Nghiên cứu thực nghiệm khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép có tro bay thay thế xi măng

Trong giới hạn nghiên cứu của luận văn có thể kết luận rằng tro bay có thể được sử dụng để thay thế một phần xi măng trong dầm bê tông cốt thép.. Nhờ độ mịn cao, độ hoạt tính lớn cộng vớ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN HOÀNG DI

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHẢ NĂNG CHỊU UỐN CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ

TRO BAY THAY THẾ XI MĂNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình dân dụng và công nghiệp

Mã số: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Ng i h ng d n h h c: TS NGUYỄN VĂN CH NH

Đà Nẵng - Năm 2019

LỜI CAM ĐOAN

Đề tài “Nghiên cứu thực nghiệm khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép

có tro bay thay thế xi măng” dưới sự hướng dẫn của TS Nguyễn Văn Chính được

Hiệu trưởng trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng Quyết định giao nhiệm vụ tại Quyết định số 1528/QĐ-ĐHBK, ngày 14 tháng 9 năm 2018

Tôi cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác./

Tác giả luận văn

Nguyễn Hoàng Di

Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHẢ NĂNG CHỊU UỐN

CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ TRO BAY THAY THẾ XI MĂNG

Học viên: Nguyễn Hoàng D - Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình DD và CN

Mã số: 60.58.02.08 - Khóa: K34, Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN

Tóm tắt:

Đề tài nghiên cứu thực nghiệm khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép khi tro bay nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân được sử dụng để thay thế xi măng với các thành phần tỉ lệ tương ứng là 0%, 10%, 20% và 40% 12 dầm BTCT kích thước tiết diện ngang là 100x150 và chiều dài là 1000mm được đúc và dưỡng hộ trong môi trường nước Các dầm được thí nghiệm uốn theo sơ đồ 4 điểm lần lượt tại các thời điểm 28 ngày, 56 ngày và 90 ngày

Kết quả cho thấy rằng khi sử dụng tro bay Vĩnh Tân thay thế một phần xi măng, hình dạng đường cong quan hệ lực chuyển vị của dầm bê tông cốt thép dường như không đổi nhiều Tro bay góp phần suy giảm rất ít khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép dù tỉ lệ tro bay thay thế xi măng lên đến 40% Trong giới hạn tỉ lệ tro bay thay thế xi măng từ 10%, 20% và 40% tất cả các dầm bê tông cốt thép đều phá hoại uốn Trong giới hạn nghiên cứu của luận văn có thể kết luận rằng tro bay có thể được sử dụng để thay thế một phần xi măng trong dầm bê tông cốt thép Những nghiên cứu sâu hơn cần được thực hiện với các tỉ lệ thay thế khác nhau và với các loại tro bay tại các nhà máy nhiệt điện khác nhau

Từ hó : Tro bay, dầm bê tông cốt thép, khả năng chịu uốn, lực, chuyển vị

Project title:

EXPERIMENTAL STUDY OF BENDING RESISTANCE OF REINFORCED

CONCRETE BEAMS WITH FLY ASH REPLACING CEMENT

Abstract:

The project studied the flexural performance of reinforced concrete beams in which fly ash from Vinh Tan power station was used to replace cement in the proportions of 0%, 10%, 20% and 40% Twelve reinforced concrete beams, dimensions of 100x150mm in cross section and 1000mm in longitudinal were cast and cured in water These beams were flexurally tested under 4 points bending at 28 days, 56 days and 90 days respectively

The results show that fly ash does not affect the load and deflection curves Fly ash reduced slightly the flexural loads of reinforced concrete beams even when 40% was used to replace cement Whithin the range of proportion replacement from 10% to 40%, all beams were failed

in flexure With in the range of investigation, fly ash can be used to replace cement in RC beams Further research should be conducted at varied proportions of fly ash replacement and for different sources of fly ash

Key words: fly ash, reinforced concrete beam, flexural performance, load, deflection

MỤC LỤC

TRANG BÌA

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu của đề tài 2

Đối tượng nghiên cứu 2

4 Phạm vi nghiên cứu 2

5 Bố cục của luận văn 3

CHƯƠNG 1 T NG UAN V B T NG, TRO BAY VÀ DẦM BÊ TÔNG

CỐT THÉP 4

1.1 B T NG VÀ B T NG CỐT THÉP 4

1.1.1 Khái niệm thành phần, cấu trúc và phân loại bê tông 4

1.1.2 Cường độ của bê tông 5

1.1 Cốt thép 8

1.1.4 Bê tông cốt thép 9

1.2 T NG UAN VÀ PH M VI NG DỤNG C A TRO BAY TRONG X Y DỰNG 9

1.2.1 Khái nệm chung 9

1.2.2 Phân loại 9

1.2 Thành phần hóa học 11

1.2.4 Ảnh hưởng của tro bay đến một số đặc tính của bê tông 12

1.2.5 Một số công trình ứng dụng tro bay ở Việt Nam 14

1.2.6 ng dụng tro bay trong một số lĩnh vực và công trình trên thế giới 15

1 SỰ LÀM VIỆC C A DẦM B T NG CỐT THÉP 16

1 .1 Sự làm việc của dầm BTCT 16

1 .2 Các hình thức phá hoại của dầm 17

1 Trạng thái ứng suất biến dạng tại tiết diện thẳng góc dầm BTCT 18

1.4 KẾT LUẬN 20

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU SỬ DỤNG VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 21

2.1 VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG THÍ NGHIỆM 21

2.1.1 Cát (Cốt liệu nhỏ) 21

2.1 Xi măng 24

2.1.4 Nước 25

2.1.5 Tro bay 27

2.1.6 Cốt thép 31

2.2 THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG THÍ NGHIỆM 32

2.2.1.Ván khuôn 32

2.2.2 Đầm bê tông 32

2.2.3 Máy nén 32

2.2.4 Phòng dưỡng hộ mẫu 33

2.2.5 Máy trộn bê tông: sử dụng máy trộn dung tích 00l 34

2.2.6 Thiết bị uốn dầm bê tông: 34

2 KẾT LUẬN 35

CHƯƠNG NGHI N C U THỰC NGHIỆM KHẢ NĂNG CHỊU UỐN C A DẦM B T NG CỐT THÉP CÓ TRO BAY THAY THẾ XI MĂNG 36

1 GIỚI THIỆU CHUNG 36

2 CHƯƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM 36

2.1 Vật liệu sử dụng trong thí nghiệm 36

2.2 Chi tiết về chương trình thí nghiệm 36

2 Chi tiết về mẫu dầm BTCT sử dụng trong thí nghiệm 37

2.4 Đúc mẫu và dưỡng hộ mẫu 37

2.5 Xác định độ sụt của các thành phần cấp phối 39

2.6 Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của bê tông 40

2.7 Thí nghiệm uốn dầm BTCT 42

KẾT UẢ VÀ THẢO LUẬN 43

1 Độ sụt của hỗn hợp bê tông tươi 43

2 Cường độ chịu nén của bê tông 43

uan hệ lực uốn- chuyển vị giữa dầm của các dầm BTCT 44

4 Hình dạng vết nứt 48

4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 49

KẾT LUẬN CHUNG VÀ KİẾN NGHỊ 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO

UYẾT ĐỊNH GIAO Đ TÀI LUẬN VĂN TH C SĨ (BẢN SAO)

BẢN SAO KẾT LUẬN C A HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT C A CÁC PHẢN BIỆN

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Hệ số chất lượng vật liệu A và A1 8

Bảng 1.2 Tiêu chuẩn tro bay theo ASTM 10

Bảng 1 Thành phần hóa học của tro bay theo vùng miền [4] 11

Bảng 1.4 Thành phần hóa học tro bay ở Ba Lan từ các nguồn nguyên liệu khác nhau 12

Bảng 2.1 Thành phần hạt của cát 21

Bảng 2.2 Hàm lượng ion Cl trong cát 21

Bảng 2 Thành phần hạt của cốt liệu lớn 22

Bảng 2.4 Mác của đá dăm từ đá thiên nhiên theo độ nén dập 23

Bảng 2.5 Yêu cầu về độ nén dập đối với sỏi và sỏi dăm 23

Bảng 2.6 Các chỉ tiêu chất lượng của xi măng poóc lăng 24

Bảng 2.7 So sánh chỉ tiêu chất lượng của Xi măng Sông Gianh PCB40 với TCVN 25

Bảng 2.8 Hàm lượng tối đa cho phép của muối hòa tan, ion sun at, ion clorua và cặn không tan trong nước trộn vữa 26

