Nghiên cứu tính chất bê tông cốt sợi polypropylene dùng cho cấu kiện tấm mỏng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.42 MB, 104 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------
NGƠ ĐỨC THÀNH
NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT BÊ TƠNG CỐT SỢI
POLYPROPYLENE DÙNG CHO CẤU KIỆN TẤM MỎNG
A STUDY ON THE PROPERTIES OF POLYPROPYLENE FIBER
CONCRETE FOR THIN PLATE STRUCTURES
Chuyên ngành:
Kỹ Thuật Xây Dựng
Mã số ngành:
8580201
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 02 năm 2021
T
n Đ
o – ĐHQG-HCM
ọ 1: PGS.TS Trần Vă M ền
Cán b chấm nhậ xé 1 TS. Lê Vă Qu
Cán b chấm nhận xét 2: TS. Phan Hữu Duy Quốc
Luậ
ă
T
Đ
ọ
Đ Q T .HCM
ngày 01 tháng 02 ăm 2021.
T
ầ
ồ
uậ
ă
ồm
1. PGS. TS. Nguyễn Ninh Thụy .......
- Chủ tịch
2. TS. Lê Vă Qu
........................
- Ph n bi n 1
3. TS. Phan Hữu Duy Quốc ..............
- Ph n bi n 2
4. TS. ù Đức Vinh .........................
- Ủy viên
5. TS. ù
-T
ậ
u ê
ơ
ủ
T
...................
ủ ị
u
ồ
uậ
CH T CH H I ĐỒNG
ý
Luậ
ă
ă
ữ
TRƯ NG
H
T
u
u
ý
.
THUẬT
NG
Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS Trần Văn Miền
Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. Lê Văn Quang
Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Phan Hữu Duy Quốc
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP.HCM
ngày 01 tháng 02 năm 2021.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. PGS. TS. Nguyễn Ninh Thụy .......
- Chủ tịch
2. TS. Lê Văn Quang ........................
- Phản biện 1
3. TS. Phan Hữu Duy Quốc ..............
- Phản biện 2
4. TS. Bùi Đức Vinh .........................
- Ủy viên
5. TS. Bùi Phương Trinh...................
- Thư ký
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 BÁCH KHOA TP.HCM
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: Ngô Đức Thành
MSHV: 1870500
Ngày, tháng, năm sinh: 12/10/1980
Nơi sinh: TpHCM
Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây Dựng
Mã số: 8580201
I.
TÊN ĐỀ TÀI:
“NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT BÊ TƠNG SỢI POLYPROPYLENE
DÙNG CHO CẤU KIỆN TẤM MỎNG”
“A STUDY ON THE PROPERTIES OF POLYPROPYLENE FIBER
CONCRETE FOR THIN PLATE STRUCTURES”
II. NHIỆM VỤ VÀ NỢI DUNG:
1. Tìm hiểu tổng quan các nghiên cứu trong và ngoài nước về bê tơng có sử dụng
sợi polypropylene, thiết kế cấp phối bê tông cốt sợi polypropylene để tăng
cường độ kháng uốn nhằm ứng dụng trong các cấu kiện tấm mỏng.
2. Phân tích, đưa ra phương pháp tốt nhất, chỉ ra các cấp phối tối ưu nhất để đúc
các mẫu vữa làm căn cứ cho việc sản xuất cấu kiện tấm mỏng, phào chỉ.
3. Thực nghiệm cấu kiện phào chỉ để xác minh cấp phối tối ưu.
4. Kết luận và kiến nghị.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21/09/2020
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 03/01/2021
V.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS. TS. Trần Văn Miền
Tp. HCM, ngày
tháng năm 2021
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
PGS. TS. Trần Văn Miền
TS. Bùi Phương Trinh
TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ
HVTH: NGÔ ĐỨC THÀNH
LỜI CẢM ƠN
Thực hiện Luận văn là nhiệm vụ quan trọng trong chương trình đào tạo thạc sĩ,
giúp học viên được học thêm kiến thức chuyên môn sâu cũng như nâng cao các kĩ
năng về nghiên cứu.
Luận văn tốt nghiệp được hoàn thành với sự cố gắng nỗ lực từ bản thân và sự
giúp đỡ đặc biệt từ Quý Thầy Cô Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM, Bợ mơn Vật
liệu Xây dựng và Phịng thí nghiệm đã dẫn dắt và truyền đạt cho tơi những kiến thức
cũng như là sự hỗ trợ, giúp sức nhiệt tình từ những bạn học đang theo học chuyên
ngành Công nghệ kỹ thuật Vật liệu Xây dựng.
Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS Trần Văn Miền đã tận tình
giúp đỡ và chỉ dạy trực tiếp trong quá trình thực hiện luận văn này. Nhờ sự chỉ dạy,
góp ý của Thầy về những vấn đề nghiên cứu đã giúp tôi có được những nhận định
đúng đắn cũng như cách tiếp cận nghiên cứu hiệu quả.
Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân ln là chỗ dựa tinh thần
vững chắc để tơi có thêm niềm tin, nỗ lực vượt qua khó khăn trong quá trình làm
Luận văn này.
