Nghiên cứu ảnh hưởng cốt liệu đến khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép: luận văn thạc sĩ

Để tận dụng lại một phần phế phẩm sau phá dỡ công trình kết cấu bê tông cốt thép, đồng thời góp phần bảo vệ môi trường, bằng cách nghiên cứu trong các phế phẩm đưa đi san lấp để xem xét

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG

Trang 3

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình nghiên cứu, tác giả đã nhận được sự giúp đỡ, hướng dẫn nhiệt tình của các Thầy/Cô giáo trường Đại Học Lạc Hồng, đến nay tác giả đã hoàn thành

đề tài nghiên cứu của mình Với lòng biết ơn chân thành, tác giả xin cảm ơn người

thầy trực tiếp đã hướng dẫn tận tình TS Lê Đức Hiển, Khoa Sau Đại Học, Khoa Kỹ

Thuật Công Trình – Trường Đại Học Lạc Hồng cùng toàn thể các Thầy/Cô giáo đã giảng dạy, tham gia quản lý và giúp đỡ cho tác giả trong suốt quá trình học tập cũng như định hướng phương pháp nghiên cứu

Với sự cố gắng của tác giả trong suốt quá trình thực hiện đề tài, song không thể thể tránh khỏi những mặt hạn chế, thiếu sót Tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu và sự chỉ dẫn của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp

Một lần nữa, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến toàn thể các thầy

cô, các bạn trong lớp 17CX khóa 2017 và toàn thể cán bộ công nhân viên chức Trường Đại Học Lạc Hồng Kính chúc các Thầy các Cô, các bạn thành công trên con đường phía trước

Tôi cũng xin cảm ơn Phòng Thí nghiệm Khoa Kỹ Thuật Công Trình Trường Đại Học Lạc Hồng đã tạo điều kiện và giúp tôi thực hiện quá trình thí nghiệm để có những kết quả thực tiễn để hoàn thành luận văn

Trân trọng cảm ơn!

Đồng Nai, ngày 25 tháng 11 năm 2019

Tác giả

Bùi Thế Trường

Trang 4

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả : Bùi Thế Trường

Sinh ngày: 03/8/1979

Quê quán: Đồng Nai

Nơi công tác: Phòng Kinh tế và Hạ tầng huyện Vĩnh Cửu tỉnh Đồng Nai

Tác giả xin cam đoan công trình nghiên cứu với đề tài ‘‘Nghiên cứu ảnh hưởng

cốt liệu đến khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép’’ đây là công trình nghiên

cứu của riêng tác giả Các số liệu, kết quả được nêu trong trong luận văn là trung thực

và chưa được công bố một nơi nào khác Các thông tin được trích dẫn nguồn gốc rõ ràng Kết quả tính toán dựa trên các tiêu chuẩn xây dựng hiện hành Nếu không đúng như những điều nêu ở trên, tác giả xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về đề tài của mình

Đồng Nai, ngày 25 tháng 11 năm 2019

Tác giả

Bùi Thế Trường

Trang 5

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Trong nhiều thế kỷ vừa qua, con người luôn tìm kiếm một vật liệu xây dựng thỏa mãn các yêu cầu về sử dụng, chịu lực, độ bền và hiệu quả kinh tế Để tận dụng lại một phần phế phẩm sau phá dỡ công trình kết cấu bê tông cốt thép, đồng thời góp phần bảo vệ môi trường, bằng cách nghiên cứu trong các phế phẩm đưa đi san lấp để xem xét nghiên cứu thực hiện tái chế bê tông cũ thành cốt liệu thay thế một phần hay hoàn toàn cho bê tông mới sử dụng trong kết cấu các công trình xây dựng Bê tông sử dụng cốt liệu tái chế (BTCLTC) đã và đang được nhiều nghiên cứu quan tâm về đặc tính vật liệu Tuy nhiên, rất ít nghiên cứu về các đặc tính của BTCLTC trên các kết cấu dầm bê tông cốt thép Bê tông sử dụng cốt liệu tái chế (BTCLTC) đã và đang được nhiều nghiên cứu quan tâm về đặc tính vật liệu Tuy nhiên, còn rất ít nghiên cứu

về các đặc tính của BTCLTC trên các kết cấu bê tông cốt thép Với nghiên cứu này nhằm so sánh khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép với tỷ lệ khác nhau của dầm bê tông cốt liệu tự nhiên với dầm bê tông cốt liệu tái chế thay thế 0%, 50% và 75% cốt liệu tự nhiên

Trang 6

MỤC LỤC

TRANG PHỤ BÌA

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

TÓM TẮT LUẬN VĂN

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG BIỂU

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Chương 1TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1

1.1Mở đầu 1

1.1.1Lý do lựa chọn đề tài 1

1.1.2Mục tiêu nghiên cứu 2

1.1.3Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

1.1.4Phương pháp nghiên cứu 3

1.1.5Ý nghĩa của luận văn 3

1.1.6Bố cục của luận văn 3

1.2Một số nghiên cứu bê tông cũ trong sản xuất bê tông ở Việt Nam và Quốc tế 4

1.2.1Tại Mỹ 5

1.2.2Tại Singapore 6

1.2.3Tại Luxembourg 7

1.2.4Tại Bỉ 7

1.2.5Tại Pháp 8

1.2.6Tại Đức 8

1.3Tình hình phát triển vật liệu bê tông cốt thép 8

1.4Kết cấu bê tông cốt thép 10

Trang 7

1.4.1Bê tông 10

1.4.2Bê tông cốt thép 11

1.4.3Ưu - nhược điểm khi sử dụng kết cấu bê tông cốt thép 12

1.4.4Ứng dụng của bê tông cốt thép trong xây dựng 13

Chương 2 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VIỆC NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CỐT LIỆU ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU UỐN CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP 14

2.1Khái niệm về bê tông 14

2.2Thành phần vật liệu chế tạo bê tông 14

2.2.1Xi măng 14

2.2.2Nước 15

2.2.3Cát 15

2.2.4Đá (sỏi) 15

2.2.5Phụ gia 16

2.3Các chỉ tiêu thí nghiệm cơ bản của bê tông 16

2.3.1Độ sụt 16

2.3.2Cường độ 18

2.4Vật liệu bê tông cũ 19

2.5Dụng cụ và phương pháp thí nghiệm 21

2.5.1Dụng cụ tiến hành thí nghiệm 21

2.5.2Phương pháp nghiên cứu 21

2.5.3Thành phần hạt và đường cong cấp phối của đá bê tông cũ 24

2.6Tính toán dầm bê tông cốt thép theo các tiêu chuẩn 27

2.6.1Tính toán dầm bê tông cốt thép theo TCVN 5574-2018 27

2.6.2Tiêu chuẩn Châu Âu EN 1992-1-1 32

2.7Một số mô hình đường cong ứng suất – biến dạng của bê tông 36

Trang 8

2.7.1Mô hình của Richat 36

2.7.2Mô hình của Leon-Pramono và Baris Binici 37

Chương 3NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 40

3.1Chương trình thực nghiệm 40

3.2Nguyên vật liệu 41

3.2.1Cốt liệu tự nhiên 41

3.2.2Cốt liệu hạt lớn được tái chế từ bê tông cũ 47

3.3Thiết kế mẫu thí nghiệm 48

3.3.1Thiết kế cấp phối bê tông 48

3.3.2Chuẩn bị mẫu thí nghiệm 49

3.3.3Tiến hành lắp đặt thiết bị đo biến dạng vào mẫu thí nghiệm 51

3.3.4Công tác đổ và bảo dưỡng bê tông dầm 52

3.3.5Tiến hành thí nghiệm 53

Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ 55

4.1Kết quả nghiên cứu 55

4.1.1Kết quả thực nghiệm dầm có thiết kế từ cốt liệu tự nhiên (tỷ lệ thay thế là 0%)……… 55

4.1.2Biểu đồ so sánh biến dạng cốt đai 56

4.1.3Biểu đồ so sánh biến dạng cốt dọc 58

4.1.4Biểu đồ so sánh biến dạng bê tông 59

4.2Tính toán khả năng chịu uốn của dầm theo TCVN 62

4.3So sánh kết quả thí nghiệm và lý thuyết tính toán 63 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Trang 9

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Cỡ hạt lớn nhất của cốt liệu 17

