Tài liệu Nghiên cứu ảnh hưởng của sợi xơ dừa đến cường độ của bê tông

TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT VÀ TIẾNG ANH Đề tài: NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA SỢI XƠ DỪA ĐẾN CƢỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG Học viên: Trần Quốc Vũ - Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình Dân dụng và Công nghiệp Mã số: 8580201 - Khóa: K35, Trƣờng Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng Tóm tắt: Luận văn tập trung nghiên cứu sự ảnh hƣởng của xơ dừa tại địa phƣơng đến sự phát triển cƣờng độ chịu nén và cƣờng độ chịu uốn của bê tông. Các mẫu thí nghiệm đƣợc chuẩn bị với tỉ lệ thành phần cấp phối là xi măng: cát: đá: nƣớc là 1:2:3:0.5, ngoài ra xơ dừa đƣợc sử dụng với các tỉ lệ lần lƣợt là 0%, 0.25%, 0.5% và 1.0%. Cƣờng độ chịu nén và cƣờng độ chịu uốn lần lƣợt đƣợc xác định trên mẫu lập phƣơng kích thƣớc 150x150x150mm và mẫu dầm kích thƣớc 150x150x500mm tại các thời điểm 1, 14, 28 ngày. Kết quả cho thấy rằng xơ dừa làm giảm cƣờng độ chịu nén và tăng cƣờng độ chịu uốn của bê tông. Sự tăng cƣờng độ chịu uốn đạt giá trị đến khoảng 72%, 54% và 34% tại các thời điểm lần lƣợt là 1, 14 và 28 ngày khi 0.5% xơ dừa đƣợc sử dụng. Từ khóa: g xơ d ờ g ộ hị é ờ g ộ hị . Topic: STUDY THE EFFECT OF COCONUT FİBER ON THE STRENGTH OF CONCRETE Abstract: Thesis studied the effect of local coconut fibre on the compressive and flexural strength of concrete. The mix proportions are binder: sand: coarse aggregates: water as 1:2:3:0.5, coconut fibre was added at the proportions of 0% (control), 0.25%, 0.5% and 1.0% by weight of cement. The compressive strength and flexural strength were determined on the cube diemensions of 150x150x150mm and beams dimensions of 150x150x500mm respectively at 1, 14, and 28 days. The results show that coconut fibe reduces the compressive strength and increases the flexural strength of concrete. The maximum increases in flexural strength are about 72%, 54% and 34% at 1, 14 and 28 days age when 0.5% of coconut fibre (by weight of cement) is used. Key words: concrete, coconut fibre, compressive strength, flexural strength. MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI C M ĐO N TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT VÀ TIẾNG ANH MỤC LỤC D NH MỤC CÁC BẢNG D NH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài ........................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ................................................................................ 2 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu............................................................................ 2 4. Phƣơng pháp nghiên cứu ......................................................................................... 2 5. Kết quả dự kiến ........................................................................................................ 2 6. Bố cục đề tài ............................................................................................................. 2 CHƢƠNG 1. TỔNG QU N VỀ BÊ TÔNG, CƢỜNG ĐỘ CỦ BÊ TÔNG VÀ ẢNH HƢỞNG CỦ SỢI XƠ DỪ ĐẾN CƢỜNG ĐỘ BÊ TÔNG ....................................... 4 1.1. T NH CHẤT CƠ L CỦ BÊ TÔNG .................................................................... 4 1.1.1. Khái niệm thành phần, cấu trúc và phân loại bê tông ........................................ 4 1.1.2. Tính chất cơ học của Bê tông. ........................................................................... 5 1.2. TỔNG QU N VÀ PH M VI ỨNG DỤNG CỦ XƠ DỪ TRONG L NH V C XÂY D NG .................................................................................................................... 7 1.2.1. Khái niệm chung về xơ dừa ............................................................................... 7 1.2.2. Thành phần hóa học trong xơ dừa ..................................................................... 7 1.2.3. Ảnh hƣởng của xơ dừa đến một số đặc tính của bê tông ................................... 