intTypePromotion=1

Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá khả năng sử dụng cát nghiền nguồn gốc đá vôi cho cột BTCT chịu nén

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:11

0
6
lượt xem
1
download

Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá khả năng sử dụng cát nghiền nguồn gốc đá vôi cho cột BTCT chịu nén

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong bài viết này, việc sử dụng cát nghiền nhân tạo nguồn gốc đá vôi được nghiên cứu thay thế cát tự nhiên trong sản xuất bê tông cấp độ bền chịu nén B20. Với mục đích đánh giá khả năng thích ứng của bê tông sử dụng cát nghiền nhân tạo với hệ thống tiêu chuẩn thiết kế kết cấu BTCT của Việt Nam, nghiên cứu thực nghiệm được phân tích dựa trên các thí nghiệm bao gồm: (i) nén mẫu lập phương xác định cường độ chịu nén, (ii) nén mẫu trụ xác định mô đun đàn hồi,...

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá khả năng sử dụng cát nghiền nguồn gốc đá vôi cho cột BTCT chịu nén

  1. Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, NUCE 2021. 15 (3V): 93–103 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG CÁT NGHIỀN NGUỒN GỐC ĐÁ VÔI CHO CỘT BTCT CHỊU NÉN Lê Việt Dũnga,∗, Tống Tôn Kiênb , Đỗ Trọng Thànhc , Nguyễn Bá Lâmd a Khoa Xây dựng Dân dụng & Công nghiệp, Trường Đại học Xây dựng, 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam b Khoa Vật liệu Xây dựng, Trường Đại học Xây dựng, 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam c Sở xây dựng Hải Phòng, 32 đường Lý Tự Trọng, quận Hồng Bàng, Hải Phòng, Việt Nam d Công ty CP Kiến trúc và Đầu tư Xây dựng BNB Việt Nam, Khu Đô Thị Mới Văn Quán, A14-TT10, phường Văn Quán, quận Hà Đông, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 06/05/2021, Sửa xong 31/05/2021, Chấp nhận đăng 03/06/2021 Tóm tắt Trong bài báo này, việc sử dụng cát nghiền nhân tạo nguồn gốc đá vôi được nghiên cứu thay thế cát tự nhiên trong sản xuất bê tông cấp độ bền chịu nén B20. Với mục đích đánh giá khả năng thích ứng của bê tông sử dụng cát nghiền nhân tạo với hệ thống tiêu chuẩn thiết kế kết cấu BTCT của Việt Nam, nghiên cứu thực nghiệm được phân tích dựa trên các thí nghiệm bao gồm: (i) nén mẫu lập phương xác định cường độ chịu nén, (ii) nén mẫu trụ xác định mô đun đàn hồi, (iii) kéo tuột (Pull-out test) xác định lực dính cốt thép-bê tông, (iv) nén mẫu cột kích thước 20 × 20 × 100 cm đến phá hoại. Kết quả nghiên cứu bước đầu cho thấy sự mất ổn định về cường độ chịu nén của bê tông sử dụng cát nghiền nhân tạo ở hai mức độ: (i) mức độ đạt cường độ nén mẫu và (ii) mức độ giảm mạnh cường độ nén của bê tông khi chuyển từ mẫu nén lập phương 15 × 15 × 15 cm sang mẫu cấu kiện cột BTCT chịu nén kích thước 20 × 20 × 100 cm. Từ khoá: cát nghiền nhân tạo; đá vôi; thí nghiệm pull-out; cột BTCT; nén dọc trục. EXPERIMENTAL RESEARCH TO ESTIMATE THE APPLICATION OF CRUSHED LIMESTONE SAND FOR CONCRETE OF AXIAL LOADING R-C COLUMN Abstract In this paper, the artificial sand obtained by crushing limestone was investigated to replace the natural sand for producing concrete of class B20. This research aimed to evaluate the adaptability of concrete using crushed sand to the Vietnamese reinforced concrete structural design standards. Four series of experiments were con- ducted: (i) compressive test of cube specimen to determine the compressive strength, (ii) compressive test of cylinder specimen to determine the elasticity modulus, (iii) pull-out test to determine the bond strength between concrete-reinforcement and, (iv) axial compressive test of reinforced concrete column with dimension of 20 × 20 × 100 cm. The obtained results show the instability of compressive strength of the crushed sand concrete. This instability was observed on two scales: (i) first related to the compressive strength determination and (ii) second related to the significant reduction of concrete compressive strength in comparison between 15 × 15 × 15 cm cube specimen and 20 × 20 × 100 cm reinforced concrete column sample. Keywords: crushed sand; limestone; pull-out test; reinforced concrete column; axial loading. https://doi.org/10.31814/stce.nuce2021-15(3V)-08 © 2021 Trường Đại học Xây dựng (NUCE) ∗ Tác giả đại diện. Địa chỉ e-mail: dunglv@nuce.edu.vn (Dũng, L. V.) 93
