Nghiên cứu ứng xử chịu uốn của dầm bê tông cốt thép có sử dụng cốt liệu từ bê tông cũ: luận văn thạc sĩ

Tác giả xin cam đoan công trình nghiên cứu với đề tài ‘‘Nghiên cứu ứng xử chịu uốn của dầm bê tông cốt thép có sử dụng cốt liệu từ bê tông cũ” là công trình nghiên cứu của riêng tác gi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG

TRƯƠNG QUỐC DŨNG

NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CHỊU UỐN CỦA

DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP

CÓ SỬ DỤNG CỐT LIỆU TỪ BÊ TÔNG CŨ

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG

MÃ NGÀNH: 8580201

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN NGHIÊN CỨU

TS LÊ ĐỨC HIỂN

ĐỒNG NAI, NĂM 2019

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình nghiên cứu đề tài, tác giả Trương Quốc Dũng 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 “Ứng xử chịu uốn của dầm bê tông cốt thép có sử dụng cốt liệu từ bê tông cũ” của mình Với lòng biết ơn chân thành, tác giả xin cảm ơn 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 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 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 sức khỏe và thành công

Trân trọng cảm ơn!

Đồng Nai, ngày 12 tháng 12 năm 2019

Tác giả

Trương Quốc Dũng

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả : Trương Quốc Dũng

Sinh ngày: 02/01/1973

Quê quán: Thủ Đức- HCM

Nơi công tác: Công ty TNHH MTV Điện lực Đồng Nai

Tác giả xin cam đoan công trình nghiên cứu với đề tài ‘‘Nghiên cứu ứng xử

chịu uốn của dầm bê tông cốt thép có sử dụng cốt liệu từ bê tông cũ” 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

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Các công trình xây dựng có kết cấu bê tông cốt thép, thì hầu hết bê tông được chế tạo từ các cốt liệu từ tự nhiên như cốt liệu đá, sỏi, cát, quặng (để sản xuất xi-măng) Phần lớn, việc xây dựng các công trình mới thường được xây dựng trên các nền công trình cũ được phá dỡ Các loại phế phẩm sau phá dỡ các công trình cũ hiện tại chỉ tận dụng lại được rất ít như các phế phẩm từ sắt thép, gỗ Các phế phẩm khác hầu như được đưa vào sử dụng để san lấp mặt bằng

Vòng đời của chất thải xây dựng 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 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 tái chế 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

Mặt khác, việc thiếu không gian cho xây dựng và xử lý chất thải phá hủy đang trở thành một vấn đề phổ biến ở các khu vực đô thị Một trong những giải pháp cho các vấn đề liên quan đến xử lý chất thải xây dựng là tái chế vật liệu xây dựng chủ yếu là bê tông phế thải; Nó có thể được xử lý để có được bê tông tái chế cho các ứng dụng khác nhau, như sử dụng trong vỉa hè đến sản xuất bê tông kết cấu Tất nhiên, tái chế bê tông thải không phải là mục đích của chính, mà là đại diện cho một công nghệ xử lý chất thải có tiềm năng lợi thế về môi trường và kinh tế

Để tận dụng lại một phần phế phẩm sau phá dỡ công trình kết cấu bê tông cốt thép, bằng cách 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 Điều cần thiết là nghiên cứu có thể sử dụng hiệu quả bê tông cốt liệu tái chế làm vật liệu kết cấu hay không Nghiên cứu thử nghiệm được trình bày trong bài viết này được thực hiện để thực nghiệm ứng xử uốn của dầm sử dụng bê tông cốt thép M.200 có sử dụng bê tông cũ thành cốt liệu khi so sánh với ứng xử của dầm bê tông cốt liệu tự nhiên

Viết tắt (RCA): Cốt liệu bê tông tái chế (Recycled Concrete Aggregates)

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

TÓM TẮT LUẬN VĂN

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC BIỂU ĐỒ

DANH MỤC HÌNH

TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ SỬ DỤNG BÊ TÔNG CŨ LÀM CỐT LIỆU 5

1.1 Bê tông cốt thép 5

1.1.1 Khái niệm bê tông cốt thép 5

1.1.2 Tính chất của bê tông cốt thép 5

1.1.3Phân loại bê tông cốt thép 6

1.1.4Ưu- khuyết điểm của bê tông cốt thép 7

1.2 Thực trạng tái chế bê tông cũ làm cốt liệu 7

1.2.1 Trên thế giới 7

1.2.2 Tại Việt Nam 10

Chương 2: CƠ SỞ KHOA HỌC CHẾ TẠO DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ SỬ DỤNG BÊ TÔNG CŨ LÀM CỐT LIỆU 11

2.1 Tái chế bê tông 11

2.2 Công dụng của bê tông tái chế 11

2.2.1 Sử dụng cốt liệu thô tái chế trong bê tông 12

2.2.2 Độ bền của cốt liệu tái chế 12

2.2.3 Công dụng của bê tông tái chế 13

2.2.4 Tính toán cấu kiện chịu uốn 13

2.2.5 Sự làm việc của cấu kiện chịu uốn 13

2.2.6 Tính toán cường độ trên tiết diện thẳng góc 14

2.3 Đối tượng nghiên cứu 15

Chương 3: THỰC NGHIỆM 16

3.1 Chương trình thực nghiệm 16

3.2 Nguyên vật liệu 17

3.3 Chuẩn bị mẫu thí nghiệm 17

3.3.1 Chuẩn bị thiết bị 17

3.3.2 Vật liệu 18

3.3.2.1 Cốt thép 18

3.3.2.2 Cát 19

3.3.2.3 Đá 20

3.3.2.4 Xi măng 21

3.3.2.5 Nước 21

3.3.3 Cốt liệu hạt lớn được tái chế từ bê tông cũ 21

3.4 Thiết kế mẫu thí nghiệm 23

3.4.1 Thiết kế cấp phối bê tông 23

3.4.2 Xác định khối lượng và số lượng mẫu phục vụ thực nghiệm 23

3.5 Phương pháp thí nghiệm 24

3.5.1.1 Thí nghiệm cường độ bê tông 24

3.5.1.2 Thí nghiệm dầm 24

Chương 4: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 26

4.1 Cường độ bê tông ở 28 ngày: 26

4.2 Kết quả thí nghiệm (chi tiết sau phá hoại của dầm ở cùng tỷ lệ % thay thế) 27

4.2.1 Biến dạng với dầm thay đổi cốt liệu 0% (cốt liệu tự nhiên) 28

4.2.2 Biến dạng đối với dầm thay đổi cốt liệu 50% 30

4.2.3 Biến dạng đối với dầm thay đổi cốt liệu 75% 32

4.3 Chi tiết sau phá hoại tổng hợp biến dạng 34

4.4Bảng tổng hợp các ghi nhận về chuyển vị tại lực phá hoại dầm 37

4.5Bảng tổng hợp các ghi nhận về biến dạng tại lực phá hoại dầm 37

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1 Kết quả thí nghiệm thành phần hạt mẫu cát 19