Luận văn đã hoàn thành trong thời gian đúng quy định với sự cố gắng của bản
thân, tuy nhiên do kiến thức vẫn còn hạn chế nên khơng thể tránh khỏi những sai sót
trong q trình thực hiện, kính mong Q Thầy Cơ chỉ dạy, góp ý thêm để bài luận
văn này được hoàn thiện tốt hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
Tp. HCM, tháng 01 năm 2021
HỌC VIÊN
NGÔ ĐỨC THÀNH
GVHD: PGS.TS. TRẦN VĂN MIỀN
i
LUẬN VĂN THẠC SĨ
HVTH: NGƠ ĐỨC THÀNH
TĨM TẮT
Bê tơng thơng thường là sản phẩm dễ phát sinh vết nứt, cường đợ chịu kéo, chịu
uốn, đợ mài mịn và khả năng chống va đập kém. Bê tông cốt sợi (BTCS) cải thiện
được những nhược điểm trên. Nghiên cứu các tính chất của hỗn hợp và các tính chất
cơ học của bê tông cốt sợi phân tán, đặc biệt loại bê tông này có tính dẻo dai cao sẽ
mở rợng phạm vi ứng dụng bê tơng trong các cơng trình xây dựng.
Ngun nhân vì sợi thường được bổ sung để tăng cường đợ bền kéo uốn, hạn
chế gây nứt và tính chất dẻo sau nứt. Chính vì vậy, sự kết hợp giữa sợi polypropylene
với bê tông để trở thành bê tông cốt sợi polypropylene nhằm để cải thiện những
khuyết điểm như trên.
Bài viết này sẽ trình bày tổng quan về ảnh hưởng của sợi polypropylene (PP)
đối với các tính chất khác nhau của bê tơng để tìm ra tỉ lệ kết hợp tối ưu giữa sợi
polypropylen và bê tông để thiết kế cấp phối bê tông sử dụng cốt sợi polypropylen
nhằm tăng khả năng chịu uốn, làm giảm hiện tượng nứt mặt của bê tông và không bị
ăn mòn trong môi trường tự nhiên.
GVHD: PGS.TS. TRẦN VĂN MIỀN
ii
LUẬN VĂN THẠC SĨ
HVTH: NGÔ ĐỨC THÀNH
ABSTRACT
The concrete has poor properties such as brittleness, low flexural strength, low
resistance to abrasion and impacting. These properties can be improved by using short
random fiber. Research results related to properties of fiber reinforced concrete which
are both fresh and hardened properties, especially the toughness of concrete with the
presence of fiber will widen the application of concrete to construction.
Cause of fibres are generally introduced to enhance its flexural tensile strength,
crack arresting system and post cracking ductile behaviour of basic matrix.
The combination of polypropylene fiber with concrete is converted into
polypropylene fiber reinforced concrete to improve these deficiencies.
This article presents an overview of the influence of polypropylene (PP) fibers
on various properties of concrete such as to find the optimal ratio of combination
between polypropylene and concrete fibers to design concrete mixes. Using
polypropylene fiber reinforced to increase bending resistance, reduce the surface
cracking of mortar and not corrode in the natural environment.
GVHD: PGS.TS. TRẦN VĂN MIỀN
iii
LUẬN VĂN THẠC SĨ
HVTH: NGÔ ĐỨC THÀNH
LỜI CAM ĐOAN
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ là công trình nghiên cứu được tôi và các cộng sự
thực hiện và hoàn thành dưới sự hướng dẫn của thầy PGS.TS Trần Văn Miền. Các số
liệu và những kết luận trong bài nghiên cứu này là hoàn toàn trung thực và chưa từng
xuất hiện trên các tài liệu trước đây.
Tôi xin cam kết chịu hoàn toàn trách nhiệm về lời cam đoan trên.
Học viên
Ngô Đức Thành
GVHD: PGS.TS. TRẦN VĂN MIỀN
iv
LUẬN VĂN THẠC SĨ
HVTH: NGÔ ĐỨC THÀNH
MỤC LỤC
MỤC LỤC ................................................................................................................... I
DANH SÁCH HÌNH ............................................................................................... IV
DANH SÁCH BẢNG............................................................................................ VIII
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ....................................... IX
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................1
1.
LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI ....................................................................................1
2.
MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ............................................................................2
3.
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU .................................................2
4.
Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI ...............................2
TỔNG QUAN .......................................................................................3
TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC VÀ TRONG NƯỚC ...............3
Một số nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới ..................................................3
Những nghiên cứu trong nước .........................................................................8
MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ................................................17
CƠ SỞ KHOA HỌC..........................................................................19
CẤU TRÚC CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG [10] ..............................................19
BÊ TƠNG CỐT SỢI POLYPROPYLENE. ...................................................23
Sợi Polypropylene (Sợi PP) ...........................................................................23
Tính chất của sợi Polypropylene [15] ...........................................................24
Mục đích sử dụng sợi PP trong bê tông [17].................................................25
Tương tác giữa sợi và bê tông nền [11] .........................................................26
Ứng xử của sợi trong vật liệu nền [22] .........................................................27
BỘT ĐÁ VÔI .................................................................................................30
PHỤ GIA POLYMER ....................................................................................30
ĐỘ LƯU ĐỘNG CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG CỐT SỢI [23].......................30
Ảnh hưởng của tỉ số đặc trưng bề mặt đối với độ lưu động của hỗn hợp bê
tông cốt sợi [23] .........................................................................................................31
GVHD: PGS.TS. TRẦN VĂN MIỀN
i
LUẬN VĂN THẠC SĨ
HVTH: NGÔ ĐỨC THÀNH
Ảnh hưởng của thể tích vữa ximăng đối với độ lưu động của hỗn hợp bê
tông cốt sợi PP [23]....................................................................................................31
KẾT LUẬN: ...................................................................................................33
NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......34
NGUYÊN VẬT LIỆU. ...................................................................................34
Xi măng ...........................................................................................................34
Cốt liệu nhỏ (Cát)...........................................................................................35
Phụ gia siêu dẻo [30] .....................................................................................36
Sợi Polypropylene ..........................................................................................37
Nước ...............................................................................................................38
Bột đá vơi........................................................................................................39
Phụ gia Polymer tăng bám dính (Vinnapas 4115N) [33]..............................40
THIẾT KẾ CẤP PHỐI. ..................................................................................40
Cấp phối bê tông cốt sợi Polypropylen .........................................................40
Quy trình nhào trộn hỗn hợp bê tông cốt sợi PP ..........................................42
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................................................................42
Phương pháp đo độ lưu động (TCVN 3121-3:2003) [35] ............................42
Phương pháp xác định cường độ uốn (TCVN 3121-11:2003) [35] ..............44
Phương pháp xác định cường độ nén (TCVN 3121-11:2003) [35] ..............46
Phương pháp xác định cường độ chịu kéo khi uốn của phào chỉ (TCVN
3119:1993) [36] ..........................................................................................................47
KẾT LUẬN: ...................................................................................................48
KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ................................................................49
ĐỘ XỊE CỦA MẪU VỮA XI MĂNG .........................................................49
CƯỜNG ĐỘ CHỊU UỐN CỦA MẪU VỮA .................................................50
Xét cường độ chịu uốn của vữa xi măng sử dụng sợi PP (không dùng bột đá
vôi và không phụ gia Polymer) ..................................................................................52
Xét cường độ chịu uốn của vữa xi măng sử dụng sợi PP và phụ gia Polymer .