9 1.2.4. Một số ứng dụng xơ dừa ở Việt Nam ............................................................. 11 CHƢƠNG 2. TIÊU CHUẨN VẬT LIỆU VÀ THIẾT BỊ TH NGHIỆM .................... 14 2.1. VẬT LIỆU SỬ DỤNG ........................................................................................... 14 2.1.1. Cát (Cốt liệu nhỏ) ............................................................................................ 14 2.1.2. Đá dăm (Cốt liệu lớn) ...................................................................................... 15 2.1.3. Xi măng ............................................................................................................ 18 2.1.4. Nƣớc................................................................................................................. 19 2.1.5. Xơ dừa.............................................................................................................. 22 2.2. THIẾT BỊ SỬ DỤNG CHO TH NGHIỆM .......................................................... 23 2.2.1.Ván khuôn ......................................................................................................... 23 2.2.2. Đầm bê tông ..................................................................................................... 24 2.2.3. Máy nén ........................................................................................................... 25 2.2.4. Phòng dƣỡng hộ mẫu nén ................................................................................ 26 2.2.5. Máy trộn bê tông: sử dụng máy trộn dung tích 300l ....................................... 26 CHƢƠNG 3. TH NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƢỜNG ĐỘ CỦ BÊ TÔNG KHI CÓ SỢI XƠ DỪ ........................................................................................................................ 29 3.1. GIỚİ THIỆU CHUNG ........................................................................................... 29 3.2. VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG TH NGHIỆM ................................................... 29 3.3. CÁC THÀNH PHẦN CẤP PHỐI CỦ HỖN HỢP BÊ TÔNG ........................... 29 3.4. XÁC ĐỊNH ĐỘ SỤT CỦ CÁC THÀNH PHẦN CẤP PHỐI ............................ 30 3.5. ĐÚC MẪU VÀ DƢỠNG HỘ MẪU ...................................................................... 32 3.6. TH NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦ BÊ TÔNG .............. 33 3.6.1. Quy trình nén mẫu ........................................................................................... 33 3.6.2. Tính toán kết quả cƣờng độ chịu nén của mẫu thử .......................................... 34 3.7. TH NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƢỜNG ĐỘ CHỊU UỐN CỦ BÊ TÔNG ............. 35 3.7.1. Qui trình thực hiện ........................................................................................... 35 3.7.2. Tính toán cƣờng độ chịu uốn của bê tông ....................................................... 36 3.8. CÁC KẾT QUẢ TH NGHIỆM ............................................................................. 37 3.8.1. Độ sụt của các hỗn hợp bê tông ....................................................................... 37 3.8.2. Sự ảnh hƣởng của tỷ lệ sợi xơ dừa đến sự phát triễn cƣờng độ chịu nén của bê tông ............................................................................................................................ 38 3.8.3. Sự ảnh hƣởng của tỷ lệ xơ dừa đến sự phát triễn cƣờng độ chịu uốn của bê tông ............................................................................................................................ 43 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 49 TÀI LIỆU TH M KHẢO ............................................................................................. 50 QUYẾT ĐỊNH GI O ĐỀ TÀI LUẬN VĂN TH C S BẢN SAO BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Thành phần hạt của cát.................................................................................. 14 Bảng 2.2. Hàm lƣợng ion Cl- trong cát ......................................................................... 