Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp:

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:115

Thêm vào BST

Báo xấu

7
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn này nghiên cứu khả năng chịu lực của dầm bê tông geopolymer sử dụng tro bay và so sánh kết quả thực nghiệm với lý thuyết tính toán và kết quả mô phỏng bằng phần mềm ANSYS. Kết quả phân tích cho thấy dầm bê tông cốt thép sử dụng chất kết dính geopolymer có ứng xử chịu uốn tương tự với dầm bê tông xi măng truyền thống.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN ĐỨC HOÀNH NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA DẦM BÊ TÔNG GEOPOLYMER NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP - 60580208 S K C0 0 4 6 8 8 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN ĐỨC HOÀNH NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA DẦM BÊ TÔNG GEOPOLYMER NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP - 60580208 Hướng dẫn khoa học: TS. PHAN ĐỨC HÙNG Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015
LÝ LỊCH CÁ NHÂN I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Nguyễn Đức Hoành Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 20 – 10 – 1976 Nơi sinh: Hƣng Yên Quê quán: Quang Vinh – Ân Thi – Hƣng Yên Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 75/30 KP5, Trảng Dài, Biên Hòa, Đồng Nai. Điện thoại cơ quan: 0613.824370 (133) Điện thoại nhà riêng: E-mail: nguyenduchoanh1976@yahoo.com.vn II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo:………………………………....Thời gian đào tạo:………………... Nơi học (trƣờng, thành phố):…………………………………………………… Ngành học:……………………………………………………………………… 2. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/1996 đến 03/2001 Nơi học (trƣờng, thành phố): Đại Học Bách khoa TP. Hồ Chí Minh. Ngành học: Xây dựng dân dụng và công nghiệp. Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: …………………………………… Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: ………………………... Ngƣời hƣớng dẫn: ……………………………………………………………… III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 03/2001 - 09/2003 Công ty TNHH OTAOA Giám sát thi công 09/2003 - 06/2007 Công ty TNHH Tín Nghĩa NV Quản lý dự án 06/2007 - 12/2008 Công ty TNHH Tín Nghĩa Phó ban QLDA 12/2008 - 05/2010 Công ty TNHH QLDA Tín Nghĩa Phó Giám đốc 05/2010 - 07/2014 Tổng Công ty Tín Nghĩa PGĐ Đầu tƣ phát triển 07/2014 - nay Tổng Công ty Tín Nghĩa Giám đốc ĐTPT i
LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng 10 năm 2015 Nguyễn Đức Hoành ii
LỜI CẢM ƠN Tôi xin trân trọng cảm ơn TS. Phan Đức Hùng đã tận tình giúp đỡ, hƣớng dẫn và cung cấp các thông tin nghiên cứu cần thiết để tôi hoàn thành luận văn thạc sĩ này. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Khoa Xây Dựng và Cơ Học Ứng Dụng của trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh. Xin cảm ơn tất cả ngƣời thân trong gia đình đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn. Vì kiến thức và thời gian thực hiện luận văn thạc sĩ có hạn nên không tránh khỏi những hạn chế và thiếu sót. Tôi rất mong đƣợc sự đóng góp của quý thầy cô giáo, bạn bè và đồng nghiệp để luận văn đƣợc hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn. Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng 10 năm 2015 Nguyễn Đức Hoành iii
TÓM TẮT Việc tăng sản lƣợng xi măng đáp ứng nhu cầu xây dựng hiện nay làm tăng hàm lƣợng khí thải CO2 vào khí quyển trong quá trình sản xuất, góp phần gây hiệu ứng nhà kính và làm trái đất nóng dần lên. Do đó, các công trình xây dựng hƣớng đến việc giảm bớt việc sử dụng xi măng truyền thống, thay thế bằng vật liệu xanh và thân thiện với môi trƣờng ngày càng trở nên cấp thiết. Vật liệu geopolymer đƣợc tổng hợp từ những khoáng vật thuộc nhóm aluminosilicate do nhà khoa học Davidovits công bố nhƣ một trong những giải pháp để giải quyết vấn đề trên. Với thành phần gồm SiO2, Al2O3, Fe2O3... và đƣợc cấu tạo bởi những tinh cầu tròn, siêu mịn, độ lọt sàn từ 0,05 – 50 nanomet, tỉ diện 300 – 600 m2/kg, tro bay đƣợc xem là một loại “puzzolan" nhân tạo chất lƣợng cao. Ngoài ra, việc thay thế xi măng bằng chất kết dính geopolymer sử dụng tro bay giúp tiêu thụ một lƣợng lớn phế ph m công nghiệp để ứng dụng vào công trình xây dựng nhƣ chế tạo “bê tông xanh – bê tông Geopolymer ” Chất kết dính geopolymer sử dụng phụ ph m tro bay thay cho xi măng đƣợc xem xét nhƣ là một loại vật liệu xây dựng thân thiện với môi trƣờng. Các nghiên cứu gần đây đã cho thấy bê tông geopolymer sử dụng tro bay có các đặc tính tƣơng tự nhƣ vật liệu bê tông truyền thống. Luận văn này nghiên cứu khả năng chịu lực của dầm bê tông geopolymer sử dụng tro bay và so sánh kết quả thực nghiệm với lý thuyết tính toán và kết quả mô phỏng bằng phần mềm ANSYS. Kết quả phân tích cho thấy dầm bê tông cốt thép sử dụng chất kết dính geopolymer có ứng xử chịu uốn tƣơng tự với dầm bê tông xi măng truyền thống. iv
