Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu thực nghiệm ứng xử uốn của dầm bê tông nhẹ sử dụng cốt liệu nhẹ tái chế từ phế thải phá dỡ công trình xây dựng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI Lê Ngọc Lan NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ỨNG XỬ UỐN CỦA DẦM BÊ TÔNG NHẸ SỬ DỤNG CỐT LIỆU NHẸ TÁI CHẾ TỪ PHẾ THẢI PHÁ DỠ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng

Mã số: 9580201

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Hà Nội – Năm 2022

Công trình được hoàn thành tại trường Đại học Xây dựng Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Hùng Phong Phản biện 1: GS.TS Nguyễn Tiến Chương Phản biện 2: TS. Nguyễn Đại Minh Phản biện 3: PGS.TS Nguyễn Ngọc Phương Luận án sẽ được bảo vệ tại Hội đồng chấm luận án cấp trường tại trường Đại học Xây dựng Hà Nội. Vào hồi…….giờ…….ngày……tháng……năm 2022 Có thể tìm hiểu Luận án tại Thư viện Quốc gia và Thư viện trường Đại học Xây dựng Hà Nội

1

MỞ ĐẦU

1. Lý do lựa chọn đề tài

BTN là một vật liệu xây dựng hiện đang được sử dụng phổ biến trong xây dựng. Sử dụng bê tông nhẹ trong công trình xây dựng mang lại lợi ích kinh tế - kỹ thuật như giảm tải cho công trình, dẫn tới giảm kinh phí xử lý nền móng và hệ thống kết cấu của công trình. Bên cạnh đó, tốc độ công nghiệp hoá nước ta diễn ra nhanh chóng, tương ứng với đó, mỗi năm có một lượng lớn rác thải xây dựng được thải ra mà không được xử lý gây ô nhiễm môi trường. Do đó, việc nghiên cứu khả năng tái chế và ứng dụng chất thải này đang được nhiều nước và các nhà khoa học quan tâm. Sản phẩm thu được từ quá trình xử lý phế thải xây dựng là các hạt cốt liệu rỗng, nhẹ có thể được dùng để chế tạo bê tông nhẹ. Nó góp phần làm giảm đi việc sử dụng các nguyên liệu tự nhiên - nguồn tài nguyên thiên nhiên đang ngày càng cạn kiệt để chế tạo nguyên vật liệu cho ngành xây dựng. Do vậy, NCS lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu thực nghiệm ứng xử uốn của dầm bê tông nhẹ sử dụng cốt liệu nhẹ tái chế từ phế thải phá dỡ công trình xây dựng”. 2. Mục đích và mục tiêu nghiên cứu 2.1. Mục đích nghiên cứu

Mục đích nghiên cứu của đề tài luận án là chế tạo và xác định các đặc trưng cơ lý của BTNCLNTC từ phế thải phá dỡ công trình xây dựng và đánh giá ứng xử uốn của dầm BTN (cốt thép) sử dụng hạt CLNTC bao gồm khả năng chịu uốn, mô men kháng nứt và khoảng cách vết nứt uốn. 2.2. Mục tiêu nghiên cứu • Xây dựng cấp phối phù hợp chế tạo BTNCLNTC với khối lượng thể tích trong

khoảng 1400 – 1800 kg/m3, cường độ chịu nén đạt từ 15 ÷ 35 MPa;

• Xác định và xây dựng công thức tính các đặc trưng cơ học của BTNCLNTC và

xây dựng quan hệ ứng suất – biến dạng của vật liệu BTN;

• Xây dựng quan hệ lực dính – độ trượt của BTNCLNTC và cốt thép; • Đánh giá ứng xử uốn của cấu kiện BTCT sử dụng hạt CLN chế tạo từ PTXD thông qua khảo sát kết quả thực nghiệm về quan hệ tải trọng - độ võng của dầm, quan hệ tải trọng - biến dạng cốt thép và quan hệ tải trọng - biến dạng của bê tông, sự phát triển các vết nứt.

• Đề xuất công thức tính toán cấu kiện chịu uốn sử dụng BTNCLNTC từ kết quả nghiên cứu thực nghiệm, bao gồm đề xuất mô hình xác định khả năng chịu lực, mômen kháng nứt, và tính toán khoảng cách vết nứt của dầm ở trạng thái giới hạn II.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu

• Vật liệu bê tông có sử dụng hạt CLN tái chế từ PTXD • Dầm BTNCLNTC có cốt thép, tiết diện chữ nhật, đặt cốt đơn.

3.2. Phạm vi nghiên cứu

2

Nghiên cứu thực nghiệm chế tạo dầm BTNCLNTC chịu lực có khối lượng thể tích trong khoảng 1400 – 1800 kg/m3 và có cường độ chịu nén trong khoảng 15 - 35MPa.

Nghiên cứu đặc trưng cơ học của vật liệu BTNCLNTC và xây dựng quan hệ ứng suất - biến dạng của vật liệu. Nghiên cứu ứng xử của dầm BTNCLNTC khi uốn dưới tác dụng ngắn hạn của tải trọng, bao gồm mômen kháng nứt, khả năng chịu lực của dầm và khoảng cách vết nứt của dầm ở trạng thái giới hạn II. 4. Cơ sở khoa học của luận án

Cơ sở lý thuyết về tính toán về cấp phối chế tạo vật liệu bê tông sử dụng

hạt cốt liệu nhẹ;

Các phương pháp thí nghiệm xác định các đặc trưng cơ lý của vật liệu bê

tông và kết cấu bê tông cốt thép;

Các nghiên cứu, hướng dẫn và tiêu chuẩn kỹ thuật về vật liệu sử dụng bê

tông cốt liệu nhẹ;

Các lý thuyết tính toán về kết cấu bê tông cốt thép.

5. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm kết hợp lý thuyết

6. Những đóng góp mới của luận án

Đã chế tạo được BTN sử dụng hạt CLNTC có KLTT từ 1400 đến 1800 kg/m3 với cường độ nén từ 15 đến 35 MPa, từ đó xây dựng được bộ dữ liệu thí nghiệm về tính chất cơ lý của vật liệu.

Đã đề xuất được quan hệ ứng suất - biến dạng của BTN sử dụng hạt CLNTC, cũng như quan hệ lực dính - độ trượt giữa BTN sử dụng hạt CLNTC và cốt thép. Đây là các cơ sở cần thiết trong việc phân tích sự làm việc của kết cấu BTCT sử dụng BTNCLNTC

Đã tiến hành thí nghiệm các mẫu dầm BTCT sử dụng BTNCLNTC, kết hợp với việc phân tích số chứng minh được độ tin cậy của quan hệ ứng suất - biến dạng, và các đặc trưng cơ lý của vật liệu. Đã đề xuất được tiêu chuẩn phù hợp áp dụng cho tính toán khoảng cách vết nứt trong dầm BTCT sử dụng BTNCLNTC ở trạng thái giới hạn II. 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Trên cơ sở kết quả nghiên cứu, sử dụng các hạt CLNTC từ PTXD đã chế tạo BTN có KLTT trong khoảng 1400 – 1800 kg/m3, cường độ chịu nén từ 15 – 35 MPa;

Kết quả thí nghiệm dầm BTNCLNTC (cốt thép) cho thấy việc ứng dụng

BTNCLNTC trong kết cấu chịu lực là khả thi

Việc tận dụng PTXD làm vật liệu đầu vào cho phép giảm giá thành chế tạo hạt CLN và BTN; góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường do PTXD gây ra, đồng thời, hạn chế việc khai thác các nguồn tài nguyên thiên nhiên 8. Cấu trúc của luận án

Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị và các phụ lục, luận án được bố

cục thành 3 chương chính.

3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

1.1. Tổng quan về bê tông nhẹ 1.1.1. Khái niệm về bê tông nhẹ

Theo tiêu chuẩn châu Âu EN 206-1:2000 BTN có khối lượng thể tích nhỏ hơn 2000 kg/m3 và cường độ chịu nén dao động từ 8 – 80 MPa (mẫu trụ). Bê tông nhẹ chịu lực theo tiêu chuẩn châu Âu EN 206-1:2000, là bê tông có khối lượng thể tích từ 1120-1920kg/m3 và cường độ chịu nén 28 ngày tối thiểu là 17 MPa. Theo TCVN 9029:2017 Bê tông nhẹ là bê tông có khối lượng thể tích khô nhỏ hơn 1800 kg/m3, bao gồm bê tông cốt liệu nhẹ, các loại bê tông tổ ong như bê tông bọt, bê tông khí không chưng áp, bê tông khí chưng áp AAC.

