Tài liệu Luận án tiến sĩ nghiên cứu thực nghiệm ứng xử uốn của dầm bê tông nhẹ sử dụng cốt liệu nhẹ tái chế từ phế thải phá dỡ công trình xây dựng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI Lê Ngọc Lan NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ỨNG XỬ UỐN CỦA DẦM BÊ TÔNG NHẸ SỬ DỤNG CỐT LIỆU NHẸ TÁI CHẾ TỪ PHẾ THẢI PHÁ DỠ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Mã số: 9580201 LUẬN ÁN TIẾN SĨ Hà Nội – Năm 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI Lê Ngọc Lan NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ỨNG XỬ UỐN CỦA DẦM BÊ TÔNG NHẸ SỬ DỤNG CỐT LIỆU NHẸ TÁI CHẾ TỪ PHẾ THẢI PHÁ DỠ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Mã số: 9580201 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Nguyễn Hùng Phong Hà Nội – Năm 2022 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nghiên cứu nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác Hà Nội, ngày tháng năm 2022 TÁC GIẢ LUẬN ÁN ii LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn và bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới thầy hướng dẫn Luận án tiến sỹ: PGS.TS Nguyễn Hùng Phong đã tận tình hướng dẫn, cho nhiều chỉ dẫn khoa học có giá trị, thường xuyên động viên, tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu, hoàn thành luận án và nâng cao năng lực khoa học của tác giả. Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn các thầy, cô Bộ môn Công trình Bê tông cốt thép trường Đại học Xây dựng Hà Nội đã có nhiều giúp đỡ, góp ý xác đáng và quý báu cho tác giả trong quá trình hoàn thiện luận án. Cảm ơn Phòng Thí nghiệm và Kiểm định Công trình LAS-XD125, Khoa Xây dựng dân dụng và công nghiệp, Phòng Quản lý đào tạo nơi tác giả nghiên cứu và hoàn thành luận án. Cuối cùng tác giả bày tỏ lòng biết ơn những người thân trong gia đình đã động viên, khích lệ, chia sẻ những khó khăn với tác giả trong quá trình thực hiện luận án. Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm TÁC GIẢ LUẬN ÁN 2022 iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ................................................................................................ ii MỤC LỤC .................................................................................................... iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ..................................................................... vi DANH MỤC KÝ HIỆU ............................................................................... vii DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................ ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ................................................................ xii MỞ ĐẦU ....................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ........................................................ 6 1.1. Tổng quan về bê tông nhẹ .................................................................... 6 1.1.1. Khái niệm về bê tông nhẹ ................................................................. 6 1.1.2. Các loại cốt liệu nhẹ ......................................................................... 9 1.1.3. Các đặc trưng cơ học của bê tông nhẹ............................................. 15 1.2. Sự làm việc dầm bê tông nhẹ khi chịu uốn ......................................... 20 1.2.1. Mô hình vật liệu ............................................................................. 20 1.2.2. Cơ sở lý thuyết tính toán cấu kiện chịu uốn bê tông nhẹ ................. 30 1.3. Định hướng nghiên cứu của luận án ................................................... 38 CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ĐÁNH GIÁ TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG NHẸ CHẾ TẠO TỪ CỐT LIỆU NHẸ TÁI CHẾ TỪ PHẾ THẢI XÂY DỰNG ................................................................................................... 