Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu đặc trưng co ngót của bê tông sử dụng cát mịn phối trộn cát nghiền từ đá trong xây dựng cầu

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

20
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án cung cấp một bộ số liệu về tính chất vật liệu cát nghiền, cát mịn, các tính năng cơ học, đặc trưng co ngót của bê tông cấp cường độ C40 sử dụng cát mịn phối trộn cát nghiền; Xây dựng được các phương trình quan hệ giữa tính chất của vật liệu với các tính năng cơ học của bê tông; Xây dựng được công thức dự báo biến dạng co ngót theo thời gian dựa trên các tiêu chuẩn hiện hành.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu đặc trưng co ngót của bê tông sử dụng cát mịn phối trộn cát nghiền từ đá trong xây dựng cầu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI Nguyễn Đức Dũng NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƢNG CO NGÓT CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG CÁT MỊN PHỐI TRỘN CÁT NGHIỀN TỪ ĐÁ TRONG XÂY DỰNG CẦU Ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông Mã số : 9580205 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Hà Nội – 2022
Công trình được hoàn thành tại: Đại học Giao thông Vận tải Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS. Nguyễn Duy Tiến Người hướng dẫn khoa học 2: TS. Thái Khắc Chiến Phản biện 1: GS.TSKH. Nguyễn Như Khải Phản biện 2: GS.TSKH. Nguyễn Đông Anh Phản biện 3: PGS.TS. Vũ Quốc Vương Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường theo Quyết định Số 2596/QĐ-ĐHGTVT ngày 22 tháng 12 năm 2022 họp tại: Trường Đại học Giao thông Vận tải Vào hồi … ngày … tháng … năm 2023 Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: - Thư viện Trường Đại học Giao thông Vận tải; - Thư viện Quốc Gia.
1 MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề nghiên cứu Hiện nay, nguồn cát vàng dùng chế tạo bê tông khu vực đồng ng Sông C u Long ngày càng khan hiếm. Trong khi cát hạt mịn có trữ lượng dồi dào nhưng mô đun độ lớn hạt chỉ dao động từ 0,7 – 2,24 [18] [9]. Đồng b ng Sông C u Long (ĐBSCL) đang trong giai đoạn phát triển cơ sở hạ tầng giao thông, hàng loạt các dự án trọng điểm đã và đang được triển khai. Để khắc phục tình trạng khan hiếm cát vàng các nhà thầu đã s dụng cát mịn phối trộn cát nghiền như là một giải pháp để thay thế cốt liệu nhỏ trong công tác chế tạo bê tông [1]. Mặc dù đã và đang được s dụng phổ biến, nhưng chưa có tiêu chuẩn hay quy định kỹ thuật cho loại vật liệu này. Trong các dự án, thường chỉ tiến hành thí nghiệm cường độ chịu nén của bê tông; Các nghiên cứu ảnh hưởng của tính chất vật liệu đến đặc trưng cơ học, biến dạng co ngót và ảnh hưởng của co ngót đến ứng x ngắn hạn, dài hạn của kết cấu ê tông ít được đề cập tới. Cát hỗn hợp phối trộn cát mịn (CM) với cát nghiền (CN) có đặc tính vật lý khác với cát tự nhiên do các hạt cát nghiền có hình dạng và kết cấu bề mặt góc cạnh, lồi lõm. . . làm tăng cấu trúc lỗ rỗng, tăng diện tích bề mặt, tăng độ hấp thụ nước . . . và làm tăng iến dạng co ngót của bê tông [4] [93]. Ở tuổi sớm ứng suất – biến dạng do co ngót có thể dẫn đến hình thành vết nứt, làm giảm tính thẩm mỹ, độ bền cũng như sự toàn vẹn của cấu trúc, theo thời gian co ngót khô dẫn đến mất mát dự ứng lực, gia tăng độ võng/suy giảm độ vồng của kết cấu, làm thay đổi ứng suất đối với các kết cấu siêu tĩnh [16] [17]. Trong tiêu chuẩn thiết kế cầu đường bộ TCVN 11823 [34] nêu rõ “Cầu thi công theo phương pháp phân đoạn phải tính biến dạng co ngót một cách chính xác hơn ao gồm việc xem xét đến các tác động của: Vật liệu cụ thể, các kích thước kết cấu, điều kiện công trường, phương pháp thi công”. Trên cơ sở những kết quả nghiên cứu đã được công bố trong và ngoài nước, căn cứ vào tình hình thực tế s dụng vật liệu cát mịn phối trộn cát nghiền để chế tạo bê tông và những ảnh hưởng của biến dạng co ngót đến các công trình cầu đã và đang được xây dựng tại ĐBSCL. . ., luận án xin đề xuất nội dung nghiên cứu được lựa chọn là: “Nghiên cứu đặc trưng co ngót của bê tông sử dụng cát mịn phối trộn cát nghiền từ đá trong xây dựng cầu”. 2. Đối tƣợng nghiên cứu - Bê tông cấp C40 có s dụng cát mịn phối trộn cát nghiền. Ảnh hưởng của tính chất vật liệu cát mịn trộn cát nghiền đến đặc trưng co ngót và tính chất cơ học của bê tông. Ảnh hưởng của co ngót đến sự làm việc dài hạn của dầm BTCT. 3. Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu các tính chất cơ học và đặc trưng co ngót của bê tông cấp C40 có s dụng cát mịn phối trộn cát nghiền ứng dụng trong xây dựng cầu. - Nghiên cứu ảnh hưởng co ngót đến biến dạng dài hạn của các dầm BTCT và BTCT dự ứng lực superT. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu chủ yếu là nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Luận án cung cấp một ộ số liệu về tính chất vật liệu cát nghiền, cát mịn, các tính năng cơ học, đặc trưng co ngót của ê tông cấp cường độ C40 s dụng cát mịn phối trộn cát nghiền. - Xây dựng được các phương trình quan hệ giữa tính chất của vật liệu với các tính năng cơ học của bê tông; Xây dựng được công thức dự báo biến dạng co ngót theo thời gian dựa trên các tiêu chuẩn hiện hành. - Xây dựng phương trình quan hệ giữa biến dạng co ngót với ứng suất và độ võng của dầm BTCT, xây dựng công thức tính mô đun đàn hồi có hiệu theo thời gian từ kết quả thí nghiệm biến dạng co ngót và độ võng của dầm.
2 - Ứng dụng tính toán độ vồng/ độ võng của dầm super T do biến dạng co ngót và quá trình thi công, xác định thời điểm thi công bản mặt cầu nh m đảm bảo độ vồng của dầm trong quá trình khai thác. - Về ý nghĩa thực tiễn: Luận án cấp các dữ liệu cần thiết về bê tông s dụng cát mịn trộn cát nghiền có cấp cường độ C40, đáp ứng yêu cầu cấp bách cho việc tính toán thiết kế và thi công cầu tại ĐBSCL. Từ đó, cho phép hạn chế các vết nứt trên kết cấu bê tông cốt thép và giảm độ võng của kết cấu nhịp dầm BTCT dự ứng lực. CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ BIẾN DẠNG CO NGÓT CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG CÁT MỊN PHỐI TRỘN CÁT NGHIỀN TỪ ĐÁ 1.1. Giới thiệu về vật liệu cát hỗn hợp (cát mịn phối trộn cát nghiền) - Cát mịn (CM): Theo tiêu chuẩn TCVN 7570:2006 [30] cát mịn là cát có mô đun độ lớn từ 0,7 ÷2,0. Cát mịn ở ĐBSCL có mô đun độ lớn dao động từ 0,7 ÷ 2,24 nhỏ hơn yêu cầu để chế tạo bê tông theo tiêu chuẩn ASTM C33 [50] và AASHTO M6 [102] là 2,3 ÷3,2. - Cát nghiền (CN): hay còn được gọi là cát nhân tạo, cát sản xuất, cát xay, đá xay, đá Mi . . .theo TCVN 9205:2012 cát nghiền được sản xuất b ng cách nghiền các loại đá tự nhiên đến các cỡ hạt đạt yêu cầu dùng để chế tạo bê tông và vữa, cát thô có mô đun độ lớn từ khoảng 2,0 đến 3,3. Cát nghiền ở ĐBSCL có mô đun độ lớn hạt dao động từ 3,6 ÷ 4,2. 