Bảng 2.2 Một số loại Mác bê tông thường gặp 19

Bảng 2.3 Bảng cấp phối bê tông 23

Bảng 2.4 Thành phần hạt của đá bê tông cũ 24

Bảng 2.5 Kết quả phân tích của Đá bê tông cũ bằng sàng 25

Bảng 2.6 Cấp phối bê tông M250 26

Bảng 2.7 Bảng khối lượng bê tông giảm dần theo tỉ lệ M250 26

Bảng 3.1 Kết quả thí nghiệm cơ lý mẫu cát 41

Bảng 3.2 Kết quả thí nghiệm thành phần hạt mẫu cát 42

Bảng 3.3 Kết quả thí nghiệm thành phần hạt mẫu đá 43

Bảng 3.4 Kết quả thí nghiệm thành phần hạt mẫu đá 44

Bảng 3.5 Chỉ tiêu cơ lý của xi măng PC 40 45

Bảng 3.6 Kết quả thí nghiệm bê tông cũ sử dụng làm cốt liệu chế tạo bê tông 48

Bảng 3.7 Cấp phối bê tông cho 01 m3 bê tông với cốt liệu tự nhiên 48

Bảng 4.1 Tổng hợp các lực trung bình phá hoại dầm 61

Bảng 4.2 Tổng hợp các ghi nhận về biến dạng tại lực phá hoại dầm bê tông cốt liệu tái chế thay thế 0%, 50% và 75% cốt liệu tự nhiên 62

Bảng 4.3 Chi tiết cường độ mẫu thử kiểm tra chịu uốn 62

Bảng 4.4 Bảng kết quả tính toán theo tiêu chuẩn Việt Nam 63

Bảng 4.5 Bảng so sánh khả năng chịu uốn trung bình của dầm theo lý thuyết và thực nghiệm 63

Trang 10

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Quy trình tái chế bê tông cũ thay thế đá 1x2 4

Hình 1.2 Sản phẩm sử dụng bê tông tái chế 6

Hình 2.1 Cách đo độ sụt của hỗn hợp bê tông 17

Hình 2.2 Đo độ sụt tại phòng thí nghiệm 17

Hình 2.3 Mẫu đổ bê tông tại phòng thí nghiệm 18

Hình 2.4 Thu thập mẫu bê tông cũ 20

Hình 2.5 Bê tông cũ chuẩn bị thí nghiệm 20

Hình 2.6 Máy trộn bê tông 21

Hình 2.7 Sơ đồ chuẩn bị làm thực nghiệm 22

Hình 2.8 Bộ côn đo độ sụt bê tông 23

Hình 2.9 Khuôn đổ mẫu bê tông 24

Hình 2.10 Biểu đồ thành phần hạt của đá bê tông cũ 25

Hình 2.11 Sơ đồ nội lực và biểu đồ ứng suất trên tiết diện thẳng góc với trục dọc cấu kiện bê tông cốt thép chịu uốn khi tính toán theo độ bền 30

Hình 2.12 Vị trí biên vùng chịu nén trên tiết diện của cấu kiện bê tông cốt thép chịu uốn 31

Hình 2.13 Biểu đồ parabol – chữ nhật đối với bê tông chịu nén 33

Hình 2.14 Quan hệ ứng suất – biến dạng theo hai đường 33

Hình 2.15 Phân bố ứng suất hình chữ nhật 34

Hình 2.16 Đường cong ứng suất biến dạng của bê tông có kiềm chế nở ngang theo Baris Binici 37

Hình 3.1 Biểu đồ xác định thành phần hạt của cát 42

Hình 3.2 Đá dăm dùng trong trộn bê tông 43

Hình 3.3 Biểu đồ xác định thành phần hạt của Đá 1x2 44

Hình 3.4 Nước sử dụng trong thí nghiệm 46

Trang 11

Hình 3.5 Thu thập và tái chế bê tông cũ thành vật liệu sử dụng làm cốt liệu trong chế

tạo bê tông 47

Hình 3.6 Đường thành phần hạt vật liệu từ bê tông cũ 48

Hình 3.7 Chuẩn bị ván khuôn và buộc cốt thép 49

Hình 3.8 Vật liệu cốt thép D 10 49

Hình 3.9 cảm biến Strain Gages 50

Hình 3.10 Sơ đồ mặt cắt ngang dầm thí nghiệm thép 50

Hình 3.11 Tiến hành lắp đặt thiết bị đo biến dạng (Strain Gauges) trên bề mặt bê tông và thiết bị đo chuyển vị LVDTs 51

Hình 3.12 Công tác bảo dưỡng bê tông dầm 52

Hình 3.13 Máy nén dầm (Phòng thí nghiệm Trường Đại học Lạc Hồng) 53

Hình 3.14 Lắp đặt dầm thí nghiệm và thiết bị ghi 54

Hình 4.1 Kết quả thí nghiệm uốn dầm với mẫu dầm có tỷ lệ thay thế cốt liệu 0% 55

Hình 4.13 Lực nén mẫu phá hoại trung bình đối với từng tỷ lệ thay thế (kN) 61 Hình 4.14 Biểu đồ so sánh khả năng chịu uốn của dầm theo thí nghiệm và lý thuyết 64

Trang 12

Chương 1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Mở đầu

1.1.1 Lý do lựa chọn đề tài

Giữa thế kỷ 19, bê tông cốt thép (BTCT) đã được phát minh và ảnh hưởng lớn đến việc phát triển các dạng kết cấu mới Từ đó, BTCT trở thành một dạng vật liệu phổ biến, phần lớn các kết cấu công trình được tạo nên từ vật liệu phức hợp này Hiện nay, nhiều công trình xây dựng đã được sử dụng một thời gian dài, và đã bắt đầu xuống cấp Các kết cấu cũ không đáp ứng được nhu cầu tải trọng ngày càng lớn Đồng thời, các kết cấu này cần phải được cải tạo để đáp ứng những tiêu chuẩn mới ngày càng chặt chẽ, đòi hỏi tính an toàn cao hơn

Trong nhiều thế kỷ vừa qua, con người luôn tìm kiếm một vật liệu xây dựng thỏa mãn các yêu cầu về sử dụng, chịu lực, độ bền và hiệu quả kinh tế Cùng với sự phát triển chung của khoa học, nhiều loại vật liệu mới đã được nghiên cứu và chế tạo thành công trong đó có bê tông cốt liệu tái chế (Textile-Reinforced Concrete, TRC)

Bê tông cốt liệu tái chế là một thành tựu mới trong lĩnh vực kết cấu bê tông, được phát triển đầu tiên tại Đức bởi hai trung tâm nghiên cứu tại trường Đại học Kỹ thuật Tổng hợp Dresden và trường Đại học Kỹ thuật RWTH Aachen từ những năm 1990 Hiện nay, “xanh hóa” môi trường đã trở thành ưu tiên hàng đầu trong xã hội của chúng ta và kiến trúc bền vững hiện đi đầu trong cuộc cách mạng này Tại Việt Nam, theo thống kê, chỉ tính riêng địa bàn TP HCM, mỗi ngày có khoảng 2.000 tấn rác thải xây dựng, nhưng chỉ khoảng 1.000 tấn trong số này được đổ đúng nơi quy định Việc đổ trộm xà bần, ảnh hưởng đến nhiều công trình khác và gây mất mỹ quan thành phố Trong bối cảnh rất nhiều nhà thiết kế tập trung nghiên cứu các vật liệu mới để thay thế vật liệu trong tự nhiên, việc sử dụng vật liệu tái chế đang dần trở thành phương pháp thiết kế hiệu quả và mang tính thẩm mỹ riêng của kiến trúc bền vững Việc phá hủy các tòa nhà cũ, các công trình đã xuống cấp là hiện tượng thường xuyên là việc làm thường xuyên trên thế giới ngày nay Tái sử dụng vật liệu như: rác thải xây dựng (xà bần) từ những công trình bị phá bỏ như: chung cư, công

sở, nhà tư nhân, các tòa nhà cũ … đang trở thành xu hướng mới trong ngành xây dựng Sử dụng cốt liệu bê tông tái chế trong hỗn hợp bê tông mới giúp tiết kiệm

Trang 13

không gian chôn lấp, giảm nhu cầu khai thác và bảo vệ tài nguyên thiên nhiên môi trường