39 2.1. Nghiên cứu thực nghiệm chế tạo bê tông nhẹ từ phế thải xây dựng .... 39 2.1.1. Xây dựng thành phần cấp phối theo phương pháp thực nghiệm ...... 39 2.1.2. Tiến hành nghiên cứu, khảo sát thành phần cấp phối ...................... 46 2.1.3. Nhận xét kết quả ............................................................................. 48 iv 2.2. Xác định ảnh hưởng của thành phần hạt nhẹ đến cường độ của bê tông nhẹ52 2.2.1. Ảnh hưởng của thành phần hạt đến tính công tác của hỗn hợp bê tông ..................................................................................................................... 53 2.2.2. Ảnh hưởng của thành phần hạt đến khối lượng thể tích của hỗn hợp bê tông .............................................................................................................. 54 2.2.3. Ảnh hưởng của thành phần hạt đến cường độ chịu nén của bê tông nhẹ . 55 2.3. Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá các tính chất cơ lý của bê tông nhẹ chế tạo từ cốt liệu nhẹ tái chế từ phế thải phá dỡ công trình xây dựng ...... 57 2.3.1. Khối lượng thể tích của bê tông ...................................................... 57 2.3.2. Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo và mô đun đàn hồi của bê tông nhẹ sử dụng hạt cốt liệu nhẹ tái chế .............................. 59 2.3.3. Quan hệ ứng suất – biến dạng bê tông nhẹ sử dụng hạt cốt liệu nhẹ tái chế ..................................................................................................................... 77 2.4. Nghiên cứu thực nghiệm quan hệ lực dính – độ trượt bê tông nhẹ sử dụng hạt cốt liệu nhẹ tái chế .............................................................................. 81 2.5. Nhận xét chương 2 ............................................................................. 90 3.1. Nghiên cứu thực nghiệm sự làm việc của dầm bê tông nhẹ sử dụng hạt cốt liệu nhẹ tái chế cốt thép ....................................................................... 94 3.1.1. Mục tiêu nghiên cứu ....................................................................... 94 3.1.2. Thiết kế mô hình thí nghiệm ........................................................... 94 3.1.3. Khảo sát kết quả thực nghiệm ....................................................... 106 3.2. Cơ sở lý thuyết tính toán dầm bê tông nhẹ sử dụng hạt cốt liệu nhẹ tái chế chịu uốn ............................................................................................ 119 3.2.1. Mômen kháng nứt của dầm bê tông nhẹ sử dụng hạt cốt liệu nhẹ tái chế ................................................................................................................... 119 v 3.2.2. Mô men giới hạn của dầm bê tông nhẹ sử dụng hạt cốt liệu nhẹ tái chế . 121 3.2.3. Khoảng cách vết nứt của dầm bê tông nhẹ sử dụng hạt cốt liệu nhẹ tái chế cốt thép khi chịu uốn theo trạng thái giới hạn thứ II ......................... 122 3.3. Mô phỏng số sự làm việc của dầm bê tông nhẹ sử dụng hạt cốt liệu nhẹ tái chế cốt thép ........................................................................................ 125 3.3.1. Lý thuyết sử dụng phần mềm ........................................................ 125 3.3.2. Mô hình vật liệu bê tông và cốt thép ............................................. 126 3.3.3. Mô phỏng số dầm bê tông nhẹ sử dụng hạt cốt liệu nhẹ tái chế nghiên cứu ............................................................................................................... 127 3.4. Kiểm chứng kết quả tính toán theo mô hình lý thuyết, kết quả mô phỏng số với kết quả thực nghiệm ..................................................................... 128 3.4.1. So sánh kết quả nghiên cứu tính toán lý thuyết, kết quả nghiên cứu theo mô phỏng số Response 2000 và theo kết quả nghiên cứu thực nghiệm ... 