1.2. Các nghiên cứu về bê tông sử dụng cát mịn phối trộn cát nghiền trên thế giới  Các nghiên cứu về ảnh hưởng của tỉ lệ phối trộn cát nghiền/cát sông Các nghiên cứu cho r ng các tính năng cơ học và biến dạng co ngót của bê tông bị ảnh hưởng bởi tỉ lệ trộn giữa cát nghiền với cát sông, hàm lượng CN chiếm từ 50 ÷ 70% cho chất lượng bê tông tốt nhất. Theo Altamashuddinkhan 2020 [61] hàm lượng CN chiếm từ 55÷100% trong cát hỗn hợp thì cường độ nén của bê tông tuổi đạt giá trị cao hơn các tỉ lệ phối trộn khác Hình 1.1. Tác giả Yajurved 2015 [112] thì cho r ng CN chiếm 60% làm tăng cường độ bê tông so với các tỉ lệ khác Hình 1.2; Tác giả Y. Boopathi 2016 [84] cũng cho thấy tỉ lệ thay thế tối ưu là CN chiếm 60%. Trong khi đó P.M.Shanmugavadivu 201 [98] cho r ng tỉ lệ tối ưu là CN chiếm 70% Hình 1.3, thấp hơn 70% CN cường độ chịu kéo khi uốn và mô đun đàn hồi của ê tông tăng, vượt quá 70% CN cường độ kéo uốn thay đổi không đáng kể nhưng mô đun đàn hồi giảm đột ngột. Hình 1.1 Biểu đồ Rn [61] Hình 1.2 Biểu đồ Rn theo [112] Hình 1.3 Biểu đồ Ru theo [98] Theo P.M.Shanmugavadivu, 2012 [98] Hình 1.4 thì trong giai đoạn đầu co ngót khô của bê tông cát nghiền cao nhất, sau đó đến bê tông cát hỗn hợp, bê tông cát sông có giá trị nhỏ nhất. Nhưng vào giai đoạn cuối, co ngót khô của bê tông cát nghiền lại chậm dần, co ngót khô của bê tông cát sông có xu hướng tăng. Độ co ngót khô đã được phát hiện thấy ít hơn trong bê tông cát sông so với bê tông cát nghiền là nhận định của đa số các tác giả [93] [94] [109] [110].  Các nghiên cứu về ảnh hưởng của bột đá Trong cát nhân tạo thường chứa một lượng bột đá là các hạt mịn có kích thước nhỏ hơn 0,075mm, không có đất sét và bùn. Theo Tahir Celik 1996 [92] hàm lượng bột đá vừa đủ nó sẽ đóng vai trò là một chất độn và giúp lấp đầy các khoảng trống giữa bột xi măng và các hạt cốt liệu, điều này góp phần nâng cao chất lượng của ê tông. Tuy nhiên, hàm lượng bụi cao hơn trong cốt liệu sẽ ảnh hưởng xấu đến chất lượng của bê tông, giá trị co ngót cao hơn và nhạy hơn
3 với nứt Amnon Katz 2006 [64]. Theo Ahmad 1989 [63] bê tông cát nghiền chứa 10% bột đá thì cường độ nén cao nhất; Theo Tahir Celik [92] cũng cho thấy với 10% hạt mịn trong cát nghiền cho cường độ nén và cường độ kéo uốn tăng tối đa, Amnon Katz giải thích r ng khi lượng bột đá lớn, các hạt rất nhỏ có khuynh hướng dính vào bề mặt của các hạt lớn hơn và ngăn cản sự liên kết thích hợp giữa bột xi măng và cốt liệu, kết quả là sự hình thành một liên kết cốt liệu yếu dẫn đến việc nứt và làm yếu bê tông. Theo Dukatz 1985 [72] và ZHOU Mingkai 2009 [114] đều cho r ng khi hàm lượng hạt mịn từ 7% trở lên cường độ nén của bê tông dùng cát nghiền b ng hoặc cao hơn ê tông cát sông. Còn theo Nam-Shik Ahn 2001 [94] đối với tỉ lệ nước xi măng cố định, hầu hết các bê tông cát nghiền có cường độ nén cao hơn cát sông và cường độ nén gia tăng khi ột đá trong cốt liệu tăng lên. Hình 1.4 Biểu đồ co ngót theo [98] Hình 1.5 Biểu đồ co ngót theo [63] Hình 1.6 Biểu đồ co ngót theo [94] Ahmed và El Kourd 1989 [63] Hình 1.5 thí nghiệm co ngót khô ở 330 ngày tuổi cho thấy biến dạng co ngót của ê tông tăng tỉ lệ thuận với hàm lượng bột đá trong cát nghiền, nghiên cứu của Dukatz cũng đồng ý với nhận định này. Theo Tahir Celik [92] co ngót khô của ê tông tăng lên khi hàm lượng bột đá tăng từ 0 ÷10% trong cát nghiền nhưng vượt quá giá trị này thì co ngót khô lại giảm. Bê tông s dụng cát nghiền có hàm lượng bột đá cao lên đến 20% co ngót lớn hơn khoảng 10% so với bê tông dùng cát nghiền có hàm lượng bột đá ng 0% theo Dukatz, [72].  Các nghiên cứu về ảnh hưởng của đá gốc sản xuất cát nghiền Theo Hudson 1997 [83] hình dạng hạt và kết cấu bề mặt sẽ ảnh hưởng đến thể tích lỗ rỗng và tính chất ma sát của cát do đó ảnh hưởng tới tính chất của bê tông. Gaynor (1983) [93] cho r ng cát nhân tạo hầu hết là có độ góc cạnh và có thể tích lỗ rỗng cũng như nhu cầu nước cao hơn so với cát tròn cạnh. Theo các tác giả Wenyan Zhang, Mohamed Zakaria, [110] cho thấy diện tích bề mặt của cốt liệu sản xuất từ các loại đá gốc khác nhau có sự khác nhau tương đối lớn, do đó thể tích lỗ rỗng cũng khác nhau. Theo Michael L. Leming 2010 [93] nếu áp dụng phương pháp đo độ rỗng theo ASTM C1252 thì cát sông có thể tích lỗ rỗng thấp nhất chỉ hơn 45%, cát nhân tạo có thể tích lỗ rỗng cao nhất gần 50%. Tuy nhiên, nếu s dụng phương pháp hình ảnh thì cát tự nhiên có thể tích lỗ rỗng chỉ 44,1% trong khi cát nghiền có thể tích rỗng cao nhất lên đến 55,7%. Theo Nam-Shik (2001) các mẫu bê tông làm từ cát sông và các loại cát nghiền khác nhau cho biến dạng co ngót khác nhau. Theo các tác giả Wenyan Zhang, Michael L. Leming và Mohamed . . . thì các mẫu bê tông làm từ các loại cát nghiền khác nhau cho biến dạng co ngót khác nhau. Độ co ngót khô đã được phát hiện thấy ít hơn trong ê tông cát sông so với bê tông cát nghiền là nhận định của đa số các tác giả [93] [94] [109] [110]. 1.3. Các nghiên cứu về bê tông sử dụng cát mịn phối trộn cát nghiền tại Việt Nam Tại Việt Nam đã an hành 2 tiêu chuẩn liên quan đến cát nghiền gồm, TCVN 950:2012 [31] cát nghiền cho bê tông và vữa; TCVN 9382:2012 [32] Chỉ dẫn kỹ thuật chọn thành phần bê tông s dụng cát nghiền. Theo GS.TSKH Nguyễn Thúc Tuyên, cát nghiền đã được đưa vào s dụng ở Việt Nam từ những năm đầu của thế kỷ 21 tại công trình xây dựng nhà máy thủy điện Sơn La, cát nghiền được sản xuất tại mỏ đá cạnh công trường xây dựng, đá gốc sản xuất cát nghiền là đá Granite, cát vàng được khai thác tại Kỳ Sơn, tỉnh Hòa Bình. Theo kết quả nghiên cứu của tác giả TS.Nguyễn
4 Quang Cung (2004) [4] thì cát nghiền có thể thay thế hoàn toàn hoặc một phần cát tự nhiên trong bê tông. Theo GS.TS Phạm Duy Hữu [9] thì ở ĐBSCL nguồn cung cấp cát chính chỉ có mỏ cát Tân Châu. Khu vực miền Đông Nam Bộ nhiều mỏ đá có trữ lượng lớn và chất lượng rất tốt. Nhìn chung các loại vật liệu thiên nhiên tại khu vực Nam Bộ là phù hợp với các tiêu chuẩn phát triển các loại bê tông chất lượng cao cho các công trình xây dựng và xây dựng GTVT. Theo tác giả Lê Văn Quang [18] cát mịn ĐBSCL có mô đun độ lớn dao động từ 0,7 ÷ 2,24, mỏ cát Tân Châu có chất lượng tốt nhất Mk từ 1,6 ÷ 2,24, sau đó đến mỏ cát Hồng Ngự Mk từ 1,28 ÷ 1,56. Các nghiên cứu[18] [27] [11]. . . đều cho r ng lượng cát nghiền chiếm từ 50÷70% cho bê tông đạt mác cao nhất. Theo TS Nguyễn Đức Trọng [23] với các cấp bê tông C20 ÷ C36 áp dụng cho xây dựng mặt đường ê tông xi măng thì khi lượng cát xay trong hỗn hợp cát chiếm từ 50 ÷ 60% sẽ cho ra thành phần hạt phù hợp với các tiêu chuẩn thiết kế đường. Tác giả Vũ Quốc Vương [28] nghiên cứu về bê tông tự đầm dùng cát nghiền có chứa lượng bột đá lớn cho kết quả là trong giai đoạn đầu trước 28 ngày tuổi biến dạng co ngót gần như tỉ lệ nghịch với hàm lượng bột đá, nhưng sau 28 ngày co ngót tăng khi hàm lượng bột đá tăng. Tác giả Lê Văn Quang, Nguyễn Đức Trọng cũng cho thấy biến dạng co ngót của bê tông cát sông nhỏ hơn so với biến dạng co ngót của bê tông s dụng cát mịn trộn cát nghiền. 