Bảng 3.2 Kết quả thí nghiệm thành phần hạt mẫu cát 20

Bảng 3.3 Kết quả thí nghiệm bê tông cũ sử dụng làm cốt liệu chế tạo bê tông 22

Bảng 3.4 Cấp phối bê tông cho 01 m3 bê tông với cốt liệu tự nhiên 23

Bảng 3.5 Bảng cấp phối bê tông 24

Bảng 4.1 Kết quả thí nghiệm cường độ mẫu bê tông ở tuổi thứ 28 ngày 26

Bảng 4.2 Bảng tổng hợp các ghi nhận về chuyển vị tại lực phá hoại dầm 37

Bảng 4.3 Bảng tổng hợp các ghi nhận về biến dạng tại lực phá hoại dầm 37

DANH MỤC BIỂU ĐỒ

Biểu đồ 4.1 Biến dạng cốt đai 28

Biểu đồ 4.2 Biến dạng bê tông 28

Biểu đồ 4.3 Biến dạng cốt dọc 29

Biểu đồ 4.4 Chuyển vị 29

Biểu đồ 4.5 Biến dạng cốt đai 30

Biểu đồ 4.6 Biến dạng cốt dọc 30

Biểu đồ 4.7 Biến dạng bê tông 31

Biểu đồ 4.8 Chuyển vị 31

Biểu đồ 4.9 Biến dạng cốt đai 32

Biểu đồ 4.10 Biến dạng cốt dọc 32

Biểu đồ 4.11 Biến dạng bê tông 33

Biểu đồ 4.12 Chuyển vị 33

Biểu đồ 4.13 biến dạng trung bình cốt đai 35

Biểu đồ 4.14 biến dạng trung bình cốt dọc 35

Biểu đồ 4.15 biến dạng trung bình bê tông 36

Biểu đồ 4.16 chuyển vị trung bình bê tông 36

Biểu đồ 4.17 Lực nén mẫu phá hoại trung bình đối với từng tỷ lệ % thay thế (kN) 38

Biểu đồ 4.18 Độ chênh lệch khi So sánh tỷ lệ thay thế 0/100- 50/50- 75/25 38

Biểu đồ 4.19 Biểu đồ quan hệ Lực – Biến dạng cốt đai- Mẫu 0%-1 39

Biểu đồ 4.20 Biểu đồ quan hệ Lực – Biến dạng cốt dọc - Mẫu 0%-1 39

Biểu đồ 4.21 Biểu đồ quan hệ Lực – Biến dạng bê tông- Mẫu 0%-1 40

Biểu đồ 4.22 Biểu đồ quan hệ Lực – Chuyển vị - Mẫu 0%-1 40

Biểu đồ 4.23 Biểu đồ quan hệ Lực – Biến dạng - Mẫu 0%-2 41

Biểu đồ 4.24 Biểu đồ quan hệ Lực – Biến dạng cốt dọc - Mẫu 0%-2 41

Biểu đồ 4.25 Biểu đồ quan hệ Lực – Biến dạng bê tông - Mẫu 0%-2 42

Biểu đồ 4.26 Biểu đồ quan hệ Lực – chuyển vị - Mẫu 0%-2 42

Biểu đồ 4.27 Biểu đồ quan hệ Lực – Biến dạng cốt đai- Mẫu 0%-3 43

Biểu đồ 4.28 Biểu đồ quan hệ Lực – Biến dạng cốt dọc- Mẫu 0%-3 43

Biểu đồ 4.29 Biểu đồ quan hệ Lực – Biến dạng bê tông- Mẫu 0%-3 44

Biểu đồ 4.30 Biểu đồ quan hệ Lực – chuyển vị - Mẫu 0%-3 44

Biểu đồ 4.31 Biểu đồ quan hệ Lực – Biến dạng cốt đai - Mẫu 50%-1 45

Biểu đồ 4.32 Biểu đồ quan hệ Lực – Biến dạng cốt dọc - Mẫu 50%-1 45

Biểu đồ 4.33 Biểu đồ quan hệ Lực – Biến dạng bê tông - Mẫu 50%-1 46

Biểu đồ 4.34 Biểu đồ quan hệ Lực – chuyển vị - Mẫu 50%-1 46

Biểu đồ 4.35 Biểu đồ quan hệ Lực – Biến dạng cốt đai - Mẫu 50%-2 47

Biểu đồ 4.36 Biểu đồ quan hệ Lực – Biến dạng cốt dọc - Mẫu 50%-2 47

Biểu đồ 4.37 Biểu đồ quan hệ Lực – chuyển vị - Mẫu 50%-2 48

Biểu đồ 4.38 Biểu đồ quan hệ Lực – chuyển vị - Mẫu 50%-3 48

Biểu đồ 4.39 Biểu đồ quan hệ Lực – Biến dạng cốt đai - Mẫu 50%-3 49

Biểu đồ 4.40 Biểu đồ quan hệ Lực – Biến dạng cốt dọc - Mẫu 50%-3 49

Biểu đồ 4.41 Biểu đồ quan hệ Lực – Biến dạng bê tông - Mẫu 50%-3 50

Biểu đồ 4.42 Biểu đồ quan hệ Lực – chuyển vị - Mẫu 75%-1 50

Biểu đồ 4.43 Biểu đồ quan hệ Lực – Biến dạng cốt đai - Mẫu 75%-1 51

Biểu đồ 4.44 Biểu đồ quan hệ Lực – Biến dạng cốt dọc - Mẫu 75%-1 51

Biểu đồ 4.45 Biểu đồ quan hệ Lực – Biến dạng bê tông - Mẫu 75%-1 52

Biểu đồ 4.46 Biểu đồ quan hệ Lực – chuyển vị - Mẫu 75%-2 52

Biểu đồ 4.47 Biểu đồ quan hệ Lực – Biến dạng cốt đai - Mẫu 75%-2 53

Biểu đồ 4.48 Biểu đồ quan hệ Lực – Biến dạng cốt dọc - Mẫu 75%-2 53

Biểu đồ 4.49 Biểu đồ quan hệ Lực – Biến dạng bê tông - Mẫu 75%-2 54

Biểu đồ 4.50 Biểu đồ quan hệ Lực – chuyển vị - Mẫu 75%-3 54

Biểu đồ 4.51 Biểu đồ quan hệ Lực – Biến dạng cốt dai - Mẫu 75%-3 55

Biểu đồ 4.52 Biểu đồ quan hệ Lực – Biến dạng cốt dọc - Mẫu 75%-3 55

Biểu đồ 4.53 quan hệ Lực – Biến dạng bê tông - Mẫu 75%-3 56

DANH MỤC HÌNH

Hình 3.1 Hệ khung và máy nén thủy lực 17

Hình 3.2 Chuẩn bị ván khuôn 18

Hình 3.3 Cốt thép 18

Hình 3.4 Buộc cốt thép 19

Hình 3.5 Thu thập và tái chế bê tông cũ thành vật liệu làm cốt liệu trong chế tạo bê tông 22