129 3.4.2. So sánh kết quả tính toán theo các tiêu chuẩn và kết quả thực nghiệm khoảng cách giữa các vết nứt ..................................................................... 131 3.5. Nhận xét chương 3 ........................................................................... 132 KẾT LUẬN ............................................................................................... 134 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ........................................... 136 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 137 PHỤ LỤC 1 .............................................................................................................. PL1 PHỤ LỤC 2 .............................................................................................................. PL6 PHỤ LỤC 3 .............................................................................................................. PL9 vi DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT I. TIẾNG VIỆT BTCT Bê tông cốt thép BTN Bê tông nhẹ BTT Bê tông nặng thông thường BTNCLNTC Bê tông nhẹ sử dụng hạt cốt liệu nhẹ tái chế CKD Chất kết dính CLN Cốt liệu nhẹ CLNTC FA KLTT LT PTXD Cốt liệu nhẹ tái chế Tro bay Khối lượng thể tích Lý thuyết Phế thải xây dựng SD Siêu dẻo TB Trung bình TCVN TN Tiêu chuẩn Việt Nam Thực nghiệm II. TIẾNG ANH ACI American Concrete Institute (Viện Bê tông Mỹ) BS British Standard Institution (Viện Tiêu chuẩn Anh) EC Eurocode MC Model Code vii DANH MỤC KÝ HIỆU N/X Tỷ lệ nước / xi măng N/CKD Tỷ lệ nước / chất kết dính 𝑉# /𝑉#$ Tỷ lệ thể tích cốt liệu nhẹ / thể tích bê tông Hạt S2 Hạt cốt liệu nhẹ tái chế từ phế thải phá dỡ công trình có 𝑉#$% /𝑉' Tỷ lệ thể tích cát / cốt liệu đường kính từ 4 - 8 mm Hạt S3 Hạt cốt liệu nhẹ tái chế từ phế thải phá dỡ công trình có đường kính từ 8 - 16 mm 𝜌) Khối lượng thể tích khô của bê tông, kg/m3 Ec Mô đun đàn hồi của bê tông, MPa Es 𝑓) Mô đun đàn hồi của cốt thép, MPa fct Cường độ chịu kéo dọc trục, MPa fr Cường độ chịu kéo khi uốn, MPa Cường độ chịu nén, MPa fct,sp Cường độ chịu ép chẻ (kéo bửa), MPa fctm Cường độ chịu kéo trung bình của bê tông 𝜏 𝜏 Lực bám dính, MPa c Chiều dày lớp bê tông bảo vệ nhỏ nhất Ф Đường kính cốt thép. 𝜓- Lực bám dính trung bình của bê tông, MPa Hệ số kể đến sự phân bố không đều biến dạng tương đối của cốt thép chịu kéo giữa các vết nứt Wpl Mômen kháng uốn đàn dẻo của tiết diện đối với thớ bê tông 𝑀- chịu kéo ngoài cùng 𝑀)0) Mô men bắt đầu gây chảy dẻo cốt thép trong dầm Mômen kháng nứt của tiết diện viii 𝑀1 𝜎- Mômen giới hạn của dầm bê tông cốt thép 𝜀) Ứng suất nén của bê tông 𝜎) Ứng suất của cốt thép 𝜀)4 Biến dạng của bê tông khi chịu nén 𝜀)1 Biến dạng của bê tông khi chịu nén tương ứng với ứng suất lớn nhất 𝑓)5 𝜀)6 Biến dạng của bê tông vùng nén đạt trạng thái cực hạn 𝑤0 Biến dạng tương đối của cốt thép 1 𝑟 Khoảng cách giữa các vết nứt 𝜀- Biến dạng kéo trong bê tông 𝑆0 Bề rộng vết nứt Act,ef Độ cong của dầm Tiết diện ngang chịu kéo hiệu quả P Tải trọng phá hoại mẫu F Diện tích tiết diện ngang của mẫu 𝐹)6 , 𝐹)) 𝐹-6 lần lượt là hợp lực của bê tông vùng nén và vùng kéo 𝜀-< Ứng suất chịu kéo của cốt thép 𝑓-6 Hợp lực của cốt thép vùng kéo 𝜀)< biến dạng trung bình của cốt thép chịu kéo 𝜎-,)0) x 𝐴-6 biến dạng trung bình của bê tông giữa hai khe nứt Ứng suất cốt thép tại vị trí có khe nứt Vị trí trục trung hoà Tổng diện tích cốt thép chịu kéo ix DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Bảng phân loại bê tông nhẹ theo mục đích sử dụng ........................ 7 Bảng 1.2. Phân loại bê tông nhẹ theo khối lượng thể tích theo EN 206-2013 ....... 7 Bảng 1.3. Phân loại bê tông nhẹ theo cấp cường độ chịu nén theo EN 206-2013 ...... 7 Bảng 1. 4. Phân loại bê tông nhẹ theo ACI 213R-87 ...................................... 8 Bảng 1. 5. Hệ số tương ứng trong biểu đồ lực dính - độ trượt của BTN........ 28 Bảng 2. 