  2. Dũng, L. V. và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng 1. Đặt vấn đề Số liệu thống kê từ các tỉnh, thành phố cho thấy nhu cầu sử dụng cát xây dựng tại Việt Nam khoảng 120-130 triệu m3 /năm, nhu cầu cát san lấp giai đoạn 2016 - 2020 là 2,1 đến 2,3 tỷ m3 , trong khi đó dự trữ cát xây dựng và cát san lấp được dự báo 2,1 tỷ m3 . Dự báo nguồn cung cát tự nhiên từ các khu vực khai thác hợp pháp chỉ đáp ứng được khoảng 40 – 50% nhu cầu [1]. Như vậy, đến năm 2020, nước ta không đủ nguồn cung cát xây dựng tự nhiên phục vụ nhu cầu của các địa phương. Một số tỉnh đã xảy ra tình trạng khan hiếm cát tự nhiên và giá cát tăng cao đã tác động không nhỏ đến hoạt động xây dựng. Do đó, việc nghiên cứu sử dụng thay thế cát tự nhiên bằng cát nghiền nhân tạo là một trong những giải pháp hiệu quả không những về kinh tế mà còn cả về môi trường sinh thái [2, 3]. Trên thế giới, nhiều tiêu chuẩn đã được ban hành hướng dẫn cho việc sử dụng cát nghiền cho sản xuất bê tông, như các tiêu chuẩn BS:882-1992 của Anh [4], P18-540 của Pháp [5], ASTM C33-90 của Mỹ [6]. Ở một số nước, nơi mà có nhu cầu lớn về sử dụng cát nghiền nhân tạo thay thế dần cát tự nhiên khai thác từ các lòng sông, nhiều nghiên cứu đã được tiến hành so sánh để đánh giá đặc tính cơ học của bê tông sử dụng cát nhân tạo thay thế cát tự nhiên. Nghiên cứu thực nghiệm của Sahu [7], Ilangonava [8] đánh giá cường độ chịu kéo, nén và mô đun đàn hồi của bê tông sử dụng cát nghiền có khả năng đạt tới giá trị tương đương với bê tông sử dụng cát tự nhiên. Khi quan sát vi cấu trúc của cát nhân tạo bằng phương pháp chụp ảnh bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM- Scanning electron microscopy), Vijaya [9] chỉ rõ bề mặt gồ ghề với nhiều góc nhọn của cát nghiền, với hình dáng hạt dài hơn so với bề mặt mịn và hình dáng cầu của cát tự nhiên. Trạng thái bề mặt này của cát nghiền cho phép tạo ra sự liên kết tốt giữa bề mặt hạt cát với lớp đá xi măng và sự sắp xếp giữa các hạt với nhau chặt khít hơn, do đó có thể làm giảm độ rỗng trong bê tông. Tuy nhiên, hình dáng dài góc cạnh của hạt cát nghiền lại cho độ bền hạt thấp và khả năng nứt vỡ cao hơn so với cát tự nhiên. Do đó, việc kiểm soát chất lượng của bê tông sử dụng cát nghiền thay thế cát tự nhiên phụ thuộc nhiều vào dây chuyền nghiền sàng, tuyển cát nghiền và chất lượng đá gốc khai thác theo các khu vực khác nhau trên thế giới và trong từng vùng lãnh thổ. Hiện nay ở nước ta, xu thế sử dụng cát nghiền nhân tạo thay thế cát tự nhiên trong sản xuất bê tông đang nhận được sự quan tâm lớn của nhà nước và các địa phương. TCVN 9205:2012 [10], TCVN 9382:2012 [11] đã ban hành các yêu cầu kỹ thuật, hướng dẫn việc sử dụng cát nhân tạo trong sản xuất bê tông và vữa. Chất lượng nguồn gốc đá nguyên khối hay sỏi nghiền dọc theo lãnh thổ Việt Nam thay đổi đa dạng, do đó ảnh hưởng đến chất lượng của cát nhân tạo ở mỗi vùng. Nhiều nghiên cứu trong nước đã được tiến hành đánh giá đặc tính cơ học của bê tông sử dụng cát nhân tạo thay thế cát tự nhiên trong sản xuất vữa và bê tông, nhằm đánh giá khả năng ứng dụng bê tông đầm lăn cho các công trình hạ tầng đường giao thông và đập thủy điện [12–17]. Tuy nhiên, khả năng thay thế bê tông thường của bê tông sử dụng cát nhân tạo trong thiết kế thi công cấu kiện chịu lực nhà cao tầng BTCT hiện chưa được làm sáng tỏ, kiểm chứng sự phù hợp theo tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép TCVN 5574:2018 [18]. Vì vậy, việc nghiên cứu đánh giá khả năng sử dụng bê tông dùng cát nghiền nhân tạo từ đá vôi trong lĩnh vực thiết kế thi công nhà cao tầng BTCT sẽ là cơ sở hỗ trợ cho các kỹ sư, cán bộ đang nghiên cứu và làm việc trong lĩnh vực tư vấn thiết kế, quản lý dự án cũng như thi công công trình là rất cần thiết. Trong nội dung bài báo này, cát nhân tạo nghiền từ đá vôi khai thác tại Hà Nam được sử dụng phân tích nghiên cứu. 94
