Nghiên cứu ảnh hưởng của sợi gia cường đến khả năng chịu uốn và chống cắt của cọc rỗng bê tông geopolymer

Nghiên cứu ảnh hưởng của sợi gia cường đến khả năng chịu uốn và chống cắt của cọc rỗng bê tông geopolymer Nghiên cứu ảnh hưởng của sợi gia cường đến khả năng chịu uốn và chống cắt của cọc rỗng bê tông geopolymer Nghiên cứu ảnh hưởng của sợi gia cường đến khả năng chịu uốn và chống cắt của cọc rỗng bê tông geopolymer

TỔNG QUAN

Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu

Hiện nay, ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm không khí, đã trở thành vấn đề toàn cầu, không chỉ riêng của một quốc gia hay khu vực nào Sự phát triển kinh tế - xã hội của các quốc gia, bao gồm cả Việt Nam, trong thời gian qua đã ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường, dẫn đến sự suy giảm chất lượng môi trường sống của con người.

Trong những năm gần đây, sự phát triển của ngành công nghiệp hóa đã dẫn đến tình trạng ô nhiễm không khí gia tăng, đặc biệt từ ngành sản xuất xi măng Các nguồn ô nhiễm chủ yếu từ nhà máy xi măng bao gồm khói từ lò hơi, bụng đốt phụ, bụi trong quá trình nghiền, vận chuyển nguyên liệu và xi măng, cũng như các khí độc hại và bụi phát sinh trong quá trình nung và nghiền clinke.

Hình 1.1 Tro bay từ nhà máy công nghiệp nhiệt điện

Quá trình nung clinke trong sản xuất xi măng không chỉ tạo ra sản phẩm mà còn gây lãng phí một lượng lớn nhiệt năng, dẫn đến tổn hao tài nguyên.

Ngành công nghiệp nhiệt điện tiêu thụ nhiều nguồn tài nguyên như than đá, dầu và điện, đồng thời thải ra lượng lớn tro bay chưa được xử lý, gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người do khí thải CO2 và bụi công nghiệp Đặc biệt, quá trình sản xuất một tấn xi măng thải ra 770 kg khí CO2, cho thấy mức độ ô nhiễm đáng lo ngại Năng lượng tiêu thụ trong sản xuất xi măng chỉ xếp sau sản xuất thép và nhôm.

Hình 1.2: Quá trình gây ô nhiễm của khí thải CO2 [1]

Sản lượng tiêu thụ xi măng Portland toàn cầu đã vượt 2,6 tỷ tấn mỗi năm và tăng trung bình 5% hàng năm Theo điều tra, ngành sản xuất xi măng thải ra khoảng 1,35 tấn CO2 mỗi năm, chiếm 7% tổng lượng CO2 toàn cầu Sự gia tăng khí thải này đã góp phần gây hiệu ứng nhà kính, dẫn đến sự nóng lên toàn cầu và biến đổi khí hậu, trở thành một trong những vấn đề quan trọng mà nhân loại đang đối mặt.

Qua các thực trạng trên cho thấy ô nhiễm môi trường gây ra những tác hại lớn về con người

Hình 1.3: Ô nhiễm môi trường ảnh hưởng đến sức khỏe con người [3]

Khí CO2 phát thải từ các nhà máy và phương tiện giao thông góp phần làm gia tăng hiệu ứng nhà kính, dẫn đến sự nóng lên toàn cầu Hệ sinh thái hiện có đang phải đối mặt với nguy cơ bị phá hủy do biến đổi khí hậu ngày càng nghiêm trọng.

Hình 1.4: Ô nhiễm môi trường ảnh hưởng đến hệ sinh thái [4]

1.1.2 Vật liệu thân thiện với môi trường

Trước tình hình môi trường ngày càng xấu đi, mọi ngành nghề đang nỗ lực phát triển theo hướng bền vững, vừa đảm bảo lợi ích cho con người vừa bảo vệ môi trường.

Ngành Xây dựng đang thúc đẩy sự phát triển bền vững thông qua việc áp dụng các vật liệu thân thiện với môi trường, như kính tiết kiệm năng lượng, gạch block không nung, và ngói đúc ép Các sản phẩm tái chế như gạch ốp và xốp cách nhiệt cũng ngày càng phổ biến Hơn nữa, nguồn vật liệu đầu vào như cát và đá đang được thay thế bằng xỉ thép và nguyên liệu khác Đặc biệt, công nghệ bê tông Geopolymer (GPC) đang được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi, nhằm giảm thiểu việc sử dụng xi măng và tiêu thụ tro bay từ ngành nhiệt điện Bê tông và vữa Geopolymer là những sản phẩm xanh, thể hiện cam kết của ngành vật liệu xây dựng đối với môi trường.

Việc áp dụng bê tông geopolymer từ chất kết dính tro bay kiềm hoạt hóa có thể giúp giảm hiện tượng nóng lên toàn cầu So với bê tông xi măng truyền thống, bê tông geopolymer có khả năng giảm phát thải hiệu ứng nhà kính từ 26% đến 45%.

Geopolymer là một giải pháp xây dựng hiệu quả, có khả năng thay thế xi măng truyền thống, giúp giảm ô nhiễm môi trường trong quá trình sản xuất và giải quyết vấn đề cạn kiệt nguồn nguyên liệu như đá vôi và đất sét Bên cạnh đó, Geopolymer còn vượt trội trong các môi trường có nhiệt độ cao và chịu xâm thực mạnh, mang lại lợi ích lâu dài cho ngành xây dựng.

Chất kết dính geopolymer tận dụng phế thải từ quá trình sản xuất công nghiệp như tro bay và xỉ lò cao, mang lại nhiều lợi ích cho ngành xây dựng Việc sử dụng bê tông geopolymer giúp giảm nguy cơ chất thải công nghiệp và diện tích bãi chứa, đồng thời cải thiện chất lượng bê tông theo thời gian với khả năng co ngót khô rất thấp, từ biến thấp và khả năng chống ăn mòn sulfat cùng axit tốt Nhờ đó, chi phí đầu tư và bảo trì các kết cấu bê tông geopolymer cũng được giảm thiểu.

Về kinh tế, giá 1 tấn tro bay/xỉ chỉ chiếm một phần nhỏ so với giá 1 tấn xi măng Do đó, khi tính cả chi phí dung dịch kiềm kích hoạt, giá bê tông geopolymer từ tro bay sẽ thấp hơn khoảng 10 – 30% so với bê tông xi măng.

Mặc dù bê tông geopolymer có nhiều ưu điểm, nhưng việc phổ biến trên thị trường hiện nay vẫn gặp khó khăn Nguyên nhân chủ yếu là do nhiều nhà máy xi măng lo ngại về khả năng giảm lợi nhuận khi thực hiện đầu tư vào công nghệ này.

