Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chính của nghiên cứu này là so sánh khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép khi sử dụng cốt liệu bê tông cũ, với tỷ lệ thay thế cốt liệu tự nhiên 1x2 bằng cốt liệu tái chế 1x2 ở các mức 0%, 30%, 40% và 50% Nghiên cứu sẽ thực hiện các thử nghiệm vật liệu để đánh giá khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép và chất lượng của cốt liệu thô tái chế Để đạt được mục tiêu này, các mục tiêu cụ thể cần được hoàn thành.
- Cường độ chịu uốn của dầm bê tông cốt thép cốt liệu thô tái chế và cốt liệu tự nhiên
- So sánh cường độ chịu uốn của dầm bê tông cốt thép cốt liệu thô tái chế đƣợc thay thế theo tỷ lệ 0%, 30%, 40% và 50% cốt liệu tự nhiên.
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép M200 có kích thước 80x150x1200 mm, sử dụng cốt thép chịu lực D10 và cốt thép đai D6 với khoảng cách 150 mm Lớp bê tông bảo vệ dày 20 mm, và dầm được kiểm tra khả năng chịu uốn tại một điểm giữa.
Nghiên cứu này tập trung vào khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép với các tỷ lệ khác nhau giữa bê tông cốt liệu tự nhiên và bê tông cốt liệu tái chế, cụ thể là 0%, 30%, 40% và 50% Tất cả các mẫu bê tông được bảo dưỡng trong phòng thí nghiệm và được nén ở độ tuổi 28 ngày để đánh giá hiệu suất chịu uốn.
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu kết hợp lý thuyết và thực nghiệm được áp dụng để đánh giá ảnh hưởng của cốt liệu đến khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép Nghiên cứu lý thuyết dựa trên các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép, trong khi phương pháp thực nghiệm được thực hiện nhằm cung cấp những đánh giá cụ thể Đề tài này tuân thủ theo các phương pháp tiêu chuẩn Việt Nam, đảm bảo tính chính xác và đáng tin cậy trong kết quả nghiên cứu.
- Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 3105 1993 về Hỗn hợp bê tông và bê tông nặng - Lấy mẫu, chế tạo và bảo dƣỡng mẫu thử.
- Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 3106 1993 về Hỗn hợp bê tông nặng -
Phương pháp thử độ sụt.
- Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3118 1993 về bê tông nặng - phương pháp xác định cường độ nén.
- Tiêu chu ẩ n qu ố c gia TCVN 10303 2014 v ề Bê tông – Ki ểm tra và đánh giá cường độ ch ị u nén.
- Quyết định 1329/QĐ-BXD của Bộ Xây dựng ngày 19/12/2016 công bố định mức sử dụng vật liệu trong xây dựng.
- Tiêu chu ẩ n Vi ệ t Nam TCVN 7570 2006 v ề c ố t li ệ u cho bê tông và v ữ a - yêu c ầ u k ỹ thu ậ t
Ý nghĩa của luận văn
Ý nghĩa khoa học của luận văn Nghiên cứu sự làm việc chịu uốn của dầm
Bê tông cốt thép sử dụng cốt liệu từ bê tông cũ thông qua phương pháp lý thuyết kết hợp với thí nghiệm, giúp xác định tỷ lệ phần trăm cốt liệu cũ phù hợp cho kết cấu dầm Kết quả nghiên cứu của luận văn đóng vai trò quan trọng trong việc ứng dụng bê tông cốt liệu cho các kết cấu dầm bê tông tại Việt Nam, cung cấp tài liệu tham khảo hữu ích cho ngành xây dựng.
Bố cục của luận văn
Bố cục luận văn gồm 03 chương
Chương 1 Tổng quan về đề tài
Chương 2 Cơ sở chế tạo và tính toán dầm chịu uốn bê tông cốt thép
Chương 3 Thực nghiệm sự làm việc chịu uốn của dầm Bê tông cốt thép có sử dụng một phần cốt liệu từ bê tông cũ.
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Sự cần thiết của đề tài nghiên cứu
Trong bối cảnh công nghiệp hóa hiện nay, nhu cầu xây dựng mới và nâng cấp công trình gia tăng đã dẫn đến lượng phế liệu xây dựng, chủ yếu là bê tông, chưa được xử lý hiệu quả Hơn nữa, việc khai thác đá quá mức để phục vụ cho các dự án xây dựng đang làm cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến cảnh quan và môi trường sinh thái, đồng thời tác động tiêu cực đến một số ngành kinh tế khác.
Trong quá trình xây dựng, việc sử dụng nguồn tài nguyên thiên nhiên lớn đang gây áp lực lên môi trường do nguồn tài nguyên có hạn và khai thác cốt liệu tự nhiên (CLTN) ảnh hưởng đến hệ sinh thái Đồng thời, hoạt động xây dựng, cải tạo và phá dỡ công trình thải ra lượng lớn phế liệu trong xây dựng (PLXD), nhưng phần lớn phế liệu này chưa được tái sử dụng, dẫn đến ô nhiễm môi trường Do đó, nhiều quốc gia trên thế giới đang nỗ lực tìm kiếm các phương pháp để tái chế và sử dụng lại PLXD nhằm giải quyết các vấn đề môi trường hiện tại.
Bê tông là vật liệu chiếm tỷ lệ lớn trong xây dựng, với mức tiêu thụ toàn cầu khoảng 2 tỉ m3 mỗi năm Là một trong những vật liệu xây dựng cơ bản nhất, bê tông đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của văn minh nhân loại So với các vật liệu khác, bê tông nổi bật với ưu điểm như dễ chế tạo, khả năng tạo hình linh hoạt, chi phí thấp nhờ vào nguồn nguyên liệu địa phương, cường độ nén cao, khả năng bền nước và ổn định trước các tác động môi trường, cùng với mô đun đàn hồi phù hợp cho kết cấu bê tông cốt thép và bê tông cốt thép dự ứng lực.