Vật liệu chế tạo BTN cũng bao gồm các thành phần cơ bản là cốt liệu, chất kết dính, nước và phụ gia (nếu cần). Trong đó, CLN sử dụng có thể có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo. 1.1.2. Các loại cốt liệu nhẹ 1.1.2.1. Cốt liệu tự nhiên

- Nguồn gốc núi lửa: dung nham núi lửa nóng chảy có thể chứa không khí, khí ga và khi nguội đi, nó đông cứng lại thành một khối đá túp nhẹ, xốp, rỗng, hoạt tính. Loại vật liệu này được gọi là đá núi lửa, đá bọt hay xỉ núi lửa.

- Nguồn gốc hữu cơ: đá vôi,vỏ sò, vỏ cọ,…

1.1.2.2. Cốt liệu nhân tạo

Cốt liệu nhân tạo được sản xuất bằng cách xử lý nhiệt các vật liệu có đặc tính nở. Các tính chất của cốt liệu phụ thuộc vật liệu đầu vào và quá trình sản xuất. Các vật liệu này có thể chia thành ba nhóm:

- CLN nhân tạo đi từ đất sét hay á sét,… có thể là keramzit, aglôpôrit,

peclit, vermiculit,…Phổ biến nhất và có chất lượng cao là keramzit.

- Hạt CLN chế tạo từ sản phẩm công nghiệp: thuỷ tinh, polyester nở. - Hạt CLN chế tạo từ thải phẩm công nghiệp như: tro bay, xỉ lò cao, tro đáy lò,…

1.1.2.3. Cốt liệu tái chế từ phế thải phá dỡ công trình xây dựng

CLN sử dụng trong đề tài luận án này là CLN tái chế từ PTXD. Đối với hạt CLN sử dụng nguyên liệu từ PTXD, thường sử dụng các vật liệu PTXD như vữa xây – trát tường, gạch xây tường, các nguyên liệu này được phân loại, nghiền mịn và được trộn theo một tỷ lệ phù hợp.

Quy trình công nghệ sản xuất sản phẩm hạt nhẹ từ các chất phế thải được thực hiện thông qua các bước: nghiền mịn hỗn hợp các chất phế thải đến độ mịn xác định; trộn hỗn hợp chất thải đã được nghiền mịn với các phụ gia khác và phụ gia nở; vê viên tạo hạt hỗn hợp phối liệu; nung chảy và gây nở hạt ở nhiệt độ cao; phân loại theo kích thước hạt; đóng gói sản phẩm. 1.1.3. Các đặc trưng cơ học của bê tông nhẹ 1.1.3.1. Khối lượng thể tích

KLTT của BTN chịu lực: biến đổi từ 1120 – 1920 kg/m3 so với 2300 – 2400 kg/m3 của BTT. Đa số các tính chất của BTN đều liên quan đến KLTT, đặc biệt là cường độ nén. 1.1.3.2. Cường độ chịu nén

4

BTN có thể đạt được cường độ chịu nén cao tương đương BTT hoặc thậm chí bê tông cường độ cao thông qua việc sử dụng CLN chất lượng cao; hoặc sử dụng vật liệu hoạt tính puzolan như muội silic với xi măng và sử dụng phụ gia giảm nước cao. 1.1.3.3. Cường độ chịu kéo

Cũng giống như bê tông nặng, cường độ chịu kéo của bê tông nhẹ có liên

hệ mật thiết với cường độ chịu nén. 1.1.3.4. Mô đun đàn hồi

BTN có mô đun đàn hồi nhỏ hơn so với bê tông truyền thống do mô đun

đàn hồi của CLN thấp hơn của cốt liệu nặng thông thường.

Các tiêu chuẩn đề xuất công thức thực nghiệm tính mô đun đàn hồi của BTN theo khối lượng thể tích và cường độ chịu nén của bê tông khác nhau và có nhiều chênh lệch giữa các công thức. 1.2. Sự làm việc dầm bê tông nhẹ khi chịu uốn 1.2.1. Mô hình vật liệu 1.2.1.1. Quan hệ ứng suất – biến dạng vật liệu

Theo J.L. Clarke độ cứng thấp hơn của các hạt CLN và hàm lượng xi măng cao hơn dẫn đến biến dạng lớn hơn. Mối quan hệ ứng suất – biến dạng đối với BTN tuyến tính hơn và giòn hơn so với bê tông nặng thông thường.

Theo nghiên cứu các tiêu chuẩn chủ yếu chọn một cách tiếp cận đơn giản, sử dụng biểu đồ dạng chữ nhật - parabol tiêu chuẩn, có thể sử dụng biểu đồ đơn giản dạng hai đoạn thẳng (ngoại trừ tiêu chuẩn BBK94 và NS 3273). Tuy nhiên, đối với tất các các cấp cường độ của BTN, các thông số trong sơ đồ phải được xác định bằng phương pháp thực nghiệm.

Đã có nhiều nghiên cứu về quan hệ ứng suất – biến dạng của BTN, tuy nhiên lại chưa có nhiều nghiên cứu đề cập tới BTN sử dụng hạt CLN từ PTXD. Do đó, trong nội dung đề tài sẽ nghiên cứu về vấn đề vấn đề này thông qua những nghiên cứu dựa trên kết quả nghiên cứu thực nghiệm. 1.2.1.2. Mô hình ứng suất lực dính – độ trượt giữa bê tông và cốt thép

Lực dính của BTN phụ thuộc vào cấp cường độ của bê tông, cường độ chịu

kéo càng cao thì cường độ lực dính càng cao.

Trong các nghiên cứu chưa có nhiều nghiên cứu đề cập tới trường hợp BTN sử dụng hạt CLNTC. Do đó, khi nghiên cứu mô hình lực dính - độ trượt đối với BTN sử dụng hạt CLNTC đòi hỏi cần phải có những nghiên cứu dựa trên kết quả nghiên cứu thực nghiệm. 1.2.2. Cơ sở lý thuyết tính toán cấu kiện chịu uốn bê tông nhẹ 1.2.2.1. Mômen kháng nứt của dầm bê tông nhẹ

Cách xây dựng tính toán mômen kháng nứt của dầm BTN được xây dựng như đối với BTT. Tuy nhiên, đối với tất các các cấp cường độ của BTN, các thông số trong sơ đồ tính toán phải được xác định bằng phương pháp thực nghiệm. Đồng thời cũng chưa có chỉ dẫn kỹ thuật khi nghiên cứu BTNCLNTC. Do đó, khi nghiên cứu xây dựng tính toán mômen kháng nứt của dầm BTNCLNTC đòi hỏi cần phải có những nghiên cứu dựa trên kết quả nghiên cứu thực nghiệm.

5

1.2.2.2. Khả năng chịu lực của dầm bê tông nhẹ

Cách xây dựng tính toán khả năng chịu lực của dầm BTN được xây dựng như đối với BTT. Tuy nhiên, đối với tất các các cấp cường độ của BTN, các thông số trong sơ đồ tính toán phải được xác định bằng phương pháp thực nghiệm. Đồng thời cũng chưa có chỉ dẫn kỹ thuật khi nghiên cứu BTNCLNTC. Do đó, khi nghiên cứu xây dựng tính toán khả năng chịu lực của dầm BTNCLNTC đòi hỏi cần phải có những nghiên cứu dựa trên kết quả nghiên cứu thực nghiệm. 1.2.2.3. Tính toán dầm bê tông nhẹ sử dụng hạt cốt liệu nhẹ tái chế cốt thép ở trạng thái giới hạn II

8

%

Theo nghiên cứu các công thức áp dụng cho BTT về cơ bản cũng được áp dụng cho BTN. Theo MC 1990, MC 2010, EN1992-1-1 có xem xét đóng góp của bê tông vùng kéo chưa nứt bằng cách xem xét ứng suất kéo trong cốt thép phân bố tuyến tính giữa hai vết nứt cạnh nhau với khoảng cách 𝑆# và phần bê tông chịu kéo chưa nứt được thay thế bằng diện tích chịu kéo hiệu quả 𝐴%&,() . Trong đó 𝑙+ là chiều dài đoạn truyền lực, khoảng cách cần thiết từ vết nứt đến vị trí cốt thép có biến dạng bằng biến dạng của bê tông.