14 Bảng 2.3. Thành phần hạt của cốt liệu lớn .................................................................... 16 Bảng 2.4. Mác của đá dăm từ đá thiên nhiên theo độ nén dập ...................................... 16 Bảng 2.5. Yêu cầu về độ nén dập đối với sỏi và sỏi dăm .............................................. 17 Bảng 2.6. Các chỉ tiêu chất lƣợng của xi măng poóc lăng ............................................ 18 Bảng 2.7. So sánh chỉ tiêu chất lƣợng của Xi măng Hà Tiên 2 PCB40 với TCVN ..... 19 Bảng 2.8. Hàm lƣợng tối đa cho phép của muối hòa tan, ion sunfat, ion clorua và cặn không tan trong nƣớc trộn v a ................................................................... 20 Bảng 2.9. Hàm lƣợng tối đa cho phép của muối hòa tan, ion sunfat, ion clorua và cặn không tan trong nƣớc d ng để rửa cốt liệu và bảo dƣỡng bê tông ............. 21 Bảng 2.10. Các yêu cầu về thời gian đông kết của xi măng và cƣờng độ chịu nén của v a .............................................................................................................. 22 Bảng 3.1. Thành phần cấp phối của mẫu trộn bê tông .................................................. 29 Bảng 3.2. Khối lƣợng thành phần cấp phối của hỗn hợp bê tông ................................. 30 Bảng 3.3. Bảng trị số α .................................................................................................. 35 Bảng 3.4. Bảng giá trị độ sụt của bê tông ...................................................................... 37 Bảng 3.5. Sự ảnh hƣởng của tỷ lệ sợi xơ dừa đến sự phát triễn cƣờng độ chịu nén của bê tông ........................................................................................................ 39 Bảng 3.6. So sánh tỷ lệ thay đổi cƣờng độ chịu nén của bê tông .................................. 42 Bảng 3.7. So sánh cƣờng độ chịu nén của bê tông với mẫu Mo ................................... 43 Bảng 3.8. Bảng Sự ảnh hƣởng của tỷ lệ xơ dừa đến sự phát triễn cƣờng độ chịu kéo (uốn) của bê tông ........................................................................................ 44 Bảng 3.9. Sự thay đổi cƣờng độ chịu uốn của bê tông .................................................. 47 Bảng 3.10. So sánh cƣờng độ chịu nén của bê tông với mẫu Mo ................................. 48 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Mẫu thí nghiệm nén, uốn .................................................................................5 Hình 1.2. Sự phá hoại mẫu thử khối vuông .....................................................................6 Hình 1.3. Xợi sơ dừa ......................................................................................................7 Hình 1.4. Cây dừa ............................................................................................................9 Hình 1.5. Sợi xơ dừa đóng thành khối.............................................................................9 Hình 1.6. Một ngôi nhà làm bằng bê tông xơ dừa .........................................................12 Hình 1.7. Tấm lợp Xi măng – cát – sợi xơ dừa .............................................................12 Hình 1.8. Thảm xơ dừa ..................................................................................................13 Hình 1.9. Tấm vách ngăn Xi măng – cát – sợi xơ dừa .................................................13 Hình 2.1. Mẫu cát thí nghiệm ........................................................................................15 Hình 2.2. Mẫu đá thí nghiệm .........................................................................................17 Hình 2.3. Xơ dừa d ng để thí nghiệm ..........................................................................22 Hình 2.4. Khuôn đúc mẫu thí nghiệm ...........................................................................23 Hình 