Tái chế phế liệu bê tông trong xây dựng không chỉ bảo vệ môi trường mà còn giảm thiểu việc sử dụng nguyên vật liệu thiên nhiên Các phế liệu bê tông có thể được sử dụng làm cốt liệu trong sản xuất bê tông, và nhiều nghiên cứu đã được thực hiện về quá trình tái chế, thiết kế thành phần và tính chất cơ lý của bê tông cốt liệu tái chế Mặc dù bê tông cốt liệu tái chế thường có tính chất cơ học thấp hơn và khả năng chịu lực kém hơn so với bê tông cốt liệu tự nhiên do cấu trúc rỗng xốp và nhiều vết nứt, loại bê tông này vẫn đáp ứng được yêu cầu cho một số kết cấu nhất định, bao gồm cả kết cấu chịu lực khi áp dụng các biện pháp nâng cao chất lượng.
Quá trình công nghiệp hóa dẫn đến việc xây dựng và nâng cấp nhiều công trình, đồng thời phá dỡ các công trình cũ xuống cấp, tạo ra một lượng lớn phế liệu xây dựng, chủ yếu là bê tông, vẫn chưa được xử lý hiệu quả Nhiều nghiên cứu khoa học đã chỉ ra mối liên hệ giữa khả năng chịu nén của bê tông và việc sử dụng bê tông cũ làm cốt liệu trong các kết cấu Tuy nhiên, các nghiên cứu này vẫn thiếu kết quả cụ thể do hạn chế về điều kiện nghiên cứu và loại vật liệu được sử dụng.
Các nghiên cứu liên quan
1.2.1 Các nghiên cứu nước ngoài
Các quốc gia phát triển nhƣ Mỹ, Singapore, Pháp, Đức, Bỉ và
Luxembourg đã triển khai các chính sách và biện pháp hiệu quả nhằm xử lý bê tông phế liệu từ xây dựng, đồng thời khuyến khích việc sử dụng cốt liệu bê tông tái chế trong các dự án xây dựng.
Mỗi năm, bê tông dùng cho xây dựng và bê tông phế liệu đạt khoảng 135 triệu tấn, tương đương 1,36kg/người/ngày Việc tái chế phế liệu xây dựng không chỉ giúp xử lý hiệu quả khi kết thúc vòng đời mà còn mang lại lợi ích cho môi trường, như sử dụng cho việc xây dựng vỉa hè hoặc các công trình khác Điều này góp phần giảm lượng chất thải và nhu cầu nguyên liệu mới trong ngành xây dựng.
Cơ quan Vận tải Liên bang Hoa Kỳ (STA) đã tích cực thúc đẩy việc sử dụng bê tông tái chế như một loại cốt liệu trong nhiều năm qua Họ đã ghi nhận và nghiên cứu các thông số kỹ thuật, thực tiễn xây dựng và những thách thức trong quá trình triển khai Thông tin này được phổ biến rộng rãi đến các cơ quan vận tải tiểu bang thông qua các hướng dẫn kỹ thuật và chương trình đào tạo khi cần thiết.
STA đã lựa chọn các tiểu bang Minnesota, Utah, Virginia, Texas và
Michigan đã tiến hành nghiên cứu quy trình tổng hợp cốt liệu bê tông tái chế tại các khu vực khác nhau Sau khi khảo sát, STA đã đưa ra năm số liệu mô tả mức độ sử dụng cốt liệu bê tông tái chế (RCA) ở từng bang Kết luận từ những con số này cho thấy bê tông thường được tái chế để sử dụng làm đường cao tốc tại Hoa Kỳ RCA được coi là một vật liệu cơ bản trong các ứng dụng xây dựng, tuy nhiên, việc sử dụng RCA trong nhựa đường nóng (HMA) vẫn chưa được chấp nhận rộng rãi.
Tại Singapore, bê tông tái chế đã được áp dụng rộng rãi trong xây dựng và cải tạo các công trình, bao gồm cả cảng xuất nhập khẩu tại Sân bay quốc tế Changi Dự án này do Tập đoàn sân bay Changi khởi xướng, với mục tiêu tái sử dụng bê tông từ việc phá dỡ các công trình xung quanh sân bay để tạo ra mặt sàn cứng cho máy bay.
(Nguồn M Knaack Adam and Kurama Yahya C 2013) nh Bảo t n V& Dundee - Bê tông t ế đú sẵn m mặt t ền t ô mộ
Dự án đã chứng minh tính khả thi của việc sử dụng RCA như một giải pháp thay thế cho cốt liệu tự nhiên trong bê tông xây dựng Để khắc phục mặt sàn cứng hỏng hóc, bê tông phế liệu và máy cắt thủy lực được vận chuyển đến cơ sở tái chế gần đó Phế liệu chủ yếu gồm bê tông nghiền và kim loại màu, được chế biến bằng máy nghiền di động kết hợp với hệ thống băng tải Quy trình chính bao gồm nghiền và sàng lọc RCA theo kích cỡ yêu cầu cho ứng dụng bê tông.
Luxembourg hiện đang đứng thứ 2 trong số 28 quốc gia châu Âu về quản lý chất thải, cho thấy hiệu quả cao trong việc tái sử dụng phế liệu xây dựng, bao gồm cả đất đá Tỷ lệ tái sử dụng này phản ánh sự cam kết mạnh mẽ của quốc gia đối với việc bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.
Theo hướng dẫn xử lý chất thải của Châu Âu, các quốc gia thành viên cần đạt mục tiêu tái chế ít nhất 70% khối lượng phế liệu xây dựng vào năm 2020 Tại Luxembourg, phế liệu xây dựng chủ yếu đến từ các tòa nhà, bao gồm gạch, ngói, gốm sứ, đất, thạch cao, vật liệu cách nhiệt, gỗ và kim loại Chất lượng bê tông tái chế ở Luxembourg được đánh giá là trung bình.