  3. Dũng, L. V. và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng 2. Nghiên cứu thực nghiệm 2.1. Cấp phối bê tông Với mục đích nghiên cứu khả năng ứng dụng cát nghiền nguồn gốc đá vôi thay thế cát tự nhiên (cát vàng) cho cấu kiện chịu lực BTCT thông thường, hai cấp phối bê tông được thiết kế cho hai chủng loại cát đảm bảo cấp độ bền B20, với độ sụt yêu cầu SN = 4±2 cm. Thành phần cấp phối được xác định theo nguyên tắc thể tích tuyệt đối theo phương trình sau [11, 19]: X N C D + + + + A = 1000 (1) ρX ρN ρX ρD trong đó, X, N, C, D là khối lượng (kg) dùng của Xi măng, Nước, Cát và Đá; ρX , ρN , ρC , ρD lần lượt là khối lượng riêng của Xi măng, Nước, Cát và Đá; A là hàm lượng bọt khí trong hỗn hợp bê tông (nghiên cứu chọn sơ bộ A = 1% - tương ứng 10 lít/m3 bê tông). Tỷ lệ đá và hai loại cát tự nhiên (CTN) và cát nghiền nhân tạo (CN) được xác định trên cơ sở thí nghiệm xác định thành phần hỗn hợp hạt cốt liệu hợp lý đảm bảo có sự sắp xếp chặt chẽ nhất, theo phương pháp khối lượng thể lèn chặt lớn nhất. Hai cấp phối bê tông sử dụng trong nghiên cứu được xác định bước đầu tại Viện Nghiên cứu và ứng dụng Vật liệu Xây dựng nhiệt đới – trường Đại học Xây dựng (Bảng 1). Hai loại cấp phối này sau đó được sử dụng triển khai nghiên cứu mở rộng sang mô hình cấu kiện: (i) lực bám dính thép-bê tông và (ii) cấu kiện cột BTCT chịu nén đúng tâm. Bảng 1. Thành phần cấp phối hỗn hợp bê tông sử dụng CTN và CN Loại Cấp độ bền Khối lượng VL cho 1 m3 bê tông (kg) STT Bê tông chịu nén B Xi măng CTN CN Đá 1×2 Nước 1 CTN 20 330 800 0 1050 185 2 CN 20 330 0 800 1050 220 2.2. Thí nghiệm xác định tính chất cơ lý của bê tông Tổng cộng 30 mẫu thí nghiệm xác định cường độ chịu nén và mô đun đàn hồi ở các thời điểm 7, 14 và 28 ngày tuổi của bê tông sử dụng hai loại cát CTN và CN, trong đó: 24 mẫu lập phương 15 × 15 × 15 cm xác định cường độ chịu nén cho hai loại bê tông (Hình 1), 6 mẫu trụ 15 × 30 cm xác định mô đun đàn hồi cho hai loại bê tông. Các mẫu sau khi đúc xong được ngâm nước bảo dưỡng trong phòng thí nghiệm đến tuổi thí nghiệm. 2.3. Thí nghiệm xác định lực bám dính giữa bê tông và cốt thép Mẫu thí nghiệm xác định lực dính được thiết kế theo chỉ dẫn của Rilem 7-II-128 [20]. Theo đó mẫu thí nghiệm được thiết kế gồm thanh thép Φ14 được neo một đoạn dài 5Φ = 7 cm trong mẫu bê tông khối lập phương 15 × 15 × 15 cm (Hình 2). Một đầu thanh thép để thừa ra khỏi mẫu bê tông khoảng 5 cm để đo chuyển vị thanh thép khi thí nghiệm. Phần đầu kia của thanh thép được lồng trong ống nhựa để không bám dính với bê tông. Thí nghiệm lực dính giữa bê tông và cốt thép được xác định ở 28 ngày sau khi đúc mẫu. Tổng cộng có 6 mẫu cho thí nghiệm cho hai loại bê tông. 95
  4. 120 CN, trong đó: 24 mẫu lập phương 15 x 15 x 15 cm xác định cường độ chịu nén 121 cho hai loại bê tông (Hình 1), 6 mẫu trụ 15 x 30 cm xác định mô đun đàn hồi cho 122 hai loại bê tông. Các mẫu sau khi đúc xong được ngâm nước bảo dưỡng trong 123 phòng thí nghiệm đếnDũng, tuổiL.thí V. vànghiệm. cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng 128 Mẫu thí nghiệm xác định lực dính được thiết kế theo chỉ dẫn của Rilem 7-II- 129 128 [20]. Theo đó mẫu thí nghiệm được thiết kế gồm thanh thép 14 được neo 130 một đoạn dài 5 = 7 cm trong mẫu bê tông khối lập phương 15 x 15 x 15 cm 131 (Hình 2). Một đầu thanh thép để thừa ra khỏi mẫu bê tông khoảng 5cm để đo 124 132 chuyển vị thanh thép khi thí nghiệm. Phần đầu kia của thanh thép được lồng trong ống nhựathử để không 125 Hình Hình 133 1. Thí1.nghiệm Thí nghiệm bám hỗn thửdính tính chất với bê tính hợp bêtông. chất Thí vànghiệm hỗn tông hợpmẫu đúc bêkhối tông lực dính lậpvà giữa bê đúc cốt mẫu tông và15 phương × 15khối × 15 cm lập 134 thép được xác định ở 28xác ngày sau khi đúc mẫu. định cường độ chịu nénTổng cộng có 6 mẫu cho thí 126 phương15 135 nghiệm x bê cho hai loại x 15 cm xác định cường độ chịu nén 15tông. 127 2.3. Thí nghiệm xác định lực bám dính giữa bê tông và cốt thép 4 136 137 Hình 2. Mẫu thí nghiệm lực dính cốt thép với khối lập phương15x15x15cm Hình 2. Mẫu thí nghiệm lực dính cốt thép với khối lập phương15 × 15 × 15 cm 138 2.4. Thí