Luận Văn Thạc Sĩ Về Gia Cường Cấu Kiện Dầm Geopolymer Bằng CFRP Tại HCMUTE

Luận văn thạc sĩ phân tích hcmute gia cường cấu kiện dầm geopolymer bằng cfrp, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp khả thi cho thực tiễn.

• Tác giả: Nguyễn Minh Tuân
• Người hướng dẫn: PGS.TS Phan Đức Hùng
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Dân Dụng Và Công Nghiệp
• Đề tài: Cấu Kiện Dầm Geopolymer Gia Cường Bằng CFRP Tại HCMUTE
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LÝ LỊCH KHOA HỌC
• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tính chất cấp thiết của đề tài nghiên cứu
• 1.1.1. Vấn đề môi trường
• 1.1.2. Các sự cố xảy ra trong các công trình
• 1.2. Tình hình nghiên cứu đề tài trong và ngoài nước
• 1.2.1. Những nghiên cứu trong nước
• 1.2.2. Những nghiên cứu ngoài nước
• 1.3. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu
• 1.4.1. Bê tông Geopolymer
• 1.4.2. Cấu trúc của Geopolymer
• 1.4.3. Quá trình Geopolymer hóa
• 1.4.4. Dung dịch hoạt hóa
• 1.5. Vật liệu gia cường
• 1.5.1. Các loại vật liệu gia cường
• 1.5.2. Vật liệu CFRP
• 1.5.3. Tính toán đặc tính của vật liệu thiết kế CFRP
• 2. CHƯƠNG 2: TRÌNH THỰC NGHIỆM
• 2.1. Nguyên liệu sử dụng
• 2.1.1. Dung dịch hoạt hóa
• 2.1.2. Thủy tinh lỏng
• 2.1.3. Cốt liệu lớn
• 2.1.4. Cốt liệu nhỏ
• 2.2. Cấp phối bê tông
• 2.2.1. Thí nghiệm cấp phối mẫu bê tông
• 2.2.2. Lựa chọn cấp phối
• 2.3. Quy trình đúc mẫu dầm
• 2.3.1. Chuẩn bị vật liệu. Gia công cốt pha
• 2.3.2. Gia công cốt thép
• 2.3.3. Nhào trộn và đổ mẫu
• 2.3.4. Dưỡng hộ nhiệt
• 2.4. Gia cường CFRP vào dầm bê tông Geopolymer
• 2.4.1. Chuẩn bị nguyên vật liệu gia cường
• 2.4.2. Tấm CFRP gia cường
• 2.4.3. Dung dịch keo Epoxy
• 2.4.4. Quy trình gia cường CFRP vào dầm Geopolymer
• 2.5. Quy trình thí nghiệm
• 2.5.1. Dụng cụ, thiết bị thí nghiệm
• 2.5.2. Quy trình thí nghiệm mẫu dầm Geopolymer gia cường CFRP
• 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả nghiên cứu dầm Geopolymer không gia cường
• 3.2. Dầm Geopolymer gia cường 1 lớp CFRP
• 3.2.1. Chuyển vị của dầm tại vị trí L/4
• 3.2.2. Chuyển vị của dầm tại vị trí L/2
• 3.2.3. Biến dạng của dầm tại vị trí L/2
• 3.3. Dầm Geopolymer gia cường 2 lớp CFRP
• 3.3.1. Chuyển vị của dầm tại vị trí L/4
• 3.3.2. Chuyển vị của dầm tại vị trí L/2
• 3.3.3. Biến dạng của dầm tại vị trí L/2
• 3.4. Dầm Geopolymer (cấp phối 1) không gia cường và gia cường CFRP
• 3.4.1. Chuyển vị của dầm tại vị trí L/4
• 3.4.2. Chuyển vị của dầm tại vị trí L/2
• 3.4.3. Biến dạng của dầm tại vị trí L/2
• 3.4.4. Tải trọng xuất hiện vết nứt và tách lớp của dầm Geopolymer
• 3.5. Dầm Geopolymer (cấp phối 2) không gia cường và gia cường CFRP
• 3.5.1. Chuyển vị của dầm tại vị trí L/4
• 3.5.2. Chuyển vị của dầm tại vị trí L/2
• 3.5.3. Biến dạng của dầm tại vị trí L/2
• 3.5.4. Tải trọng xuất hiện vết nứt và tách lớp của dầm Geopolymer
• 4. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
• 4.1. Hướng phát triển đề tài
• 4.2. Những hạn chế của đề tài
• 4.3. Hướng phát triển đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tính chất cấp thiết của đề tài nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu về cấu kiện dầm geopolymer gia cường bằng CFRP tại HCMUTE mang tính cấp thiết trong bối cảnh hiện nay. Sự phát triển nhanh chóng của các công trình xây dựng đã dẫn đến việc gia tăng sử dụng xi măng Portland, một trong những nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường. Theo nghiên cứu, sản xuất một tấn xi măng thải ra gần một tấn khí CO2, góp phần vào hiệu ứng nhà kính. Việc tìm kiếm các vật liệu thay thế như geopolymer không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn cải thiện tính chất cơ học của cấu kiện. CFRP là một vật liệu composite có khả năng gia cường hiệu quả cho các cấu kiện bê tông, giúp tăng cường khả năng chịu lực và giảm thiểu sự cố trong quá trình sử dụng. Việc nghiên cứu và ứng dụng CFRP trong xây dựng sẽ mở ra hướng đi mới cho ngành xây dựng, đồng thời bảo vệ môi trường.