Bảng 2.9 Hàm lượng tối đa cho phép của muối hòa tan, ion sun at, ion clorua và cặn không tan trong nước dùng để rửa cốt liệu và bảo dưỡng bê tông 26

Bảng 2.10 Các yêu cầu về thời gian đông kết của xi măng và cường độ chịu nén của vữa 27

Bảng 2.11 Chỉ tiêu chất lượng tro bay dùng cho bê tông và vữa xây 28

Bảng 2.12 Kết quả thí nghiệm tro bay 29

Bảng 2.1 Kết quả kéo thép 32

Bảng 1 Chương trình thí nghiệm 37

Bảng 2 Tỉ lệ thành phần cấp phối của bê tông đúc dầm 37

Bảng Kết quả độ sụt 43

Bảng 4 Kết quả cường độ chịu nén của bê tông 43

Bảng 5 Kết quả uốn dầm bê tông cốt thép 44

Hình 1.1 Cấu trúc của bê tông 4

Hình 1.2 Đồ thị tăng cường độ theo thời gian 6

Hình 1 Sự phụ thuộc của cường độ bê tông vào lượng nước nhào trộn 7

Hình 1.4 Các dạng khe nứt trong dầm đơn giản 16

Hình 1.5 Phá hoại ở dầm 17

Hình 1.6 Các giai đoạn của trạng thái ứng suất - biến dạng trên tiết diện thẳng góc 19

Hình 2.1 Cát đúc bê tông, mỏ cát Túy Loan 22

Hình 2.2 Đá 1x2, mỏ đá Phước Tường 22

Hình 2 Xi măng Sông Gianh PCB 40 24

Hình 2.4 Tro bay Vĩnh Tân 4 27

Hình 2.5 Hình về chứng thư của tro bay 29

Hình 2.6 Hình về chứng thư của tro bay 30

Hình 2.7 Thép 8 tròn trơn - Việt Mỹ (VAS) 31

Hình 2.8 Thí nghiệm kéo thép 31

Hình 2.9 Ván khuôn đúc mẫu nén và đo độ sụt bê tông 32

Hình 2.10 Máy nén bê tông 33

Hình 2.11 Khu Thí nghiệm và bể ngâm bảo dưỡng mẫu 33

Hình 2.12 Lắp đặt dầm vào gối để thực hiện uốn dầm 34

Hình 2.1 Thiết bị đo lực và đọc số liệu 34

Hình 2.14 Thiết bị đo chuyển vị 35

Hình 1 Chi tiết dầm BTCT 37

Hình 2 Cân, đo các thành phần cấp phối và trộn bê tông 38

Hình Dưỡng hộ mẫu dầm BTCT 39

Hình 4 Đo độ sụt 39

Hình 5 Tiến hành đo độ sụt 40

Hình 6 uá trình nén mẫu 40

Hình 7 Mẫu nén sau gia tải 41

Hình 8 Kết quả từ phần mềm R = P/A 41

Hình 9 Hình vẽ thí nghiệm uốn dầm 4 điểm 42

Hình 10 Hệ thống thí nghiệm uốn dầm bốn điểm 42

Hình 11 Thí nghiệm uốn dầm theo sơ đồ 4 điểm 42

Hình 3.12 Biểu đồ quan hệ lực uốn và chuyển vị giữa dầm của các dầm nhóm 1 (28 ngày) 45

(56 ngày) 46

Hình 3.14 Biểu đồ quan hệ lực uốn và chuyển vị giữa dầm của các dầm nhóm

(90 ngày) 47

Hình 15 Dạng phá hoại của dầm và hình ảnh vết nứt nhóm 1(28 ngày) 48

Hình 16 Dạng phá hoại của dầm và hình ảnh vết nứt nhóm 2 (56 ngày) 48

Hình 17 Dạng phá hoại của dầm và hình ảnh vết nứt nhóm (90 ngày) 49

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết củ đề tài

Trong nhiều thế kỷ 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 của khoa học nhiều loại vật liệu mới đã được nghiên cứu và chế tạo thành công trong

đó có tro bay để thay thế xi măng Tro bay là sản phẩm được tạo ra từ quá trình đốt than của các nhà máy nhiệt điện Các hạt bụi tro được đưa ra qua các đường ống khói sau đó được thu hồi từ phương pháp kết sương tĩnh điện hoặc bằng phương pháp lốc xoáy Tro bay là những tinh cầu tròn siêu mịn được cấu thành từ các hạt silic có kích thước hạt là 0,05 micromet, nhờ bị thiêu đốt ở nhiệt độ rất cao trong lò đốt nên có tính puzzolan là tính hút vôi rất cao [13]

Nhờ độ mịn cao, độ hoạt tính lớn cộng với lượng silic tinh ròng (SiO2) có rất nhiều trong tro bay, nên khi kết hợp với ximăng puzzolan hay các loại chất kết dính khác sẽ tạo ra các sản phẩm bê tông có khả năng tăng mác bê tông, giảm khả năng xâm thực của nước, chống chua mặn; chống rạn nứt, giảm co gãy, cải thiện bề mặt sản phẩm và có tính chống thấm cao; tính chịu lực cao của bê tông; chống được sự xâm nhập của acid sul uric của bê tông hiện đại; tạo tính bền sul at cho bê tông của xi măng

portland; hạ nhiệt độ cho bê tông [14]

Bê tông cốt thép là sự kết hợp giữa bê tông và cốt thép, bê tông là một loại đá nhân tạo, giòn có cường độ chịu nén (Rb) tốt, cường độ chịu kéo (Rbt) kém Thép là loại vật liệu đàn hồi có độ dẻo tương đối lớn có cường độ chịu nén và cường độ chịu kéo khá cao Bê tông và cốt thép là sự kết hợp hợp lý giữa hai loại vật liệu có tính chất

cơ học khác nhau để tạo nên một loại vật liệu mới có nhiều ưu điểm Bê tông và cốt thép có thể cùng cộng tác chịu lực là do lực dính, chúng có thể truyền lực từ bê tông sang cốt thép hoặc ngược lại Lực dính có tầm quan trọng hàng đầu đối với bê tông cốt thép, nhờ lực dính mà cường độ cốt thép mới được khai thác triệt để, giảm bề rộng vết

nứt ở miền bê tông chịu kéo, [4]

Khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép (BTCT) phụ thuộc chủ yếu vào cường độ chịu nén, kéo của bê tông, cường độ chịu kéo, nén của cốt thép và lực dính giữa bê tông và cốt thép Các lý thuyết tính toán cấu kiện dầm bê tông cốt thép thường giả thiết bỏ qua khả năng chịu kéo của bê tông, toàn bộ lực kéo do cốt thép chịu, và lực dính giữa bê tông và cốt thép phải lớn để đảm bảo biến dạng của cốt thép và bê tông tại bề mặt tiếp xúc với cốt thép là như nhau Tuy nhiên thực tế làm việc của dầm

bê tông cốt thép không hoàn toàn như các giả thiết nêu trên, khả năng chịu lực của dầm bê tông cốt thép chịu ảnh hưởng của lực dính giữa bê tông và cốt thép cũng như khả năng chịu kéo của bê tông miền kéo

Các nghiên cứu trước đó chỉ ra rằng khi tro bay được sử dụng để thay thế xi măng thì cường độ chịu nén, kéo của bê tông sẽ giảm ở giai đoạn trước 28 ngày nhưng sau đó sẽ tăng, thời gian và mức độ tăng cường độ phụ thuộc vào tỉ lệ thành phần tro bay thay thế xi măng và loại tro bay [5] Tuy nhiên chưa có nghiên cứu thực nghiệm

cụ thể nào về ảnh hưởng của tro bay đối với sự làm việc chung của bê tông và cốt thép cũng như khả năng chịu uốn của dầm BTCT

Đây chính là lý do tác giả làm đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu thực nghiệm khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép có tro bay thay thế xi măng”