2.5. Khuôn đúc mẫu và dụng cụ đo độ sụt bê tông, sợi xơ dừa ...........................24 Hình 2.6. Dụng cụ đầm bê tông tông lấy mẫu ..............................................................24 Hình 2.7. Hình ảnh thí nghiệm uốn ...............................................................................25 Hình 2.8. Máy thí nghiệm cƣờng độ nén bê tông .........................................................25 Hình 2.9. Bể ngâm bảo dƣỡng mẫu ...............................................................................26 Hình 2.10. Nhà kho đúc mẫu thí nghiệm.......................................................................27 Hình 2.11. Mẫu sợi xơ dừa thí nghiệm, cân xơ dừa ......................................................28 Hình 3.1. Côn đo độ sụt .................................................................................................30 Hình 3.2. Thiết bị kiểm tra độ sụt bê tông .....................................................................31 Hình 3.3. Hình ảnh kiểm tra độ sụt bê tông ..................................................................32 Hình 3.4. Hình ảnh bê tông có trộn sợi xơ dừa .............................................................32 Hình 3.5. Hình thí nghiệm nén mẫu ..............................................................................34 Hình 3.6. Sơ đồ uốn mẫu 3 điểm ...................................................................................36 Hình 3.7. Hình TN uốn mẫu .........................................................................................36 Hình 3.8. Hình mặt cắt mẫu sau thí nghiệm xác định cƣờng độ chịu uốn của bê tông .37 Hình 3.9. Biểu đồ cƣờng độ chịu nén của bê tông .......................................................42 Hình 3.10. Biểu đồ cƣờng độ chịu uốn của bê tông .....................................................47 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Sợi xơ dừa (tên tiếng Anh là Coir yarn), sợi xơ dừa - một phần của trái dừa – có rất nhiều công dụng: là nguyên liệu sản xuất các loại nệm ngủ, vật liệu trang trí nội thất thân thiện với môi trƣờng, làm lƣới phủ xanh đồi trọc, bảo vệ các công trình công nghiệp dƣới biển bới độ bền, lâu bị phân huỷ trong môi trƣờng nƣớc nặng, cách âm, cách nhiệt, v.v...[1] Thế giới có khoảng 11,86 triệu ha đất canh tác dừa. Cây dừa phân bố khá rộng khắp ở khu vực nhiệt đới và cận xích đạo, trải dài từ Đông bán cầu sang Tây bán cầu. Tuy nhiên, cây dừa tập trung nhiều nhất ở khu vực Châu Á – Thái Bình Dƣơng. Cây dừa đƣợc phân bố nhiều nhất ở v ng Đông Nam Á 60,89%; kế đó là v ng Nam Á (19,74%); v ng Châu Đại Dƣơng (4,6%). Sau đó là v ng Châu Mỹ La Tinh, mà chủ yếu là Brazil (2,79%). Các đảo quốc ở vùng biển Caribbean đóng góp 0,97%; và Trung Quốc, mà chủ yếu là đảo Hải Nam, chiếm tỷ trọng 0,24%. Các vùng còn lại đóng góp 10,75% diện tích.(1) Bến Tre là một tỉnh nông nghiệp thuộc Đồng Bằng Sông Cửu Long, tọa lạc trên vùng châu thổ cửa sông Tiền Giang, hình thành và phát triển trên ba cù lao lớn là Cù Lao An Hóa, Cù lao Bảo và Cù lao Minh. Bến Tre là địa phƣơng có vùng dừa lớn nhất và tập trung nhất so với cả nƣớc. Chiếm 35% tổng diện tích dừa của cả nƣớc. Bến Tre đóng vai trò nhƣ là hạt nhân của ngành công nghiệp chế biến dừa Việt Nam hiện nay [2]. Hiện nay, bê tông vẫn là loại vật liệu phổ biến cho các công trình từ thấp tầng đến cao tầng trên toàn thế giới. Tuy nhiên, nguyên liệu sản xuất hầu hết đến từ tự nhiên nhƣ cát, đất sét, đá vôi,... đang dần cạn kiệt, gây ảnh hƣởng nghiêm trọng đến môi trƣờng sống nhƣ khí thải CO2 từ sản xuất xi măng gây hiệu ứng nhà kính, mất đất nông nghiệp trong sản xuất gạch, khai thác cát ảnh hƣởng dòng chảy gây sạt lở bờ sông... đòi hỏi có nh ng nghiên cứu tối ƣu nâng cao cƣờng độ hỗn hợp bê tông nhằm mang lại hiệu quả tối đa, giảm hao tổn kinh tế và tài nguyên sử dụng [3]. Nhìn chung, hỗn hợp bê tông bao gồm các thành phần: Cốt liệu và chất kết dính. Chất kết dính bao gồm: Xi măng + nƣớc, phụ gia…. Nhƣ vậy, với hầu hết bê tông hiện đang sử dụng thì thành phần cơ bản là cốt liệu, xi măng và nƣớc. 2 Cốt liệu bao gồm: cát, đá, phụ phẩm...., trong quá trình sử dụng vật liệu chúng ta có thể sử dụng một số phụ phẩm hiện có của địa phƣơng: trấu, sợi xơ dừa..... Nhằm mở rộng nghiên cứu để tận dụng nguồn nguyên liệu dồi giàu ở địa phƣơng, không ảnh hƣởng môi trƣờng đã thôi thúc tác giả làm đề tài nghiên cứu: “Ảnh hƣởng của sợi xơ dừa đến cƣờng độ của bê tông”. 