Ngành công nghiệp xây dựng Việt Nam ngày nay đang từng bước tạo nên một hình ảnh một đất nước Việt Nam hiện đại với những cao ốc tầm cỡ và cơ sở hạ tầng được cải thiện tốt hơn.Với những công trình có quy mô lớn như vậy trong thiết kế đều có biện pháp thi công bê tông khối lớn như: các khối móng lớn cho các công trình, các đập thủy điện và thủy lợi, các dự án trong cầu và đường Tuy nhiên, hiện tượng nứt do ứng suất nhiệt trong bê tông khối lớn thường xảy ra phổ biến vì vậy mà trong công tác thiết kế hỗn hợp bê tông cũng như thi công cho bê tông khối lớn các biện pháp nhằm giảm thiểu tối đa nhiệt do quá trình hydrat hóa của xi măng trong bê tông luôn được quan tâm

Theo TCXDVN 305:2004 kết cấu bê tông hoặc bê tông cốt thép được coi là khối lớn khi có kích thước đủ để gây ứng suất kéo, phát sinh do hiệu ứng nhiệt thuỷ hóa của xi măng, vượt quá giới hạn kéo của bê tông làm nứt bê tông và do đó cần phải có biện pháp để phòng ngừa vết nứt Trong điều kiện nóng ẩm Việt Nam, kết cấu có cạnh nhỏ nhất (a) và chiều cao (h) lớn hơn 2m có thể được xem là khối lớn

Mục tiêu chính của nghiên cứu này là so sánh khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép, sử dụng cốt liệu bê tông cũ thông được thay thế tỷ lệ đá 1x2 (cốt liệu

tự nhiên) bằng cốt liệu đá 1x2 (cốt liệu từ bê tông tái chế) theo các tỉ lệ 0%; 50%;

75% bẳng phương pháp thử nghiệm vật liệu, khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép, đánh giá chất lượng của cốt liệu thô tái chế Để hoàn thành được mục tiêu nghiên cứu này cần phải hoàn thành các mục tiêu cụ thể bao gồm:

- Cường độ chịu uốn của dầm bê tông cốt thép cốt liệu thô tái chế và cốt liệu tự nhiên

- So sánh cường độ chịu uốn của dầm bê tông cốt thép cốt liệu thô tái chế được thay thế theo tỷ lệ 0%, 50%, 75% cốt liệu tự nhiên

Đối tượng nghiên cứu: Khả năng chịu uống của dầm bê tông cốt thép M200 có kích thước dầm 80x150x1200; cốt thép chịu lực D10, cốt thép đai D6 với khoảng cách 150mm; lớp bê tông bảo vệ 20mm; dầm chịu uốn tại 1 điểm giữa dầm

Trang 14

Phạm vi nghiên cứu: Khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép với tỷ lệ khác nhau của dầm bê tông cốt liệu tự nhiên với dầm bê tông cốt liệu tái chế thay thế 0%, 50% và 75% Điều kiện bảo dưỡng bê tông trong phòng thí nghiệm, thời gian nén bê tông ở độ tuổi 28 ngày

Nghiên cứu sinh sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm Nghiên cứu lý thuyết được thực hiện trên cơ sở tham khảo các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông Phương pháp thực nghiệm được thực hiện để đánh giá ảnh hưởng cốt liệu đến khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép và đưa ra đánh giá Đề tài dựa trên cơ sở của phương pháp tiêu chuẩn Việt Nam gồm:

- Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 3105:1993 về Hỗn hợp bê tông và bê tông nặng - Lấy mẫu, chế tạo và bảo dưỡng mẫu thử

- Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 3106:1993 về Hỗn hợp bê tông nặng - Phương pháp thử độ sụt

- Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3118:1993 về bê tông nặng - phương pháp xác định cường độ nén

- Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10303: 2014 về Bê tông – Kiểm tra và đánh giá cường độ chịu nén

- Quyết định 1329/QĐ-BXD của Bộ Xây dựng ngày 19/12/2016 công bố định mức sử dụng vật liệu trong xây dựng

- Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7570:2006 về cốt liệu cho bê tông và vữa - yêu cầu kỹ thuật

Từ kết quả thực nghiệm so sánh, đánh giá được khả năng chịu uốn của dầm bê

tông cốt thép, sử dụng cốt liệu tự nhiên và cốt liệu bê tông cũ

Bố cục luận văn gồm 04 chương:

Chương 1 Tổng quan về đề tài

Chương 2 Cơ sở khoa học của việc nghiên cứu ảnh hưởng của cốt liệu đến khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép

Chương 3 Nguyên vật liệu và phương pháp thí nghiệm

Trang 15

Chương 4: Kết quả nghiên cứu và đánh giá

Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

1.2 Một số nghiên cứu bê tông cũ trong sản xuất bê tông ở Việt Nam và Quốc

tế

Trước đây, vòng đời của bê tông cũ từ các công trình bị phá hủy sẽ kết thúc ở các bãi chôn lấp, chiếm rất nhiều không gian như những loại vật liệu không phân hủy sinh học Tuy nhiên, trong những năm gần đây, các chuyên gia đã nghiên cứu rằng việc sử dụng bê tông thực sự có lợi ích cho tất cả mọi người và môi trường Cốt liệu

bê tông cũ (RCA) là vật liệu có giá trị sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau đã được nhiều quốc gia phát triển trên thế giới như Mỹ, Singapore, Pháp, Đức áp dụng một cách hiệu quả

Cốt liệu từ bê tông cũ được sử dụng theo quy trình khác với bê tông mới bởi bê tông tái chế được sàng lọc cẩn thận để loại bỏ các mảnh kim loại, sắt thép hay các mảnh vật liệu vỡ khác có thể ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của vật liệu Bê tông cũ sau đó được nghiền nhỏ với kích thước tùy thuộc vào nhu cầu cụ thể của từng dự án Quá trình sàng lọc được tiến hành đặc biệt đối với các nhà tái chế đá và các nhà cung cấp vật liệu cho nhà thầu xây dựng đường xá và bãi đậu xe

(Nguồn: Võ Xuân Tiến, nghiên cứu sinh, CHLB Đức)

Hình 1.1 Quy trình tái chế bê tông cũ thay thế đá 1x2

Trang 16

Sử dụng cốt liệu bê tông cũ mang lại nhiều lợi ích về mặt kinh tế và môi trường Chủ cơ sở tái chế và các nhà thầu có thể tiết kiệm được một khoản chi phí lớn khi sử dụng bê tông cũ, do đó các nhà xây dựng có thể dành nhiều chi phí hơn cho vật liệu trang trí bề mặt

Sử dụng vật liệu từ bê tông cũ thân thiện với môi trường sinh thái, đây là lợi thế quan trọng nhất của vật liệu xanh này Quá trình khai thác đá, sau đó nghiền nhỏ đòi hỏi phải sử dụng các nguồn tài nguyên thiên nhiên và chế biến cơ khí Việc sử dụng lại bê tông cũ sẽ tạo ra vòng đời mới cho cốt liệu đòi hỏi chế biến rất ít nên nguyên liệu tự nhiên không bị ảnh hưởng Thêm vào đó việc xử lý bê tông cũ chiếm ít không gian hơn việc để bê tông phân hủy ở bãi chôn lấp Bê tông cũ có tính linh hoạt cao,

có thể được sử dụng với nhiều chức năng khác nhau phù hợp với các ứng dụng trong xây dựng như các dự án cảnh quan hay cải tạo nhà ở

Các nhà nghiên cứu thuộc Cơ quan Quản lý Đường cao tốc Liên bang Hoa Kỳ

đã chứng minh rằng mặc dù được tái chế từ phế liệu bê tông, đáng tin cậy về mặt cấu trúc và an toàn để sử dụng làm vật liệu tổng hợp tự nhiên

Với những lợi ích rõ ràng của mình, Bê tông cũ có thể được tận dụng tốt nhất

để xây dựng lối vào, hành lang hoặc sân trong cho các khu dân cư; các bãi đậu xe thương mại và đường giao thông nông thôn Bê tông cũ đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật

để sử dụng làm vật liệu xây dựng cho các tòa nhà mới Cốt liệu bê tông cũ cũng là lựa chọn tuyệt vời để làm đường ống thoát nước và cải tạo các tiện ích khác

Các quốc gia phát triển như Mỹ, Singapore, Pháp, Đức, Bỉ và Luxembourg đã

có những chính sách và biện pháp để xử lý bê tông phế liệu, đồng thời sử dụng cốt liệu bê tông tái chế trong xây dựng

1.2.1 Tại Mỹ

Bê tông dùng cho xây dựng và bê tông phế liệu chiếm xấp xỉ 135 triệu tấn mỗi năm, tương đương với 1,36kg/người/ngày Phế liệu xây dựng có thể tái chế đều được

xử lý khi kết thúc vòng đời để bắt đầu một “cuộc sống” mới hữu ích hơn như sử dụng