- Thí nghiệm khả năng chịu lực của dầm bê tông cốt thép tại các thời điểm 28,

56, 90 ngày

- Các thông số cần đo đạc và đánh giá: Biểu đồ quan hệ giữa lực - chuyển vị đứng tại vị trí giữa dầm; hình dánh, chiều dài và bề rộng của vết nứt trên dầm bê tông cốt thép

- Thí nghiệm uốn dầm bê tông cốt thép dựa vào phương pháp uốn 4 điểm theo

tiêu chuẩn TCVN 119 : 199

- Phân tích các kết quả thí nghiệm về khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép dựa vào biểu đồ quan hệ lực – chuyển vị giữa dầm và vết nứt của dầm bê tông cố thép

- Đánh giá sự ảnh hưởng của tro bay thay thế xi măng đến khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép dựa vào việc phân tích kết quả trên

CHƯƠNG 1

T NG UAN V BÊ TÔNG TRO BAY VÀ DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP

1.1 BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP

1 1 1 Khái niệm thành phần cấu trúc và phân l ại bê tông

Bê tông là một loại đá nhân tạo được chế tạo từ các vật liệu rời (cát, đá, sỏi) và chất kết dính (thường là xi măng), nước và có thể thêm phụ gia Vật liệu rời còn gọi là cốt liệu, cốt liệu có 2 loại bé và lớn Loại bé là cát có kích thước (1-5)mm, loại lớn là sỏi hoặc đá dăm có kích thước (5-40)mm Chất kết dính là xi măng trộn với nước hoặc các chất dẻo khác [4]

Phụ gia nhằm cải thiện một số tính chất của bê tông trong lúc thi công cũng như trong quá trình sử dụng Có nhiều loại phụ gia như phụ gia nâng cao độ dẻo của hỗn hợp bê tông, tăng nhanh hoặc kéo dài thời gian đông kết của bê tông, nâng cao cường

độ của bê tông trong thời gian đầu, chống thấm…[4]

Nguyên lý tạo nên bê tông là dùng các cốt liệu lớn làm thành bộ khung, cốt liệu nhỏ lấp đầy các khoảng trống và dùng chất kết dính liên kết chúng lại thành một thể đặc chắc có khả năng chịu lực và chống lại các biến dạng

Bê tông có cấu trúc không đồng nhất vì hình dáng, kích thước cốt liệu khác nhau,

sự phân bố của cốt liệu và chất kết dính không thật đồng đều, trong bê tông vẫn còn lại một ít nước thừa và những lỗ rỗng li ti (do nước thừa bốc hơi)

uá trình khô cứng của bê tông là quá trình thủy hóa của xi măng, quá trình thay đổi lượng nước cân bằng, sự giảm keo nhớt, sự tăng mạng tinh thể của đá xi măng Các quá trình này làm cho bê tông trở thành vật liệu vừa có tính đàn hồi vừa có tính dẻo

Hình 1.1 Cấu trúc của bê tông

Bê tông được phân loại như sau:

Theo cấu trúc: Bê tông đặc chắc, bê tông có lỗ rỗng (dùng ít cát), bê tông tổ ong,

bê tông xốp

Theo dung trọng: bê tông nặng (γ = 2200 ÷ 2500 daN/m3); bê tông nặng cốt liệu

bé (γ = 1800 ÷ 2200 daN/m3); bê tông nhẹ (γ < 1800 daN/m3); bê tông đặc biệt nặng (

Cường độ chịu nén được xác định dựa và việc thí nghiệm nén mẫu Mẫu có thể chế tạo bằng các cách khác nhau như lấy hỗn hợp bê tông đã được nhào trộn để đúc mẫu hoặc dùng thiết bị chuyên dùng khoan lấy mẫu từ kết cấu có s n Mẫu đúc từ hỗn hợp bê tông có hình dáng là khối vuông cạnh a (a = 100; 150; 200mm), khối hình trụ

có đáy vuông hoặc tròn, được thực hiện theo điều kiện chuẩn trong thời gian 28 ngày

Bê tông thông thường có R= 5÷ 0 Mpa Bê tông có R> 40Mpa là loại cường độ cao Hiện nay, người ta đã chế tạo được các loại bê tông đặc biệt có R≥ 80Mpa [3]

Cường độ chịu kéo được đo trên cơ sở uốn dầm bê tông Thông thường cường độ chịu kéo bằng khoảng 10-20% cường độ chịu nén của bê tông, tùy thuộc vào kích thước, hình dạng của các loại cốt liệu Tuy nhiên việc xác định mối quan hệ giữa cường độ chịu uốn và cường độ chịu nén của bê tông một cách chính xác nhất là thông qua việc thực hiện thí nghiệm mẫu [3]

Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ của bê tông bao gồm:

+Thành phần và công nghệ chế tạo: Cường độ của BT lớn hay bé là do thành phần và công nghệ chế tạo quyết định Một số yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến cường độ

BT như Chất lượng và số lượng xi măng; Độ cứng, độ sạch và cấp phối cốt liệu; Tỷ lệ giữa nước và xi măng; Chất lượng của việc nhào trộn, đổ, đầm và điều kiện bảo dưỡng

BT Nói chung các nhân tố trên ảnh hưởng quyết định đến R, Rt nhưng mức độ có khác nhau Ví dụ tỷ lệ nước trên ximăng N/XM có ảnh hưởng rất lớn đến R và có phần

ít hơn đối với Rt; độ sạch cốt liệu ảnh hưởng lớn đến R và rất lớn đối với Rt cũng như khả năng chịu cắt của BT [3]

+ Tuổi của bê tông: Tuổi là thời gian t (ngày) tính từ lúc chế tạo BT đến khi nó chịu lực Cường độ của bê tông tăng theo thời gian Thời gian đầu cường độ tăng nhanh, sau chậm dần Với BT dùng xi măng pooclăng chế tạo và bảo dưỡng trong điều kiện bình thường, cường độ tăng nhanh trong 28 ngày đầu [3] Để biểu diễn sự tăng của R theo t có thể dùng một số công thức thực nghiệm Công thức của B.G XKramtaep (1935) theo qui luật logarit, với t = 7÷ 00 ngày:

Hình 1.2 Đồ thị tăng cường độ theo thời gian

Trong môi trường thuận lợi (nhiệt độ dương, độ ẩm cao) sự tăng cường độ có thể kéo dài trong nhiều năm Còn trong điều kiện khô hanh hoặc nhiệt độ thấp sự tăng cường độ trong thời gian sau này là không đáng kể

Dùng hơi nước nóng để bảo dưỡng BT làm cho cường độ tăng rất nhanh trong vài ngày đầu, nhưng sẽ làm cho BT trở nên dòn hơn và có cường độ cuối cùng thấp hơn so với BT được bảo dưỡng theo điều kiện tiêu chuẩn [3]

+Ảnh hưởng của tốc độ gia tải và thời gian tác dụng của tải trọng

Tốc độ gia tải khi thí nghiệm cũng ảnh hưởng đến cường độ của mẫu Tốc độ gia tải qui định bằng 2kg/cm2/giây và cường độ đạt được là R Khi gia tải rất chậm, cường

độ BT chỉ đạt khoảng (0,85-0.90)R Khi gia tải nhanh, cường độ BT có thể đạt 1,20)R

(1,15-Thí nghiệm nén mẫu bê tông đến ứng suất 0,90 đến 0,95R, rồi giữ nguyên lực nén trong thời gian dài thì một lúc nào đó mẫu cũng bị phá hoại Đó là hiện tượng bê tông bị giảm

+Ảnh hưởng của tỉ lệ N/X đến cường độ chịu nén, chịu uốn của bê tông

Đá xi măng (mác xi măng và tỷ lệ X/N ) có ảnh hưởng lớn đến cường độ của bê

tông Sự phụ thuộc của cường độ bê tông vào tỷ lệ X/N thực chất là phụ thuộc vào thể tích rỗng tạo ra do lượng nước dư thừa Hình 1.3 biểu thị mối quan hệ giữa cường

độ bê tông và lượng nước nhào trộn

Độ rỗng tạo ra do lượng nước thừa có thể xác định bằng công thức:

r =

1000

.100(%) Trong đó:

- N, X : Lượng nước và lượng xi măng trong 1m bê tông (kg)

