Luận văn nghiên cứu sự làm việc của dầm bê tông cốt thép sử dụng tro bay và xỉ lò cao làm chất kết dính geopolymer

Viện bê tông của Lloa Ký, Xi lò cao Bê tông cắt thép Chất hoạt hóa Chất kết dinh Hệ số biển đồng, Mô đun dân hồi bê lông TCVN 5574: 2018 Tiêu chuẩn thiết kế bê tông cốt thép cúa ch

Phạm Quang Dạo

_ NGHIÊN CỬU SỰ LAM VIỆC CUA

DAM BE TONG COT THEP SỬ DỤNG TRO BAY VA

Xi LO CAO LAM CHAT KET DINH GEOPOLYMER

LUẬN ÁN TIÊN SĨ

Hà Nội, năm 2021

Phạm Quang Dạo

NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC CỦA DAM BE TONG COT THEP SU DUNG TRO BAY VÀ

Xi LO CAO LAM CHAT KET DINH GEOPOLYMER

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dung

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số

liệu, kết quả nghiên cứu nêu trong luận án là trung thực và chưa lừng được công bồ trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày 18 tháng 02 năm 2021

Tác giả luận án

Pham Quang Dae

MỞ ĐẦU

1 Tý do lựa chọn đẻ tài à cà occentv2ct2ctrteereerree

5 Phuong phap nghign ct0u scssecssssesssesseestsestiveesetrstnesinestiestsetee 4

CHUONG 1 TONG QUAN VE VAT LIỆU GPC VÀ SỰ LÀM VIỆC

CUA DAM GPC COT THER

11 Giới thiệu về bê tông geopolyHeI cài vu on

112 ‘Thanh phần vật liệu của chất kết dính geopolymer

114 Nghiên cửu ứng dụng bê tổng geopolymer tại Việt Nam 13

1.2 Kết quả nghiên cứu về chế tạo và đặc trung co hoc etia GPC 14

121 Cấp phối và chế tạo vật liệu nen

1243 ‘MS dum đàn hỏi và hệ số poissơn serves TÔ

143 Kết quá nghiên cứu về lực định vá ứng xứ của dim GPC cết thép 23

1431 Nghiên cứu về lực dũnh giữa bê tông và cốt thép 23

132 Nghiên cứu của về sự làm việc của đâm GPC cốt thép 24

14 Lý thuyết th toán về sự làm việc trên tiết diện thẳng góc của đẫm OPC cot thép 26

141 Mô hình quan hệ mg suất - biến dạng của vật liệu OPC 26

142 Lý thuyết tính toán trên TDTG của đảm BTCT theo TCVN 5574: 2018

15 — Nhậnxétchương] ì cái

CHƯƠNG2 NGIIÊN CỨU THỰC NGIIẸM CIIẾ TẠO VÀ DAC

TRUNG CO HOC BE TONG GEOPOLYMER

2.2 Phương pháp xác định đặc trung cơ học của vật liệu 38

24 'Thực nghiệm kháo sát cấp phéi ché tao GPC

243 Kết quả khảo sát cấp phối chế tạo GPC ni 44

25 Thực nghiệm xác định đặc trưng cơ học của bê tông, 46

351 Qui trình thí nghiệm đặc trưng cơ học GPC seo đÓ,

25.5 Quan hệ ứng suất biến dang cia GPC

36 — Nhậnxétchương2

CHƯƠNG 3 NGIHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC TRÊN TIẾT DIỆN

THẲNG GÓC CỦA DẢM GPC CÓT THÉP

31 Quan hệ ứng suất - biến dạng của vật liệu GPC

311 Nguyễn tắc lựa chọn mô hình quan hệ tĩng suất — biên dạng

3.12 ỷ xuất mô hình quan hệ ứng suất - biễn dang cho GPC

313 Mô đứa đàn hỏi và hệ số poát-xông

3.2 Các giai đoạn làm việc trên tiệt chiên thẳng góc cửa đảm GPC cối thép

321 Giai đoạn đàn hải và tiết điện chua nứt

3.22 Giai doạn sau khi nứt "— ,

323 Giai đoạn phả hoại

3.3 Mô men kháng nứt của dầm (GŒPC cốt thép, cv csessrer

331 Xây dụng công thức tỉnh mô men kháng nứt

3.3.3 Để xuất hệ số y xét dến biến dang déo vùng kéo của bê tông GPC

341 Phương pháp tính theo biển đạng phí tuyển

3.4.3 Phương pháp tính theo nôi lực giới hạn

3.5 Kiểm chứng công thúc để xuất cho đẳm GPC cốt thép 3.5.1 Kiểm tính mô men khang mrt

352 Kiểm tính khả năng chịu lực

LAM VIEC CUA DAM GPC COT THÉP

4.1 Nghiên cứu thực nghiệm sự lảm việc của đầm GEC cốt thép 73

412 Thiết kế mô hình thí nghiệm SH 0 11100112ce.e 73

413 Thí nghiệm các đặc trưng cơ học của vật liệu

414 Trình tự và xử lý kết quả thí nghiệm đầm 80

42 Mô phông số sự làm việc của dâm GPC cốt thép 97

421 Xây dựng mô bình số dầm GPC cốt thép bằng phương pháp PTHH 97

DANH MUC CAC KY HIEU

Chit cdi Latinh viét hoa

Tiêu chuẩn thiết kê kết cầu bề tông của

Viện bê tông của Lloa Ký,

Xi lò cao

Bê tông cắt thép Chất hoạt hóa

Chất kết dinh

Hệ số biển đồng,

Mô đun dân hồi bê lông TCVN 5574: 2018

Tiêu chuẩn thiết kế bê tông cốt thép cúa

châuÂu

Mô đun đàn hồi trung bình của bề tông 1UC2

‘Tro bay

Xi lò cao nghiền mịn Chất kết dinh geopolymer

Tê tông geopolymer

Chiêu dài hình học của dâm

Nhịp tính toán của đâm

Chuyển vị kế M6 men ud

Mô men kháng nứt

khả năng chịu lực trên tiết diện thẳng góc

Khối lượng nước

Cường độ chịu kéo tính toán của bề tông ở _ TCVN 5574:2018 TTGH II

Cường độ chịu kéo trung bình của bê lông — TCVN 55742018 Trung bình

Tiêu chuẩn Việt Nam — Thiết kế kết cầu bê

tổng cốt thép Tiết điện thắng góc Trang thai gidi han T Trang thai giới han I

TỨng suất bề tông

Ủng suất cốt thép

Cảnh tay dồn nội ngẫu lực trên tiết điện dâm

BTCT

Chit cdi Latinh viét thudng

chiếu

Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo

dén thd ngoài củng bé ting chịu kéo trên tiết

diện

Bể rộng khe rút

Chiều cao tiết điện đảm

Giới hạn chây của côi thép

y

Cường độ chủu nên đặc trưng của bé lông ACT 318

TỨng suất nén của bê tông,

Cường độ chịu nén đặc trưng của bẻ tông EC2 Cường độ chịu nén đặc trưng của bê tông BC2 Cường độ chịu nén trung bình của bê tông EC2

Cường độ chịu kéo dọc trục Cường độ chịu kéo ép chế Cường độ chịu kếo uốn

Giới hạn bên của cốt thép

Chiều cao tiết điện đảm

Chiêu cao làm việc của dâm

Chiéu cao ving riển của bê tổng Chuyển vị dầm

Chữ cải cải LJy lap

Tiên tiết điện dam

Biển dạng đân hải bê lông khi chịu kéo

Biển đạng cốt thép chịu kéo

TIệ số giới hạn chiều cao vùng nén TCVN 5571:2018

1Iệ số giới hạn mô men khả năng chịu lực — TCVN 5574:2018 theo phương pháp vùng nón chữ nhật

Biển dạng giới hạn của bê tông vùng nén — TCVN 5574:2018

Biển dạng cực bạn của bê tông vừng nén — TCVN 5574:2018 Biển dạng cực hạn của bê tông vùng kéo — 'TCVN 5574:2018

Sb

os

dếo của tiết dién dim bề tổng cốt thép

Hệ số qui đổi chiêu cao vùng nén chữ rhiậL

Bang 1.2 Yêu cầu kỹ thuật của xỉ hạt lò cao theo TCVN 11586:2016 [21]

Bảng 1.3 Thành phân hóa của tro bay theo Rangan [46]

Bảng 1.4 Cấp phổi GPC tro bay theo Rangan [46]

Bang 1.5 Cập phổi GPC theo Lee (2013) [19]

Bảng 1.6 Cap phối GPC theo Nath & 8arker (2014) [55]

Bang 1.7 Cập phổi GPC theo Thomas [74] cài 2n 2s

Bảng 1.8 Cường độ kéo ép chẻ bê tông GPC theo [46]