Cốt liệu bê tông tái chế của Luxembourg sẽ đƣợc cấp chứng nhận từ
Laboratoire d’Essais des Matériaux des Ponts et Chausseés du Luxembourg cho biết, RCA chủ yếu được ứng dụng trong xây dựng đường xá và làm lớp phụ gia cho nền móng, nhưng vẫn chưa được sử dụng trong sản xuất bê tông mới Mặc dù có tiềm năng lớn, việc sử dụng RCA tại Luxembourg vẫn chưa đạt được mục tiêu mong muốn.
Bối cảnh địa chất của Bỉ đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển sử dụng cốt liệu bê tông tái chế Quốc gia này được chia thành hai khu vực quản lý chính, tương ứng với hai vùng địa lý khác nhau: Flanders ở phía Bắc, nơi nói tiếng Hà Lan, và Wallonia ở phía Nam, nơi nói tiếng Pháp.
Khu vực Flanders đang thúc đẩy nghiên cứu và ứng dụng cốt liệu bê tông tái chế (RCA) cho nhiều mục đích khác nhau Ngược lại, tại Wallonia, sự tồn tại của các mỏ sa thạch đã dẫn đến việc các chủ sở hữu mỏ đá cản trở nghiên cứu về RCA nhằm bảo vệ lợi ích và quyền lực của họ trên thị trường.
Theo các chuyên gia Pháp, quốc gia này có một số yêu cầu nhỏ từ các nước khác về phát triển quy trình sử dụng cốt liệu bê tông tái chế Để giải quyết vấn đề này, chính phủ Pháp đã khởi động dự án RECYBETON, nhằm nghiên cứu và phát triển cốt liệu bê tông tái chế (RCA) Mục tiêu của dự án là thay đổi xu hướng bằng cách tái sử dụng tất cả các vật liệu từ phế liệu bê tông, bao gồm các thành phần bê tông mới và keo thủy lực.
Theo các chuyên gia Đức, việc sử dụng cốt liệu tái chế (RCA) là khả thi, nhưng vẫn tồn tại một số hạn chế Quy trình sản xuất RCA chưa được thực hiện hiệu quả, dẫn đến việc nhiều dự án xây dựng chỉ áp dụng vật liệu tái chế này ở quy mô nhỏ Động lực cho việc sử dụng RCA thường chỉ đến từ nhận thức môi trường của một nhóm nhỏ, trong khi các tiêu chuẩn xây dựng của Đức cũng hạn chế ứng dụng cốt liệu bê tông tái chế.
(Nguồn M Knaack Adam and Kurama Yahya C 2013) Hình 1.2 Tỷ l PLXD v mứ độ t sử dụn PLXD ở n ớ tr n t ế ớ
1.2.2 Các nghiên cứu ở trong nước
Năm 2005, PGS.TSKH Nguyễn Ngọc Châu thuộc Liên hiệp các hội KH&KT Việt Nam đã nghiên cứu trong hai năm để tái chế phế liệu chất thải rắn vô cơ, bao gồm cát, sỏi, đá và gạch vụn, nhằm sản xuất vật liệu xây dựng.
Trước tình trạng phần lớn phế liệu sinh hoạt tại Việt Nam bị chôn lấp, gây lãng phí và ô nhiễm môi trường, TS Châu đã nảy ra ý tưởng tận dụng chất thải rắn vô cơ như cát, sỏi, đá và gạch vụn để sản xuất vật liệu xây dựng.
Khái niệm và phân loại bê tông
Bê tông là vật liệu đá nhân tạo được hình thành từ việc đổ khuôn và làm rắn chắc một hỗn hợp hợp lý bao gồm chất kết dính, nước, cốt liệu (cát, sỏi, đá dăm) và phụ gia Để đạt được các tính chất mong muốn như cường độ và độ chống thấm sau khi rắn chắc, thành phần của hỗn hợp bê tông cần được thiết kế hợp lý.
Hỗn hợp mới nhào trộn gọi là hỗn hợp bê tông.
Bê tông là hỗn hợp cứng rắn chuyển sang trạng thái đá, trong đó cốt liệu đóng vai trò là bộ khung chịu lực Hồ chất kết dính bao quanh hạt cốt liệu, không chỉ là chất bôi trơn mà còn lấp đầy khoảng trống và liên kết các hạt lại với nhau Khi cứng lại, hồ chất kết dính tạo thành một khối bê tông đồng nhất Để tăng khả năng chịu kéo, bê tông có thể được bố trí cốt thép, được gọi là bê tông cốt thép.
T nh năng cơ lý của bê tông phụ thuộc vào nhiều yếu tố chất lƣợng bê tông, đặc trưng của vật liệu, tỷ lệ nước – xi măng v.v…
- T nh cơ học Cường độ, biến dạng.
- Tính vật lý Co ngót, từ biến, khả năng chống thấm, chống mòn của bê tông.
1.3.2 Ƣu và nhƣợc điểm của bê tông
Ưu điểm của bê tông
Bê tông là vật liệu xây dựng có tính giòn, nhưng lại sở hữu cường độ chịu nén và chịu lực cao, cho phép chế tạo nhiều loại bê tông với cường độ, hình dạng và tính chất khác nhau Ngoài ra, bê tông có giá thành rẻ và độ bền tương đối tốt trước các yếu tố thời tiết như mưa, nắng, nhiệt độ và độ ẩm Tuy nhiên, bê tông cũng tồn tại một số nhược điểm cần được xem xét.