nghiệm cột BTCT chịu nén đúng tâm 139 Thí nghiệm nén đúng tâm được thực hiện trên 4 mẫu cột BTCT, kích thước 2.4. Thí nghiệm 140 cột tiếtBTCT diện 200chịu nén x 200 mm,đúng tâmmm (2 mẫu sử dụng CTN, 2 mẫu sử dụng CN). dài 1000 141 Cột BTCT thí nghiệm được thiết kế như sau: cốt dọc 414 dùng thép CB300-V, Thí nghiệm nén đúng tâm được thực hiện trên 4 mẫu cột BTCT, kích thước tiết diện 200 × 200 mm, 142 cốt đai 6a200 kết hợp a100 gia cường đầu cột sử dụng thép CB240T (Hình 3). dài 1000 mm143(2 mẫu sử dụng CTN, 2 mẫu sử dụng CN). Cột BTCT thí nghiệm được thiết kế như Mỗi cột được gắn 4 sensor đo biến dạng: 2 sensor gắn đo biến dạng cốt thép, được sau: cốt dọc 144 4Φ14 bố dùng thép trí cho CB300-V, 2 thanh cốt2đai cốt đối diện; Φ6a200 sensor được dánkết trênhợp a100 bề mặt gia nằm bê tông, cường đầu cột sử dụng thép ở giữa CB240T (Hình 145 cột và ở hai mặt đối diện nhau. Các mẫu cột đúc xong được bảo dưỡng tưới nướcdạng cốt thép, được 3). Mỗi cột được gắn 4 sensor đo biến dạng: 2 sensor gắn đo biến 146 trong khuôn đến ba ngày, sau đó tháo khuôn để trong không khí phòng thí nghiệm 147 LAS - XD125 cho gần giống với điều kiện thi công thực tế tại công trường. 148 Hệ thống thiết bị lắp đặt cho thí nghiệm nén cột được thể hiện như trong 149 Hình 4: (i) tải trọng được kiểm soát qua LoadCell, với tốc độ gia tải trung bình 150 28±2 kN/s. Thí nghiệm gia tải dừng lại khi quan sát thấy bê tông bụng cột bị phá 151 hoại tách ra kèm hiện tượng mất ổn định của cốt thép dọc; (ii) 4 đầu đọc biến dạng 152 được nối trực tiếp với máy đọc tự động với độ đo 10-6 mm; (iii) giữa 2 đầu cột 153 được bố trí tấm đệm cao su dày 1,5 cm để đảm bảo sự truyền lực tốt của lực ép 154 vào 2 mặt phẳng đầu cột. 155 5 156 157 Hình Hình3. 3. Mẫu Mẫu cột cột BTCT BTCT thí thí nghiệm kích thước nghiệm kích thước 200 200×x 200 200 mm, mm,dài dài1000 1000mm mm 96
  5. Dũng, L. V. và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng bố trí cho 2 thanh cốt đối diện; 2 sensor được dán trên bề mặt bê tông, nằm ở giữa cột và ở hai mặt đối diện nhau. Các mẫu cột đúc xong được bảo dưỡng tưới nước trong khuôn đến ba ngày, sau đó tháo khuôn156để trong không khí phòng thí nghiệm LAS - XD125 cho gần giống với điều kiện thi công thực tế tại157 công trường. Hình 3. Mẫu cột BTCT thí nghiệm kích thước 200 x 200 mm, dài 1000 mm 158 159 Hình Lắpđặt Hình4.4.Lắp đặt thí nghiệm nén thí nghiệm đúng tâm nén đúng tâm cột cột200 200×x 200 200mm, mm,dài dài1000 1000mm mm 160 3. Kết quả và Thảo luận Hệ 161thống thiết 3.1.bị Cường lắp đặt độ chochịu thí nghiệm nén và Mônénđun cộtđàn được hồithể củahiện như trong Hình 4: (i) tải trọng được bê tông kiểm soát qua LoadCell, với tốc độ gia tải trung bình 28±2 kN/s. Thí nghiệm gia tải dừng lại khi quan 162 bê tông Sau sát thấy bụngkhicột đúc, các mẫu bị phá hoại được bảokèm tách ra quản trong hiện điềumất tượng kiệnổnkhí hậucủa định trongcốtphòng thí (ii) 4 đầu thép dọc; đọc 163 nghiệm biến dạng đượcvànối trựcđược mẫu tiếpngâm nước với máy đọc tựdưỡng bảo động vớisau độ khiđo tháo khuôn. 10-6 mm;Tại (iii)các ngày giữa tuổicột được bố 2 đầu trí tấm đệm cao su dày 1,5 cm để đảm bảo sự truyền lực tốt của lực ép vào 2 mặt phẳng độ 164 7, 14 và 28 ngày, các tổ mẫu lập phương và mẫu trụ được nén xác định cường đầu cột. 165 chịu nén và mô đun đàn hồi theo TCVN 3118:1993 và ASTM C469/ C469M - 166quả14e1. 3. Kết luậnthí nghiệm được thể hiện trong các Hình 5 và 6 dưới đây. Kết quả và Thảo 167 3.1. Cường độ chịu nén và Mô đun đàn hồi của bê tông Sau khi đúc, các mẫu được bảo quản trong điều kiện khí hậu trong phòng thí nghiệm và mẫu được ngâm nước bảo dưỡng sau khi tháo khuôn. Tại các ngày tuổi 7, 14 và 28 ngày, các tổ mẫu lập phương và mẫu trụ được nén xác định cường độ chịu nén và mô đun đàn hồi theo TCVN 3118:1993 và ASTM C469/ C469M - 14e1. Kết quả thí nghiệm được thể hiện trong các Hình 5 và 6. 