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

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

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 baynhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân được sử dụng để thay thế xi măng với các thành phần tỉ lệ tươngứng là 0%, 10%, 20% và 40% 12 dầm BTCT kích thước tiết diện ngang là 100x150 và chiềudài là 1000mm được đúc và dưỡng hộ trong môi trường nước Các dầm được thí nghiệm uốntheo 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, hìnhdạng đường cong quan hệ lực chuyển vị của dầm bê tông cốt thép dường như không đổinhiều Tro bay góp phần suy giảm rất ít khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép dù tỉ lệtro 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 củaluận văn có thể kết luận rằng tro bay có thể được sử dụng để thay thế một phần xi măng trongdầm bê tông cốt thép Những nghiên cứu sâu hơn cần được thực hiện với các tỉ lệ thay thếkhác 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 ashfrom 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 and1000mm in longitudinal were cast and cured in water These beams were flexurally testedunder 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 reducedslightly the flexural loads of reinforced concrete beams even when 40% was used to replacecement 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 RCbeams Further research should be conducted at varied proportions of fly ash replacement andfor 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

2.1.4 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

Hình 1 Biểu đồ quan hệ lực uốn và chuyển vị giữa dầm của các dầm nhóm 2

(56 ngày) 46Hình 3.14 Biểu đồ quan hệ lực uốn và chuyển vị giữa dầm của các dầm nhóm

(90 ngày) 47Hình 15 Dạng phá hoại của dầm và hình ảnh vết nứt nhóm 1(28 ngày) 48Hình 16 Dạng phá hoại của dầm và hình ảnh vết nứt nhóm 2 (56 ngày). 48Hình 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 mãncác yêu cầu về sử dụng, chịu lực, độ bền và hiệu quả kinh tế Cùng với sự phát triểncủa 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 đốtthan của các nhà máy nhiệt điện Các hạt bụi tro được đưa ra qua các đường ống khóisau đó được thu hồi từ phương pháp kết sương tĩnh điện hoặc bằng phương pháp lốcxoáy Tro bay là những tinh cầu tròn siêu mịn được cấu thành từ các hạt silic có kíchthước hạt là 0,05 micromet, nhờ bị thiêu đốt ở nhiệt độ rất cao trong lò đốt nên có tínhpuzzolan là tính hút vôi rất cao [13]

Nhờ độ mịn cao, độ hoạt tính lớn cộng với lượng silic tinh ròng (SiO2) có rấtnhiều trong tro bay, nên khi kết hợp với ximăng puzzolan hay các loại chất kết dínhkhác sẽ tạo ra các sản phẩm bê tông có khả năng tăng mác bê tông, giảm khả năng xâmthực của nước, chống chua mặn; chống rạn nứt, giảm co gãy, cải thiện bề mặt sảnphẩm và có tính chống thấm cao; tính chịu lực cao của bê tông; chống được sự xâmnhập của acid sul uric của bê tông hiện đại; tạo tính bền sul at cho bê tông của xi măngportland; 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 đánhân tạo, giòn có cường độ chịu nén (Rb) tốt, cường độ chịu kéo (Rbt) kém Thép làloại vật liệu đàn hồi có độ dẻo tương đối lớn có cường độ chịu nén và cường độ chịukéo 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 cốtthép có thể cùng cộng tác chịu lực là do lực dính, chúng có thể truyền lực từ bê tôngsang cốt thép hoặc ngược lại Lực dính có tầm quan trọng hàng đầu đối với bê tông cốtthép, nhờ lực dính mà cường độ cốt thép mới được khai thác triệt để, giảm bề rộng vếtnứt ở miền bê tông chịu kéo, [4]

Khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép (BTCT) phụ thuộc chủ yếu vàocường độ chịu nén, kéo của bê tông, cường độ chịu kéo, nén của cốt thép và lực dínhgiữa bê tông và cốt thép Các lý thuyết tính toán cấu kiện dầm bê tông cốt thép thườnggiả thiết bỏ qua khả năng chịu kéo của bê tông, toàn bộ lực kéo do cốt thép chịu, vàlực dính giữa bê tông và cốt thép phải lớn để đảm bảo biến dạng của cốt thép và bêtông 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 củadầm bê tông cốt thép chịu ảnh hưởng của lực dính giữa bê tông và cốt thép cũng nhưkhả 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 ximăng thì cường độ chịu nén, kéo của bê tông sẽ giảm ở giai đoạn trước 28 ngày nhưngsau đó sẽ tăng, thời gian và mức độ tăng cường độ phụ thuộc vào tỉ lệ thành phần trobay thay thế xi măng và loại tro bay [5] Tuy nhiên chưa có nghiên cứu thực nghiệm cụthể nào về ảnh hưởng của tro bay đối với sự làm việc chung của bê tông và cốt thépcũng như khả năng chịu uốn của dầm BTCT

Đây chính là lý do tác giả làm đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu thực nghiệm khảnăng 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 vịđứng tại vị trí giữa dầm; hình dánh, chiều dài và bề rộng của vết nứt trên dầm bê tôngcốt 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 cốtthép dựa vào biểu đồ quan hệ lực – chuyển vị giữa dầm và vết nứt của dầm bê tông cốthép

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

CHƯƠNG 1 TNG 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) vàchất kết dính (thường là xi măng), nước và có thể thêm phụ gia Vật liệu rời còn gọi làcốt liệu, cốt liệu có 2 loại bé và lớn Loại bé là cát có kích thước (1-5)mm, loại lớn làsỏi hoặc đá dăm có kích thước (5-40)mm Chất kết dính là xi măng trộn với nước hoặccác chất dẻo khác [4]

Phụ gia nhằm cải thiện một số tính chất của bê tông trong lúc thi công cũng nhưtrong quá trình sử dụng Có nhiều loại phụ gia như phụ gia nâng cao độ dẻo của hỗnhợp 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 liệunhỏ lấp đầy các khoảng trống và dùng chất kết dính liên kết chúng lại thành một thểđặc 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 lạimột 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 thayđổi 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 tínhdẻo

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 thểchế tạo bằng các cách khác nhau như lấy hỗn hợp bê tông đã được nhào trộn để đúcmẫu hoặc dùng thiết bị chuyên dùng khoan lấy mẫu từ kết cấu có s n Mẫu đúc từ hỗnhợp 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 độchịu kéo bằng khoảng 10-20% cường độ chịu nén của bê tông, tùy thuộc vào kíchthước, hình dạng của các loại cốt liệu Tuy nhiên việc xác định mối quan hệ giữacường độ chịu uốn và cường độ chịu nén của bê tông một cách chính xác nhất là thôngqua 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 thànhphần 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 lệgiữa 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 cókhác nhau Ví dụ tỷ lệ nước trên ximăng N/XM có ảnh hưởng rất lớn đến R và có phần

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 thểkéo dài trong nhiều năm Còn trong điều kiện khô hanh hoặc nhiệt độ thấp sự tăngcường 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 trongvài ngày đầu, nhưng sẽ làm cho BT trở nên dòn hơn và có cường độ cuối cùng thấphơn 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 giatải 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 lựcnén trong thời gian dài thì một lúc nào đó mẫu cũng bị phá hoại Đó là hiện tượng bêtông 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 thểtích 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 = 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%

Hình 1.3 Sự phụ thuộc của cường độ bê tông vào lượng nước nhào trộn

Ghi chú:

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

- Xi măng hoạt tính thấp, xi măng poóc

lăng hỗn hợp chứa trên 15% phụ gia thuỷ

-TCVN 1771:1987 Cát nhỏ Mdl<2

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

am. Thép được gia công nhiệt bằng cách nung nóng đến nhiệt độ 950oC trong khoảngmột 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 độchịu nén và cường độ chịu kéo khá cao Bê tông và cốt thép là sự kết hợp hợp lý giữahai loại vật liệu có tính chất cơ học khác nhau để tạo nên một loại vật liệu mới cónhiều 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 bêtông sang cốt thép, hoặc ngược lại Lực dính có tầm quan trọng hàng đầu đối với bêtông cốt thép, nhờ lực dính mà cường độ cốt thép mới được khai thác triệt để, giảm bềrộng vết nứt ở miền bê tông chịu kéo… Chính vì thế ta phải tìm ra các biện pháp đểtăng 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 cònbảo 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 đến0,000015; 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 pháhoại 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 đểsản 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 Vàthuật ngữ tro bay ( ly ash) được dùng phổ biến trên thế giới hiện nay để chỉ phần thảirắn 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 cácloại 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 hàmlượng canxi cao Tro bay có chứa hàm lượng canxi 8% hoặc cao hơn (hoặc CaO tự dotrên 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 hàmlượng 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 đượcphân làm hai loại là loại C và loại F [11]

Bảng 1.2 Tiêu chuẩn tro bay theo ASTM [5]

Hoạt tính pozzolanic so với xi măng (7 ngày)

Hoạt tính pozzolanic so với xi măng (28

ngày)

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 trìnhphân hủy và biến đổi của các chất khoáng có trong than đá [1] Thông thường, tro ởđáy lò chiếm khoảng 25% và tro bay chiếm khoảng 75% tổng lượng tro thải ra Hầuhết 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 phầnnhỏ 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 sửdụng 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]

với hai nguồn nguyên liệu sử dụng trong các nhà máy nhiệt điện của nước này là thannâu và than đen [1]:

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

Loại tro bay

Các thí nghiệm khảo sát thành phần hóa học trong các mẫu tro bay ở các nướckhác 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 vàokhoảng 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 hệthống 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 ảnhhưởng 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 trìnhthủy hóa lượng nước bốc hơi tạo ra các lỗ rỗng giữa các cốt liệu làm ảnh hưởng rất lớnđến cường độ trong bê tông Chính vì vậy để hạn chế các lổ rỗng giữa các cốt liệu tanên tăng cường độ kết dính

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

- Giảm khả năng xâm thực của nước, chống chua mặn: Nước mặn có Clo sẽ ănmòn cốt thép làm hỏng công trình qua các khe nứt hay lỗ châm kim Phương phápkhắc 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 tắnhdẻo của xi măng Portland trong quá trình tạo ra vữa xi măng Chắnh tắnh dẻo làm chosản 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 bềnhơn.

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

- Chống được sự xâm nhập của ACID SULFURIC của bê tông hiện đại: Khi khóicủa các nhà máy bay lên thì có lẫn cặn SO2 Cặn này trộn lẫn với hơi nước của mâytạo thành H2SO4 (Acid Sul uric), khi mưa sẽ có một lượng nước mưa có vị chua, gọi làmưa acid Mưa này làm cho bê tông portland bị rỗ mặt và sau đó bị rạn nứt theo thờigian Nếu là bê tông cốt thép thì lượng thép nằm bên trong sẽ bị hen gỉ Để chống lạihiện tượng này, dùng Tro bay trộn vào bê tông portland, các hạt nhỏ li ti sẽ lấp đầy cáckhe 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 trộnvới cát và nước ngọt tạo ra một bê tông có độ bền đến 50 năm, nhưng khi trộn vớinước mặn, độ bền lại không quá 5 năm Vì khi nung xi măng portland bằng đá vôi vàđất sét, bao giờ cũng có một lượng CaO tự do chiếm khoảng 6% trong xi măng Đấtvôi này gặp nước lợ hay nước mặn có gốc sul at, gốc này kết hợp với vôi để tạo ra mộtmuối 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 Muốncho 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 đểtrộn với xi măng Portland đề làm vữa hồ và khi bêtông đông cứng, có thể ngâm trongnước mặn vẫn được

- Tác dụng của Tro bay đến vấn đề hạ nhiệt cho bê tông: Khi thi công các côngtrình bê tông khối lớn một vấn để cấp thiết luôn luôn được ra là làm thế nào để giảmđược nhiệt độ trong lòng bê tông Nhiệt độ trong lòng bê tông có thể lớn hơn 400C gâynguy cơ nứt do ứng suất nhiệt Nên rất cần giảm xi măng và bổ xung một lượng chấtđộn mịn là tro bay để đảm bảo tắnh công tác, tắnh chống thấm và cường độ RCC Nhưvậy việc sử dụng tro bay làm chất độn cho RCC đạt được mục đắch: Giảm được

