Tóm tắt tiếng việt: Nghiên cứu đặc trưng co ngót của bê tông sử dụng cát mịn phối trộn cát nghiền từ đá trong xây dựng cầu.

Nghiên cứu đặc trưng co ngót của bê tông sử dụng cát mịn phối trộn cát nghiền từ đá trong xây dựng cầu.Nghiên cứu đặc trưng co ngót của bê tông sử dụng cát mịn phối trộn cát nghiền từ đá trong xây dựng cầu.Nghiên cứu đặc trưng co ngót của bê tông sử dụng cát mịn phối trộn cát nghiền từ đá trong xây dựng cầu.Nghiên cứu đặc trưng co ngót của bê tông sử dụng cát mịn phối trộn cát nghiền từ đá trong xây dựng cầu.Nghiên cứu đặc trưng co ngót của bê tông sử dụng cát mịn phối trộn cát nghiền từ đá trong xây dựng cầu.Nghiên cứu đặc trưng co ngót của bê tông sử dụng cát mịn phối trộn cát nghiền từ đá trong xây dựng cầu.Nghiên cứu đặc trưng co ngót của bê tông sử dụng cát mịn phối trộn cát nghiền từ đá trong xây dựng cầu.Nghiên cứu đặc trưng co ngót của bê tông sử dụng cát mịn phối trộn cát nghiền từ đá trong xây dựng cầu.Nghiên cứu đặc trưng co ngót của bê tông sử dụng cát mịn phối trộn cát nghiền từ đá trong xây dựng cầu.Nghiên cứu đặc trưng co ngót của bê tông sử dụng cát mịn phối trộn cát nghiền từ đá trong xây dựng cầu.Nghiên cứu đặc trưng co ngót của bê tông sử dụng cát mịn phối trộn cát nghiền từ đá trong xây dựng cầu.Nghiên cứu đặc trưng co ngót của bê tông sử dụng cát mịn phối trộn cát nghiền từ đá trong xây dựng cầu.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Nguyễn Đức Dũng

NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG CO NGÓT CỦA BÊ TÔNG

SỬ DỤNG CÁT MỊN PHỐI TRỘN CÁT NGHIỀN TỪ ĐÁ

TRONG XÂY DỰNG CẦU

Ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ

Hà Nội – 2022

Công trình được hoàn thành tại: Đại học Giao thông Vận tải

Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS Nguyễn Duy Tiến

Người hướng dẫn khoa học 2: TS Thái Khắc Chiến

Phản biện 1: GS.TSKH Nguyễn Như Khải

Phản biện 2: GS.TSKH Nguyễn Đông Anh

Phản biện 3: PGS.TS Vũ Quốc Vương

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường theo Quyết định Số

2596/QĐ-ĐHGTVT ngày 22 tháng 12 năm 2022

họp tại: Trường Đại học Giao thông Vận tải

Vào hồi … ngày … tháng … năm 2023

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:

- Thư viện Trường Đại học Giao thông Vận tải;

- Thư viện Quốc Gia

Cát hỗn hợp phối trộn cát mịn (CM) với cát nghiền (CN) có đặc tính vật lý khác với cát tự nhiên

do các hạt cát nghiền có hình dạng và kết cấu bề mặt góc cạnh, lồi lõm làm tăng cấu trúc lỗ rỗng, tăng diện tích bề mặt, tăng độ hấp thụ nước và làm tăng iến dạng co ngót của bê tông [4] [93] Ở tuổi sớm ứng suất – biến dạng do co ngót có thể dẫn đến hình thành vết nứt, làm giảm tính thẩm mỹ, độ bền cũng như sự toàn vẹn của cấu trúc, theo thời gian co ngót khô dẫn đến mất mát dự ứng lực, gia tăng độ võng/suy giảm độ vồng của kết cấu, làm thay đổi ứng suất đối với các kết cấu siêu tĩnh [16] [17]

Trong tiêu chuẩn thiết kế cầu đường bộ TCVN 11823 [34] nêu rõ “Cầu thi công theo phương pháp phân đoạn phải tính biến dạng co ngót một cách chính xác hơn ao gồm việc xem xét đến các tác động của: Vật liệu cụ thể, các kích thước kết cấu, điều kiện công trường, phương pháp thi công”

Trên cơ sở những kết quả nghiên cứu đã được công bố trong và ngoài nước, căn cứ vào tình hình thực tế s dụng vật liệu cát mịn phối trộn cát nghiền để chế tạo bê tông và những ảnh hưởng của biến dạng co ngót đến các công trình cầu đã và đang được xây dựng tại ĐBSCL ., luận án

xin đề xuất nội dung nghiên cứu được lựa chọn là: “Nghiên cứu đặc trưng co ngót của bê tông

sử dụng cát mịn phối trộn cát nghiền từ đá trong xây dựng cầu”

2 Đối tượng nghiên cứu

- Bê tông cấp C40 có s dụng cát mịn phối trộn cát nghiền Ảnh hưởng của tính chất vật liệu cát mịn trộn cát nghiền đến đặc trưng co ngót và tính chất cơ học của bê tông Ảnh hưởng của co ngót đến sự làm việc dài hạn của dầm BTCT

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu chủ yếu là nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Luận án cung cấp một ộ số liệu về tính chất vật liệu cát nghiền, cát mịn, các tính năng cơ học, đặc trưng co ngót của ê tông cấp cường độ C40 s dụng cát mịn phối trộn cát nghiền

- Xây dựng được các phương trình quan hệ giữa tính chất của vật liệu với các tính năng cơ học của bê tông; Xây dựng được công thức dự báo biến dạng co ngót theo thời gian dựa trên các tiêu chuẩn hiện hành

- Xây dựng phương trình quan hệ giữa biến dạng co ngót với ứng suất và độ võng của dầm BTCT, xây dựng công thức tính mô đun đàn hồi có hiệu theo thời gian từ kết quả thí nghiệm biến dạng co ngót và độ võng của dầm