Rang 1.9 Công thức thực nghiệm cường độ chịu kéo

Tăng 1.10 Mê đun đàn hồi và hệ số poissơn của GPC theo Rangan [46]

Bang 1.11 Công thức thục nghiệm rổ đưm đản hội „

Bang 1.12 Trị số thực nghiệm biến dạng của GPC

Bang 1.13 Mé men kháng nút, KNCL của đảm GPC cắt thép [73]

Bang 2.1

ấp phôi cơ sở để khảo sát chế tạo GPC

Bảng 2.2 Tiêu chuẩn vá qui cách mầu thí ng hiệm.,

Bang 2.3 Thành phan hat của tro bay nhiệt điện Phả Lại

Bảng 2.4 Thành phần hóa của vật liệu tro bay Phả Lại

Bang 2.5 hành phần hạt của xỉ lò cao S95 Hòa Phát

Bang 2.6 Thành phân hóa của vật liệu xỉ lò cao 595 Ida Phat

Bang 2.7 Tinh chat co ly co ban của cốt liệu -

Bang 2.8 Két qua phn tich thanh phan hat cua cat vang sông Lô

Bang 2.9 Két quả phân tích thành phần hạt của đá đầm Kiện Khê

Tầng 2.10 Cấp phối nhónn T khảo sát tỷ lệ N/CKD eta GPC

Bang 2.11 Cập phối nhóm II khảo sát CIHI/CKD của GPC

Bảng 2.12 Cường độ chịu nén của cấp phổi khảo sát của GPC

TBảng 2.13 Cường độ chịu nền sau 28 ngày tuổi của GPC

Tang 2.14 Cường độ chịu kéo thực nghiệm của GPC

Bang 2.15 Mô đun đàn hồi thục nghiệm của GPC

Bang 3.2 Bién dạng đân hỏi của các cấp cường độ GPC co .02) Bảng 3.3 Khảo sát hệ số ø,„ cho các cấp cường độ bê tông 66 Bang 3.4 Hệ số tính toán Mạn cho các cắp cường dộ bề tông, - đ7 Bang 3.5 116 sé g qui déi chiều cao vùng nén chữ nhật

Bang 3.6 So sánh KNCL theo phương pháp nội lực giới hạn và biển dang phí tuyên

Bảng 4.3 Kết quả xác dịnh dặc trưng cơ học cửa cốt thép

Bảng 4.5 Khả năng chịu lực và biển đạng tương ứng khi đảm bị gạt hoại 80 Bang 4.6 Bién dang thuc nghiém etia bé tng, edt thép nhom dim D3 87

Bang 4.7 Giá trị thực nghiệm mỏ men và độ cong của dâm

Bảng 4.8 Mô men kháng nứt thục nghiệm và so sánh 90 Bảng 4.9 Khả năng chịu lực thực nghiệm và so sánh

Bảng 4.10 Dộ cong dâm I2

Bang 4.18 Các thông só thực nghiệm cúa GPC trong mô phòng

Tĩỉnh 1.10 Quan hệ ímg suất - biến đạng ŒPC tro bay [46] 20

Hình 1.12 Quan hệ U8-BD của GPC tro bay và xỉ lỏ cao theo Maranan |32] 21

Hinh 1.13 Quan hệ ímg suất - biến đạng ŒPC tro bay [46] 22

Tình 1.14 Đường cong ứng suất- biến dạng co sở cũa OPC khi nén và kéo 26 Hình 1.15, Mô hình Hognestad [48] khe ni

THỉnh 1.16 Mô hinh Kent và Park [1E] TH HH Hee 27

Linh 1.21 So dé tng suit bién dang tai tiét dién chua nut thes TCVN 5574:2018 31

Hình 1.22 Quan hệ US-BD otia bé tang va cét thép theo TCVN 5574:2018 32

Tình 1.23 Sơ đỗ ứng suất - biển dạng phương pháp vùng nén qui đối chí 33

Tĩỉnh 2.1 Mẫu tro bay loại E n2 eerrereo ieeeeie 39

Linh 2.7 Ảnh hướng của tỷ lệ N/CKD đến cường độ chịu nén của GPC 45 Hình 2.8 Ảnh hưởng của CHH/7KD đến cường độ chịu nén 46 Tình 29 Hình ảnh thí nghiệm đặc trưng sơ học của bổ lông GP 4 Tĩnh 2.10 Cường độ chịu kéo đọc trụe non nrrec ¬ Tình 3.11 Cường độ chịu kéo tên và ép chế - - 30 Tình 3.12 Quan hệ mô dưm dân hồi và cường dé chin nen 3

Hình 2.13 Biểu đồ ứng suất biến dạng của GPC

Tình 3.1 Số sánh quan hệ T78 — BD thực nghiệm cia GPC với mô hình của ODC.S6

Hinh 3.2 Quan hệ ứng suất - bién dang phi tuyển dẻ xuất cho bê tông GPC 56

inh 3.3 Quan bé US - BD của GPC từ 20+5U MEa

Hinh 3.4 M6 hink img sual —bidn dang khi Unh toán hình thành khe nút sọ

Hình 3.5 Mỏ hinh ứng suất - biến đạng, của tiết diện bê tông trước khi mút 60 Tĩnh 3.6 Sơ dé ứng suất - biến dạng m6 hinh phi tuyến co ) Hình 3.7 Sơ đồ tính tích phân chia nhé Newton-Cotes 6S Hình 3.8 Ứng suất vủng nén của bê tông 20 MPA co ccec tre crnrreev 66

Tình 3.10 Ứng suất vimg nén của bê tông 40 MP4 - 66

Hình 4.3 Sơ đồ lắp đặt phiến đo biển dạng của cốt thép chịu kéo, riền 7?

Tĩïnh 41.4 Chủng loại phiên đo biển dang bé tang và cốt thép 78

Hình 4.5 Văn khuôn dầm và cót thép đước gắn phiên do biển dạng, 7

Linh 4.6, Dúe bê tông mẫu thí nghiệm cào ¬ ˆ Hình 4.7 Thí nghiệm kéo thép xác định đặc trung cơ học của thép 80

Hinh 4.8, Lap dat thi nghiém va két néi thiết bị do saseoseoo.Bl

Tĩnh 4.13 M6 men - USCT nhém dlm D1 .secssecseessssesistensetestensensivstee 85

Hình 4.16 Mô men - USCT nhóm đẳm D2 sensei BO

Tình 4.18 Mô ren - USBT nhóm đầm D3 se re —

linh 4.19 Mômen USCY nhom dàm D3 87

Tình 4.20 Biêu để xác dink mé men khang wit dam 11 89 Hình 4.21 Biểu để xác dịnh mô men kháng nút đảm D2 Ma BP Tĩnh 4.22 Biểu đô xác định mô men khang rút đẳm D3 BỢ Hình 4.23 Biếu đê mô men - độ cong các dầm D1 - 92

Hình 4.24 Biểu để mô men - độ cong các dẫm D2 co c2 crrrerrcec 93

Tĩïnh 4.25 Biến đổ mê men - độ cong các dầm D3 94

Tình 4.26 Thiết bị đo bề rộng khe nứt (extensometer) - 94

11inh 4.27 Bể rộng khe nứt các đâm ID1 à sec ¬

Hinh 44.28 Bề rộng khe nứt các đâm D2 - - .96

Hình 4.30 Mô hình phần tử hữu hạn 3D cho bé téng cét thép cua nhom dam 11 98

Hinh 4.31 Đường cong ứng suất — biến đạng của vật liệu khi chịu kéo vá nén sử dụng,

Hình 4.32 Khảo sát ánh hưởng, của kích cỡ lưới chia eevee OL

Tình 4.33 So sảnh kết quả mô phông số với thực nghiệm cửa các đâm 102 Hình 4.34 Quá trình hình thành vết nứt do ứng suất kéo trong mồ phông số dâm 104 1linh 4.35 Biểu đồ ứng suất Von Mises (MPa) của mô phóng số nhỏm đầm 13 104

Hinh 4.36 So sánh vẻ các dạng vết nứt của mã phỏng số với thực nghiệm 105

mang pooe-lăng trộn các phụ gia khoảng puzzolan như tro bay, xỉ lò cao là và

xây dựng chỉnh được sử dụng trong hấu hết các công trinh Với thành phần chá dính

là xi mãng và nước nên bẽ tông xi măng được chế tạo dé dang vả có rất nhiều ưu diễm khi sử dựng làm kết câu chịu lực công trình [6] Tuy nhiên, như câu sử dụng xi măng lãng cao trong những nắm gần dây, năm 2019 sản lượng tiêu thụ dạt dến 4,1 tỷ tấn, làn tăng lượng phát thái khi COa từ công nghiệp sản xuất xi măng (trung bình 1 tấn xi măng

phat thải 1 tân CO2), gây hiệu ứng nhà kính

al

Tgoái xỉ măng, các nghiên cứu trên thể giới đã lầm ra khả năng sử đụng các liệu thuộc nhóm alưmine silicat như tro bay, xỉ lỏ cao, mê ta cao lanh kết hợp với chất hoạt hóa kiểm để tạo nên chất kết đính mới có khả năng thay thế xi măng, Davidovits [41 | nghiền cứu phát triển và được nhận bằng sáng chế về chất kết đính từ

mê ta cao lanh hoạt hóa kiểm, được gọi là chất kết đính geopolymer (GP) vào năm 1978 Tiếp đó, geopolymer tit tro bay được nghiên cứu rộng rãi đề xây dụng cấp phối chẻ tạo,

cầu đặc trưng cơ lý và sự làm việc của các kết câu sử đụng bê Lông geopolymer (GPC)