2

9

)45 267

Theo EN1992-1-1 chiều dài truyền lực được xác định theo công thức: (1. 1) . 𝑙+,,-. = 𝛼1 + 𝛼2

)45> 67>?

@? 9?,AB

= Trong đó giá trị lực dính trung bình theo MC 2010 và EN1992-1-1 có giá

Theo MC 2010 chiều dài truyền lực giữa bê tông và cốt thép: 𝑙+,,-. = 1 (1. 2) 𝑘. 𝑐 +

trị với 𝜏D = 1.8𝑓%&

Có thể thấy chiều dài truyền lực của dầm BTCT đều phụ thuộc vào giá trị lực dính trung bình 𝜏D và theo các chỉ dẫn kỹ thuật trong tiêu chuẩn giá trị lực dính trung bình: 𝜏D = 1.8𝑓%&. Tuy nhiên chưa có chỉ dẫn kỹ thuật khi nghiên cứu BTNCLNTC. Do đó, khi nghiên cứu dầm BTNCLNTC (cốt thép) ở trạng thái giới hạn II đòi hỏi cần phải có những nghiên cứu dựa trên kết quả nghiên cứu thực nghiệm. 1.3. Định hướng nghiên cứu của luận án

Tập trung nghiên cứu về cách chế tạo BTN từ hạt CLNTC này, bao gồm xây dựng thành phần cấp phối chế tạo, xác định các đặc trưng cơ lý của bê tông sử dụng CLNTC như cường độ chịu kéo, cường độ chịu nén, mô đun đàn hồi, xây dựng, quan hệ giữa ứng suất – biến dạng của BTNCLNTC, quan hệ lực dính – biến dạng trượt giữa cốt thép và BTNCLNTC, nghiên cứu thực nghiệm về ứng xử uốn của dầm BTNCLNTC cốt thép bao gồm khả năng chịu lực, mô men kháng nứt và sự phân bố vết nứt trên tiết diện thẳng góc trong dầm BTN trong mối liên hệ với khối lượng thể tích và đặc trưng bám dính của BTNCLNTC.

6

CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ĐÁNH GIÁ TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG NHẸ CHẾ TẠO TỪ CỐT LIỆU NHẸ TÁI CHẾ TỪ PHẾ THẢI XÂY DỰNG

2.1. Nghiên cứu thực nghiệm chế tạo bê tông nhẹ từ phế thải xây dựng 2.1.1. Xây dựng thành phần cấp phối theo phương pháp thực nghiệm

Mục tiêu đề tài nghiên cứu chế tạo bê tông nhẹ như sau: Khối lượng thể

tích khô từ 1400-1800 kg/m3; cường độ nén từ 15-35 MPa. 2.1.1.1. Thành phần vật liệu sử dụng để chế tạo bê tông nhẹ sử dụng hạt cốt liệu nhẹ tái chế

Hạt cốt liệu nhẹ: Nghiên cứu, sử dụng hạt CLN là sỏi nhân tạo tái chế từ phế thải phá dỡ công trình, được cung cấp bởi viện nghiên cứu ứng dụng Weimar – Cộng hoà liên bang Đức Gồm có 2 loại sỏi với các kích cỡ tương ứng: Hình 2. 1. Mẫu hạt CLN tái chế từ PTXD

Sỏi lớn nhất là các hạt có dạng khối tròn tương đối đồng đều màu nâu nhạt, kích cỡ từ 8 -16 mm ( gọi tắt là hạt S3); loại sỏi thứ 2 có kích cỡ nhỏ hơn, là các hạt có dạng khối tròn cũng tương đối đồng đều màu nâu nhạt, kích cỡ từ 4 – 8 mm (gọi tắt là hạt S2).

Xi măng pooc lăng Vicem Bút Sơn PC40: các chỉ tiêu kỹ thuật thoả mãn

tiêu chuẩn TCVN 2682 – 2009.

Cát (cốt liệu mịn): Cốt liệu mịn sử dụng trong nghiên cứu là cát vàng Sông Lô Tro bay: Trong nghiên cứu đề tài sử dụng nguồn tro bay nguyên liệu được

khai tác từ nhà máy nhiệt điện Phả Lại

Phụ gia hoá học: Phạm vi đề tài nghiên cứu, sử dụng phụ gia hoá dẻo kết

hợp cuốn khí Placc-air. 2.1.1.2. Xác định sơ bộ thành phần cấp phối

Để thực hiện thiết kế cấp phối bê tông, nghiên cứu sử dụng phương pháp

thiết kế thành phần cấp phối bê tông nhẹ theo tiêu chuẩn ACI 211.2-98.

Từ các tính toán trên, đưa ra cấp phối sơ bộ như sau:

Bảng 2. 1. Cấp phối sơ bộ

Tên cấp phối Hạt lệ

CLN(kg) 390 Cát (kg) 518 Xi măng (kg) 364 Nước (l) 208 Tỷ N/X 0,57 M

2.1.1.3. Quy trình chế tạo và đúc mẫu bê tông nhẹ sử dụng hạt cốt liệu nhẹ tái chế 2.1.1.4. Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của bê tông nhẹ sử dụng hạt cốt liệu nhẹ tái chế

7

Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của bê tông theo tiêu chuẩn TCVN

3118:1993 2.1.2. Tiến hành nghiên cứu, khảo sát thành phần cấp phối

Vc/VCL Độ sụt

N/ CKD

Tên mẫu

FA (%)

VCLN /Vb

(cm)

fcm(7) (Mpa)

fcm(28) (Mpa)

KLTT (khô) (kg/m3)

A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 A13 A14 A15

44.44 44.44 62.67 24.95 24.95 27.69 27.69 22.67 20.80 25.11 25.00 24.89 25.00 24.86 25.00

0.50 0.39 0.41 0.43 0.43 0.41 0.41 0.56 0.41 0.70 0.43 0.51 0.43 0.54 0.62

0.33 0.33 0.39 0.33 0.34 0.33 0.34 0.33 0.34 0.39 0.32 0.39 0.35 0.39 0.39

0.42 0.42 0.42 0.43 0.43 0.42 0.42 0.42 0.42 0.43 0.43 0.43 0.43 0.43 0.43

17 5 4 4 6 4.5 5 3.5 3 2 6 7 4 4 7

KLTT (hỗn hợp) (kg/m3) 1674.27 1650.00 14.92 1757.56 1600.00 19.83 1723.85 1600.00 13.13 1725.49 1700.00 16.41 1705.88 1800.00 14.56 1768.42 1800.00 19.00 1768.42 1800.00 17.93 1718.48 1669.25 17.83 1581.44 1649.17 18.11 1704.23 1662.67 10.37 1744.47 1794.33 17.56 1600.00 1554.33 14.74 1680.00 1679.33 13.10 1764.59 1750.67 13.20 1663.98 1670.00 10.78

19.56 22.98 20.69 17.83 16.83 22.58 21.57 18,85 21.56 15.37 21.72 18.02 15.22 17.9 16.86

Bảng 2. 2. Bảng Cấp phối BTCLNTC không sử dụng phụ gia siêu dẻo và kết quả nén mẫu thí nghiệm

TÊN MẪU

FA (%)

SD (%)

N/ CKD

VCLN/ Vb

Vc/ VCL

fcm(3) (MPa)

fcm(7) (MPa)

fcm(28) (MPa)

fcm(90) (MPa)

ĐỘ SỤT (cm )

KLTT (hỗn hợp) (kg/m3)

KLTT (khô) (kg/m3)

24.84

1.72

0.36

0.33

0.42

Chảy

1719.61

1670.33

9.45

10.47

15.92

16.97

PG1

27.71

0.60

0.42

0.28

0.47

4

1772.28

1686.67

14.29

15.2

20.75

21.2

PG2

27.61

0.58

0.37

0.32

0.44

10.5

1754.90

1689.83

10.87

13.47

17.83

18.38

PG3

28.77

1.01

0.38

0.27

0.51

8

1843.14

1786.67

12.98

16.68

21.78

PG4

27.61

1.00

0.36

0.35

0.42

6

1774.51

1742.50

18.38

28.76

31.78

22.97 32.95

PG5

27.61

0.36

0.36

0.31

0.45

19

1794.12

1770.00

14.89

18.65

23.21

26.7

PG6

Bảng 2. 3. Bảng cấp phối BTNCLNTC có sử dụng phụ gia siêu dẻo và kết quả nén mẫu thí nghiệm

8

2.1.3. Nhận xét kết quả

Cấp phối bê tông thoả mãn yêu cầu BTNCLNTC (có khối lượng thể tích

trong khoảng 1400 – 1800 kg/m3 và có cường độ đạt từ 15 – 35 MPa).