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài - Nghiên cứu ảnh hƣởng của sợi xơ dừa đến cƣờng độ của bê tông. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - Các loại vật liệu địa phƣơng: sợi xơ dừa tại Bến Tre. - Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hƣởng của sợi xơ dừa đến cƣờng độ của bê tông (cƣờng độ chịu nén, cƣờng độ chịu uốn). 4. Phƣơng pháp nghiên cứu - Thực hiện các thí nghiệm dựa trên tiêu chuẩn Việt Nam: TCVN 3105:1993: Hỗn hợp bê tông nặng và bê tông nặng - Lấy mẫu, chế tạo và bảo dƣỡng mẫu thử; TCVN 3106:1993: Hỗn hợp bê tông nặng - Phƣơng pháp thử độ sụt; TCVN 3118:1993: Bê tông nặng - Phƣơng pháp xác định cƣờng độ nén. - Các mẫu bê tông thí nghiệm có thành phần tỉ lệ sợi xơ dừa thêm vào là 0% (mẫu đối chứng), 0.25%, 0.5% và 1% (tổng khối lƣợng xi măng) - Phân tích và thảo luận các kết quả thí nghiệm. - Đánh giá sự ảnh hƣởng của sợi xơ dừa đến cƣờng độ của bê tông. 5. Kết quả dự kiến - Xác định khả năng sử dụng sợi xơ dừa trong bê tông để mang lại hiệu quả cƣờng độ. - Đƣa ra các khuyến cáo khi ứng dụng. 6. Bố cục đề tài Mở đầu: 1. Tính cấp thiết của đề tài 2. Mục tiêu đề tài 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 4. Phƣơng pháp nghiên cứu 3 Chƣơng 1: Tổng quan về bê tông, cƣờng độ của bê tông và ảnh hƣởng của sợi xơ dừa đến cƣờng độ của bê tông. Chƣơng 2: Tiêu chuẩn, vật liệu và thiết bị thí nghiệm. 2.1. Vật liệu sử dụng 2.2. Thiết bị sử dụng cho thí nghiệm Chƣơng 3: Thí nghiệm xác định cƣờng độ của bê tông khi có sợi xơ dừa 3.1. Giới thiệu chung 3.2. Vật liệu sử dụng trong thí nghiệm 3.3. Các thành phần cấp phối của hỗn hợp bê tông 3.4. Xác định độ sụt của các thành phần cấp phối 3.5. Đúc mẫu và dƣỡng hộ mẫu 3.6. Thí nghiệm nén mẫu 3.7. Các kết quả thí nghiệm 3.8. Kết luận và kiến nghị 4 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG, CƢỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA SỢI XƠ DỪA ĐẾN CƢỜNG ĐỘ BÊ TÔNG 1.1. TÍNH CHẤT CƠ L CỦA BÊ TÔNG 1.1.1. Khái niệm thành phần, cấu trúc và phân loại bê tông Bê tông là một loại vật liệu nhân tạo đƣợc chế tạo từ các vật liệu rời (cát, đá, sỏi) và chất kết dính (thƣờng là xi măng), nƣớc và có thể thêm phụ gia. Vật liệu rời còn gọi là cốt liệu, cốt liệu có 2 loại bé và lớn. Loại bé là cát có kích thƣớc (15)mm, loại lớn là sỏi hoặc đá dăm có kích thƣớc (5-40)mm. Chất kết dính là xi măng trộn với nƣớc hoặc các chất d o khác. [4] Phụ gia nhằm cải thiện một số tính chất của bê tông trong lúc thi công cũng nhƣ trong quá trình sử dụng. Có nhiều loại phụ gia nhƣ phụ gia nâng cao độ d o của hỗn hợp bê tông, tăng nhanh hoặc kéo dài thời gian đông kết của bê tông, nâng cao cƣờng độ của bê tông trong thời gian đầu, chống thấm…[4] Nguyên lý tạo nên bê tông là d ng các cốt liệu lớn làm thành bộ khung, cốt liệu nhỏ lấp đầy các khoảng trống và d ng xi măng làm chất kết dính liên kết chúng lại thành một thể đặc chắc có khả năng chịu lực và chống lại các biến dạng.[4] Bê tông có cấu trúc không đồng nhất vì hình dạng kích thƣớc cốt liệu khác nhau, sự phân bố của cốt liệu và chất kết dính không thật đồng đều, trong bê tông vẫn còn lại một số ít nƣớc thừa và lỗ rỗng li ti (do nƣớc thừa bốc hơi). Quá trình khô cứng của bê tông là quá trình thủy hóa của xi măng, quá trình thay đổi lƣợng nƣớc cân bằng, sự giảm keo nhớt, sự tăng mạng tinh thể của đá xi măng. Các quá trình này làm cho bê tông trở thành vật liệu vừa có tính đàn hồi vừa có tính d o. [4] * Bê tông đƣợc phân loại theo các cách sau đây: Theo cấu trúc: bê tông đặc chắc, bê tông có lỗ rỗng (dùng ít cát), bê tông tổ ong, bê tông xốp. Theo dung lƣợng: bê tông nặng (γ = 2200 † 2500 kG/m3 ); bê tông nặng cốt liệu bé (γ = 1800 † 2200 kG/m3 ); bê tông nhẹ (γ < 1800 kG/m3 ); bê tông đặc biệt nặng (γ> 2500 kG/m3 ). 