2

- Ứng dụng tính toán độ vồng/ độ võng của dầm super T do biến dạng co ngót và quá trình thi

công, xác định thời điểm thi công bản mặt cầu nh m đảm bảo độ vồng của dầm trong quá trình

khai thác

- Về ý nghĩa thực tiễn: Luận án cấp các dữ liệu cần thiết về bê tông s dụng cát mịn trộn cát

nghiền có cấp cường độ C40, đáp ứng yêu cầu cấp bách cho việc tính toán thiết kế và thi công

cầu tại ĐBSCL Từ đó, cho phép hạn chế các vết nứt trên kết cấu bê tông cốt thép và giảm độ

võng của kết cấu nhịp dầm BTCT dự ứng lực

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ BIẾN DẠNG CO NGÓT CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG

CÁT MỊN PHỐI TRỘN CÁT NGHIỀN TỪ ĐÁ 1.1 Giới thiệu về vật liệu cát hỗn hợp (cát mịn phối trộn cát nghiền)

- Cát mịn (CM): Theo tiêu chuẩn TCVN 7570:2006 [30] cát mịn là cát có mô đun độ lớn từ 0,7

÷2,0 Cát mịn ở ĐBSCL có mô đun độ lớn dao động từ 0,7 ÷ 2,24 nhỏ hơn yêu cầu để chế tạo bê

tông theo tiêu chuẩn ASTM C33 [50] và AASHTO M6 [102] là 2,3 ÷3,2

- Cát nghiền (CN): hay còn được gọi là cát nhân tạo, cát sản xuất, cát xay, đá xay, đá Mi

.theo TCVN 9205:2012 cát nghiền được sản xuất b ng cách nghiền các loại đá tự nhiên đến các

cỡ hạt đạt yêu cầu dùng để chế tạo bê tông và vữa, cát thô có mô đun độ lớn từ khoảng 2,0 đến

3,3 Cát nghiền ở ĐBSCL có mô đun độ lớn hạt dao động từ 3,6 ÷ 4,2

1.2 Các nghiên cứu về bê tông sử dụng cát mịn phối trộn cát nghiền trên thế giới

 Các nghiên cứu về ảnh hưởng của tỉ lệ phối trộn cát nghiền/cát sông

Các nghiên cứu cho r ng các tính năng cơ học và biến dạng co ngót của bê tông bị ảnh hưởng

bởi tỉ lệ trộn giữa cát nghiền với cát sông, hàm lượng CN chiếm từ 50 ÷ 70% cho chất lượng bê

tông tốt nhất Theo Altamashuddinkhan 2020 [61] hàm lượng CN chiếm từ 55÷100% trong cát

hỗn hợp thì cường độ nén của bê tông tuổi đạt giá trị cao hơn các tỉ lệ phối trộn khác Hình 1.1

Tác giả Yajurved 2015 [112] thì cho r ng CN chiếm 60% làm tăng cường độ bê tông so với các tỉ

lệ khác Hình 1.2; Tác giả Y Boopathi 2016 [84] cũng cho thấy tỉ lệ thay thế tối ưu là CN chiếm

60% Trong khi đó P.M.Shanmugavadivu 201 [98] cho r ng tỉ lệ tối ưu là CN chiếm 70% Hình

1.3, thấp hơn 70% CN cường độ chịu kéo khi uốn và mô đun đàn hồi của ê tông tăng, vượt quá

70% CN cường độ kéo uốn thay đổi không đáng kể nhưng mô đun đàn hồi giảm đột ngột

Hình 1.1 Biểu đồ Rn [61] Hình 1.2 Biểu đồ Rn theo [112] Hình 1.3 Biểu đồ Ru theo [98]

Theo P.M.Shanmugavadivu, 2012 [98] Hình 1.4 thì trong giai đoạn đầu co ngót khô của bê tông

cát nghiền cao nhất, sau đó đến bê tông cát hỗn hợp, bê tông cát sông có giá trị nhỏ nhất Nhưng

vào giai đoạn cuối, co ngót khô của bê tông cát nghiền lại chậm dần, co ngót khô của bê tông cát

sông có xu hướng tăng Độ co ngót khô đã được phát hiện thấy ít hơn trong bê tông cát sông so

với bê tông cát nghiền là nhận định của đa số các tác giả [93] [94] [109] [110]

 Các nghiên cứu về ảnh hưởng của bột đá

Trong cát nhân tạo thường chứa một lượng bột đá là các hạt mịn có kích thước nhỏ hơn

0,075mm, không có đất sét và bùn Theo Tahir Celik 1996 [92] hàm lượng bột đá vừa đủ nó sẽ

đóng vai trò là một chất độn và giúp lấp đầy các khoảng trống giữa bột xi măng và các hạt cốt

liệu, điều này góp phần nâng cao chất lượng của ê tông Tuy nhiên, hàm lượng bụi cao hơn

trong cốt liệu sẽ ảnh hưởng xấu đến chất lượng của bê tông, giá trị co ngót cao hơn và nhạy hơn

3 với nứt Amnon Katz 2006 [64] Theo Ahmad 1989 [63] bê tông cát nghiền chứa 10% bột đá thì cường độ nén cao nhất; Theo Tahir Celik [92] cũng cho thấy với 10% hạt mịn trong cát nghiền cho cường độ nén và cường độ kéo uốn tăng tối đa, Amnon Katz giải thích r ng khi lượng bột đá lớn, các hạt rất nhỏ có khuynh hướng dính vào bề mặt của các hạt lớn hơn và ngăn cản sự liên kết thích hợp giữa bột xi măng và cốt liệu, kết quả là sự hình thành một liên kết cốt liệu yếu dẫn đến việc nứt và làm yếu bê tông Theo Dukatz 1985 [72] và ZHOU Mingkai 2009 [114] đều cho r ng khi hàm lượng hạt mịn từ 7% trở lên cường độ nén của bê tông dùng cát nghiền b ng hoặc cao hơn ê tông cát sông Còn theo Nam-Shik Ahn 2001 [94] đối với tỉ lệ nước xi măng cố định, hầu hết các bê tông cát nghiền có cường độ nén cao hơn cát sông và cường độ nén gia tăng khi ột đá trong cốt liệu tăng lên

Hình 1.4 Biểu đồ co ngót theo [98] Hình 1.5 Biểu đồ co ngót theo [63] Hình 1.6 Biểu đồ co ngót theo [94]