Hình 3.6 Mô hình nén dầm tại 2 điểm 25

Hình 3.7 Sơ đồ thí nghiệm dầm 25

HÌNH ẢNH GHI NHẬN KẾT QUẢ 39

Hình 4.1 STRAIN GAGES CỐT THÉP 57

Hình 4.2 STRAIN GAGES BÊ TÔNG 57

Hình 4.3 LẮP ĐẶT STRAIN GAGES CỐT THÉP DỌC 58

Hình 4.4 LẮP ĐẶT STRAIN GAGES CỐT THÉP ĐAI 58

Hình 4.5 LẮP ĐẶT STRAIN GAGES BÊ TÔNG 59

Hình 4.6 ĐỔ BÊ TÔNG DẦM 80x150x1200 59

Hình 4.7 NÉN DẦM 60

Hình 4.8 QÚA TRÌNH THỰC HIỆN 60

Hình 4.9 MÁY NÉN THỦY LỰC 60

Hình 4.10 THIẾT BỊ THU TÍN HIỆU 61

Hình 4.11 THIẾT BỊ ĐO CHUYỂN VỊ 61

Hình 4.12 ĐO CHUYỂN VỊ 61

Hình 4.13 Sơ đồ đặt lực điển hình 62

Hình 4.14 Dầm sử dụng bê tông có tỷ lệ thay thế bê tông cũ 0% - Sau phá hoại uốn 62

Hình 4.15 Dầm sử dụng bê tông có tỷ lệ thay thế bê tông cũ 50% - Sau phá hoại uốn 63Hình 4.16 Dầm sử dụng bê tông có tỷ lệ thay thế bê tông cũ 75% - Sau phá hoại uốn 63

TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1 Lý do chọn đề tài

Quản lý môi trường đang là yêu cầu cấp bách với bất kỳ quốc gia nào trên thế giới Nhiệt

độ trái đất đang nóng lên từng ngày, và hậu quả đã được thấy rõ bởi những vụ động đất, bão lũ vì vậy tất cả mọi người, mọi ngành đều phải hành động Trong đó lĩnh vực xây dựng cũng đóng vai trò lớn Xây dựng bản chất không phải là một hoạt động thân thiện với môi trường sinh thái Đơn cử như hoạt động sản xuất ra xi măng, đá, cát đến quá trình phá dỡ công trình cũ tạo ra lượng khí nhà kính lớn, nguy cơ phá hỏng bầu khí quyến Một câu hỏi được đặt ra cho các chuyên gia là làm sao để ngành xây dựng vẫn phát triển mạnh mà ảnh hưởng ít nhất đến môi trường Và đến nay, đã có rất nhiều phương án được đưa ra nhằm xử

lý những tác động tiêu cực của ngành xây dựng tác động đến môi trường; Một phương pháp được cho là hiệu quả đó là sử dụng vật liệu xây dựng tái chế Một số nghiên cứu khảo sát quan hệ ứng suất - biến dạng và ứng xử cơ học của các kết cấu dầm bê tông sử dụng RCA đã được đề cập

Hiện tại các công trình xây dựng mới hầu hết được sử dụng các cốt liệu tự nhiên khai thác mới hoàn toàn như cốt liệu đá, cát, quặng (sản xuất xi măng) Trong khi, việc xây dựng các công trình mới thường được xây dựng trên các nền công trình cũ được phá dỡ

Các loại phế phẩm thu được sau phá dỡ các công trình cũ hiện tại chỉ tận dụng lại được rất ít như: các phế phẩm từ sắt thép, gỗ Các phế phẩm khác hầu như được đưa vào sử dụng

để san lấp mặt bằng

Để góp phần bảo vệ môi trường, bằng cách nghiên cứu 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

Một số đề tài đã được nghiên cứu:

Ajdukiewicz và Kliszczewicz đã sử dụng RCA để thay thế một phần hoặc toàn bộ cốt liệu

tự nhiên trong nghiên cứu ứng xử uốn của dầm bê tông (150×300×2600)mm có hàm lượng cốt thép 0,90% và 1,60% Kết quả thử nghiệm cho thấy các dầm bê tông cốt liệu tái chế có

mô men kháng uốn thấp hơn khoảng 3,5% và độ võng lớn hơn so với các dầm bê tông cốt liệu tự nhiên

(Nguồn: TITLE: Developing Sustainable High Strength Concrete Mixtures Using Local

Materials and Recycled Concrete- AUTHORS: Anthony Torres, Alex Burkhart)

Kang và cộng sự cũng nghiên cứu dầm bê tông có hàm lượng cốt thép 0,5% và 1,8% sử dụng RCA có nguồn gốc từ bê tông thường và bê tông cường độ cao để thay thế cốt liệu tự nhiên đến 50% Kết quả nghiên cứu cho thấy các dầm bê tông cốt liệu tự nhiên có số vết nứt nhiều hơn và mô men kháng nứt thấp hơn so với dầm bê tông cốt liệu tự nhiên, nhưng các dầm bê tông cốt liệu tự nhiên sử dụng 30% RCA lại có khả năng chịu uốn tương đương

(Nguồn:www.scirp.org- Scientific Research- Chemistry & Materials Science- Earth &

Environmental Sciences)

Knaack và Kurama cũng nghiên cứu ứng xử uốn của dầm bê tông có kích thước (80×230×1150)mm, sử dụng 50% chất liệu RCA Các tác giả cho rằng độ võng của dầm bê tông cốt liệu tái chế cao hơn độ võng của dầm đối chứng, nhưng mô hình tính toán kết cấu của dầm bê tông cốt liệu tự nhiên cũng phù hợp cho dầm RCA

(Nguồn: Article in Journal of Structural Engineering 141(3):B4014009 October 2014)