[42] Gần day, bé tong geopolymer tt tro bay kết hợp xí lò cao nhằm kết hợp được tính: răng bền vững, của vật liệu geopolyruer từ tro bay có câu trúc polyrne và tưu điểm của

xỉ lò cao làm GPC có thể đông cứng ở nhiệt độ thường [55]

Sản xuất bê tông GPC sẽ tiêu thụ được hai loại nguồn phế thái công nghiệp với

khối lượng rất lớn là tro bay của nhà máy nhiệt điện và xỉ lò cao từ nhà máy Tuyên kim

Ngoài ra, việc sử dụng bé tang GPC thay thể bê tông xi măng (OPC) cũng, hạn chế dược một phản nhu cầu sản lượng xi măng Tử đó, sẽ góp phan giảm lượng khí CO2 thải ra

từ quá trình sân xuât xi măng trên toản thế giới [33, 40]

Bé ting GPC có các đặc tính cơ học tương đương OPC vả cỏ tính bên vững trong

điều kiện chống ăn mòn [32, 78] và chịu nhiệt độ cao [53] Trên thể giới, bê tông GPC

đã được nghiên cứu ứng dụng trong kết cầu không chiu luc va chin luc G Ue, GPC da được nghiên cứu vả ứng dụng thứ nghiệm cho các kết cấu chịu lực dưới dạng bê tông,

lắp ghép hoặc đố tại chỗ như mặt đường giao thông, câu bê tông, nhà cửa, đường ông,

dâm đỡ ray tàu hoa, lường chắn đất |45Š|

Nghiên cứu chẻ tạo GPC từ nguồn vật liệu địa phương sẽ góp phản xứ lý nguồn

phé thai dang tiời tạo ra sản phẩm bê tông rdới có khả năng thay thể một phần bê Lông

xi măng

1 Lý đo lựa chọn dễ tải

Hiện nay, tro bay và xỉ lö cao trong nước là nguồn sản phẩm phế thải với khôi

lượng lớn tir cae nhà máy nhiệt điệu và nhà máy công nghiệp luyện kim cần được xử lý Tinh đến năm 2017, Việt Nam có 19 nhà mnáy nhiệt điện than, trong đó có 10 nhả máy

đùng công nghệ đết than phun và 9 nhà máy đúng công nghệ dét tang sỏi Hang năm,

các nhà máy thải ra khoảng 11 triệu lẫn tro bay, 5 triệu tin xỉ dáy, 4 triệu tắn thạch cao

[71 Tuy nhiên, lượng tro bay được sứ dụng con khả hạn chế, trong đó một phần làm phụ gia khoáng cho bê tông tươi và bê tông đầm lần, một phân để sản xuất gạch không ung Phân lớn lượng tro xỉ còn lại dang được chat déng hoặc chôn lắp tại các bãi chứa thải của các nhà máy lả nguy cơ gây ô nhiễm mồi trường và tiêu tốn diện tích đất đai

Tên cạnh đó, xỉ là cao từ nguồn thải của các nhà máy luyện kim trong nước, trước đây

chủ yến dược chôn lắp hoặc xuất khâu dạng phê thái thỏ do chưa được chế biến Gần đây, sản phẩm xí lỏ cao nghiền mịn S95 của nhà máy luyện kim Ilda Phát - Hải Dương

(công suất 750 000 tân/ năm) bắt đân được thương mại hóa cung cấp cho cổng nghiệp

xi măng, Ngoai ra, nha may thép Hoa Phat Dung Quất đi vào hoạt động hằng năm sẽ cưng cấp khoăng 2,6 triệu tấn / năm [4] Do vậy, nghiên cứu bề tổng GPC sit dung nguồn val liệu mày sẽ giúp liêu thụ nguồn phê thải này, góp phân hạn chế ô rhiễm không khi

vá nguồn nước, tiết kiệm tải nguyên đất dùng làm bãi chứa nguồn phế thải này [7]

1 tông GPC có tính chất cơ lý chựa ánh hướng lớn bởi chất lượng nguồn vật liệu

tro hay và xí lò cao, là săn phẩm phụ công nghiệp nên phụ thuộc vào nguồn nguyên liện

đầu vào và công nghệ nhà máy Do vậy, việc nghiên cứu các đặc tỉnh cơ lý của vật liệu

GPC dược chế tạo từ nguồn vật liệu trong nước là cần thiết dễ dánh giá tính chất của vật liệu GPC chê tạo được trong điều kiện Việt Nam

Cáo nghiên củu về kết cầu chịu lực đùng vật liệu GPC mới đừng lại ở mức so sánh với OPC mà chưa dễ cập đến cơ sở lý thuyết hoặc chỉ đẫn Linh toán riêng dành cho bê

tông GPC Với đặc trung cơ học có sự khác biệt so với OEC thì việc xây dụng lý thuyết

tính toán cho kết câu sử dụng bê tông GPC là cân thiết đề đưa vật liệu GPC làm kết câu chịu lực trong công trình.

dụng mồ hinh cơ học của vật liệu & đảnh giá ứng xứ của vật liệu trên tiết diện thẳng góc đổi với cầu kiện đầm ŒPƠ có cốt thép Kết quả nghiên cửu đồng gớp cơ sở khoa

học cho việc ứng dụng vật liệu GPC làm kết câu chịu lực công trình

2, Mục dích nội dưng nghiên cứu

Trong phạm vi của đẻ tài, các nghiên cửa nhằm mục tiêu

-_ Xây dụng cấp phối phù hợp chế tạo vật liệu bê lông GPC ương diễu kiên không dưỡng, hộ nhiệt có cường độ trung bình đến 50 MPa từ nguồn tro bay và xí lò cao

hoạt hóa dạng hột khô

trong nước sử dụng cÌ

-_ Xác dịnh các đặc trưng cơ học của bê tông GPC như cường độ chịu nón, cường độ

chịu kéo, mô đun đàn hồi và xây dựng quan hệ ứng suất - biến dạng của vật liệu

~_ Khảo sắt sự làm việc trên tiết điện thẳng góc của dâm GŒPC cốt thép và đề xuất qui

trình tỉnh toán phủ hợp với Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2018

lệc của dim GPC cốt thép

-_ Nghiên cứu thực nghiệm và đề xuất mô hình số sự làm v

at,

để kiêm chứng mô hình ứng suất — biến dạng của vật liệu GPC cũng như khảo

sơ sảnh sự phát triển của khe nút và biên dạng ngắn hạn với tính toàn lý thuyết về biển đạng của đầm OPC cốt thép theo TCVN 5574:2018

3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu

a Đối lượng nghiên cứu:

- Vit ligu bệ tông GEC từ tro bay và xỉ lỏ cao dược hoạt hóa bằng chất hoạt hóa

kiểm dang bột khô làm chất kết dinh geopolymer

-_ Dằm bê tông GPC có cót thép tiết diện chữ nhật, đặt cốt đơn

b Phạm vi nghiên cứu:

-_ Nghiên cứu thực nghiệm chế tạo bê tông GPC có cường độ chm nén trung bình đến $0 MPa tit nguén nguyên vật liệu địa phương là tro bay Phả Tại, xỉ lò cao nghiên mịn S95 tử nhà máy luyện kim IIỏa Phát, trong điêu kiện không đưỡng hộ nhiệt (nhiệt độ thường),

4 Cơ sở khoa học của luận án

Công việc nghiên cứu đựa trên các cơ sở khoa học từ cáo tải liệu trong và ngoài

trước bao gồm

- _ Tỉnh toán về cấp phối chế tạo vật liệu bê tông xi mang;

~_ Các phương pháp thí nghiệm vật liệu xi măng,, bê tổng và kết câu bê tâng cắt thép;

~_ Các nghiên cửu, hướng dẫn và tiêu chuẩn kỹ thuật về vật liệu tro bay và xỉ lò cao trong công nghiệp xi mãng, bê tông vả trong, chế tạo chất kết định geopolymer,