Theo dõi các mẫu khi bị phá hủy đều hình thành các vết cắt ngang hạt cốt liệu, đây là điểm khác biệt so với sự phá hoại của bê tông thường; Các hạt trong các mẫu bê tông phân bố đều, không bị phân tầng.

Khi có cùng tỷ lệ N/CKD, Vc/Vcl thì tỷ lệ VCLN/Vb tăng kéo theo cường độ nén của bê tông giảm; Khi có cùng tỷ lệ VCLN/Vb, Vc/VCL thì tỷ lệ N/CKD tăng kéo theo cường độ nén của bê tông giảm.

N/CKD VCLN/Vb VC/VCL

TÊN MẪU

FA (%)

SD (%)

fcm(28) (MPa)

Hạt S2 (%)

Hạt S3 (%)

Độ sụt (cm)

27.61 1.00 0.391 27.61 1.00 0.391 27.61 1.00 0.391 27.61 1.00 0.391 27.61 1.00 0.391 27.61 1.00 0.391 27.61 1.00 0.391 27.61 1.00 0.391 27.61 1.00 0.391 27.61 1.00 0.391 27.61 1.00 0.391 27.61 1.00 0.391

0.542 0.504 0.470 0.441 0.542 0.504 0.470 0.441 0.542 0.504 0.470 0.441

35.76 32.48 26.57 18.06 35.61 32.37 26.47 18.02 35.51 32.08 26.21 17.97

0.208 0.242 0.277 0.312 0.208 0.242 0.277 0.312 0.208 0.242 0.277 0.312

15.5 11 8 6 13 10 7 5 10.5 8.5 6 4

0 0 0 0 55 55 55 55 100 100 100 100

100 100 100 100 45 45 45 45 0 0 0 0

KLTT (hỗn hợp ) (kg/m3) 1798 1772 1753 1708 1783 1763 1744 1672 1773 1759 1736 1662

Cường độ chịu nén của bê tông nhẹ phát triển khá nhanh trong thời gian 07 ngày tuổi. Cường độ chịu nén bê tông từ ngày 07 ngày đến 28 ngày tuổi, tăng chậm hơn so với 07 ngày đầu tiên và sau thời điểm 28 ngày cường độ tăng rất chậm. 2.2. Xác định ảnh hưởng của thành phần hạt nhẹ đến cường độ của bê tông nhẹ Bảng 2. 4. Thành phần cấp phối và kết quả thí nghiệm tương ứng

B1-S2 B2-S2 B3-S2 B4-S2 B1-S23 B2-S23 B3-S23 B4-S23 B1-S3 B2-S3 B3-S3 B4-S3 2.2.1. Ảnh hưởng của thành phần hạt đến tính công tác của hỗn hợp bê tông

20

15

10

m c , t ụ s ộ Đ

5

0 0.208

0.228

0.288

0.308

0.248 0.268 Tỷ lệ VCLN/Vb

S2-100%

S2-45% & S3-55%

S3-100%

Hình 2. 2. Ảnh hưởng của tỷ lệ VCLN/Vb đến độ sụt của hỗn hợp bê tông 2.2.2. Ảnh hưởng của thành phần hạt đến khối lượng thể tích của hỗn hợp bê tông

9

1850

1800

1750

3 ^ m / g k ,

1700

T B p ợ h

1650

n ỗ h h c í t ể h t g n ợ ư l i ố h K

0.208

0.258

0.308

Tỷ lệ VCLN/Vb

S2-100%

S2-45% & S3-55%

S3-100%

Hình 2. 3. Ảnh hưởng của tỷ lệ cốt liệu nhẹ đến khối lượng thể tích của bê tông cốt liệu nhẹ

a)

b)

c)

2.2.3. Ảnh hưởng của thành phần hạt đến cường độ chịu nén của bê tông nhẹ

a)

c)

b)

Hình 2. 4. Ảnh hưởng khối lượng thể tích của bê tông nhẹ đến cường độ chịu nén của bê tông nhẹ (a. 100% hạt S2; b. 45% hạt S2 và 55% hạt S3; c. 100% hạt S3)

Hình 2. 5. Ảnh hưởng tỷ lệ CLN có trong hỗn hợp BTN đến cường độ chịu nén của BTN (a, 100% hạt S2; b, 45% hạt S2 và 55% hạt S3; c, 100% hạt S3)

2.3. Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá các tính chất cơ lý của bê tông nhẹ chế tạo từ cốt liệu nhẹ tái chế từ phế thải phá dỡ công trình xây dựng

10

Bảng 2. 5 Cấp phối hỗn hợp bê tông nhẹ sử dụng đúc mẫu

Tên CP N/CKD VCLN/Vb Vc/VCL Loại cốt liệu nhẹ FA (%) SD (%) M3-1 M2-1 M1-1 M3-2 M2-2 M1-2 M3-3 M2-3 M1-3 100% S2 100% S2 100% S2 100% S3 100% S3 100% S3 45% S2+55%S3 45% S2+55%S3 45% S2+55%S3 27.61% 1% 27.61% 1% 27.61% 1% 27.61% 1% 27.61% 1% 27.61% 1% 27.61% 1% 27.61% 1% 27.61% 1% 0.36 0.36 0.36 0.36 0.36 0.36 0.36 0.36 0.36 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45 0.35 0.31 0.28 0.35 0.31 0.28 0.35 0.31 0.28

Khối lượng thể tích của bê tông được thực hiện theo tiêu chuẩn Việt Nam

Dựa trên kết quả khảo sát, lựa chọn khảo sát các cấp phối có các cấp độ cường độ nén trung bình ở các mức độ khác nhau có cường độ nén trung bình lần lượt là: 15 MPa; 25 MPa và 35 MPa. Sau đây gọi tắt các nhóm mẫu cấp phối tương ứng với nhóm có cường độ nén trung bình 15 MPa; 25 MPa; 35 MPa lần lượt là M1; M2 và M3. 2.3.1. Khối lượng thể tích của bê tông

TCVN 3115-1993. 2.3.2. Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo và mô đun đàn hồi của bê tông nhẹ sử dụng hạt cốt liệu nhẹ tái chế 2.3.2.1. Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của bê tông nhẹ sử dụng hạt cốt liệu nhẹ tái chế

Thí nghiệm nhằm xác định cường độ chịu nén của bê tông trên các mẫu

thử, tuân theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3118:1993. 2.3.2.2. Thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo của bê tông nhẹ sử dụng hạt cốt liệu nhẹ tái chế

Xác định cường độ chịu kéo khi uốn Thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông trên các mẫu

thử, tuân theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3119:1993. Xác định cường độ chịu kéo khi ép chẻ Mục đích thí nghiệm: thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo khi ép chẻ

trên các mẫu thử, tuân theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 8862:2011

11

Hình 2. 6. Quan hệ cường độ chịu nén và cường độ chịu kéo khi ép chẻ theo giá trị thực nghiệm và theo lý thuyết tính toán

Khi có cùng giá trị cường độ chịu nén, giá trị cường độ chịu kéo khi ép chẻ theo thực nghiệm nhỏ hơn so với tiêu chuẩn ACI 318 và EN 1992-1-1 và lớn hơn so với nghiên cứu của Zhang và Gjorv. Đề xuất quan hệ giữa cường độ chịu kéo khi ép chẻ và cường độ chịu nén của BTNCLNTC xác định theo công thức:

LM 22NN

𝑓%&,+H = 0.50. K OfQ [MPa]

Quan hệ cường độ chịu kéo khi uốn và cường độ chịu kéo khi ép chẻ: fr = 1,67 fct,sp [MPa] So sánh với tiêu chuẩn ACI 318 hệ số 𝛾 = 1.13; tiêu chuẩn JSCE hệ số 𝛾 = 1.83, có thể thấy khi có cùng giá trị cường độ chịu kéo khi ép chẻ, thì giá trị cường độ chịu kéo khi uốn của BTNCLNTC lớn hơn so với cường độ kéo uốn của BTN thông thường tính theo tiêu chuẩn Mỹ ACI 318 và nhỏ hơn so với tiêu chuẩn của Nhật JSCE. 2.3.2.3. Thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi của bê tông nhẹ sử dụng hạt cốt liệu nhẹ tái chế Mục đích thí nghiệm: Xác định mô đun đàn hồi của bê tông bằng thực nghiệm theo tiêu chuẩn ASTM C469. Khi có cùng giá trị cường độ chịu nén, giá trị cường độ chịu kéo khi ép chẻ theo thực nghiệm nhỏ hơn so với nghiên cứu của Carrasquillo và tiêu chuẩn EN 1992-1-1 lớn hơn tiêu chuẩn ACI 318 và NS 3473-1992. Đề xuất quan hệ giữa cường độ nén và mô đun đàn hồi của BTNCLNTC xác định theo công thức:

𝐸% = 19520(𝑓%/10)N,Z(𝜌/

2200)2[MPa]

Hình 2. 7. Quan hệ cường độ chịu nén và mô đun đàn hồi theo giá trị thực nghiệm và theo lý thuyết tính toán

12

2.3.3. Quan hệ ứng suất – biến dạng bê tông nhẹ sử dụng hạt cốt liệu nhẹ tái chế 2.3.3.1. Nghiên cứu thực nghiệm quan hệ ứng suất - biến dạng bê tông nhẹ sử dụng hạt cốt liệu nhẹ tái chế

Mục đích thí nghiệm: Khảo sát quan hệ ứng suất – biến dạng bê tông theo

tiêu chuẩn ASTM C469.

Hình 2. 8. Biểu đồ quan hệ ứng suất – biến dạng của bê tông tướng ứng với 3 nhóm mẫu M1, M2, M3

9

2 ‘

Giai đoạn đầu gần như là đường thẳng cho đến cấp ứng suất khoảng 85% cường độ, khi ứng suất càng lớn gần đạt đỉnh thì biểu đồ chuyển dần sang dạng đường cong khi biến dạng tăng nhanh hơn do sự phát triển biến dạng dẻo của bê tông. Sau khi đạt đỉnh thì ứng suất trong mẫu bê tông đột ngột bị phá hoại. Biến dạng ec1 khi mẫu bê tông đạt đỉnh ứng suất trước khi bị ép vỡ thì không có sự chênh lệch đáng kể (ec1≈ 0,0028). Có thể thấy, giá trị biến dạng ec1≈ 0,0028 của BTNCLNTC nhỏ hơn so với giá trị đề nghị biến dạng cực hạn của BTN theo tiêu chuẩn ACI 213R-87 (

22NN

) .

ec1= 0,003) và tiêu chuẩn EN 1992-1-1 (ec1= 𝑘𝑓]%,/𝐸]%^ _ 2.3.3.2. Đề xuất mô hình quan hệ ứng suất - biến dạng của bê tông nhẹ sử dụng hạt cốt liệu nhẹ tái chế

Từ các kết quả nghiên cứu theo lý thuyết và theo thực nghiệm vật liệu BTNCLNTC giòn và tuyến tính, đề xuất quan hệ ứng suất – biến dạng BTNCLNTC có dạng 2 đoạn thẳng như Hình 2. 10

13

c

s

c

s

fc

fc

O

O

c2e

cu2e

c

c1e

cu1e

c

e

e Hình 2. 9. Biểu đồ quan hệ ứng suất – biến dạng của BTNCLNTC

Hình 2. 10. Biểu đồ quan hệ ứng suất – biến dạng của BTNCLNTC dạng 2 đoạn thẳng

Giá trị biến dạng ứng với ứng suất đỉnh 𝜀%2: theo kết quả nghiên cứu thực

c

s

fc

O

cu2e

c

nghiệm, đề xuất giá trị biến dạng ứng với ứng suất đỉnh 𝜀%2 = 0.0028.

e Hình 2. 11. Biểu đồ quan hệ ứng suất – biến dạng của BTNCLNTC đề xuất

Giá trị biến dạng cực hạn 𝜀%b2 rất gần với giá trị 𝜀%2, tuy nhiên trong điều kiện thí nghiệm, khi mẫu phá hoại hoàn toàn, không đo được chính xác giá trị của biến dạng cực hạn 𝜀%b2. Do đó, giá trị biến dạng cực hạn này được lấy theo giá trị quy định trong tiêu chuẩn Châu Âu EN 1992-1-1 cho bê tông nhẹ, trong phạm vi nghiên cứu BTNCLNTC của đề tài thì 𝜀%b2 = 0.0031. Giá trị này gần với 𝜀%2 = 0.0028 là phù hợp với quan sát trong thí nghiệm – mẫu phá hoại hoàn toàn ngay sau khi ứng suất đạt đỉnh.

Nhận thấy giá trị 𝜀%2 và 𝜀%b2 tương đối gần nhau (chênh lệch dưới 10%), do đó, để đơn giản trong tính toán và thiên về an toàn, đề xuất mô hình tính toán quan hệ ứng suất – biến dạng BTNCLNTC có dạng 1 đoạn thẳng như Hình 2. 11, với giá trị cực hạn là 𝜀%b2 ≈ 0.0031. 2.4. Nghiên cứu thực nghiệm quan hệ lực dính – độ trượt bê tông nhẹ sử dụng hạt cốt liệu nhẹ tái chế

Mục đích thí nghiệm: Xác định quan hệ giữa độ lớn của lực bám dính với chuyển vị trượt cốt thép (quan hệ bám dính – độ trượt) trong trường hợp kéo đúng tâm.

14

150x 150x 150

d

P

t

6

) a P 4 M

( h n í d 2 c ự L

M1-1

M1-2

M1-3

0

0

50

100

200

250

300

150 Độ trượt (𝛍m)

Hình 2. 12. Mô hình thí nghiệm kéo xác định độ bám dính giữa bê tông và cốt thép

Hình 2. 13. Biểu đồ quan hệ lực dính – độ trượt của bê tông tương ứng đến khi mẫu bị kéo tuột thép hoàn toàn tương ứng với 3 nhóm mẫu cấp phối BTNCLNTC M1; M2; M3

t

1t

2t

maxt

ft

Trong đó, giá trị 𝜏,-. , 𝜏) tương ứng lần lượt lực dính đạt giá trị lớn nhất, lực dính tại thời điểm thép bị kéo tuột ra khỏi bê tông. Giá trị S1, là độ trượt tương ứng tại thời điểm đạt giá trị ứng suất dính 𝜏,-. và S2 là độ trượt tương ứng tại thời điểm đạt giá trị ứng suất dính 𝜏).