Xi măng xanh trong ngành xây dựng hiện chỉ là một khái niệm chưa được chứng minh bằng công nghệ thực tiễn, và vẫn còn tranh cãi về khả năng giảm khí CO2 cũng như tính kinh tế liên quan đến giá thành và sự tồn tại của chất hoạt hóa kiềm trong bê tông geopolymer Việc sử dụng dung dịch kiềm mạnh có thể gây ra nguy hiểm và làm cho quy trình sản xuất bê tông trở nên phức tạp hơn, dẫn đến tăng tiêu thụ năng lượng và phát sinh hiệu ứng nhà kính Hơn nữa, nghiên cứu về các tính chất vật lý của bê tông geopolymer còn hạn chế, mặc dù chúng cần thiết hơn so với bê tông thông thường, với quá trình phản ứng polymer hóa phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ và yêu cầu bảo dưỡng ở nhiệt độ cao Cuối cùng, khả năng phát thải các chất kiềm kích hoạt vào môi trường nước và không khí cũng là một vấn đề cần được xem xét khi sử dụng sản phẩm bê tông geopolymer.

Tổng quan tình hình nghiên cứu

Geopolymer là vật liệu vô cơ tổng hợp từ nguồn aluminosilicate, được giới thiệu lần đầu bởi giáo sư Joseph Davidovits vào những năm 1970 Nguyên lý chế tạo Geopolymer dựa trên phản ứng của aluminosilicate trong môi trường kiềm, tạo ra sản phẩm với tính chất và cường độ vượt trội Hệ nguyên liệu chính để sản xuất Geopolymer bao gồm nguyên liệu ban đầu và chất hoạt hóa kiềm, trong đó aluminosilicate cung cấp Si và Al cho quá trình Geopolymer hóa, thường sử dụng tro bay làm nguyên liệu.

Chất hoạt hóa kiềm phổ biến trong quá trình Geopolymer hóa bao gồm các dung dịch NaOH, KOH và thủy tinh lỏng Natri Silicat, giúp tạo môi trường kiềm cần thiết cho các phản ứng hóa học diễn ra hiệu quả.

Vật liệu Geopolymer được phát triển nhằm tạo ra quy trình sản xuất thân thiện với môi trường, giảm thiểu phát thải CO2 và tận dụng các chất thải công nghiệp như tro xỉ và bùn đỏ để sản xuất các sản phẩm có tính năng cao Trên toàn cầu, Geopolymer đã được ứng dụng trong sản xuất xi măng đặc biệt như xi măng đóng rắn nhanh và xi măng bền axit, cũng như trong sản xuất gạch, gốm không nung, vật liệu composite chống cháy, xử lý phế thải độc hại và chất thải phóng xạ, vật liệu composite chịu nhiệt, cùng các ứng dụng trong khảo cổ học và mỹ thuật.

1.2.1 Nghiên cứu trên thế giới

Joseph Davidovits đã giới thiệu Geopolymer, một loại vật liệu mới với các tính chất lý hóa đặc biệt Nghiên cứu về xi măng geopolymer (High – Akali – Poly) cho thấy ứng dụng của nó trong nhiều ngành kỹ thuật như hàng không, xây dựng và công nghiệp chất dẻo Kết quả cho thấy xi măng này có khả năng đóng rắn nhanh ở nhiệt độ phòng, đạt cường độ chịu nén lên đến 20 MPa sau 4 giờ ở 200 độ C, và có thể đạt từ 70 – 100 MPa sau 28 ngày bảo dưỡng.

Nghiên cứu của Palomo, Grutzeck và Blanco chỉ ra rằng điều kiện dưỡng hộ và tỷ lệ dung dịch alkali/tro bay có ảnh hưởng đáng kể đến cường độ bê tông Cả thời gian và nhiệt độ dưỡng hộ đều đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện cường độ Đặc biệt, sự kết hợp giữa thủy tinh lỏng và dung dịch NaOH có thể đạt cường độ lên đến 60 MPa khi được dưỡng hộ ở nhiệt độ thích hợp.

Nghiên cứu của Mo Bing-hui, He Zhi, Cui Xue-min, He Yan và Gong Si-yu cho thấy rằng nhiệt độ và thời gian dưỡng hộ có ảnh hưởng đáng kể đến cường độ của bê tông geopolymer Cụ thể, nhiệt độ tối ưu cho quá trình polymer hóa diễn ra nhanh chóng là trên 60 độ C, điều này giúp bê tông đạt được cường độ cao trong thời gian ngắn hơn.

1.2.2 Nghiên cứu trong nước Ở Việt Nam, những năm gần đây có khá nhiều đề tài khoa học nghiên cứu và ứng dụng công nghệ này Lần đầu tiên công nghệ Geopolymer được ứng dụng chủ yếu là để tận dụng nguồn phế phẩm công nghiệp là tro bay của các nhà máy nhiệt điện, tro bay được thiết kế trong thành phần của bê tông, được ứng dụng vào công nghệ chế tạo các loại mặt đường cứng (đường ô tô, đường sân bay…) Ngoài ra, công nghệ geopolymer còn được sử dụng để ổn định, xử lý và tận dụng chất thải boxite từ các quặng khai thác nhôm để chế tạo gạch không nung và đóng rắn nền đường

Tống Tôn Kiên, Phạm Thị Vinh Lanh và Lê Trung Thành đã nêu rõ những thành tựu nổi bật và các mốc thời gian phát triển của chất kết dính hoạt hóa kiềm, đồng thời trình bày quá trình hình thành cấu trúc bê tông geopolymer cùng với các đặc tính và ứng dụng của loại bê tông này.

Phan Đức Hùng, Lê Anh Tuấn và Dương Văn Dũng [9] đã nghiên cứu đề tài

Nghiên cứu về ảnh hưởng của sợi poly-propylene đến khả năng chịu uốn của dầm bê tông geopolymer cốt thép sử dụng tro bay cho thấy sợi có chiều dài 19 mm và 25 mm được bổ sung với hàm lượng 0,5% và 1,0% theo thể tích Kết quả chỉ ra rằng hàm lượng sợi 0,5% cải thiện đáng kể cường độ chịu nén và uốn, trong khi hàm lượng 1,0% chỉ cải thiện cường độ chịu uốn Đặc biệt, khi sử dụng tỷ lệ chiều dài – đường kính sợi là 380 với hàm lượng 0,5%, khả năng chịu uốn của dầm là tốt nhất.

1.2.3 Cấu kiện áp dụng công nghệ Geopolymer

Vật liệu Geopolymer đang được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong nhiều sản phẩm khác nhau, từ vữa cho đến gạch không nung và nền đường Bê tông Geopolymer cũng được sử dụng cho các cấu kiện như dầm, sàn và nhiều cấu kiện đúc sẵn khác.