~_ Tỷ thuyết tính toán về kết cầu bê tông cốt thép: tiêu chuẩn TCVN 5574:2018 va

các tiêu chuẩn, tải liêu khác,

-_ Phương pháp PTIIII mô phỏng số vật liệu vả kết cấu bê tông cốt thép;

Các kết quả nghiên cửu và qui luật ảnh hướng của thành phần vật liệu và cầu trúc

đến tính chất eơ học của vật liệu và kết câu bê tông geopolymer

5 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cửu được sử dụng là nghiền cửu thực nghiệm kết hợp với nghiên cứu lý thuyết và mô hình số băng PTHH Đây là phương pháp nghiên cứu được 4p dung phố biến và phủ hợp với đối lượng nghiên cứu là vật lên và kết cấu bê tông gối

thép,

6 Những đóng góp mới của luận ân

Sau khi hoàn thánh, kết quả nghiên cứu sẽ đóng góp:

- Qui trình xây dựng cấp phổi chế tạo bê tông GPC trong điều kiện không dưỡng hộ

xhiệt có cường độ chịu nén trưng bình đến S0 MPa tir tro bay và xỉ lỏ cao, sử dụng

chát hoạt hóa kiểm dạng bột khô,

-_ Xây dựng được mồ binh quan hệ ửng suất - biển dạng của bề tổng GPC

~_ Đề xuất được qui trình tính toán khả năng chịu lực theo phương pháp nội lực giới

hau và công thức tính gần đúng mỗ men kháng núi có kế đến biến dang hê Lông không dân hồi của dâm GPC cốt thép phủ hợp với tiêu chuẩn 1ŒVN 5574:2018,

~_ Xây dựng mô hình vật liệu và mô phông số bằng phương pháp PTHH sự làm việc

của dâm GPC cốt thép, Tử đó, đánh giá dược ửng xử của vật liệu GPC theo mô hình vật liệu đề xuất Các số liệu thục nghiệm thu được không chí đẻ kiếm chứng quan hệ ứng suối — biển dang ma cor 1a s6 liệu tham khảo cho các nghiền cứu tiếp, theo vẻ sự lắm việc của dâm GŒPC cốt thép

Nội dung của luận án được trình bảy theo bố cục sau dây:

Ngoài phần mỡ dầu, phần kết luận & kiến ngụ và các phụ lục, luận an được bố

cục thanh 4 chương với câu trủc và nội đưng như sau:

Aỡ đầu

Chương 1: Tổng quan về vật liệu GPC và sự làm việc của dầm GC cất thép

Chương 2: Nghiên củu thực nghiệm chế tạo và đặc trưng cơ học cửa vật liệu GĐC

Chương 3: Nghiên cửu sự làm việc trên tiết điện thẳng gác của dâm GPC cốt thép

Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm và mô phòng số sự làm việc của dâm GPC cốt

thép

kết luận

Phụ lục kết quả nghiên cứu

LAM VIEC CUA DAM GPC COT THEP

Các nghiên cứu trên thể giới vẻ vật liệu sứ dụng chất kết dinh geopolymer bắt

từ nghiên cứu về bê tỏng xỉ kiêm Purdon (1940) [67], rồi đến khái niệm về chat

geopolymer dé xudt boi Davidovits (1978) [39] Tiếp dó, bê tông sử dụng chế

eeopolymer được nghiên cứu về thành phản, cấp phôi, tính chất cũa bê tông, geopolymer

nhiing nim đầu thế kỷ 21 Các nghiên cứu nảy tập trung vào sử dụng bai loại vật liệu chính thuộc nhóm akamino silicate 1ä tro bay, xỉ lỏ cao được hoạt hỏa kiểm tạo nên chất

kết dinh geopolymer Tinh chất của bê tông geopolymer rất đa dạng phụ thuộc thành

Thần vật liệu của chất kết đính và điển kiện dưỡng hệ Trong chương này sẽ trình bay

tổng quan các kết quả nghiên cứu nôi bật về thánh phần chế tạo, các đặc tính cơ học chủ yếu của bê tông geopolyrner tử tro bay và xỉ lò cao Ngoài ra, mô hình quan hệ ứng suất biển dạng của bê tông xi măng và lý thuyết tính toán sự lảm việc trên tiết điện thắng góc của dầm bê tông cốt thép thep tiêu chuẩn TCVN 5574:2018 [15] sẽ được tom Lit lam cot

sở đề thiết lập quủ trình tính toán phủ hợp với đặc tỉnh của bê tông geopolymer

1.1 Giới thiệu về bê tông geopolymer

1.11 Khải niềm bê lông geopolymer

Bé tong geopolymer (geopolymer concrete GPC) là bê tông sứ dụng chất kết

dinh geopolymer được tạo thành từ các hợp chất giảu alumino-silicat (tro bay, xi 16 cao,

miêLa cáo lanh ) dược hoại hóa trong mdi trường kiểm Chất kết đính geopolymr có cầu trúc được hanh thánh bừ liên kết của các polymer theo Davidovits [41]

Davidovits đã nghiên cửu phát triển và được nhận bằng sang chẻ về chất kết dinh:

mêta cao lanh sử dựng kiểm hoạt hóa, sau nảy gọi là geopolymer vào năm 1978 Tiếp

(sialate) được chỉ ra trong Hình 1.1

SiAh2 [-S-O-ALO-SìO+)

Poyy(sialate.deloxo) ale A3 (SLO-ALO.SLO-SLO)

°

be

o SEA»e Salat tink

Seeds

Hình 1.1 Các dạng cầu trúc cơ bản của geopolymer [39]

Không giống như xi măng, chất kết dính geopolymer không hình thành caleiumsilicate-hydrates (C-S-H) đề tạo các liên kết mạng tỉnh thể và tạo nên cường độ,

mả dựa trên quá trình trùng ngưng các hợp chất chứa siliea, alumina trong môi trường

hàm lượng kiểm cao đẻ hình thành mạng liên kết dạng polyme vô cơ tạo nên cường độ

bề tông Thành phần của geopolymer tương tự như các vật liệu zeolit tự nhiên, nhưng câu trúc vi mô vô định hình thay vì cầu trúc tính thể Do đó các đặc trưng cơ học của

GPC nay phụ thuộc nhiều vào nguồn vật liêu đầu vào chứa alumino-silicat như thành phan hỏa, thành phần khoáng, độ mịn của các hạt Đồng thời nông độ kiểm hoạt hoa,

của hai nguồn vật liệu với khối lượng lớn nảy và chưa có khả năng giảm thải trong tương, lai Thứ hai, GPC có khả năng thay thể xi măng sé lam giảm nhu câu sản xuất xỉ mang

sẽ góp phan hạn chế lượng phát thải CO2 gây hiệu ứng nhà kính Me Lellana (2011) tổng hợp và so sánh về phát thải CO2 của quá trình sản xuất của các vật liệu thành phan

tạo nên chất kết dinh geopolymer vả xi măng, số liệu thông kê cho thấy chát kết dinh

geopolymer có chỉ số phát thải CO2 chỉ khoảng 27-45% so voi xi măng.

Tro bay và xỉ lô cao là bai vật hiệu phổ biến thuộc nhóm alinnime silietate được hoạt hóa trong dung dich kiểm tao nên chất kết đính geopolymer Tro bay và xỉ lò cao

có tính tro, phân img rat yấu với nước nên không thể đừng độc lập như xi mắng OPC Trơng công nghiệp bê tông xi ruăng, tro bay về xĩ lò cao là sản phẩm phụ gia khoảng,

có thể thay thể một phần xi măng để chế tạo xi măng muzzolan nhằm cải thiện một số tính chất cũa bề Lông xỉ măng Khi dùng làm chất kết dính geopolymer, tro bay và xỉ lò cao cũng cân đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật tương tự như sẵn phẩm dùng làm phụ gia

puzzolan

1.1.2.1 Tro bay

Tro bay (Fly ash — FA) là loại sản phâm chất thãi bụi mịn thu được tại bộ phận

lắng bụi khi thi của nhà máy nhiệt điện từ quả trình đết than [19] Sau đỏ, tro bay được

qua công nghệ xử lý tuyển khô hoặc tuyển ướt để loại bớt thành phản không mơng

muốn, nhằm nâng cao thành phan chat hong hiiu ich trong str dung,

Tro bay là những tỉnh câu tròn siêu mịa được câu thanh tir cdc hat silic cé kich thước hạt cỡ mierornel, nhờ bị thiêu đốt ở nhiệt độ rất cao trong lò đốt (đạt khoảng