1. Độ nén dập của hạt cốt liệu ....................................................... 41 Bảng 2. 2. Cấp phối sơ bộ ............................................................................ 43 Bảng 2. 3. Cấp phối sau khi điểu chỉnh tỷ lệ................................................. 46 Bảng 2. 4. Bảng Cấp phối BTCLNTC không sử dụng phụ gia siêu dẻo và kết quả nén mẫu thí nghiệm ............................................................................... 47 Bảng 2. 5. Bảng cấp phối BTNCLNTC có sử dụng phụ gia siêu dẻo và kết quả nén mẫu thí nghiệm ...................................................................................... 48 Bảng 2. 6. Thành phần cấp phối và kết quả thí nghiệm tương ứng ............... 52 Bảng 2. 7 Cấp phối hỗn hợp bê tông nhẹ sử dụng đúc mẫu .......................... 57 Bảng 2. 8. Kết quả thí nghiệm KLTT của BTNCLNTC ............................... 58 Bảng 2. 9. Giá trị cường độ chịu nén của mẫu thí nghiệm nhóm mẫu M1 .... 61 Bảng 2. 10. Giá trị cường độ chịu nén của nhóm mẫu M2 ............................ 61 Bảng 2. 11. Giá trị cường độ chịu nén của nhóm mẫu M3 ............................ 62 Bảng 2. 12. Cường độ chịu nén và KLTT khô của BTNCLNTC tương ứng các mẫu cấp phối ................................................................................................ 63 Bảng 2. 13. Kết quả thí nghiệm cường độ chịu kéo với nhóm mẫu M1 ........ 66 Bảng 2. 14. Kết quả thí nghiệm cường độ chịu kéo với nhóm mẫu M2 ........ 67 Bảng 2. 15. Kết quả thí nghiệm cường độ chịu kéo với nhóm mẫu M3 ........ 67 Bảng 2. 16. Bảng so sánh giá trị cường độ chịu kéo khi ép chẻ thực nghiệm và tính toán lý thuyết ........................................................................................ 68 x Bảng 2. 17. Bảng so sánh giá trị cường độ chịu kéo khi ép chẻ thực nghiệm và tính toán lý thuyết theo (2.1) ........................................................................ 70 Bảng 2. 18. Tỷ số giữa cường độ chịu kéo khi uốn và cường độ chịu kéo khi ép chẻ γ 70 Bảng 2. 19. Giá trị mô đun đàn hồi của nhóm mẫu M1 ................................ 73 Bảng 2. 20. Giá trị mô đun đàn hồi của nhóm mẫu M2 ................................ 73 Bảng 2. 21. Giá trị mô đun đàn hồi của mẫu cấp phối M3 ............................ 74 Bảng 2. 22. Bảng so sánh giá trị mô đun đàn hồi thực nghiệm và tính toán lý thuyết ..................................................................................................................... 74 Bảng 2. 23. Bảng so sánh giá trị mô đun đàn hồi thực nghiệm và tính toán lý thuyết theo (2.3) ........................................................................................... 76 Bảng 2. 24. Trị số thực nghiệm biến dạng εc1 của BTNCLNTC khi chịu nén ..................................................................................................................... 79 Bảng 2. 25. Bảng giá trị s1, s2, τmax, τf , τph xác định từ kết quả thực nghiệm tương ứng ..................................................................................................... 86 Bảng 2. 26. Các giá trị xác định s1, s2, τmax, τf ......................................... 87 Bảng 2. 27. Các giá trị τmax, τf theo kết quả thực nghiệm và theo lý thuyết 88 Bảng 2. 28. Các giá trị lực dính τ theo khối lượng thể tích ........................... 90 Bảng 3. 1. Cấp phối hỗn hợp bê tông nhẹ sử dụng đúc mẫu ......................... 96 Bảng 3. 2. Khối lượng thể tích bê tông nhẹ cốt liệu nhẹ tái chế .................... 97 Bảng 3. 3. Tính chất cơ lý của các mẫu cấp phối lựa chọn ........................... 97 Bảng 3. 4. Cấp phối bê tông nặng thông thường đối chứng .......................... 97 Bảng 3. 5. Thí nghiệm cường độ chịu nén của bê tông thông thường ........... 98 Bảng 3. 6. Đặc trưng cơ học của cốt thép ..................................................... 