6 thường sử dụng cát tự nhiên CTN đạt cấp độ Từ Hình 5 cho thấy, kết quả thí nghiệm của bê tông bền B20 ở tuổi 28 ngày theo như cấp phối thiết kế (Rtb 28 = 26,2 MPa so với giá trị thiết kế 25 MPa). Tuy nhiên với bê tông sử dụng cát nghiền nhân tạo (CN), cường độ chịu nén trung bình ở tuổi 28 ngày đạt được lớn hơn 157% so với dự kiến (Rtb28 = 39,3 MPa so với giá trị thiết kế 25 MPa). Sự ảnh hưởng của loại cát đến cường độ nén và mô đun đàn hồi của bê tông còn được quan sát rõ khi đối chiếu hai hình Hình 5 và 6. Về chỉ tiêu cường độ, Hình 5 cho thấy cường độ bê tông phát triển nhanh trong 7 ngày đầu, sau đó giảm dần sau 14 và 28 ngày. Tuy nhiên trong Hình 6, nhận thấy về chỉ tiêu độ cứng (mô đun đàn hồi) của bê tông sử dụng cát nghiền cho tốc độ phát triển đều trong 14 ngày đầu, sau đó giảm dần đạt ổn định tương đối ở 28 ngày tuổi. Điều này có thể do cường độ nén và mô đun đàn hồi ở tuổi sớm phụ thuộc chủ yếu vào cường độ bám dính giữa bề mặt hạt cốt liệu và lớp đá chất kết dính xi măng trong bê tông, còn ở tuổi muộn các tính chất này lại phụ thuộc chủ yếu vào cường độ lớp đá xi măng, cường độ bám dính cốt liệu - xi măng và cường độ cốt liệu [21]. Trong bê tông sử dụng cát nghiền, cường độ bám dính giữa hạt cát và đá xi măng cao hơn và phát triển nhanh hơn so với trong bê tông sử dụng cát tự nhiên. 97
  6. Dũng, L. V. và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng 168 168 169 Hình 5. Biểu đồ phát triển cường độ chịu nén trung bình theo thời gian của bê 169 Hình 5. Biểu đồ phát triển cường độ độ chịu nén trung bìnhtheo theothời thờigian gian của bê 170 Hình 5. Biểutông đồ phát triển sử dụng cường cát tự nhiên chịu (CTN)nén vàtrung bình cát nghiền nhân tạo (CN) của bê tông 170 tông sử dụng cát tự nhiên (CTN) và cát nghiền nhân sử dụng cát tự nhiên (CTN) và cát nghiền nhân tạo (CN) tạo (CN) 171 171 172 172 173 Hình 6. Biểu đồ phát triển mô đun đàn hồi theo thời gian của bê tông sử dụng cát Hình 6. Biểu đồ phát triển mô đun đàn hồi theo thời gian của bê tông 174 173 sửđồ Hình 6. Biểu tựcát phát dụng nhiên triển mô đun (CTN) tự nhiên đàncát và (CTN) hồinghiền và theo nhângian thời cát nghiềntạo (CN) củatạo nhân bê tông (CN)sử dụng cát 174 175 tự nhiên (CTN) và cát nghiền nhân tạo (CN) 175 quả thí nghiệm của bê tông thường sử dụng cát tự 3.2. Lực176 Từ Hình bám dính giữa bê 5tông cho và thấy, cốtkết thép tb 177 nhiên 176 Hình đạt Từ CTN độ bền cấp thấy, 5 cho quảởthí kếtB20 tuổi củatheo 28 ngày nghiệm như cấp bê tông thường phốisửthiết ( R28tự kế cát dụng Lực bám dính trung bình giữa bê tông và cốt thép được xác định theo công thức (2): tb 178 nhiên 177 MPađạt =26,2CTN so cấp độ bền với giá B20kếở 25 trị thiết tuổiMPa). Tuy theo 28 ngày nhiênnhư vớicấp bê tông phối sử dụng thiết kế cát ( R28 178 P Tuy nhiên với bê tông sử dụng cát =26,2 MPa so với giá trị thiết kế 25 MPa). τ= (2) π.Φ.l 7 trong đó P là lực kéo (hoặc nén) làm cốt thép tụt ra7 khỏi bê tông; Φ là đường kính thanh thép, Φ = 14 mm; l là chiều dài đoạn cốt thép neo trong bê tông, l = 70 mm. Quan hệ giữa lực kéo P tại trạng thái gây tuột thanh thép ra khỏi mẫu bê tông được thể hiện trong Hình 7 và 8 cho hai loại bê tông nghiên cứu. Kết quả phân tích cho thấy lực bám dính giữa cốt thép và hai loại bê tông là khá tương đồng: với bê tông sử dụng cát nghiền CN cho lực dính cao hơn so với bê tông cát tự nhiên CTN khoảng 6% (Bảng 2). Điều này chứng tỏ đặc tính bề mặt nhám ráp của CN đã làm tăng khả năng liên kết bám dính giữa lớp bê tông và bề mặt thanh cốt thép. 98
  7. Dũng, L. V. và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng 206 207 Hình 7. Biểu đồ quan hệ giữa lực kéo và chuyển vị trượt thanh thép – bê tông sử dụng 206 208 CTN 207 Hình Biểu đồ Hình7.7.Biểu đồ quan hệgiữa quan hệ giữalực lựckéo kéovàvà chuyển chuyển vị trượt vị trượt thanh thanh thép thép – bêsử – bê tông tông sửCTN dụng dụng 209 208 CTN 209 210 211 Hình Biểuđồ Hình8.8.Biểu đồquan quan hệ giữalực hệ giữa lựckéo kéovàvàchuyển chuyển vị trượt vị trượt thanh thanh – bê – thépthép bê sử tông tông sử CN dụng dụng 210 212 CN Bảng 2. Kết quả đo lực dính giữa cốt thép – bê tông sử dụng CTN và CN 211 Hình 8. Biểu đồ quan hệ giữa lực kéo và chuyển vị trượt thanh thép – bê tông sử dụng 213 212 CN Tên mẫu 214 Loại Bảng 2. Kết quả đo lực dínhKết bê tông giữa cốt thép – bê tông sử dụng CTN và CN quả 213 M1 M2 M3 Tên mẫu 214 CTN Bảng Loại2.bêKết quả đo tông Lựclực kéodính tụt cốt giữa Kếtthép, cốt quảPthép – bê tông sử60,28 (KN) dụng CTN 67,58 và CN 54,28 Lực bám dính, τi (MPa) M1 19,60 M2 22,00 M317,60 Lực bám dính, τtb (MPa) Tên19,80 mẫu LoạiCTN bê tông Lực kéo tụt cốt Kếtthép, quả P (KN) 60,28 67,58 54,28 CN Lực kéo tụt cốt thép, P (KN) M1 67,88 M2 63,98 M362,78 Lực bám dính, τi (MPa) (MPa) 22,10 20,80 20,40 CTN Lực bám kéo tụt cốtτ thép, P (KN) 60,28 67,58 54,28 Lực dính, tb (MPa) 9 21,10 9 99