1400°C) nén nó cỏ tỉnh puzzolan là tỉnh lút vôi rất cao Nhờ có dộ mịn cao, độ hoạt tỉnh

lớn cộng với lượng silie tĩnh ròng (SïO2) có rất nhiều trong tro bay, nên tro bay khi kết

hợp với xi măng porland hay cáo loại chất kết đính khác sẽ tạo ra các sản phẩm bê tông

với cường độ nén vượt trội có khá năng chống thâm cao, tầng dộ bên với thời gian, không nứt nẻ, giảm độ co ngt, có tính chống kiểm và tính bên sulfat, đễ thao tác, rút ngắn tiến độ thi công đo không phải xử lý nhiệt Thành phân hóa của tro bay gồm nhiều nguyên tổ hóa học (hơn 30 nguyên tổ) khác nhau, tỒn tại chú yếu ở các dạng oxit SiOz,

AbLOs, CaO, MgO, Fe20s, FeO, TiQa, Css, V2O‹, MnO, 801, NaO, KaO, ByOy, Trong các oxiL trên thí 8iOs, AlsOa, CaO, MgO được coi là chủ y u vì chúng có hàm lượng

lớn và quyết định đến các tính chất cơ bản của tro bay, Nguồn gốc của các loại oxit này

phụ thuộc chủ yếu vào nguồn gốc và loại nhiên liệu, các oxit FeO, TiO¿, CraO¿, VaO¿,

HO, BạO; thường có mặt với hàm lượng rất thập Một số loại oxit thuộc nhóm rey 66

thể không, gập trong tra bay Cac oxit CaO ty do, MgO tự do, NaO, KaO, SƠ và thành phan than chưa cháy được coi là có hại cần phải lưn ý khi sử đụng vi chúng lâm thay

hiện hành đều không chế các hàm lượng này trong yêu cầu kĩ thuật của tro bay láng

1.1 liêu chuẩn Việt Nam TCVN 1030:2014

Bang 1.1 Tiêu chuẩn tro bay thea TCVN 10302 - 2014 ƒ19}

huynh tinh quy déi ra S03, % khối lượng, Ts c 5

không lớn hơn

5 Lam hong kiém ¢6 hai (kiém héa tan), F

6 Đô âm, % khói lượng không lớn hợn e

1.1.2.2 XT lò cao

Xi lò cao (Blast Eumace Slag — BES) là phế thải trong quá trình sân xuất kim loại

từ quặng sắt hay quả trình tình chế kim loại không nguyên chất, chúng cỏ câu trúc dang thủy tỉnh, ban đầu có dạng hạt khi được làm lạnh nhanh bằng nước Sau đó được nghiền qin dén độ mại yêu câu

Thành phân hoá chính của xỉ lỏ cao gồm các oxit CaO, MgO, SiO2 và Al2O3 với tổng hàm lượng là 90 95% Hảm lượng các oxit dao dòng trong phạm ví rộng vỉ phụ

thuộc vào thành phan hoá của quặng sắt và tro CaO = 30 — 50%, SïO2 = 28 — 38%,

Al2O3 =8-~24%, MgO = 1 — 18% và §

2.5% Thành phản thuận lợi nhất của chất nóng chấy lò cao nằm trong hàm lượng giới hạn các oxiL kiểm,

Tuỷ thuộc vào chế độ và tốc độ làm lạnh mà xỉ lò cao có các thành phan khoảng

khác nhau Nêu xi được làm lạnh chậm thì thánh phần khoáng chủ yêu là: Ghilenit

(2CaO.AlSOsiOs, CaO.SiO2, 2CaOSiOp Ngoài ra còn có Monticell (CaO.MgO.SiO2), Akemanit (2CaO.MgO.28i02), Merwinit (3CaO.MgO.28iO), Anorthit (CaO.AbOs.28i02), Spinel (MgO.AbOs), Eortenit (2MgO.SIO2) và các Aluminate canxi (CRO Al2O;, 12CaO.7A1;O;), Nếu xi được làm lạnh nhữnh thì cáo hợp

chất phụ từ pha nòng chảy chuyên sang pha thuỷ tỉnh Có các khoảng CaQ.SiQ2,

2Ca0.SiO2, Ca0.ALOs va L2CaO.7AlsOs có khả năng hydrat hoá nhưng cho cường độ không cao Xỉ lò cao nghiên mịn (Grotmd Grannlated Blast Furnace Siag - GGBES) là

sẵn phẩm dùng trong céng nghiệp xi măng và bê tông, thóa mãn các yêu cảu kĩ thuật của

xi1ö cao theo tiên chuân Việt Nam trong Bang 1 2

Bông 1.2 Yêu câu kỹ thuật của xi bạt lò cao theo TCVN 11586:2016 [21]

I- Khôi lượng iêng, g/em`, không nhỏ hon 28

D- Bê mại riêng, em2/g, không nhỏ hơn 2750 | 3500 | 5000 | 7000

[- Hàm lượng anhydric sulfuric (S03), %, không lồn 1ô

1.1.2.3 Chất hoạt háa

Hắt kỳ dung dịch kiểm mạnh nào cũng có thẻ sử dụng, dễ hoạt hỏa cho quá trình phan img polymer Ban đâu, chất hoạt hóa được sử đựng là Ca(OI1)› để tạo geopolymer:

Davidovits (1991) [39] cho rằng từ xa xưa các kim tư tháp đã được xây đựng từ hỗn hợp tro bay nủi lứa và dung dịch (Ca(OH))› làm chất hoạt hóa Alonso và Palomo (2001)

[27] cũng sử dựng Ca(O11}; làm chất hoat hoa tao geopolymer tro bay Femandez va

Palomo (2005) [44] đã khảo sát ba loại chất hoạt hóa gdm NaOH, NaCOs va NazSiOs

cho thay hàm lượng Na:O ảnh hưởng quyết dịnh dễn quá trình polyme hòa Nghiên cứu

của Palome (1999) [61] cho rằng sự kết hợp giữa NaOH (hoặc KOH) và NasSiO: sẽ cho

triệu quã của quá trình polymecr hỏa gao hơn số với đừng riêng nối chất kiêm Hardjito

va Rangan (2005) [46] khảo sát ảnh hưởng của nông dộ dung dịch kiêm và tý lệ Naa©: SiO2 khi sit dung hén hop dung địch kiêm NaOH và MazSiO; để chẻ tạo GPC tro bay

Kết quả cho thấy khi dung địch kiểm cỏ nông độ càng cao thì cảng làm tăng cường độ

bê tông và ảnh hưởng của tỷ lệ NazO: SiO› không đáng kẻ lên cường độ bê tông

Bên cạnh chất hoạt hỏa dạng dung dịch kiểm thi chất hoạt hóa dạng bột mịn cũng

được sử dụng đề chế tạo GPC Theo Provis (2014) [66], chất hoạt hóa dạng bột khô có

thành phân chính là muối natri silicate (NasSiO2) hoặc natri pentahydrate ÑasSiOs nH2O (dạng tính thể rắn) có thể làm tăng đô PH và thúc đây sự hòa tan các ô xít tạo nên CKD

geopolymer Các sản phẩm chất hoạt hỏa dạng bột mịn có tỷ lệ Na:O và SiO; (mô đun)

trong khoảng 0,9 đền 3,32 Nghiên cứu cho thây sử dụng muối natri silicate (NasSiO;)

lảm chất hoạt hóa đề chẻ tạo GPC tử tro bay vả xỉ lò cao cho cường độ và tính công tác

tốt hơn so với natri pentahydrate Na2SiO3 nHạO Theo Luukkonen (2018) [Š1] các sản phẩm chất hoạt hóa dạng bột khô được sử dụng sẽ giúp cải thiện được quả trình chế tạo

GPC vén phu hop với công nghệ đúc sẵn do sử dụng chất hoạt hóa dạng dung dịch sang khả năng chế tạo GPC đồ tại chỗ (bê tông GPC một thành phần tương tự xi măng truyền

thong)

1.1.3 Ung dung bé tong geopolymer trén thé gidi

1.1.3.1 Công trình xdy dung giao théng, ha tang

Vật liêu GPC có tính co ngót thấp và phát triển cường độ sớm nên rất phù hợp với công trình giao thông Tại Úc, bê tông GPC được ứng dụng thử nghiệm lâm mặt đường bê tông cho ô tô và đường trong sân bay [45] Mặt đường cho xe cầu bằng GPC cường độ 32MPa được đỗ tại cảng Brisbane năm 2010 Dự án R&D của Cục An toàn

Hang hai, Queensland ứng dung che tao bản mặt đường đúc săn bằng GPC cho bến

thuyền tại Rocky Point, Bundaberg, năm 201 1

a) Ket câu mặt đường đồ tại chỗ b) Bản mặt đường đúc săn

Hình 1.2 GPC lam kết cdu mat dong [45]

Céng trinh cau Murrarie Plant sit dung cae dam cau GPC cường độ 40 MPa cét soi thiy tinh, dic sin duoc ché tao tai nha may Wagner Toowoomba CFT nam 2009

Hình 1.3 GPC làm bản mặt câu [50]