Bê tông có cường độ chịu kéo thấp, chỉ bằng 1/5 đến 1/10 so với cường độ chịu nén Để khắc phục nhược điểm này, người ta thường sử dụng cốt thép để tăng cường khả năng chịu kéo của bê tông trong các kết cấu chịu uốn và chịu kéo Loại bê tông này được gọi là bê tông cốt thép.
Khả năng cách âm, cách nhiệt kém.
Bê tông là hỗn hợp đƣợc phân loại theo Dạng chất kết dính, dạng cốt liệu, khối lƣợng thể tích, công dụng v.v… a Theo d ng chất kết dính
Bê tông xi măng, bê tông silicat với chất kết dính là vôi, bê tông thạch cao, bê tông chất kết dính hỗn hợp, bê tông polime, và bê tông sử dụng chất kết dính đặc biệt là những loại bê tông phổ biến hiện nay Các loại bê tông này được phân loại dựa trên loại cốt liệu sử dụng, mang lại những đặc điểm và ứng dụng riêng biệt trong xây dựng.
Bê tông cốt liệu đặc, bê tông cốt liệu rỗng, bê tông cốt liệu đặc biệt (Chống phóng xạ, chịu nhi t, chịu axit). c Theo khối lượng thể tích
Kết cấu bê tông cốt thép (Ph n c u ki n ơ ản) của Phan Minh Quang
(2006) có thể phân loại bê tông theo khối lƣợng riêng nhƣ sau
Bê tông đặc biệt nặng (ρ v > 2500kg/m 3 ), chế tạo từ cốt liệu đặc biệt, dùng cho những kết cấu đặc biệt.
Bê tông nặng (ρ v = 2200 - 2500 kg/m 3 ), chế tạo từ cát, đá, sỏi thông thường dùng cho kết cấu chịu lực.
Bê tông tương đối nặng (ρ v = 1800 - 2200 kg/m 3 ), dùng chủ yếu cho kết cấu chịu lực.
Bê tông nhẹ có mật độ từ 500 đến 1800 kg/m³, bao gồm bê tông nhẹ cốt liệu rỗng (có thể là nhân tạo hoặc tự nhiên), bê tông tổ ong (như bê tông khí và bê tông bọt), được chế tạo từ hỗn hợp chất kết dính, nước, cốt liệu silic nghiền mịn và chất tạo rỗng, cùng với bê tông hốc lớn không có cốt liệu nhỏ.
Bê tông đặc biệt nhẹ cũng là loại bê tông tổ ong và bê tông cốt liệu rỗng nhƣng có ρv < 500 kg/m3.
Khối lượng thể tích của bê tông có sự biến đổi lớn, dẫn đến độ rỗng của chúng cũng thay đổi đáng kể Ví dụ, bê tông tổ ong được sử dụng cho mục đích cách nhiệt có độ rỗng cao, giúp cải thiện khả năng cách nhiệt hiệu quả.
- 85%, bê tông thủy công r = 8 - 10%. d Theo công dụng
Bê tông kết cấu thông thường Dùng trong các kết cấu bê tông cốt thép (Móng, cột, d m, sàn).
Bê tông thủy công Dùng để xây dựng đập, âu thuyền, phủ lớp mái kênh,các công trình dẫn nước v.v…
Bê tông dùng cho mặt đường, sân bay, lát vỉa hè.
Bê tông dùng cho kết cấu bao che (T ờng là bê tông nhẹ).
Bê tông có công dụng đặc biệt nhƣ bê tông chịu nhiệt, chịu axit, bê tông chống phóng xạ.
Ta chỉ chủ yếu nghiên cứu về bê tông nặng dùng chất kết d nh xi măng.
1.3.4 T nh ch t à việc của bê tông
Trong kết cấu xây dựng bê tông, bê tông có thể hoạt động ở nhiều trạng thái như nén, uốn và trượt Tuy nhiên, trạng thái nén là trạng thái làm việc hiệu quả nhất của bê tông.
Cường độ chịu nén của bê tông là chỉ tiêu quan trọng nhất để đánh giá chất lượng bê tông Nghiên cứu cường độ chịu nén là điều kiện tiên quyết trong việc chế tạo các loại bê tông Các mẫu bê tông hình trụ có kích thước 15x30cm cần được dưỡng hộ trong vòng 28 ngày ở điều kiện tiêu chuẩn, với nhiệt độ 27°C và độ ẩm không lớn hơn 90%, để xác định cường độ chịu nén giới hạn trung bình.
Trong quá trình cứng rắn, cường độ bê tông liên tục tăng lên Cường độ phát triển nhanh chóng trong khoảng thời gian từ 7 đến 14 ngày, sau đó chậm dần và gần như tuân theo quy luật logarit với n = 3.
Cường độ bê tông ở tuổi n (R n) và cường độ bê tông ở 28 ngày (R 28) là những yếu tố quan trọng trong nghiên cứu Nghiên cứu này không chỉ chú trọng đến cốt liệu mà còn xem xét cấu tạo của bê tông, điều này thể hiện độ đặc của nó.
1.3.5 Phương pháp và công thức xác định cường độ chịu nén của bê tông
Phương pháp trực tiếp trong chế tạo mẫu liên quan đến việc lấy mẫu từ kết cấu công trình và tác động trực tiếp lên mẫu cho đến khi xảy ra phá hoại Các dấu hiệu như vết nứt, tách lớp và biến dạng cho thấy sự phá hoại đã xảy ra Cường độ vật liệu được tính toán dựa trên kết quả thí nghiệm theo công thức phù hợp, với các mẫu thí nghiệm có kích thước hình trụ 15x30cm.
Với P Tải trọng phá hoại mẫu (kG)
F Diện t ch chịu lực nén của viên mẫu (cm2)
Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ của bê tông
1.4.1 Ảnh hưởng của cường độ đá xi ăng
Cường độ đá xi măng có ảnh hưởng đáng kể đến cường độ bê tông, và tỷ lệ X/N là yếu tố quyết định cho cường độ này Tỷ lệ này thực chất phụ thuộc vào thể tích lỗ rỗng do lượng nước dư thừa trong quá trình trộn Công thức tính toán cường độ được thể hiện qua r = N − ω X.