1.4. Các nghiên cứu về ảnh hƣởng của co ngót đến biến dạng dài hạn của dầm BTCT và BTCT dự ứng lực Theo R. Mu, J.P. Forth 2008 [99] cho thấy, bên cạnh tải trọng và nhiệt độ, co ngót và từ biến là những yếu tố chính ảnh hưởng đến độ cong của mặt cắt bê tông cốt thép. Trong chuẩn Anh BS 8110-2 [68] và Eurocode2 [72] đã đề xuất phương trình dự đoán độ cong do biến dạng co ngót của dầm BTCT. Hobbs [88] cũng đưa ra mô hình độ cong của dầm do co ngót. Ghali và Favre cũng xây dựng mô hình để dự đoán độ cong co ngót của các phần bị nứt. Theo GS.TS Trần Đức Nhiệm 2016 [16] [17], qua thời gian s dụng, dầm Super T đã xuất hiện hiện tượng mất độ vồng, vấn đề này đã xuất hiện ở nhiều dự án quan trọng tuy chưa làm ảnh hưởng đến khả năng chịu tải, hoặc làm suy giảm chất lượng của kết cấu nhưng làm dấy lên những lo ngại ở góc độ quản lý và khai thác công trình, nguyên nhân gồm hai nhóm yếu tố ảnh hưởng là thuộc tính vật liệu chế tạo dầm và trình tự chế tạo, thi công dầm. Từ các kết quả phân tích này gợi ý về việc cần xem xét yếu tố co ngót trong tính toán độ vồng và cần thiết xây dựng một quy trình thi công chuẩn cho kết cấu nhịp dầm ê tông DƯL căng trước nh m đảm bảo độ vồng theo thiết kế. CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU BIẾN DẠNG CO NGÓT CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG CÁT MỊN PHỐI TRỘN CÁT NGHIỀN TỪ ĐÁ 2.1. Co ngót bê tông Sự co ngót trong bê tông có thể được định nghĩa là sự thay đổi thể tích quan sát được trong bê tông, do sự mất độ ẩm ở các giai đoạn khác nhau do các nguyên nhân khác nhau. Co ngót có thể được phân loại như sau: Co ngót dẻo; Co ngót khô; Co ngót nhiệt; Co ngót tự sinh và Co ngót cacbonat [7] [8] [9]. 2.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến biến dạng co ngót bê tông sử dụng cát mịn phối trộn cát nghiền Các yếu tố ảnh hưởng tới biến dạng co ngót đã được tổng hợp trong ACI 209.2R [37] và tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 11823 [34] , tập trung ở tám nhóm như sau:  Ảnh hƣởng của cốt liệu. Theo Wenyan Zhang 2013 [110], Fanouraki 2014 [79] tính chất co ngót không chỉ liên quan đến sự mất khối lượng của nước mao dẫn, mà còn bị ảnh hưởng bởi các đặc tính vật lý cốt liệu nhỏ. Hàm lượng và đặc tính của chúng chiếm giá trị đáng kể đối với biến dạng co ngót khô của bê
5 tông. Theo các nghiên cứu đã trình bày ở Chương một thì tính chất của bê tông cát hỗn hợp bị thay đổi, do các hạt cát nghiền có bề mặt lỗi lõm, thô nhám nên diện tích bề mặt, tỉ lệ hấp thụ nước và thể tích lỗ rỗng . . . khác với các hạt cát sông đã trải qua quá trình phong hóa, mài mòn tự nhiên, các tính chất này ảnh hưởng trực tiếp đến biến dạng co ngót của bê tông. Hệ số điều chỉnh xét đến ảnh hưởng của cốt liệu mịn theo ACI209.2R:  sh,  0,3  0,14 khi ψ ≤ 50 ;  sh,  0,39  0,002 khi ψ ≥ 50% (2.1) Ψ là tỉ lệ cốt liệu mịn trên toàn bộ cốt liệu.  Ảnh hƣởng của xi măng. Xi măng là một trong những thành phần gây ra biến dạng co ngót lớn trong bê tông, hệ số điều chỉnh theo khối lượng xi măng theo ACI209.2R:  sh,c  0,75  0,00061c (2.2) 3 3 c là khối lượng xi măng/1m bê tông (kg/m ).  Ảnh hƣởng của tỉ lệ nƣớc/ xi măng. Theo các nghiên cứu ở Chương 1 thì cát nghiền thường cần lượng nước yêu cầu cao để đảm bảo độ sụt, nhu cầu nước tăng lên phải được ù đắp b ng lượng xi măng tăng để duy trì tỉ lệ N/XM, làm tăng lượng nước mao dẫn và tăng co ngót khô. Ngoài ra nhu cầu nước tăng lên còn do hàm lượng bột đá trong cát nghiền. Hệ số điều chỉnh thông qua độ sụt của ê tông tươi:  sh,s  0,89  0,00161s (2.3) s là độ sụt của ê tông tươi  Ảnh hƣởng của hình dáng và kích thƣớc kết cấu. Trong công thức tính toán biến dạng co ngót theo ACI209.2R có hệ số điều chỉnh theo kích thước cấu kiện sh theo (2.4); Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 11823 xét đến hệ số ảnh hưởng của thể tích và bề mặt cấu kiện đến biến dạng co ngót ks (2.5). v  sh,vs  1, 2.e{0,00472(V / S )} (2.4) ks  1, 45  0, 0051  1 (2.5) s v/s – là tỷ số giữa thể tích với bề mặt cấu kiện.  Ảnh hƣởng của thời gian bảo dƣỡng ban đầu. Boris Haranki mẫu co ngót được bảo dưỡng ướt 7 ngày sau đó chuyển sang phòng có độ ẩm 50% có độ co ngót lớn hơn 10÷28% so với mẫu được bảo dưỡng 14 ngày.Tiêu chuẩn ACI 309 khuyến cáo chung là bảo dưỡng ẩm trong ít nhất 7 ngày. Theo ACI209.2R thì hệ số điều chỉnh theo thời gian bảo dưỡng sh:  sh,tc  1, 202  0, 2337 log(tc ) (2.6) tc là thời gian bảo dưỡng an đầu  Ảnh hƣởng của nhiệt độ môi trƣờng CEB-FIP giới thiệu công thức dự báo tốc độ phát triển co ngót theo thời gian xấp xỉ 6% và sự phát triển của co ngót tới hạn là 15% khi nhiệt độ tăng từ 23oC tới 60oC với độ ẩm không đổi.  Ảnh hƣởng của độ ẩm môi trƣờng Trong công thức tính toán biến dạng co ngót theo ACI209.2R có hệ số điều chỉnh theo độ ẩm môi trườngshRH:  sh,  1, 4  1, 2h (2.7) Tiêu chuẩn TCVN 11823 xét đến hệ số ảnh hưởng của độ ẩm môi trường đến biến dạng co ngót khs: khs  2  0,014h 0,4 ≤ h ≤ 0,8 và  sh,  3,0  3,0h 0,8 ≤ h ≤ 1,0 khi (2.8) 2.3 Một số mô hình dự báo biến dạng co ngót của bê tông  Tiêu chuẩn thiết kế cầu đƣờng bộ TCVN 11823-2017 [34] Khi không có số liệu chính xác hơn thì có thể lấy biến dạng tương đối do co ngót 200x10-6 sau 28 ngày và 500x10-6 sau một năm từ lúc bê tông khô. Hoặc biến dạng tương đối do co ngót có thể  sh  0, 48.103.ks .khs .k f .khd
6 lấy như sau: (2.9) các hế số phụ thuộc vào kích thước kết cấu, độ ẩm, cường độ bê tông xem mục 2.2. Khi không có sẵn số liệu về thiết kế cấp phối, việc xác định co ngót và từ biến có thể dùng quy định sau: Các Điều 5.4.2.3.3 và 5.4.2.3.3 Tiêu chuẩn CEB – FIP model code, hoặc ACI 209.2R.  Tiêu chuẩn ACI209.2R [37] Biến dạng co ngót tại thời điểm t, được đo ắt đầu ở thời gian tc, được tính theo công thức sau:  t  tc   (2.10) Trong đó:  sh   sh,tc . sh, RH . sh,vs . sh,s . sh, . sh,c . sh,   sh (t tc )  f  (t  tc) shu  shu  780.106. sh  Tiêu chuẩn CEB FIP 2010 [70] Biến dạng co ngót được tính b ng tổng biến dạng co ngót tự sinh và biến dạng co ngót khô  cs (t , ts )   cas (t )   cds (t , ts )(2.11)  cas (t )   cas 0 ( fcm ).as (;t )  cds (t , ts )   cds 0 ( f cm ). RH ( RH ).ds (t  ts ) fcm là cường độ nén trung bình ở tuổi 28 ngày, các hệ số phụ thuộc cường độ bê tông, loại xi măng s dụng và độ ẩm môi trường.  Tiêu chuẩn EUROCODE 2 [74] Biến dạng co ngót tại thời điểm t, được tính b ng tổng biến dạng co ngót tự sinh và biến dạng co ngót khô:  cs (t )   ca (t )   cd (t ) (2.12)  ca (t )   ca () 1  exp(0.2t 0,5 )  ca ()  2,5( fck  10).106   t  ts  f cm  6   RH 3   cd  t    cd ,0 kh  cd ,0  0,85 (220  110. ds1 ) exp( ds 2 )  .10 {1,55 1    t  ts   0.04 3  } h0  f cm 0    100     các hệ số phụ thuộc cường độ bê tông, loại xi măng s dụng và độ ẩm môi trường.  Tiêu chuẩn Xây dựng Nga [116] Biến dạng co ngót tại thời điểm t tính theo công thức:  cs (t , tw )   cs (, tw ) 1  e (t tw )  (2.13)  cs (, tw )   cs (,7)1s2 s3s  cs (,7)  Kcs (W  V )3/2 N N   hệ số lấy theo bảng lập sẵn, phụ thuộc vào thời gian dưỡng hộ ê tông, độ ẩm môi trường và mô đun ề mặt mở của cấu kiện; Kcs  0.14*10-6 cho bê tông nặng; W và V là tỷ trọng của nước và khí trong hỗn hợp bê tông.  Tiêu chuẩn Nhật Bản [85] Biến dạng co ngót tại thời điểm t, được tính theo công thức:   2  V /S  cs  t , t0   1  e 0.108 t t0  0.56 '  cs (2.14) Trong đó: '  cs  50  78(1  e( RH /100) )  38lnW  5  ln '   10  V, S là thể tích và diện tích bề mặt kết cấu, W là lượng nước s dụng cho 1m3 bê tông.  Tiêu chuẩn Anh quốc BS 8110 [68] Tiêu chuẩn BS 8110 không đưa ra công thức toán học dự báo biến dạng co ngót. Sự phát triển biến dạng co ngót được biểu diễn dưới dạng đồ thị.  Tiêu chuẩn Úc [58] Công thức tính toán biến dạng co ngót là tổng biến dạng do biến dạng co ngót tự sinh ecse và biến dạng co ngót do khô ecsd      (2.17) cs    *  1.0  e0.1t cse ; cds cse cse    cse*   0,06 fc'  1,0  .50.106  csd  k1k4 csd .b  csd .b  1.0  0.008 fc '    csd .b * Các hệ số phụ thuộc vào vùng khí hậu. 2.4. Phân tích các mô hình tính biến dạng co ngót Phần lớn các tiêu chuẩn xác định biến dạng co ngót theo thời gian thông qua công thức toán học có dạng hàm mũ hoặc hyperbolic. Tiêu chuẩn Eurocode, CEB/FIP và Úc chia có ngót thành 2 phần là co ngót tự sinh và co ngót khô, biến dạng co ngót được tính phụ thuộc vào cường độ bê tông và các hệ số điều chỉnh xét đến các ảnh hưởng do độ ẩm và loại xi măng s dụng. Tiêu chuẩn ACI, Nga, Nhật, và Việt Nam tính co ngót theo hàm số phụ thuộc vào co ngót cực