  8. 219 uốn dọc của cốt thép dọc ở giữa hai cốt đai a200 (Hình 9). Đây là trạng thái phá 220 hoại nén đúng tâm đúng theo lý thuyết thực nghiệm [22]. Kết quả thí nghiệm đo ở 221 trạng thái giới hạn phá hoại được tổng hợp thống kê trong Bảng 3 dưới đây. 222 Bảng 3. Kết quả lực nén phá hoại cột BTCT sử dụng cát CTN và CN Dũng, L. V. và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Lực nén phá hoại mẫu cột ở tuổi 28 ngày (T) Loại 3.3. Thí nghiệm cột bê tông BTCT chịu nén đúng tâm Mẫu 1 Mẫu 2 Trung bình Kết quả thí nghiệm cho thấy, ở trạng thái giới hạn về cường độ, bê tông cột bị phá vỡ ở giữa cột. CTN 128,9 Đồng thời sự phá hoại cho quan sát thấy trạng thái mất127,6 ổn định uốn dọc128,25 của cốt thép dọc ở giữa hai cốt đai a200 (Hình 9). Đây CN là trạng thái phá 107,36 hoại nén đúng tâm 116,75 đúng theo lý thuyết thực nghiệm [22]. 112,055 Kết quả thí nghiệm đo ở trạng thái giới hạn phá hoại được tổng hợp thống kê trong Bảng 3. 223 224 225 Hình 9. Trạng thái phá hoại của cột khi chịu nén đúng tâm – Mẫu được bó đai Hình 9. Trạng thái phá hoại của cột khithép 226 chịuđỉnh nén đúng tâm – Mẫu được bó đai thép đỉnh cột 10cột. 227 Quan sát đường cong tải trọng-biến dạng trong hai Hình 10 và 11 nhận thấy: Bảng 3. Kết quả lực nén phá hoại cột BTCT sử dụng cát CTN và CN 228 (i) biến dạng của bê tông và cốt thép cho mỗi mẫu cột là tương đồng nhau, thể 229 hiện sự làm việc đồng thời giữa hai vật liệu và lực bám dính được phát huy tốt Lực nén phá hoại mẫu cột ở tuổi 28 ngày (T) 230 Loại bêtrong tôngquá trình truyền lực giữa cốt thép và bê tông sử dụng hai loại cát CTN và cát 231 CN; (ii) Tại trạng thái phá Mẫu 1 biến dạng nén củaMẫu hoại, 2 cột đạt giá trị tương bê tông Trung bình 232 CTNđồng (Hình 10). Cụ thể bê tông biến dạng co ngắn 0,14±0,02 % cho cột sử dụng 128,90 127,60 128,250 233 CN CTN, và biến co ngắn 0,15±0,02% 107,36 cho cột sử dụng cát 116,75CN. 112,055 234 235 236 Hình10. Hình 10.Biểu đồso Biểuđồ sosánh sánh quan quan hệ hệ giữa giữa tải tải trọng trọngvà vàbiến biếndạng dạngbêbêtông tôngcộtcột 237 238 100
  9. Dũng, L. V. và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Quan sát đường cong tải trọng-biến dạng trong hai Hình 10 và 11 nhận thấy: (i) biến dạng của bê tông và cốt thép cho mỗi mẫu cột là tương đồng nhau, thể hiện sự làm việc đồng thời giữa hai vật liệu và lực bám dính được phát huy tốt trong quá trình truyền lực giữa cốt thép và bê tông sử dụng hai loại cát CTN và cát CN; (ii) Tại trạng thái phá hoại, biến dạng nén của bê tông cột đạt giá trị tương đồng (Hình 10). Cụ thể bê tông biến dạng co ngắn 0,14±0,02% cho cột sử dụng CTN, và biến co ngắn 0,15±0,02% cho cột sử dụng cát CN. 239 240 Hình11. Hình 11.Biểu đồso Biểuđồ so sánh sánh quan quan hệ hệ giữa giữa tải tảitrọng trọngvàvàbiến biếndạng dạngcốtcốt thép cộtcột thép 241 Quan sát giá trị tải trọng giới hạn đo tại trạng thái cột bị phá hoại cho hai loại bê tông, so sánh với 242 Quan sát giá trị tải trọng giới hạn đo tại trạng thái cột bị phá hoại cho hai loại giá trị tải thí nghiệm giới hạn xác định theo TCVN 5574:2018 [18] như nêu trong Bảng 4 nhận thấy: 243 bê tông, so sánh với giá trị tải thí nghiệm giới hạn xác định theo TCVN 5574- - So với giá trị giới hạn xác định theo tiêu chuẩn TCVN 5574:2018 [18] khi sử dụng cường độ vật 244 2018 [18] như nêu trong Bảng 4 nhận thấy: liệu xác định trực tiếp trên mẫu (bê tông, cốt thép), kết quả thí nghiệm xác định lực nén giới hạn với trên mẫu245 cột sử dụng- Sobêvớitông giá trị cátgiới hạn xác nghiền nhân định tạotheo chotiêu giáchuẩn