Trong 1m³ bê tông, N và X đại diện cho lượng nước và xi măng tính bằng kg Lượng nước liên kết hóa học, ký hiệu là ω, được tính theo % khối lượng xi măng Đến tuổi 28 ngày, lượng nước liên kết hóa học chiếm khoảng 15 - 20%.
Mối Quan hệ giữa cường độ bê tông với Mác xi măng, tỉ lệ X/N được biểu thị qua công thức Bolomey-Skramtaev sau Đối với bê tông có
N (1.4) Đối với bê tông có
N (1.5) Trong đó R b Cường độ nén của bê tông ở tuổi 28 ngày, kG/ cm 2
RX Mác của xi măng (cường độ), kG/cm2.
A, A 1 là hệ số được xác định theo chất lượng vật liệu và phương pháp xác định mác xi măng (bảng 1.1).
X/N Tỷ lệ xi măng/nước. ng số t l n v t l u v 1
( N uồn L M n Lon , Một số v n đề về ờn độ tôn , tạp dựn
Dưới đây là biểu đồ biểu thị sự phụ thuộc cường độ bê tông vào lượng nước
Ch tiêu đánh giá số v 1 ứn vớ p ơn p p t ử m x măn TCVN 6016 95 TCVN 4032 85
- X măn oạt t n ao k ôn trộn p ụ gia t uỷ.
- Cốt l u sạ , ờn độ ao, p p ố ạt tốt C t sạ , M dl = 2.4 ÷ 2.7
- X măn oạt t n trun ìn , x măn poó lăn ỗn p ứa 10 ÷ 15% p ụ gia t uỷ.
- X măn oạt t n t p, x măn poó lăn ỗn p ứa tr n 15% p ụ a t uỷ.
Vùng hỗn hợp bê tông cứng không đầm chặt đƣợc.
Vùng hỗn hợp bê tông có cường độ và độ đặc cao Vùng hỗn hợp bê tông dẻo
Vùng hỗn hợp bê tông chảy
(N uồn L M n Lon , Một số v n đề về ờn độ tôn , tạp K CN x y dựn Nộ , 2008) nh 3 ự p ụ t uộ ủa ờn độ tôn v o l n n ớ n o trộn
Khi tỉ lệ X/N quá nhỏ, không đủ nước để đá xi măng thủy hóa hoàn toàn, dẫn đến cường độ đá xi măng giảm và gây khó khăn trong thi công do hỗn hợp bêtông có độ sụt thấp Ngược lại, nếu tỉ lệ N/X quá cao, nước tự do bay hơi để lại nhiều lỗ rỗng trong đá ximăng, làm giảm cường độ của nó và ảnh hưởng đến cường độ bêtông Hơn nữa, lượng nước dư thừa có thể khiến hỗn hợp bêtông dễ bị phân tầng, gây khó khăn trong quá trình thi công.
1.4.2 Ảnh hưởng của cốt iệu
Cường độ của cốt liệu trong bê tông chỉ ảnh hưởng đến cường độ bê tông khi cường độ của cốt liệu thấp hơn hoặc tương đương với cường độ của đá hoặc vữa xi măng Tình huống này thường xảy ra trong bê tông nhẹ sử dụng cốt liệu rỗng, nơi cường độ cốt liệu có thể thấp hơn hoặc bằng cường độ của đá hay vữa xi măng Ngược lại, trong bê tông nặng với cốt liệu đặc, cường độ của cốt liệu thường cao hơn rất nhiều so với cường độ của đá hoặc vữa xi măng.
Cường độ của cốt liệu không ảnh hưởng lớn đến cường độ bê tông, nhưng sự phân bố của các hạt cốt liệu lại có tác động quan trọng Hồ xi măng thường lấp đầy khoảng trống giữa các hạt cốt liệu, tạo khoảng cách từ 2 đến 3 lần đường kính hạt xi măng Khi cốt liệu phát huy tốt vai trò của mình, cường độ bê tông có thể đạt mức cao, yêu cầu cốt liệu có cường độ cao hơn từ 1.5 lần (đối với bê tông mác nhỏ hơn 300) đến 2 lần (đối với bê tông mác lớn hơn 300) Tuy nhiên, nếu bê tông chứa quá nhiều hồ xi măng, các hạt cốt liệu sẽ bị đẩy ra xa nhau, dẫn đến việc chúng không còn tương tác hiệu quả Lúc này, cường độ của đá xi măng và vùng tiếp xúc sẽ quyết định cường độ bê tông, do đó yêu cầu về cường độ cốt liệu có thể thấp hơn cường độ bê tông, tùy thuộc vào đặc tính của cốt liệu.
Bề mặt cốt liệu ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ bê tông; cốt liệu nhám và sạch giúp tăng cường độ kết dính với vữa xi măng, trong khi cốt liệu trơn và bẩn làm giảm cường độ Do đó, bê tông sử dụng đá dăm thường có cường độ cao hơn so với sỏi khi sử dụng cùng một lượng Thêm vào đó, khi kích thước cốt liệu nhỏ (cát) tăng lên, lớp hồ xi măng dày hơn sẽ cải thiện khả năng kết dính, từ đó nâng cao cường độ bê tông Sử dụng cốt liệu đặc chắc cũng góp phần tăng cường độ bê tông khi lượng sử dụng tăng, ngược lại, cốt liệu rỗng sẽ làm giảm cường độ khi lượng dùng tăng lên.