- : Lượng nước liên kết hóa học tính bằng % khối lượng xi măng Ở tuổi

28 ngày lượng nước liên kết hóa học khoảng 15 - 20%

a-Vùng hỗn hợp bê tông cứng không đầm chặt được;

b-Vùng hỗn hợp bê tông có cường độ và độ đặc cao;

c-Vùng hỗn hợp bê tông dẻo;

d-Vùng hỗn hợp bê tông chảy

Mối quan hệ giữa cường độ bê tông với mác xi măng, tỷ lệ X/N được biểu thị qua công thức Bolomey-Skramtaev sau:

Đối với bê tông có X/N = 1,4 2,5 thì:

Rb = A Rx ( – 0,5) Đối với bê tông có X/N > 2,5 thì:

Rb = A1 Rx ( + 0,5)

Trong đó:

- Rb: Cường độ nén của bê tông ở tuổi 28 ngày (kG/cm2)

- Rx: Mác của xi măng (cường độ) (kG/cm2)

- A, A1 là hệ số được xác định theo chất lượng vật liệu và phương pháp xác định mác xi măng (bảng 1-1)

6016:95

TCVN 4032:85

- Xi măng hoạt tính trung bình, xi măng

poóc lăng hỗn hợp chứa 10 15% phụ gia

- Xi măng hoạt tính thấp, xi măng poóc

lăng hỗn hợp chứa trên 15% phụ gia thuỷ

- Cốt liệu: Đá có 1chỉ tiêu chưa phù hợp

TCVN 1771:1987 Cát nhỏ Mdl<2

0.45 0.29 0.5 0.32

1.1.3 Cốt thép

Cốt thép có Φ ≥ 10mm được sản xuất thành thanh có chiều dài thường không quá

1 m (thường là 11,7m) Cốt thép có Φ < 10mm được sản xuất thành cuộn, mỗi cuộn

có trọng lượng dưới 500kg

Sau khi sản xuất cốt thép bằng phương pháp cán nóng, cốt thép được đem dùng

để xây dựng công trình Một số cốt thép còn có thể được gia công nguội (kéo nguội, dập nguội) hoặc gia công nhiệt (tôi) [6]

Thép kéo nguội được thực hiện bằng cách kéo các cốt thép sao cho ứng suất vượt quá giới hạn chảy của nó, làm như vậy sẽ tăng cường độ của thép nhưng làm giảm độ

dẻo Dây thép kéo nguội còn có thể được chuốt qua các khuôn có đường kính nhỏ dần

để nâng cường độ lên cao hơn nữa Dây thép kéo nguội thường có đường kính ÷ 8

mm Thép được gia công nhiệt bằng cách nung nóng đến nhiệt độ 950oC trong khoảng một phút rồi tôi nhanh vào nước hoặc dầu, sau đó nung trở lại đến 400oC và để nguội

từ từ Làm như vậy sẽ nâng cao cường độ của cốt thép và giữ được độ dẻo cần thiết [6]

Về hình thức cốt thép được sản xuất thành các thanh có tiết diện tròn, mặt ngoài

nh n (cốt thép tròn trơn) hoặc mặt ngoài có gờ (cốt thép có gờ hoặc cốt thép vằn) Các

gờ trên bề mặt cốt thép có tác dụng nâng cao khả năng dính bám của nó với bê tông

Để làm cốt cho bê tông cũng có thể dùng các thanh thép hình như thép góc, thép chữ

U, chữ I Đó là cốt thép cứng có khả năng chịu lực khi thi công

1.1.4 Bê tông cốt thép

Bê tông là vật liệu đá nhân tạo giòn có cường độ chịu nén Rb tốt, nhưng cường

độ chịu kéo Rbt kém, thép là loại vật liệu đàn hồi có độ dẻo tương đối lớn có cường độ chịu nén và cường độ chịu kéo khá cao Bê tông và cốt thép là sự kết hợp hợp lý giữa hai loại vật liệu có tính chất cơ học khác nhau để tạo nên một loại vật liệu mới có nhiều ưu điểm Bê tông cốt thép có thể cùng cộng tác chịu lực là do [6]:

- Bê tông và cốt thép dính chặt với nhau nhờ lực dính nên có thể truyền lực từ bê tông sang cốt thép, hoặc ngược lại Lực dính có tầm quan trọng hàng đầu đối với bê tông cốt thép, nhờ lực dính mà cường độ cốt thép mới được khai thác triệt để, giảm bề rộng vết nứt ở miền bê tông chịu kéo… Chính vì thế ta phải tìm ra các biện pháp để

tăng cường lực dính giữa bê tông và cốt thép

- Giữa bê tông và cốt thép không xảy ra phản ứng hóa học, đồng thời bê tông còn bảo vệ cốt thép chống lại các tác dụng ăn mòn của môi trường

- Cốt thép và bêtông có hệ số giãn nở nhiệt α gần bằng nhau (αbt = 0,000010 đến 0,000015; αct = 0,000012) Do đó khi nhiệt độ thay đổi trong phạm vi thông thường (dưới 100oC) trong cấu kiện không xuất hiện nội ứng suất đáng kể, không làm phá hoại lực dính giữa bêtông và cốt thép

1.2 T NG UAN VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA TRO BAY TRONG X Y DỰNG

1 2 1 Khái nệm chung

Tro bay là phế thải sinh ra khi đốt các nguyên liệu hóa thạch như than đá, than nâu….Trong các Nhà máy nhiệt điện nơi sử dụng lượng lớn nhiên liệu hóa thạch để sản xuất điện năng thì ngoài lượng tro xỉ nằm lại dưới lò những hạt tro rất nhỏ được cuốn theo các luồn khí trong các ống khói của nhà máy thải ra bên ngoài

1 2 2 Phân l ại

Trước đây ở châu u cũng như ở Vương quốc Anh phần tro này thường được

cho là tro của nhiên liệu đốt đã được nghiền mịn Nhưng ở Mỹ, loại tro này được gọi

là tro bay bởi vì nó thoát ra cùng với khí ống khói và “bay” vào trong không khí Và thuật ngữ tro bay ( ly ash) được dùng phổ biến trên thế giới hiện nay để chỉ phần thải rắn thoát ra cùng các khí ống khói ở các nhà máy nhiệt điện

Ở một số nước, tùy vào mục đích sử dụng mà người ta phân loại tro bay theo các loại khác nhau Theo tiêu chuẩn DBJ08-230-98 của thành phố Thượng Hải, Trung uốc, tro bay được phân làm hai loại là tro bay có hàm lượng canxi thấp và tro bay có hàm lượng canxi cao Tro bay có chứa hàm lượng canxi 8% hoặc cao hơn (hoặc CaO

tự do trên 1%) là loại tro bay có hàm lượng canxi cao Do đó, CaO trong tro bay hoặc CaO tự do được sử dụng để phân biệt tro bay có hàm lượng canxi cao với tro bay hàm lượng canxi thấp Theo cách phân biệt này thì tro bay có hàm lượng canxi cao có màu hơi vàng trong khi đó tro bay có hàm lượng canxi thấp có màu hơi xám

Theo cách phân loại của Canada, tro bay được chia làm ba loại:

- Loại F : Hàm lượng CaO ít hơn 8%

- Loại CI : Hàm lượng CaO lớn hơn 8% nhưng ít hơn 20%

- Loại C : Hàm lượng CaO lớn hơn 20%

Trên thế giới hiện nay, thường phân loại tro bay theo tiêu chuẩn ASTM C618 Theo cách phân loại này thì phụ thuộc vào thành phần các hợp chất mà tro bay được phân làm hai loại là loại C và loại F [11]

Bảng 1.2 Tiêu chuẩn tro bay theo ASTM [5]

Các yêu cầu the tiêu chuẩn ASTM

C618

Đơn

vị

L n nhất /nhỏ nhất

Yêu cầu hóa học không bắt buộc

Các yêu cầu the tiêu chuẩn ASTM

C618

Đơn

vị

L n nhất /nhỏ nhất

Phân loại theo tiêu chuẩn ASTM:

- Tro bay là loại F nếu tổng hàm lượng (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) lớn hơn 70%

- Tro bay là loại C nếu tổng hàm lượng (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) nhỏ hơn 70%