O

s

s2

+i+j +ki+j

s1

‘

Hình 2. 14. Quan hệ lực dính – độ trượt BTNCLNTC

Thông qua kết quả thực nghiệm, xác định giá trị lực dính được tính toán dựa trên độ lớn của đoạt trượt như sau: Khi 0 ≤ 𝑠 ≤ 𝑠1 thì 𝜏 = 𝜏1 = 𝜏,-.(𝑠/𝑠1)N.2 Khi 𝑠1 < 𝑠 ≤ 𝑠2 thì 𝜏 = 𝜏2 = 𝜏,-. − g𝜏,-. − 𝜏)h _ Khi 𝑠2 < 𝑠 thì 𝜏 = 𝜏)

22NN LM

Giá trị lực dính dính trung bình: 𝜏̅ = 1.60K 𝑓%&

Bảng 2. 6. Các giá trị lực dính 𝜏̅ theo khối lượng thể tích

Tên mẫu cấp phối

Giá trị ứng suất dính trung bình𝜏̅ (MPa)

Nhóm mẫu M1 Nhóm mẫu M2 Nhóm mẫu M3 Trung bình Khối lượng thể tích bê tông 𝜌% (kg/m3) 1684 1746 1772 1.82𝑓%& 1.79𝑓%& 1.78𝑓%& 1.80𝒇𝒄𝒕

15

Trong phạm vi nghiên cứu BTNCLNTC, có thể thấy, tỷ lệ 𝜏̅/𝑓%& của các

nhóm mẫu bê tông nhẹ gần như tương đương nhau và có thể coi là một hằng số. 2.5. Nhận xét chương 2

Bằng nghiên cứu thực nghiệm đã xây dựng được cấp phối chế tạo BTNCLNTC có khối lượng thể tích nằm trong khoảng 1400 - 1800 kg/ m3, có cường độ trong khoảng 15 - 35 MPa. Xác định và xây dựng công thức tính các đặc trưng cơ học của BTNCLNTC và xây dựng quan hệ ứng suất - biến dạng của vật liệu BTN. Xây dựng quan hệ lực dính - độ trượt của BTNCLNTC.

CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ỨNG XỬ UỐN CỦA DẦM BÊ TÔNG NHẸ SỬ DỤNG HẠT CỐT LIỆU NHẸ TÁI CHẾ 3.1. Nghiên cứu thực nghiệm sự làm việc của dầm bê tông nhẹ sử dụng hạt cốt liệu nhẹ tái chế cốt thép 3.1.1. Mục tiêu nghiên cứu 3.1.2. Thiết kế mô hình thí nghiệm 3.1.2.1. Cơ sở xây dựng mô hình 3.1.2.2. Mô hình thí nghiệm

Hình 3. 1. Mô hình thí nghiệm

3.1.2.3. Vật liệu bê tông

Cấp phối lựa chọn để tạo ra cường độ chịu nén (mẫu trụ) của bê tông khoảng

15 MPa, 20 MPa, 30 MPa tại 28 ngày tuổi lần lượt ký hiệu là M1, M2, M3.

16

Bảng 3. 1. Cấp phối hỗn hợp bê tông nhẹ sử dụng đúc mẫu

SD (%)

STT Tên CP N/CKD VCLN/Vb Vc/VCL FA (%) 27.61% 1 27.61% 2 27.61% 3 0.45 0.45 0.45 0.36 0.36 0.36 0.35 0.31 0.28 M3 M2 M1 1% 1% 1%

Lựa chọn cấp phối bê tông nặng có cường độ mẫu trụ chịu nén ở 28 ngày

khoảng 30 MPa làm mẫu đối chứng thí nghiệm.

Bảng 3. 2. Cấp phối bê tông nặng thông thường đối chứng

Cốt liệu

Ximăng PCB40 (kg) Cát (kg) Đá 1x2 (kg) Nước (lít) Mẫu cấp phối BTT 1m3 380 760 1080 178

3.1.2.4. Cốt thép dầm

Hình 3. 2. Cấu tạo cốt thép dầm thí nghiệm

3.1.2.5. Chế tạo mẫu thí nghiệm và bảo dưỡng

Mẫu dầm thí nghiệm gồm 07 mẫu dầm thí nghiệm (mỗi nhóm chấp phối BTNCLNTC tương ứng 02 mẫu dầm, bao gồm 03 nhóm có cùng cấp cường độ chịu nén trung bình 15 MPa, 20 MPa, 30 MPa, sau đây gọi tắt là nhóm M1, M2 và M3); và 01 mẫu dầm cấp phối BTT làm đối chứng). 3.1.2.6. Bố trí dụng cụ đo 3.1.2.7. Trình tự tiến hành thí nghiệm 3.1.3. Khảo sát kết quả thực nghiệm 3.1.3.1. Quan hệ tải trọng – độ võng của dầm

17

b) Mẫu M2 c) Mẫu M3 a) Mẫu M1

c

D

B

A

O

Hình 3. 3. Biểu đồ quan hệ tải trọng – độ võng dầm bê tông cốt thép tương ứng với nhóm dầm M1; M2; M3

Hình 3. 4. Các giai đoạn làm việc của dầm BTN CLNTC khi chịu uốn Đường cong quan hệ tải trọng - độ võng được mô phỏng như Hình 3. 4. Đường cong được đặc trưng bởi 4 phân đoạn rõ ràng khác nhau được phân tách bằng 4 điểm đặc trưng diễn ra từ khi bắt đầu chịu tải cho đến khi dầm bị phá hoại. 4 điểm đặc trưng này là các điểm A, B, C và D lần lượt là các thời điểm: bắt đầu hình thành khe nứt, thép bắt đầu chảy, tiết diện đạt giá trị tải trọng lớn nhất về khả năng chịu lực và thời điểm dầm bị phá hoại do bê tông vùng nén bị ép vỡ.

Tất cả các dầm đều xảy ra trường hợp phá hoại dẻo vì cốt thép đã chảy dẻo trước với hình thức phá hoại.Tuy nhiên, đối với trường hợp BTNCLNTC, sau khi cốt thép chảy dẻo, dầm đạt giá trị tải trọng tương ứng tại điểm B, giá trị tải trọng tại điểm C không tăng đáng kể sau khi cốt thép chảy dẻo. Dầm BTNCLNTC nhanh chóng bị phá hoại tại bê tông vùng nén tại điểm D do sau khi cốt thép chảy dẻo không duy trì được ứng suất bê tông vùng nén nên bị phá hoại ngay sau đó.

Trên Hình 3. 5 có thể thấy, khi dầm BTN sử dụng CLNTC và dầm BTT cùng chịu một giá trị tải trọng khi uốn thì độ võng dầm BTN sử dụng CLNTC cao hơn so với BTT khi có cùng tải trọng, điều này là do mô đun đàn hồi của BTNCLNTC thấp thì độ cứng của dầm BTNCLNTC thấp hơn, dẫn tới độ võng của dầm BTNCLNTC lớn hơn dầm BTT khi cùng chịu một tải trọng khi uốn.

Hình 3. 5. Biểu đồ quan hệ tải trọng – độ võng dầm bê tông cốt thép giữa các nhóm dầm M3; BTT Từ kết quả thực nghiệm có thể thấy BTNCLNTC xuất hiện các vết nứt sớm hơn so với BTT.

18

Tuy nhiên, cốt thép trong dầm BTNCLNTC ở 3 nhóm mẫu đều chảy dẻo

khi tải trọng đạt xấp xỉ bằng nhau và nhỏ hơn so với mẫu dầm đối chứng BTT 3.1.3.2. Quan hệ tải trọng – biến dạng cốt thép và tải trọng – biến dạng của bê tông

a) Nhóm mẫu M1 c) Nhóm mẫu M3

b) Nhóm mẫu M2 Hình 3. 6. Biểu đồ quan hệ tải trọng – biến dạng của cốt thép vùng chịu kéo

các mẫu dầm M1; M2; M3

a) Mẫu M1 b) Mẫu M2 c) Mẫu M3

Hình 3. 7. Biểu đồ quan hệ tải trọng – biến dạng của bê tông vùng chịu nén

các mẫu dầm M1; M2; M3

Hình 3. 9. Biểu đồ quan hệ tải trọng – biến dạng của bê tông vùng chịu nén giữa các mẫu M3 và BTT Hình 3. 8. Biểu đồ quan hệ tải trọng – biến dạng của cốt thép vùng chịu kéo giữa các mẫu M3 và BTT

19

3.1.3.3. Sự phát triển các vết nứt a) Khoảng cách giữa các vết nứt

Đo khoảng cách các vết nứt trong khoảng dầm uốn thuần tuý (400 mm).