........................................................................................................................56
Xét cường độ chịu uốn của vữa xi măng sử dụng sợi PP và bột đá vôi........59
GVHD: PGS.TS. TRẦN VĂN MIỀN
ii
LUẬN VĂN THẠC SĨ
HVTH: NGÔ ĐỨC THÀNH
CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA MẪU VỮA..................................................62
Xét cường độ chịu nén của hỗn hợp vữa xi măng chỉ sử dụng sợi PP (không
sử dụng bột đá vôi và không phụ gia Polymer) .........................................................64
Xét cường độ chịu nén của vữa xi măng sử dụng sợi PP và phụ gia Polymer .
........................................................................................................................67
Xét cường độ chịu nén của vữa xi măng sử dụng sợi PP có bổ sung bột đá
vôi
........................................................................................................................71
CƯỜNG ĐỘ CHỊU UỐN CỦA PHÀO CHỈ..................................................75
KẾT LUẬN CHƯƠNG: .................................................................................80
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...........................................................82
KẾT LUẬN.................................................................................................................82
KIẾN NGHỊ ................................................................................................................82
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................83
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG .....................................................................................86
GVHD: PGS.TS. TRẦN VĂN MIỀN
iii
LUẬN VĂN THẠC SĨ
HVTH: NGƠ ĐỨC THÀNH
DANH SÁCH HÌNH
Hình 1.1 Ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến tính cơng tác của bê tơng [2]....... 4
Hình 1.2 Ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến ứng suất – biến dạng của bê tơng
nén ở 28 ngày [2] ................................................................................................. 4
Hình 1.3 Ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến cường độ nén bê tông [2] ............ 5
Hình 1.4 Ảnh hưởng hàm lượng sợi đến cường độ chịu kéo bê tông 28 ngày tuổi
[2] ......................................................................................................................... 6
Hình 1.5 Ảnh hưởng hàm lượng theo thể tích sợi đến nứt bê tơng do co ngót dẻo
[2] ......................................................................................................................... 6
Hình 1.6 Kết quả kiểm tra đợ xịe và T500 [4] ................................................... 8
Hình 1.7 Ảnh hưởng của hàm lượng sợi PP tới cường đợ bê tơng [2] ............. 10
Hình 1.8 Ảnh hưởng của hàm lượng PP tới cường độ chịu kéo bê tơng [2] .... 10
Hình 1.9 Ảnh hưởng của các yếu tố thành phần đến cường độ chịu kéo của bê
tơng cốt sợi [2] ................................................................................................... 11
Hình 1.10 Cấu tạo dầm BTCT trước khi gia cường [8].................................... 12
Hình 1.11 Dầm BTCT khơng gia cường D1 [8] ............................................... 12
Hình 1.12 Dầm D2- gia cường bằng tấm CFRP rộng 60 mm [8] .................... 12
Hình 1.13 Dầm D3- gia cường bằng tấm CFRP rợng 80 mm [8] .................... 13
Hình 1.14 Tấm CFRP sử dụng trong nghiên cứu [8]........................................ 14
Hình 1.15 Ảnh hưởng của tỷ lệ sợi PP/X đến đợ xịe của hỗn hợp PFSCC [9]
............................................................................................................................ 15
Hình 1.16 Ảnh hưởng của tỷ lệ sợi PP/X đến T500 của hỗn hợp PFSCC [9] . 15
Hình 1.17 Ảnh hưởng của tỷ lệ sợi PP/X đến tính chảy của hỗn hợp PFSCC với
thí nghiệm V-test [9] ......................................................................................... 16
Hình 1.18 Ảnh hưởng của tỷ lệ sợi PP/X đến cường đợ nén của hỗn hợp PFSCC
[9] ....................................................................................................................... 16
Hình 1.19 Mẫu sau khi nén khơng bị bể vụn .................................................... 17
Hình 2.1 Sự tác đợng của phụ gia cuốn khí giảm nước [10] ............................ 22
Hình 2.2 Sợi Polypropylene .............................................................................. 23
Hình 2.3 Ảnh hưởng của hàm lượng sợi PP tới cường độ chịu uốn của bê tông