Ahmed và El Kourd 1989 [63] Hình 1.5 thí nghiệm co ngót khô ở 330 ngày tuổi cho thấy biến dạng co ngót của ê tông tăng tỉ lệ thuận với hàm lượng bột đá trong cát nghiền, nghiên cứu của Dukatz cũng đồng ý với nhận định này Theo Tahir Celik [92] co ngót khô của ê tông tăng lên khi hàm lượng bột đá tăng từ 0 ÷10% trong cát nghiền nhưng vượt quá giá trị này thì co ngót khô lại giảm Bê tông s dụng cát nghiền có hàm lượng bột đá cao lên đến 20% co ngót lớn hơn khoảng 10% so với bê tông dùng cát nghiền có hàm lượng bột đá ng 0% theo Dukatz, [72]

 Các nghiên cứu về ảnh hưởng của đá gốc sản xuất cát nghiền

Theo Hudson 1997 [83] hình dạng hạt và kết cấu bề mặt sẽ ảnh hưởng đến thể tích lỗ rỗng và tính chất ma sát của cát do đó ảnh hưởng tới tính chất của bê tông Gaynor (1983) [93] cho r ng cát nhân tạo hầu hết là có độ góc cạnh và có thể tích lỗ rỗng cũng như nhu cầu nước cao hơn so với cát tròn cạnh Theo các tác giả Wenyan Zhang, Mohamed Zakaria, [110] cho thấy diện tích bề mặt của cốt liệu sản xuất từ các loại đá gốc khác nhau có sự khác nhau tương đối lớn, do đó thể tích lỗ rỗng cũng khác nhau Theo Michael L Leming 2010 [93] nếu áp dụng phương pháp đo

độ rỗng theo ASTM C1252 thì cát sông có thể tích lỗ rỗng thấp nhất chỉ hơn 45%, cát nhân tạo có thể tích lỗ rỗng cao nhất gần 50% Tuy nhiên, nếu s dụng phương pháp hình ảnh thì cát tự nhiên

có thể tích lỗ rỗng chỉ 44,1% trong khi cát nghiền có thể tích rỗng cao nhất lên đến 55,7% Theo Nam-Shik (2001) các mẫu bê tông làm từ cát sông và các loại cát nghiền khác nhau cho biến dạng co ngót khác nhau

Theo các tác giả Wenyan Zhang, Michael L Leming và Mohamed thì các mẫu bê tông làm

từ các loại cát nghiền khác nhau cho biến dạng co ngót khác nhau Độ co ngót khô đã được phát hiện thấy ít hơn trong ê tông cát sông so với bê tông cát nghiền là nhận định của đa số các tác giả [93] [94] [109] [110]

1.3 Các nghiên cứu về bê tông sử dụng cát mịn phối trộn cát nghiền tại Việt Nam

Tại Việt Nam đã an hành 2 tiêu chuẩn liên quan đến cát nghiền gồm, TCVN 950:2012 [31] cát nghiền cho bê tông và vữa; TCVN 9382:2012 [32] Chỉ dẫn kỹ thuật chọn thành phần bê tông s dụng cát nghiền

Theo GS.TSKH Nguyễn Thúc Tuyên, cát nghiền đã được đưa vào s dụng ở Việt Nam từ những năm đầu của thế kỷ 21 tại công trình xây dựng nhà máy thủy điện Sơn La, cát nghiền được sản xuất tại mỏ đá cạnh công trường xây dựng, đá gốc sản xuất cát nghiền là đá Granite, cát vàng được khai thác tại Kỳ Sơn, tỉnh Hòa Bình Theo kết quả nghiên cứu của tác giả TS.Nguyễn

4 Quang Cung (2004) [4] thì cát nghiền có thể thay thế hoàn toàn hoặc một phần cát tự nhiên trong

bê tông

Theo GS.TS Phạm Duy Hữu [9] thì ở ĐBSCL nguồn cung cấp cát chính chỉ có mỏ cát Tân

Châu Khu vực miền Đông Nam Bộ nhiều mỏ đá có trữ lượng lớn và chất lượng rất tốt Nhìn

chung các loại vật liệu thiên nhiên tại khu vực Nam Bộ là phù hợp với các tiêu chuẩn phát triển

các loại bê tông chất lượng cao cho các công trình xây dựng và xây dựng GTVT

Theo tác giả Lê Văn Quang [18] cát mịn ĐBSCL có mô đun độ lớn dao động từ 0,7 ÷ 2,24, mỏ

cát Tân Châu có chất lượng tốt nhất Mk từ 1,6 ÷ 2,24, sau đó đến mỏ cát Hồng Ngự Mk từ 1,28 ÷

1,56 Các nghiên cứu[18] [27] [11] đều cho r ng lượng cát nghiền chiếm từ 50÷70% cho bê

tông đạt mác cao nhất Theo TS Nguyễn Đức Trọng [23] với các cấp bê tông C20 ÷ C36 áp dụng

cho xây dựng mặt đường ê tông xi măng thì khi lượng cát xay trong hỗn hợp cát chiếm từ 50 ÷

60% sẽ cho ra thành phần hạt phù hợp với các tiêu chuẩn thiết kế đường

Tác giả Vũ Quốc Vương [28] nghiên cứu về bê tông tự đầm dùng cát nghiền có chứa lượng bột

đá lớn cho kết quả là trong giai đoạn đầu trước 28 ngày tuổi biến dạng co ngót gần như tỉ lệ

nghịch với hàm lượng bột đá, nhưng sau 28 ngày co ngót tăng khi hàm lượng bột đá tăng Tác giả

Lê Văn Quang, Nguyễn Đức Trọng cũng cho thấy biến dạng co ngót của bê tông cát sông nhỏ

hơn so với biến dạng co ngót của bê tông s dụng cát mịn trộn cát nghiền

1.4 Các nghiên cứu về ảnh hưởng của co ngót đến biến dạng dài hạn của dầm BTCT và

BTCT dự ứng lực

Theo R Mu, J.P Forth 2008 [99] cho thấy, bên cạnh tải trọng và nhiệt độ, co ngót và từ biến là

những yếu tố chính ảnh hưởng đến độ cong của mặt cắt bê tông cốt thép

Trong chuẩn Anh BS 8110-2 [68] và Eurocode2 [72] đã đề xuất phương trình dự đoán độ cong

do biến dạng co ngót của dầm BTCT Hobbs [88] cũng đưa ra mô hình độ cong của dầm do co

ngót Ghali và Favre cũng xây dựng mô hình để dự đoán độ cong co ngót của các phần bị nứt