99 Bảng 3. 7. Số lượng dầm thí nghiệm .......................................................... 100 Bảng 3. 8. Các giá trị mômen và độ võng tương ứng .................................. 110 xi Bảng 3. 9. Khoảng cách trung bình giữa các vết nứt (đoạn chịu uốn thuần tuý 400mm) theo các cấp phối bê tông tương ứng ............................................ 115 Bảng 3. 10. Bảng so sánh kết quả độ võng theo phương pháp mô phỏng phần mềm và theo phương pháp thực nghiệm ..................................................... 130 Bảng 3. 11. Bảng so sánh kết quả mômen tương ứng mỗi giai đoạn theo phương pháp mô phỏng phần mềm, theo lý thuyết tính toán và theo phương pháp thực nghiệm ....................................................................................................... 131 Bảng 3. 12. Bảng so sánh kết quả khoảng cách lớn nhất giữa các vết nứt theo lý thuyết tính toán và khoảng cách trung bình giữa các vết nứt theo thực nghiệm... 132 xii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1. Một số loại cốt liệu tự nhiên [61] .................................................. 10 Hình 1.2. Một số loại cốt liệu nhẹ nhân tạo [61] ........................................... 12 Hình 1.3. Quy trình công nghệ sản xuất sản phẩm hạt nhẹ từ PTXD ............ 13 Hình 1.4. Cấu trúc rỗng xốp của hạt cốt liệu nhẹ từ PTXD........................... 13 Hình 1.5. Mối quan hệ ứng suất/ cường độ và biến dạng của các loại bê tông nặng thông thường và BTN [38]................................................................... 21 Hình 1.6. Biểu đồ ứng suất và biến dạng của bê tông nén ............................ 22 Hình 1.7. Biểu đồ ứng suất và biến dạng của bê tông nén theo TCVN 5574:2018 ..................................................................................................................... 23 Hình 1.8. Mối quan hệ ứng suất - biến dạng của BTN khi tính toán theo DIN 4219 T.2 ....................................................................................................... 24 Hình 1.9. Giản đồ quan hệ ứng suất - biến dạng của BTN khi phân tích kết cấu theo ENV 1992-1-1 ...................................................................................... 25 Hình 1.10. Biểu đồ ứng suất - biến dạng hai đoạn thẳng tuyến tính để thiết kế các tiết diện của BTN theo ENV 1992-1-1 .................................................. 25 Hình 1.11. Biểu đồ ứng suất - biến dạng chung cho bê tông khi nén, được sử dụng để tính toán [ 51] ................................................................................. 26 Hình 1.12. Mối quan hệ ứng suất - độ trượt theo CEB-FIP [ 51] .................. 28 Hình 1.13. Mối quan hệ ứng suất - độ trượt của bê tông siêu nhẹ [43].......... 30 Hình 1.14. Sơ đồ ứng suất biến dạng tại tiết diện chưa nứt theo tiêu chuẩn TCVN 5574:2018 ......................................................................................... 31 Hình 1.15. Sơ đồ ứng suất – biến dạng trên tiết diện thẳng góc hình thành khe nứt theo EN 1992-1-1 ................................................................................... 32 Hình 1.16. Sơ đồ ứng suất – biến dạng phương pháp vùng nén quy đổi chữ nhật . 34 Hình 1.17. Sơ đồ tính Mômen giới hạn theo EC2 ......................................... 34 Hình 1. 18. Quan hệ mômen M- độ cong (1/r) theo tiêu chuẩn MC 1990 .... 36 xiii Hình 1. 19. Tiết diện ngang chịu kéo hiệu quả Act,ef trong cấu kiện chịu uốn 37 Hình 2. 1. Mẫu hạt CLN tái chế từ PTXD .................................................... 40 Hình 2. 2. Độ hút nước của hạt CLN từ PTXD ............................................. 40 Hình 2. 3. Trộn hỗn hợp bê tông và hỗn hợp bê tông sau khi trộn ................ 44 Hình 2. 4. Đo độ sụt của hỗn hợp bê tông..................................................... 44 Hình 2. 