............................................................................................................................ 23
GVHD: PGS.TS. TRẦN VĂN MIỀN
iv
LUẬN VĂN THẠC SĨ
HVTH: NGƠ ĐỨC THÀNH
Hình 2.4 Sự làm việc của cốt sợi [17] ............................................................... 26
Hình 2.5 Cấu trúc của cốt sợi trong bê tông cốt sợi [17] .................................. 28
Hình 2.6 Sơ đồ biểu diễn ứng suất trượt – chuyển vị khi chuyển từ ứng suất đàn
hồi sang ứng suất trượt ma sát [17] ................................................................... 29
Hình 2.7 Sơ đồ ứng suất biến dạng của bê tông cốt sợi [17] ............................ 29
Hình 2.8 Ảnh hưởng của tỉ số đặc trưng bề mặt đối với độ lưu động của vữa
ximăng cốt sợi thép [2] ...................................................................................... 31
Hình 2.9 Ảnh hưởng của đợ chảy và thể tích hờ đối với đợ lưu đợng của hỗn
hợp bê tơng [2]................................................................................................... 32
Hình 2.10 Ảnh hưởng của thể tích hờ đối với đợ lưu đợng của vữa ximăng gia
cường sợi [2] ...................................................................................................... 32
Hình 3.1 Xi măng PCB40 Nghi Sơn ................................................................. 34
Hình 3.2 Cát sơng sử dụng trong thí nghiệm .................................................... 35
Hình 3.3 Thành phần hạt của cát sơng .............................................................. 36
Hình 3.4 Phụ gia siêu dẻo HI-CRETE FLOWCAST R3030 [30] .................... 37
Hình 3.5 Sợi polypropylene .............................................................................. 38
Hình 3.6 Nước thí nghiệm ................................................................................. 39
Hình 3.7 Bợt đá vơi ........................................................................................... 39
Hình 3.8 Phụ gia polymer tăng bám dính (Vinnapas 4115N ) ......................... 40
Hình 3.9 Quy trình nhào trợn bê tơng cốt sợi ................................................... 42
Hình 3.10 Q trình nhào trợn các thành phần cốt liệu .................................... 42
Hình 3.11 Thí nghiệm đợ lưu động trên bàn dằn .............................................. 43
Hình 3.12 Dùng thước đo đường kính các mẫu thí nghiệm ............................. 43
Hình 3.13 Mẫu bê tông 40x40x160 - Khuôn đúc mẫu bằng kim loại .............. 44
Hình 3.14 Mẫu bê tơng được ngâm trong nước bảo dưỡng ............................. 44
Hình 3.15 Máy uốn – nén mẫu bê tơng ............................................................. 45
Hình 3.16 Uốn mẫu bê tơng bị phá hủy ............................................................ 45
Hình 3.17 Máy ghi nhận kết quả khi uốn mẫu bê tơng tại phịng thí nghiệm .. 46
Hình 3.18 Mẫu phào chỉ được đặt trên máy uốn thực tế .................................. 47
Hình 4.1 Ảnh hưởng của hàm lượng sợi PP, hàm lượng Polymer, hàm lượng bột
đá vôi đến đợ x của hỗn hợp vữa xi măng..................................................... 49
Hình 4.2 Kết quả cường độ chịu uốn của các mẫu vữa xi măng tại 1 ngày tuổi
............................................................................................................................ 51
GVHD: PGS.TS. TRẦN VĂN MIỀN
v
LUẬN VĂN THẠC SĨ
HVTH: NGƠ ĐỨC THÀNH
Hình 4.3 Kết quả cường độ chịu uốn của các mẫu vữa xi măng tại 3 ngày tuổi
............................................................................................................................ 51
Hình 4.4 Kết quả cường đợ chịu uốn của các mẫu vữa xi măng tại 7 ngày tuổi
............................................................................................................................ 52
Hình 4.5 Kết quả cường đợ chịu uốn của các mẫu vữa xi măng tại 28 ngày tuổi
............................................................................................................................ 52
Hình 4.6 Sự phát triển cường đợ chịu uốn của CP00, CP01, CP02, CP03 tại 1
ngày, 3 ngày, 7 ngày và 28 ngày tuổi................................................................ 53
Hình 4.7 So sánh tỉ lệ cường độ chịu uốn của mẫu vữa xi măng sử dụng sợi PP
tại 7 ngày và 28 ngày tuổi. ................................................................................ 54
Hình 4.8 Sự tương quan giữa hàm lượng sử dụng sợi PP và cường độ chịu uốn
của mẫu vữa chỉ sử dụng sợi PP tại 28 ngày tuổi ............................................. 55
Hình 4.9 Sự phát triển cường độ chịu uốn của CP00, CP04, CP05, CP06, CP07,