7 hạn nhân với các hệ số điều chỉnh xét đến các ảnh hưởng của cốt liệu, hàm lượng xi măng, tỉ lệ N/XM, hình dáng kích thước, phương pháp ảo dưỡng nhiệt độ, độ ẩm môi trường, cường độ bê tông. 2.5. Phƣơng pháp xác định biến dạng co ngót của bê tông theo các tiêu chuẩn Nội dung phương pháp thực nghiệm co ngót của các tiêu chuẩn tổng hợp trong Bảng 2.1. Bảng 2.1 Phương pháp thực nghiệm xác định biến dạng co ngót của bê tông trong các tiêu chuẩn Tiêu chuẩn Mẫu TN Nhiệt độ, Bảo dưỡng Số liệu đọc độ ẩm 75x75x285mm Ngâm trong nước ASTM đá < 25mm 0 4, 7, 14, 28 ngày 23±2 C 30’, ảo dưỡng C157/157M-08 100x100x285m và 8, 16, 32, 64 50±4% 28 ngày từ ngày [46] m tuần (448 ngày) đổ xong mẫu đá < 50mm Châu Âu Không có quy định cụ thể Việt Nam lấy theo tiêu chuẩn CEB – FIP model code [70], hoặc TCVN11823- ACI 209.2R-08 [37] 2017 [34] Việt Nam axax4a Ngâm nước trong 1, 3, 14, 2 tuần TCVN 27±20C (a=70, 100, 150, 3 ngày sau 1 ngày /lần. Tối thiểu 3117:1993 80±5% 200mm) tháo mẫu 120 ngày [29] Nhật JIS A 100x100x400m 20±20C Ngâm trong nước Đo độ co tối thiểu 1129-1-2010 m 60±5% 7 ngày 13 tuần (91 ngày) [86] Anh Quốc Ngâm trong nước 7, 14, 21, 28, 56 75x75x285mm 0 BSISO 22±2 C 7 ngày sau 18 - ngày và 112 100x100x400m 1920-8:2009 55±5% 24h tháo ván ngày, đo tối thiểu m [69] khuôn trong 3 tháng axax4a Ngâm nước trong 0, 3, 14, 2 Nga ГОСТ 20±20C (a=70, 100, 150, 3 ngày sau 1 ngày tuần/lần. Tối 24544-81 [115] 60±5% 200mm) tháo mẫu thiểu 120 ngày Đề tài đặt mục tiêu nghiên cứu bê tông áp dụng trong xây dựng cầu, nên các tiêu chuẩn áp dụng trong công tác thí nghiệm cũng như tính toán phải phù hợp với các quy định tại tiêu chuẩn thiết kế cầu TCVN11823 [34], tiêu chuẩn này dựa trên tiêu chuẩn AASHTO [102] của Mỹ, do đó các thí nghiệm co ngót phải được thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM C157 [46]. 2.6 Xây dựng công thức dự báo biến dạng co ngót của bê tông từ kết quả thực nghiệm Theo tiêu chuẩn thiết kế cầu TCVN 11823 [34] quy định việc xác định co ngót và từ biến có thể dùng Tiêu chuẩn CEB – FIP [70] hoặc ACI 209 [37]. Do đó, luận án xin đề xuất xây dựng công thức dự báo biến dạng co ngót của bê tông có s dụng cát mịn trộn cát nghiền theo định dạng công thức của hai tiêu chuẩn trên. Việc xác định các hệ số điều chỉnh theo các tham số biến động của vật liệu: Có thể thực hiện theo các phương pháp truyền thống như, phương pháp ình phương nhỏ nhất, phương pháp quy hoạch thực nghiệm, phương pháp hồi quy đa iến, hoặc theo các phương pháp số dựa trên phương pháp tối ưu hoá ầy đàn (PSO – Particle Swarm Optimization), phương pháp Karush – Kuhn – Tucker conditions .... Tuy nhiên, nếu thực hiện theo các phương pháp truyền thống trong trường hợp với các mẫu cát nghiền từ ba loại đá gốc khác nhau, mỗi loại lại xét ảnh hưởng của các tham số biến động của vật liệu, các điều kiện bảo dưỡng, các tổ mẫu đối chứng, dẫn đến số
8 lượng tổ mẫu lớn, do các yếu tố ảnh hưởng độc lập nên xác định cực trị từ việc tối ưu hóa cục bộ cũng như tối ưu hóa toàn cục là phức tạp, chậm hội tụ và sai số lớn…. Mặt khác, luận án đặt mục tiêu xây dựng công thức tính biến dạng co ngót dựa theo các dạng công thức của ACI và CEP/FIP, không xây dựng phương trình mới theo số liệu thí nghiệm. Sau khi xem xét nhận thấy phương pháp PSO [95] là phù hợp với ài toán trong trường hợp này, phương pháp PSO cho tốc độ tối ưu hoá nhanh hơn các phương pháp thông thường, và do tính chất có thể tự hoàn thiện của thuật toán, kết quả hiệu chỉnh không phụ thuộc vào số lượng mẫu thí nghiệm quá lớn và có thể tối ưu cục bộ hoặc tối ưu toàn cục. CHƢƠNG 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ ẢNH HƢỞNG CỦA TÍNH CHẤT VẬT LIỆU CÁT MỊN PHỐI TRỘN CÁT NGHIỀN TỪ ĐÁ ĐẾN CÁC ĐẶC TÍNH CƠ HỌC VÀ BIẾN DẠNG CO NGÓT CỦA BÊ TÔNG 3.1. Kết quả khảo sát các mỏ vật liệu cát mịn và cát nghiền  Các mỏ cát mịn Luận án tiến hành khảo sát mỏ cát Tân Châu, Vĩnh Hòa (tỉnh An Giang), Hồng Ngự (tỉnh Đồng Tháp), là các mỏ cát được đánh giá có chất lượng tốt, trữ lượng lớn ở ĐBSCL. Kết quả thí nghiệm các tính chất cơ lý như hàm lượng sét cục, hàm lượng tạp chất hữu cơ. . . đều đáp ứng yêu cầu theo tiêu chuẩn ASTM C33 [50] và AASHTO M6 [102], nhưng mô đun độ lớn hạt chỉ đạt từ 1,4 ÷ 2,24, đường cong thành phần hạt n m ngoài giới hạn theo tiêu chuẩn. Mỏ cát Tân Châu, huyện Tân Châu, tỉnh An Giang được đánh giá là có chất lượng tốt nhất ĐBSCL mô đun độ lớn hạt từ 1,6 ÷ 2,24, các công trình cầu lớn như cầu Bình Khánh, cầu Thủ Thiêm 2, cầu Mỹ Thuận 2. . . đều s dụng CM Tân Châu.  Các mỏ cát nghiền Luận án cũng khảo sát mỏ cát nghiền 3B Núi Ông Cầu, tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu, cát được xay từ đá gốc Andesite có cường độ chịu nén là 131,86MPa, mô đun độ lớn là 3,69 ÷ 4,2, các chỉ tiêu cơ lý khác đều đáp ứng yêu cầu theo tiêu chuẩn, cát nghiền mỏ 3B được s dụng cho cầu dây văng Bình Khánh, Phước Khánh thuộc dự án cao tốc Bến Lức–Long Thành. Mỏ đá Tân Đông Hiệp thuộc thị xã Dĩ An tỉnh Bình Dương, cát được xay từ đá gốc Granite có cường độ chịu nén là 157MPa, mô đun độ lớn của hạt dao động từ 3,6 ÷ 4,4, các chỉ tiêu khác đều đáp ứng tiêu chuẩn, cát được s dụng cho dự án cầu Thủ Thiêm 2. Mỏ đá Kiện Khê sản xuất cát nghiền từ đá Vôi có cường độ chịu nén là 78,1MPa. Các mỏ cát nghiền mà luận án nghiên cứu ở ĐBSCL đang được nghiền theo công nghệ ly tâm, có năng suất cao và ít bột đá hơn so với các công nghệ nghiền khác như nghiền kẹp, nghiền côn hay nghiền bi. . . Sản phẩm sau khi nghiền ra được sàng ướt để loại bỏ bớt hạt bột đá nên còn được gọi là đá Mi r a. Kết quả nghiên cứu của luận án cho thấy, hàm lượng bột đá trong cát nghiền sau khi sàng trung bình khoảng 2%.  Thực nghiệm phối trộn cát mịn với cát nghiền thành cát hỗn hợp (CHH) Hình 3.1 Thành phần hạt Hình 3.2 Thành phần hạt Hình 3.3 Thành phần hạt cát của cát mịn Tân Châu của cát nghiền Vũng Tàu hỗn hợp Từ kết quả khảo sát cho thấy, cát mịn Tân Châu Hình 3.1 và cát nghiền từ đá Andesite Hình 3.2 là hai loại cát phổ biến và được đánh giá là có chất lượng tốt, trữ lượng lớn, đã và đang s dụng cho nhiều công trình xây dựng cầu lớn tại ĐBSCL. Do đó, luận án s dụng 2 vật liệu này để thí nghiệm chuyên sâu.