Theo GS.TS Trần Đức Nhiệm 2016 [16] [17], qua thời gian s dụng, dầm Super T đã xuất hiện

hiện tượng mất độ vồng, vấn đề này đã xuất hiện ở nhiều dự án quan trọng tuy chưa làm ảnh

hưởng đến khả năng chịu tải, hoặc làm suy giảm chất lượng của kết cấu nhưng làm dấy lên những

lo ngại ở góc độ quản lý và khai thác công trình, nguyên nhân gồm hai nhóm yếu tố ảnh hưởng là

thuộc tính vật liệu chế tạo dầm và trình tự chế tạo, thi công dầm

Từ các kết quả phân tích này gợi ý về việc cần xem xét yếu tố co ngót trong tính toán độ vồng

và cần thiết xây dựng một quy trình thi công chuẩn cho kết cấu nhịp dầm ê tông DƯL căng

trước nh m đảm bảo độ vồng theo thiết kế

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU BIẾN DẠNG CO NGÓT CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG

CÁT MỊN PHỐI TRỘN CÁT NGHIỀN TỪ ĐÁ 2.1 Co ngót bê tông

Sự co ngót trong bê tông có thể được định nghĩa là sự thay đổi thể tích quan sát được trong bê

tông, do sự mất độ ẩm ở các giai đoạn khác nhau do các nguyên nhân khác nhau Co ngót có thể

được phân loại như sau: Co ngót dẻo; Co ngót khô; Co ngót nhiệt; Co ngót tự sinh và Co ngót

cacbonat [7] [8] [9]

2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng co ngót bê tông sử dụng cát mịn phối trộn cát

nghiền

Các yếu tố ảnh hưởng tới biến dạng co ngót đã được tổng hợp trong ACI 209.2R [37] và tiêu

chuẩn Việt Nam TCVN 11823 [34] , tập trung ở tám nhóm như sau:

 Ảnh hưởng của cốt liệu

Theo Wenyan Zhang 2013 [110], Fanouraki 2014 [79] tính chất co ngót không chỉ liên quan đến

sự mất khối lượng của nước mao dẫn, mà còn bị ảnh hưởng bởi các đặc tính vật lý cốt liệu nhỏ

Hàm lượng và đặc tính của chúng chiếm giá trị đáng kể đối với biến dạng co ngót khô của bê

5 tông

Theo các nghiên cứu đã trình bày ở Chương một thì tính chất của bê tông cát hỗn hợp bị thay đổi, do các hạt cát nghiền có bề mặt lỗi lõm, thô nhám nên diện tích bề mặt, tỉ lệ hấp thụ nước và thể tích lỗ rỗng khác với các hạt cát sông đã trải qua quá trình phong hóa, mài mòn tự nhiên, các tính chất này ảnh hưởng trực tiếp đến biến dạng co ngót của bê tông

Hệ số điều chỉnh xét đến ảnh hưởng của cốt liệu mịn theo ACI209.2R:

Theo các nghiên cứu ở Chương 1 thì cát nghiền thường cần lượng nước yêu cầu cao để đảm bảo

độ sụt, nhu cầu nước tăng lên phải được ù đắp b ng lượng xi măng tăng để duy trì tỉ lệ N/XM, làm tăng lượng nước mao dẫn và tăng co ngót khô Ngoài ra nhu cầu nước tăng lên còn do hàm lượng bột đá trong cát nghiền

Hệ số điều chỉnh thông qua độ sụt của ê tông tươi:

(2.4) (2.5) v/s – là tỷ số giữa thể tích với bề mặt cấu kiện

 Ảnh hưởng của thời gian bảo dưỡng ban đầu

Boris Haranki mẫu co ngót được bảo dưỡng ướt 7 ngày sau đó chuyển sang phòng có độ ẩm 50% có độ co ngót lớn hơn 10÷28% so với mẫu được bảo dưỡng 14 ngày.Tiêu chuẩn ACI 309 khuyến cáo chung là bảo dưỡng ẩm trong ít nhất 7 ngày Theo ACI209.2R thì hệ số điều chỉnh theo thời gian bảo dưỡng sh:

(2.6)

tc là thời gian bảo dưỡng an đầu

Ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường

CEB-FIP giới thiệu công thức dự báo tốc độ phát triển co ngót theo thời gian xấp xỉ 6% và sự phát triển của co ngót tới hạn là 15% khi nhiệt độ tăng từ 23oC tới 60oC với độ ẩm không đổi

Ảnh hưởng của độ ẩm môi trường

Trong công thức tính toán biến dạng co ngót theo ACI209.2R có hệ số điều chỉnh theo độ ẩm môi trườngshRH: (2.7) Tiêu chuẩn TCVN 11823 xét đến hệ số ảnh hưởng của độ ẩm môi trường đến biến dạng co ngót

khs: 0,4 ≤ h ≤ 0,8 và khi 0,8 ≤ h ≤ 1,0 (2.8)

2.3 Một số mô hình dự báo biến dạng co ngót của bê tông

 Tiêu chuẩn thiết kế cầu đường bộ TCVN 11823-2017 [34]

Khi không có số liệu chính xác hơn thì có thể lấy biến dạng tương đối do co ngót 200x10-6 sau

28 ngày và 500x10-6 sau một năm từ lúc bê tông khô Hoặc biến dạng tương đối do co ngót có thể

6 lấy như sau: (2.9)

các hế số phụ thuộc vào kích thước kết cấu, độ ẩm, cường độ bê tông xem mục 2.2

Khi không có sẵn số liệu về thiết kế cấp phối, việc xác định co ngót và từ biến có thể dùng quy