CP08, CP09 tại 1 ngày, 3 ngày, 7 ngày và 28 ngày tuổi .................................. 56
Hình 4.10 So sánh tỉ lệ cường độ chịu uốn của mẫu vữa xi măng sử dụng sợi PP
và phụ gia Polymer tại 7 ngày và 28 ngày tuổi................................................. 57
Hình 4.11 Sự tương quan giữa hàm lượng sử dụng sợi PP có bổ sung phụ gia
Polymer và cường độ chịu uốn của mẫu vữa tại 28 ngày tuổi ......................... 58
Hình 4.12 Sự phát triển cường độ chịu uốn của CP00, CP10, CP11, CP12, CP13,
CP14, CP15 tại 1 ngày, 3 ngày, 7 ngày và 28 ngày tuổi .................................. 59
Hình 4.13 So sánh tỉ lệ cường độ chịu uốn của mẫu vữa xi măng sử dụng sợi PP
và bột đá vôi tại 7 ngày và 28 ngày tuổi............................................................ 61
Hình 4.14 Sự tương quan giữa hàm lượng sử dụng sợi PP có bổ sung 3% - 5%
hàm lượng bột đá vôi và cường độ chịu uốn của mẫu vữa tại 28 ngày tuổi .... 61
Hình 4.15 Cường độ chịu nén của các mẫu vữa xi măng tại 01 ngày tuổi....... 63
Hình 4.16 Cường độ chịu nén của các mẫu vữa xi măng tại 03 ngày tuổi....... 63
Hình 4.17 Cường độ chịu nén của các mẫu vữa xi măng tại 07 ngày tuổi....... 64
Hình 4.18 Cường độ chịu nén của các mẫu vữa xi măng tại 28 ngày tuổi....... 64
Hình 4.19 Sự phát triển cường đợ chịu nén của CP00, CP01, CP02, CP03 tại 1
ngày, 3 ngày, 7 ngày và 28 ngày tuổi................................................................ 65
Hình 4.20 So sánh tỉ lệ cường độ chịu nén của mẫu vữa xi măng sử dụng sợi PP
tại 7 ngày và 28 ngày tuổi ................................................................................. 66
Hình 4.21 Xét tại 28 ngày tuổi, sự tương quan giữa hàm lượng sử dụng sợi PP
và cường độ chịu nén của mẫu vữa chỉ sử dụng sợi PP.................................... 67
GVHD: PGS.TS. TRẦN VĂN MIỀN
vi
LUẬN VĂN THẠC SĨ
HVTH: NGƠ ĐỨC THÀNH
Hình 4.22 Sự phát triển cường độ chịu nén của CP00, CP04, CP05, CP06, CP07,
CP08, CP09 tại 1 ngày, 3 ngày, 7 ngày và 28 ngày tuổi .................................. 68
Hình 4.23 So sánh tỉ lệ cường độ chịu nén của mẫu vữa xi măng sử dụng sợi PP
có hàm lượng Polymer tại 7 ngày và 28 ngày tuổi ........................................... 70
Hình 4.24 Xét tại 28 ngày tuổi, sự tương quan giữa hàm lượng sử dụng sợi PP
có hàm lượng Polymer với cường độ chịu nén của mẫu vữa chỉ sử dụng sợi PP
............................................................................................................................ 70
Hình 4.25 Sự phát triển cường độ chịu nén của CP00, CP10, CP11, CP12, CP13,
CP14, CP15 tại 1 ngày, 3 ngày, 7 ngày và 28 ngày tuổi .................................. 72
Hình 4.26 So sánh tỉ lệ cường độ chịu nén của mẫu vữa xi măng sử dụng sợi PP
có hàm lượng bột đá vôi tại 7 ngày và 28 ngày tuổi ......................................... 73
Hình 4.27 Xét tại 28 ngày tuổi, sự tương quan giữa hàm lượng sử dụng sợi PP
có hàm lượng bột đá vôi với cường độ chịu nén của mẫu vữa chỉ sử dụng sợi PP
............................................................................................................................ 74
Hình 4.28 Khn mẫu đúc phào chỉ bằng nhựa................................................ 75
Hình 4.29 Sản phẩm phào chỉ sau khi được đúc xong tại 28 ngày tuổi ........... 76
Hình 4.30 Máy uốn đa năng tại phịng thí nghiệm kết cấu cơng trình (Instron)
............................................................................................................................ 76
Hình 4.31 Quá trình uốn phào chỉ bị răn nứt .................................................... 76
Hình 4.32 Uốn phá huỷ phào chỉ....................................................................... 77
Hình 4.33 Phào chỉ bị gãy sau khi thí nghiệm uốn. .......................................... 77
Hình 4.34 Lực uốn tối đa gây phá huỷ phào chỉ ............................................... 78
Hình 4.35 Kết quả cường đợ chịu uốn của phào chỉ ......................................... 79
Hình 4.36 Tỉ lệ cường độ chịu uốn của phào chỉ so với mẫu đối chứng CP00 80
GVHD: PGS.TS. TRẦN VĂN MIỀN
vii
LUẬN VĂN THẠC SĨ
HVTH: NGÔ ĐỨC THÀNH
DANH SÁCH BẢNG
Bảng 1.1 Cường độ bê tông sử dụng sợi thẳng và sợi móc (7 ngày) ................. 5
Bảng 1.2 Tỷ lệ trợn [4] ........................................................................................ 7
Bảng 1.3 Loại sợi [4] ........................................................................................... 7
Bảng 1.4 Tính chất của bê tông cốt sợi Polypropylene ...................................... 9