2 Mục đích và nhiệm vụ của luận văn

Nghiên cứu thực nghiệm ứng xử chịu uốn của dầm bê tông cốt thép có sử dụng RCA, làm

rõ ưu điểm, nhược điểm của loại dầm này so với dầm bê tông cốt thép sử dụng cốt liệu tự nhiên thông thường Từ đó có thể ứng dụng với nhiều chức năng khác nhau phù hợp hơn với các ứng dụng trong xây dựng, cảnh quan hay cải tạo nhà ở

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận văn

Đối tượng nghiên cứu: Dầm bê tông cốt thép M.200 có kích thước (80x150x1200)mm; cốt thép chịu lực D10 (SD390), cốt thép đai D6

- Kết quả thí nghiệm đo được gồm có:

+ Quan hệ tải trọng- chuyển vị (độ võng);

+ Quan hệ tải trọng- biến dạng của cốt thép;

+ Quan hệ tải trọng- biến dạng của bê tông vùng chịu uốn;

+ Giới hạn bề rộng vết nứt;

+ Chưa xét đến các ảnh hưởng khác

4 Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu của luận văn

Luận văn 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 của Việt Nam (TCVN)

Phương pháp thực nghiệm được thực hiện để đánh giá ứng xử uốn của dầm bê tông cốt thép M.200 có kích thước dầm (80x150x1200)mm; cốt thép chịu lực D10, cốt thép đai D6 với khoảng cách 150mm; lớp bê tông bảo vệ 20mm Dầm chịu 4 điểm uốn được chia làm 03 đoạn (300mm) bằng nhau, bên dưới là 2 gối 2 bên, phía trên là nén tại 2 điểm phía trong với

tỉ lệ thay thế đá 1x2 (cốt liệu tự nhiên) bằng cốt liệu đá 1x2 (cốt liệu từ bê tông tái chế) theo các tỉ lệ như sau: 0%; 50%; 75%, kiểm chứng lý thuyết tính toán và lý thuyết nguyên cứu đã

đề xuất

5 Ý nghĩa lý luận và thực tiễn của luận văn

Ý nghĩa khoa học của luận văn: Nghiên cứu ứng xử chịu uốn của dầm bê tông cốt thép có

sử dụng RCA bằng phương pháp kết hợp lý thuyết với thí nghiệm, từ đó lựa chọn phương pháp tính toán tỷ lệ phù hợp RCA để phù hợp với kết cấu dầm bê tông cốt thép

Ý nghĩa thực tiễn của luận văn: Kết quả nghiên cứu của luận văn có thể coi là tài liệu tham khảo tốt cho việc ứng dụng RCA cho kết cấu dầm bê tông tại Việt Nam, cần thiết triển khai trong các kết cầu cho sự phát triển các công trình

6 Bố cục của Luận văn

Bố cục Luận văn gồm 04 chương:

Chương 1 Tổng quan nghiên cứu chế tạo bê tông cốt thép có sử dụng RCA

Chương 2 Cơ sở khoa học chế tạo dầm bê tông cốt thép có sử dụng RCA

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ SỬ

DỤNG BÊ TÔNG CŨ LÀM CỐT LIỆU 1.1 Bê tông cốt thép

1.1.1 Khái niệm bê tông cốt thép

Trong các công trình xây dựng, việc kết hợp hai loại vật liệu là bê tông và cốt thép là một cộng tác chịu lực rất tốt, sản phẩm này gọi chung là bê tông cốt thép Hiện nay bê tông cốt thép được sử dụng rộng rãi trong xây dựng, là loại vật liệu khá thông dụng và phổ biến

Bê tông cốt thép được xem là một loại đá nhân tạo, có ứng dụng cao trong xây dựng các công trình phục vụ dân dụng lẫn trong công trình giao thông Trong hầu hết các công trình hiện nay, bê tông cốt thép đóng vai trò là kết cấu chịu lực chính cho cả công trình

Nếu tách hai vật liệu đó ra chúng ta thấy rằng: Bê tông là vật liệu có khả năng chịu nén khá nhưng khả năng chịu kéo lại rất kém; Cốt thép là vật liệu chịu nén và chịu kéo đều tốt Cốt thép và bê tông có hệ số giãn nở nhiệt gần giống nhau, do đó tránh được sự ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường Bê tông bảo vệ cốt thép khỏi sự xâm thực của môi trường, thép định

vị bê tông nhằm tránh nứt vỡ Bê tông có đặc tính chịu kéo và uốn kém, khi có cốt thép nhược điểm này sẽ được khắc phục do thép là vật liệu chịu kéo khá tốt

Chính vì vậy kết hợp hai loại vật liệu này lại sẽ tăng khả năng chịu lực cho kết cấu, đó chính là bê tông cốt thép; Sự kết hợp này đem lại nhiều ưu điểm nổi bật cho bê tông cốt thép Về cơ bản trong cấu kiện bê tông cốt thép thì cốt thép sẽ chịu ứng suất kéo còn bê tông chịu ứng suất nén, vì cốt thép chịu nén và kéo đều tốt, còn nhược điểm của bê tông là chỉ chịu nén tốt, còn chịu kéo thì kém

Trong dầm bê tông cốt thép, thép dọc được đặt vào vùng kéo do uốn, thép xiên ở vùng chịu ứng suất kéo chính Ngoài ra, thép dọc cũng được đặt vào vùng nén để giảm kích thước tiết diện

1.1.2 Tính chất của bê tông cốt thép

Bê tông cốt thép là vật liệu xây dựng phức hợp do hai loại vật liệu là bê tông và cốt thép

có đặc trưng cơ học khác nhau cùng phối hợp chịu lực với nhau

Bê tông là loại vật liệu phức hợp bao gồm xi măng (chất kết dính), cát, sỏi - đá (cốt liệu)

kết lại với nhau dưới tác dụng của nước Cường độ chịu kéo của bê tông nhỏ hơn cường độ chịu nén rất nhiều (8-15 lần)

Thép là loại vật liệu chịu kéo và chịu nén đều rất tốt Do đó nếu đặt lượng cốt thép thích hợp vào tiết diện của kết cấu thì khả năng chịu lực của kết cấu tăng lên rất nhiều Dầm bê tông cốt thép có thể có khả năng chịu lực lớn hơn dầm bê tông có cùng kích thước đến gần

20 lần

Bêtông và cốt thép cùng làm việc được với nhau là do:

- Bê tông khi đóng rắn lại thì dính chặt với thép cho nên ứng lực có thể truyền từ vật liệu này sang vật liệu kia, lực dính có được đảm bảo đầy đủ thì khả năng chịu lực của thép mới được khai thác triệt để

- Giữa bê tông và cốt thép không xảy ra phản ứng hóa học

- Hệ số giãn nở của cốt thép ασ và bê tông αβ gần bằng nhau

1.1.3 Phân loại bê tông cốt thép

Theo phương pháp thi công, có thể chia thành 3 loại sau:

- Bê tông cốt thép toàn khối: Ghép cốp pha và đổ bê tông tại công trình, điều này đảm bảo tính chất làm việc toàn khối (liên tục) của bê tông, làm cho công trình có cường độ và độ ổn định cao

- Bê tông cốt thép lắp ghép: Chế tạo từng cấu kiện (móng, cột, dầm, sàn…) tại nhà máy, sau đó đem lắp ghép vào công trình Cách thi công này đảm bảo chất lượng bêtông trong từng cấu kiện, thi công nhanh hơn, ít bị ảnh hưởng của thời tiết, nhưng độ cứng toàn khối và

độ ổn định của cả công trình thấp

- Bê tông cốt thép bán lắp ghép: Có một số cấu kiện được chế tạo tại nhà máy, một số khác

đổ tại công trình để đảm bảo độ cứng toàn khối và độ ổn định cho công trình Thường thì sàn được lắp ghép sau, còn móng, cột, dầm được đổ toàn khối

Ngoài ra còn phân loại theo trạng thái ứng suất khi chế tạo ta có:

- Bê tông cốt thép thường: khi chế tạo, cốt thép ở trạng thái không có ứng suất, ngoài nội ứng suất do co ngót và giãn nở nhiệt của bê tông

- Bê tông cốt thép ứng suất trước: căng trước cốt thép đến ứng suất cho phép, khi buông

cốt thép, nó sẽ co lại, tạo ứng suất nén trước trong tiết diện bê tông

1.1.4 Ưu- khuyết điểm của bê tông cốt thép

Ưu điểm:

- Sử dụng rộng rãi

- Rẻ tiền so với thép khi chúng cùng chịu tải trọng như nhau

- Có khả năng chịu lực lớn so với gạch đá và gỗ, có thể chịu được tải trọng động lực và lực động đất

- Bền vững, dễ bảo dưỡng, sửa chữa ít tốn kém so với thép và gỗ

- Chịu lửa tốt hơn so với thép và gỗ

- Có thể đúc thành kết cấu có hình dạng bất kỳ theo các yêu cầu về cấu tạo, về sử dụng cũng như về kiến trúc

- Thi công phức tạp, tốn nhiều cốp pha khi thi công toàn khối

1.2 Thực trạng tái chế bê tông cũ làm cốt liệu

1.2.1 Trên thế giới

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 (RCA) trong xây dựng

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 (STA) 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, 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

STA 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, STA 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 STA 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 RCA ở Hoa Kỳ được coi như một vật liệu

cơ bản; Việc sử dụng RCA trong nhựa đường nóng (HMA) không được chấp nhận rộng rãi

ở Hoa Kỳ

(nguồn: Fraunhofer-informationszentrum Raum und Bau IRB)

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 RCA 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 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 phế liệu theo kích cỡ yêu cầu cho ứng dụng bê tông

Luxembourg: Hiện trạng quản lý chất thải ở Luxembourg đứng vị trí thứ 2 trong số 28 nước châu Âu Thứ hạng cao của quốc gia này cho thấy tỷ lệ chất thải xây dựng bao gồm cả đất đá được tái sử dụng lớn 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 Chaussées du Luxembourg RCA 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

(nguồn: Universite du Luxembourg)

Châu Âu: Theo Khung Hướng dẫn về Xử lý Chất thải của châu Âu, các quốc gia thành viên phải thực hiện các biện pháp cần thiết để đạt được mục tiêu thu hồi, tái sử dụng và tái chế tối thiểu 70% (tính theo trọng lượng) lượng phế liệu xây dựng vào năm 2020

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 RCA 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

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 RCA 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

Đức: Theo các chuyên gia Đức, việc sử dụng RCA mang tính khả thi Tuy nhiên, vẫn còn một số hạn chế như quy trình sản xuất RCA 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

Dữ liệu chỉ ra rằng việc tái chế chất thải xây dựng được thực hiện ở mức cao tại các quốc gia này: ở Nhật Bản = 98%, ở Hà Lan = 90%

Mặc dù mức độ tái chế bê tông thải cao ở một số quốc gia, nhưng RCA được sử dụng chủ

yếu trong nền đường, làm vật liệu lấp sau tường chắn, để xây dựng các yếu tố bê tông phi kết

cấu (lề đường, đường mòn, hàng rào) và chỉ một vài phần trăm của RCA được sử dụng để sản

xuất bê tông kết cấu

(nguồn:http://tapchinguoixaydung.vn/15/792)

1.2.2 Tại Việt Nam

Những năm gần đây, nền kinh tế nước ta phát triển kéo theo sự thay đổi của hệ thống cơ

hạ tầng Những công trình xây dựng cũ bị phá dỡ để thay thế bằng các công trình mới quy

mô hơn, hiện đại hơn, hệ thống giao thông cũ được mở rộng, kéo theo sự giải tỏa các công

trình nằm trong quy hoạch mở rộng đường Tại các đô thị lớn có rất nhiều khu chung cư được

xây dựng cách đây vài thập kỷ đã cũ nát, xuống cấp cần phải phá dỡ nâng cấp cải tạo đã tạo

ra lượng phế thải phá dỡ công trình xây dựng (PTXD) như bê tông, gạch xây, vữa, gạch lát…

Việc tái sử dụng PTXD làm cốt liệu sử dụng cho các công trình xây dựng và giao thông

đã được áp dụng ở rất nhiều nước trên thế giới và đã được đánh giá là đảm bảo yêu cầu kỹ

thuật, đem lại lợi ích kinh tế và môi trường Việc tái chế PTXD trở thành vấn đề cấp bách

trong xu thế mà các loại rác thải các thành phố lớn ngày càng tăng và trở nên quá tải đối với

các bãi chứa rác

Nghị định 102/2003/NĐ-CP ngày 03/9/2003 của Chính phủ, Quyết định 377/QĐ-BXD

ngày 14/3/2008 của bộ xây dựng về “chương trình sử dụng năng lượng xanh, tài nguyên tiết

kiệm và hiệu quả trong hoạt động xây dựng” Nghiên cứu tái sử dụng, tái chế phế thải làm

nguyên, nhiên liệu trong sản xuất VLXD thuộc chương trình sử dụng năng lượng, tài nguyên

tiết kiệm và hiệu quả trong hoạt động xây dựng Viện Vật liệu xây dựng đã thực hiện nhiệm

vụ Bộ Xây dựng giao là nghiên cứu sử dụng phế thải phá dỡ công trình làm bê tông và vữa

xây dựng Nội dung chính là:

- Nghiên cứu, đánh giá các tính chất của cốt liệu tái chế từ phế thải xây dựng cũng như

tính chất bê tông và vữa sử dụng cốt liệu tái chế từ nguồn PTXD khác nhau

- Lựa chọn công nghệ thách hợp để tái chế PTXD thành cốt liệu cho bê tông và vữa và

công nghệ chế tạo bê tông và vữa sử dụng cốt liệu tái chế

Với các điển hình trên, việc tái sử dụng phế thải phá dỡ công trình xây dựng làm cốt liệu

cho các công trình xây dựng và giao thông đã được từng bước nghiên cứu áp dụng, được

đánh giá là đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, đem lại lợi ích kinh tế và môi trường

Chương 2

CƠ SỞ KHOA HỌC CHẾ TẠO DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ SỬ DỤNG BÊ

TÔNG CŨ LÀM CỐT LIỆU 2.1 Tái chế bê tông

Khi các cấu trúc làm bằng bê tông bị phá hủy hoặc cải tạo, tái chế bê tông là một phương pháp ngày càng phổ biến để sử dụng đống đổ nát Bê tông đã từng được vận chuyển thường xuyên đến các bãi chôn lấp để xử lý, nhưng tái chế có một số lợi ích khiến nó trở thành một lựa chọn hấp dẫn hơn trong thời đại nhận thức môi trường lớn hơn, luật môi trường hơn và mong muốn giảm chi phí xây dựng

Cốt liệu bê tông được thu thập từ các vị trí phá hủy được đưa qua máy nghiền Các cơ sở nghiền chỉ chấp nhận bê tông không bị nhiễm bẩn, không được chứa rác, gỗ, giấy và các vật liệu khác Sản phẩm nghiền được sắp xếp theo kích thước, khối lớn hơn có thể đi qua máy nghiền một lần nữa Sau khi nghiền đã diễn ra, các hạt khác được lọc ra thông qua nhiều phương pháp khác nhau bao gồm lấy bằng tay và tuyển nổi nước

Nghiền tại công trường thực tế bằng máy nghiền cầm tay giúp giảm chi phí xây dựng và

ô nhiễm phát sinh khi so sánh với việc vận chuyển vật liệu đến và đi từ mỏ đá Các nhà máy

di động lớn có thể nghiền nát bê tông và nhựa đường với tốc độ 600 tấn mỗi giờ trở lên Các

hệ thống này thường bao gồm một máy nghiền đá vụn, băng tải xả bên, nhà máy sàng lọc và một băng tải trở lại từ màn hình đến đầu vào máy nghiền để xử lý lại các vật liệu quá khổ Máy nghiền mini nhỏ gọn, khép kín cũng có sẵn có thể xử lý tới 150 tấn mỗi giờ và phù hợp với các khu vực chặt chẽ hơn Với sự ra đời của các máy đính kèm máy nghiền - những thiết

bị được kết nối với các thiết bị xây dựng khác nhau, chẳng hạn như máy đào - xu hướng tái chế tại chỗ với khối lượng vật liệu nhỏ hơn đang phát triển nhanh chóng Các tệp đính kèm này bao gồm khối lượng 100 tấn/giờ và ít hơn

(nguồn: en.m.wikipecdia.org/wiki)

2.2 Công dụng của bê tông tái chế

Những mảnh bê tông nhỏ hơn được sử dụng làm sỏi cho các dự án xây dựng mới Sỏi dưới nền được đặt dưới dạng lớp thấp nhất trên đường, với bê tông tươi hoặc nhựa đường đổ trên nó Cơ quan Quản lý đường cao tốc Liên bang Hoa Kỳ có thể sử dụng các kỹ thuật như những kỹ thuật này để xây dựng đường cao tốc mới từ vật liệu của đường cao tốc cũ Bê tông

tái chế nghiền cũng có thể được sử dụng làm cốt liệu khô cho bê tông hoàn toàn mới nếu không có chất gây ô nhiễm Ngoài ra, mặt đường bê tông có thể được phá vỡ tại chỗ và được

sử dụng làm lớp nền cho mặt đường nhựa thông qua một quá trình gọi là đá vụn

Những mảnh bê tông nghiền lớn hơn có thể được sử dụng như các kè rách, là một phương pháp rất hiệu quả và phổ biến để kiểm soát xói mòn bờ suối

Với kiểm soát chất lượng thích hợp tại cơ sở nghiền, các vật liệu được phân loại tốt và thẩm mỹ có thể được cung cấp để thay thế cho đá hoặc mùn cảnh quan

Rọ dây (lồng), có thể được lấp đầy bằng bê tông nghiền nát và xếp chồng lên nhau để cung cấp tường chắn kinh tế Các rọ đá xếp chồng lên nhau cũng được sử dụng để xây dựng các bức tường màn hình riêng tư (thay cho hàng rào)

(nguồn: en.m.wikipecdia.org)

2.2.1 Sử dụng cốt liệu thô tái chế trong bê tông

Thống kê gần đây cho thấy nhu cầu tổng hợp xây dựng ngày càng tăng có thể đạt 48,3 tỷ tấn vào năm 2015 với mức tiêu thụ cao nhất là ở châu Á và Thái Bình Dương Nhu cầu cao

về bê tông có nghĩa là sẽ xây dựng thêm nhiều tòa nhà mới sau khi phá hủy các tòa nhà cũ, tạo ra một khối lượng lớn chất thải (chất thải xây dựng và chất thải phá hủy) như một sản phẩm của tăng trưởng kinh tế Tuy nhiên, cách phổ biến nhất để xử lý chất thải này là đổ rác vào bãi rác Nếu không được bảo trì đúng cách, các bãi chôn lấp có thể gây ra nhiều vấn đề môi trường như ô nhiễm không khí và ô nhiễm nước Điều này, cùng với sự thiếu hụt các nguồn lực gây ra bởi sự tăng trưởng trong xây dựng này, đã khiến ngày càng nhiều quốc gia bắt đầu xem xét tầm quan trọng của việc tái chế chất thải

(nguồn: saluscascia.it/5/325-recycle-of-aggregate-in-new-concrete.html)

Nhìn chung, việc tái sử dụng và tái chế chất thải xây dựng được tập trung vào việc chuẩn

bị cốt liệu tái chế cho bê tông Bằng cách thêm một phần cốt liệu tái chế thay vì cốt liệu tự nhiên thô vào hỗn hợp, tạo ra bê tông tái chế, có thể bảo tồn năng lượng và vật liệu cho sản xuất bê tông

2.2.2 Độ bền của cốt liệu tái chế

Một số thí nghiệm cho thấy cốt liệu tái chế không có độ bền tốt như cốt liệu thô tự nhiên nhưng độ bền có thể được cải thiện bằng cách trộn nó với các vật liệu đặc biệt như tro bay