5 Theo chất kết dính: bê tông xi măng, bê tông nhựa, bê tông chất d o, bê tông thạch cao, bê tông xỉ, bê tông sillicat. Theo phạm vi sử dụng: bê tông làm kết cấu chịu lực, bê tông chịu nóng, bê tông cách nhiệt, bê tông chống xâm thực v.v… Theo thành phần hạt: bê tông thông thƣờng, bê tông cốt liệu bé, bê tông chèn đá hộc…[4] 1.1.2. Tính chất cơ học của Bê tông. Cƣờng độ của bê tông là chỉ tiêu quan trọng thể hiện khả năng chịu lực của vật liệu. Cƣờng độ của bê tông phụ thuộc vào thành phần và cấu trúc của nó. Với bê tông cần xác định cƣờng độ chịu nén và cƣờng độ chịu uốn. 1.1.2.1. Cƣờng độ chịu nén Cƣờng độ chịu nén của bê tông là khả năng chịu ứng suất nén của mẫu bê tông. Mẫu có thể chế tạo bằng các cách khác nhau: lấy hỗn hợp bê tông đã đƣợc nhào trộn để đúc mẫu hoặc dùng thiết bị chuyên dùng khoan lấy mẫu từ kết cấu có sẵn. Mẫu để đo cƣờng độ có thể dạng khối vuông cạnh a = 10; 15; 20 cm; khối lăng trụ đáy vuông; khối trụ tròn, đƣợc thực hiện theo điều kiện chuẩn trong thời gian 28 ngày.[4] A h a A A a a D Hình 1.1. Mẫu thí nghi m nén, u n Bê tông thông thƣờng có R= 5÷30 Mpa. Bê tông có R> 40Mpa là loại cƣờng độ cao. Hiện nay, ngƣời ta đã chế tạo đƣợc các loại bê tông đặc biệt có R≥ 80Mpa. Khi bị nén, ngoài biến dạng co ngắn theo phƣơng tác dụng lực, bê tông còn bị nở ngang. Thông thƣờng chính sự nở ngang quá mức làm cho bê tông bị nứt và bị phá vỡ. Nếu hạn chế đƣợc mức độ nở ngang của bê tông có thể làm tăng khả năng chịu nén của nó. Trong thí nghiệm nếu không bôi trơn mặt tiếp xúc gi a mẫu 6 thử và bàn nén thì tại đó sẽ xuất hiện lực ma sát có tác dụng cản trở sự nở ngang, kết quả mẫu bị phá hoại theo hình tháp đối đỉnh nhƣ hình 1.1. Nếu bôi trơn mặt tiếp xúc để bê tông tự do nở ngang thì khi biến dạng ngang quá mức trong mẫu sẽ xuất hiện các vết nứt dọc và sự phá hoại xảy ra nhƣ trên hình 1.1c. Cƣờng độ của mẫu đƣợc bôi trơn thấp hơn cƣờng độ của mẫu khối vuông có ma sát. [4]. a) b) c) Hình 1.2. S phá hoại mẫu thử kh i vuông 1 – mẫu; 3 – ma sát; 5 – hình tháp phá hoại 2 – bàn máy nén; 4 – bê tông bị ép vụn; 6 – vết nứt dọc trong mẫu Vì ma sát làm cản trở biến dạng ngang mà với mẫu khối khi tăng cạnh a thì R giảm và cƣờng độ của mẫu hình trụ thấp hơn cƣờng độ của mẫu khối vuông. Vì vậy, khối vuông có kích thƣớc bé có cƣờng độ cao hơn so với mẫu có kích thƣớc lớn, và mẫu lăng trụ (có chiều cao gấp 4 lần cạnh đáy) có cƣờng độ chỉ bằng 0,8 lần cƣờng độ mẫu khối vuông có cùng cạnh đáy. Nếu thí nghiệm với mặt tiếp xúc đƣợc bôi trơn để bê tông đƣợc tự do nở ngang sẽ không có sự khác biệt nhƣ vừa nêu. [4] 1.1.2.2. Cƣờng độ chịu uốn Cƣờng độ chịu uốn là một thông số đo cƣờng độ của bê tông. Nó đƣợc đo trên cơ sở uốn dầm bê tông. Thông thƣờng cƣờng độ chịu uốn bằng khoảng 1020% cƣờng độ chịu nén của bê tông, tùy thuộc vào kích thƣớc, hình dạng của các loại cốt liệu. Tuy nhiên việc xác định mối quan hệ gi a cƣờng độ chịu uốn và cƣờng độ chịu nén của bê tông một cách chính xác nhất là thông qua việc thực hiện thí nghiệm mẫu. [4] 7 1.2. T NG QUAN VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA XƠ DỪA TRONG LĨNH VỰC XÂY DỰNG 1.2.1. Khái niệm chung về xơ dừa Theo nguồn Bách khoa toàn thƣ mở Wikipedia: Xơ dừa là phần của vỏ trái dừa đƣợc xé ra. Loại sản phẩm này sử dụng rộng rãi trong các ngành thủ công mỹ nghệ hoặc d ng để phủ lên gốc của nh ng cây trồng, giá thể (để trồng rau). Ngoài ra ngƣời ta còn phát hiện ra rằng xơ dừa có thể đƣợc d ng để xử lý nƣớc thải rất tốt. Hình 1.3. X i ơ d a 1.2.2. Thành phần hóa học trong xơ dừa Theo TAPPI (1988) [5], xơ dừa là chất h u cơ và có thể tái sử dụng. Độ pH của xơ dừa là 5,5. Chất lƣợng của xơ dừa không bị ảnh hƣởng nếu độ pH thấp hơn. 8 Xơ dừa có một số tính chất và thành phần hóa học sau: Tỷ lệ C:N là 80:1. Độ xốp 10-12%. Chất h u cơ: 9,4-9,8%. Tổng lƣợng tro: 3-6%. Cellulose: 20-30%. Lignin: 60-70%. Tanin: 8,0-8,5% (thuộc