Bảng 1.5 Cường độ bê tông và thép chế tạo dầm xác định bằng thực nghiệm 13
Bảng 1.6 Các đặc trưng cơ học của vật liệu CFRP sử dụng trong nghiên cứu 13
Bảng 1.7 Tải trọng phá hoại các mẫu dầm theo tiêu chuẩn ACI ...................... 14
Bảng 1.8 Thành phần cấp phối PFSCC [9] ....................................................... 15
Bảng 1.9 Tổng hợp kết luận ảnh hưởng của tỷ lệ sợi PP/X đến hỗn hợp PFSCC
theo yêu cầu kỹ thuật [9] ................................................................................... 16
Bảng 2.1 Lực tác dụng giữa các hạt rắn trong hỗn hợp bê tông [10] ............... 20
Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật sợi polypropylene [9] .......................................... 23
Bảng 2.3 Thông số của sợi Polypropylene [16] ................................................ 25
Bảng 3.1 Kết quả chỉ tiêu cơ lý ximăng PCB40 Nghi Sơn [28]....................... 35
Bảng 3.2 Chỉ tiêu cơ lý của cát. ........................................................................ 36
Bảng 3.3 Bảng cấp phối cho 1m³ bê tông ......................................................... 41
Bảng 3.4 Bảng kết quả đo độ lưu động ............................................................. 43
Bảng 4.1 Kết quả lực uốn phá huỷ của các mẫu phào chỉ ................................ 78
GVHD: PGS.TS. TRẦN VĂN MIỀN
viii
LUẬN VĂN THẠC SĨ
HVTH: NGÔ ĐỨC THÀNH
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ACI
Hội bê tông Hoa Kỳ
ASTM
Hiệp hội tiêu chuẩn thử nghiệm vật liệu Hoa Kỳ
BT
Bê tông
BXD
Bộ Xây Dựng
XM
Ximăng
C
Cát
Đ
Đá dăm
N
Nước
B
Bột
PP
Sợi Polypropylene siêu mảnh
SP
Phụ gia siêu dẻo SP
PGSD
Phụ gia siêu dẻo
N/B
Tỷ lệ nước / bột
PGSD/B
Tỷ lệ phụ gia siêu dẻo / bột
PP/X
Tỷ lệ Sợi Polypropylene / ximăng
Rn
Cường độ nén của bê tơng
ĐC
Đợ cứng
ĐCX
Đợ chảy xịe
SN
Đợ sụt nón
Dcl
Đợ lớn cốt liệu
Dmax
Kích thước hạt lớn nhất
Ec
Mơđun đàn hời
Kbn
Hệ số bền nứt của bê tông
Mđl
Môđun độ lớn
NTC
Nước tiêu chuẩn
TCVNXD
Tiêu chuẩn xây dựng
TCVN
Tiêu chuẩn Việt Nam
GVHD: PGS.TS. TRẦN VĂN MIỀN
ix
LUẬN VĂN THẠC SĨ
HVTH: NGƠ ĐỨC THÀNH
CHĐBM
Chất hoạt đợng bề mặt
η
Độ nhớt
ξ
Thế điện động học
τ
Ứng suất cắt
ε
Thế điện động học toàn phần
GVHD: PGS.TS. TRẦN VĂN MIỀN
x
LUẬN VĂN THẠC SĨ
HVTH: NGÔ ĐỨC THÀNH
MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Trước sự phát triển nhanh chóng của ngành kiến trúc nói riêng và ngành xây dựng
nói chung trên thế giới và trong nước. Đặc biệt là trong giai đoạn phát triển kinh tế xã
hội đất nước đổi mới, nhu cầu kiến trúc đẹp và chất lượng là vô cùng lớn, công nghệ và
vật liệu xây dựng cũng phải liên tục phát triển và đổi mới không ngừng.
Trước đây, các loại tấm mỏng như các tấm ốp mặt dựng kiến trúc bên trong và bên
ngồi cơng trình, ốp cợt tạo mỹ quan, phào chỉ, đầu cột vv… chỉ truyền thống làm bằng
thạch cao, bằng bê tông, đắp vữa xi măng vv… đã dần dần khơng cịn phù hợp, chúng
rất giịn, dễ nứt gãy, khó tạo ra được những sản phẩm có kích thước lớn, đợ bền kém, dễ
bị cong vênh, răn nứt bề mặt, đứt gãy trong quá trình sản xuất, thi công xây dựng và đưa
vào sử dụng.
Sợi polypropylene lần đầu tiên được đề xuất làm phụ gia cho bê tơng vào năm 1965
để xây dựng các tịa nhà chống nổ. Sợi sau đó đã được cải tiến hơn nữa và hiện tại nó
được sử dụng làm vật liệu dạng sợi ngắn không liên tục để sản xuất bê tông cốt sợi hoặc
tấm thảm liên tục để sản xuất các thành phần tấm mỏng. Kể từ đó, việc sử dụng các loại
sợi này đã tăng lên rất nhiều trong việc xây dựng các kết cấu bởi vì việc bổ sung sợi
trong bê tông giúp cải thiện độ dẻo dai, độ bền uốn, độ bền kéo và cường độ va đập cũng
như chế đợ hư hỏng của bê tơng.
Chính vì vậy việc nghiên cứu tìm ra cấp phối bê tơng có sử dụng hàm lượng sợi
polypropylen để tăng đợ kháng uốn tối ưu để hạn chế các nhược điểm của các loại tấm
mỏng truyền thống nói trên là việc cần phải làm để đem đến cho những cơng trình xây
dựng có chất lượng thẩm mỹ, bền và đẹp.
Đó là nhu cầu cần thiết của Ngành xây dựng ở nước ta nói riêng và trên thế giới
nói chung, cũng như các yêu cầu của Chủ đầu tư và Kiến trúc sư để tạo ra những cơng
trình xây dựng hiện đại, sang trọng, đẹp hài hòa từ tổng thể đến từng chi tiết nhỏ với đa
dạng mẫu mã, hoa văn sắc sảo đẹp lạ được chú trọng đầu tư thiết kế và sản xuất.
GVHD: PGS.TS. TRẦN VĂN MIỀN
1
LUẬN VĂN THẠC SĨ
HVTH: NGƠ ĐỨC THÀNH
2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Khảo sát thực nghiệm, tìm ra tỉ lệ kết hợp tối ưu giữa sợi polypropylen và bê tông
để thiết kế cấp phối bê tông sử dụng cốt sợi polypropylen nhằm tăng khả năng chịu uốn,
làm giảm hiện tượng nứt mặt của bê tông và không bị ăn mòn trong môi trường tự nhiên.