Nghiên cứu cho thấy khả năng gắn kết của bê tông geopolymer với cốt thép tương đương hoặc vượt trội hơn so với bê tông xi măng thông thường Điều này cho phép sử dụng bê tông geopolymer trong việc chế tạo các cấu kiện bê tông cốt thép, đặc biệt là các cấu kiện dầm.

Công ty Cổ phần Công nghệ Thương mại Huệ Quang, thuộc Viện Nghiên cứu Hỗ trợ Phát triển Nông thôn, là đơn vị tiên phong trong việc ứng dụng công nghệ sản xuất gạch không nung polymer hóa từ đất và các loại phế thải rắn sạch, mang lại giải pháp bền vững cho ngành xây dựng.

Hình 1.5: Cấu kiện bê tông Geopolymer đúc sẵn

Theo Balaguru, Kurtz và Rudolph (1997), hỗn hợp Geopolymer được sử dụng để gia cố kết cấu bê tông, đặc biệt là lớp bảo vệ cho các công trình giao thông Hỗn hợp này đã được áp dụng thành công trong việc gia cố các dầm bê tông chịu lực So với vật liệu polymer hữu cơ, Geopolymer có những ưu điểm vượt trội như khả năng chịu lửa, bền vững dưới ánh sáng tia cực tím và không chứa các thành phần độc hại.

Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu cho thấy bê tông geopolymer có tính chất tương đồng với bê tông xi măng truyền thống và đã được ứng dụng thành công trong các cấu kiện như dầm và sàn Luận văn này trình bày việc ứng dụng bê tông geopolymer để sản xuất cọc rỗng, sử dụng cơ sở vật chất và máy móc của nhà máy bê tông ly tâm Đặc biệt, quy trình gia cường sợi cho cọc có sự khác biệt so với các nghiên cứu trước đây về bê tông geopolymer Các tác giả Phan Đức Hùng, Lê Anh Tuấn và Dưỡng Văn Dũng đã chỉ ra rằng sợi PP có khả năng tăng cường khả năng chịu uốn và chống cắt cho mẫu bê tông GPC và cấu kiện dầm GPC gia cường sợi.

Mục tiêu của nghiên cứu này là phân tích ảnh hưởng của sợi gia cường đến khả năng chịu uốn và chống cắt của cọc rỗng bê tông geopolymer Nghiên cứu sẽ được thực hiện với năm tỷ lệ sợi khác nhau: 0%, 0,5%, 1%, 1,5% và 2,0%.

Mục tiêu của nghiên cứu này là xác định mối quan hệ giữa hàm lượng sợi polypropylene từ 0% đến 2% và khả năng bền uốn, chống cắt của cọc rỗng bê tông geopolymer (GPC) so với cọc rỗng bê tông xi măng (OPC) để có cơ sở so sánh hiệu quả.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Vật liệu bê tông Geopolymer

Quá trình tổng hợp vật liệu Geopolymer, hay còn gọi là quá trình Geopolymer hóa, diễn ra thông qua việc sử dụng các dung dịch hoạt hóa kiềm để xử lý các nguyên vật liệu Aluminosilicate ban đầu Quá trình này mang tính phức tạp và vẫn chưa được mô tả một cách rõ ràng trong nghiên cứu hiện tại.

Quá trình Geopolymer hóa là quá trình kiềm hóa các vật liệu giàu SiO2 và Al2O3, dẫn đến việc hình thành một chất kết dính với cấu trúc mạng vô định hình Poly-Sialate Chất kết dính này có công thức hóa học đặc trưng, mang lại nhiều ứng dụng trong xây dựng và vật liệu.

Mn[-(SiO2)z – AlO2]n.wH2O (2.1) Trong đó :

M là các ion dương kiềm như K và Na, n là mức độ trùng ngưng của phản ứng, còn z là hệ số có giá trị 1, 2 hoặc 3 Đặc biệt, vật liệu Geopolymer khác với vật liệu polymer thông thường nhờ vào cấu trúc mạng không gian vô định hình của nó.

Hình 2.1: Cấu trúc Poly (Sialates) [13]

Cơ chế động học của chất kết dính kiềm hoạt hóa giải thích quá trình đông kết và rắn chắc thông qua các phản ứng phân hủy nguyên liệu có cấu trúc ổn định thấp và phản ứng nội tại Đầu tiên, khi nồng độ pH của dung dịch kiềm tăng, các liên kết cộng hóa trị Si-O-Si và Al-O-Si bị bẻ gãy, dẫn đến việc chuyển đổi các nhóm nguyên tố sang hệ keo Tiếp theo, sự tích tụ các sản phẩm bị phá hủy xảy ra, kết hợp với các phản ứng nội tại giữa chúng, tạo ra một cấu trúc ổn định, từ đó hình thành quá trình đông đặc cuối cùng.

2.1.2 Cơ chế hóa học của công nghệ Geopolymer sử dụng tro bay

Trong công nghệ geopolymer sử dụng tro bay, tốc độ phản ứng và các vi cấu trúc, thành phần hóa học của sản phẩm phản ứng chịu ảnh hưởng từ nhiều yếu tố Các yếu tố này bao gồm sự phân bố kích thước hạt, thành phần khoáng của tro bay, dung dịch kích hoạt và thời gian hằng nhiệt.

(a) tro bay ban đầu (b) tro bay được kích hoạt với NaOH (c) tro bay được kích hoạt với Na2SiO3

Hình ảnh vi cấu trúc của tro bay được phân tích qua phương pháp SEM (Kính hiển vi điện tử quét), cho thấy hình thái đặc trưng ban đầu của tro bay trước phản ứng Cụ thể, hình (a) minh họa các tinh thể hình cầu với kích thước đa dạng, có cấu trúc rỗng và khả năng chứa các hạt nhỏ hơn bên trong.

(c) Là những biến đổi trong vi cấu trúc của tro bay khi tiếp xúc với dung dịch kiềm và thời gian hằng nhiệt, phản ứng này tạo ra một loại gel Natri-Silicat mới thông qua quá trình kết dính các hạt tro bay và dung dịch kiềm Tuy nhiên, quá trình phản ứng không diễn ra ngay lập tức, vẫn tồn tại một số thành phần của tro bay phản ứng chậm.

2.1.3 Ảnh hưởng của cấu trúc Geopolymer đến cường độ bê tông

Cấu trúc hóa học vô định hình của geopolymer chủ yếu được hình thành từ mạng lưới Alumino-Silico, hay còn gọi là Poly-sialate, trong đó sialate là viết tắt của Silic - Oxy - Nhôm Các cầu nối -Si-O-Al- tạo ra những bộ khung không gian vững chắc bên trong cấu trúc Khung Sialate bao gồm các tứ diện SiO4 và AlO4 được liên kết với nhau qua các nguyên tố Oxy Để cân bằng điện tích của Al 3+, các ion dương như Na+, K+, Li+, Ca2+, Ba2+, NH4+ và H3O+ cần phải có mặt trong các hốc của khung, từ đó hình thành các monomer mới.