1.4.3 Ảnh hưởng của c u tạo bê tông
Cường độ bê tông không chỉ phụ thuộc vào chất lượng đá xi măng và cốt liệu, mà còn vào độ đặc riêng của bê tông, tức là sự lựa chọn thành phần và chất lượng thi công hỗn hợp Sự hiện diện của các lỗ rỗng trong bê tông không chỉ giảm diện tích làm việc của vật liệu mà còn tạo ra ứng suất tập trung xung quanh các lỗ rỗng, làm giảm khả năng chịu lực của bê tông trước các tác động ngoại lực.
Để tạo hình bê tông hiệu quả, việc lựa chọn thành phần bê tông đặc chắc và độ dẻo của hỗn hợp là rất quan trọng Độ dẻo cao giúp lèn ép dễ dàng nhưng cường độ bê tông sẽ thấp, trong khi độ dẻo thấp yêu cầu lực lèn ép mạnh hơn nhưng sẽ nâng cao cường độ Mỗi hỗn hợp bê tông có một tỷ lệ nước tối ưu, đảm bảo độ đặc cao nhất và sản lượng nhỏ nhất, từ đó đạt cường độ tối đa Nếu lượng nước không đạt yêu cầu, cường độ bê tông sẽ giảm; quá ít nước khiến hỗn hợp khô và khó lèn ép, trong khi quá nhiều nước tạo ra lỗ rỗng do bay hơi Tăng mức độ lèn chặt sẽ giảm tỷ lệ nước trong hỗn hợp và cải thiện cường độ bê tông.
1.4.4 Ảnh hưởng của điều kiện ôi trường bảo dưỡng
Trong môi trường có nhiệt độ và độ ẩm cao, cường độ bê tông có thể tăng trưởng mạnh mẽ và kéo dài trong nhiều năm Ngược lại, trong điều kiện khô hanh hoặc nhiệt độ thấp, sự gia tăng cường độ diễn ra không đáng kể Đặc biệt, khi dưỡng hộ bê tông trong điều kiện nhiệt ẩm, cường độ bê tông tăng nhanh chóng trong vài ngày đầu.
(N uồn vatlieuxaydung.org.vn -VLXD.org - 2016) nh 4 Công tác ảo d ỡn tôn o ôn trìn x y dựn
Biến dạng của bê tông
1.5.1 Biến dạng do co ngót
Theo kết cấu bê tông cốt thép – phần cấu kiện cơ bản (Phan Quang Minh,
Co ngót là hiện tượng giảm thể tích của bê tông khi khô cứng trong không khí, xảy ra do sự biến đổi lý hóa trong quá trình thủy hóa xi măng và sự mất nước do bay hơi.
Biến dạng co ngót chủ yếu diễn ra trong giai đoạn đông cứng đầu tiên và sau đó giảm dần Hiện tượng co ngót không đồng đều, với lớp bê tông bên ngoài bị co ngót nhiều hơn so với lớp bên trong.
Co ngót là hiện tượng tiêu cực ảnh hưởng đến hình dạng và kích thước của các cấu kiện bê tông Hiện tượng này gây ra các khe nứt trên bề mặt bê tông, làm thay đổi cấu trúc và giảm khả năng chịu lực cũng như tuổi thọ của công trình.
Các nhân tố ảnh hưởng đến co ngót
- Trong môi trường khô, co ngót lớn hơn trong môi trường ẩm.
- Cấu kiện có bề mặt càng lớn thì co ngót càng nhiều.
Độ co ngót của bê tông sẽ tăng lên khi sử dụng một lượng lớn xi măng hoặc xi măng có hoạt tính cao Ngoài ra, việc tăng tỷ lệ nước so với xi măng, sử dụng cốt liệu có độ rỗng cao, cát mịn và các chất phụ gia cũng góp phần làm gia tăng hiện tượng này.
Các biện pháp hạn chế co ngót
- Chọn thành phần bê tông thích hợp.
- Giảm tỷ lệ nước/xi măng.
- Giữ bê tông thường xuyên ẩm trong giai đoạn đầu.
- Làm các khe co giãn.
- Đặt cốt thép cấu tạo tại những vị trí cần thiết.
1.5.2 Biến dạng do tải trọng ngắn hạn
Tải trọng ngắn hạn là tải không có mặt thường xuyên trên kết cấu (Gió, ão…).
Thí nghiệm nén mẫu thử lăng trụ có chiều dài L, diện tích tiết diện ngang
A Tác dụng lên mẫu lực nén P đo đƣợc độ co ngắn ∆ T nh đƣợc biến dạng tỉ đối ε b = ∆ , ứng suất σ b = P (Hình 2.7) Với mỗi giá trị P có đƣợc một cặp giá trị
L A ε b , σ b Với tốc độ tăng tải từ từ, đo và lập đƣợc đồ thị quan hệ giữa ứng suất và biến dạng.
(Nguồn Kết c u bê tông cốt thép, Phan Quang Minh, 2006)
Hình 1.5 ồ t ị ứn su t – B ến dạn ủa tôn
Khi ứng suất σ ở mức thấp, mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng ε gần như là tuyến tính Trong giai đoạn này, bê tông hoạt động như một vật liệu đàn hồi, cho phép biến dạng hoàn toàn phục hồi khi tải trọng được dỡ bỏ.
Khi bê tông chịu tải trọng cao, nó hoạt động như một vật liệu dẻo Sau khi tải trọng được dỡ bỏ, biến dạng của bê tông không phục hồi hoàn toàn, cho thấy sự thay đổi vĩnh viễn trong cấu trúc của nó.
1.5.3 Biến dạng do tải trọng dài hạn – Từ biến
Tải trọng dài hạn là tải trọng thường xuyên tác dụng lên kết cấu (Trọng l ng bản thân kết c u, v n ăn ố địn v.v…)
Từ biến là hiện tƣợng biến dạng dẻo tăng theo thời gian khi ứng suất không đổi.