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 côngtrình 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" làmgiảm chất lượng bê tông trong môi trường nước; đặc biệt trong việc đổ những khối bêtông cực lớn ở các công trình thủy điện, khi có phụ gia tro bay có thể đổ bê tông giánđoạn 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 độbền, 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 ximăng 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 tếkhá 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 trobay để cung ứng cho thị trường sản xuất gạch không nung, gạch bê tông nhẹ và bêtông là rất lớn [1]

- Bộ môn Đường bộ, Trường Đại học Giao thông Vận tải đã tiến hành nghiêncứu sử dụng tro bay làm chất liên kết để gia cố vật liệu cát, đá làm mặt đường Kết quảcho thấy, hỗn hợp 80% tro bay và 20% vôi dùng làm chất liên kết để gia cố đường sẽđạt 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 thểsánh với gia cố bằng vôi và một số hoá chất chất khác Với loại đất gia cố này có thểdùng 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 sửdụng 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 cảitạo 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 dungdịch 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 saukhi xử lý được sử dụng để đánh giá khả năng hấp phụ và tách chất đối với hai hỗn hợpM1 và M2 Hiệu suất thu hồi chất đối với M1 là 8 , đến 89,5%, đối với M2 là 51,28đến 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 độngkhác Tro bay được sử dụng cho phát triển các công trình công cộng như công viên, bãiđậu xe, sân chơi, Tro bay có độ bền đầm nén tương đương hoặc lớn hơn đất nênthường 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 nhaunhư làm phụ gia cho bê tông xi măng [14], làm độn cho bê tông asphalt [14] Một sốcông trình xây dựng nổi tiếng trên thế giới đã sử dụng tro bay trong bê tông như đập

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 chiềucao và chiều rộng khá nhỏ so với chiều dài của nó.Tiết diện ngang của dầm có thể làchữ 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 rakích 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 kíchthước mặt cắt dầm BTCT sẽ được kiểm tra tính toán theo điều kiện về lực cắt Sự pháhỏng do lực cắt thường gây ra gãy đột ngột vì vậy các tính toán thiết kế chịu cắt phảiđảm bảo rằng độ bền chịu cắt bằng hoặc vượt quá độ bền chịu uốn ở mọi điểm trongdầm

- 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 khenứt thẳng góc với trục dầm tại khu vực có mô men lớn và những khe nứt nghiên ở khuvực gần gối tựa là chổ có lực cắt lớn (hình 1.7) Khi tải trọng khá lớn thì dầm có thể bịphá 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 hoạitrên tiết diện thẳng góc - tính toán cường độ trên tiết diện thẳng góc, và không bị pháhoại trên tiết diện nghiêng - tính toán cường độ trên tiết diện nghiêng

khe nøt th¼ng gãc

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 tôngvùng nén trên vết nứt nghiêng Hình thức phá hoại thứ nhất xảy ra trong quá trình pháttriển của vết nứt nghiêng, ứng suất của bê tông trên vết nứt nghiêng đạt đến cường độchịu nén của bê tông Hình thức phá hoại thứ hai được đặc trưng với ứng suất chínhđạt 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, còngiá trị mô men nhỏ Dạng phá hoại thứ hai xảy ra khi giá trị mô men và lực cắt đều lớnđáng kể (phá hoại cắt - uốn) Phá hoại này bắt đầu từ các vết nứt do uốn và phát triểntheo 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 giữacác vết nứt có giá trị đáng kể Vết nứt dạng này thường xuất phát từ thớ chịu kéo củakết cấu Ở dạng phá hoại cắt uốn, các vết nứt bắt đầu phát triển từ một vài vết nứt nhỏthẳng 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]

b d¹ng ph¸ ho¹i uèn - c¾t

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 chođến lúc bị phá hoại, khi thí nghiệm cấu kiện chịu uốn có thể quan sát được giai đoạntiêu biểu của trạng thái ứng suất - biến dạng trên tiết diện thẳng góc với trục của cấukiện