loại pyrocatechic-tanin không thủy phân). EC (dS/m) 0,8.N% 0,5. P% 0,3. K% 0,4. * Xenlulozo trong xơ dừa: Thành phần chủ yếu của xơ dừa là xenlulozo (khoảng 80%) và lignin (khoảng 18%)(Xenlulozo), [C6H7O2(OH)3]n. Các phân tử xenlulozo là nh ng chuỗi không phân nhánh, hợp với nhau tạo nên cấu trúc v ng chắc, có cƣờng độ co dãn cao. Tập hợp nhiều phân tử thành nh ng vi sợi có thể sắp xếp thành mạch dọc, ngang hay thẳng trong màng tế bào sơ khai. Các phân tử xenlulozo đƣợc cấu tạo từ vài nghìn đơn vị b - D - glucozơ nối với nhau bởi liên kết b - 1,4 - glucozit. Sợi bông là xenlulozo thiên nhiên tinh khiết nhất (trên 90%); gỗ t ng, bách (cây lá kim) có khoảng 50% xenlulozo, xơ dừa chiếm khoảng 80% xenlulozo. [5] Xenlulozo không tan trong các dung môi h u cơ, trong dung dịch kiềm nƣớc và trong axit vô cơ loãng. Xenlulozo chỉ tan trong axit clohiđric và axit photphoric đặc, tan trong H2SO4 và trong một số dung dịch của bazơ h u cơ bậc bốn. Xenlulozo dễ bị thuỷ phân bởi axit, và các sản phẩm thuỷ phân là xenlođextrin, xenlobiozơ và glucozơ. [5] 9 Hình 1.4. Cây d a Hình 1.5. S i xơ d ó g h h h i 1.2.3. Ảnh hƣởng của xơ dừa đến một số đặc tính của bê tông Bê tông là một loại vật liệu nhân tạo đƣợc chế tạo từ các vật liệu rời (cát, đá, sỏi) và chất kết dính (thƣờng là xi măng), nƣớc và có thể thêm phụ gia. Trong quá 10 trình thủy hóa lƣợng nƣớc bốc hơi tạo ra các lỗ rỗng gi a các cốt liệu làm ảnh hƣởng rất lớn đến cƣờng độ trong bê tông. Chính vì vậy để hạn chế các lổ rỗng gi a các cốt liệu ta nên tăng cƣờng độ kết dính. [4] Tăng mác v a xi măng: xơ dừa khi trộn với xi măng, cát và nƣớc sẽ làm tăng cƣờng độ chịu nén và cƣờng độ chịu uốn của bê tông. Theo ông Nguyễn Huy Hiệu, trƣởng nhóm nghiên cứu, bê tông OGAF (Tiếng nh là” Open Group rchitecture Framework” viết tắt là OGAF ) có thành phần chính là xơ dừa và sợi đay, cộng thêm chất tạo bọt và phụ gia là lignin, chất thải của ngành công nghiệp giấy. Chính vì vậy, sản phẩm có giá thành r hơn 40% so với gạch gốm, do tận dụng hiệu quả nguồn tài nguyên tái sinh và chất thải công nghiệp. Trong khi đó, cƣờng độ chịu lực của bêtông OGAF vẫn cao gấp 3 lần tƣờng xây bằng gạch gốm. Các cấu kiện bêtông OGAF có khối lƣợng thể tích khoảng 1,0-1,3 tấn/m3, vừa nhẹ và dễ vận chuyển, giúp tiết kiệm chi phí vận chuyển. Công nghệ OGAF cũng đơn giản. Lao động địa phƣơng có thể thực hiện đƣợc quy trình công nghệ nếu đƣợc hƣớng dẫn ngắn gọn. Nhƣ vậy, OGAF cho phép sử dụng tối đa nguồn nhân lực và nguyên liệu địa phƣơng để sản xuất vật liệu, xây dựng nhà ở cho nhân dân trong chính khu vực đó. Sử dụng bê tông OGAF thay thế gạch gốm truyền thống còn giúp giảm đáng kể lƣợng tiêu hao nhiên liệu và lƣợng khí thải có hại cho môi trƣờng, đồng thời thay đổi thói quen phá rừng lấy gỗ làm nhà của đồng bào vùng sâu, vùng xa [4]. Giảm khả năng xâm thực của nƣớc, chống chua mặn: Nƣớc mặn có Clo sẽ ăn mòn cốt thép làm hỏng công trình qua các khe nứt hay lỗ châm kim. Phƣơng pháp khắc phục là trộn v a xơ dừa với xi măng để trám các khe nứt, hạn chế lỗ châm kim. Đây là một giải pháp vừa hiệu quả, vừa kinh tế nhất cho các công trình ở vùng biển, v ng nƣớc mặn [1]. Tác dụng của bê tông cốt sợi đến vấn đề cách nhiệt cho bê tông: Điểm mạnh của bê tông nhẹ cốt sợi là cách nhiệt, chịu kéo uốn, chống va đập tốt, độ bền d o dai cao. Do đó chúng rất ph hợp với nh ng kết cấu cần cách nhiệt, cách âm, đồng thời chịu kéo uốn hay va đập, gia tăng chất lƣợng công trình. Sự có mặt của sợi làm giảm đáng kể hiện tƣợng biến đổi thể tích của bê tông nhẹ trong quá trình rắn 11 chắc hay do hàm nhiệt – ẩm thay đổi. Điều đó làm tăng tuổi thọ của bê tông nhẹ cốt sợi [1]. Hỗn hợp bê tông sau quá trình tạo hình sẽ cho ra các sản phẩm dạng tấm panel phẳng, nhẹ, có hình cán hoặc đúc thành nh ng hình dáng, kích thƣớc t y theo yêu cầu. Việc tạo rỗng cho bê tông nhẹ có thể thực hiện bằng cách sử dụng cốt sợi phân tán. Sự đan xen của sợi vô hƣớng trong thể tích bê tông sẽ hình thành lỗ rỗng. Khi thi công các công trình bê tông khối lớn một vấn đề cấp