Hình 2.3: Cấu trúc hình thành các monomer của Geopolymer [15]

Quá trình tổng hợp vật liệu geopolymer, được gọi là geopolymer hóa, diễn ra thông qua việc sử dụng dung dịch hoạt hóa kiềm với các nguyên vật liệu aluminosilicate ban đầu Quá trình này rất phức tạp và chưa được mô tả rõ ràng, với các bước phản ứng không diễn ra tuần tự mà thường xảy ra đồng thời và chồng chéo lên nhau, khiến cho việc phân biệt và khảo sát từng bước phản ứng trở nên khó khăn.

Tuy nhiên, quá trình phản ứng hóa học tạo thành geopolymer có thể được phân ra thành các bước chính sau:

- Hòa tan các phân tử Si và Al trong nguyên liệu nhờ vào các ion hydroxide trong dung dịch

- Định hướng lại các ion trong dung dịch tạo thành các monomer

- Đóng rắn các monomer thông qua các phản ứng trùng ngưng polymer để tạo thành các cấu trúc polymer vô cơ

Cấu trúc Geopolymer ở các trạng thái poly siliate khác nhau ảnh hưởng đến sự phát triển cường độ của bê tông Càng phức tạp cấu trúc, khi được dưỡng hộ nhiệt trong điều kiện thích hợp, bê tông sẽ đạt cường độ cao hơn.

Sự phát triển cường độ bê tông geopolymer (GPC) phụ thuộc vào hàm lượng dung dịch alkaline, thời gian dưỡng hộ và hàm lượng cốt liệu Ba yếu tố chính ảnh hưởng đến cường độ bê tông bao gồm tỷ lệ sodium silicate/sodium hydroxide, tỷ lệ dung dịch alkaline/tro bay và điều kiện, thời gian dưỡng hộ Nghiên cứu cho thấy nhiệt độ dưỡng hộ cũng có tác động đáng kể đến sự phát triển cường độ của GPC, với các mẫu được dưỡng hộ ở nhiệt độ 60, 90 và 120 độ C trong 4 giờ, sử dụng thành phần bê tông gồm Đá (1060 kg/m³), Cát (650 kg/m³) và Tro bay.

Cường độ của bê tông geopolymer (GPC) có xu hướng tăng khi nhiệt độ dưỡng hộ tăng, đạt khoảng 21,9 MPa ở 60°C và 35,8 MPa ở 120°C Nhiệt độ cao thúc đẩy quá trình geopolymer hóa nhanh hơn, cải thiện khả năng trùng ngưng và phát triển cường độ Với tỷ lệ dung dịch alkaline-tro bay là 0,4, các thành phần SiO2 và Al2O3 trong tro bay có khả năng phản ứng với dung dịch alkaline, cho thấy nhiệt độ là yếu tố quan trọng trong việc nâng cao cường độ bê tông.

2.1.4 Những ưu khuyết điểm của vật liệu Geopolymer

Công nghệ geopolymer giúp giảm tới 80% lượng nhiệt nhờ vào việc sản xuất không cần nhiệt độ cao như xi măng Ngoài ra, geopolymer cũng sở hữu khả năng chịu lửa và nhiệt độ cao tương tự như xi măng.

Tro bay, một sản phẩm thải từ quá trình đốt than đá, nếu không được xử lý đúng cách sẽ gây ô nhiễm môi trường Geopolymer, một vật liệu nhân tạo, không chỉ có đặc tính tương tự như xi măng mà còn có khả năng chứa các chất thải độc hại Việc kết hợp vữa geopolymer với tro bay không chỉ yêu cầu ít năng lượng và thải ra ít khí CO2, mà còn giúp giảm hiện tượng nóng lên toàn cầu, hạn chế hiệu ứng nhà kính từ 25% đến 46% so với vữa xi măng thông thường.

Vật liệu geopolymer có nhiều ứng dụng đa dạng, bao gồm tấm gỗ kết cấu chống cháy, tấm tường và panel cách điện, sản xuất đá nhân tạo trang trí, cùng với tấm panel bọt cách nhiệt Ngoài ra, nó còn được sử dụng trong vật liệu xây dựng thô, gạch không nung, kết cấu chịu lửa, và kết cấu chống sốc nhiệt Vật liệu này cũng phù hợp cho ứng dụng làm khuôn đúc nhôm, vữa và chất kết dính geopolymer, cũng như vật liệu cản lửa gia cố và sửa chữa Hơn nữa, geopolymer còn được ứng dụng trong vật liệu chống cháy công nghệ cao cho máy bay và ô tô, cũng như vật liệu nhựa công nghệ cao.

Cọc rỗng bê tông ứng suất trước

Cọc ống ứng suất trước đúc sẵn được sản xuất theo phương pháp căng trước và quay li tâm, có tiết diện hình vành khăn Việc tính toán cọc này tuân thủ theo tiêu chuẩn TCVN 7888:2014, quy định về cọc bê tông ứng lực trước.

Cọc bê tông li tâm ứng lực trước (PC) là loại cọc được sản xuất bằng phương pháp quay li tâm, với cường độ chịu nén của bê tông đạt tối thiểu 60 MPa cho mẫu thử hình trụ kích thước 150x300 mm.

Cọc bê tông li tâm ứng lực trước cường độ cao (PHC) là loại cọc được sản xuất bằng phương pháp quay li tâm, với cường độ chịu nén tối thiểu của bê tông đạt 80MPa khi thử nghiệm trên mẫu hình trụ kích thước 150x300mm.

Cọc PC, PHC có hình trụ rỗng được thể hiện trên hình 2.4 Đường kính ngoài và chiều dày thành cọc không đổi tại mọi tiết diện của thân cọc

Hình 2.4: Hình dáng cọc rỗng PC, PHC

Ưu điểm của vật liệu này là được thị trường chấp nhận rộng rãi, phù hợp cho các dự án xây dựng công nghiệp và dân dụng, bao gồm nền móng, đường sắt, đường bộ và cầu cảng.

Cọc bê tông ly tâm, được sản xuất bằng công nghệ ly tâm, ép và bảo dưỡng hơi nước, đảm bảo độ đặc chắc vượt >C60 (cọc PC) và có thể đạt tới >C80 (cọc PHC) Với khả năng chịu lực cao hơn từ 2-4 lần so với cọc bê tông đúc sẵn thông thường, cọc bê tông ly tâm là lựa chọn tối ưu cho các công trình xây dựng yêu cầu độ bền và an toàn cao.