9 S dụng phương pháp th dần phối trộn 2 loại cát này, kết quả phân tích thành phần hạt Hình 3.3 cho thấy, khi lượng cát nghiền chiếm từ 50÷70% trong cát hỗn hợp thì đường cong thành phần hạt n m trong giới hạn theo tiêu chuẩn AASHTOM6 và ASTM C33. 3.2 Tính toán thành phần bê tông xi măng Cường độ bê tông thiết kế f’c = 40MPa, cường độ mục tiêu theo yêu cầu 48,83MPa. Luận án tính toán thiết kế thành phần bê tông theo Tiêu chuẩn ACI211.4R-08, kết hợp với thực nghiệm điều chỉnh xác định được khối lượng vật liệu cho 1m3 ê tông như sau: - Bê tông có cấp phối CN/CM = 50/50: xi măng 460kg; nước 159 lít; phụ gia 5,52kg; cát nghiền 398kg, cát mịn 398kg; đá 1046kg. Tổng khối lượng 2466kg. - Bê tông có cấp phối CN/CM = 60/40: xi măng 460kg; nước 159 lít; phụ gia 5,52kg; cát nghiền 480kg, cát mịn 320kg; đá 1046kg. Tổng khối lượng 2471kg. - Bê tông có cấp phối CN/CM = 70/30: xi măng 460kg; nước 159 lít; phụ gia 5,52kg; cát nghiền 563kg, cát mịn 241,4kg; đá 1046kg. Tổng khối lượng 2475kg. - Bê tông đối chứng s dụng cát vàng sông Lô: xi măng 460kg; nước 159 lít; phụ gia 5,52kg; cát vàng 795kg; đá 1046kg. Tổng khối lượng 2466kg. 3.3 Xác định tỉ lệ phối hợp giữa cát mịn với cát nghiền theo lý thuyết cấp phối lý tƣởng Fuller Tính toán theo lý thuyết Fuller cho kết quả là cả 3 cấp phối thí nghiệm lựa chọn đều có hệ số gần với đường cong cấp phối lý tưởng. Trong đó cấp phối có CN/CM = 60/40 có giá trị tốt nhất. 3.4 Nội dung thí nghiệm cƣờng độ bê tông Theo GS.TS Phạm Duy Hữu, về nguyên tắc thì khi các vật liệu n m trong giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn thì các tính chất cơ học của bê tông về cơ ản là giống nhau. Nhưng đây là một loại vật liệu mới, áp dụng cho công trình cầu có yêu cầu cấp cường độ cao nên luận án thí nghiệm đầy đủ các tính năng cơ học để từ đó phân tích đánh giá ảnh hưởng của các tính chất vật liệu cát mịn phối trộn cát nghiền đến các tính năng cơ học của bê tông, các nhóm nghiên cứu như sau: Thay đổi tỉ lệ phối trộn CN/CM: lần lượt là 50/50, 60/40, 70/30; Thay đổi hàm lượng bột đá: lần lượt là 2%, 3,5%, 5% và 7%; Thay đổi đá gốc sản xuất cát nghiền: đá Andesite, đá Granite và đá Vôi; Mẫu đối chứng: s dụng cát vàng sông Lô. Tổng số có 42 tổ mẫu (TM) thí nghiệm tính chất cơ học của bê tông. 3.4.1. Triển khai thí nghiệm Vật liệu chế tạo ê tông: Xi măng Vicem Bút Sơn PC40. Cốt liệu lớn 4,75÷19(mm) lấy tại mỏ đá Sun-way (Hòa Bình), được sản xuất từ đá gốc Bazan là loại cốt liệu cứng không co ngót, hấp thụ nước ít nên hầu như không ảnh hưởng đến biến dạng co ngót của mẫu thí nghiệm; phụ gia siêu dẻo HRWWR vừa là chất hóa dẻo làm tăng tính công tác, vừa là chất giảm nước đến 30%, làm cường độ của ê tông tăng một cách đáng kể, đặc biệt thích ứng với khí hậu nóng, tăng khả năng chống thấm, giảm co ngót. 3.4.2. Công tác thí nghiệm Hình 3.4 Công tác thí nghiệm tính năng cơ học của bê tông Công tác chế tạo mẫu và thí nghiệm cường độ được thực hiện tại phòng thí nghiệm bộ môn Vật liệu Xây dựng và Trung tâm KHCN thuộc Trường ĐH Giao thông Vận Tải. 3.4.3. Kết quả thí nghiệm
10  Nhóm mẫu Tổ hợp mẫu thay đổi tỉ lệ phối trộn CN/CM Biểu đồ cường độ nén đặc trưng f’c trình bày trên Hình 3.5, và cường độ kéo – uốn fr tại thời điểm 28 ngày Hình 3.6. Biểu đồ phát triển cường độ nén trung ình Rn Hình 3.7 và cường độ kéo – uốn Ru theo thời gian Hình 3.8. Hình 3.5 Biểu đồ f’c Hình 3.6 Biểu đồ f’r Hình 3.7 Biểu đồ Rn Hình 3.8 Biểu đồ Ru Cường độ chịu nén ở 28 ngày tuổi của cả 3 bê tông cát hỗn hợp và cát sông đối chứng đều lớn hơn cường độ mục tiêu là 48,82MPa. Giá trị cường độ chịu nén lớn nhất là 57,28MPa đạt được ở tổ mẫu có tỉ lệ phối trộn CN/CM = 60/40. Kết quả thí nghiệm này phù hợp với kết quả tính toán theo lý thuyết Fuller. Cường độ chịu kéo khi uốn, mô đun đàn hồi và cường độ ép chẻ của cả 3 cấp phối có quy luật phát triển tương ứng với cường độ chịu nén. Cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo khi uốn, mô đun đàn hồi và cường độ ép chẻ của các mẫu s dụng bê tông cát hỗn hợp đều lớn hơn mẫu bê tông s dụng cát sông. Chênh lệch giá trị cường độ chịu nén giữa các nhóm TM từ 3,05÷8,9%, từ 4,7÷9,98% với cường độ chịu kéo khi uốn và 1,9 ÷3,7% đối với E. Giá trị chênh lệch về cường độ là nhỏ, nên có thể nhận xét rằng việc phối trộn cát nghiền với cát mịn mà đường cong thành phần hạt nằm trong giới hạn theo tiêu chuẩn ASTM C33 hoặc AASHTO M6 có thể chế tạo bê tông cấp C40.  Nhóm mẫu Tổ hợp mẫu thay đổi hàm lƣợng bột đá (BĐ) Cường độ nén của cả 4 tổ mẫu trình bày trên Hình 3.9 đều lớn hơn cường độ mục tiêu thí nghiệm là 48,82MPa, chênh lệch giữa các TM từ 6,44÷16,45%. Cường độ nén lớn nhất ở TM 3,5% BĐ là 58,45MPa, các TM 2% và 5% BĐ có giá trị xấp xỉ mẫu 3,5% BĐ, TM 7% BĐ có cường độ thấp nhất. Điều này được giải thích r ng khi hàm lượng bột đá vừa đủ có tác dụng làm đầy những khoảng trống làm tăng cường độ ê tông, khi hàm lượng bột đá lớn cần nhiều sản phẩm hydrat hóa để bao quanh các hạt bột đá nên lại làm giảm cường độ bê tông. Hình 3.9 Biểu đồ f’c Hình 3.10 Biểu đồ fr Hình 3.11 Biểu đồ E Hình 3.12 Biểu đồ Rk Quy luật về cường độ chịu kéo khi uốn Hình 3.10, mô đun đàn hồi Hình 3.11 và Rk Hình 3.12 tương tự như cường độ chịu nén. Các đặc trưng cường độ của các tổ mẫu s dụng cát mịn trộn cát nghiền đều có giá trị lớn hơn các tổ mẫu s dụng cát sông. Như vậy, cát hỗn hợp có hàm lượng bột đá từ 2% đến 7%, đường cong thành phần hạt nằm trong giới hạn tiêu chuẩn phù hợp chế tạo bê tông cấp C40.  Nhóm tổ hợp mẫu thay đổi đá gốc sản xuất cát nghiền Đối với cả tổ mẫu s dụng cát nghiền đá Andesite và đá Vôi thì tổ mẫu có tỉ lệ CN/CM là 60/40 có cường độ chịu nén và cường độ chịu kéo khi uốn đạt giá trị lớn nhất Hình 3.13, Hình 3.14. Cường độ chịu nén của các tổ mẫu s dụng cát nghiền đá Andesite đều cao hơn so với tổ mẫu s dụng cát nghiền đá Vôi từ 3,6 ÷ 3,77%. Quy luật cường độ chịu kéo khi uốn của các tổ mẫu tương tự như cường độ chịu nén. Với các tổ mẫu có hàm lượng bột đá thay đổi, các tổ mẫu s dụng cát nghiền đá Vôi cường độ chịu nén tăng khi hàm lượng bột đá tăng Hình 3.15, nhưng khi hàm lượng bột đá tăng đến 5% thì
11 cường độ chịu kéo khi uốn lại có xu hướng giảm. Trong khi đó ê tông s dụng cát nghiền đá Andesite giá trị cường độ kéo và nén đều lớn nhất khi hàm lượng bột đá là 3,5%, lớn hơn hoặc nhỏ hơn giá trị này cường độ đều giảm Hình 3.16. Hình 3.13 Biểu đồ Rn Hình 3.14 Biểu đồ Ru Hình 3.15 Biểu đồ Rn Hình 3.16 Biểu đồ Ru (thay đổi CN/CM) (thay đổi CN/CM) (thay đổi BĐ) (thay đổi BĐ) 3.4.4. Xây dựng phƣơng trình quan hệ giữa các tính chất vật liệu với các đặc trƣng cƣờng độ Từ các số liệu thí nghiệm, s dụng phương pháp hồi quy xây dựng phương trình ảnh hưởng của tỉ lệ phối trộn CN/CM đến cường độ chịu nén đặc trưng f’c, cường độ chịu kéo khi uốn đặc trưng và mô đun đàn hồi của BTXM. 2  CN   CN  f c'  9,8158    35,141   26,954 R2 = 0,985 (3.1)  CM   CM  2  CN   CN  f r  1,5872    5,5912    1,9674 R2 = 0,954 (3.2)  CM   CM  2  CN   CN  E  4943,7    17215    24935 R2 = 0,975 (3.3)  CM   CM  Phương trình ảnh hưởng của tỉ lệ hàm lượng bột đá đến cường độ chịu nén trung ình, cường độ chịu kéo khi uốn trung ình, mô đun đàn hồi của BTXM . Rn  0,7622  BD 2  4,924  BD   57,572 R2 = 0,996 (3.4) Ru  0, 0641 BD   0,3945  BD   6, 7425 R2 = 0,984 2 (3.5) E  230,84  BD   1582,3  BD   36498 2 R2 = 0,998 (3.6) 3.5 Nội dung thí nghiệm co ngót bê tông 3.5.1 Kế hoạch thí nghiệm Trong phần này Luận án đi sâu nghiên cứu đặc trưng co ngót và các yếu tố ảnh hưởng của cát mịn phối trộn cát nghiền đến đặc trưng co ngót của bê tông. Các tổ mẫu được thực nghiệm theo Tiêu chuẩn thí nghiệm ASTM C157; luận án cũng thực nghiệm với các tổ mẫu được bảo dưỡng phi tiêu chuẩn gần với các điều kiện thi công ngoài thực tế như sau khi tháo khuôn được bọc kín xung quanh b ng màng mỏng Polyethylene (PE); và các tổ mẫu sau khi tháo khuôn không ngâm nước bảo dưỡng. Tổng cộng có 67 tổ mẫu (TM) thí nghiệm được chia làm 6 nhóm như sau: Nhóm 1: Xét ảnh hưởng của tỉ lệ trộn CN/CM tới biến dạng co ngót, bao gồm 30 tổ mẫu TM1, TM2, TM3, TM4, TM5, TM6, TM7, TM8, TM9 dùng CN đá Andesite. Các TM TM28, TM29, TM30, TM34, TM35, TM36, TM37, TM38, TM39; TM31, TM32, TM33, TM49, TM50, TM51, TM52, TM53, TM54 có cấp phối tương tự như trên nhưng s dụng CN từ đá Vôi và đá Granite. Nhóm 2: Xét ảnh hưởng của hàm lượng bột đá tới biến dạng co ngót, bao gồm 23 tổ mẫu TM2, TM13, TM14, TM15, TM10, TM5, TM16, TM17, TM11, TM8, TM19, TM20, TM21, TM12. dùng cát nghiền sản xuất từ đá Andesite. Các TM40, TM41, TM42, TM43, TM44, TM45, TM46, TM47, TM48 có cấp phối tương tự như trên nhưng s dụng cát nghiền từ đá Vôi. Nhóm 3: Xét ảnh hưởng của đá gốc sản xuất cát nghiền đến biến dạng co ngót, bao gồm 64 tổ mẫu từ TM1 đến TM67 thay đổi cát nghiền sản xuất từ đá Andesite, đá Granite, đá Vôi, thay đổi tỉ lệ trộn và thay đổi hàm lượng bột (trừ các tổ mẫu TM10, TM11, TM12 s dụng cát vàng). Nhóm 4: So sánh kết quả đo iến dạng co ngót của các tổ mẫu bê tông s dụng cát hỗn hợp so với các tổ mẫu đối chứng bê tông s dụng cát vàng sông Lô gồm 67 tổ mẫu từ TM1 đến TM67.