để xây dựng vỉa hè hoặc các công trình khác, giúp giảm lượng chất thải ra môi trường và giảm nhu cầu cho nguyên liệu mới cho xây dựng

Cơ quan Vận tải Liên bang Hoa Kỳ trong nhiều năm qua đã đẩy mạnh việc sử dụng thường xuyên bê tông tái chế như một dạng cốt liệu Các thông số kỹ thuật,

Trang 17

thực tiễn xây dựng và các thách thức trong việc thực hiện cũng được cơ quan này ghi lại và nghiên cứu Thông tin này sau đó được phổ biến cho tất cả các cơ quan vận tải các bang thông qua các hướng dẫn kỹ thuật, đào tạo nếu cần

(Nguồn: Võ Xuân Tiến(nghiên cứu sinh, CHLB Đức)

Hình 1.2 Sản phẩm sử dụng bê tông tái chế

Cơ quan Vận tải Liên bang Hoa Kỳ đã lựa chọn các tiểu bang Minnesota, Utah, Virginia, Texas và Michigan để nghiên cứu kỹ lưỡng quy trình tổng hợp cốt liệu bê tông tái chế tại các khu vực này Sau khảo sát, Cơ quan Vận tải Liên bang Hoa Kỳ đã đưa ra 5 số liệu để mô tả mức độ sử dụng cốt liệu bê tông tái chế ở từng bang Kết luận được Cơ quan Vận tải Liên bang Hoa Kỳ rút ra từ những con số này cho thấy:

Bê tông thường được tái chế để sử dụng làm đường cao tốc ở Hoa Kỳ; Ứng dụng chính của bê tông cũ ở Hoa Kỳ được coi như một vật liệu cơ bản; Việc sử dụng bê tông cũ trong nhựa đường nóng không được chấp nhận rộng rãi ở Hoa Kỳ

1.2.2 Tại Singapore

Tại Singapore, cốt liệu bê tông tái chế đã được sử dụng để xây dựng và cải tạo nhiều công trình, trong đó có việc xây dựng cảng xuất nhập khẩu tại Sân bay quốc tế Changi Tập đoàn sân bay Changi đã khởi xướng dự án sử dụng bê tông tái chế từ việc phá dỡ các công trình quanh sân bay để tái tạo mặt sàn cứng cho máy bay Dự

án đã thể hiện tính khả thi của việc sử dụng bê tông cũ như một giải pháp thay thế cho cốt liệu tự nhiên trong bê tông để xây dựng Để khắc phục mặt sàn cứng đã bị

Trang 18

hỏng hóc, máy cắt thủy lực và bê tông phế liệu đã được vận chuyển đến cơ sở tái chế gần đó để chế biến Phế liệu này chủ yếu là bê tông nghiền, kim loại màu Việc chế biến được thực hiện bằng cách sử dụng máy nghiền di động kết hợp với hệ thống băng tải Các quy trình chính bao gồm nghiền, sàng lọc bê tông cũ theo kích cỡ yêu cầu cho ứng dụng bê tông

và tái chế tối thiểu 70% (tính theo trọng lượng) lượng phế liệu xây dựng vào năm

2020 Tại Luxembourg, nguồn gốc chủ yếu của phế liệu xây dựng đến từ các tòa nhà bao gồm gạch, ngói, gốm sứ, đất, thạch cao, vật liệu cách điện, gỗ và kim loại Bê tông tái chế của Luxembourg có chất lượng trung bình

Cốt liệu bê tông tái chế của Luxembourg sẽ được cấp chứng nhận từ Laboratoire d’Essais des Matériaux des Ponts et Chausseés du Luxembourg Bê tông

cũ chủ yếu được sử dụng trong xây dựng đường xá, lớp phụ gia trong xây dựng nền móng nhưng không được sử dụng trong sản xuất bê tông mới Tuy nhiên, việc sử dụng RCA vẫn chưa đạt được mục tiêu mang tính tiềm năng của Luxembourg

1.2.4 Tại Bỉ

Bối cảnh địa chất của Bỉ ảnh hưởng đến sự phát triển của việc sử dụng cốt liệu

bê tông tái chế Bỉ được chia thành 2 khu vực quản lý chính và cũng đại diện cho 2 vùng địa lý khác nhau bao gồm khu vực nói tiếng Hà Lan, Flanders ở phía Bắc và khu vực nói tiếng Pháp, Wallonia ở phía Nam

Khu vực Flanders khuyến khích việc nghiên cứu và sử dụng cốt liệu bê tông tái chế cho nhiều ứng dụng khác nhau Trong khi đó, ở vùng Wallonia có một số mỏ sa thạch, các chủ sở hữu mỏ đá đã ngăn chặn việc nghiên cứu sử dụng bê tông cũ để duy trì các ưu thế và quyền hạn của họ trên thị trường Vì vậy, ở khu vực phía Nam nước Bỉ, sự phát triển của cốt liệu tái chế đã bị hạn chế

Trang 19

1.2.5 Tại Pháp

Theo các chuyên gia Pháp, quốc gia này có một số đơn đặt hàng nhỏ cho các nước khác trong việc phát triển các quy trình và yêu cầu chi tiết cho việc sử dụng cốt liệu bê tông tái chế Do đó, Chính phủ Pháp đã đưa ra một dự án phạm vi quốc gia về việc nghiên cứu và phát triển bê tông cũ được gọi là RECYBETON Mục đích của

dự án này là thay đổi xu hướng bằng cách sử dụng lại tất cả các vật liệu từ phế liệu

bê tông như các thành phần bê tông mới, keo thủy lực

1.2.6 Tại Đức

Theo các chuyên gia Đức, việc sử dụng bê tông cũ mang tính khả thi Tuy nhiên, vẫn còn một số hạn chế như quy trình sản xuất bê tông cũ không được thực hiện một cách hiệu quả Có những dự án xây dựng chỉ sử dụng vật liệu tái chế này ở quy mô rất nhỏ so với số lượng dự án trên tổng thể và động lực thường xuất phát từ nhận thức về môi trường của một nhóm nhỏ Bên cạnh đó, các tiêu chuẩn của Đức cũng hạn chế những ứng dụng sử dụng cốt liệu bê tông tái chế

1.3 Tình hình phát triển vật liệu bê tông cốt thép

Kết cấu bê tông được hình thành và sử dụng rất lâu về trước Theo Ngô Thế Phong (2001) dạng đầu tiên của kết cấu bê tông là vữa bằng vôi được phát hiện sử dụng đầu tiên trong nền văn minh Minoan ở Crete khoảng hơn 2000 trước công nguyên Cho đến nay loại vật liệu này vẫn còn được sử dụng một số nơi Ở Việt Nam giai đoạn trước giải phóng loại vật liệu này cũng được sử dụng khá phổ biến Nhưng loại vật liệu này lại có yếu điểm là dễ tan ra khi bị ngâm nước nên không thể sử dụng với các công trình không có mái che Cho đến khoảng thế kỷthứ ba trước công nguyên, người La Mã đã hát minh ra loại hỗn hợ làm từ tro núi lửa có chứa cát mịn, khi được trộn với vôi cho ra một loại vữa bền chắc và cứng hơn nhiều so với vữa bằng vôi trước đó và có thể sử dụng tốt cả dưới nước Có thể xem loại vữa này là loại bê tông sơ khai trong ngành xây dựng

Qua trình phát triển của bê tông diễn ra mãi các thời gian sau cho đến khoảng năm 1800 sau công nguyên, kỹ sư người Anh John Smeaton trong quá trình thiết kế công trình hải đăng Eddystone cách bờ biển phía Nam của nước Anh đã phát hiện hỗn hợp vật liệu từ đá vôi nung nóng và đất sét sẽ có thể sử dụng là hỗn hợp vật liệu sẽ hóa cứng dưới nước và chịu được nước

Trang 20

Năm 1824 Joseh Asdin đã trộn đá vôi và đất sét từ các mỏ khác nhau và nung hỗn hợp này trong một lò để làm xi măng Loại xi măng này được lấy tên là xi măng portland vì bê tông làm từ loại xi măng này khi rắn kết tạo thành khối bê tông như đá portland, là tên loại đá cao cấp được khai thác từ đảo portland ở phí nam nước Anh Trong khoảng Thời gian này, nếu hỗn hợp đá vôi và đất sét bị nung ở nhiệt độ quá cao thì sản phẩm xi măng sẽ bị hỏng và xem như không dùng được nữa Cho đến năm