MỤC LỤC Trang tựa Trang Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân .................................................................................................................. i Lời cam đoan .................................................................................................................... ii Lời cảm ơn ...................................................................................................................... iii Tóm tắt ............................................................................................................................ iv Mục lục ............................................................................................................................. v Danh mục hình ................................................................................................................ ix Danh mục biểu đồ .......................................................................................................... xii Danh mục bảng biểu ...................................................................................................... xiii 1CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU ................................................ 1 1.1 Khái quát về Geopolymer .................................................................................... 1 1.1.1 Giới thiệu chung ................................................................................... 1 1.1.2 Quá trình nghiên cứu Geopolymer ....................................................... 1 1.1.3 Các kết quả ứng dụng ........................................................................... 4 1.2 Sự cần thiết của đề tài và mục tiêu nghiên cứu.................................................... 5 1.2.1 Sự cần thiết của đề tài........................................................................... 5 1.2.2 Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................. 7 1.3 Nhiệm vụ và giới hạn đề tài ................................................................................. 7 1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu ..................................................................................... 8 2CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................................ 9 2.1 Tro bay ................................................................................................................. 9 2.1.1 Giới thiệu tro bay ................................................................................. 9 2.1.2 Phân loại tro bay ................................................................................. 10 v
2.2 Thủy tinh lỏng và quá trình tạo thành thủy tinh lỏng ........................................ 10 2.2.1 Thủy tinh lỏng .................................................................................... 10 2.2.2 Quá trình tạo thành thủy tinh lỏng ..................................................... 11 2.3 Cấu trúc của Geopolymer .................................................................................. 12 2.3.1 Sự tạo thành liên kết ion và liên kết cộng hóa trị trong cấu trúc........ 12 2.3.2 Cấu trúc Geopolymer ......................................................................... 13 2.4 Quá trình Geopolymer hóa................................................................................. 15 2.4.1 Tách thành phần Si và Al ra khỏi nguồn nguyên liệu ban đầu .......... 17 2.4.2 Tạo thành monomer ........................................................................... 17 2.4.3 Phản ứng trùng ngƣng giữa các monomer tạo thành polymer ........... 18 2.4.4 Cấu trúc vi mô của Geopolymer từ tro bay ........................................ 19 2.5 Bê tông Geopolymer .......................................................................................... 21 2.5.1 Xác định cấp phối bê tông Geopolymer từ tro bay ............................ 21 2.5.2 Chế tạo bê tông Geopolymer từ tro bay ............................................. 24 2.5.3 Dƣỡng hộ nhiệt bê tông Geopolymer từ tro bay ................................ 24 2.6 Dầm bê tông Geopolymer .................................................................................. 25 2.6.1 Xác định khả năng chịu lực của dầm theo trạng thái giới hạn thứ 1 .. 25 2.6.2 Tính toán theo trạng thái giới hạn 2 ................................................... 26 2.6.3 Tải trọng hình thành vết nứt: .............................................................. 29 3CHƢƠNG 3: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM...................... 30 3.1 Nguyên liệu sử dụng .......................................................................................... 30 3.1.1 Tro bay ............................................................................................... 30 3.1.2 Dung dịch hoạt hóa ............................................................................ 31 3.1.3 Cốt liệu lớn ......................................................................................... 32 3.1.4 Cốt liệu nhỏ ........................................................................................ 33 3.1.5 Thép thanh .......................................................................................... 34 3.1.6 Nƣớc ................................................................................................... 34 vi