định sau: Các Điều 5.4.2.3.3 và 5.4.2.3.3 Tiêu chuẩn CEB – FIP model code, hoặc ACI 209.2R

 Tiêu chuẩn ACI209.2R [37]

Biến dạng co ngót tại thời điểm t, được đo ắt đầu ở thời gian tc, được tính theo công thức sau:

(2.10) Trong đó:

 Tiêu chuẩn CEB FIP 2010 [70]

Biến dạng co ngót được tính b ng tổng biến dạng co ngót tự sinh và biến dạng co ngót khô

(2.11) ;

fcm là cường độ nén trung bình ở tuổi 28 ngày, các hệ số phụ thuộc cường độ bê tông, loại xi

măng s dụng và độ ẩm môi trường

 Tiêu chuẩn EUROCODE 2 [74]

Biến dạng co ngót tại thời điểm t, được tính b ng tổng biến dạng co ngót tự sinh và biến dạng co

ngót khô: (2.12)

các hệ số phụ thuộc cường độ bê tông, loại xi măng s dụng và độ ẩm môi trường

 Tiêu chuẩn Xây dựng Nga [116]

Biến dạng co ngót tại thời điểm t tính theo công thức:

(2.13)

hệ số lấy theo bảng lập sẵn, phụ thuộc vào thời gian dưỡng hộ ê tông, độ ẩm môi trường và

mô đun ề mặt mở của cấu kiện; Kcs  0.14*10-6 cho bê tông nặng; W và V là tỷ trọng của

nước và khí trong hỗn hợp bê tông

 Tiêu chuẩn Nhật Bản [85]

Biến dạng co ngót tại thời điểm t, được tính theo công thức: (2.14) Trong đó:

V, S là thể tích và diện tích bề mặt kết cấu, W là lượng nước s dụng cho 1m3 bê tông

 Tiêu chuẩn Anh quốc BS 8110 [68]

Tiêu chuẩn BS 8110 không đưa ra công thức toán học dự báo biến dạng co ngót Sự phát triển

biến dạng co ngót được biểu diễn dưới dạng đồ thị

 Tiêu chuẩn Úc [58]

Công thức tính toán biến dạng co ngót là tổng biến dạng do biến dạng co ngót tự sinh ecse và

biến dạng co ngót do khô ecsd (2.17) ;

Các hệ số phụ thuộc vào vùng khí hậu

2.4 Phân tích các mô hình tính biến dạng co ngót

Phần lớn các tiêu chuẩn xác định biến dạng co ngót theo thời gian thông qua công thức toán học

có dạng hàm mũ hoặc hyperbolic

Tiêu chuẩn Eurocode, CEB/FIP và Úc chia có ngót thành 2 phần là co ngót tự sinh và co ngót

khô, biến dạng co ngót được tính phụ thuộc vào cường độ bê tông và các hệ số điều chỉnh xét đến

các ảnh hưởng do độ ẩm và loại xi măng s dụng

Tiêu chuẩn ACI, Nga, Nhật, và Việt Nam tính co ngót theo hàm số phụ thuộc vào co ngót cực

7 hạn nhân với các hệ số điều chỉnh xét đến các ảnh hưởng của cốt liệu, hàm lượng xi măng, tỉ lệ N/XM, hình dáng kích thước, phương pháp ảo dưỡng nhiệt độ, độ ẩm môi trường, cường độ bê tông

2.5 Phương pháp xác định biến dạng co ngót của bê tông theo các tiêu chuẩn

Nội dung phương pháp thực nghiệm co ngót của các tiêu chuẩn tổng hợp trong Bảng 2.1

Bảng 2.1 Phương pháp thực nghiệm xác định biến dạng co ngót của bê tông trong các tiêu chuẩn

m

đá < 50mm

23±20C 50±4%

Ngâm trong nước 30’, ảo dưỡng

28 ngày từ ngày

đổ xong mẫu

4, 7, 14, 28 ngày

và 8, 16, 32, 64 tuần (448 ngày)

Châu Âu Không có quy định cụ thể

27±20C 80±5%

Ngâm nước trong

3 ngày sau 1 ngày tháo mẫu

1, 3, 14, 2 tuần /lần Tối thiểu

120 ngày Nhật JIS A

Ngâm trong nước

7 ngày

Đo độ co tối thiểu

13 tuần (91 ngày) Anh Quốc

BSISO

1920-8:2009

[69]

75x75x285mm 100x100x400m

m

22±20C 55±5%

Ngâm trong nước

7 ngày sau 18 - 24h tháo ván khuôn

7, 14, 21, 28, 56 ngày và 112 ngày, đo tối thiểu trong 3 tháng Nga ГОСТ

24544-81 [115]

axax4a (a=70, 100, 150, 200mm)

20±20C 60±5%

Ngâm nước trong

3 ngày sau 1 ngày tháo mẫu

0, 3, 14, 2 tuần/lần Tối thiểu 120 ngày

Đề tài đặt mục tiêu nghiên cứu bê tông áp dụng trong xây dựng cầu, nên các tiêu chuẩn áp dụng trong công tác thí nghiệm cũng như tính toán phải phù hợp với các quy định tại tiêu chuẩn thiết

kế cầu TCVN11823 [34], tiêu chuẩn này dựa trên tiêu chuẩn AASHTO [102] của Mỹ, do đó các thí nghiệm co ngót phải được thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM C157 [46]

2.6 Xây dựng công thức dự báo biến dạng co ngót của bê tông từ kết quả thực nghiệm

Theo tiêu chuẩn thiết kế cầu TCVN 11823 [34] quy định việc xác định co ngót và từ biến có thể dùng Tiêu chuẩn CEB – FIP [70] hoặc ACI 209 [37] Do đó, luận án xin đề xuất xây dựng công thức dự báo biến dạng co ngót của bê tông có s dụng cát mịn trộn cát nghiền theo định dạng công thức của hai tiêu chuẩn trên