Trong lĩnh vực ha tang, céng trình tường chắn đất gồm 50 tắm tường GPC đúc

sẵn cỏ cường độ 40MPa tại nha may 6 Toowoomba Tam tường rộng 2,4m, cao 6m

được thiết kế để chíu được áp lực đất Bề chửa nước bằng bê tông GPC có cường độ

chịu nén 32MPa (đường kính 10m, cao 2,4m như trong Hình 2.5) được đúc năm 201 1

Hình 1.4 GPC làm tường chan [45] Hinh 1.5 GPC lam bé nước [45]

1.1.3.2 Công trình nhà cửa

Công trình Viện GCI (Hinh 1 6a), Đại học Queensland, Úc sử dụng GPC cường,

độ 40 MPa đề sản xuất 33 dầm bê tông đúc săn bởi Wagners [50] là ứng dụng đầu tiên của bê tông geopolymer vảo kết cầu nhà cửa Các dầm panen hộp được đúc sẵn tại nhà máy gồm 2 loại với chiều dai 10,8 m va 9,6 m Cac dam hép nảy ngoài chịu lực con mang tỉnh trang trí tạo một vòm uón cong được câu lắp đưa vào vị trí như Hình 1.6b

a) Dâm panen hộp GPC cốt thép b) Phối cảnh công trình

Hình 1.6 Ứng dựng GPC trong công trình nhà cửa [50]

1.1.4 Nghiên cứu ieng dung bé tong geopolymer tai Viet Nam

Ở Việt Nam, một số nghiên cửu ban đầu về các sản phẩm tử chất kết dinh

geopolymer như:

Công nghệ sản xuất gạch không nung của Công ty Huê Quang (2009) [22

Nghiên cứu chế tạo gạch không nung bằng công nghệ geopolymer sử dụng tro bay

và phê thải bùn đỏ đề xây dựng nhà ở vùng cao nguyên Việt Nam của nhóm nghiên

cứu ở Trường Đại học Bách khoa TP Hỏ Chí Minh (2010) [22]

Vita va bé tong si dung chat ket dinh polyme vô cơ của nhóm nghiên cửu ở Trường,

Đại học Giao thông Vận tải Hà Nội (2011) [24]

Bê tông chịu lửa và gạch không nung sử dụng chất kết đinh geopolymer của các

nhóm nghiên cửu ở Viện Vật liệu Xây dựng (2012) [22]

Nghiên cửu geopolymer từ tro bay của Trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tai (2016) [23] va luận án tiến sỹ của Trần Việt Hưng [23] nhằm xây dựng cap

phoi GPC tir tro bay sử dụng chất hoạt hóa dung dịch kiêm vả thủy tỉnh lỏng trong

điều kiện cỏ dưỡng hộ nhiệt

Tại Trường Đại học Xây đựng, nghiên cứu trong luận án tiền sỹ vẻ chất kết dinh

xỉ kiểm chẻ tạo bê tông cót liệu tái chế từ phê thải xây dựng của Tổng Tôn Kiên (2017) {]- Trong quá trinh nghiên cửu của luận án, tác giả tham gia nghiên cứu các đề tài nghiên

cửu

đặc

khoa học nhằm thử nghiệm chế tạo bê tông GPC từ tro bay và xỉ lò cao, đánh gia trưng cơ học, ứng xử của kết câu bê tông GPC cỏ cót thép, khả năng độ bẻn vững của vật liệu và kết cầu với môi trường biển

- Pati số B2016-XDA-04 “Nghiên cứu đặc trưng

cơ học và khả năng áp dụng Tiêu chuẩn TCVNSS74:2012 cho dằm bẻ tông dùng

TA và IUS trong điều kiện Việt Nam” [2]

- Đề lài cấp quốc gia má sở BĐKH 07/16-20 “Công trinh ba tang kỹ thuật giãm

p Bộ Giáo đục và Đảo lạo mã

thiểu úng ngập khi mưa, diễu tiết nước trong dõ thị thích ung biến dỗi khi hậu”

fi

- Dé tai cấp quốc gia mã sô TDL, CN-19/17 “Nghiên cứa sử dung tro bay nhiệt điện kết hợp với cát mặn vẻ cối sợi thủy tính FRP trong công trình hạ tầng ven

biến và hãi đảo” [3]

hư vậy, các nghiên cứu trong nước đã thủ nghiệm được các phương, phãp chế tạo

chất kết đình geopolymer từ một số rguồn vật Hiệu khác nhau cửa tro bay và xỉ lò cao 1.2 Kết quả nghiên cứu về chế tan va dic trưng cơ học cửa GPC

1.21 Cắp phối và chế tạo vật liệu

Nghiên cứu của Hardiito và Rangan (2005) [46] về chế tạo và đặc tính của bé tang GPC tro bay loại F tại Úc với thành phần hóa của tro bay dược trình bày rong Bảng 1.3

và sử dụng, chất hoạt hỏa dạng dung dịch kiểm với cấp phôi tại Báng 1.4 Chất hoạt hóa

là đưng dịch kiêm có nông độ mơi từ 814 mol (kí hiệu M) va they tinh long (natri silicate) Luong nước thêm vào để dâm bảo tính công tác của bê tông theo tính toán từ

nổng độ của dụng dịch kiểm Phụ gia hỏa déo loại Naphthalene sulphonate được sử đụng để táng tính công táo của bê tổng Các cấp phổi GPC này có cường độ chíu nén phê biến tử 30+40 MPa, một vải cấp phối dạt tới 70+90 MPa do hạn chế lượng nước nhảo trộn và chế độ dưỡng hộ nhiệt tối ưu Kết quả khảo sát chế độ đường hộ nhiệt cho thay GPC cân được đường hộ nhiệt để phát triển cường đỏ

Bang 1.3 Thành phần hóa của tro bay theo Rangan [46]

8i02 | ALOs | Fe2Os | CaQ | MgO K20 | TiO SOs POs 53.36 | 26.49 | 1086 | 1⁄34 | 077 0480 |1/7 170 143

Tro bay

Bang 1.4, Cap phối GPC tro bay theo Rangan [46]

Capphdi Ba Ơất | Trobay | Xilocao | None do | Khdilueng] Nước

Œp ứŒ | ke) (ke) | dung dịch | nan siicat | thêm vào

kiếm Gnol)

lượt tử 5,51%, 4,67% và 0,06% và xỉ lò cao có hàm lượng SiOz; CaO lần lượt là 33,75%

và 41,42% Chất hoạt hóa là hỗn hợp natri cacbonat, ratri silicat va natri hydroxide Cap

phối bê tông có tỷ lệ cát, dá chiêm 76,6% và tỷ lệ CKD khô (tro bay vả xỉ lò cao) là

14,1% trong đỏ tý lệ xí lỏ cao: tro bay xắp xí 2,2 lần

Lee (2013) [49] nghiên cửu về thời gian đông kết và đặc trưng cơ học của

geopolymer tir tro bay và xi lò cao Nguồn vật liệu gồm tro bay có hàm lượng SiO¿, và

CaO Ian lượt là 46,0% và 3,60%; xí lò cao có hàm lượng SiO; và CaO lần lượt là 21,00%,

và SG,10% Các cấp phối có cáo tỷ lệ FA thay thẻ bởi GGFS là 10%, 20%, 30% của

tổng khối lượng hễn hợp (FA :GGBES) (Bảng 1.5) Chất hoạt hóa sử đụng là hén hợp

dung dịch kiểm (nông độ 4 hoặc 6M) và nghi siicate Kết quả cho thấy khi dùng xï lỏ

cao thay thế một phần tro bay, GPC tăng cường độ nhanh hơn và có thể đông củng ở

nhiệt độ thường,

Bảng 1.5 Cấp phối GPC theo Tee (2013) 491

Cấp | DáŒg CáấtŒg) Trobay | Xilocao | N/CKD | Dung dich

Nath & Sarker (2014) [55] nghién cứu vẻ GPC từ tro bay và xỉ lò cao với các cấp

phối nhằm khảo sát tý lệ FA: GGBFS như trang Bằng 1.6,

Bảng 1.6 Cấp phối GPC theo Nath & Sarker (2014) [55]

Cả ĐáŒg) | CAñŒ@) Trobay | Xilòcao Sodium | Dung dich

Tết quả khảo sát tính công tác, thời gian đông kết, cường, dộ chịu nén của bẻ tông,

và vữa xi măng được trinh bày trong [linh 1.7 tử a) đến đ) cho thấy: nều dùng 100% FA

thi GPC không đông cửng ở nhiệt độ phòng, khi tăng tỷ lệ của xỉ lò cao sẽ làm tăng

cường độ chịu nẻn nhưng giảm tỉnh công tác, rút ngắn thời gian đông kết và làm tăng

cường độ theo thời gian

TThomas (2015) [74] nghiên cửu đặc trưng cơ học và quan hệ ứng suất — biên dạng,

của GPC từ tro bay loại C hoặc xi 16 cao Cap phối bê tông được khảo sát như trong