Bảng 3. 3. Khoảng cách trung bình giữa các vết nứt (đoạn chịu uốn thuần tuý 400mm) theo các cấp phối bê tông tương ứng

Nhóm M1 Sr,m (cm) Nhóm M3 Sr,m (cm)

Nhóm M2 Sr,m (cm) Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 1 Mẫu 2

7.1 6.9 7.9 8.0 7.5 7.2 7.8 8.2 6.9 7.5 6.9 7.8 8.2 7.1 7.5 8.2 7.8 8.1 6.9 7.75 8.3 8.0 9.7 7.0 8.25 7.9 7.5 7.5 8.1 7.75

STT vết nứt 1 2 3 4 TB mẫu TB nhóm mẫu 7.50 7.63 8.00

b) Bề rộng vết nứt

a)Mẫu M1 c) Mẫu M3

b) Mẫu M2 Hình 3. 10. Biểu đồ quan tải trọng và bề rộng vết nứt tương ứng nhóm mẫu M1; M2; M3

Hình 3. 11. Biểu đồ quan hệ tải trọng và bề rộng vết nứt giữa các mẫu M3 và BTT 3.2. Cơ sở lý thuyết tính toán dầm bê tông nhẹ sử dụng hạt cốt liệu nhẹ tái chế chịu uốn 3.2.1. Mômen kháng nứt của dầm bê tông nhẹ sử dụng hạt cốt liệu nhẹ tái chế

20

f cc

cce

ccF

ctF

SA

stF

ste

ct f

cte

x

Hình 3. 12. Mô hình ứng suất và biến dạng trước khi nứt của mặt cắt thẳng góc dầm BTNCLNTC

yMz({ix){| Z

D(cid:128)

(3. 1)

‘ + Z (cid:130)(cid:131)A(cid:127)?(cid:132) Mômen kháng nứt của dầm xác định theo công thức: MQsQ = ftuAt _d − (cid:129) k

=

𝑥 =

D(cid:128)(cid:130)(cid:131)A(cid:127)?

(3. 2)

(cid:133)? (cid:133)4

~((cid:127).) ~(cid:127) Với 𝛼( = Sử dụng công thức theo tiêu chuẩn EN 1992-1-1 nghiên cứu cho các loại bê tông nhẹ, cường độ kéo dọc trục của bê tông được xác định theo công thức: (3. 3) 𝑓%& = 0.9𝑓%&,+H [MPa].

(tỷ lệ quy đổi diện tích cốt thép thành bê tông).

{ix

(cid:134)ix (3. 4) α(cid:136)fQu

f c

cu2e

cF

M

SA

sF

se

Ứng suất chịu kéo của cốt thép: ftu = 3.2.2. Mô men giới hạn của dầm bê tông nhẹ sử dụng hạt cốt liệu nhẹ tái chế

x

Hình 3. 13. Mặt cắt tiết diện thẳng góc của dầm chịu uốn với biểu đồ ứng suất dạng BTN sử dụng CLNTC đề xuất

‘ Z

)?(cid:127)? )4D

(3. 6) Khả năng chịu lực của tiết diện: 𝑀b = 𝑓+𝐴+ _d − (3. 5) Trong đó, chiều cao vùng nén ở trạng thái cân bằng dựa theo điều kiện cân . bằng lực của bê tông và cốt thép: x= 2

𝑓%, 𝑓+ lần lượt là cường độ chịu nén của bê tông và cường độ chịu kéo của cốt thép. Trong trường hợp đảm bảo xảy ra phá hoại dẻo thì cốt thép 𝐴+ phải không được quá nhiều và tương ứng với nó là hạn chế chiều cao vùng nén x. Khi

21

xảy ra phá hoại cân bằng, bê tông vùng nén đạt biến dạng cực hạn 𝜀%b2, cốt thép đạt giới hạn chảy, thời điểm chảy dẻo biến dạng của cốt thép 𝜀+ = 𝜀(cid:138)và cường độ chịu kéo của cốt thép đạt cường độ giới hạn 𝑓+ = 𝑓(cid:138). 3.2.3. Khoảng cách vết nứt của dầm bê tông nhẹ sử dụng hạt cốt liệu nhẹ tái chế cốt thép khi chịu uốn theo trạng thái giới hạn thứ II

Tại nghiên cứu chương 2, tỷ lệ giữa giá trị lực dính trung bình giữa BTN sử dụng CLNTC và cốt thép và cường độ chịu kéo của BTN sử dụng CLNTC 𝜏/𝑓%& là một giá trị hằng số, có giá trị xấp xỉ bằng 1.8 và giá trị này tương đồng với giá trị lực dính trung bình 𝜏 theo tiêu chuẩn MC2010 và EN1992-1-1 khi tính chiều dài truyền lực giữa bê tông và cốt thép đã đề cập trong Chương 1. Do đó, trong trường hợp nghiên cứu BTN sử dụng CLNTC sử dụng tính khoảng cách giữa các vết nứt theo tiêu chuẩn MC2010 và EN1992-1-1 là phù hợp.

định theo công thức: 𝑠#,,-. = 𝑘Z𝑐 + 𝑘1𝑘2𝑘=𝜙/𝜌H,())

)45> 67>?

@? 9?,AB

2

Z

= Theo nghiên cứu khoảng cách giữa các vết nứt là một biến ngẫu nhiên có 𝑠#,,-. và 𝑠#,,-. = 2𝑙+,,-.. Tỷ số 𝑠#,,-./𝑠#,, nằm giá trị trung bình 𝑠#,, ≤ trong khoảng (1.5 - 1.7). Hệ số này phụ thuộc vào hệ số biến đổi cường độ chịu kéo của bê tông.

Theo tiêu chuẩn EN 1992-1-1, khoảng cách giữa hai vết nứt lớn nhất xác (3. 7) Theo tiêu chuẩn MC 2010, khoảng cách giữa hai vết nứt lớn nhất xác định 1 ) (3. 8) theo công thức 𝑠#,,-. = 2𝑙+,,-.= 2(𝑘. 𝑐 +

(cid:127)75 (cid:127)?

Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2018, khoảng cách cơ sở (không kể đến ảnh hưởng của loại bề mặt cốt thép) giữa các vết nứt thẳng góc kế nhau: (3. 9) 𝐿+ = 0.5 𝑑+

(cid:127)75 (cid:127)?

(3. 10) Khoảng cách giữa các vết nứt xác định theo TCVN 5574:2018: 𝑑+) 𝑠#,,-. = 𝜑2𝐿+ = 𝜑2(0.5

3.3. Mô phỏng số sự làm việc của dầm bê tông nhẹ sử dụng hạt cốt liệu nhẹ tái chế cốt thép 3.3.1. Lý thuyết sử dụng phần mềm

Lý thuyết miền nén CFT (Compression Field Theory) được đề xuất bởi Mitchell và Collins vào năm 1974. Lý thuyết này cơ bản dựa trên mô hình giàn với các thanh xiên nghiêng 450 . 3.3.2. Mô hình vật liệu bê tông và cốt thép

22

c

s

fc

cte

O

cu2e

ec

f ct

Hình 3. 14. Mô hình quan hệ ứng suất – biến dạng BTNCLNTC

Hình 3. 15. Mô hình quan hệ ứng suất – biến dạng cốt thép 3.3.3. Mô phỏng số dầm bê tông nhẹ sử dụng hạt cốt liệu nhẹ tái chế nghiên cứu 3.4. Kiểm chứng kết quả tính toán theo mô hình lý thuyết, kết quả mô phỏng số với kết quả thực nghiệm 3.4.1. So sánh kết quả nghiên cứu tính toán lý thuyết, kết quả nghiên cứu theo mô phỏng số Response 2000 và theo kết quả nghiên cứu thực nghiệm a) Quan hệ tải trọng - độ võng của dầm

a) Mẫu M1 b) Mẫu M2 c) Mẫu M3

Hình 3. 16. Quan hệ tải trọng và độ võng theo phương pháp thực nghiệm và theo phương pháp mô phỏng phần mềm

Sai số so với thực nghiệm 34% 6% 6% 9% 7%

Lý thuyết tính toán 2.12 15.48 2.42 16.31 2.82

Tải trọng (kNm) Mcrc Mu Mcrc Mu Mcrc

Thực nghiệm 2.02 16.90 2.64 17.62 3.22

Tên mẫu M1 M2 M3

Sai số so với thực nghiệm 5% 8% 8% 7% 12%

b) Về mômen kháng nứt và khả năng chịu lực Bảng 3. 4. Bảng so sánh kết quả mômen tương ứng mỗi giai đoạn theo phương pháp mô phỏng phần mềm, theo lý thuyết tính toán và theo phương pháp thực nghiệm Phần mềm mô phỏng 2.7 15.9 2.8 16.1 3.0