1 2 Thành phần hó h c

Tro của các nhà máy nhiệt điện gồm chủ yếu các sản phẩm tạo thành từ quá trình phân hủy và biến đổi của các chất khoáng có trong than đá [1] Thông thường, tro ở đáy lò chiếm khoảng 25% và tro bay chiếm khoảng 75% tổng lượng tro thải ra Hầu hết các loại tro bay đều là các hợp chất silicat bao gồm các oxit kim loại như SiO2,

Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, CaO,… với hàm lượng than chưa cháy chỉ chiếm một phần nhỏ so với tổng hàm lượng tro, ngoài ra còn có một số kim loại nặng như Cd, Ba, Pb,

Cu, Zn, Thành phần hóa học của tro bay phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu than đá sử dụng để đốt và điều kiện đốt cháy trong các nhà máy nhiệt điện

Bảng 1.3 Thành phần hóa học của tro bay theo vùng miền [4]

SiO2 28,5-59,7 37,8-58,5 35,6-57,2 50,2-59,7 48,8-66,0

Al2O3 12,5-35,6 19,1-28,6 18,8-55,0 14,0-32,4 17,0-27,8

Fe2O3 2,6-21,2 6,8-25,5 2,3-19,3 2,7-14,4 1,1-13,9 CaO 0,5-28,9 1,4-22,4 1,1-7,0 0,6-2,6 2,9-5,3

Bảng 1.4 Thành phần hóa học tro bay ở Ba Lan từ các nguồn nguyên liệu khác nhau

SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 MgO CaO Than đen

Các thí nghiệm khảo sát thành phần hóa học trong các mẫu tro bay ở các nước khác cũng đã được tiến hành và thu được các kết quả tương tự Đa số các mẫu tro bay

ở Trung uốc có thành phần chủ yếu là SiO2 và Al2O3, hàm lượng của chúng vào khoảng 650 g/kg đến 850 g/kg Các thành phần khác bao gồm lượng than chưa cháy,

Fe2O3, MgO và CaO Tro bay Trung uốc chứa hàm lượng than chưa cháy cao là do

hệ thống lò đốt ở các nhà máy nhiệt điện ở Trung uốc Theo tiêu chuẩn phân loại ASTM C 618 thì tro bay Trung uốc thuộc loại C hay tro bay có chất lượng thấp Điều này ảnh hưởng lớn đến các ứng dụng của tro bay ở Trung uốc [1]

1.2.4 Ảnh h ởng củ tr b y đến một số đặc tính củ bê tông

Bê tông là một loại vật liệu nhân tạo được chế tạo từ các vật liệu rời ( cát, đá, sỏi)

và chất kết dính (thường là xi măng), nước và có thể thêm phụ gia Trong quá trình thủy hóa lượng nước bốc hơi tạo ra các lỗ rỗng giữa các cốt liệu làm ảnh hưởng rất lớn đến cường độ trong bê tông Chính vì vậy để hạn chế các lổ rỗng giữa các cốt liệu ta nên tăng cường độ kết dính

- Tăng mác vữa xi măng: Tro bay khi trộn với xi măng Portland và cát sạch sẽ tạo vữa xi măng có mác 10 hay 15 Mpa (N/mm2) Hơn nữa, thêm một ưu điểm của Tro bay là nếu được sáy khô trong 12 giờ trở lại (gọi là lưu hóa) thì vữa xi măng có trộn Tro bay sẽ đạt mác 20 hoặc cao hơn

- Giảm khả năng xâm thực của nước, chống chua mặn: Nước mặn có Clo sẽ ăn mòn cốt thép làm hỏng công trình qua các khe nứt hay lỗ châm kim Phương pháp khắc phục là trộn vữa Tro bay với xi măng để trám các khe nứt, hạn chế lỗ châm kim Đây là một giải pháp vừa hiệu quả, vừa kinh tế nhất cho các công trình ở vùng biển,

vùng nước mặn

- Chống rạn nứt, giảm co gảy, cải thiện bề mặt sản phẩm và có tính chống thấm

cao: Tắnh cực mịn của Tro bay có hàm lượng Silic cao hay silic nano tạo ra được tắnh dẻo của xi măng Portland trong quá trình tạo ra vữa xi măng Chắnh tắnh dẻo làm cho sản phẩm không cong vênh, rạn nứt, tạo hình linh động và giải phóng khuôn nhanh Ngoài ra Tro bay còn trở thành chất xúc tác để tạo ra các sản phẩm cứng hơn và bền

hơn

- Tắnh chịu lực cao của bê tông tự nén với Tro bay: Xi măng portland được trộn với cát và nước tạo ra được một bê tông không nung ở cấp trung bình và tự nén trong thời gian khoảng 0 ngày, đó là điều đang được thực hiện trong ngành công nghiệp xây dựng Tuy nhiên, nếu trộn thêm Tro bay vào vữa hồ thì bê tông sẽ có tắnh chịu lực cao Điều này xảy ra vì các hạt silic nano đã len vào khe hổng của bê tông và cùng lúc tạo ra một SiO3 nhờ độ PH kiềm của xi măng Đó là một kết quả vừa được công bố của của một công nghệ mới và tiên tiến của thế kỷ 21 Tro bay là một silic ưu việt, cần

được sử dụng rộng rãi trong ngành xây dựng

- Chống được sự xâm nhập của ACID SULFURIC của bê tông hiện đại: Khi khói

của các nhà máy bay lên thì có lẫn cặn SO2 Cặn này trộn lẫn với hơi nước của mây tạo thành H2SO4 (Acid Sul uric), khi mưa sẽ có một lượng nước mưa có vị chua, gọi là mưa acid Mưa này làm cho bê tông portland bị rỗ mặt và sau đó bị rạn nứt theo thời gian Nếu là bê tông cốt thép thì lượng thép nằm bên trong sẽ bị hen gỉ Để chống lại hiện tượng này, dùng Tro bay trộn vào bê tông portland, các hạt nhỏ li ti sẽ lấp đầy các khe nứt và chống được sự xâm nhập của H2SO4 có thể phá hỏng cốt thép

- Tạo tắnh bền Sul at cho bê tông của xi măng Portland: Xi măng portland trộn với cát và nước ngọt tạo ra một bê tông có độ bền đến 50 năm, nhưng khi trộn với nước mặn, độ bền lại không quá 5 năm Vì khi nung xi măng portland bằng đá vôi và đất sét, bao giờ cũng có một lượng CaO tự do chiếm khoảng 6% trong xi măng Đất vôi này gặp nước lợ hay nước mặn có gốc sul at, gốc này kết hợp với vôi để tạo ra một muối thạch cao có cơ tắnh đặc biệt là hút nước và trương nở Sự trương nở đó làm khối

bê tông portland rạn nứt theo thời gian, và cuối cùng, phá tan cơ cấu bê tông Muốn cho cơ cấu bê tông portland chống lại sự rạn nứt ấy, gọi là chống sul at hay bền sul at, cần pha tro bay nghèo vôi vào với một tỉ lệ rất thấp Nhờ đó, có thể dùng nước mặn để trộn với xi măng Portland đề làm vữa hồ và khi bêtông đông cứng, có thể ngâm trong nước mặn vẫn được

- Tác dụng của Tro bay đến vấn đề hạ nhiệt cho bê tông: Khi thi công các công

trình bê tông khối lớn một vấn để cấp thiết luôn luôn được ra là làm thế nào để giảm được nhiệt độ trong lòng bê tông Nhiệt độ trong lòng bê tông có thể lớn hơn 400C gây nguy cơ nứt do ứng suất nhiệt Nên rất cần giảm xi măng và bổ xung một lượng chất độn mịn là tro bay để đảm bảo tắnh công tác, tắnh chống thấm và cường độ RCC Như vậy việc sử dụng tro bay làm chất độn cho RCC đạt được mục đắch: Giảm được

lượng nhiệt sinh ra trong lòng bê tông; giảm giá thành bê tông một cách đáng kể; đảm

bảo tính dễ thi công và cường độ bê tông ua kinh nghiệm của một số nước trên thế giới thì hàm lượng dùng tro bay thay thế xi măng trong bê tông đầm lăn có phạm vi từ

30 – 60%

Một số ứng dụng nổi bật của tro bay:

- Tận dụng giá thành thấp của tro bay, thay thế từ 5% - 15% lượng xi măng đang

sử dụng trong phối trộn bê tông làm giảm giá thành sản phẩm

- Bê tông có sử dụng tro bay làm phụ gia sẽ làm tăng cường độ lên từ 1,5-2 lần;