Cọc có khả năng chống nứt, chống uốn cao Công nghệ cốt thép ứng lực trước tốt hơn nhiều so với cọc bê tông đúc sẵn

Chất lượng cọc ổn định, các thông số kỹ thuật đáng tin cậy

Cọc bê tông đặc có chất lượng đúc cao, mang lại độ tin cậy vượt trội Với khả năng chịu va chạm tốt, cọc này thích nghi hiệu quả hơn với các điều kiện địa chất so với cọc bê tông cốt thép thông thường.

Vận chuyển cọc tiện lợi, không gây ô nhiễm môi trường và đáp ứng các yêu cầu bảo vệ môi trường

Việc kiểm soát chất lượng tại nhà máy trở nên dễ dàng hơn nhờ vào điều kiện sản xuất công nghiệp Sử dụng bê tông có cấp độ bền cao và mô men uốn nứt lớn giúp tăng tuổi thọ công trình.

Chống ăn mòn trong môi trường xâm thực

Giảm thiểu công tác bê tông tại hiện trường, lợi điểm đặc biệt tại các dự án nằm trong khu trung tâm thành phố

Nối cọc là mối nối được thiết kế để có mô men kháng uốn tương đương với mô men kháng uốn của thân cọc Việc sử dụng dưỡng hộ bằng hơi nước nóng không chỉ đảm bảo chất lượng sản phẩm cao mà còn giúp tăng tiến độ cung cấp sản phẩm hiệu quả.

Tiến độ thi công nhanh

Do sử dụng bê tông và cốt thép cường độ cao nên chi phí về vật liệu tốn hơn cọc bê tông cốt thép thường cùng tiết diện

Là loại cọc có khá nhiều ưu điểm nên rất thông dụng trong các lĩnh vực như:

- Công trình cầu đường, cảng biển đối với cọc có đường kính lớn như

- Công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp đối với các cọc có đường kính nhỏ

Ngoài ra, do cọc chịu tải trọng ngang tốt nên thường dùng cho các công trình tường chắn sóng, đất…

2.2.4 Tính toán thiết kế cọc rỗng OPC và GPC

Cọc rỗng Bê tông tính toán tương tự tham khảo dựa theo lý thuyết từ TCVN

Tiêu chuẩn 7888:2014 quy định về cọc bê tông ly tâm ứng lực trước Tuy nhiên, trong nghiên cứu về ảnh hưởng của sợi gia cường đến khả năng chịu uốn và chống cắt của cọc rỗng bê tông, tác giả đã bỏ qua việc tính toán ứng suất trước, không thực hiện căng thép để tạo ứng suất theo tiêu chuẩn.

Thí nghiệm khả năng chịu uốn của cọc rỗng

2.3.1 Cường độ chịu uốn của cọc rỗng

Hiện nay, chưa có tiêu chuẩn và tài liệu nào về tính toán cường độ chịu uốn của cấu kiện GPC được công nhận tại Việt Nam và trên thế giới Vì vậy, cần áp dụng các phương pháp và nghiên cứu mới để phát triển tiêu chuẩn này.

TCVN 5574 : 2012 [20] để tính toán cho cấu kiện GPC, vì thế các giá trị tính toán có ý nghĩa tham khảo

Mô men uốn cọc rỗng được xác định là cấu kiện chịu uốn thuần túy, tính toán theo trạng thái giới hạn I với các giả thiết: ứng suất kéo/nén trong cốt thép đạt cường độ chịu kéo/nén của thép; ứng suất nén trong bê tông được xem là phân bố đều và bằng cường độ chịu nén của bê tông; không xét khả năng chịu kéo của bê tông; và mặt phẳng tiết diện sau biến dạng vẫn phẳng.

Cọc rỗng tiết diện vành khuyên có có tỷ số giữa bán kính trong và bán kính ngoài 𝑟 1

𝑟 2~0,5, cốt thép phân bố đều theo chu vi (số thanh cốt thép dọc không nhỏ hơn 6), được tính toán theo mục 6.2.2.9 và 6.2.2.12 của TCVN 5574 : 2012 như sau:

𝜋 + 𝑅 𝑠 𝐴 𝑠,𝑡𝑜𝑡 𝜑 𝑠 𝑧 𝑠 (2.2) Trong đó: 𝑟 1 : bán kính trong tiết diện

𝑟 2 : bán kính ngoài tiết diện

𝑟 𝑚 : bán kính trung bình tiết diện

𝛾 𝑏 : hệ số điều kiện làm việc của bê tông, lấy 𝛾 𝑏 = 0,9

𝑅 𝑏 : cường độ chịu nén của bê tông 𝐴: diện tích tiết diện vành khuyên, 𝐴 = 𝜋(𝑟 2 2 − 𝑟 1 2 )

𝑅 𝑠𝑐 : cường độ chịu nén của cốt thép

𝐴 𝑠,𝑡𝑜𝑡 : tổng diện tích cốt thép

𝑟 𝑠 : bán kính qua trọng tâm tiết diện cốt thép

𝜉 𝑐𝑖𝑟 : diện tích tương đối của bê tông vùng chịu nén

Nếu 𝜉 𝑐𝑖𝑟 < 0,15 thì tính lại theo công thức:

𝜑 𝑠 : hệ số xác định theo công thức: 𝜑 𝑠 = 𝜔 1 − 𝜔 2 𝜉 𝑐𝑖𝑟

𝜔 1 : hệ số xác định theo công thức: 𝜔 1 = 𝜂 1 − 𝜎 𝑠𝑝

𝜎 𝑠𝑝 = 0 không có cốt thép dự ứng lực

𝜔 2 : hệ số xác định theo công thức: 𝜔 2 = 𝜔 1 𝛿

𝑧 𝑠 : khoảng cách từ hợp lực của cốt thép chịu kéo đến trọng tâm tiết diện

2.3.2 Tính mô men kháng nứt của cọc rỗng

Momen kháng nứt của tiết diện cọc rỗng được xác định theo mục 7.1.2.4 của TCVN 5574 - 2012 như sau:

Trong đó: 𝑅 𝑏𝑡,𝑠𝑒𝑟 : cường độ chịu kéo của bê tông theo TTGH II

𝑊 𝑝𝑙 : Momen kháng uốn của tiết diện quy đổi đối với thớ chịu kéo ngoài cùng, có thể được tính gần đúng theo công thức:

𝛾: hệ số tính theo công thức 𝛾 = 2 − 0,4 𝑟 1

𝑊 𝑟𝑒𝑑 : mômen kháng đàn hồi của tiết diện quy đổi đối với thớ chịu kéo ngoài cùng, được xác định:

𝑦 0 : khoảng cách từ trọng tâm tiết diện quy đổi đến mép chịu kéo, 𝑦 0 = 𝑟 2

𝐼 𝑟𝑒𝑑 : momen quán tính của tiết diện quy đổi:

2.3.3 Tính mô men kháng gãy của cọc rỗng

Moment kháng gãy của cọc được tính dựa trên mô men kháng nứt thực nghiệm theo TCVN 7888:2014 với quan hệ:

NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

Nguyên vật liệu

Nguyên vật liệu để chế tạo Bê tông geopolymer gồm Tro bay, dung dịch hoạt hóa (NaOH và Na2SiO3), cát sông và đá 1x2

Tro bay loại F từ nhà máy nhiệt điện địa phương có khối lượng riêng 2500 kg/m³ và độ mịn đạt 94%, với 94% lượng tro bay lọt qua sàng có kích thước 0,08 mm.