Việc xác định các hệ số điều chỉnh theo các tham số biến động của vật liệu: Có thể thực hiện theo các phương pháp truyền thống như, phương pháp ình phương nhỏ nhất, phương pháp quy hoạch thực nghiệm, phương pháp hồi quy đa iến, hoặc theo các phương pháp số dựa trên phương pháp tối ưu hoá ầy đàn (PSO – Particle Swarm Optimization), phương pháp Karush – Kuhn – Tucker conditions Tuy nhiên, nếu thực hiện theo các phương pháp truyền thống trong trường hợp với các mẫu cát nghiền từ ba loại đá gốc khác nhau, mỗi loại lại xét ảnh hưởng của các tham số biến động của vật liệu, các điều kiện bảo dưỡng, các tổ mẫu đối chứng, dẫn đến số

8 lượng tổ mẫu lớn, do các yếu tố ảnh hưởng độc lập nên xác định cực trị từ việc tối ưu hóa cục bộ cũng như tối ưu hóa toàn cục là phức tạp, chậm hội tụ và sai số lớn… Mặt khác, luận án đặt mục tiêu xây dựng công thức tính biến dạng co ngót dựa theo các dạng công thức của ACI và CEP/FIP, không xây dựng phương trình mới theo số liệu thí nghiệm Sau khi xem xét nhận thấy phương pháp PSO [95] là phù hợp với ài toán trong trường hợp này, phương pháp PSO cho tốc

độ tối ưu hoá nhanh hơn các phương pháp thông thường, và do tính chất có thể tự hoàn thiện của thuật toán, kết quả hiệu chỉnh không phụ thuộc vào số lượng mẫu thí nghiệm quá lớn và có thể tối

ưu cục bộ hoặc tối ưu toàn cục

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA TÍNH CHẤT VẬT LIỆU CÁT MỊN PHỐI TRỘN CÁT NGHIỀN TỪ ĐÁ ĐẾN CÁC

ĐẶC TÍNH CƠ HỌC VÀ BIẾN DẠNG CO NGÓT CỦA BÊ TÔNG

3.1 Kết quả khảo sát các mỏ vật liệu cát mịn và cát nghiền

 Các mỏ cát mịn

Luận án tiến hành khảo sát mỏ cát Tân Châu, Vĩnh Hòa (tỉnh An Giang), Hồng Ngự (tỉnh Đồng Tháp), là các mỏ cát được đánh giá có chất lượng tốt, trữ lượng lớn ở ĐBSCL Kết quả thí nghiệm các tính chất cơ lý như hàm lượng sét cục, hàm lượng tạp chất hữu cơ đều đáp ứng yêu cầu theo tiêu chuẩn ASTM C33 [50] và AASHTO M6 [102], nhưng mô đun độ lớn hạt chỉ đạt từ 1,4 ÷ 2,24, đường cong thành phần hạt n m ngoài giới hạn theo tiêu chuẩn

Mỏ cát Tân Châu, huyện Tân Châu, tỉnh An Giang được đánh giá là có chất lượng tốt nhất ĐBSCL mô đun độ lớn hạt từ 1,6 ÷ 2,24, các công trình cầu lớn như cầu Bình Khánh, cầu Thủ Thiêm 2, cầu Mỹ Thuận 2 đều s dụng CM Tân Châu

 Các mỏ cát nghiền

Luận án cũng khảo sát mỏ cát nghiền 3B Núi Ông Cầu, tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu, cát được xay từ

đá gốc Andesite có cường độ chịu nén là 131,86MPa, mô đun độ lớn là 3,69 ÷ 4,2, các chỉ tiêu cơ

lý khác đều đáp ứng yêu cầu theo tiêu chuẩn, cát nghiền mỏ 3B được s dụng cho cầu dây văng Bình Khánh, Phước Khánh thuộc dự án cao tốc Bến Lức–Long Thành

Mỏ đá Tân Đông Hiệp thuộc thị xã Dĩ An tỉnh Bình Dương, cát được xay từ đá gốc Granite có cường độ chịu nén là 157MPa, mô đun độ lớn của hạt dao động từ 3,6 ÷ 4,4, các chỉ tiêu khác đều đáp ứng tiêu chuẩn, cát được s dụng cho dự án cầu Thủ Thiêm 2

Mỏ đá Kiện Khê sản xuất cát nghiền từ đá Vôicó cường độ chịu nén là 78,1MPa

Các mỏ cát nghiền mà luận án nghiên cứu ở ĐBSCL đang được nghiền theo công nghệ ly tâm,

có năng suất cao và ít bột đá hơn so với các công nghệ nghiền khác như nghiền kẹp, nghiền côn hay nghiền bi Sản phẩm sau khi nghiền ra được sàng ướt để loại bỏ bớt hạt bột đá nên còn được gọi là đá Mi r a Kết quả nghiên cứu của luận án cho thấy, hàm lượng bột đá trong cát nghiền sau khi sàng trung bình khoảng 2%

 Thực nghiệm phối trộn cát mịn với cát nghiền thành cát hỗn hợp (CHH)

Hình 3.1 Thành phần hạt

của cát mịn Tân Châu

Hình 3.2 Thành phần hạt của cát nghiền Vũng Tàu

Hình 3.3 Thành phần hạt cát

hỗn hợp

Từ kết quả khảo sát cho thấy, cát mịn Tân Châu Hình 3.1 và cát nghiền từ đá Andesite Hình 3.2

là hai loại cát phổ biến và được đánh giá là có chất lượng tốt, trữ lượng lớn, đã và đang s dụng cho nhiều công trình xây dựng cầu lớn tại ĐBSCL Do đó, luận án s dụng 2 vật liệu này để thí nghiệm chuyên sâu

9

S dụng phương pháp th dần phối trộn 2 loại cát này, kết quả phân tích thành phần hạt Hình 3.3 cho thấy, khi lượng cát nghiền chiếm từ 50÷70% trong cát hỗn hợp thì đường cong thành phần hạt n m trong giới hạn theo tiêu chuẩn AASHTOM6 và ASTM C33

3.2 Tính toán thành phần bê tông xi măng

Cường độ bê tông thiết kế f’c = 40MPa, cường độ mục tiêu theo yêu cầu 48,83MPa Luận án tính toán thiết kế thành phần bê tông theo Tiêu chuẩn ACI211.4R-08, kết hợp với thực nghiệm điều chỉnh xác định được khối lượng vật liệu cho 1m3