12 Nhóm 5: So sánh đánh giá kết quả nghiên cứu với các tiêu chuẩn hiện hành s dụng cho thiết kế cầu (64 tổ mẫu), gồm TM1 đến TM67(trừ các tổ mẫu TM10, TM11, TM12 s dụng cát vàng). Nhóm 6: Xét ảnh hưởng của ứng suất do biến dạng co ngót đến kết cấu bê tông (64 tổ mẫu) gồm TM1 đến TM67 (trừ các tổ mẫu TM10, TM11, TM12 s dụng cát vàng). 3.5.2 Buồng khí hậu Buồng khí hậu do Viện NCKHVL thiết kế chế tạo Hình 3.19. Nhiệt độ và độ ẩm tiêu chuẩn được khống chế b ng rơ le nhiệt và rơ le ẩm. Thông qua việc đóng cắt công tắc được thực hiện b ng nam châm điện mắc nối tiếp với bộ rơ le nhiệt, rơ le ẩm, đảm bảo thường xuyên ở chế độ nhiệt độ 23 ± 2oC và độ ẩm 50±4%. Hình 3.19 Buồng khí hậu Hình 3.20 Công tác lưu mẫu và thí nghiệm 3.5.3 Chế tạo, bảo dƣỡng mẫu và đo co ngót trên các mẫu Việc chế tạo mẫu tuân thủ yêu cầu quy định tiêu chuẩn ASTM C157 và ASTM C192; Mỗi tổ mẫu gồm 3 mẫu th , hai đầu có gắn các chốt đồng phục vụ công tác đo đạc mẫu. Dụng cụ đo co ngót ng thiết bị đo iến dạng co ngót chuyên dụng của Phòng thí nghiệm bộ môn Vật liệu xây dựng Hình 3.20. Biến dạng co ngót của từng viên mẫu bê tông tại thời điểm được tính b ng mm/m theo công thức (t)=∆l(t)/l ∆l(t): chênh lệch chiều dài giữa các chốt đo của mẫu tại thời điểm t so với an đầu tính b ng mm; l là khoảng cách giữa các chốt đo, l = 0,285m. 3.6 Phân tích kết quả và đánh giá ảnh hƣởng của tính chất vật liệu đến biến dạng có ngót 3.6.1 Ảnh hƣởng của tỉ lệ phối trộn CN/CM  Các tổ mẫu bảo dƣỡng theo điều kiện tiêu chuẩn Gồm các tổ mẫu TM1, TM2, TM3. Tại thời điểm 448 ngày, biến dạng co ngót của tổ mẫu TM3 (CN/CM = 70/30) có giá trị lớn nhất là 442,21x10-6, sau đó đến tổ mẫu TM2 (CN/CM = 60/40) có giá trị 410,96x10-6, tổ mẫu TM1 (CN/CM = 50/50) có giá trị là nhỏ nhất 386,09x10-6 Hình 3.21. Điều đó cho thấy biến dạng co ngót của các tổ mẫu bị ảnh hưởng bởi tỉ lệ phối trộn cát nghiền với cát mịn theo xu hướng tăng hàm lượng cát nghiền thì biến dạng co ngót cũng tăng. Xu hướng tăng iến dạng co ngót trong các tổ mẫu có hàm lượng cát nghiền cao hơn được giải thích là do đặc tính của cốt liệu cát hỗn hợp, như cấu trúc lỗ rỗng, diện tích bề mặt, độ hấp thụ nước. . . cát nghiền có thể tích lỗ rỗng cao hơn so với cát tự nhiên, việc pha trộn cát nghiền với cát sông để giảm lỗ rỗng trong cát hỗn hợp, từ đó tạo ra hỗn hợp có tính chất gần với tính chất của cát sông hơn. Hình 3.21 Biểu đồ  của các Hình 3.22 Biểu đồ  của Hình 3.23 Biểu đồ  của các TM dùng CN đá Andesite các TM dùng CN đá Vôi TM dùng CN đá Granite Mặt khác do đặc tính vật lý của cát nghiền có diện tích bề mặt cao, độ hấp thụ nước vào bề mặt lồi lõm và các lỗ bên trong hạt cát, lượng nước này theo thời gian sẽ thấm dần ra ngoài và thủy hóa xi măng (thủy hóa muộn) tiếp tục gây biến dạng co ngót ê tông giai đoạn sau. Xét với các tổ mẫu s dụng các loại cát nghiền từ đá gốc từ đá Vôi Hình 3.22 và đá Granite
13 Hình 3.23 cũng có quy luật tương tự như tổ mẫu dùng cát nghiền đá Andesite.  Các tổ mẫu không bảo dƣỡng theo điều kiện tiêu chuẩn Nhóm các tổ mẫu bọc kín b ng màng mỏng PE TM4, TM5, TM6. Phần lớn mức biến dạng co ngót là co ngót tự sinh. Tại thời điểm 448 ngày biến dạng co ngót của tổ mẫu dao động từ 275,60x10-6 ÷ 304,99x10-6 Hình 3.24. Các mẫu có hàm lượng cát nghiền cao có biến dạng co ngót cao hơn so với các mẫu có hàm lượng cát nghiền thấp. Ảnh hưởng của tỉ lệ trộn CN/CM đến biến dạng co ngót của các tổ mẫu chế tạo từ cát nghiền đá Vôi Hình 3.25 và đá Granite Hình 3.26 tương tự như nhóm tổ mẫu chế tạo từ cát nghiền Andesite. Hình 3.24 Biểu đồ  của các Hình 3.26 Biểu đồ  của các TM dùng CN đá Andesite Hình 3.25 Biểu đồ  của các TM dùng CN đá Granite TM dùng CN đá Vôi Nhóm các tổ mẫu không bảo dưỡng an đầu TM7, TM8, TM9 Hình 3.27. Tại thời điểm 448 ngày, biến dạng co ngót dao động từ 467,43x10-6 ÷ 538,20x10-6. Các tổ mẫu s dụng các loại cát nghiền từ đá gốc là đá Vôi Hình 3.28 và đá Granite Hình 3.29 cũng có quy luật tương tự. Hình 3.27 Biểu đồ  của các Hình 3.28 Biểu đồ  của các Hình 3.29 Biểu đồ  của các TM dùng CN đá Andesite TM dùng CN đá Vôi TM dùng CN đá Granite So với các tổ mẫu được bảo dưỡng theo điều kiện tiêu chuẩn, thì biến dạng co ngót của các tổ mẫu không bảo dưỡng TM7, TM8, TM9 lớn hơn từ 51,77 ÷ 52,93% tại thời điểm 28 ngày và 20,07 ÷ 21,78% tại thời điểm 448 ngày. So sánh với các tổ mẫu được bọc kín b ng màng mỏng PE, biến dạng co ngót của các tổ mẫu không bảo dưỡng TM7, TM8, TM9 lớn hơn từ 95,20÷102,37% tại thời điểm 28 ngày và 69,61÷76,46% tại thời điểm 448 ngày. Kết quả này cho thấy tác dụng của việc bảo dưỡng trong quá trình thi công đến việc hạn chế biến dạng co ngót của bê tông là rất lớn. 3.6.2 Ảnh hƣởng của hàm lƣợng bột đá (nhóm 2)  Các tổ mẫu bảo dƣỡng theo điều kiện tiêu chuẩn Hình 3.30 Biểu đồ  của các Hình 3.31 Biểu đồ  của các Hình 3.22 Biểu đồ  của các TM dùng CN đá Andesite TM dùng CN đá Vôi TM dùng CN đá Granite Gồm các tổ mẫu TM2, TM13, TM14 và TM15. Tại thời điểm 448 ngày, biến dạng co ngót của tổ mẫu TM15 (7%BĐ) có giá trị cao nhất là 464,19x10-6, sau đó đến tổ mẫu TM14 (5%BĐ) có giá trị là 451,57x10-6, TM13 (3,5%BĐ) có giá trị là 430,30x10-6, tổ mẫu TM2 (2%BĐ) có giá trị nhỏ nhất là 410,96x10-6 Hình 3.30. Kết quả này cho thấy hàm lượng bột đá trong cát nghiền có ảnh hưởng đến biến dạng của bê
14 tông theo xu hướng khi tăng hàm lượng bột đá trong cát nghiền thì biến dạng co ngót cũng tăng theo. Nguyên nhân dẫn đến việc gia tăng iến dạng co ngót khi hàm lượng bột đá tăng được giải thích như sau: Khi hàm lượng bột đá trong cát nghiền tăng làm tăng độ mịn và tăng tổng diện tích bề mặt. Mặt khác, một số hoạt động của bột đá trực tiếp tham gia vào hydrations, các hạt bột đá phân phối đồng đều các hạt của xi măng chưa phản ứng hydrat dễ dàng tiếp tục trong điều kiện thích hợp làm cho biến dạng co ngót của ê tông gia tăng. Kết quả này cũng phù hợp với các kết quả nghiên cứu trước đây đã được trình ày trong Chương 1 cho r ng biến dạng co ngót tỉ lệ thuận với lượng bột đá trong cát nghiền khi lượng bột đá dưới 10%. Biến dạng co ngót của các mẫu s dụng CN đá Vôi Hình 3.31 và đá Granite Hình 3.32 có cùng dạng cấp phối, cùng hàm lượng bột đá cũng có xu hướng tương tự.  