Hình 3.1: Tro bay Bảng 3.1: Thành phần hóa học của tro bay

Thành phần hoá học SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO K 2 O

Sợi poly – propylene theo tiêu chuẩn quốc tế ASTM C1116 [21] và có thông số kỹ thuật trình bày trong bảng 3.2

Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật của sợi poly – propylene Đường kính

Mô đun đàn hồi (ksi)

Dung dịch hoạt hóa là hỗn hợp gồm dung dịch sodium hydroxide (NaOH) và dung dịch sodium silicate (Na2SiO3).

3.1.4 Nước pha dung dịch NaOH

Để sử dụng dung dịch NaOH hiệu quả, độ sạch cần đạt 98% Trước hết, cần xác định nồng độ dung dịch cần thiết để pha chế dung dịch với nồng độ mol chính xác Từ công thức xác định nồng độ mol, ta có thể tính toán khối lượng NaOH khan cần pha trộn vào dung dịch, với mNaOH = 100.

- mNaOH là khối lượng NaOH khan cần cho vào

- M là khối lượng Mol của NaOH

- Vdd là thể tích dung dịch cần pha trộn

- P là độ tinh khiết của dung dịch NaOH lấy bằng 99%

Hình 3.2: Natri hydroxit dạng vảy nến

Dung dịch sodium hydroxide có màu trắng đục, đạt độ tinh khiết trên 90% và khối lượng riêng là 2130 kg/m³ Để tạo ra dung dịch sodium hydroxide, cần hòa tan NaOH dạng vảy rắn vào nước với nồng độ 16 mol/l.

3.1.5 Dung dịch Sodium Silicate (Na 2 SiO 3 )

Dung dịch thủy tinh lỏng (Na2SiO3) là một chất lỏng màu trắng đục, có tính sệt và dễ hòa tan trong nước Nó có khả năng tương tác với nhiều loại chất ở dạng rắn, lỏng và khí Tuy nhiên, thủy tinh lỏng dễ bị phân hủy bởi các axít, bao gồm cả axít carbonic, dẫn đến việc hình thành kết tủa keo silicic acid.

Hình 3.3: Dung dịch thủy tinh lỏng

Dung dịch Sodium Silicate sử dụng có hàm lượng Na2O và SiO2 dao động từ

Cát vàng sử dụng là cát sông, phải thỏa mãn các yêu cầu của TCVN 7570 : 2006 và TCVN 7572 : 2006 “Cốt liệu cho bê tông” [22]

Cát được sử dụng là cát tự nhiên sạch, có khối lượng riêng 2,67 g/cm 3 , khối lượng thể tích 1,7 g/cm 3

Bảng 3.3: Thành phần hạt của cát

Cỡ sàng (mm) 5 2,5 1,25 0,63 0,315 0,14 Đáy sàng

3.1.7 Cốt liệu Đá Đá sử dụng là đá Biên Hòa, phải thỏa mãn các yêu cầu của TCVN 7570 : 2006 và TCVN 7572 : 2006 “Cốt liệu cho bê tông” [22]

Hình 3.5: Đá 1x2. Đá sử dụng là đá sạch, có đường kính Dmax = 20mm, khối lượng riêng 2,73 g/cm 3 , khối lượng thể tích 1,62 g/cm 3

Bảng 3.4: Thành phần hạt của đá (trong 100 kg)

Lượng sót trên sàn (kg) 2 48 100

Thiết kế thành phần cấp phối bê tông GPC

Quá trình thiết kế cấp phối bê tông Geopolymer trong thí nghiệm này chủ yếu phụ thuộc vào các yếu tố như tỉ lệ cốt liệu/tro bay, tỉ lệ alkaline/tro bay (AL/FA), tỉ lệ sodium silicate/sodium hydroxide (Na2SiO3/NaOH hoặc SS/SH), điều kiện dưỡng hộ nhiệt và nồng độ mol.

Thành phần cấp phối được tính toán: có: Tỉ lệ Alkaline/tro bay: 0,6; Tỉ lệ

Na2SiO3/NaOH: 2,0; Nồng độ dung dịch NaOH: 16 Mole; Dưỡng hộ ở nhiệt độ 100ºC; thời gian dưỡng hộ 12 giờ

Bê tông Geopolymer khác biệt với bê tông xi măng chủ yếu ở chất kết dính SiO2SiO3 và Al2O3 trong tro bay, khi chúng phản ứng với dung dịch hoạt hóa (dung dịch alkaline) để tạo ra hồ Geopolymer Hồ này bao phủ cốt liệu và các vật liệu không phản ứng, tạo thành bê tông Geopolymer Giống như bê tông xi măng, bê tông Geopolymer cũng sử dụng cốt liệu thô.

Cốt liệu mịn chiếm từ 70 đến 80% khối lượng bê tông Geopolymer, cho phép thiết kế hỗn hợp thành phần tương tự như bê tông xi măng.

Bảng 3.5: Thành phần cấp phối bê tông geopolymer (1m 3 )

3.2.2 Đúc mẫu xác định cường độ nén

Tiến hành nhào trộn và đúc mẫu thí nghiệm xác định cường độ chịu nén

Hình 3.6: Nhào trộn và đúc mẫu trụ Bê tông geopolymer điển hình

3.2.3 Dường hộ nhiệt ẩm Ở nhiệt độ phòng, phản ứng của bê tông Geopolymer sử dụng tro bay và thời gian đóng rắn diễn ra rất chậm nên cường độ phát triển không cao Do đó, dưỡng hộ nhiệt ẩm là cần thiết để đẩy nhanh quá trình geopolymer hóa và phát triển cường độ của bê tông

Bê tông Geopolymer được dưỡng hộ ở nhiệt độ phòng ổn định từ 32 – 35 độ C trong 48 giờ sau khi đúc mẫu Sau đó, mẫu được tháo khuôn và đặt vào chậu gốm với nhiệt độ ẩm 100 độ C trong 12 giờ, thời gian dưỡng hộ nhiệt được tính khi nhiệt độ đạt 100 độ C Sau khi kết thúc quá trình dưỡng hộ nhiệt, mẫu thí nghiệm được để trở về nhiệt độ môi trường tự nhiên trong 24 giờ trước khi lấy ra khỏi chậu Cuối cùng, mẫu được đặt ở nhiệt độ phòng trong 20 ngày và thực hiện thí nghiệm cường độ chịu nén vào ngày thứ 21.