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 chịukéo 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 đoạnI.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 tôngchịu kéo, nhưng tại khe nứt thì bê tông không chịu kéo được nữa và truyền nội lực kéosang 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 thuhẹp 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 khôngtăng, lúc bấy giờ ứng suất trong miền bê tông chịu nén vẫn tiếp tục tăng và khi ứngsuất này đạt tới giới hạn cường độ chịu nén Rb thì tiết diện bị phá hoại, đấy là trườnghợp 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 diệnkhông trải qua giai đoạn II.a mà trực tiếp từ giai đoạn II chuyển sang giai đoạn

BI. 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 khenứt mà các tiết diện thẳng góc với trục dầm có thể ở vào các giai đoạn ứng suất biếndạng 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 cácgiai đoạn trạng thái ứng suất hoàn toàn khác nhau ng suất và biến dạng trong vùngchịu 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 ngượclại Lực dính có tầm quan trọng hàng đầu đối với bê tông cốt thép, nhờ lực dính màcường độ cốt thép mới được khai thác triệt để, giảm bề rộng vết nứt ở miền bê tôngchịu kéo Giữa bê tông và cốt thép không xảy ra phản ứng hóa học, đồng thời bê tôngcòn 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 nhiệtđiện; Những nghiên cứu trước đây cho thấy khi kết hợp tro bay với ximăng portlandhay 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 cáchđáng kể

- Phá hoại dầm bê tông cốt thép có thể theo hai dạng Sự phá hoại khi ứng suấttrong cốt thép đạt đến giới hạn chảy và ứng suất trong bê tông đạt đến Rb gọi là sự pháhoại 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

Bảng 2.1 Thành phần hạt của cát

2,5 mm1,25 mm

Bảng 2.2 Hàm lượng ion Cl - trong cát

L ại bê tông

Bê tông dùng trong các kết cấu bê tông cốt

xảy ra phản ứng kiềm - silic nếu biến dạng ở tuổi 6 tháng xác định theo phương phápthanh vữa nhỏ hơn 0,1%.

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 2.3 Thành phần hạt của cốt liệu lớn

Kích th c

l sàng (mm)

10070Kích thước

(mm)

4020105Mác đá dăm xác định theo giá trị độ nén dập trong xi lanh được quy định trong

Bảng 2.4, Tiêu chuẩn ngành 14TCN 70:2002 [12]

Hình 2.2 Đá 1x2, mỏ đá Phước Tường

Chỉ số mác đá dăm xác định theo cường độ chịu nén, tính bằng MPa tương đương

với các giá trị 1 400; 1 200; ; 200 khi cường độ chịu nén tính bằng kG/cm2

Sỏi và sỏi dăm dùng làm cốt liệu cho bê tông các cấp phải có độ nén dập trong

xi lanh phù hợp với yêu cầu trong Bảng 2.5, TCVN 7572-12:2006 Độ hao mòn khi vađập của cốt liệu lớn thí nghiệm trong máy Los Angeles, không lớn hơn 50 % khốilượng Hàm lượng hạt thoi dẹt trong cốt liệu lớn không vượt quá 15 % đối với bê tôngcấp cao hơn B 0 và không vượt quá

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

Thí nghiệm sử dụng đá (1x2cm) Phước Tường, thành phố Đà N ng Vì điều kiệnthí nghiệm còn hạn chế nên tác giả không tiến hành thí nghiệm các chỉ tiêu của đá, mà

2 Thời gian đông kết, phút

- Bắt đầu, không nhỏ hơn

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

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

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

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

1)uy định đối với xi măng poóc lăng khi sử dụng với cốt liệu có khả năng xảy ra

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

Cường độ nén, MPa, không nhỏ hơn:

- 3 ngày ± 45 min

- 28 ngày ± 8 h

2 Thời gian đông kết

- Bắt đầu, không nhỏ hơn

- Kết thúc, không lớn hơn

Độ nghiền mịn, xác định theo:

- Phần còn lại trên sàng kích thước lỗ 0,09 mm

- Bề mặt riêng, phương pháp Blaine

- 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 ionclo 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 vàbảo dưỡng bê tông)