để tạo ra bê tông cường độ cao và bền

Trong phạm vi bài viết này, chưa nghiên cứu đến các vật liệu tạo ra bê tông cường độ cao

và bền

2.2.3 Công dụng của bê tông tái chế

Có nhiều lợi ích trong việc tái chế bê tông:

- Tiết kiệm không gian bãi rác (thay vì vứt bỏ hoặc chôn nó trong bãi rác)

- Bảo tồn tài nguyên thiên nhiên bằng cách giảm nhu cầu khai thác sỏi , nước, than, dầu

và khí đốt

- Khi được sử dụng làm vật liệu cơ bản cho đường bộ, giảm ô nhiễm từ vận chuyển chất thải đến bãi rác và bãi thải

- Tạo cơ hội việc làm

- Kéo giảm chi phí vận chuyển vật liệu và chất thải

(nguồn: en.m.wikipecdia.org)

2.2.4 Tính toán cấu kiện chịu uốn

Cấu kiện chịu uốn là những cấu kiện chịu tác dụng của moment uốn và lực cắt hoặc chỉ moment uốn thuần túy (ít gặp ở thực tế); Cấu kiện chịu uốn của bêtông cốt thép dùng trong xây dựng chiếm 1 tỷ lệ đáng kể trong toàn bộ kết cấu bêtông cốt thép Đó là kết cấu mái, sàn,

đà của khung và các loại dầm khác.v.v và kết cấu bản

2.2.5 Sự làm việc của cấu kiện chịu uốn

Quan sát sự làm việc của dầm từ lúc mới đặt tải đến lúc phá hoại, sự diễn biến của dầm xảy ra như sau (hình 3.6)

Khi tải trọng chưa lớn thì dầm vẫn còn nguyên vẹn, tiếp đó cùng với sự tăng của tải trọng, xuất hiện của khe nứt thẳng góc với trục dầm tại đoạn dầm có moment lớn và những khe nứt nghiêng ở đoạn dầm gần gối tựa là chỗ có lực ngang lớn, khi tải trọng đã lớn thì dầm bị phá hoại hoặc tại tiết diện có khe nứt thẳng góc, hoặc tại tiết diện có khe nứt nghiêng Trong suốt quá trình đặt tải, độ võng của dầm cứ tăng lên Trong trạng thái giới hạn của dầm theo khả năng chịu lực (tức là theo cường độ) được đặc trưng bằng sự phá hoại theo tiết diện thẳng góc với trục dầm hoặc theo tiết diện nghiêng, vì vậy tính toán cấu kiện chịu uốn theo khả năng chịu lực bao gồm tính toán trên tiết diện thẳng góc và trên tiết diện nghiêng

2.2.6 Tính toán cường độ trên tiết diện thẳng góc

Tính toán cấu kiện có tiết diện chữ nhật : Có 2 trường hợp đặt cốt thép, trên tiết diện của cấu kiện chỉ có cốt chịu kéo (gọi tắt là tiết diện đặt cốt đơn) hoặc có cả cốt chịu kéo lẫn cốt chịu nén (gọi tắt là tiết diện đặt cốt kép)

Tiết diện đặt cốt đơn : Đặc điểm phá hoại theo tiết diện thẳng góc và giả thiết tính toán (3 giai đoạn của trạng thái ứng suất biến dạng trên tiết diện của cấu kiện chịu uốn)

Có thể xảy ra 3 trường hợp sau:

1 Phá hoại trên tiết diện thẳng góc do ứng suất trong miền chịu kéo đạt đến giới hạn chảy sớm Rs , còn trong bê tông của vùng chịu nén chưa đạt đến giới hạn cường độ chịu nén khi uốn

2 Phá hoại trên tiết diện thẳng góc do ứng suất trong miền bê tông chịu nén đạt đến cường

độ chịu nén khi uốn Rb còn cường độ của cốt thép chịu kéo chưa tận dụng hết

3 Trường hợp ở giữa hai trường hợp trên, khi đó cấu kiện chịu uốn bị phá hoại do miền chịu kéo và chịu nén của cấu kiện đồng thời đạt đến giới hạn cường độ, trong trường hợp này đối với tiết diện có biểu đồ ứng suất hai đầu, vấn đề bố trí cốt thép để chịu lực được tiết kiệm nhất

Trong tính toán, lấy trường hợp thứ 3 làm cơ sở cho trạng thái giới hạn về cường độ trên tiết diện thẳng góc của cấu kiện Sơ đồ ứng suất dùng để tính toán tiết diện lấy như sau: + Ứng suất của miền bê tông chịu nén đạt đến cường độ chịu nén Rb; sơ đồ ứng suất của miền đó xem là hình chữ nhật

+ Ứng suất ở miền kéo không kể đến khả năng chịu kéo của bê tông (vì bêtông đã bị nứt vào giai đoạn này); cốt chịu kéo đạt tới cường độ chịu kéo tính toán Rs

Trong thực tế, sơ đồ ứng suất của miền bê tông chịu nén có dạng đường cong, trị số ứng suất cực đại của miền đó vượt quá cường độ lăng trụ Nếu dùng sơ đồ ứng suất dạng đường cong thì việc tính toán sẽ trở nên phức tạp, do đó người ta quy đổi sơ đồ đó thành sơ đồ chữ nhật, dựa vào hai điều kiện sau đây:

(1) Hợp lực của ứng suất phân bố theo hai sơ đồ phải bằng nhau

(2) Bề cao của sơ đồ chữ nhật phải chọn sao cho cánh tay đòn của nội ngẫu lực của 2 sơ

đồ phải bằng nhau có như thế mới bảo đảm được sự bằng nhau của moment uốn của 2 sơ đồ

đó

2.3 Đối tượng nghiên cứu

Phạm vi đề tài nghiên cứu ứng xử chịu uốn của dầm bê tông cốt thép có sử dụng cốt liệu

từ bê tông cũ: Nghiên cứu dầm bê tông cốt thép cốt thép ở trạng thái không có ứng suất

(Sơ đồ dầm bê tông cốt thép cốt thép ở trạng thái không có ứng suất)

Chương 3 THỰC NGHIỆM 3.1 Chương trình thực nghiệm

THIẾT BỊ

SÀNG: XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN

HẠT CÂN: XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG BÌNH: XÁC ĐỊNH THỂ TÍCH MÁY TRỘN BÊ TÔNG KHUÔN DẦM (80x150x1200)mm