5. Bê tông sau khi đổ khuôn 1 ngày trước và sau khi tháo khuôn ..... 45 Hình 2. 6. Thí nghiệm nén mẫu bê tông ....................................................... 45 Hình 2. 7. Hỗn hợp bê tông sau khi trộn rời rạc chưa đảm bảo tính công tác ..... 46 Hình 2. 8. Hình dạng mẫu sau khi nén vỡ..................................................... 49 Hình 2. 9. Hình dạng bên trong sau khi xẻ mẫu ............................................ 49 Hình 2. 10. Biểu đồ quan hệ VCLN/Vb và cường độ chịu nén của bê tông ..... 50 Hình 2. 11. Biểu đồ quan hệ VCLN/Vb và cường độ nén của bê tông ............. 50 Hình 2. 12. Biểu đồ quan hệ N/CKD và cường độ nén của bê tông .............. 51 Hình 2. 13. Biểu đồ quan hệ N/CKD và cường độ chịu nén của bê tông....... 51 Hình 2. 14. Biểu đồ sự phát triển cường độ chịu nén theo thời gian ............. 51 Hình 2. 15. Ảnh hưởng của tỷ lệ VCLN/Vb đến độ sụt của hỗn hợp bê tông ... 53 Hình 2. 16. Ảnh hưởng của tỷ lệ cốt liệu nhẹ đến khối lượng thể tích của bê tông cốt liệu nhẹ ........................................................................................... 54 Hình 2. 17. Ảnh hưởng khối lượng thể tích của bê tông nhẹ đến cường độ chịu nén của bê tông nhẹ (a. 100% hạt S2; b. 45% hạt S2 và 55% hạt S3; ........... 55 Hình 2. 18. Ảnh hưởng tỷ lệ CLN có trong hỗn hợp BTN đến cường độ chịu nén của BTN (a, 100% hạt S2; b, 45% hạt S2 và 55% hạt S3; c, 100% hạt S3) ..................................................................................................................... 56 Hình 2. 19. Thí nghiệm nén mẫu bê tông...................................................... 59 Hình 2. 20. Mẫu lập phương 15x15x15 cm .................................................. 60 Hình 2. 21. Mẫu trụ 15x30 cm ..................................................................... 60 xiv Hình 2. 22. Hình ảnh mẫu trụ sau khi bị phá hoại ......................................... 60 Hình 2. 23. Quan hệ giữa cường độ chịu nén và khối lượng thể tích khô của BTNCLNTC ................................................................................................ 64 Hình 2. 24. Thí nghiệm cường độ chịu kéo khi uốn ...................................... 64 Hình 2. 25. Mẫu lăng trụ kích thước 10x10x40cm ....................................... 65 Hình 2. 26. Mẫu thí nghiệm cường độ chịu kéo khi uốn sau khi bị phá hoại. 65 Hình 2. 27. Thí nghiệm cường độ chịu kéo khi ép chẻ ................................. 65 Hình 2. 28. Mẫu trụ 15x30 cm ..................................................................... 66 Hình 2. 29. Mẫu thí nghiệm cường độ chịu kéo khi ép chẻ sau khi bị phá hoại ..................................................................................................................... 66 Hình 2. 30. Quan hệ cường độ chịu nén và cường độ chịu kéo khi ép chẻ theo giá trị thực nghiệm và theo lý thuyết tính toán ............................................. 69 Hình 2. 31. Bố trí dụng cụ và thiết bị đo....................................................... 72 Hình 2. 32. Quan hệ ứng suất – biến dạng tới 40% cường độ của các mẫu thí nghiệm thuộc nhóm mẫu M1; M2; M3 ......................................................... 73 Hình 2. 33. Quan hệ cường độ chịu nén và mô đun đàn hồi theo giá trị thực nghiệm và theo lý thuyết tính toán ............................................................... 75 Hình 2. 34. Tem điện trở đo biến dạng bê tông ............................................. 77 Hình 2. 35. Hệ thống điều chỉnh tải trọng và tốc độ nén (theo chuyển bị và lực) ..................................................................................................................... 77 Hình 2. 36. Sử dụng máy nén thuỷ lực SANS 3000 ...................................... 77 Hình 2. 37. Data loger ghi, xử lý dữ liệu ...................................................... 