Làm tăng độ trơn của vữa giúp giảm chi phí bơm bê tông lên các tầng cao của công trình và làm cho bê tông chui vào các khe lỗ dễ dàng hơn;

- "Khử vôi tự do CaO" trong xi măng (khoảng 6%) là thành phần gây "nổ" làm giảm chất lượng bê tông trong môi trường nước; đặc biệt trong việc đổ những khối bê tông cực lớn ở các công trình thủy điện, khi có phụ gia tro bay có thể đổ bê tông gián đoạn mà không phải đổ liên tục như bê tông thường;

- Khống chế nhiệt độ ban đầu, giảm ứng suất nhiệt trong khối bê tông, tăng độ bền, kéo dài tuổi thọ công trình, giá thành có thể rẻ hơn đến 0%, giảm 10% nước trộn

- Tro bay có hàm lượng mất khi nung nhỏ hơn 11% có thể dùng để trộn vào xi măng với tỷ lệ trung bình 10÷20% Hiện tại, tro bay Phả Lại (SCL- FLY ASH) đã

được sử dụng làm nguyên liệu sản xuất tại Nhà máy xi măng Hoàng Thạch với tỷ lệ trộn 14%, tại nhà máy xi măng Sông Gianh với tỷ lệ trộn 18%

- Sử dụng gạch xây không nung từ tro bay cho nhà cao tầng có hiệu quả kinh tế khá cao Hỗn hợp vật liệu làm gạch gồm tro bay, xi măng, vôi, thạch cao và bột nhôm, trong đó tro bay là thành phần chính, chiếm đến 70% khối lượng Vì vậy nhu cầu tro bay để cung ứng cho thị trường sản xuất gạch không nung, gạch bê tông nhẹ và bê tông là rất lớn [1]

- Bộ môn Đường bộ, Trường Đại học Giao thông Vận tải đã tiến hành nghiên cứu sử dụng tro bay làm chất liên kết để gia cố vật liệu cát, đá làm mặt đường Kết quả cho thấy, hỗn hợp 80% tro bay và 20% vôi dùng làm chất liên kết để gia cố đường sẽ đạt được độ bền cơ học khá cao Khi làm mặt đường có thể sử dụng các hỗn hợp sau: đá+vôi+tro bay ẩm; tro bay ẩm+xi măng hoặc tro bay ẩm+vôi +thạch cao Hiện đã có

dự án thử nghiệm xây dựng đường giao thông nông thôn huyện Kim Động, Hưng Yên Loại đất gia cố bằng tro bay sẽ có cường độ khá cao, loại vật liệu này hoàn toàn có thể sánh với gia cố bằng vôi và một số hoá chất chất khác Với loại đất gia cố này có thể dùng làm móng đường hoặc gia cố lề, mái dốc ta luy sẽ cho hiệu quả cao

- Ở nước ta, tro bay được ứng dụng chủ yếu trong lĩnh vực xây dựng, vấn đề sử dụng tro bay làm vật liệu xử lý môi trường và cải tạo đất chưa được quan tâm nhiều

Lê Thanh Sơn và Trần Kông Tấu đã chuyển hóa tro bay thành zeolit có thể dùng để cải tạo đất Tác giả Tạ Ngọc Đôn và cộng sự đã nghiên cứu xử lý tro bay thành zeolit P1

và được sử dụng làm chất xử lý ô nhiễm môi trường Tro bay được xử lý bằng dung dịch NaOH ,5M có khả năng sử dụng làm chất hấp phụ trong phân tích môi trường Sản phẩm tạo thành là một hỗn hợp các hạt rất nhỏ, hình cầu và tương đối đồng đều;

và trong đó có chứa chủ yếu là các hạt uartz, Mullite và Zeolit P1 (Na) Tro bay sau khi xử lý được sử dụng để đánh giá khả năng hấp phụ và tách chất đối với hai hỗn hợp M1 và M2 Hiệu suất thu hồi chất đối với M1 là 8 , đến 89,5%, đối với M2 là 51,28 đến 9 ,75%

1.2.6 Ứng dụng tr b y tr ng một số lĩnh vực và công trình trên thế gi i

- Tro bay có thể dùng để phục hồi và cải tạo các vùng đất yếu bởi các hoạt động khác Tro bay được sử dụng cho phát triển các công trình công cộng như công viên, bãi đậu xe, sân chơi, Tro bay có độ bền đầm nén tương đương hoặc lớn hơn đất nên thường được sử dụng trong các lĩnh vực bồi đắp

- Tro bay cải thiện độ bền và kết cấu của bê tông dẫn đến tăng tuổi thọ của đường Thông thường, tro bay có thể thay thế từ 15 đến 0% xi măng portland [14] Hiện nay, tro bay được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng với các mục đích khác nhau như làm phụ gia cho bê tông xi măng [14], làm độn cho bê tông asphalt [14] Một số công trình xây dựng nổi tiếng trên thế giới đã sử dụng tro bay trong bê tông như đập

Puylaurent ở Pháp, cây cầu Great Belt East nối Copenhagen (Đan Mạch) với những vùng đất của trung tâm châu u

- Tro bay cũng là phế liệu thân thiện môi trường [14] Gạch tro bay được tạo thành từ tro bay, cát và xi măng, trong đó tro bay là chất độn chính và cát là chất độn thứ hai Còn xi măng làm chất kết dính tất cả các nguyên liệu với nhau Ở Đức, tro bay được ứng dụng để sản xuất gạch xây nhà Các khối gạch này được tạo ra từ hỗn hợp của tro xỉ, tro bay, đá vôi và nước được ép thành khuôn [14]

1.3 SỰ LÀM VIỆC CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP

1 1 Sự làm việc củ dầm BTCT

- Dầm bê tông cốt thép (BTCT) là cấu kiện bê tông cốt thép chịu uốn, có chiều cao và chiều rộng khá nhỏ so với chiều dài của nó.Tiết diện ngang của dầm có thể là chữ nhật, chữ T, chữ I, hình thang, hình hộp…,

- Khi dầm chịu tải trọng sẽ phát sinh ra momen M và lực cắt Khi tính toán thiết kế cấu kiện BTCT thường trước hết người ta xét các tính toán về uốn, từ đó chọn

ra kích thước cơ bản của mặt cắt và bố trí cốt thép để tạo ra momen kháng cần thiết Một số yêu cầu giới hạn được nêu ra căn cứ trên số lượng cốt thép chịu uốn có thể sử dụng để đảm bảo rằng khi tải trọng tăng đến mức phá hỏng kết cấu thì hiện tượng hư hỏng sẽ từ từ phát triển và xuất hiện các dấu hiệu cảnh báo cho người sử dụng Sau đó kích thước mặt cắt dầm BTCT sẽ được kiểm tra tính toán theo điều kiện về lực cắt Sự phá hỏng do lực cắt thường gây ra gãy đột ngột vì vậy các tính toán thiết kế chịu cắt phải đảm bảo rằng độ bền chịu cắt bằng hoặc vượt quá độ bền chịu uốn ở mọi điểm trong dầm

- Đem thí nghiệm một dầm đơn giản với tải trọng tăng dần, khi tải trọng nhỏ, dầm còn nguyên vẹn chưa có khe nứt Khi tải trọng đủ lớn sẽ thấy xuất hiện những khe nứt thẳng góc với trục dầm tại khu vực có mô men lớn và những khe nứt nghiên ở khu vực gần gối tựa là chổ có lực cắt lớn (hình 1.7) Khi tải trọng khá lớn thì dầm có thể bị phá hoại tại tiết diện có khe nứt thẳng góc hoặc tại tiết diện có khe nứt nghiêng

- Việc tính toán dầm theo cường độ chính là đảm bảo cho dầm không bị phá hoại trên tiết diện thẳng góc - tính toán cường độ trên tiết diện thẳng góc, và không bị phá hoại trên tiết diện nghiêng - tính toán cường độ trên tiết diện nghiêng