ê tông như sau:

- Bê tông có cấp phối CN/CM = 50/50: xi măng 460kg; nước 159 lít; phụ gia 5,52kg; cát nghiền 398kg, cát mịn 398kg; đá 1046kg Tổng khối lượng 2466kg

- Bê tông có cấp phối CN/CM = 60/40: xi măng 460kg; nước 159 lít; phụ gia 5,52kg; cát nghiền 480kg, cát mịn 320kg; đá 1046kg Tổng khối lượng 2471kg

- Bê tông có cấp phối CN/CM = 70/30: xi măng 460kg; nước 159 lít; phụ gia 5,52kg; cát nghiền 563kg, cát mịn 241,4kg; đá 1046kg Tổng khối lượng 2475kg

- Bê tông đối chứng s dụng cát vàng sông Lô: xi măng 460kg; nước 159 lít; phụ gia 5,52kg; cát vàng 795kg; đá 1046kg Tổng khối lượng 2466kg

3.3 Xác định tỉ lệ phối hợp giữa cát mịn với cát nghiền theo lý thuyết cấp phối lý tưởng Fuller

Tính toán theo lý thuyết Fuller cho kết quả là cả 3 cấp phối thí nghiệm lựa chọn đều có hệ số gần với đường cong cấp phối lý tưởng Trong đó cấp phối có CN/CM = 60/40 có giá trị tốt nhất

3.4 Nội dung thí nghiệm cường độ bê tông

Theo GS.TS Phạm Duy Hữu, về nguyên tắc thì khi các vật liệu n m trong giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn thì các tính chất cơ học của bê tông về cơ ản là giống nhau Nhưng đây là một loại vật liệu mới, áp dụng cho công trình cầu có yêu cầu cấp cường độ cao nên luận án thí nghiệm đầy đủ các tính năng cơ học để từ đó phân tích đánh giá ảnh hưởng của các tính chất vật liệu cát mịn phối trộn cát nghiền đến các tính năng cơ học của bê tông, các nhóm nghiên cứu như sau:

Thay đổi tỉ lệ phối trộn CN/CM: lần lượt là 50/50, 60/40, 70/30;

Thay đổi hàm lượng bột đá: lần lượt là 2%, 3,5%, 5% và 7%;

Thay đổi đá gốc sản xuất cát nghiền: đá Andesite, đá Granite và đá Vôi;

Mẫu đối chứng: s dụng cát vàng sông Lô

Tổng số có 42 tổ mẫu (TM) thí nghiệm tính chất cơ học của bê tông

3.4.1 Triển khai thí nghiệm

Vật liệu chế tạo ê tông: Xi măng Vicem Bút Sơn PC40 Cốt liệu lớn 4,75÷19(mm) lấy tại mỏ

đá Sun-way (Hòa Bình), được sản xuất từ đá gốc Bazan là loại cốt liệu cứng không co ngót, hấp thụ nước ít nên hầu như không ảnh hưởng đến biến dạng co ngót của mẫu thí nghiệm; phụ gia siêu dẻo HRWWR vừa là chất hóa dẻo làm tăng tính công tác, vừa là chất giảm nước đến 30%, làm cường độ của ê tông tăng một cách đáng kể, đặc biệt thích ứng với khí hậu nóng, tăng khả năng chống thấm, giảm co ngót

3.4.2 Công tác thí nghiệm

Hình 3.4 Công tác thí nghiệm tính năng cơ học của bê tông Công tác chế tạo mẫu và thí nghiệm cường độ được thực hiện tại phòng thí nghiệm bộ môn Vật liệu Xây dựng và Trung tâm KHCN thuộc Trường ĐH Giao thông Vận Tải

3.4.3 Kết quả thí nghiệm

10

 Nhóm mẫu Tổ hợp mẫu thay đổi tỉ lệ phối trộn CN/CM

Biểu đồ cường độ nén đặc trưng f’c trình bày trên Hình 3.5, và cường độ kéo – uốn fr tại thời điểm 28 ngày Hình 3.6 Biểu đồ phát triển cường độ nén trung ình Rn Hình 3.7 và cường độ kéo – uốn Ru theo thời gian Hình 3.8

Hình 3.5 Biểu đồ f’c Hình 3.6 Biểu đồ f’r Hình 3.7 Biểu đồ Rn Hình 3.8 Biểu đồ Ru Cường độ chịu nén ở 28 ngày tuổi của cả 3 bê tông cát hỗn hợp và cát sông đối chứng đều lớn hơn cường độ mục tiêu là 48,82MPa Giá trị cường độ chịu nén lớn nhất là 57,28MPa đạt được ở

tổ mẫu có tỉ lệ phối trộn CN/CM = 60/40 Kết quả thí nghiệm này phù hợp với kết quả tính toán theo lý thuyết Fuller Cường độ chịu kéo khi uốn, mô đun đàn hồi và cường độ ép chẻ của cả 3 cấp phối có quy luật phát triển tương ứng với cường độ chịu nén

Cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo khi uốn, mô đun đàn hồi và cường độ ép chẻ của các mẫu s dụng bê tông cát hỗn hợp đều lớn hơn mẫu bê tông s dụng cát sông

Chênh lệch giá trị cường độ chịu nén giữa các nhóm TM từ 3,05÷8,9%, từ 4,7÷9,98% với cường

độ chịu kéo khi uốn và 1,9 ÷3,7% đối với E Giá trị chênh lệch về cường độ là nhỏ, nên có thể

nhận xét rằng việc phối trộn cát nghiền với cát mịn mà đường cong thành phần hạt nằm trong giới hạn theo tiêu chuẩn ASTM C33 hoặc AASHTO M6 có thể chế tạo bê tông cấp C40

 Nhóm mẫu Tổ hợp mẫu thay đổi hàm lƣợng bột đá (BĐ)