thiết luôn đƣợc đặt ra là làm thế nào để giảm đƣợc nhiệt độ trong lòng bê tông. Nhiệt độ trong lòng bê tông có thể lớn hơn 400C gây nguy cơ nứt do ứng suất nhiệt. Nên rất cần giảm xi măng và bổ sung một lƣợng chất độn là sợi để đảm bảo tính công tác, tính chống thấm và cƣờng độ RCC (Tiếng nh là “Roller Compacted Concrete”, viết tắt là RCC, là loại bê tông không có độ sụt, đƣợc đầm chặt bằng phƣơng pháp lu và có thể thi công tƣơng tự nhƣ thi công đƣờng giao thông và đập đất đá truyền thống. Bê tông đầm lăn (BTĐL hay RCC) đƣợc sử dụng chủ yếu để xây dựng các bãi đỗ xe, kho bãi, đƣờng trong các khu công nghiệp, đƣờng giao thông và đập chắn nƣớc cho các công trình thủy lợi, thủy điện.). 1.2.4. Một số ứng dụng xơ dừa ở Việt Nam Hiện nay ở nƣớc ta đã chế tạo thành công bê tông nhẹ cốt sợi xơ dừa d ng trong xây dựng nhà ở (chủ yếu dạng tấm mỏng, vách ngăn). Loại bê tông này có khối lƣợng thể tích ở trạng thái khô vào khoảng 1000 - 1700 kg/m3, cƣờng độ nén 10 - 12 Mpa, cƣờng độ kéo: 4 - 6 Mpa. Gần đây Viện khoa học công nghệ Vật liệu xây dựng đã nghiên cứu thành công tấm composit nhiều lớp từ bê tông nhẹ cốt sợi nền xi măng. Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, việc sử dụng bê tông nhẹ cho công trình xây dựng sẽ mang lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật to lớn. Tuy vậy, do nhiều nguyên nhân mà ở nƣớc ta công nghiệp bê tông nhẹ chƣa phát triển, việc ứng dụng cũng còn hạn chế [6]. Hiện tại, công nghệ trộn bê tông nhẹ đang đƣợc thử nghiệm tại 100 căn nhà ở các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long. Kết quả bƣớc đầu đã chứng tỏ độ bền kỹ thuật cũng nhƣ hiệu quả kinh tế của công nghệ này [6]. 12 Hình 1.6. Một ngôi nhà làm bằ g Hình 1.7. T m l p Xi g xơ d a g – cát – s i xơ d a 13 Hình 1.8. Thảm xơ d a Hình 1.9. T h g Xi g – cát – s i xơ d a 14 CHƢƠNG 2 TIÊU CHUẨN VẬT LIỆU VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 2.1. VẬT LIỆU SỬ DỤNG 2.1.1. Cát (Cốt liệu nhỏ) Áp dụng theo Tiêu chuẩn TCVN 7570-2006 [11]. Thành phần hạt của cát thô đƣợc sử dụng để chế tạo bê tông quy định trong Bảng 2.1. Bả g 2 1 K ch thƣớc l sàng h h phầ hạ Lƣợng sót t ch luỹ trên sàng khối lƣợng Cát mịn Cát thô 2,5 mm Từ 0 đến 20 0 1,25 mm Từ 15 đến 45 Từ 0 đến 15 630 μm Từ 35 đến 70 Từ 0 đến 35 315 μm Từ 65 đến 90 Từ 5 đến 65 140 μm Từ 90 đến100 Từ 65 đến 90 10 35 Lƣợng qua sàng 140 μm, không lớn hơn Hàm lƣợng clorua trong cát, tính theo ion Cl- tan trong axit, quy định trong Bảng 2.2, TCVN 7570-2006 [11]. Cát có hàm lƣợng ion Cl- lớn hơn các giá trị quy định ở bảng 2. có thể đƣợc sử dụng nếu tổng hàm lƣợng ion Cl- trong 1m3 bê tông từ tất cả các nguồn vật liệu chế tạo, không vƣợt quá 0,6 kg. Bả g 2 2 gi Loại bê tông Bê tông dùng trong các kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trƣớc Bê tông d ng trong các kết cấu bê tông cốt thép và bê tông cốt thép - trong cát Hàm lƣợng ion Clkhối lƣợng không lớn hơn 0,01 0,05 15 Ngoài ra, cát đƣợc sử dụng khi khả năng phản ứng kiềm silic của cát kiểm tra theo phƣơng pháp hoá học (TCVN 7572-14:2006) [11] phải nằm trong vùng cốt liệu vô hại. Khi khả năng phản ứng kiềm - silic của cốt liệu kiểm tra nằm trong vùng có khả năng gây hại thì cần thí nghiệm kiểm tra bổ sung theo phƣơng pháp thanh v a (TCVN 7572-14:2006) [11] để đảm bảo chắc chắn vô hại... Cát đƣợc coi là không có khả năng xảy ra phản ứng kiềm - silic nếu biến dạng () ở tuổi 6 tháng xác định theo phƣơng pháp thanh v a nhỏ hơn 0,1%. Loại cát sử dụng trong Thí nghiệm là tại khu vực địa phƣơng (cát Tân Châu). Vì điều kiện thí nghiệm còn hạn chế nên tác giả không tiến hành thí nghiệm các chỉ tiêu của cát, mà chỉ sử dụng đúc các mẫu thí nghiệm sau khi đƣợc phơi khô trong môi trƣờng không khí để loại bỏ độ ẩm trong cát. Hình 2.1. Mẫu cát thí nghi m 2.1.2. Đá dăm (Cốt liệu lớn) Cốt liệu lớn có thể đƣợc cung cấp dƣới dạng hỗn hợp nhiều cỡ hạt hoặc các cỡ hạt riêng biệt. Thành phần hạt của cốt liệu lớn, biểu thị bằng lƣợng sót tích luỹ trên các sàng, đƣợc quy định trong Bảng 2.3, TCVN 7570-2006 [10].