78 Hình 2. 38. Gia tải đến khi mẫu thí nghiệm bị phá hoại ................................ 78 Hình 2. 39. Thí nghiệm đến khi mẫu bị nén vỡ phá hoại .............................. 78 Hình 2. 40. Biểu đồ quan hệ ứng suất – biến dạng của bê tông tướng ứng với 3 nhóm mẫu M1, M2, M3 ............................................................................... 78 Hình 2. 41. Biểu đồ quan hệ ứng suất – biến dạng của BTNCLNTC ............ 80 xv Hình 2. 42. Biểu đồ quan hệ ứng suất – biến dạng của BTNCLNTC dạng 2 đoạn thẳng .................................................................................................... 80 Hình 2. 43. Biểu đồ quan hệ ứng suất – biến dạng của BTNCLNTC đề xuất 81 Hình 2. 44. Mô hình thí nghiệm kéo xác định độ bám dính giữa bê tông và cốt thép .............................................................................................................. 82 Hình 2. 45. Sơ đồ khung gia tải .................................................................... 82 Hình 2. 46. Mẫu thí nghiệm ......................................................................... 83 Hình 2. 47. Thiết bị thí nghiệm .................................................................... 83 Hình 2. 48. Mẫu thí nghiệm sau khi kéo tuột thép khỏi liên kết với bê tông . 84 Hình 2. 49. Biểu đồ quan hệ lực dính – độ trượt của bê tông tương ứng đến khi mẫu bị kéo tuột thép hoàn toàn tương ứng với 3 nhóm mẫu cấp phối BTNCLNTC M1; M2; M3 ........................................................................... 84 Hình 2. 50. Quan hệ lực dính – độ trượt BTNCLNTC .................................. 85 Hình 2. 51. Quan hệ lực dính – độ trượt BTNCLNTC theo kết quả thực nghiệm và theo lý thuyết tính toán ............................................................................ 87 Hình 2. 52. Sơ đồ tính tích phân chia nhỏ lực dính τ .................................... 88 Hình 3. 1. Mô hình thí nghiệm ..................................................................... 95 Hình 3. 2. Cấu tạo cốt thép dầm thí nghiệm.................................................. 99 Hình 3. 3. Lắp dựng dầm và thiết bị thí nghiệm ......................................... 100 Hình 3. 4. Sơ đồ bố trí dụng cụ đo biến dạng ............................................. 101 Hình 3. 5. Dùng thiết bị soi nứt quang học ................................................ 101 Hình 3. 6. Gắn kết thiết bị đo mở rộng vết nứt KG-1 và KG-2 ................... 102 Hình 3. 7. Mô hình bố trí dụng cụ đo ......................................................... 103 Hình 3. 8. Đo chuyển bị tại 03 vị trí trên dầm (02 gối tựa dầm và tại giữa nhịp) 103 Hình 3. 9. Đo mở rộng vết nứt trên dầm theo tải trọng tác dụng ................. 103 Hình 3. 10. Strain gauge đo biến dạng của bê tông theo các cấp độ tải trọng 104 xvi Hình 3. 11. Strain gauge Đo biến dạng của bê tông theo các cấp độ tải trọng 104 Hình 3. 12. Data logger TDS 530 kết hợp với máy tính thu thập và xử lý số liệu từ các dụng cụ đo chuyển vị, đo nứt và đo lực tác dụng ............................. 104 Hình 3. 13. Thiết bị đo lực và gia tải .......................................................... 105 Hình 3. 14. Biểu đồ quan hệ tải trọng – độ võng dầm bê tông cốt thép tương ứng với nhóm dầm M1; M2; M3 ................................................................ 107 Hình 3. 15. Các giai đoạn làm việc của dầm BTN CLNTC khi chịu uốn .... 107 Hình 3. 16. Mẫu dầm bị phá hoại tại bê tông vùng nén............................... 109 Hình 3. 17. Biểu đồ quan hệ tải trọng – độ võng dầm bê tông cốt thép giữa các nhóm dầm M3; BTT................................................................................... 110 Hình 3. 18. Biểu đồ quan hệ tải trọng – biến dạng của cốt thép vùng chịu kéo ................................................................................................................... 