Hình 1.4 Các dạng khe nứt trong dầm đơn giản

1.3.2 Các hình th c phá h ại củ dầm

- Các thực nghiệm và nghiên cứu chỉ ra rằng có 2 hình thức phá hoại của bê tông vùng nén trên vết nứt nghiêng Hình thức phá hoại thứ nhất xảy ra trong quá trình phát triển của vết nứt nghiêng, ứng suất của bê tông trên vết nứt nghiêng đạt đến cường độ chịu nén của bê tông Hình thức phá hoại thứ hai được đặc trưng với ứng suất chính đạt đến ứng suất giới hạn của bê tông [4]

- Dạng phá hoại thứ nhất xảy ra ở những vùng của cấu kiện có lực cắt lớn, còn giá trị mô men nhỏ Dạng phá hoại thứ hai xảy ra khi giá trị mô men và lực cắt đều lớn đáng kể (phá hoại cắt - uốn) Phá hoại này bắt đầu từ các vết nứt do uốn và phát triển theo phương nghiêng Khi vết nứt phát triển lên vùng nén, ứng suất kéo chính do uốn

và cắt vượt quá khả năng chịu kéo của bê tông và ứng suất nén chính của bê tông giữa các vết nứt có giá trị đáng kể Vết nứt dạng này thường xuất phát từ thớ chịu kéo của kết cấu Ở dạng phá hoại cắt uốn, các vết nứt bắt đầu phát triển từ một vài vết nứt nhỏ thẳng góc do uốn ở khoảng 1/4 nhịp của dầm, sau đó, phát triển thành vết nứt nghiêng

và mở rộng, phát triển lên vùng nén của dầm (hình 1.12) [4]

a d¹ng ph¸ ho¹i uèn p

b d¹ng ph¸ ho¹i uèn - c¾t p

a d¹ng ph¸ ho¹i uèn p

b d¹ng ph¸ ho¹i uèn - c¾t p

Hình 1.5 Phá hoại ở dầm

Mặc dù lực cắt lớn nhất nằm ở vị trí gối tựa nhưng vị trí của ứng suất chính lớn nhất ở trạng thái giới hạn trong vùng kéo thì không ở đó

1.3.3 Trạng thái ng suất biến dạng tại tiết diện thẳng góc dầm BTCT

- Để phân tích rõ sự khác nhau giữa các phương pháp tính toán trên, lấy ví dụ xét

1 cấu kiện bê tông cốt thép chịu uốn, từ lúc mới bắt đầu chịu tải trọng tác dụng cho đến lúc bị phá hoại, khi thí nghiệm cấu kiện chịu uốn có thể quan sát được giai đoạn tiêu biểu của trạng thái ứng suất - biến dạng trên tiết diện thẳng góc với trục của cấu kiện

Giai đoạn I: Lúc mới đặt tải trọng, môment còn nhỏ, tiết diện làm việc ở giai

đoạn đàn hồi, ứng suất và biến dạng tuân theo định luật Hook Khi môment tăng lên, thì ở miền bê tông chịu kéo xuất hiện biến dạng dẻo, sơ đồ ứng suất pháp tại miền chịu kéo này bị cong đi nhiều, miền bê tông chịu nén chủ yếu vẫn làm việc ở giai đoạn đàn

hồi Khi ứng suất tại miền bê tông chịu kéo đạt tới hạn cường độ chịu kéo Rt thì tại

miền này sắp xuất hiện khe nứt, lúc đó trạng thái ứng suất biến dạng ở vào giai đoạn I.a (Hình 1.9a)

Giai đoạn II: Khi mômen tăng lên thì miền bê tông chịu kéo bị nứt ra và mômen

càng tăng thì khe nứt càng mở rộng Ở phía trên khe nứt vẫn còn một phần bê tông chịu kéo, nhưng tại khe nứt thì bê tông không chịu kéo được nữa và truyền nội lực kéo sang cho cốt thép chịu Ở miền bê tông chịu nén xuất hiện biến dạng dẻo, do đó sơ đồ

ứng suất nén có dạng đường cong lúc đó ứng suất trong cốt thép là s , trạng thái ứng

suất - biến dạng ở vào giai đoạn II

Nếu lượng cốt thép chịu kéo không nhiều lắm thì khi mômen tăng lên nữa, ứng

suất trong các cốt thép chịu kéo này đạt tới giới hạn chảy Rs và trạng thái ứng suất -

biến dạng của tiết diện ở vào giai đoạn II.a (Hình 1.9b)

Giai đoạn III: Giai đoạn III của trạng thái ứng suất biến dạng còn gọi là giai đoạn phá hoại Khi mômen tiếp tục tăng lên thì sơ đồ ứng suất của miền bê tông chịu

nén cong đi nhiều vì biến dạng phát triển nhưng diện tích miền bê tông chịu nén bị thu hẹp lại vì khe nứt kéo dài lên phía trên, ứng suất trong cốt thép vẫn giữ trị số Rs vì đây

là giới hạn chảy, lúc đó biến dạng của cốt thép tăng chứ ứng suất trong cốt thép không tăng, lúc bấy giờ ứng suất trong miền bê tông chịu nén vẫn tiếp tục tăng và khi ứng suất này đạt tới giới hạn cường độ chịu nén Rb thì tiết diện bị phá hoại, đấy là trường hợp phá hoại thứ nhất (Hình 1.9c)

I b < Rb Ia b < Rb

a)

Hình 1.6 Các giai đoạn của trạng thái ứng suất - biến dạng trên tiết diện thẳng góc

Nếu lượng cốt thép chịu kéo quá nhiều, trạng thái ứng suất - biến dạng của tiết diện không trải qua giai đoạn II.a mà trực tiếp từ giai đoạn II chuyển sang giai đoạn III Khi đó tiết diện bị phá hoại là do ứng suất trong miền bê tông chịu nén đạt tới

cường độ chịu nén Rb Nhưng ứng suất trong cốt thép chịu kéo lúc tiết diện bị phá hoại

chưa đạt tới giới hạn chảy ( s < Rs) đây là trường hợp phá hoại thứ 2 hay còn gọi là

trường hợp phá hoại dòn

Trong thiết kế cấu kiện chịu uốn, cần tránh để xảy ra trường hợp này vì:

Cấu kiện bị phá hoại dòn tức là phá hoại đột ngột rất nguy hiểm vì phá hoại nhanh không biết trước được

Không tiết kiệm được cốt thép vì không tận dụng hết khả năng chịu lực của nó Thí nghiệm cho thấy trong quá trình biến đổi trạng thái ứng suất biến dạng từ giai đoạn này sang giai đoạn khác, trục trung hòa xê dịch vi trí

Dọc theo chiều dài của trục dầm, tùy theo trị số của mômen uốn và vị trí của khe nứt mà các tiết diện thẳng góc với trục dầm có thể ở vào các giai đoạn ứng suất biến dạng khác nhau, từ giai đoạn I đến giai đoạn III

uan hệ ứng suất và biến dạng khi uốn của cấu kiện bê tông cốt thép trong các giai đoạn trạng thái ứng suất hoàn toàn khác nhau ng suất và biến dạng trong vùng chịu nén của tiết diện dầm có quan hệ với nhau như trong trường hợp nén trung tâm, còn trong trường hợp chịu kéo như kéo trung tâm

1 4 KẾT LUẬN

- Bê tông cốt thép là sự kết hợp giữa các hạt cốt liệu, nước, phụ gia và cốt thép

Nhờ lực dính chặt với nhau nên có thể truyền lực từ bê tông sang cốt thép, hoặc ngược lại Lực dính có tầm quan trọng hàng đầu đối với bê tông cốt thép, nhờ lực dính mà cường độ cốt thép mới được khai thác triệt để, giảm bề rộng vết nứt ở miền bê tông chịu kéo Giữa bê tông và cốt thép không xảy ra phản ứng hóa học, đồng thời bê tông còn bảo vệ cốt thép chống lại các tác dụng ăn mòn của môi trường

- Tro bay là sản phẩm được tạo ra từ quá trình đốt than của các nhà máy nhiệt

điện; Những nghiên cứu trước đây cho thấy khi kết hợp tro bay với ximăng portland hay các loại chất kết dính khác sẽ tạo ra các sản phẩm bê tông với độ cứng vượt trội (mác cao) có khả năng chống thấm cao, tăng độ bền với thời gian, không nứt nẻ, giảm

độ co gãy, có tính chống kiềm và tính bền sul at, dễ thao tác, rút ngắn tiến độ thi công

do không phải xử lý nhiệt ngoài ra, nó còn giảm nhẹ tỉ trọng của bê tông một cách đáng kể