THIẾT KẾ CẤP PHỐI BÊ TÔNG CÁT – ĐÁ 1x2 – XI MĂNG – NƯỚC

XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG VẬT LIỆU THỰC NGHIỆM

CÁT – ĐÁ 1x2 - XI MĂNG – NƯỚC - RCA

ĐÚC MẪU BÊ TÔNG (BẢO DƯỠNG – ĐỘ SỤT)

KIỂM TRA KHẢ NĂNG CHỊU UỐN CỦA DẦM BÊ TÔNG

QUA 2 ĐIỂM TÁC DỤNG THEO PHƯƠNG THẲNG ĐỨNG LÊN DẦM (28 NGÀY TUỔI)

GHI NHẬN KẾT QUẢ - VẼ BIỂU ĐỒ

- Strain Gages đo cảm biến

- Các máy móc thiết bị và các vật liệu khác

3.3 Chuẩn bị mẫu thí nghiệm

Từ bảng trên, thành phần hạt của cát cần phải thỏa mãn theo TCVN 7570:2006, Ta vẽ được biểu đồ phạm vi chuẩn như sau:

Từ kết quả thí nghiệm trên, ta vẽ được biểu đồ phạm vi tiêu chuẩn thành phần hạt cốt liệu Đá như sau:

Sử dụng nước sinh hoạt

3.3.3 Cốt liệu hạt lớn được tái chế từ bê tông cũ

Bê tông tái chế được sử dụng trong đề tài là loại cấp phối hạt lớn được phân rã từ các mẫu

bê tông kích thước 150x150x150 M.200; Được lấy từ các phòng thí nghiệm hiện trường công trình đang được triển khai thi công đã bị nén đến phá hoại để kiểm tra cường độ bê tông tại

28 ngày tuồi; Kế tiếp là dùng máy nén thủy lực nén đến phá hủy mẫu, tiếp tục dùng búa để tạo thành cấp phối mong muốn

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Kích thước lỗ sàng

(nguồn: tác giả)

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

Kết quả thí nghiệm thành phần hạt từ bê tông tái chế được dùng để làm cốt liệu chế tạo bê tông thực nghiệm

Một vấn đề được đặt ra: chất lượng cốt liệu trong bê tông cũ (cát, đá, xi măng…) so với chất lượng của cốt liệu mới có ảnh hưởng đến cường độ bê tông tái chế hay không(?), độ dính bám cốt liệu tái chế như thế nào (?)

Giải quyết vấn đề:

- Nên sử dụng cốt liệu đá 1x2 có cùng xuất xứ

- Rửa sạch sạch cốt liệu cũ trước khi đưa vào sàng để phân loại hạt nhằm tăng độ dính bám cho bê tông tái chế

Bảng 3.3 Kết quả thí nghiệm bê tông cũ sử dụng làm cốt liệu chế tạo bê tông

(nguồn: tác giả)

Biểu đồ 3.3 Đường thành phần hạt vật liệu từ bê tông cũ

3.4.1 Thiết kế cấp phối bê tông

Trên cơ sở Quyết định số 1329/QĐ-BXD ngày 19/12/2016 của Bộ Xây dựng công bố định mức sử dụng vật liệu trong xây dựng, ta được cấp phối bê tông như sau:

Bảng 3.4 Cấp phối bê tông cho 01 m3 bê tông với cốt liệu tự nhiên Mác bê

tông

Xi măng (kg)

Đá (kg)

Cát (kg)

Nước (lít)

Phụ gia (lít)

Độ sụt thiết

kế (cm)

(nguồn: TCVN)

3.4.2 Xác định khối lượng và số lượng mẫu phục vụ thực nghiệm

- Thực nghiệm với dầm bê tông cốt thép M.200 có kích thước dầm (80x150x1200)mm; cốt thép chịu lực D10 (SD390), cốt thép đai D6 với khoảng cách 150mm; lớp bê tông bảo vệ 20mm; dầm chịu uốn 04 điểm, được chia làm 03 đoạn (300mm) bằng nhau, bên dưới là 02 gối 2 bên, phía trên là nén tại 02 điểm phía trong (Hình 3.6) (Hình 3.7)

- Tỷ lệ thay thế đá 1x2 (cốt liệu tự nhiên) bằng cốt liệu đá 1x2 (cốt liệu từ bê tông tái chế) theo các tỉ lệ như sau: 0%; 50%; 75%

- Các mẫu dầm bê tông cốt thép được nén tại các độ tuổi 28 ngày

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

KL (m3)

3.5.1.1 Thí nghiệm cường độ bê tông

Mẫu bê tông sau khi bảo dưỡng sẽ được đem đi nén để kiểm tra cường độ Trong nghiên cứu này sử dụng máy nén bê tông Controls 300 tấn để xác định cường độ nén của mẫu Cường

độ nén của mẫu bằng lực nén lớn nhất chia cho diện tích bề mặt mẫu Các mẫu được nén sau

28 ngày bảo dưỡng Mỗi lần thí nghiệm với 3 mẫu thử, lấy giá trị trung bình

Cường độ nén của viên mẫu chuẩn lập phương có cạnh bằng 150mm được xác định theo công thức:

- P: Tải trọng phá hoại mẫu, kG (daN)

- F: Diện tích chịu lực nén của viên mẫu, cm2

- K = 1: Hệ số chuyển đổi kết quả thử nén các mẫu bê tông kích thước (150x150x150)mm

3.5.1.2 Thí nghiệm dầm

- Thí nghiệm dầm bê tông cường độ cao tiết diện mặt cắt chữ nhật cốt thép có tham khảo theo các Tiêu chuẩn TCVN 9347

- Căn cứ vào (TCVN 9347:2012: mục 7.1.3)

Sự làm việc theo một phương của dầm chịu uốn có gối tự do, khi thí nghiệm phải tạo ra hai gối tựa ở 2 đầu dầm và được chất tải ở hai vị trí theo (Hình 3.6) và (Hình 3.7), đơn vị trên hình vẽ là (mm)

(Nguồn: tác giả)

Hình 3.6 Mô hình nén dầm tại 2 điểm

(Nguồn: tác giả)

SGct1: Đo biến dạng cốt thép đai – ký hiệu SG1

SGct2: Đo biến dạng cốt thép dọc – ký hiệu SG2

SGBT: Đo biến dạng bê tông – ký hiệu SG3

Hình 3.7 Sơ đồ thí nghiệm dầm

Chương 4 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 4.1 Cường độ bê tông ở 28 ngày:

Bảng 4.1 Kết quả thí nghiệm cường độ mẫu bê tông ở tuổi thứ 28 ngày

Ký hiệu mẫu thế cốt liệu Tỷ lệ thay

Cường độ mẫu

Số đồng hồ (kN)

Phá hoại (daN/cm2)

Trung bình phá hoại (daN/cm2)