Chọn cấp phối tối ưu về cường độ chịu uốn để đúc sản phẩm phào chỉ để ứng dụng
trong ngành kiến trúc xây dựng, tăng thêm thẩm mỹ và chất lượng cơng trình.
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là bê tông sử dụng cốt sợi phân tán polypropylene
để ứng dụng cho cấu kiện tấm mỏng phào chỉ.
Phạm vi nghiên cứu bao gờm:
- Nghiên cứu các tính chất của ngun vật liệu chế tạo như: xi măng, cốt liệu, phụ
gia siêu dẻo, sợi PP, nước, bột đá vôi và phụ gia phân tán Vinnapas 4115N.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của sợi PP, bột đá vôi, phụ gia phân tán vinnapas 4115N
đến các tính chất của vữa như đợ linh đợng của hỗn hợp vữa, cường độ nén, uốn
của vữa.
- Nghiên cứu cường đợ uốn của tấm phào chỉ có sử dụng bê tông cốt sợi phân tán
PP.
4. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Sự có mặt của cốt sợi phân tán polypropylene làm cho bê tơng có khả năng chống
lại sự co ngót và nứt trong q trình rắn chắc và đồng thời làm tăng cường độ kéo, uốn
và nâng cao độ dẻo dai của hỗn hợp bê tông.
Sử dụng bê tông cốt sợi polypropylene trong xây dựng sẽ tiết kiệm không gian, tiết
kiệm cốt thép, giảm nhẹ kết cấu và tạo ra nhiều giải pháp kết cấu mới mà với bê tông
thông thường sẽ không thực hiện được.
Nghiên cứu tạo ra cấp phối tối ưu để sản xuất cấu kiện tấm mỏng, đặc biệt là bê
tông trang trí, cụ thể là tấm phào chỉ.
GVHD: PGS.TS. TRẦN VĂN MIỀN
2
LUẬN VĂN THẠC SĨ
HVTH: NGƠ ĐỨC THÀNH
TỔNG QUAN
TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC VÀ TRONG NƯỚC
Một số nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới
Khái niệm sử dụng xơ, sợi để gia cường không phải là ý tưởng mới mà đã được sử
dụng từ thời cổ đại khi họ sử dụng lông bờm ngựa trong vữa và rơm rạ trong các loại
gạch bùn. Từ những năm 1900, sợi amiang được đưa vào trong bê tông nhưng do vấn
đề ảnh hưởng tới sức khỏe nên loại sợi này ít được sử dụng. Đến những năm 1960, sợi
thép, sợi thủy tinh và sợi tổng hợp như sợi polypropylene được nghiên cứu và sử dụng
cho tới ngày nay.
Tại đại học Michigan ở Mỹ đã nghiên cứu chế tạo bê tông sử dụng cho cơng trình
giao thơng có gia cường cốt sợi. Bê tơng yêu cầu đạt cường độ 35 Mpa trong 24 giờ, sử
dụng sợ thép và sợi Polypropylene (PP) với hàm lượng sử dụng 1 – 2%. Nghiên cứu về
cường độ chịu nén, kéo, uốn và đợ dẻo dai có những kết luận như sau:
- Yêu cầu đạt được cường độ 35 Mpa trong 24 giờ khó đạt được khi sử dụng sợi
Polypropylene (PP), sợi PP sử dụng với hàm lượng 1% và 2% làm giảm cường độ nén
đáng kể của bê tông. Trái lại, khi sử dụng sợi thép thì cường đợ có thể đạt hoặc vượt 35
Mpa trong 24 giờ, đặc biệt là khi sử dụng sợi thép với hàm lượng 2%.
- Modul đàn hồi của bê tông giảm xuống khi hàm lượng sợi PP tăng lên và Modul
tăng lên khi hàm lượng sợi thép tăng lên.
Bê tông sử dụng sợi PP có cường độ chịu uốn thấp hơn nhiều so với bê tông dùng
sợi thép và gần bằng với bê tông không dùng cốt sợi. Tuy nhiên, sợi PP làm tăng tính
dẻo dai hơn nhiều so với bê tơng khơng dùng cốt sợi.
Năm 1990, trong nghiên cứu “Tính chất và ứng dụng của bê tông gia cường cốt
sợi”, Faisal. et. al có những kết luận sau (xem Hình 1.1, Hình 1.2 và Bảng 1.1 [1]:
GVHD: PGS.TS. TRẦN VĂN MIỀN
3
LUẬN VĂN THẠC SĨ
HVTH: NGƠ ĐỨC THÀNH
Hình 1.1 Ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến tính cơng tác của bê tơng [2]
Khi sử dụng cốt sợi, tính dẻo dai của bê tông tăng lên nhưng không làm tăng cường
độ chịu nén cho bê tơng.