- Phá hoại dầm bê tông cốt thép có thể theo hai dạng Sự phá hoại khi ứng suất trong cốt thép đạt đến giới hạn chảy và ứng suất trong bê tông đạt đến Rb gọi là sự phá hoại dẻo Nếu ứng suất trong cốt thép chưa đạt đến giới hạn chảy mà bê tông vùng nén

đã bị phá hoại thì dầm cũng bị phá hoại gọi là phá hoại dòn

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU SỬ DỤNG VÀ THIẾT BỊ TH NGHIỆM

2.1 VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG TH NGHIỆM

2 1 1 Cát (Cốt liệu nhỏ)

Áp dụng theo Tiêu chuẩn TCVN 7570-2006 [9] Thành phần hạt của cát thô được

sử dụng để chế tạo bê tông quy định trong Bảng 2.1

L ại bê tông Hàm l ng i n Cl

- hối l ng hông l n hơn

Bê tông dùng trong các kết cấu bê tông cốt

Loại cát sử dụng trong Thí nghiệm là cát Tuy Loan, thành phố Đà N ng Vì

điều kiện thí nghiệm còn hạn chế nên tác giả không tiến hành thí nghiệm các chỉ tiêu của cát Tuy Loan, mà chỉ sử dụng đúc các mẫu thí nghiệm sau khi được phơi khô trong môi trường không khí để loại bỏ độ ẩm trong cát

Hình 2.1 Cát đúc bê tông, mỏ cát Túy Loan

2 1 2 Đá dăm (Cốt liệu l n)

Cốt liệu lớn có thể được cung cấp dưới dạng hỗn hợp nhiều cỡ hạt hoặc các cỡ hạt riêng biệt Thành phần hạt của cốt liệu lớn, biểu thị bằng lượng sót tích luỹ trên các sàng, được quy định trong Bảng 2 , TCVN 7570-2006 [9]

Bảng 2.4 Mác của đá dăm từ đá thiên nhiên theo độ nén dập

100 Lớn hơn 11 đến 1 Lớn hơn 16 đến 20 Lớn hơn 11 đến 1

80 Lớn hơn 1 đến 15 Lớn hơn 20 đến 25 Lớn hơn 1 đến 15

xi lanh phù hợp với yêu cầu trong Bảng 2.5, TCVN 7572-12:2006 Độ hao mòn khi va đập của cốt liệu lớn thí nghiệm trong máy Los Angeles, không lớn hơn 50 % khối lượng Hàm lượng hạt thoi dẹt trong cốt liệu lớn không vượt quá 15 % đối với bê tông cấp cao hơn B 0 và không vượt quá 5 % đối với cấp B 0 và thấp hơn Tạp chất hữu

cơ trong sỏi xác định theo phương pháp so màu, không thẫm hơn màu chuẩn

Bảng 2.5 Yêu cầu về độ nén dập đối với sỏi và sỏi dăm

Cấp bê tông

Độ nén dập ở trạng thái bã h à n c hối l ng hông l n hơn Sỏi Sỏi dăm

Thí nghiệm sử dụng đá (1x2cm) Phước Tường, thành phố Đà N ng Vì điều kiện thí nghiệm còn hạn chế nên tác giả không tiến hành thí nghiệm các chỉ tiêu của đá, mà chỉ sử dụng đúc các mẫu thí nghiệm sau khi được phơi khô trong môi trượng không khí để loại bỏ độ ẩm trong đá

2 1 Xi măng

Sử dụng xi măng PCB 40 Sông Gianh

Hình 2.3 Xi măng Sông Gianh PCB 40 Bảng 2 Các ch tiêu chất lượng của xi măng poóc lăng

2 Thời gian đông kết, phút

5 Hàm lượng anhydric sunphuric (SO3), %, không lớn hơn 3,5

6 Hàm lượng magie oxit (MgO), %, không lớn hơn 5,0

7 Hàm lượng mất khi nung (MKN), %, không lớn hơn 3,0

8 Hàm lượng cặn không tan (CKT), %, không lớn hơn 1,5

9 Hàm lượng kiềm quy đổi1) (Na2Oqđ)2), %, không lớn hơn 0,6

Các chỉ tiêu kỹ thuật được lấy từ nhà sản xuất như Bảng 2.7

Bảng 2 So sánh ch tiêu chất lượng của Xi măng Sông Gianh PCB40 với TCVN

Tên chỉ tiêu Đơn vị

tính

TCVN 6260:2009

Xi măng Sông Gianh PCB40

1 Cường độ nén, MPa, không nhỏ hơn:

- Phần còn lại trên sàng kích thước lỗ 0,09 mm % ≤ 10 ≤ 4,0

- Bề mặt riêng, phương pháp Blaine cm2/g ≥ 2.800 ≥ 200

- Không chứa váng dầu hoặc váng mỡ

- Lượng tạp chất hữu cơ không lớn hơn 15 mg/L

- Độ pH không nhỏ hơn 4 và không lớn hơn 12,5

- Không có màu

- Theo mục đích sử dụng, hàm lượng muối hòa tan, lượng ion sun at, lượng ion clo và cặn không tan không được lớn hơn các giá trị quy định trong Mục 1, Bảng 2.8 (đối với nước trộn bê tông) và Mục 2, Bảng 2.8 (đối với nước dùng để rửa cốt liệu và bảo dưỡng bê tông)

Các yêu cầu kỹ thuật khác đối với nước trộn bê tông:

+ Thời gian đông kết của xi măng và cường độ chịu nén của vữa phải thỏa mãn các giá trị quy định trong Mục Bảng 2.8

+ Tổng đương lượng kiềm qui đổi tính theo Na2O không được lớn hơn 1000mg/L khi sử dụng cùng với cốt liệu có khả năng gây phản ứng kiềm - silic

Bảng 2.8 Hàm lượng tối đa cho phép của muối hòa tan, ion sunfat, ion clorua và cặn

không tan trong nước trộn v a

ĐVT: (mg/L)

Mục đích sử dụng

Hàm l ng tối đ ch phép Muối

hòa tan

Ion sunTBt (SO4-2)

Ionclo (Cl-)

Cặn hông tan

1 Nước trộn bê tông và nước trộn vữa bơm

bảo vệ cốt thép cho các kết cấu bê tông cốt

thép ứng lực trước

2 Nước trộn bê tông và nước trộn vữa chèn

mối nối cho các kết cấu bê tông cốt thép 5.000 2.000 1.000 200 Nước trộn bê tông cho các kết cấu bê tông

không cốt thép Nước trộn vữa xây dựng và

CHÚ THÍCH : Trong trường hợp nước dùng để trộn vữa xây, trát các kết cấu có yêu

cầu trang trí bề mặt hoặc ở phần kết cấu thường xuyên tiếp xúc ẩm thì hàm lượng ion clo được khống chế không quá 1.200 mg/L

Bảng 2.9 Hàm lượng tối đa cho phép của muối hòa tan, ion sunfat, ion clorua và cặn

không tan trong nước dùng đ r a cốt liệu và bảo dư ng bê tông

ĐVT: (mg/L)

Mục đích sử dụng

Hàm l ng tối đ ch phép Muối

hòa tan

Ion sunTBt (SO4-2)

Ionclo (Cl-)

Cặn không tan

1 Nước bảo dưỡng bê tông các kết cấu có yêu cầu

trang trí bề mặt Nước rửa, tưới ướt và sàng

ướt cốt liệu

5 000 2 700 1 200 500

2 Nước bảo dưỡng bê tông các kết cấu không có

yêu cầu trang trí bề mặt (trừ công trình xả nước) 30 000 2 700 20 000 500 Nước tưới ướt mạch ngừng trước khi đổ tiếp bê

tông tưới ướt các bề mặt bê tông trước khi chèn

khe nối Nước bảo dưỡng bê tông trong các công

trình xả nước và làm nguội bê tông trong các ống

xả nhiệt của khối lớn

1 000 500 350 500

CH THÍCH: Khi sử dụng xi măng cao nhôm làm chất kết dính cho bê tông và vữa, nước dùng

để rửa cốt liệu và bảo dưỡng bê tông phải theo quy định của Mục 1, Bảng 2.8