Các tổ mẫu không bảo dƣỡng theo điều kiện tiêu chuẩn Nhóm các tổ mẫu bọc kín b ng màng mỏng PE TM5, TM16, TM17 và TM18. Tại thời điểm 448 ngày, biến dạng co ngót dao động từ 288,02x10-6 ÷ 313,76x10-6. Nhóm các tổ mẫu không bảo dưỡng an đầu TM8, TM19, TM20, TM21. Tại thời điểm 448 ngày biến dạng co ngót dao động từ 500,49 x10-6 ÷ 567,22x10-6. So sánh với các tổ mẫu được bảo dưỡng theo tiêu chuẩn thì biến dạng co ngót của các tổ mẫu không được bảo dưỡng lớn hơn từ đến 52,29÷53,94% tại thời điểm 28 ngày, và từ 21,54÷23,31% tại thời điểm 448 ngày. So sánh với các tổ mẫu bọc kín b ng màng mỏng PE thì biến dạng co ngót của các tổ mẫu không được bảo dưỡng lớn hơn từ đến 91,35÷98,66% tại thời điểm 28 ngày, và từ 62,34÷ 80,78% tại thời điểm 448 ngày. 3.6.3 Ảnh hƣởng bởi đá gốc sản xuất cát nghiền (nhóm 3)  Các tổ mẫu đƣợc bảo dƣỡng theo điều kiện tiêu chuẩn Bao gồm các tổ mẫu TM1, TM2, TM3 s dụng cát nghiền đá Andesite; TM28, TM29, TM30 s dụng cát nghiền đá Vôi; TM31, TM32, TM33 s dụng cát nghiền đá Granite Hình 3.33. Hình 3.33 Biểu đồ  của các TM Hình 3.34 Biểu đồ  của các Hình 3.35 Biểu đồ  của các TM bảo dưỡng theo tiêu chuẩn TM bọc b ng PE không bảo dưỡng theo tiêu chuẩn Với cùng một tỉ lệ phối trộn CM/CN thì biến dạng co ngót của bê tông sản xuất từ cát nghiền đá Vôi có biến dạng co ngót nhỏ nhất, sau đó đến bê tông sản xuất từ cát nghiền đá Andesite, ê tông sản xuất từ cát nghiền đá Granite có giá trị lớn nhất. Cùng một cấp phối thì chênh lệch biến dạng co ngót giữa các mẫu s dụng cát nghiền đá Andesite cao hơn 10,71÷14,78% so với mẫu s dụng cát nghiền đá Vôi, mẫu s dụng cát nghiền đá Granite cao hơn 18,07 ÷ 20,18% so với cát nghiền đá Vôi, tại thời điểm 448 ngày. Kết quả thí nghiệm cũng phù hợp với các nghiên cứu trước đây cho r ng, cát nghiền từ các loại đá gốc khác nhau thì hình dạng hạt, kết cấu bề mặt cũng khác nhau, các đặc tính đó ảnh hưởng đến diện tích bề mặt, tỷ lệ hấp thụ nước và đặc biệt là thể tích lỗ rỗng . . . của cát nghiền, và ảnh hưởng đến biến dạng co ngót của bê tông. Các nghiên cứu cũng cho thấy, cát nghiền từ đá gốc càng cứng thì độ nhám bề mặt và độ rỗng càng cao, cát nghiền từ đá Vôi có ề mặt tròn nhẵn hơn các loại CN khác, độ rỗng thấp hơn và iến dạng co ngót nhỏ hơn.  Các tổ mẫu không bảo dƣỡng theo điều kiện tiêu chuẩn
15 Các tổ mẫu bọc kín b ng màng mỏng PE TM4, TM5, TM6, TM34, TM35, TM36; TM5, TM16, TM17, TM18; TM43, TM35, TM44, TM45 Hình 3.34. Kết quả cho thấy, biến dạng co ngót của bê tông cát nghiền sản xuất từ đá Vôi, đá Andesite và đá Granite có quy luật tương tự như các mẫu bảo dưỡng theo điều kiện tiêu chuẩn, nhưng giá trị thì thấp hơn. Các tổ mẫu không bảo dưỡng an đầu TM7, TM8, TM9, TM37, TM38, TM39; TM8, TM19, TM20, TM21, TM46, TM38, TM47, TM48; TM52, TM53, TM54 Hình 3.35. giá trị cuối cùng có sự chênh lệch giữa các tổ mẫu lớn hơn, với cùng một dạng cấp phối thì biến dạng co ngót các mẫu s dụng cát nghiền đá Granite lớn hơn các mẫu s dụng cát nghiền đá Vôi từ 23,38÷27,53%, các mẫu s dụng cát nghiền đá Andesite lớn hơn các mẫu s dụng cát nghiền đá Vôi 15,54÷17,63%, tại thời điểm ê tông đạt 448 ngày. 3.6.4 So sánh với biến dạng co ngót của cát sông (nhóm 4)  Nhóm các tổ mẫu bảo dƣỡng theo điều kiện tiêu chuẩn Gồm các tổ mẫu TM1, TM2, TM3, . . . , TM62, TM63, TM64 là các tổ mẫu có thay đổi tỉ lệ phối trộn CN/CM, hàm lượng bột đá và thay đổi cát nghiền từ 3 loại đá gốc Andesite, đá Vôi và đá Granite và TM10 là cát sông Hình 3.36. Trước 3 ngày tuổi biến dạng co ngót của cát sông xấp xỉ với biến dạng co ngót của bê tông cát hỗn hợp, từ 3 đến 112 ngày tuổi biến dạng co ngót của bê tông cát sông có giá trị nhỏ nhất so với biến dạng co ngót của các mẫu bê tông cát hỗn hợp, sau 112 ngày tuổi tốc độ biến dạng của cát sông có xu hướng cao hơn một chút so với cát hỗn hợp. Tại thời điểm 448 ngày biến dạng co ngót của bê tông cát sông gần như thấp nhất và có giá trị 375,64x10-6, chỉ cao hơn 2 mẫu cát nghiền đá Vôi có tỉ lệ trộn CN/CM là 50/50 và 60/40 có giá trị lần lượng là 348,75 x10-6 và 366,58 x10-6. Hình 3.36 Biểu đồ  của các Hình 3.37 Biểu đồ  của các Hình 3.38 Biểu đồ  của các TM bảo dưỡng tiêu chuẩn TM bọc PE TM không bảo dưỡng  Nhóm các tổ mẫu không bảo dƣỡng theo điều kiện tiêu chuẩn Nhóm các tổ mẫu bọc kín b ng màng mỏng PE. Phần lớn mức biến dạng co ngót là co ngót tự sinh. Biến dạng co ngót của cát sông xấp xỉ với các tổ mẫu dùng cát nghiền đá Vôi, nhỏ hơn so với các mẫu dùng cát nghiền đá Andesite và Granite Hình 3.37. Nhóm các tổ mẫu không bảo dưỡng an đầu Hình 3.38, tại 448 ngày tuổi chênh lệch biến dạng của các mẫu bê tông cát nghiền từ đá gốc Andesite và Granite với mẫu cát sông 6,33÷32,74%, tuy nhiên với các mẫu ê tông có hàm lượng cát nghiền đá Vôi từ 50÷60% thì biến dạng co ngót nhỏ hơn mẫu bê tông cát sông từ 2,72÷8,66%, mẫu có hàm lượng đá Vôi 70% iến dạng co ngót lại lớn hơn của cát sông 4,08%. Kết quả thí nghiệm phù hợp với các nghiên cứu trước cho rằng biến dạng co ngót của cát nghiền tăng nhanh ở giai đoạn đầu và chậm dần ở giai đoạn sau so với biến dạng của bê tông cát sông. Nguyên nhân được giải thích do cát nghiền có độ lỗ rỗng lớn và độ hấp thụ nước cao gây ra biến dạng co ngót khô trong giai đoạn đầu tăng mạnh, giai đoạn sau biến dạng co ngót khô giảm dần làm tốc độ biến dạng co ngót giảm theo thời gian. 3.7 So sánh kết quả nghiên cứu với các tiêu chuẩn hiện hành S dụng kết quả thí nghiệm của nhóm 1, nhóm 2, nhóm 3, nhóm 4, so sánh với các tiêu chuẩn đang được áp dụng trong tính toán thiết kế cầu gồm, tiêu chuẩn TCVN 11823, tiêu chuẩn ACI 209, tiêu chuẩn CEB/FIB 2010 và EuroCode 2.  Nhóm các tổ mẫu thay đổi tỉ lệ CN/CM và bảo dƣỡng theo điều kiện tiêu chuẩn
16 Hình 3.39 Biểu đồ  của các Hình 3.40 Biểu đồ  của các Hình 3.41 Biểu đồ  của các TM thay đổi tỉ lệ CN/CM TM thay đổi hàm lượng BĐ TM không bảo dưỡng Gồm các tổ mẫu TM1, TM2, TM3, TM28, TM29, TM30, TM31, TM32, TM33. Các tổ mẫu có thay đổi tỉ lệ trộn CN/CM từ 50/50 đến 70/30 và hàm lượng bột đá có sẵn trong cát nghiền từ đá Andesite, đá Vôi, đá Granite Hình 3.39. Trong giai đoạn 14 ngày đầu biến dạng co ngót của đa số các tổ mẫu lớn hơn giá trị tính toán theo tiêu chuẩn TCVN 11823 và ACI 209 nhưng nhỏ hơn giá trị tính theo CEB/FIP và EC2. Từ ngày 14 đến ngày 28 biến dạng co ngót của các TM lớn hơn giá trị tính toán theo tiêu chuẩn TCVN 11823 nhưng xấp xỉ giá trị tính theo ACI 209 và nhỏ hơn CEB/FIP và EC2. Sau ngày 28 thì biến dạng co ngót của các TM đều nhỏ hơn giá trị tính toán theo cả 4 tiêu chuẩn trên. Như vậy, biến dạng co ngót của bê tông s dụng cát mịn trộn cát nghiền có xu hướng cao trong giai đoạn đầu và chậm dần ở giai đoạn sau. Mặc dù bê tông sử dụng cát nghiền từ đá Vôi có biến dạng co ngót là nhỏ nhất, nhưng ĐBSCL lại hiếm đá Vôi, do đó nếu sử dụng phải vận chuyển xa từ nơi khác đến nên giá thành cao. Trong khi biến dạng co ngót của bê tông sử dụng cát nghiền từ đá Andesite và đá Granite đều nhỏ hơn giá trị giới hạn theo các tiêu chuẩn áp dụng cho xây dựng cầu ở Việt Nam. Do vậy, xét cả về chỉ tiêu kỹ thuật và chỉ tiêu kinh tế, luận án xin kiến nghị sử dụng nên sử dụng cát nghiền từ đá Andeste là loại đá có sẵn với trữ lượng lớn để chế tạo bê tông cho các công trình giao thông, cát nghiền từ đá Granite cần phải xem xét trữ lượng phù hợp vì các công trình giao thông thường yêu cầu khối lượng vật liệu lớn.  