Hình 1.2 Ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến ứng suất – biến dạng của bê
tông nén ở 28 ngày [2]
GVHD: PGS.TS. TRẦN VĂN MIỀN
4
LUẬN VĂN THẠC SĨ
HVTH: NGÔ ĐỨC THÀNH
Bảng 1.1 Cường độ bê tơng sử dụng sợi thẳng và sợi móc (7 ngày)
Cường độ nén
Cường độ chịu uốn
Cường độ chịu kéo
Sợi thẳng
(MPa)
Sợi móc
(MPa)
Sợi thẳng
(MPa)
Sợi móc
(MPa)
Sợi thẳng
(MPa)
37.30
37.30
6.15
6.15
3.43
3.43
0.5
35.80
37.00
7.68
6.60
4.21
3.60
1
39.10
37.90
9.81
6.97
5.26
4.72
1.5
38.00
39.20
10.2
7.78
5.15
4.91
2
38.20
40.80
8.70
8.35
5.15
5.10
Hàm
lượng sợi
(%)
Sợi móc
(MPa)
0
Các sợi được móc hai đầu cải thiện được tính chất cơ học tốt hơn sợi thẳng, hàm
lượng tối ưu sử dụng là 1.5%. Sử dụng sợi với hàm lượng 1.5% làm tăng cường độ chịu
uốn lên 67% và cường độ chịu kéo tăng lên 57%. Sợi thép cũng kiểm soát nứt và biến
dạng do tải trọng tốt hơn bê tông thường.
Trong nghiên cứu các tính chất của bê tơng cốt sợi Polypropylene của Saeed et. al
[3] đã đưa ra các kết luận sau: Khi sử dụng sợi Polypropylene (PP) với hàm lượng thấp
từ 0.18% tới 0.4% theo khối lượng xi măng, cường độ bê tông ở 28 ngày tuổi tăng lên
5%. Nhưng khi tăng hàm lượng sợi PP lên 0.55% tới 0.6% thì làm giảm cường đợ bê
tơng xuống 3% tới 5% (xem Hình 1.3).
Hình 1.3 Ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến cường độ nén bê tông [2]
GVHD: PGS.TS. TRẦN VĂN MIỀN
5
LUẬN VĂN THẠC SĨ
HVTH: NGÔ ĐỨC THÀNH
Khả năng chịu kéo của bê tông chỉ bằng 10% khả năng chịu nén, khi cho thêm cốt
sợi PP vào sẽ làm tăng khả năng chịu kéo cho bê tông. Theo nghiên cứu hàm lượng sợi
sử dụng tối ưu để đạt được khả năng chịu kéo tốt nhất là 0.35% (xem Hình 1.4).
Hình 1.4 Ảnh hưởng hàm lượng sợi đến cường độ chịu kéo bê tơng
28 ngày tuổi [2]
Có hai loại vết nứt trong bê tông là nứt do co khô và nứt do co ngót dẻo trong bê
tơng, sợi Polypropylene được nghiên cứu sử dụng để giảm nứt do co ngót dẻo. Sợi PP
có tác dụng hạn chế sự hình thành và mở rộng vết nứt. So với các mẫu không được gia
cường cốt sợi, bê tông khi sử dụng hàm lượng sợi PP tối đa 0.35% và 0.5% theo khối
lượng xi măng đã giảm được 83% tới 85% hiện tượng nứt do co ngót (xem Hình 1.5).
Hình 1.5 Ảnh hưởng hàm lượng theo thể tích sợi đến nứt bê tơng do
co ngót dẻo [2]
GVHD: PGS.TS. TRẦN VĂN MIỀN
6
LUẬN VĂN THẠC SĨ
HVTH: NGƠ ĐỨC THÀNH
Nhìn chung, bê tơng sử dụng sợi polypropylene có nhiều ưu điểm hơn so với bê
tơng thơng thường, nhưng vẫn cịn nhiều khút điểm. Vì vậy trong nghiên cứu này tập
trung phần ưu điểm để nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu suất, tiết kiệm chi phí - lợi ích
và hiệu quả của việc sử dụng sợi polypropylene dùng cho các cấu kiện tấm mỏng, bê
tơng nhẹ, kết cấu bê tơng có khả năng chịu uốn tốt, hạn chế gây nứt gãy do vận chuyển,
va đập, thi cơng dễ dàng, chi phí thấp và đặc biệt là bền vững theo thời gian.
Năm 2007, Seung-Hee Kwon đã thực nghiệm trên năm cấp phối để khảo sát tính
chất của BTTL cốt sợi PP [4]. Hệ nguyên vật liệu và cấp phối thực nghiệm được trình
bày lần lượt trong Bảng 1.2 và Bảng 1.3.
Bảng 1.2 Tỷ lệ trộn [4]
Khối lượng (kg/m3)
Rn28
(MPa)
Cấp phối
Bột
Ximăng Tro
bay
623
156
Nước
Đá
Cát
Sợi
PGSD
234
516
772
0
2.6
P0.0-G40-W30
66.7
P1.0-G40-W30
66.7
623
156
234
504
756
9.1
3.0
P1.0-G50-W30
68.2
622
156
233
629
629
9.1
3.3
S1.0-G40-W30
51.7
460
115
173
643
643
78.1
18.1
S1.0-G50-W30
71.5
461
115
173
801
801
78.1
3.8
Bảng 1.3 Loại sợi [4]
Loại sợi
Chiều dài
(mm)
L/D
Cường độ kéo
(MPa)
Chất liệu
Hình dạng
40
90
620
Polypropylene
Siêu mảnh
35
65
1050
Sợi thép
Trục trịn có
móc
Bảng 1.2 cho thấy tỷ lệ trộn bốn hỗn hợp SCC được gia cố bằng sợi khác nhau
và một hỗn hợp SCC tiêu chuẩn. Sợi polypropylen đã được thêm vào hai hỗn hợp (P1.0G40-W30, P1.0-G50-W30) và sợi thép cho hai hỗn hợp khác (S1.0-G40-W30, S1.0G50-W30). Hỗn hợp SCC tiêu chuẩn (P0.0-G40-W30) đã được thực hiện để đánh giá
GVHD: PGS.TS. TRẦN VĂN MIỀN
7
