh giá
các mơ hình dự đốn co ngót cho bê tơng tự lèn. Trong đó, các biến dạng co ngót cho
hỗn hợp BTTL được tính tốn bằng các mơ hình dự đốn CEB-FIP 1990, EHE, ACI
209R, B3 và GL2000. Ảnh hưởng của các thông số khác nhau, chẳng hạn như cường
độ của bê tông, hàm lượng xi măng, hàm lượng phụ gia khoáng, hàm cốt liệu và tỷ lệ
nước/xi măng đến ứng xử co ngót của BTTL cũng được đưa vào nghiên cứu và thể
hiện ở bảng 1.1.
Bảng 1.1. Các thơng số tính tốn co ngót theo các mơ hình dự đốn khác nhau.
CEB-FIP
ACI-
1990
209R
x
x
Cường độ chịu nén tại 28
ngày, fc28
x
Kích thước mẫu
Các tham số
EHE
B3
GL2000
Độ ẩm tương đương, %
x
x
x
x
__
x
x
x
x
x
x
x
Hình dạng mặt cắt mẫu
(hình trụ, hình khối, lăng
kính)
__
__
__
x
__
Thời gian bắt đầu khơ
x
x
x
x
x
__
__
x
x
__
Điều kiện dưỡng hộ (dưỡng
hộ hơi nước, bịt kín, dưới
nước)
Những đặc tính của hỗn hợp bê tông
Hàm lượng xi măng
__
__
x
__
__
Hàm lượng nước
__
__
__
x
__
Hàm lượng cốt liệu nhỏ
__
__
x
__
__
Hàm lượng khơng khí
__
__
x
__
__
Loại xi măng
__
x
__
x
x
Độ sụt
__
__
x
__
__
Từ kết quả thực nghiệm so sánh với kết quả dự đoán. Tác giả đã đưa ra kết luận rằng
mơ hình dự đốn ACI 209R và B3 đánh giá tốt biến dạng co ngót cho hỗn hợp BTTL
so với các mơ hình cịn lại thơng qua việc sử dụng phương pháp phân tích phần dư
HVTH: Nguyễn Hoàng Phúc
MSHV: 1670577
Trang |7
co ngót (phần dư co ngót là sự khác biệt giữa giá trị co ngót theo mơ hình dư đốn và
giá trị co ngót đo được từ thực nghiệm).
Các phương pháp thí nghiệm đo co ngót khơ tự do và các mơ hình dự đốn biến dạng
co ngót thì khơng đủ để dự đốn khả năng nứt xuất hiện trong bê tơng. Vì vậy, thí
nghiệm vịng kiềm chế gần đây đã trở thành một phương pháp phổ biến để đánh giá
khả năng nứt của bê tơng. Trong đó, nhiều cơng trình nghiên cứu và khảo sát việc sử
dụng thí nghiệm vòng kiềm chế để đánh giá khả năng nứt của hỗn hợp BTTT và
BTTL. Các nghiên cứu điển hình cần phải đề cập đến là của các tác giả như: Jason
Weiss, Shah , Akhter B. Hosain, Jae-Heum Moon,… và một số tác giả khác.
Năm 2006, tác giả J. H. Moon, J. Weiss và cộng sự [14] đã thực hiện nghiên cứu sự
ảnh hưởng của hình dạng mẫu đối với kết quả thí nghiệm vịng kiềm chế. Mục tiêu
của nghiên cứu là tập trung chủ yếu vào việc đánh giá ảnh hưởng của hướng sấy trong
thí nghiệm vịng kiềm chế được xem xét trong ba điều kiện: (1) co ngót đồng đều, (2)
sấy mặt trên và mặt dưới của vòng bê tơng, (3) sấy theo chu vi vịng bê tơng.
Kết quả phân tích cho thấy có sự khác biệt nhỏ về mức độ kiềm chế trong các trường
hợp sấy không đồng nhất chủ yếu là do biến dạng không đồng nhất của vịng thép
trong suốt chiều cao mẫu. Hình 1.5 cung cấp một minh họa khái niệm về các biến
dạng của vòng thép và độ dốc áp lực phát triển tại mặt tiếp xúc giữa thép và bê tông.
Khi bê tơng co ngót đồng đều, áp lực phân bố gần như đồng đều trên chiều cao mẫu.
Tuy nhiên, trong các trường hợp sấy không đồng nhất, độ dốc áp lực được quan sát
dọc theo chiều cao do sự co ngót khơng đồng đều bên trong.
HVTH: Nguyễn Hồng Phúc
MSHV: 1670577