23

Mu

TB

18.00

16.96

9% 11%

6% 16.4 8% 3.4.2. So sánh kết quả tính toán theo các tiêu chuẩn và kết quả thực nghiệm khoảng cách giữa các vết nứt Bảng 3. 5. Bảng so sánh kết quả khoảng cách lớn nhất giữa các vết nứt theo lý thuyết tính toán và khoảng cách trung bình giữa các vết nứt theo thực nghiệm

+(cid:143),>(cid:144)(cid:145) +(cid:143),>

𝑠#,,-. EC2 Tên mẫu 𝑠#,,-. 𝑠#,, 𝑠#,,-. 𝑠#,,

𝑠#,,-. CEB- FIB (mm)

𝑠#,, Thực nghiệm (mm) 75 (mm) 122.08 1.63 M1 𝑠#,,-. TCVN (mm) 199.115 2.65 144.87 2.11

76.3 122.08 1.60 M2 199.115 2.61 146.80 2.07

199.115 2.49

80 122.08 1.53 1.58 M3 TB 147.47 1.98 1.90 2.58

Tỷ số giữa khoảng cách vết nứt lớn nhất tính theo tiêu chuẩn EN 1992-1-1 so với khoảng cách vết nứt trung bình theo thực nghiệm có giá trị 1.58 nằm trong khoảng (1.5 - 1.7) là tương đối phù hợp với nghiên cứu.Trong trường hợp nghiên cứu khi tính khoảng cách lớn nhất của dầm BTNCLNTC (có cốt thép) khi chịu uốn theo trạng thái giới hạn II áp dụng công thức theo tiêu chuẩn EN 1992-1-1 là phù hợp 3.5. Nhận xét chương 3

- Kết quả mô phỏng số ứng xử chịu uốn và nghiên cứu lý thuyết phù hợp với thực nghiệm sự làm việc của dầm BTNCLNTC cốt thép. Các giá trị về quan hệ tải trọng - độ võng, mô men kháng nứt, khả năng chịu lực theo nghiên cứu lý thuyết, và theo kết quả mô phỏng số tương đồng với các giá trị đo đạc thực nghiệm. Điều này chứng tỏ: mô hình quan hệ ứng suất biến dạng đã đề xuất cho BTNCLNTC được sử dụng trong phân tích tính toán và mô phỏng số là phù hợp. - Từ kết quả so sánh lý thuyết nghiên cứu và kết quả thực nghiệm cho thấy khi tính toán khoảng cách vết nứt lớn nhất tính theo tiêu chuẩn EN 1992-1-1 trong trường hợp dầm BTNCLNTC (có cốt thép) tại trạng thái giới hạn II là hoàn toàn phù hợp.

24

KẾT LUẬN

1. Kết luận

Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu về nghiên cứu thực nghiệm ứng xử uốn của dầm bê tông nhẹ sử dụng cốt liệu nhẹ tái chế từ phế thải phá dỡ công trình xây dựng, rút ra các kết luận sau:

1. Đã chế tạo được BTN sử dụng hạt CLNTC có KLTT từ 1400 đến 1800 kg/m3 với cường độ chịu nén từ 15 đến 35 MPa, từ đó xây dựng được bộ dữ liệu thí nghiệm về tính chất cơ lý của vật liệu BTNCLNTC, các quan hệ giữa các đặc trưng cơ lý của vật liệu như: cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo và mô đun đàn hồi.

2. Đã đề xuất được mô hình ứng suất - biến dạng của BTNCLNTC vùng nén có dạng đường thẳng với biến dạng cực hạn 𝜀%b2 ≈ 0.0031; đã xây dựng được quan hệ lực dính - độ trượt của BTNCLNTC và cốt thép thông thường, xác định được giá trị lực dính trung bình 𝜏̅ giữa BTNCLNTC và cốt thép.

3. Đã tiến hành thí nghiệm các mẫu dầm BTCT sử dụng BTNCLNTC, kết hợp với việc phân tích số và tính toán lý thuyết xác định mô men kháng nứt và mômen giới hạn, chứng minh được độ tin cậy của quan hệ ứng suất - biến dạng và các đặc trưng cơ lý của vật liệu đã đề xuất. Trên cơ sở kết quả thí nghiệm quan hệ lực dính - độ trượt đã đề xuất được tiêu chuẩn hợp lý áp dụng cho tính toán khoảng cách vết nứt trong dầm BTCT sử dụng BTNCLNTC ở trạng thái giới hạn II.

2. Kiến nghị Kiến nghị tiến hành thử nghiệm chế tạo BTNCLNTC rộng rãi hơn để đánh giá các yếu tố ảnh hưởng của thành phần của tro bay, nguồn phế thải tái chế hạt CLN từ các nguồn vật liệu khác ở trong nước. Cần tiến hành thử nghiệm chế tạo các mẫu dầm BTNCLNTC với số lượng lớn, từ đó xây dựng các công thức thiết kế có độ tin cậy cao; tiến tới ứng dụng vào các cấu kiện bê tông cốt thép trong thực tế.

3. Hướng nghiên cứu tiếp theo Nghiên cứu và xây dựng cấp phối BTN sử dụng các hạt CLNTC được sản xuất trong nước và các đặc trưng cơ học; Nghiên cứu về vấn đề co ngót của BTNCLNTC từ đó tiến tới ứng dụng trong thực tế điều kiện Việt Nam; Nghiên cứu thực nghiệm về khả năng chịu cắt của dầm BTNCLNTC và trong điều kiện Việt Nam; Nghiên cứu về thực nghiệm về khả năng chịu nén đúng tâm và lệch tâm của cột BTCT sử dụng BTNCLNTC.

25

DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ

1. Lê Ngọc Lan (2019), “Nghiên cứu thực nghiệm bê tông nhẹ sử dụng cốt liệu nhẹ từ phế thải xây dựng chế tạo và tính chất”, Xây dựng và đô thị, Tạp chí của Học viện Cán bộ quản lý xây dựng và đô thị - Bộ Xây dựng, mã số ISSN 1859- 3119, số 67+68/2019, trang 96-99.

2. Nguyễn Công Thắng, Nguyễn Hùng Phong, Nguyễn Văn Tuấn, Phan Huy Tùng, Lê Ngọc Lan (2019), “Ảnh hưởng của hạt cốt liệu nhẹ tái chế từ phế thải phá dỡ công trình xây dựng đến một số tính chất cơ lý của bê tông nhẹ”, Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE 2019, mã số ISSN 2615-9058, tập 13 số 4V (9/2019), trang 94-102.

3. Lê Ngọc Lan (2020), “Nghiên cứu thực nghiệm một số tính chất của bê tông nhẹ chế tạo từ phế thải xây dựng”, Xây dựng và đô thị, Tạp chí của Học viện Cán bộ quản lý xây dựng và đô thị - Bộ Xây dựng, mã số ISSN 1859-3119, số 70/2020, trang 88-92.

4. Nguyễn Hùng Phong, Lê Ngọc Lan, Đỗ Khôi Nguyên, Nguyễn Tuấn Trung (2020), “Nghiên cứu ứng xử chịu uốn của bản bê tông nhẹ sử dụng cốt liệu nhẹ chế tạo từ phế thải phá dỡ công trình xây dựng”, Tạp chí Xây dựng Việt Nam, Bản quyền thuộc Bộ Xây dựng, mã số ISSN 0866-8762, số 5/2020, trang 232-235.

5. Nguyen H.P., Le.N.L., Nguyen C.T., Nguyen V.T., Nguyen T.T., Nguyen X.H. (2020), “Lightweight Concrete Using Lightweight Aggregates from Construction and Demolition Wastes—Production and Properties”. In: Reddy J., Wang C., Luong V., Le A. (eds) ICSCEA 2019. Lecture Notes in Civil Engineering, vol 80. Springer, Singapore. https://doi.org/10.1007/978-981-15- 5144-4_55. Scopus Index.