Hình 3.7: Dưỡng hộ nhiệt ẩm bê tông geopolymer

Quá trình đúc mẫu và dưỡng hộ nhiệt ẩm được thực hiện tại xưởng chế tạo cọc bê tông ly tâm của Công ty Cổ phần Xây dựng Bách Khoa, Huyện Châu Thành, tỉnh An Giang Trong nghiên cứu, hỗn hợp bê tông Geopolymer được trộn thêm sợi poly-propylene với các tỷ lệ 0,5%; 1%; 1,5% và 2% theo thể tích.

Thiết kế thành phần cấp phối bê tông OPC B45 (M600)

Thiết kế thành phần bê tông là quá trình xác định tỷ lệ phối trộn các nguyên vật liệu cơ bản như chất kết dính, cốt liệu, nước và phụ gia nhằm đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và kinh tế Phương pháp thiết kế cấp phối bê tông hiện nay bao gồm hai giai đoạn: lựa chọn cấp phối định hướng và thực nghiệm kiểm tra để điều chỉnh nếu cần thiết.

 Tính toán khi có sử dụng phụ gia:

-Bước 1: Tính Ryc và Rycc, với mẫu hình lập phương ta có:

+ Ryc = 1,15Rb = 1,15 x 60 i Mpa + Rycc = Rb + 11,6 = 60+11,6 = 71,6 Mpa

-Bước 2: Xác định đường kính Dmax của cốt liệu

+ Với Ryc < 75 MPa thì Dmax = 19 – 25, chọn Dmax = 20 mm

-Bước 3: xác định tỉ lệ nước /chất kết dính (N/(X+MS)) = 0,365

Căn cứ vào Rycc và dmax của đá có thể xác định được tỷ lệ N/CKD

- Bước 4: xác định lượng nước dùng, với độ sụt là 2,5 cm, Dmax = 20 mm lượng nước theo yêu cầu ứng với cát có độ rỗng 35% là N1 = 167,5 lít/m 3

+ Do độ rỗng của nguyên liệu là 46,04% nên cần phải tính thêm lượng nước hiệu chỉnh:

Nđc = (rc – 35)×4,7=(35,85 – 35)×4,7=3,995 lít/m 3 -Vậy lượng nước cần thiết cho cấp phối là:

N = 171,5 – 6%×171,5 = 161,21 lít -Bước 5: Tính lượng xi măng và lượng Muội silic

Hàm lượng muội silic tối ưu cho bê tông có cường độ tối đa 60MPa (mẫu lập phương) nằm trong khoảng 5-10% so với lượng xi măng Do đó, chúng ta chọn hàm lượng muội silic là 8%.

MS=8%x(X+MS)= 8% × 469,86 = 37,59 kg + Lượng xi măng: XF9,86 – 37,59 = 432,27 kg -Bước 6: Xác định hàm lượng cốt liệu lớn

+ Thể tích đá dăm đã dầm chặt: tra bảng được Vđ = 0,725 /m 3 bê tông + Lượng đá: Đ = Vđ× 𝛾 đ𝑐 𝑜Đ =0,725 ×1500 = 1087,5 kg

-Bước 7: Tính hàm lượng phụ gia hóa dẻo, giảm nước Sikament NN

+ Sử dụng 0,8 lit PG / 100kg CKD

100 = 3,76 𝑙í𝑡 -Bước 8: Xác định thành phần bê tông

Phụ gia siêu dẻo cho hỗn hợp bê tông giúp giảm đáng kể lượng nước mà không làm thay đổi tỷ lệ N/CKD, đồng nghĩa với việc lượng chất kết dính cũng giảm tương ứng Để đảm bảo an toàn, chỉ cần điều chỉnh lượng nước mà không thay đổi các thành phần khác như CKD, cát và đá.

Trong thực tế cốt liệu luôn có độ ẩm, độ ẩm ban đầu của cốt liệu được cung cấp như sau:

+ Độ ẩm của đá: WĐ = 3%

+ Độ ẩm của cát: WC = 7%

Để đảm bảo cấp phối chính xác, cần tiến hành thí nghiệm xác định độ ẩm của cốt liệu trước khi sản xuất Dựa trên kết quả thí nghiệm, cấp phối sẽ được điều chỉnh phù hợp.

 Lượng xi măng và phụ gia giữ nguyên

Như vậy ta có bảng thành phần cho 1m 3 bê tông Mác 600

Bảng 3.6: Thành phần cho 1m 3 bê tông Mác 600 có sử dụng phụ gia

Lượng nguyên vật liệu trong 1m 3 bê tông

Xi măng Cát Đá Nước Muội silic Phụ gia 432,2 kg 739,4 kg 1120 kg 80 lít 37,59 kg 3,76 lít

3.3.2 Đúc mẫu xác định cường độ nén

Quá trình xác định cường độ nén của mẫu bê tông geopolymer bắt đầu bằng việc nhào trộn cốt liệu thô, bao gồm cát, đá, xi măng và nước, sau đó tiến hành đúc mẫu trụ bê tông có kích thước 150x300mm.

Sau khi đúc xong mẫu bê tông GPC, quá trình dưỡng hộ được thực hiện trong chậu gốm ở nhiệt độ 60°C trong 6 giờ Sau đó, mẫu thí nghiệm được để trở về nhiệt độ môi trường tự nhiên trong 24 giờ Cuối cùng, mẫu được đặt ở nhiệt độ phòng trong 20 ngày trước khi thực hiện thí nghiệm cường độ chịu nén vào ngày thứ 21.

Kích thước cọc

Do điều kiện thực tế tại hiện trường, tác giả đã lựa chọn cọc có đường kính ngoài D = 300mm và đường kính trong d = 140mm, với chiều dài L = 1,5m Cọc được bố trí cốt thép dọc 67,1 và thép đai xoắn để đảm bảo tính ổn định và hiệu quả trong quá trình thí nghiệm.

3a150mm làm kích thước tiêu chuẩn cho thí nghiệm xác định khả năng chịu uốn cọc rỗng bê tông OPC và GPC

Hình 3.8: Cấu tạo và kích thước cọc.