3.2 Thí nghiệm cấp phối mẫu bê tông...................................................................... 34 3.2.1 Tính toán lựa chọn cấp phối ............................................................... 34 3.2.2 Quy trình thí nghiệm mẫu .................................................................. 35 3.3 Thí nghiệm cấu kiện dầm ................................................................................... 38 3.3.1 Gia công cốp pha ................................................................................ 38 3.3.2 Gia công cốt thép ................................................................................ 38 3.3.3 Nhào trộn và đúc khuôn ..................................................................... 39 3.3.4 Dƣỡng hộ nhiệt ................................................................................... 41 3.3.5 Lắp đặt và thí nghiệm ......................................................................... 41 4CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................................. 44 4.1 Mẫu bê tông ....................................................................................................... 44 4.2 Cấu kiện dầm ..................................................................................................... 48 4.2.1 Chuyển vị giữa nhịp (L/2) .................................................................. 48 4.2.2 Kết quả chuyển vị tại L/4 ................................................................... 50 4.2.3 Biến dạng tại giữa dầm....................................................................... 52 4.2.4 Tải trọng xuất hiện vết nứt và tải trọng tới hạn .................................. 55 4.3 Tính toán lý thuyết ............................................................................................. 57 4.3.1 Tính toán khả năng chịu lực của dầm theo trạng thái giới hạn thứ 1 . 57 4.3.2 Tính toán theo trạng thái giới hạn 2 ................................................... 58 4.3.3 Tải trọng hình thành vết nứt: .............................................................. 63 4.4 Mô phỏng Ansys ................................................................................................ 65 4.5 Tổng hợp kết quả và thảo luận ........................................................................... 76 4.5.1 Khả năng tải trọng của dầm................................................................ 76 4.5.2 Độ võng của dầm................................................................................ 77 4.5.3 Sự hình thành vết nứt và chiều rộng vết nứt ...................................... 79 5CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI.................................. 81 5.1 Kết luận .............................................................................................................. 81 vii
5.2 Một số vấn đề tồn tại .......................................................................................... 81 5.3 Hƣớng phát triển đề tài ...................................................................................... 82 6TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 83 PHỤ LỤC ………………………………………………………………………........... 80 viii
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Thành phần vật liệu và mẫu bê tông................................................................... 1 Hình 1.2: Tấm panel bê tông Geopolymer, cảng Melbourne, Úc ...................................... 5 Hình 1.3: Khói bụi tại nhà máy sản xuất xi măng .............................................................. 6 Hình 1.4: Mẫu bê tông GPC và OPC trong dung dich axit sulphuaric 45 ngày ................ 7 Hình 1.5: Mẫu bê tông GPC và OPC trong dd Mangesium sulphate 45 ngày ................... 7 Hình 2.1: Qúa trình thủy phân của thủy tinh silicat. ........................................................ 11 Hình 2.2: Cấu trúc tinh thể của Geopolymer. ................................................................... 12 Hình 2.3: Qúa trình tạo liên kết trong Geopolymer.......................................................... 13 Hình 2.4: Cấu trúc Sialate................................................................................................. 14 Hình 2.5: Cấu trúc Sialate-siloxo ..................................................................................... 