Khi ứng suất σ b ở mức thấp, biến dạng từ biến vẫn nằm trong giới hạn cho phép Tuy nhiên, khi σ b tiến gần đến giá trị R b, biến dạng sẽ gia tăng không ngừng, dẫn đến sự phá hoại của mẫu vật.
(Nguồn Kết c u bê tông cốt thép, Phan Quang Minh, 2006)
Hình 1.6 ồ t ị ểu d ễn từ ến ủa tôn
ặc điểm của từ biến
Biến dạng cuối cùng có thể gấp 3-4 lần biến dạng đàn hồi do tải trọng ngắn hạn.
Nếu tải trọng đƣợc dỡ bỏ, chỉ có biến dạng đàn hồi tức thời đƣợc phục hồi, còn biến dạng dẻo thì không.
Có sự phân bố lại nội lực giữa bê tông và cốt thép.
Theo thời gian, ứng suất trong cốt thép gia tăng, cho phép cốt thép chịu được tải trọng lớn hơn Bố trí cốt thép trong vùng nén của cấu kiện chịu uốn cũng giúp hạn chế độ võng do từ biến.
Các nhân tố nh hưởng đến từ biến
Khi ứng suất tăng thì biến dạng từ biến tăng.
Tỷ lệ nước - xi măng tăng thì biến dạng từ biến tăng. Độ cứng cốt liệu bé thì biến dạng từ biến tăng.
Tuổi bê tông càng cao thì biến dạng từ biến giảm. Độ ẩm môi trường giảm, biến dạng từ biến giảm.
Tác hại của từ biến
Làm tăng độ võng của cấu kiện.
Làm tăng uốn dọc của cấu kiện chịu nén.
Mở rộng khe nứt trong bê tông.
Gây mất mát ứng suất trong cốt thép ứng lực trước.
1.5.4 Biến dạng do tải trọng lặp
Khi tải trọng tác động lặp đi lặp lại lên kết cấu, biến dạng dẻo sẽ tích lũy dần theo thời gian Mẫu kết cấu sẽ bị phá hoại khi ứng suất của bê tông đạt đến cường độ mỏi của nó.
1.5.5 Biến dạng do nhiệt Đây là loại biến dạng làm thay đổi thể tích khi nhiệt độ thay đổi Để hạn chế biến dạng nhiệt nên bố trí các khe co giãn, khe nhiệt.
Tóm tắt chương 1
Trong chương 1, tác giả trình bày tổng quan về bê tông cũ đã được nghiên cứu tại một số quốc gia, đồng thời giới thiệu các vật liệu cấu tạo và đặc trưng của bê tông Chương tiếp theo sẽ tập trung vào vai trò của các thành phần trong bê tông tái chế từ phế liệu xây dựng và phương pháp tính toán dầm chịu uốn, làm cơ sở cho các tính toán trong chương 3.
Chương 2 CƠ SỞ CHẾ TẠO VÀ TÍNH TOÁN DẦM CHỊU UỐN BÊ
Tình hình tái chế phế liệu trong xây dựng và bê tông cũ đang ngày càng được chú trọng, đặc biệt là công nghệ tái chế để sản xuất cốt liệu cho bê tông Nghiên cứu và ứng dụng các loại bê tông sử dụng cốt liệu bê tông tái chế đã diễn ra rộng rãi trên thế giới và tại Việt Nam Dựa trên những phân tích này, luận văn sẽ đề xuất các định hướng nghiên cứu tiếp theo nhằm nâng cao hiệu quả tái chế và ứng dụng bê tông tái chế trong xây dựng.
2.1 Tính ch t cơ bản của hỗn hợp bê tông
2.1.1 Tính dẻo của bê tông
Tính dẻo là một trong những đặc tính kỹ thuật quan trọng của hỗn hợp bê tông, thể hiện khả năng tạo hình và lấp đầy khuôn Điều này đảm bảo sự đồng nhất trong khả năng chịu nén của bê tông khi chịu lực nén trong cấu kiện.
Tính dẻo của bê tông được thể hiện qua độ sụt (hay độ lưu động), ký hiệu Sn (cm), và được xác định theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3105-93 hoặc ASTM C143-90A Dụng cụ đo độ sụt này là khuôn hình nón cụt của Abrams, còn được gọi là côn.
Mẫu khuôn Abrams có kích thước 203x102x305 mm với đáy miệng hở Que đầm hình tròn có chiều dài 600 mm Độ sụt được xác định bằng chiều cao của khuôn 50 mm trừ đi chiều cao của bê tông tươi Dựa vào độ sụt, bê tông được phân loại thành ba loại khác nhau.
(Nguồn Tiêu chuẩn Vi t Nam TCVN 3105-1993)
Hình 2.1 C đo độ sụt ủa tôn
Hỗn hợp bê tông có độ sụt từ 0 đến 1,0 cm được xem là không có tính lưu động Đặc trưng tính dẻo của hỗn hợp bê tông được xác định qua thử nghiệm độ cứng (ĐC, s), là thời gian rung động cần thiết để san bằng và lèn chặt hỗn hợp bê tông trong khuôn hình nón cụt và hình lập phương.
Xác địn độ ứn (ĐC, s) theo TCVN 3107-1993 bằng phương pháp đơn giản.
Dụng cụ chính để xác định độ cứng bao gồm
Khuôn hình lập phương có kích thước trong 200 x 200 x 200 mm
Trình tự xác định nhƣ sau
Kẹp chặt khuôn lập phương lên bàn rung và đặt khuôn hình nón cụt vào bên trong Đổ hỗn hợp bê tông vào khuôn, sau đó đầm chặt và nhấc khuôn hình nón cụt lên để xác định độ lưu động Bật đầm rung và bắt đầu đồng hồ, tiếp tục rung cho đến khi hỗn hợp bê tông san đầy các góc và tạo thành mặt phẳng trong khuôn Khi hoàn tất, tắt đồng hồ và đầm rung, ghi lại thời gian đo được Độ cứng của hỗn hợp bê tông được tính bằng cách nhân thời gian đo được với hệ số 0,7.