Đảng 1.7 được bảo dưỡng ở hai chê độ là không dưỡng hộ nhiệt và dưỡng hộ nhiệt ở

50° C trong vòng 48 giờ

Bảng 1.7 Cấp phối GPC theo Thomas [74]

Hình 1.7 -Ảnh hưởng của xỉ lò cao đến tính năng của GPC [355]

Tại Việt Nam, Tran Việt Hưng (2007) [23] nghiên cứu che tao vat ligu GPC sử dụng nguyên vật liệu tro bay, chất hoạt hỏa gồm thủy tỉnh lỏng và dung dịch kiểm trong

điều kiện cần dưỡng hộ nhiệt GPC được dưỡng hộ nhiệt trong vòng 24h cho cường độ đạt đến 50 MPa

1.22 Quan hệ cường độ chịu nén và chịu kéo

Hardjito & Rangan (2005) [46] đã chỉ ra rằng GPC từ tro có cường độ chịu kéo

lớn hơn so với ctia OPC, Bang 1.8 cho thây giá trị cường độ kéo thực nghiệm của GPC

lớn hơn so với gia trị tỉnh toán theo tiêu chuẩn EC2 [43] và AC 318 [25] Nguyên nhân

lả do câu trúc của CKD geopolymer được tạo thảnh chủ yếu từ các liên kết dạng polyme

có độ bên lớn hơn hơn so với liên kết trong tình thẻ xi măng OPC

Bảng 1.8 Cường độ kéo ép chẻ bê tông GPC theo [46]

Tênmâu | (MPa) | ƒ„„(MPa) | ƒ„„ (MPa) ý (MPA)

theo EC? [43] _|theo ACT 318 [25]

Trong đó, [2 là cường độ chịu nén của mẫu frm sp là cường độ chịu kéo ép chẽ;

É là cường độ kéo uốn

Nghiên cứu với củng cap phôi GPC tro bay của Hardjito & Rangan (2005) [46], Sarker (2010) [70] đảnh giả vẻ cường độ chịu kéo của GPC vả lực dính giữa bê tông GPC với cốt thép rằng: lực dinh của GPC lớn hơn OPC nguyên nhân là do bé tong GPC

có cường độ chịu kéo lớn hơn như biểu đồ trên Hình 1.8 Do vậy có thể áp dụng công thức tỉnh toán vẻ cường độ chịu kéo và lực dính của OPC cho GPC

Cường độ chịu nền (MPa)

Hình 1.8 Quan hệ cường độ chịu kéo ~ cường độ chịu nén [70]

Bê tông GPC từ hỗn hợp tro bay và xỉ lỏ cao cỏ tính công tác, đặc trưng cơ học

khác voi bé tong GPC chi ding tro bay Nguyên nhân là trong xỉ lỏ cao ngoài lượng,

alumino-silieat còn cỏ canxi ô xít cùng tham gia quá trình phản ứng Lượng canxi 6 xit

nay sé duoc hoạt hóa trong dung địch kiêm hình thành tỉnh thể C-S-H như trong quá

trình thủy hóa xi măng thường song song với quả trình hình thánh liên kết geopolymer

Nghiên cửu của Sofi (2007) [72] cho kết quả cường độ kéo ép chẻ mẫu /„;; của

hầu hết các cấp phoi GPC nam trong khoảng giữa cường độ chịu kéo tính toán theo công

thức thực nghiệm từ cường độ chịu nén ƒ„ theo BC 2 [43], AS 3600 [29] và ACI 318

[25] như biểu đỏ Hinh 1.9 Gia trị cường độ này phụ thuộc vào thành phân cấp phối và điều kiên dưỡng hé bé tong

Hinh 1.9 Cường độ ép chẻ và cường độ chiu nén GPC [72]

(MI, M2 M3, M4, M5, M6 là tên các cắp phỗi bê tông và vĩia geopolymer)

Bảng 1.9 Công thức thực nghiệm cường độ chịu kéo

Nguôn tham chiêu Giả trị Đặc trưng chịu kéo Ghi cha

Để xuất của các nghiên cứu về GPC

Sofi (2007) [72] faay=048/7, | Cườngđộkếodpche | GPCtừhobay

Lee (2013) [49] fas„=045/7, | Cường độkếo¿pchẻ và xỉ lỗ cao

Thomas 2015) [74] | _Z¿„„=1,08/7„ | Cường đồkéoépchế

Nath 2014) [55] fasa,=048/7, | Cườngđộkếospchế

So sánh với các tiêu chuẩn cho OPC

ACI 318 [25] na Cường độ kéo nôn OPC

ACT 318 [25] for = 0,458/77,_|_Citong d6 ko dọc trục OPC

EC 2 [43] Íamag = 033/2" | Cường đồkéo ép chế OPC

trong dé f , firs fer lan lugt la cwéng độ chịu nẻn đặc trưng, cường độ chịu kéo uồn và cường

độ chịu kéo dọc truc theo ACI 318 [25]; fek vafeemsp 1an lượt là cường chịu nén đặc trưng và cường độ chịu kéo ép chẻ theo tiêu chuẩn EC 2 [43]

Với công thức dé xual, Lee (2013) [49] cho rằng cường độ chịu kéo ép chế của

GPC thực nghiệm nhỏ hơn giá tr tinh toan thee ACI 318 [25] va EC2 [43] Nhung két

qua thực nghiệm của Thomas (2015) [74] thì đẻ xuất ngược lại, lớn hơn gần 2 lần (Bang

1.9)

1.23 Mô đun đàn hỗi và hệ số poissoit

Theo Hardjito & Rangan (2005) |46j, các cấp phối có cường dộ chịu nón trong

khoăng 40-90 MPa cho giá trị thực nghiệm mô đụn din hồi tháp hơn so với OPC 118 sé

poisson năm trong khoảng 0,12-0.16 tương tự OPC (Bảng 1.10)

Bảng 1.10 Mô đưn đèn hồi và hệ số potsson của GPC theo Rangan [46]

Cường độ chịu nén tại 90 | Mô đun đàn hỗi thực nghiệm HE sé poisson

159] cững dễ xuất công thức tính toán mô đun đàn hỏi cho GPC Ding (2616) [42] nghiền

cứu tổng hợp về GPC và cho rằng: GPC từ xĩ lò cao có mô đun đàn hồi gân với đụ báo

theo OPC, trong khi GPC tir bro bay hoặc hỗn hep tro bay và xỉ lò cao cho giá tị thập

hơn Nguyễn nhân là do mé dun dan héi eda CKD tit lién két N-A-8-H của GPC tro bay

thấp hon so voi ctia lién két C-S-L1 06 trong chất kết định GPC có xí lỏ cao

Tổng hợp các đẻ xuất trong Bắng 1.11 và so sánh với tính toán của các tiêu chuẩn

cho OPC

Bảng 1.11 Công thức thực nghiện mô đhn đàn héi

Đề xuất của cúc nghiên cứu ve GPC

Lee (2013) ]49| 53003/7" GPC ti tro bay và xỉ lô cao

Noushini (2016) [22] GPC từ tro bay và xi lò cao

Nath (2016) E, = 35107 GPC tir tro bay và xỉ lỗ cao

So sánh voi cde tiéu chuan cho OPC

1.2.4.1 Kết quả thực nghiệm quan hệ ứng suất - biến dạng của GPC

Hardjito & Rangan (2005) [46] nghiên cửu quan hệ ứng suất - biển dạng bằng

thực nghiệm các mẫu GPC tro bay khi chịu nén đúng tâm cho thấy: giá trị bién dang ứng với đỉnh ứng suất £¿ (khi mâu đặt cường độ) khoảng 0,24%+0,26%; bien dang

cực hạn s¿„ (khi mâu bị phả hoại hoặc khi ứng suất còn dưới 20%) khoảng 0,4%, mẫu

có cường độ cao hơn thì biển dạng #„„ nhỏ hơn Quan hệ ứng suất - biển dạng của các

mẫu (mẫu 26 có cường độ 40 MPa, mẫu 23 và 24 cỏ có cường độ khoảng 60 MPa)

được trình bảy trong Hình 1.10

Đôi với GPC xỉ lò cao thì Thomas (2015) [74] nhân xét rằng: so với OPC, GPC

cé bién dang đỉnh ứng suất thập hơn vả thê hiện sự ứng xử giỏn rất cao bởi biển dạng,

dan hồi là chủ yếu trước khi phả hoại đột ngột và hoản toàn, Hình 1.11 Kết quả nén

dọc trục mẫu GPC tir tro bay và xỉ lò cao có cường độ 35-40 MPa của Maranan (2015)

[52] cũng thể hiện qui luật tương tự (Hinh 1.12)