1845 I.C Jonhson đã tìm thấy loại xị măng tốt nhất bằng việc nghiền nhở các sảm phẩm xi măng cứng vì được nung ở nhiệt này Đây là vật liệu mà ngày nay được biết đến là xi măng Portland

Ở Pháp, Năm 1949 Lambot đã chế tạo một con thuyền bằng bê tông được gia cường bằng hệ thống dây thép và được trao bằng sáng chế năm 1955 Bằng sáng chế của ông bao gồm các bản vẽ dầm bê tông cốt thép và một cột được gia cố bằng 4 thanh sắt xung quanh

Những năm 50 của thể kỷ 19 Kỹ sư người Mỹ Thaddeus Hyatt đã thí nghiệm các dầm bê tông cốt thép Các dầm thí nghiệm có các thanh cốt thép dọc ở vùng kéo và cốt thép đai thẳng để chịu lực cắt Năm 1877 ông xuất bản riêng một cuốn sách mô tả thí nghiệm công trình nghiên cứu của ông thì công trình nghiên cứu của ông mới được biến đến

Joseph Monier, một nhà làm vườn người Pháp được biết đến như nhà phát minh chính của kết cấu bê tông cốt thép Theo Mörsch (1909, tr 204-210) thì Joseph

Monier đã được cấp bằng sáng chế cho việc sử dụng lưới thép làm từ vỏ đạn cối để gia cố cho các chậy cây bằng bê tông vào năm 1867 Trong những năm sau đó ông còn sáng chế về các thùng bê tông được gia cố cốt thép, các tấm phẳng bê tông cốt thép, các cầu bê tông cốt thép và cầu thang bê tông cốt thép Năm 1877, Monier nhận thêm một bằng sáng chế cho việc sử dụng lưới thép để gia cố cho cột và dầm cầu bê tông Mặc dù Monier chắn chắn rằng kết hợp bê tông và cốt thép sẽ tăng cường độ cho kết cấu, nhưng rất ít người có thể khẳng định liệu Monier có thực sự hiểu về khả năng gia tăng cường độ chịu kéo của cốt thép trong kết cấu bê tông hay không

Các sáng chế về kết cấu bê tông cốt thép của Monier được giáo sư Moerch và Bach của trường đại học Stuttgart kiểm định độ bền của bê tông cốt thép Koenen là trưởng thanh tra xây dựng và được ủy quyền phát triển phương pháp tính toán độ bền

Trang 21

bê tông cốt thép Theo Ngô Đăng Quang (2010) vào năm 1886 Koenen công bố các

bản thảo đầu tiên về lý thuyết và tiêu chuẩn thiết kế cho kết cấu bê tông cốt thép Lý thuyết đã trình bày sự phân tích mà giả định rằng trục trung hòa nằm ở giữa chiều cao của tiết diện cấu kiện và đề xuất đưa cốt thép vào vùng chịu kéo của tiết diện bê tông

để tăng khả năng chịu kéo của kết cấu

Từ năm 1890 đến năm 1920, các kỹ sư thực hành dần dần đã nắm được kiến thức về cơ học của bê tông cốt thép Sự ra đời và nghiên cứu rộng rãi đã được thể hiện trên các khía cạnh làm việc của bê tông cốt thép khác nhau dẫn đến sự ra đời của các tiêu chuẩn thiết kế và thi công khác nhau ở mỗi quốc gia khác nhau

Ở Việt Nam, vật liệu bê tông cốt thép được du nhập trong thời kỳ pháp thuộc để xây dựng các công trình dân dụng, cầu đường cũng như công nghiệp Hiện nay bê tông cốt thép là loại vật liệu được sử dụng chủ yếu nước ta cũng như trên thế giới Vì đặc điểm về môi trường khí hậu, vật liệu khía cạnh nghiên cứu mỗi nước mỗi khác nên cần có nhiều nghiên cứu hơn về sự làm việc của bê tông để đưa ra tiêu chuẩn thiết

kế kết cấu bê tông cốt thép hợp lý cho từng quốc gia

1.4 Kết cấu bê tông cốt thép

1.4.1 Bê tông

Bê tông cốt thép là một loại vật liệu xây dựng phức hợp do bê tông và cốt thép cùng cộng tác chịu lực với nhau

Bê tông là loại vật liệu đá nhân tạo và được tạo ra bằng cách đổ khuôn và làm

rắn chắc một hỗn hợp hợp lí bao gồm chất kết dính, nước, cốt liệu (Cát, sỏi hay đá dăm) và các loại phụ gia như phụ gia hoá dẻo, đông cứng nhanh, siêu dẻo và các chất

độn hoạt tính như bột silic, tro bay, v.v… Thành phần hỗn hợp bê tông phải đảm bảo sao cho sau một thời gian rắn chắc phải đạt được những tính chất cho trước như cường

độ, độ chống thấm v.v

Hỗn hợp mới nhào trộn gọi là hỗn hợp bê tông Hỗn hợp bê tông sau khi cứng rắn, chuyển sang trạng thái đá gọi là bê tông Bê tông hóa rắn nhờ các phản ứng hóa học xảy ra giữa xi măng và nước Xi măng Portland chứa một lượng lớn các silicat canxi Các silicat này phản ứng với nước để tạo ra các hidroxit silicat canxi, là thành phần chủ yếu tạo nên cường độ của bê tông, và hidroxit canxi là thành phần tạo nên tính kiềm cho bê tông

Trang 22

Trong bê tông, cốt liệu đóng vai trò là bộ khung chịu lực Hồ chất kết dính bao bọc xung quanh hạt cốt liệu, chúng là chất bôi trơn, đồng thời lấp đầy khoảng trống và liên kết giữa các hạt cốt liệu Sau khi cứng rắn, hồ chất kết dính gắn kết các hạt cốt liệu thành một khối tương đối đồng nhất và được gọi là bê tông

Các loại bê tông thông thường có khả năng chịu nén rất lớn nhưng khả năng chịu kéo lại rất nhỏ Cường độ chịu kéo của bê tông chỉ bằng khoảng 1/20 đến 1/10 cường

độ chịu nén của nó Cường độ chịu kéo của bê tông, bên cạnh giá trị thấp, lại rất không ổn định Ngoài ra, biến dạng kéo của bê tông khi ứng suất đạt đến cường độ chịu kéo cũng có giá trị rất nhỏ Vì những lý do này, khả năng sử dụng riêng bê tông

(bê tông không được gia cường) trong kết cấu là khá hạn chế

Cường độ chịu nén dọc trục là ứng suất nén lớn nhất mà bê tông có thể chịu trước khi bị phá hoại Cường độ chịu nén là một trong những tính chất quang trọng nhất của bê tông được sử dụng trong kết cấu

Cường độ chịu nén của bê tông phụ thuộc vào cấp phối của cốt liệu bê tông Để xác định cường độ độ chịu nén của bê tông ta thực hiện nén mẫu thử được đúc và bảo dưỡng đúng theo tiêu chuẩn qui định Hầu hết, các tiêu chuẩn đều quy định tuổi của bê tông khi xác định cường độ chịu nén là 28 ngày tuổi

1.4.2 Bê tông cốt thép

Để khắc phục khả năng chịu kém của kết cấu bê tông đồng thời nhằm khai thác hiệu quả khả năng chịu nén của nó người ta đặt cốt liệu có khả năng chịu kéo tốt để khắc phục khả năng chịu kéo kém của bê tông như cốt là các thanh thép, sợi thủy tinh, hoặc hợp chất dẻo v.v… kết cấu bê tông kết hợp với các vật liệu có khả năng chịu kéo làm cốt cho kết cấu còn được gọi là kết cấu bê tông có cốt Bê tông có cốt là các thanh thép gọi là kết cấu bê tông cốt thép Ngoài dạng thanh dài, thép làm cốt cho bê tông có thể sử dụng thép sợi hoặc các vật liệu dạng sợi khác và được gọi là bê tông cốt sợi

Ở điều kiện làm việc bình thường bê tông và cốt thép có thể làm việc phối hợp với nhau là nhờ các tính chất giữa bê tông và cốt thép tương tác với nhau và tương đối đồng bộ trọng giai đoạn làm việc như:

- Lực dính bám giữa bê tông và bề mặt cốt thép Lực này hình thành trong quá trình đông cứng của bê tông và đảm bảo cho cốt thép không bị tuột khỏi bê tông trong quá trình chịu lực Độ bám dính đóng vai trò quan trọng để kết

Trang 23

cấu bê tông và cốt thép làm việc chung với nhau Lực bám dính càng lớn thì cốt thép trong bê tông làm việc càng hiệu quả, cho nên người ta tìm mọi cách để tăng độ bám dính giữa bê tông và cốt thép lên

- Hỗn hợp bê tông và cốt thép không tác dụng hóa học với nhau nên tính chất vật liệu của chúng không ảnh hưởng với nhau mà tương tác với nhau Bê tông còn tạo thành lớp bảo vệ, bảo vệ cốt thép tránh hiện tượng Oxi hóa ăn mòn do ảnh hưởng của môi trường

- Có hệ số giãn nở vì nhiệt tương đồng nhau (Gần bằng Nhau) Hệ số giãn nở

vì nhiệt của bê tông là 𝛼𝑐 = 1x10-5 đến 𝛼𝑐 = 1,5x10-5 trong khi đó hệ số giản

nở vì nhiệt của cốt thép là 𝛼𝑠 = 1,2x10-5 Vậy nên, với hạm vi biến đổi nhiệt

độ thông thường, khoảng dưới 1000C thì bê tông và cốt thép không xuất hiện nội ứng suất làm phá hoại vật liệu

1.4.3 Ưu - nhược điểm khi sử dụng kết cấu bê tông cốt thép

Kết cấu bê tông cốt thép là kết cấu được sử dụng phổ biến nhất hiện nay nhờ có những ưu điểm như sau :

- Chịu lửa tốt và dẫn điện kém

- Khả năng hấp thụ năng lượng tốt

Đi đôi với những ưu điểm thì kết cấu bê tông cốt thép cũng có một số nhược điểm như sau:

- Có tỷ lệ cường độ so với đơn vị trọng lượng bản thân nhỏ

- Đòi hỏi thời gian thi công hệ thống ván khuôn, đà giáo phức tạp đối với kết cấu đổ tại chỗ

- Sau khi thi công, sảm phẩm từ bê tông cốt thép khó tháo dỡ và không tái sử dụng được

- Bê tông cốt thép dễ bị nứt do bê tông chịu kéo kém

Trang 24

1.4.4 Ứng dụng của bê tông cốt thép trong xây dựng

Kết cấu bê tông cốt thép là loại kết cấu được sử dụng phổ biến nhất trong các

lĩnh vực liên quan đến xây dựng Bê tông cốt thép được sử dụng đúc thành các cấu

kiện chịu lực cho công trình như nhà cao tầng, Cầu – Đường, các dạng tháp và cột

tháp, các kết cấu bể chứa và một số kết cấu đặc biệt khác

Trong kết cấu nhà (Nhà cao tầng và nhà thấp tầng) bê tông cốt thép tạo ra các

cấu kiện chịu lực cơ bản (Cột, dầm, bản sàn) liên kết với nhau tạo nên hệ kết cấu chịu

lực chính cho công trình Trong đó, dầm-sàn là cấu kiện chịu uốn chính cho công trình

và cột là cấu kiện chịu nén chính do tải trọng từ sàn truyền về dầm và từ dầm truyền

xuống cột, sau đó cột sẽ phân tác tải trọng xuống dưới đất thông qua hệ thống móng

Vì là kiện chịu nén chính nên cột là cấu kiện mang đặc trưng của kết cấu bê tông

Ngoài ra cột còn chịu uốn do sự lệch tâm tải truyền vào và do tải trọng ngang tác

động Nói chung, cột được xem là cấu kiện qua trọng nhất trong kết cấu chịu lực của

công trình, nó ảnh hưởng đến toàn bộ công trình khi không làm tròn nhiệm vụ (Không

đảm bảo khả năng chịu lực) và phá hoại của công trình khi cột bị phá hoại

Trang 25

Chương 2 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VIỆC NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CỐT LIỆU ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU UỐN CỦA DẦM BÊ TÔNG

CỐT THÉP 2.1 Khái niệm về bê tông

Bê tông là loại vật liệu đá nhân tạo nhận được bằng cách đổ khuôn và làm rắn chắc một hỗn hợp hợp lí bao gồm chất kết dính, nước, cốt liệu (cát, sỏi hay đá dăm) và phụ gia Thành phần hỗn hợp bê tông phải đảm bảo sao cho sau một thời gian rắn chắc phải đạt được những tính chất cho trước như cường độ, độ chống thấm v.v

Hỗn hợp nguyên liệu mới nhào trộn gọi là hỗn hợp bê tông hay bê tông tươi Hỗn hợp bê tông sau khi cứng rắn, chuyển sang trạng thái đá được gọi là bê tông, trong bê tông, cốt liệu đóng vai trò là bộ khung chịu lực Hồ chất kết dính bao bọc xung quanh hạt cốt liệu, chúng là chất bôi trơn, đồng thời lấp đầy khoảng trống và liên kết giữa các hạt cốt liệu Sau khi cứng rắn, hồ chất kết dính gắn kết các hạt cốt liệu thành một khối tương đối đồng nhất và được gọi là bê tông

Chất kết dính có thể là xi măng các loại, thạch cao, vôi và cũng có thể là chất kết dính hữu cơ (polime).Trong bê tông xi măng cốt liệu thường chiếm 80 - 85%, còn xi măng chiếm 10 - 20% khối lượng

Bê tông và bê tông cốt thép được sử dụng rộng rãi trong xây dựng vì chúng có những ưu điểm sau: Cường độ chịu lực cao, có thể chế tạo được những loại bê tông có cường độ, hình dạng và tính chất khác nhau Giá thành rẻ, khá bền vững và ổn định đối với mưa nắng, nhiệt độ, độ ẩm

2.2 Thành phần vật liệu chế tạo bê tông

2.2.1 Xi măng

Xi măng là thành phần chất kết dính để liên kết các hạt cốt liệu với nhau tạo ra cường độ cho bê tông Chất lượng và hàm lượng xi măng là yếu tố quan trọng quyết định cường độ chịu lực của bê tông Để chế tạo bê tông ta có thể dùng xi măng pooclăng, xi măng pooclăng bền sunfat, xi măng pooclăng xỉ hạt lò cao, xi măng pooclăng puzolan, xi măng pooclăng hỗn hợp, xi măng ít tỏa nhiệt và các loại xi măng khác thỏa mãn các yêu cầu quy phạm

Khi sử dụng xi măng để chế tạo bê tông, việc lựa chọn mác xi măng là đặc biệt quan trọng vì nó vừa phải đảm bảo cho bê tông đạt mác thiết kế, vừa phải đảm bảo

Trang 26

yêu cầu kinh tế Nếu dùng xi măng Mác thấp để chế tạo bê tông Mác cao thì lượng xi măng sử dụng cho 1m3 bê tông sẽ nhiều nên không đảm bảo kinh tế Nếu dùng xi măng Mác cao để chế tạo bê tông Mác thấp thì lượng xi măng tính toán ra để sử dụng cho 1m3 bê tông sẽ rất ít không đủ để liên kết toàn bộ các hạt cốt liệu với nhau, mặt khác hiện tượng phân tầng của hỗn hợp bê tông dễ xảy ra, gây nhiều tác hại xấu cho

bê tông

2.2.2 Nước

Nước là thành phần giúp cho xi măng phản ứng tạo ra các sản phẩm thủy hóa làm cho cường độ của bê tông tăng lên Nước còn tạo ra độ lưu động cần thiết để quá trình thi công được dễ dàng Nước để chế tạo bê tông phải đảm bảo chất lượng tốt, không gây ảnh hưởng xấu đến thời gian đông kết và rắn chắc của xi măng và không gây ăn mòn cho cốt thép

Nước dùng được là loại nước dùng cho sinh hoạt như nước máy, nước giếng Các loại nước không được dùng là nước đầm, ao, hồ, nước cống rãnh, nước chứa dầu mỡ, đường, nước có độ pH < 4, nước có chứa lượng hợp chất hữu cơ vượt quá 15mg/l, độ pH nhỏ hơn 4 và lớn hơn 12,5

2.2.3 Cát

Cát là cốt liệu nhỏ cùng với xi măng, nước tạo ra vữa xi măng để lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu lớn (đá, sỏi) và bao bọc xung quanh các hạt cốt liệu lớn tạo ra khối bê tông đặc chắc Cát cũng là thành phần cùng với cốt liệu lớn tạo ra bộ khung chịu lực cho bê tông