Nhóm các tổ mẫu thay đổi hàm lƣợng bột đá và bảo dƣỡng theo điều kiện tiêu chuẩn Các tổ mẫu có tỉ lệ CN/CM 60/40, hàm lượng bột đá thay đổi từ 2÷7% và s dụng 3 loại cát nghiền đá Andesite, đá Vôi, đá Granite Hình 3.40. Ở giai đoạn cuối những tổ mẫu có vừa hàm lượng cát nghiền cao vừa có hàm lượng bột đá cao có biến dạng co ngót lớn hơn giá trị tiêu chuẩn. Cụ thể, tại thời điểm 448 ngày biến dạng của các tổ mẫu đều nhỏ hơn iến dạng tính toán theo tiêu chuẩn; nhưng các tổ mẫu có hàm lượng bột đá cao7% đối với mẫu s dụng cát nghiền Andesite, 5÷7% đối với mẫu s dụng cát nghiền đá Granite thì giá trị đo lớn hơn so với giá trị tính toán theo EC2. Như vậy bê tông sử dụng cát hỗn hợp khi phối trộn lượng cát nghiền cao cần phải tính toán giảm hàm lượng bột đá trong cát nghiền để đảm bảo biến dạng co ngót.  Nhóm các tổ mẫu không bảo dƣỡng theo điều kiện tiêu chuẩn Gồm các tổ mẫu TM7, TM8, TM9, TM37, TM38, TM39, TM52, TM53, TM54, TM19, TM20, TM21, TM46, TM38, TM47, TM48 Hình 3.41. Trong 28 ngày đầu biến dạng co ngót của gần như tất cả các tổ mẫu đều lớn hơn so với giá trị tính toán theo các tiêu chuẩn. Đến giai đoạn cuối 448 ngày tuổi, các tổ mẫu s dụng cát nghiền đá Vôi có iến dạng co ngót nhỏ hơn so với hầu hết các tiêu chuẩn, các tổ mẫu s dụng cát nghiền đá Andesite có hàm lượng bột đá cao hơn 3,5% và hàm lượng cát nghiền lớn hơn 60%, các tổ mẫu s nghiền đá Granite có hàm lượng bột đá cao hơn 2,0% và hàm lượng cát nghiền lớn hơn 60% có iến dạng co ngót cao hơn các tiêu chuẩn. Như vậy, bê tông sử dụng cát hỗn hợp có hàm lượng cát nghiền cao và hàm lượng bột đá cao cần phải có chế độ bảo dưỡng ban đầu thích hợp để giảm biến dạng co ngót. 3.8 Ảnh hƣởng của ứng suất kéo do co ngót đến sự làm việc của kết cấu bê tông Ứng suất kéo do biến dạng co ngót của ê tông được so sánh với cường độ chịu kéo của bê tông
17 tính theo công thức của tiêu chuẩn CEB/FIP 2010, ACI 209 và cường độ kéo trung bình do thí nghiệm của mẫu bê tông có cùng cấp phối đo co ngót.  Nhóm tổ mẫu bảo dƣỡng theo điều kiện tiêu chuẩn - So sánh theo tiêu chuẩn CEB/FIP 2010: Gồm các tổ mẫu TM1, TM2, TM3, TM10; TM13, TM14, TM15; TM22, TM23; TM28, TM29, TM30; TM31, TM32, TM33 Hình 3.42. - So sánh theo tiêu chuẩn ACI: Gồm các tổ mẫu TM1, TM2, TM3, TM10; TM13, TM14, TM15; TM22, TM23; TM28, TM29, TM30; TM31, TM32, TM33 Hình 3.43. - So sánh vơi cường độ chịu kéo trung bình của bê tông thí nghiệm: Nhóm các tổ mẫu bảo dưỡng theo điều kiện tiêu chuẩn gồm các tổ mẫu TM1, TM2, TM3, TM10; TM13, TM14, TM15; TM22, TM23; TM28, TM29, TM30; TM31, TM32, TM33. Hình 3.44. Hình 3.42 Biểu đồ so sánh ứng Hình 3.43 Biểu đồ so sánh ứng Hình 3.44 Biểu đồ so sánh ứng suất kéo theo CEP/FIP suất kéo theo ACI suất kéo theo kết quả TN Đối với các tổ mẫu được bảo dưỡng theo điều kiện tiêu chuẩn, sau 7 ÷ 10 ngày ứng suất do co ngót đạt tới giá trị cường độ chịu kéo của bê tông, nguy cơ xảy ra vết nứt thấp.  Nhóm tổ mẫu không bảo dƣỡng theo điều kiện tiêu chuẩn Nhóm các tổ mẫu bảo dưỡng theo điều kiện tiêu chuẩn gồm các tổ mẫu: TM7, TM8, TM9, TM8, TM19, TM20, TM21 theo CEB/FIP và ACI Hình 3.45, Hình 3.46. Hình 3.45 Biểu đồ ứng suất kéo Hình 3.46 Biểu đồ ứng suất Hình 3.47 Biểu đồ so sánh ứng các mẫu thay đổi CN/CM kéo các TM thay đổi BĐ suất kéo theo ứng suất nhiệt Tuy nhiên, đối với các tổ mẫu không được bảo dưỡng, thời điểm ứng suất kéo do co ngót đạt đến giới hạn cường độ chịu kéo của bê tông là sau 3 ÷ 5 ngày tuổi, trùng với thời điểm ứng suất nhiệt đạt giá trị lớn nhất Hình 3.47, nếu cộng hưởng cả hai hiệu ứng này thì xác suất bê tông bị nứt ở thời điểm 3 ÷ 5 ngày tuổi là rất cao. 3.9 Xây dựng công thức dự báo biến dạng co ngót theo thời gian Trên cơ sở các công thức tính toán biến dạng co ngót của bê tông theo tiêu chuẩn CEB/FIP và ACI 209. S dụng thuật toán PSO (Particle Swarm Optimization) xác định các hàm số tính hệ số điều chỉnh ψ theo các tham số biến động của vật liệu cát hỗn hợp, nh m xấp xỉ giá trị biến dạng co ngót thí nghiệm với giá trị tính toán theo các công thức của tiêu chuẩn. Độ chính xác của các hàm số được xác định b ng hệ số đánh giá độ chính xác R-squared. Phương trình iến dạng co ngót của bê tông s dụng CM trộn cát nghiền đề xuất có dạng: Theo CEB/FIP 2010: Theo ACI 209:  cs (t , ts )   i .[ cas (t )   cds (t , ts )] (3.7) (t  tc )  sh (t  tc )   i .  shu (3.8) Trong đó: ψi là hệ điều chỉnh f  (t  tc ) 3.9.1 Xây dựng công thức theo tiêu chuẩn CEB/FIP Các hệ số điều chỉnh cần xác định bao gồm: Hệ số điều chỉnh xét đến ảnh hưởng tỉ lệ CN/CM là
18 ψ1; hệ số điều chỉnh xét đến ảnh hưởng hàm lượng bột đá BĐ là ψ2; hệ số điều chỉnh xét đến đồng thời cả hai yếu tố trên là ψd.  Xác định hệ số điều chỉnh ψ1 S dụng thuật toán PSO th dần với các hàm số thông dụng s dụng trong vật liệu xây dựng xác định được dạng hàm số ψ1 phù hợp trong trường hợp này như sau:  1  0,709.CN 1, 295.CM  1,6892 với R = 98,1% (3.9)  Xác định hệ số điều chỉnh ψ2 Tương tự xác định được dạng hàm số ψ2 phù hợp trong trường hợp này là:  2  0,0214.BD  0,6697 với R = 98,2% (3.10)  Xác định hệ số điều chỉnh ψd Tương tự xác định được dạng hàm số ψd phù hợp trong trường hợp này là:  d  (7, 4596.x  1,887. y  1,6859).(0,3031z  0,1016) với R = 96,7% (3.11) 3.9.2 Xây dựng công thức theo tiêu chuẩn ACI  Xác định hệ số điều chỉnh ψ1 Từ phương trình cơ ản của ACI (3.4). Dùng phương pháp PSO và th dần xác định được dạng hàm số ψ1 phù hợp trong trường hợp này là:  1  0,931.x  0, 2959. y  0,134 với R = 70% (3.12)  Xác định hệ số điều chỉnh ψ2 Tương tự xác định được dạng hàm số ψ2 phù hợp trong trường hợp này là:  2  2,1885.BD  0,7458 với R = 82% (3.13)  Xác định hệ số điều chỉnh ψd Tương tự xác định được dạng hàm số ψd phù hợp trong trường hợp này là:  d  (0,3846.CN  0,0466.CM  0,1873)(5,0398.BD  1,7147) với R = 82% (3.14) Từ các công thức dự báo biến dạng co ngót theo thời gian được xây dựng ở trên cho thấy, các công thức lập theo tiêu chuẩn CEB-FIP 2010 có độ phù hợp rất cao từ 96,7÷98,1%, các công thức được lập theo ACI 209.2R có độ phù hợp thấp hơn từ 70÷85,2%. Do đó, luận án xin kiến nghị, trong tính toán thiết kế cầu nếu không có số liệu thí nghiệm cụ thể thì có thể tính biến dạng co ngót của bê tông có s dụng CM phối trộn CN ở ĐBSCL theo công thức của tiêu chuẩn CEB-FIP 2010. CHƢƠNG 4 NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA BIẾN DẠNG CO NGÓT ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP 4.1. Đặt vấn đề Từ việc phân tích các kết quả nghiên cứu đã công ố trong Chương 1, Luận án lựa chọn dầm thí nghiệm là dầm BTCT giản đơn. Dầm được xoay ngang đặt trên hệ treo bao gồm khung thép, dây treo, thanh đỡ cho phép dầm di chuyển tự do trong mặt phẳng treo (n m ngang), với mục đích loại bỏ ma sát giữa dầm và ván đáy và dầm được treo ngang để kh ảnh hưởng của trọng lượng bản thân dầm đến độ võng. Một đầu chốt cho phép dầm xoay tự do tương đương gối cố định. Đầu chốt còn lại cho phép dầm vừa xoay tự do vừa trượt dọc theo phương chiều dài dầm tương đương gối di động. Hình 4.1. Dầm thí nghiệm có kích thước tiết diện b×h=80×120 mm, chiều dài dầm L=1500mm. Bê tông giống cấp phối của tổ mẫu TM1. Cốt thép dọc 4ϕ8 được đặt về một phía của tiết diện Hình 4.2. Đo chuyển vị dầm b ng 3 Indicator cơ học tại các tiết diện ở hai gối tựa dầm và tiết diện giữa dầm. Kết quả thí nghiệm đo độ võng các dầm BTCT Hình 4.3.