Biến dang (ue)

Hình 1.11 Quan hệ US-BD của GPC

tro bay và xỉ lò cao Thomas [74]

Tổng hợp giá trị thực nghiệm của £,„

bay vả xỉ lò cao được nêu trong Bảng 1.12

va €,,ctia GPC tro bay hoặc hôn hợp tro

Bảng 1.12 Trị số thực nghiệm biễn dạng của GPC

Hardjito, Rangan (2015) [46] (hình 1.10) 4065 0.24:0,26 0,4

GPC tro bay và xỉ lỗ cao

‘Thomas (2015) [74] (hình 1.11) 30255 0,250.27 | 0.31-0,33

Maranan (2019) [52] (hình 1.12) 35:42 0112015 | 02:03

1.2.4.2 Một số đề xuất về mô hình quan hệ ứng suất - biên dạng của GPC

Hardjito va Rangan (2005) [46] so sánh quan hệ ứng suất — bien dạng của GPC tro

bay có cường độ đến 80 MPa vả đề xuất dùng mô hình của Popovics [64] (được điều

chinh béi Collins (1993) [37]) Cac mau nảy sau khi đạt đỉnh ứng suất thì ứng suất giảm

rất nhanh, nhanh hơn qui luật của mô hình Collins (1993) [37] Biến dạng của mẫu khi ứng suất còn lại bằng 15% ứng suất đỉnh chỉ đạt dưới 0,4%

a) Mẫu có cường độ khoảng 40 MPa; b) Mẫu có cường độ khoảng 60 MPa

Hình 1.13 Quan hệ ứng suất - biến dạng GPC tro bay [46]

Sarker (2008) [65] đẻ xuất điều chỉnh mỏ hình Popovics cho GPC tro bay với hệ

86 dé xuat n= ose thay cho n= 0i nhằm phản ánh đúng hơn qui luật giảm nhanh ứng suất sau khi đạt đỉnh

Noushimi, 2016 [59] nghiên cứu thực nghiệm đẻ xây dựng mô hình quan hệ ứng,

suất — biển dạng của GPC tro bay và xỉ lò cao ở các điều kiên nhiệt độ và thời gian

dưỡng hộ khác nhau Theo đó, mô hình vật liệu của Popovies [64] cho OPC được sử dụng để hiệu chỉnh bằng kết quả thực nghiệm của GPC Tuy nhiên, với các hệ số do

Noushini đề xuất, đường cong vân cỏ hạn chẻ lả chưa phản ảnh tốt sự giảm nhanh ứng

suất sau khi đạt đình Ngoài ra, Noushini đánh giá rằng mô đun đàn hỏi của GPC chịu ảnh hưởng lớn bởi điều kiện nhiệt độ và thời gian dưỡng hộ ngoài các nhân tổ khác như

ảnh hưởng của cốt liệu và tuổi của mầu khi nén tương tự như OPC

1.2.5 Đặc trưng cơ học dài hạn và dé bén vững

Các đặc trưng cơ học dải hạn của bê tông GPC đã được nghiên cứu trên thẻ giới

Co ngót của bẽ tông GPC tro bay thấp hơn nhiều so với bẻ tông OPC khi được dưỡng,

hộ nhiệt Theo Rangan (2008) [78]: GPC biên dang co ngót sau 1 năm khoảng 10 bé

hơn OPC (khoảng 58.102) Từ biên của GPC thap hon OPC: hé sé tir bién 0,6+0,7 sau

1 năm (bằng khoảng 50% OPC),

Ve kha năng chống ăn mòn: GPC từ tro bay có khả năng chịu ăn mòn hóa học cao

như ăn mỏn cacbonat hóa, ăn mòn sưn phát, ăn mòn axit [32, 78] Tuy nhiên, khi trộn

xỉ lò cao cùng Iro bay để làm chất kết đính cho bê Lông GPC thì các lính chất về khả

năng chiu ấn mòn của vật liễu này có thay dỗi nhưng vẫn tết hơn sơ với OPC [69]

Về khả năng độ bên dưới tác dụng của nhiệt độ, Duxson (2007) |60| cho rằng: nhin chung GPC tử tro bay hoặc xĩ lỏ cao có đỗ bên với nhiệt độ cao tốt hơn OPC

1.3 Kết quả nghiên cứu về lực dính vả ứng xử của dầm GPC cốt thép

Toye dính là nhân tổ quyết định sự làm việu đồng thời giữa bê tông và cốt thép Tuực

dinh dâm bão cho cốt thép không bị trượt trong bê tông và dám báo chơ sự lâm việc của

câu kiến tuân theo các giả thiết đã được chấp nhận trong lý thuyết tỉnh toán như giả thiết tiết diện phẳng, giả thiết quan hệ ứng suất — biển dang của vật liệu bê Lông và cốt thép, Cáo kết quả nghiên cửu trên thẻ giới về lực dịnh giữa bê tông và cốt thép, ng xử của dâm chịu uốn sẽ được trình hày dưới đầy theo từng tác giả nghiên cứu

1.31 Nghiên cứu về lực dính giữa bê tông và cỗt thép

Soli (2007) |721 nghiên cứu thực nghiệm khảo sát lực đỉnh của PC với các loạt

đường kinh cốt thép khác nhau theo cường độ chịu kéo ép ché Theo đỏ, lực định của

GPC phụ thuộc vào cường độ kéo và đường kính cốt thép với cơ chế tương tự như OPC Nhưng về độ lớn, trị số lực đính thực nghiệm vượt giả trị tỉnh toán theo EC2 |43| nhiều

hon so với A5 3600 [29] và ACI 318:02 [25]

Chang (2009) [35] nghiên cứu về lực đính bằng thực nghiệm với 12 đầm tiết điện 200x300 mm nhịp 2300 ram để khão sát: (ï) sự ảnh hưởng của đường kính cắt thép ( 1ó, 20, 24) và chiêu dày lớp bê tông bảo vệ; (1) ảnh lướng cứa chiểu dài neo cốt thép (tỷ số 1/4, ) với đường kính thép #24 Thí nghiệm dược thực hiện với 2 cấp cường độ

bê tông là 30+35MPa và 50+55 MPa (được chế Lao từ 2 cấp phối có cùng lỷ lệ cối liệu

và tro bay nhưng khác nhau về hàm lượng chất hoạt hóa) Kết quả thực nghiểm rút ra

các kết huận sau:

Trị số lực dính của GPC: so với mồ bình Canbay & l'rosch (2005) [34] cho OPC,

trị số lực đỉnh của GDPC là phủ hợp nhát Cụ thế, tỷ sẻ trung bình của kết quả thực nghiệm

so với giá lị tính theo Canbay & Erosch là 1,17 lẩn và Cov là 1294 Nếu tính toán với

cường độ chịu kẻo thực nghiệm thì tỷ số nảy bằng 1,0 và Cov bằng 15% Điểu này có

1.32 Nghiên cửu của về sự làm việc của đẫm GPC cốt thép

Sumajouw và Ranaan (2006) |73| thực nghiệm ứng xử của 12 dâm GPC edt thép

(GPC từ tro bay với 3 cấp cường độ bề tông 40, 50, 75 MPa), đâm có tiết điện 200x300

mm, rửp đâm 3000 man với 4 tàn lượng cốt thép khác nhưau lần lượt là 0,649, 1,1 894;

1,84%; 2,69% Kết quả thực nghiệm cho thấy:

Ứng xử của đảm GPC khi chịu uốn được chia thành 3 giai đoạn tương tự như OPC:

giai đoạn chưa nứt, giai đoạn sau khi nút và giai đoạn sau khi cốt thép chây đếo (ð các

dâm được thiết kể dưới trạng thái cân bằng) Các khe nút thẳng góc xuất hiện sau khi

dam nut với sự phần bổ tương tự như dam OPC, bể rộng khe nút tầng nhanh khi dam

dan gan đến phá hoại Tuy nhiên, trị số bề rộng và khoảng cách khe nút, biến dạng của cốt thép và bê tổng trên tiết diện thẳng góc không dược do dac

Mô men kháng nút thực nghiệm lớn hơn giả trị tính toán theo ACT 318 {25|, mô xnen kháng nứt tăng khi cường độ chịu nén tăng (do cường độ chịu kéo tăng) và ánh Hưởng vila cét thép đọc làm tăng khô năng kháng nút là rất íL Khả nắng chịu lực của

dâm GPC cũng dược dành giả là tương tự dam OPC Giá trị thực nghiệm của mỗ men

kháng nứt (Mex, ep), khả năng chịu lực (Mẹ, «p) và độ cong ((U/z) được tính đối từ đô võng) của dâm khi bi phá hoại dược nêu trong Đảng 1.13,

Bảng 1.13 Mã men khẳng núi, KNCI, của dầm GPC cốt thép j73/