Cát dùng để chế tạo bê tông có thể là cát thiên nhiên hay cát nhân tạo có cỡ hạt

từ 0,14 đến 5 mm.Chất lượng của cát để chế tạo bê tông nặng phụ thuộc chủ yếu vào thành phần hạt, độ lớn và hàm lượng tạp chất, đó cũng là những yêu cầu kỹ thuật đối với cát

Thành phần hạt: Cát có thành phần hạt hợp lý thì độ rỗng của nó nhỏ, lượng xi măng sẽ ít, cường độ bê tông sẽ cao

2.2.4 Đá (sỏi)

Đá, sỏi là cốt liệu lớn có cỡ hạt từ 5 - 70mm, chúng tạo ra bộ khung chịu lực cho

bê tông Sỏi có đặc điểm là do hạt tròn nhẵn, độ rỗng và diện tích mặt ngoài nhỏ nên cần ít nước, tốn ít xi măng mà vẫn dễ đầm, dễ đổ, nhưng lực dính kết với vữa xi măng

Trang 27

nhỏ nên cường độ của bê tông thấp hơn bê tông dùng đá dăm

Ngoài đá dăm và sỏi khi chế tạo bê tông còn có thể dùng sỏi dăm

2.3 Các chỉ tiêu thí nghiệm cơ bản của bê tông

2.3.1 Độ sụt

Độ sụt hay độ lưu động của vữa bê tông, dùng để đánh giá khả năng dễ chảy của hỗn hợp bê tông dưới tác dụng của trọng lượng bản thân hoặc rung động Độ sụt được

xác định theo TCVN 3106-1993 hoặc ASTM C143-90A Ký hiệu là SN (cm)

Dụng cụ đo là hình nón cụt của Abrams, gọi là côn Abrams, có kích thước 203x102x305 mm, đáy và miệng hở Que đầm hình tròn có đường kính bằng 16mm dài 600mm Độ sụt bằng 305 trừ đi chiều cao của bê tông tươi Căn cứ vào độ sụt chia bê tông làm ba loại:

Loại cứng SN <1.3 cm

Loại dẻo SN < 8 cm

Siêu dẻo có SN=10–22 cm

Trang 28

Bảng 2.1 Cỡ hạt lớn nhất của cốt liệu

(Nguồn: Theo tiêu chuẩn TCVN 3106 – 1992)

( Nguồn: Lê Minh Long, Một số vấn đề về cường độ bê tông, tạp chí KHCN xây

dựng Hà Nội, 2008)

Hình 2.1 Cách đo độ sụt của hỗn hợp bê tông

Ở giai đoạn ban đầu của vật liệu bê tông (giai đoạn có thể thi công được), vật liệu bê tông có dạng vữa lỏng, nên rất dễ chứa đựng, vận chuyển, và đặc biệt là dễ đổ vào thiết bị tạo khuôn Tính linh động của vữa lỏng đảm bảo cho việc rót bê tông vào khuôn được dễ dàng

(Nguồn: Tác giả nghiên cứu)

Hình 2.2 Đo độ sụt tại phòng thí nghiệm

Trang 29

Đặc tính linh động của vữa bê tông được đo lường thông qua chỉ tiêu độ sụt của vữa trước khi đổ bê tông Hình dạng của khối vật liệu bê tông có thể thay đổi theo hình dạng của thiết bị dùng để chứa đựng và tạo hình cho bê tông, còn gọi là khuôn đúc bê tông Độ sụt của vữa bê tông đảm bảo cho vữa bê tông có thể chảy đến mọi vị trí bên trong khuôn đúc bê tông

2.3.2 Cường độ

Là khả năng chịu nén của mẫu bê tông, mẫu để đo cường độ có kích thước hình trụ 150mm x 300mm, được thực hiện theo điều kiện tiêu chuẩn trong thời gian 28 ngày Trong kết cấu xây dựng, bê tông chịu nhiều tác động khác nhau: chịu nén, uốn, kéo, trượt, trong đó chịu nén là ưu thế lớn nhất của bê tông Do đó, người ta thường lấy cường độ chịu nén là chỉ tiêu đặc trưng để đánh giá chất lượng bê tông, gọi là mác

bê tông

Hình 2.3 Mẫu đổ bê tông tại phòng thí nghiệm

Trang 30

Khi nói đến mác bê tông là nói đến khả năng chịu nén của mẫu bê tông Theo tiêu chuẩn xây dựng hiện hành của Việt Nam (TCVN 3105:1993, TCVN 4453:1995), mẫu dùng để đo cường độ là một mẫu bê tông hình lập phương có kích thước 150 mm

× 150 mm × 150 mm, được dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn quy định trong TCVN 3105:1993, trong thời gian 28 ngày sau khi bê tông ninh kết Sau đó được đưa vào máy nén để đo ứng suất nén phá hủy mẫu (qua đó xác định được cường độ chịu nén của bê tông), đơn vị tính bằng MPa (N/mm²) hoặc daN/cm² (kg/cm²)

Bảng 2.2 Một số loại Mác bê tông thường gặp

(Nguồn: Phạm Hữu Hanh (2009), Bê tông cường độ cao – Bê tông chất lượng cao, bài giảng dành cho học viên Cao học Vật liệu Xây dựng, Trường đại học Xây

dựng, Hà Nội)

2.4 Vật liệu bê tông cũ

Bê tông cũ được lấy từ các mẫu thí nghiệm đạt chuẩn Mác của phòng Las Phòng thí nghiệm kiểm định xây dựng LAS của trường đại học Lạc Hồng Bê tông cũ sau khi thu thập về sẽ tiến hành đập nhỏ đảm bảo theo yêu cầu cấp phối đủ độ chặt chẽ cần thiết trước khi sử dụng cho các thí nghiệm Kết quả thí nghiệm được lấy theo

Trang 31

trị số bình quân của các kết quả cân và đo trong 3 lần thí nghiệm liên tiếp đối với cùng một loại mẫu đá

Hình 2.4 Thu thập mẫu bê tông cũ

Hình 2.5 Bê tông cũ chuẩn bị thí nghiệm

Trang 32

2.5 Dụng cụ và phương pháp thí nghiệm

2.5.1 Dụng cụ tiến hành thí nghiệm

- Máy Trộn bê tông; Máy đục bê tông; Cuốc; Xẽng; Bay, Búa; Khuôn đổ mẫu 15x30; Dụng cụ đo độ sụt; Bể nước bảo dưỡng bê tông; máy nén mẫu bê tông

Hình 2.6 Máy trộn bê tông

2.5.2 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được sử dụng, bao gồm:

Thí nghiệm vật liệu đầu vào:

+ Xác định thành phần hạt và đường cong cấp phối của cát tự nhiên (cát sông),

đá tự nhiên

+ Xác định thành phần hạt và đường cong cấp phối của bê tông cũ (dự kiến thay thế)

Thí nghiệm hỗn hợp bê tông:

+ Thiết kế cấp phối bê tông M250

Cấp phối BT được thiết kế theo tiêu chuẩn kỹ thuật chọn thành phần bê tông các loại theo Quyết định số 778/1998/QĐ-BXD ngày 05/9/1998 và tiêu chuẩn TCVN 3118:1993 ta có thành phần cốt liệu cho các loại bê tông M250

Trang 33

Quy trình thực hiện thí nghiệm

Hình 3 ?