TCVN trị nhỏ hơn,5574-2018 [18] khi thiên về thiếu an toàn. 246 sử dụng cường độ vật liệu xác định trực tiếp trên mẫu (bê tông, cốt - So sánh giá trị lực nén giới hạn xác định theo thực nghiệm giữa hai loại bê tông sử dụng CTN thép), kết quả (128.3 T)247và CN (112.1xác thí nghiệm T),định đối lực nén kết chiếu giới quả hạn với néntrên mẫumẫu cột sử theo xu dụng hướngbê tông ngượccát lại nghiền khi cường độ nén 248 nhân tạo cho giá trị nhỏ hơn, thiên về thiếu an toàn. trung bình của bê tông sử dụng CN lớn gấp 39,3/26,2 = 1,5 lần so với BT sử dụng CTN, nhận thấy sự suy giảm 249mạnh về-cườngSo sánhđộ giáchịu nén trị lực néncủa giớibêhạn tôngxácCNđịnhkhi theochuyển đổi từgiữa thực nghiệm kích haithước loại bêmẫu thí nghiệm (15 × 15 250× 15tông cm)sửsang dụng kích CTN thước (128.3 cấu T) vàkiện. CN (112.1 Sự suy đối chiếu T), giảm nàykết cóquả thểnén liênmẫu theođến quan xu độ đồng nhất 251 hướng ngược lại khi cường độ nén trung bình của bê tông sử của mẫu cột và quá trình bảo dưỡng [15], do đó làm giảm mức độ thủy hóa xi măng dính kết trong dụng CN lớn gấp bê tông.252 39,3/26,2 = 1,5 lần so với BT sử dụng CTN, nhận thấy sự suy giảm mạnh về 253 cường độ chịu nén của bê tông CN khi chuyển đổi từ kích thước mẫu thí nghiệm Bảng 4. So (15 254 sánhx kết 15 xquả tải trọng 15 cm) sang phá kíchhoại thướcthícấu nghiệm nénsuy kiện. Sự cộtgiảm BTCTnàysử códụng haiquan thể liên loại cát đếnCTN và CN 255 độ đồng nhất của mẫu cột và quá trình bảo dưỡng [15], do đó làm giảm mức độ 256 thủy hóaGiới hạn dính xi măng chảykết trong Lực nén giới hạn bê tông. Lực nén giới Độ sai lệch giữa Mẫu cột BTCT đo được của xác định theo hạn xác định thí nghiệm so sử 257 dụng Bảng 4. So sánh kết quả tải trọng phá hoại thí nghiệm nén cột BTCT sử dụng hai 258 cốt thép dọc Φ14 TCVN loại cát5574:2018 CTN và CN[18] theo thí nghiệm với tiêu chuẩn Bê tông CTN 353 (MPa) 115 (T)∗ 128,3 (T) +12% Mẫu cột Giới hạn chảy Lực nén giới ∗ Lực nén giới Độ sai lệch Bê tông CNBTCT sử353 đo(MPa) được của 163 (T) hạn xác định hạn xác định 112,1 (T) giữa thí −30% u =với ϕ Rb Ab + R sc A s,t , ∗  Lực nén giới hạn xác dụngđịnh theo cốt TCVN 5574:2018 thép dọc theo [18] TCVN được xác theođịnh theo công nghiệm thí nghiệm thức: Nso trong đó: (i) ϕ = 0, 925 cho cột có L/h = 5 chịu tải trọng[17] 5574-2018 tức thời; (ii) nhằm đánh giá trực tiêu tiếp sự thay đổi cường chuẩn độ nén mẫu khi chuyển sang kích thước cấu kiện, giá trị Rb cho hai loại bê tông CTN và CN được lấy theo giá 12 trị cường độ chịu nén trung bình ở 28 ngày tuổi được xác định ở mục 3.1. 101
  10. Dũng, L. V. và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng 4. Kết luận Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá khả năng thay thế cát tự nhiên của cát nhân tạo nghiền từ đá vôi đã đạt được một số kết quả như sau: - Kết quả thí nghiệm về cường độ nén ở 28 ngày tuổi của bê tông sử dụng cát nghiền vượt 157% so với giá trị thiết kế khi thiết kế cấp phối cho bê tông B20 theo TCVN 9382:2012 [11]. Kết quả đo cho thấy sự biến động lớn về kết quả thí nghiệm trên mẫu thử lập phương. - Nghiên cứu thí nghiệm trên cấu kiện chịu nén, kích thước mẫu 20 × 20 × 100 cm khi so sánh với mẫu bê tông cát tự nhiên, nhận thấy có hiện tượng suy giảm mạnh về cường độ chịu nén của bê tông cát nghiền khi chuyển từ mẫu thí nghiệm 15 × 15 × 15 cm sang mẫu cột kích thước 20 × 20 × 100 cm. Kết quả thí nghiệm cho lực nén giới hạn thiếu an toàn, giảm 30% so với giá trị xác định theo tiêu chuẩn TCVN 5574:2018 [18]. Sự suy giảm này có thể được giải thích bởi sự hút nước mạnh của cát nghiền trong bê tông cột, làm ảnh hưởng đến quá trình thủy hóa xi măng đóng rắn bê tông. Kết quả quan sát cần được phân tích chuyên sâu hơn để kiểm chứng, làm rõ mức độ ảnh hưởng của tính chất của cát nghiền, điều kiện chế tạo, chế độ bảo dưỡng mẫu kích thước cấu kiện đến sự ổn định đặc tính cơ lý của bê tông khi sử dụng cát nhân tạo nghiền từ nguồn gốc đá vôi thay thế cho cát tự nhiên. Lời cảm ơn Tác giả chân thành cảm ơn sự hỗ trợ tài chính của Trường Đại học Xây dựng cho đề tài “Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá khả năng chịu lực theo TTGH-I của cấu kiện BTCT sử dụng cát nhân tạo thay thế cát tự nhiên”, mã số 29-2020/KHXD-TĐ. Nhóm nghiên cứu chân thành gửi lời cảm ơn Phòng thí nghiệm LAS - XD125 và Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Vật liệu Xây dựng Nhiệt đới – trường Đại học Xây dựng đã hỗ trợ tạo điều kiện thí nghiệm thuận lợi cho nghiên cứu. Tài liệu tham khảo [1] Kiên, T. T., Thiên, B. Đ. (2018). Tuyển tập Báo cáo hội thảo Khoa học công nghệ toàn quốc Cát nghiền thay thế cát tự nhiên, Vật liệu thân thiện với môi trường. Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội. [2] Wigum, B. J., Danielsen, S. W. (2009). Production and Utilisation of Manufactured sand. State-of-the-art report, COIN project report 12 - 2009, Norway. [3] Mundra, S., Sindhi, P. R., Chandwani, V., Nagar, R., Agrawal, V. (2016). Crushed rock sand – An eco- nomical and ecological alternative to natural sand to optimize concrete mix. Perspectives in Science, 8: 345–347. [4] BS 882:1992. Specification for aggregates from natural sources for concrete. UK. [5] XP P18-540. Granulats: Définition, conformité, spécification, Normalisation franc¸aise. France. [6] ASTM 33:1990 (1990). Standard Specification for Concrete Aggregates. USA. [7] Sahu, A. K., Sunil, K. S. (2003). Quarry stone waste as fine aggregate for concrete. Indian Concrete Journal, 845–848. [8] Ilangovana, R., Mahendrana, N., Nagamanib, K. (2008). Strength and durability properties of concrete containing quarry rock dust as fine aggregate. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 3(5): 20–26. [9] Vijaya, B. (2020). Microstructural study on the concrete containing manufactured sand. Journal of Critical Reviews, 7(4):1560–1564. [10] TCVN 9205:2012. Cát nghiền cho bê tông và vữa. Bộ Khoa học và Công nghệ, Việt Nam. [11] TCVN 9382:2012. Chỉ dẫn kỹ thuật chọn thành phần bê tông sử dụng cát nghiền. Bộ Khoa học và Công nghệ, Việt Nam. 102
  11. Dũng, L. V. và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng [12] Chương, N. H. (2008). Nghiên cứu khả năng sử dụng đá mạt - phế thải của công nghiệp gia công đá để chế tạo vữa và bê tông xi măng. Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Đại học Xây dựng. [13] Chương, N. H., Lự, P. V., Phát, N. M. (2009). Nghiên cứu sử dụng đá mạt trong sản xuất bê tông nghèo xi măng. Tạp chí Khoa học công nghệ Xây dựng, Trường Đại học Xây dựng, 3(1):11–19. [14] Cung, N. Q. (2004). Nghiên cứu cát nhân tạo sử dụng cho bê tông và vữa nhân tạo. Tuyển tập các công trình NCKH công nghệ VLXD, NXB Xây dựng. [15] Đoàn, N. V. (2018). Sử dụng cát nghiền để chế tạo bê tông và vữa xây dựng. Tuyển tập Báo cáo Hội thảo KHCN toàn quốc - Cát nghiền thay thế cát tự nhiên - Vật liệu thân thiện môi trường, NXB Xây dựng, 116–129. [16] Hiếu, N. D., Xuân, T. T. K., Toàn, Đ. T., Vân, H. H. (2018). Kết hợp cát nghiền và cát mịn trong chế tạo bê tông. Tuyển tập Báo cáo Hội thảo KHCN toàn quốc - Cát nghiền thay thế cát tự nhiên - Vật liệu thân thiện môi trường, NXB Xây dựng, 130–139. [17] Kiên, T. T., Hân, T. H., Hương, C. T. (2018). Nghiên cứu khả năng sử dụng các sản phẩm từ đá cát kết thay thế cát tự nhiên trong xây dựng các công trình. Tuyển tập Báo cáo Hội thảo KHCN toàn quốc - Cát nghiền thay thế cát tự nhiên - Vật liệu thân thiện môi trường, NXB Xây dựng, 83–91. [18] TCVN 5574:2018. Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép. Tiêu chuẩn thiết kế. Bộ Khoa học và Công nghệ, Việt Nam. [19] TCVN 3108:1993. Hỗn hợp bê tông nặng - Phương pháp xác định khối lượng thể tích. Bộ Khoa học và Công nghệ, Việt Nam. [20] RILEM 7-II-128 (1994). RC6 : Bond test for reinforcing steel. 1. Pull-Out Test. RILEM technical recom- mendations for the testing and use of construction materials (pp. 102-105). London : E & FN Spon. [21] Neville, A. M. (1996). Properties of concrete. New York: Wiley. [22] Minh, P. Q., Phong, N. T., Cống, N. Đ. (2008). Kết cấu bê tông cốt thép. Phần 1: Cấu kiện cơ bản. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật. 103
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2