112 Hình 3. 19. Biểu đồ quan hệ tải trọng – biến dạng của bê tông vùng chịu nén ................................................................................................................... 113 Hình 3. 20. Biểu đồ quan hệ tải trọng – biến dạng của cốt thép vùng chịu kéo giữa các mẫu M3 và BTT ........................................................................... 114 Hình 3. 21. Biểu đồ quan hệ tải trọng – biến dạng của bê tông vùng chịu nén giữa các mẫu M3 và BTT ........................................................................... 114 Hình 3. 22. Phân bố các vết nứt trong đoạn chịu uốn thuần tuý (400mm)... 115 Hình 3. 23. Phân bố các vết nứt trên dầm BTN và dầm BTT...................... 117 Hình 3. 24. Biểu đồ quan tải trọng và bề rộng vết nứt tương ứng nhóm mẫu M1; M2; M3 ...................................................................................................... 118 Hình 3. 25. Biểu đồ quan hệ tải trọng và bề rộng vết nứt ............................ 118 Hình 3. 26. Quy đổi diện tích cốt thép thành diện tích bê tông ................... 120 Hình 3. 27. Mô hình ứng suất và biến dạng trước khi nứt của mặt cắt thẳng góc dầm BTNCLNTC....................................................................................... 121 xvii Hình 3. 28. Mặt cắt tiết diện thẳng góc của dầm chịu uốn với biểu đồ ứng suất dạng BTN sử dụng CLNTC đề xuất ........................................................... 122 Hình 3. 29. Minh hoạ khoảng cách giữa các vết nứt ................................... 123 Hình 3. 30. Mô hình dàn với góc nghiêng 450 ............................................ 126 Hình 3. 31. Mô hình quan hệ ứng suất – biến dạng BTNCLNTC ............... 126 Hình 3. 32. Mô hình quan hệ ứng suất – biến dạng cốt thép ....................... 127 Hình 3. 33. Số liệu đầu vào dầm BTNCLNTC nghiên cứu ......................... 128 Hình 3. 34. Quan hệ tải trọng và độ võng theo phương pháp thực nghiệm và theo phương pháp mô phỏng phần mềm ..................................................... 130 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do lựa chọn đề tài Bê tông nhẹ là một vật liệu xây dựng hiện đang được sử dụng phổ biến trong xây dựng cơ bản ở nhiều nước tiên tiến trong khu vực và trên thế giới. Chúng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: làm khung, sàn, tường cho các nhà cao tầng, dùng trong các kết cấu vỏ mỏng, tấm cong, trong cấu tạo các cấu kiện bê tông cốt thép đúc sẵn... Sử dụng BTN trong công trình xây dựng mang lại lợi ích kinh tế - kỹ thuật to lớn: Giảm tải cho công trình, dẫn tới giảm kinh phí xử lý nền móng và hệ thống kết cấu của công trình. Bên cạnh đó, tốc độ công nghiệp hóa nước ta diễn ra nhanh chóng. Trung bình hàng năm, mỗi đô thị lại có hàng ngàn nhà ở của các hộ dân và hàng trăm công trình công cộng được xây dựng. Tương ứng với đó, mỗi năm có hàng vạn m3 rác thải xây dựng được thải ra không được xử lý gây ô nhiễm môi trường. Do đó, việc nghiên cứu khả năng tái chế và ứng dụng chất thải này đang được rất nhiều nước và các nhà khoa học quan tâm. Sản phẩm thu được từ quá trình xử lý PTXD là các hạt cốt liệu rỗng, nhẹ có thể được dùng để chế tạo BTN. Mặt khác nó cũng góp phần làm giảm đi việc sử dụng các nguyên liệu tự nhiên – nguồn tài nguyên thiên nhiên đang ngày càng cạn kiệt để chế tạo nguyên vật liệu cho ngành xây dựng. Việc nghiên cứu chế tạo hạt CLN từ phế thải phá dỡ công trình xây dựng và ứng dụng của nó trong chế tạo BTN là công nghệ mới, hiện chưa có nhiều công trình nghiên cứu tại Việt Nam. Do vậy, trong luận án này Nghiên cứu sinh lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu thực nghiệm ứng xử uốn của dầm bê tông nhẹ sử dụng cốt liệu nhẹ tái chế từ phế thải phá dỡ công trình xây dựng”. 2. Mục đích và mục tiêu nghiên cứu 2.1. Mục đích nghiên cứu