Cường độ nén của cả 4 tổ mẫu trình bày trên Hình 3.9 đều lớn hơn cường độ mục tiêu thí nghiệm là 48,82MPa, chênh lệch giữa các TM từ 6,44÷16,45% Cường độ nén lớn nhất ở TM 3,5% BĐ là 58,45MPa, các TM 2% và 5% BĐ có giá trị xấp xỉ mẫu 3,5% BĐ, TM 7% BĐ có cường độ thấp nhất Điều này được giải thích r ng khi hàm lượng bột đá vừa đủ có tác dụng làm đầy những khoảng trống làm tăng cường độ ê tông, khi hàm lượng bột đá lớn cần nhiều sản phẩm hydrat hóa để bao quanh các hạt bột đá nên lại làm giảm cường độ bê tông

Hình 3.9 Biểu đồ f’c Hình 3.10 Biểu đồ fr Hình 3.11 Biểu đồ E Hình 3.12 Biểu đồ Rk Quy luật về cường độ chịu kéo khi uốn Hình 3.10, mô đun đàn hồi Hình 3.11 và Rk Hình 3.12 tương tự như cường độ chịu nén Các đặc trưng cường độ của các tổ mẫu s dụng cát mịn trộn cát nghiền đều có giá trị lớn hơn các tổ mẫu s dụng cát sông

Như vậy, cát hỗn hợp có hàm lượng bột đá từ 2% đến 7%, đường cong thành phần hạt nằm trong giới hạn tiêu chuẩn phù hợp chế tạo bê tông cấp C40

 Nhóm tổ hợp mẫu thay đổi đá gốc sản xuất cát nghiền

Đối với cả tổ mẫu s dụng cát nghiền đá Andesite và đá Vôi thì tổ mẫu có tỉ lệ CN/CM là 60/40

có cường độ chịu nén và cường độ chịu kéo khi uốn đạt giá trị lớn nhất Hình 3.13, Hình 3.14 Cường độ chịu nén của các tổ mẫu s dụng cát nghiền đá Andesite đều cao hơn so với tổ mẫu s dụng cát nghiền đá Vôi từ 3,6 ÷ 3,77% Quy luật cường độ chịu kéo khi uốn của các tổ mẫu tương tự như cường độ chịu nén

Với các tổ mẫu có hàm lượng bột đá thay đổi, các tổ mẫu s dụng cát nghiền đá Vôi cường độ chịu nén tăng khi hàm lượng bột đá tăng Hình 3.15, nhưng khi hàm lượng bột đá tăng đến 5% thì

11 cường độ chịu kéo khi uốn lại có xu hướng giảm Trong khi đó ê tông s dụng cát nghiền đá

Andesite giá trị cường độ kéo và nén đều lớn nhất khi hàm lượng bột đá là 3,5%, lớn hơn hoặc

nhỏ hơn giá trị này cường độ đều giảm Hình 3.16

Hình 3.13 Biểu đồ Rn

(thay đổi CN/CM)

Hình 3.14 Biểu đồ Ru (thay đổi CN/CM) Hình 3.15 Biểu đồ Rn (thay đổi BĐ)

Hình 3.16 Biểu đồ Ru (thay đổi BĐ)

3.4.4 Xây dựng phương trình quan hệ giữa các tính chất vật liệu với các đặc trưng cường độ

Từ các số liệu thí nghiệm, s dụng phương pháp hồi quy xây dựng phương trình ảnh hưởng của

tỉ lệ phối trộn CN/CM đến cường độ chịu nén đặc trưng f’c, cường độ chịu kéo khi uốn đặc trưng

và mô đun đàn hồi của BTXM

2 '

Phương trình ảnh hưởng của tỉ lệ hàm lượng bột đá đến cường độ chịu nén trung ình, cường độ

chịu kéo khi uốn trung ình, mô đun đàn hồi của BTXM

Trong phần này Luận án đi sâu nghiên cứu đặc trưng co ngót và các yếu tố ảnh hưởng của cát

mịn phối trộn cát nghiền đến đặc trưng co ngót của bê tông Các tổ mẫu được thực nghiệm theo

Tiêu chuẩn thí nghiệm ASTM C157; luận án cũng thực nghiệm với các tổ mẫu được bảo dưỡng

phi tiêu chuẩn gần với các điều kiện thi công ngoài thực tế như sau khi tháo khuôn được bọc kín

xung quanh b ng màng mỏng Polyethylene (PE); và các tổ mẫu sau khi tháo khuôn không ngâm

nước bảo dưỡng Tổng cộng có 67 tổ mẫu (TM) thí nghiệm được chia làm 6 nhóm như sau:

Nhóm 1: Xét ảnh hưởng của tỉ lệ trộn CN/CM tới biến dạng co ngót, bao gồm 30 tổ mẫu TM1,

TM2, TM3, TM4, TM5, TM6, TM7, TM8, TM9 dùng CN đá Andesite Các TM TM28, TM29,

TM30, TM34, TM35, TM36, TM37, TM38, TM39; TM31, TM32, TM33, TM49, TM50, TM51,

TM52, TM53, TM54 có cấp phối tương tự như trên nhưng s dụng CN từ đá Vôi và đá Granite

Nhóm 2: Xét ảnh hưởng của hàm lượng bột đá tới biến dạng co ngót, bao gồm 23 tổ mẫu TM2,

TM13, TM14, TM15, TM10, TM5, TM16, TM17, TM11, TM8, TM19, TM20, TM21, TM12

dùng cát nghiền sản xuất từ đá Andesite Các TM40, TM41, TM42, TM43, TM44, TM45, TM46,

TM47, TM48 có cấp phối tương tự như trên nhưng s dụng cát nghiền từ đá Vôi

Nhóm 3: Xét ảnh hưởng của đá gốc sản xuất cát nghiền đến biến dạng co ngót, bao gồm 64 tổ

mẫu từ TM1 đến TM67 thay đổi cát nghiền sản xuất từ đá Andesite, đá Granite, đá Vôi, thay đổi

tỉ lệ trộn và thay đổi hàm lượng bột (trừ các tổ mẫu TM10, TM11, TM12 s dụng cát vàng)

Nhóm 4: So sánh kết quả đo iến dạng co ngót của các tổ mẫu bê tông s dụng cát hỗn hợp so

với các tổ mẫu đối chứng bê tông s dụng cát vàng sông Lô gồm 67 tổ mẫu từ TM1 đến TM67