14 Hình 2.6: Cấu trúc sialate-disiloxo ................................................................................... 15 Hình 2.7: Cấu trúc sialate link .......................................................................................... 15 Hình 2.8: Cấu trúc một số loại monomer. ........................................................................ 18 Hình 2.9: Qúa trình polime hóa tạo Geopolymer. ............................................................ 18 Hình 2.10: Qúa trình Geopolymer hóa ............................................................................. 19 Hình 2.11: Cấu trúc vi mô của Geopolymer..................................................................... 20 Hình 2.12: Ảnh hƣởng của nhiệt độ và thời gian dƣỡng hộ nhiệt ................................... 24 Hình 3.1: Tro bay sử dụng trong thí nghiệm .................................................................... 30 Hình 3.2: Thủy tinh lỏng .................................................................................................. 31 Hình 3.3: Natri hydroxyt dạng vảy ................................................................................... 32 Hình 3.4: Cốt liệu lớn ....................................................................................................... 33 Hình 3.5: Cốt liệu nhỏ ...................................................................................................... 34 Hình 3.6: Nguyên vật liệu sử dụng đúc mẫu .................................................................... 36 Hình 3.7: Nhào trộn và đúc mẫu ...................................................................................... 37 Hình 3.8: Thí nghiệm nén mẫu ......................................................................................... 38 ix
Hình 3.9: Cấu tạo cốt thép dầm ........................................................................................ 39 Hình 3.10: Gia công cốt thép và ván khuôn ..................................................................... 39 Hình 3.11: Đổ bê tông và đầm nén ................................................................................... 40 Hình 3.12: Mẫu dầm sau khi đổ bê tông .......................................................................... 40 Hình 3.13: Dƣỡng hộ nhiệt ............................................................................................... 41 Hình 3.14: Mô hình uốn dầm ........................................................................................... 41 Hình 3.15: Kẻ ô tạo lƣới dầm chu n bị uốn ..................................................................... 42 Hình 3.16: Lắp đặt dầm trƣớc khi uốn ............................................................................. 42 Hình 3.17: Gắn thiết bị đo biến dạng ............................................................................... 43 Hình 3.18: Thiết bị ghi nhận kết quả đo chuyển vị và biến dạng ..................................... 43 Hình 4.1: Đƣờng quan hệ giữa (P-Δ) tại vị trí giữa nhịp sử dụng cấp phối 1 .................. 49 Hình 4.2: Đƣờng quan hệ giữa (P-Δ) tại vị trí giữa nhịp sử dụng cấp phối 2 .................. 50 Hình 4.3: Đƣờng quan hệ giữa (P-Δ) tại L/4 của dầm sử dụng cấp phối 1 ...................... 51 Hình 4.4: Đƣờng quan hệ giữa (P-Δ) tại L/4 của dầm sử dụng cấp phối 2 ...................... 52 Hình 4.5: Biến dạng tại L/2 của dầm sử dụng cấp phối 1 ................................................ 53 Hình 4.6: Biến dạng tại L/2 của dầm sử dụng cấp phối 2 ................................................ 54 Hình 4.7: Tải trọng xuất hiện vết nứt của dầm sử dụng cấp phối 1 ................................. 55 Hình 4.8: Tải trọng xuất hiện vết nứt của dầm sử dụng cấp phối 2 ................................. 56 Hình 4.9: Chuyển vị của dầm theo tính toán .................................................................... 63 Hình 4.10: Sơ đồ phân tích dầm bê tông trong ANSYS ................................................. 65 Hình 4.11: Các phần tử sử dụng để phân tích ................................................................. 66 Hình 4.12: Bố trí thép chủ và thép đai trong mô hình ..................................................... 66 Hình 4.13: Đƣờng cong ứng suất-biến dạng .................................................................... 70 Hình 4.14: Vết nứt thẳng theo ansys ................................................................................ 71 Hình 4.15: Đƣờng đồng ứng suất khi tải đạt 3.3 tấn ........................................................ 72 Hình 4.16: Vết nứt xiên theo ansys .................................................................................. 72 Hình 4.17: Vết nứt khi dầm bị phá hủy theo ansys .......................................................... 73 x