Theo chỉ tiêu độ lưu động và độ cứng người ta chia hỗn hợp bê tông ra các loại
B ng 2.1 Phân loạ độ sụt bê tông
Loại hỗn hợp bê tông Đặc biệt cứng
Loại hỗn hợp bê tông
Kém dẻo Dẻo Rất dẻo Nhão
15-200-10--(Nguồn Tiêu chuẩn Vi t Nam TCVN 3105-1993)
2.1.2 Tính th nước của bê tông
Khái niệm về mác bê tông th o độ chống thấm
Dưới áp lực thủy tĩnh, nước có thể thẩm thấu qua các lỗ rỗng mao quản, nhưng chỉ những lỗ rỗng có đường kính lớn hơn 1μm mới cho phép nước thẩm thấu, do màng nước hấp phụ trong mao quản có độ dày khoảng 0,5μm Đối với các công trình yêu cầu độ chống thấm nước, việc xác định độ chống thấm theo áp lực thủy tĩnh thực dụng là rất cần thiết.
Mác bê tông theo độ chống thấm được xác định bằng áp lực nước tối đa (atm) mà tại đó có 4 trong 6 mẫu thử hình trụ với kích thước d = h = 150 mm không bị nước thấm qua.
Căn cứ vào chỉ tiêu này chia bê tông thành các loại mác chống thấm CT-2, CT-4, CT-6, CT-8, CT-10, CT-12.
Phương pháp ác định theo TCVN 3116:1993 kiểm tra mức độ chống thấm của bê tông bằng cách chuẩn bị 6 mẫu thí nghiệm hình trụ có kích thước d = h = 150 mm Các mẫu sẽ được lắp vào thiết bị thí nghiệm và bơm nước với áp lực tăng dần 2 daN/cm² cho mỗi cấp Thời gian giữ mẫu ở mỗi cấp áp lực là 16 giờ, và thử nghiệm sẽ tiếp tục cho đến khi nước thấm qua bề mặt mẫu, lúc đó sẽ khóa van và dừng thử nghiệm mẫu đó, sau đó tiếp tục kiểm tra các mẫu còn lại.
1.Bơm ; 2.T ùn đẳn p ; 3 ồng hồ áp lực ; 4.Van chịu áp lực ;
(Nguồn Tiêu chuẩn Vi t Nam TCVN 3116 1993)
Hình 2.2 T ết ị x địn t n ốn t m ủa tôn
Để cải thiện khả năng chống thấm cho bê tông, cần lựa chọn thành phần vật liệu một cách hợp lý, thực hiện quá trình nhào trộn kỹ lưỡng và đầm chặt tốt Bên cạnh đó, việc bảo dưỡng kịp thời và thường xuyên cũng rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả chống thấm tối ưu.
2.1.3 Tính co nở của thể tích bê tông
Trong quá trình rắn chắc, bê tông thường xảy ra biến dạng thể tích, nở ra trong nước và co lại trong không khí, với độ co lớn hơn độ nở gấp 10 lần Độ nở có thể có lợi cho cấu trúc bê tông, trong khi hiện tượng co ngót lại gây ra những hậu quả tiêu cực Nguyên nhân chính gây co ngót là sự mất nước trong gel đá xi măng, dẫn đến các tinh thể xích lại gần nhau, đồng thời các gel dịch chuyển làm bê tông bị co lại Quá trình cacbonat hóa hyđrôxi canxi trong đá xi măng cũng góp phần vào hiện tượng này Co ngót làm giảm cường độ, độ chống thấm và độ ổn định của bê tông, đặc biệt là bê tông cốt thép trong quá trình xâm thực Để khắc phục tình trạng này, các khe co giãn được tạo ra cho những kết cấu bê tông lớn, với độ co ngót phát triển mạnh trong giai đoạn đầu và dần dần giảm theo thời gian.
1-Của đ ; 2-Của vữa ; 3-Của x măn
(Nguồn Tiêu chuẩn Vi t Nam TCVN 3105-1993)
Trị số co ngót của bê tông phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm loại xi măng, lượng nước, tỷ lệ cát trong hỗn hợp cốt liệu và chế độ bảo dưỡng Đặc biệt, độ co ngót trong đá xi măng thường cao hơn so với trong hỗn hợp và bê tông.
Độ co ngót của vật liệu phụ thuộc vào chế độ bảo dưỡng; nếu bảo dưỡng trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm cao, quá trình co ngót sẽ diễn ra nhanh chóng hơn Tuy nhiên, giá trị co ngót cuối cùng thường chỉ nằm trong khoảng 10 - 15% Đặc biệt, nếu nhiệt độ chưng hấp tăng cao, độ co ngót cuối cùng sẽ giảm xuống.
2.1.4 Tính chịu nhiệt của bê tông
Bê tông là loại vật liệu chịu nhiệt kém không nên sử dụng bê tông nặng trong môi trường chịu tác dụng lâu dài của nhiệt độ
Không nên sử dụng bê tông nặng trong môi trường chịu tác dụng lâu dài của nhiệt độ lớn hơn 250oC.
Khi nhiệt độ đạt từ 250°C đến 300°C trong thời gian dài, cường độ bê tông sẽ giảm mạnh Nguyên nhân là do nước tự do và nước liên kết trong đá xi măng bị tách ra, dẫn đến hiện tượng co ngót của đá xi măng và làm hỏng cấu trúc bê tông.
-Khi nâng nhiệt độ đến 500 – 550 o C hoặc cao hơn bê tông sẽ bị phá hoại nhanh.