Hình 2.7 Sơ đồ chuẩn bị làm thực nghiệm

*Chuẩn bị vật liệu thực nghiệm

Thiết kế cấp phối bê tông mác 200

Chuẩn bị dụng cụ để đổ mẫu thử và thực hiện các tính chất cơ bản của bê tông khi ướt,

Trang 34

Bảng 2.3 Bảng cấp phối bê tông

Loại

bê tông

Thành phần vật liệu cho bê tông (1m³)

Lượng lượng Lượng Lượng Độ sụt

Thành phần 1 - Bê tông mác 250 (SB) 338 672 1237 190 10÷12

(Nguồn: Tiêu chuẩn TCVN 3118:1993)

+ Xác định độ sụt ở trạng thái tươi, sau khi thực hiện mẻ trộn

Sau khi trộn đều các thành phần vật liệu theo đúng cấp phối thiết kế, tiếp đến xác định độ lưu động của bê tông khi ướt nhằm để đánh giá tính công tác độ đồng nhất của

bê tông bằng côn đo độ sụt theo TCVN 3106:1993

(Nguồn: theo TCVN 3106:1993)

Hình 2.8 Bộ côn đo độ sụt bê tông

Trang 35

(Nguồn: theo TCVN 3106:1993)

Hình 2.9 Khuôn đổ mẫu bê tông

2.5.3 Thành phần hạt và đường cong cấp phối của đá bê tông cũ

Bảng 2.4 Thành phần hạt của đá bê tông cũ

3 Khối lượng riêng g/cm3 TCVN 7572-4:06 2,78

4 Khối lượng thể tích

trạng thái khô g/cm3 TCVN 7572-4:06 2,74

5

Khối lượng thể tích ở

trạng thái bão hòa

Trang 36

Bảng 2.5 Kết quả phân tích của Đá bê tông cũ bằng sàng

Đường kính lỗ sàng

(Nguồn: Tác giả nghiên cứu)

Hình 2.10 Biểu đồ thành phần hạt của đá bê tông cũ

Sau khi thiết kế cấp phối bê tông theo Quyết định số 778/1998/QĐ-BXD ngày 05/9/1998 và tiêu chuẩn TCVN 3118:1993 sẽ tiến hành đổ bê tông theo các mác đã thiết kế và thay thế đá tự nhiên bằng đá bê tông cũ theo tỷ lệ 0%; 20%; 30%; 40% Từ bảng 2.10 Dự kiến số lượng mẫu thí nghiệm, ta có chi tiết về khối lượng cụ thể thành phần vật liệu cho từng cấp phối bê tông như sau:

Mỗi mẫu: 150 x 300 = 0,005301m3

Trang 37

Bảng 2.6 Cấp phối bê tông M250

Bảng 2.7 Bảng khối lượng bê tông giảm dần theo tỉ lệ M250

(Nguồn: Tác giả nghiên cứu) Tỉ lệ thay

đổi

cốt liệu đá

Xi măng (kg)

Cát (kg) Đá (kg) Bê Tông

Cũ

Nước (lit) Độ sụt (cm)

Giảm 20% 13,64 26,096 42,9056 10,7264 7,8 10÷2

Giảm 30% 13,64 26,096 26,816 16,0896 7,8 12÷2

Giảm 40% 13,64 26,096 5,3632 21,4528 7,8 12÷2

Tỉ lệ thay đổi

cốt liệu đá

Xi măng (kg/m3)

(kg/m3)

Nước (lit)

Độ sụt (cm)

Trang 38

2.6 Tính toán dầm bê tông cốt thép theo các tiêu chuẩn

2.6.1 Tính toán dầm bê tông cốt thép theo TCVN 5574-2018

2.6.1.1 Nguyên tắc chung

Cấu kiện bê tông cốt thép phải được tính toán trên tiết diện thẳng góc với trục dọc cấu kiện và tiết diện nghiêng với trục dọc cấu kiện theo hướng nguy hiểm nhất Khi có mô men xoắn cần kiểm tra độ bền tiết diện không gian được giới hạn bởi các vết nứt dạng xoắn ở vùng chịu kéo theo hướng nguy hiểm nhất có thể xảy ra Ngoài

ra, cần tính toán cấu kiện chịu các tác dụng cục bộ của tải trọng (nén cục bộ, nén thủng, giật đứt)

Khi có cốt thép căng không bám dính, tính toán kết cấu theo độ bền tiến hành theo chỉ dẫn riêng

2.6.1.2 Tính toán theo tiết diện thẳng góc với trục dọc cấu kiện

Nội lực tới hạn trên tiết diện thẳng góc cần xác định từ các giả thiết sau:

- Bỏ qua khả năng chịu kéo của bê tông;

- Khả năng chịu nén của bê tông là ứng suất, lấy bằng Rb, được phân bố đều trên vùng chịu nén;

- Biến dạng (ứng suất) trong cốt thép được xác định phụ thuộc vào chiều cao vùng chịu nén của bê tông và có xét đến biến dạng (ứng suất) do ứng lực trước

- Ứng suất kéo trong cốt thép được lấy không lớn hơn cường độ chịu kéo tính toán Rs

- Ứng suất nén trong cốt thép được lấy không lớn hơn cường độ chịu nén tính toán Rsc

Khi ngoại lực tác dụng trong mặt phẳng đi qua trục đối xứng của tiết diện và cốt thép đặt tập trung theo cạnh vuông góc với mặt phẳng đó, việc tính toán tiết diện thẳng góc với trục dọc cấu kiện cần được tiến hành phụ thuộc vào sự tương quan giữa giá trị chiều cao tương đối của vùng chịu nén của bê tông  = x/h0, được xác định từ các điều kiện cân bằng tương ứng và giá trị chiều cao tương đối vùng chịu nén của bê tông R, tại thời điểm khi trạng thái giới hạn của cấu kiện xảy ra đồng thời với việc ứng suất trong cốt thép chịu kéo đạt tới cường độ tính toán Rs, có kể đến các hệ số điều kiện làm việc tương ứng, ngoại trừ hệ số s6

Giá trị R được xác định theo công thức:

Trang 39

 là hệ số được lấy như sau:

+ Đối với bê tông nặng: 0,85

+ Đối với bê tông hạt nhỏ nhóm A: 0,80

nhóm B, C: 0,75

+ Đối với bê tông nhẹ, bê tông tổ ong và bê tông rỗng: 0,80

Đối với các loại bê tông được chưng áp (bê tông nặng, bê tông nhẹ, bê tông rỗng), hệ số  lấy giảm 0,05;

Rb tính bằng megapascan (MPa);

sR là ứng suất trong cốt thép (MPa), đối với cốt thép:

+ Có giới hạn chảy thực tế: CI, A-I, CII, A-II, CIII, A-III, A-IIIв, Bp-I:

sR = Rs - sp ; + Có giới hạn chảy quy ước: CIV, A-IV, A-V, A-VI và Aт-VII:

sR = Rs + 400 - sp - sp ;+ Cường độ cao dạng sợi và cáp: B-II, Bp-II, K-7, K-19:

sp là được lấy với sp < 1

sc,u là ứng suất giới hạn của cốt thép ở vùng chịu nén, được lấy như sau:

a) Đối với cấu kiện làm từ bê tông nặng, bê tông hạt nhỏ, bê tông nhẹ tùy thuộc vào các yếu tố nêu trong Bảng 15 TCNV 5574-2018:

+ Với loại tải trong tác dụng như tại 2a: 500 MPa

Trang 40

+ Với loại tải trong tác dụng như tại 2b: 400 MPa

b) Đối với kết cấu làm từ bê tông rỗng và bê tông tổ ong, trong mọi trường hợp tải trọng đều lấy bằng 400 MPa Khi tính toán kết cấu trong giai đoạn nén trước giá trị

sc,u = 330 MPa

Giá trị R được xác định theo công thức (2.1) đối với các cấu kiện làm từ bê tông

tổ ong cần phải lấy không lớn hơn 0,6

Khi tính toán theo độ bền cấu kiện bê tông cốt thép sử dụng cốt thép cường độ cao (có giới hạn chảy quy ước) nhóm CIV, A-IV, A-V, A-VI, Aт-VII, B-II, K-7 và K-

19, khi tuân thủ điều kiện  < R, cường độ chịu kéo của cốt thép Rs cần được nhân với hệ số s6 được xác định theo công thức:

Khi mối nối hàn nằm ở vùng cấu kiện có mô men uốn vượt quá 0,9Mmax (Mmax là

mô men tính toán lớn nhất), giá trị hệ số s6 đối với cốt thép nhóm CIV, A-IV, A-V lấy không lớn hơn 1,1; đối với cốt thép nhóm A-VI và Aт-VII lấy không lớn hơn 1,05

Hệ số s6 không kể đến đối với các cấu kiện:

- Được tính toán chịu tải trọng lặp;

- Được bố trí cốt thép bằng các sợi thép cường độ cao đặt sát nhau (không có khe hở);

- Được sử dụng trong môi trường ăn mòn

Đối với cốt thép căng được đặt ở vùng chịu nén, khi chịu tác dụng của ngoại lực hoặc ở giai đoạn nén trước, cường độ chịu nén tính toán Rsc cần được thay bằng ứng suất sc = sc,u - 'sp (MPa) nhưng không lớn hơn Rsc, trong đó 'sp được xác định với

hệ số sp > 1

Định dạng
Số trang	81
Dung lượng	4,4 MB