Quy trình sản xuất thí nghiệm cấu kiện cọc rỗng bê tông GPC

Với cấp phối mẫu đã nêu, chúng ta tiến hành chuẩn bị khuôn cọc và thực hiện quá trình đúc cọc Mỗi cấu kiện sẽ được thực hiện theo trình tự cụ thể để đảm bảo chất lượng và hiệu quả.

Bước 1: Chuẩn bị nguyên vật liệu, khuôn cọc

Nguyên vật liệu cho việc đúc cọc, như đã nêu trong mục 3.1, cần được chuẩn bị sẵn Đặc biệt, đá và cát phải được rửa sạch và phơi khô trước khi đưa vào sử dụng.

Các vật liệu cho từng cấu kiện cọc được tính toán và cân đo kỹ lưỡng, đảm bảo chất lượng Khuôn mẫu được vệ sinh sạch sẽ và được phủ một lớp chống bám dính để tăng hiệu quả sản xuất.

Bước 2: Nhào trộn và đúc cấu kiện

 Sợi PP được làm tơi nhuyễn ra trước khi trộn phối liệu khô

Trộn khô phối liệu gồm đá, cát, tro bay và sợi bằng máy trộn chuyên dụng Sau khi trộn đều, tiến hành đổ dung dịch vào và tiếp tục trộn cho đến khi bê tông đạt yêu cầu, sau đó đúc cấu kiện cọc.

Hình 3.9: Khuôn cọc và pha trộn dung dịch

Hình 3.10: Trộn cốt liệu thô

Hình 3.12: Cọc rỗng Geopolymer đổ xong và tháo khuôn

Bảng 3.7: Hàm lượng sợi polypropylene trong cọc GPC

Thời gian dưỡng hộ (giờ)

Số lượng cọc thí nghiệm (cây)

- Mỗi hàm lượng sợi PP gia cường đem thí nghiệm 02 cây cọc, Số liệu thu được thí nghiệm lấy trung bình cộng

Các nghiên cứu và tài liệu tham khảo chỉ ra rằng thời gian tối ưu cho quá trình polymer hóa đạt hiệu quả gần như hoàn toàn là từ 10 đến 12 giờ Do đó, tác giả đã quyết định chọn thời gian dưỡng hộ nhiệt là 12 giờ cho nghiên cứu của mình.

- Hàm lượng sợi PP gia cường tính toán dựa trên tỷ lệ phần trăm theo thể tích từng cấu kiện cọc

Sau khi đổ khuôn, các cấu kiện cọc bê tông GPC được dưỡng hộ tự nhiên trong 24 giờ đầu, tiếp theo là quá trình dưỡng hộ nhiệt ẩm ở nhiệt độ 100°C trong 12 giờ Mục đích của việc dưỡng hộ nhiệt là nhằm tăng tốc độ polymer hóa và loại bỏ hoàn toàn lượng nước thừa trong bê tông.

 Sau khi tháo khuôn, mẫu được để trong điều kiện phòng thí nghiệm đến khi tiến hành thí nghiệm

Bước 4: Thí nghiệm độ bền uốn nứt thân cọc các bước theo mục 3.6.1

Hình 3.13: Cọc được tập kết và đưa vào dàn thí nghiệm

Hình 3.14: Xác định bề rộng vết nứt và hiển thị kết quả

Bước 5: Thí nghiệm độ bền uốn gãy thân cọc

 Các bước thí nghiệm độ bền uốn gãy thân cọc tương tự như uốn nứt chỉ khác xác định giá trị lực lớn nhất khi cọc đã gãy (hình 3.15)

Bước 6: Thí nghiệm bền cắt thân cọc

 Các bước thí nghiệm độ bền cắt thân cọc tương tự như uốn nứt

Hình 3.16: Qui trình sản xuất và thí nghiệm

Thí nghiệm cọc

3.6.1 Xác định độ bền uốn nứt thân cọc rỗng

Kiểm tra độ bền uốn nứt thân cọc được thực hiện cho cọc GPC Phép thử được thực hiện theo sơ đồ trên Hình 3.17

Hình 3.17: Sơ đồ thí nghiệm độ bền uốn nứt thân cọc

Khi vận hành máy, cần tác dụng lực lên điểm giữa của thanh truyền lực, tăng tải từ từ và giữ tải để kiểm tra tính ổn định của toàn bộ hệ thống gá lắp Đồng thời, cần xác định xem các thanh gối tựa và thanh truyền lực có tiếp xúc đều với cọc hay không.

Tiến hành gia tải đến khi cọc xuất hiện vết nứt có chiều rộng bằng hoặc lớn hơn 0,1 mm Ghi lại tải trọng gây nứt thực tế

 Biểu thị kết quả Độ bền uốn nứt thân cọc được xác định qua mômen uốn nứt thực tế của cọc thí nghiệm theo công thức:

M  gmL  (3.2) trong đó: M: Mômen uốn nứt thực tế, kN.m;

P: Tải trọng uốn gây nứt, kN; g: Gia tốc trọng trường, 9,81 m/s 2 ; m: Khối lượng cọc, tấn;

D: Đường kính ngoài thân cọc, m; t: Chiều dày thành cọc, m

3.6.2 Xác định độ bền uốn gãy thân cọc rỗng

Phương pháp thí nghiệm này tương tự như việc xác định độ bền uốn nứt của thân cọc Tuy nhiên, thay vì dừng lại khi xuất hiện vết nứt từ 0,1mm trở lên, chúng ta sẽ tiếp tục tăng tải trọng uốn cho đến khi cọc gãy Kết quả là ghi lại tải trọng uốn lớn nhất đạt được.

3.6.3 Xác định độ bền cắt thân cọc rỗng

Phép thử được thực hiện theo sơ đồ bên Hình 3.17

Để tiến hành đặt cọc, cần đặt cọc lên hai thanh gối tựa một cách vững chắc, sau đó đặt thanh truyền lực lên cọc Vị trí lắp đặt hệ thống thử tải được thể hiện rõ trong Hình 3.14.

Tải trọng cắt tính toán: Tải trọng cắt tính toán được xác định theo công thức sau đây:

P : Tải trọng cắt tính toán, kN;

Q : Khả năng bền cắt tính toán được xác định theo lý thuyết, kN

Khi vận hành máy, cần tác dụng lực lên điểm giữa của thanh truyền lực và tăng tải từ từ Sau đó, giữ tải để kiểm tra tính ổn định của toàn bộ hệ thống gá lắp, bao gồm việc xác định sự tiếp xúc đều của các thanh gối tựa và thanh truyền lực với cọc Tiến hành gia tải cho đến khi cọc xuất hiện vết nứt có bề rộng bằng hoặc nhỏ hơn 0,1 mm, và ghi nhận tải trọng thử cắt lớn nhất tại thời điểm đó.

Hình 3.18: Sơ đồ thí nghiệm độ bền cắt cọc

LTest: Chiều dài mẫu thử, m;