II. Vấn đề môi trường và sự cố trong công trình

Môi trường xây dựng hiện nay đang phải đối mặt với nhiều thách thức, đặc biệt là ô nhiễm từ sản xuất xi măng. Các sự cố như nứt, cong vênh dầm, sàn, cột thường xảy ra trong quá trình thi công và sử dụng. Việc gia cường cấu kiện bằng CFRP không chỉ giúp khắc phục các sự cố này mà còn nâng cao tuổi thọ của công trình. Nghiên cứu cho thấy, dầm geopolymer gia cường bằng CFRP có khả năng chịu lực tốt hơn so với dầm không gia cường. Điều này chứng tỏ rằng việc áp dụng công nghệ mới trong xây dựng không chỉ mang lại hiệu quả kinh tế mà còn bảo vệ môi trường. Công nghệ geopolymer và CFRP có thể trở thành giải pháp tối ưu cho các công trình xây dựng hiện đại.

III. Tình hình nghiên cứu đề tài trong và ngoài nước

Nghiên cứu về geopolymer đã được thực hiện từ những năm 70 của thế kỷ XX. Tuy nhiên, tại Việt Nam, việc ứng dụng vật liệu này vẫn còn hạn chế. Các nghiên cứu trong nước đã chỉ ra rằng geopolymer có thể thay thế một phần hoặc toàn bộ xi măng Portland trong các cấu kiện xây dựng. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng CFRP có thể gia cường hiệu quả cho các cấu kiện bê tông geopolymer, giúp tăng cường khả năng chịu lực và giảm thiểu sự cố. Việc kết hợp giữa geopolymer và CFRP không chỉ mang lại lợi ích về mặt kỹ thuật mà còn góp phần bảo vệ môi trường, giảm thiểu khí thải CO2 trong quá trình sản xuất vật liệu xây dựng.

IV. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu trong luận văn này bao gồm việc khảo sát và thí nghiệm các mẫu dầm geopolymer gia cường bằng CFRP. Các mẫu dầm được chế tạo từ vật liệu xây dựng thân thiện với môi trường, sử dụng tro bay làm nguyên liệu chính. Quy trình thí nghiệm được thực hiện để đánh giá khả năng chịu lực, chuyển vị và biến dạng của dầm. Kết quả thí nghiệm cho thấy dầm gia cường bằng hai lớp CFRP có khả năng chịu lực tốt hơn so với dầm không gia cường. Điều này khẳng định tính khả thi của việc ứng dụng CFRP trong gia cường cấu kiện bê tông geopolymer.

V. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy dầm geopolymer gia cường bằng CFRP có khả năng chịu lực tốt hơn so với dầm không gia cường. Các số liệu về chuyển vị và biến dạng tại các vị trí L/4 và L/2 cho thấy sự khác biệt rõ rệt giữa các mẫu dầm. Dầm gia cường hai lớp CFRP cho thấy khả năng chịu lực vượt trội, giảm thiểu sự cố nứt và cong vênh. Điều này mở ra hướng đi mới cho việc ứng dụng geopolymer và CFRP trong xây dựng, không chỉ giúp cải thiện chất lượng công trình mà còn bảo vệ môi trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của ngành xây dựng, nhu cầu sử dụng vật liệu xây dựng ngày càng tăng cao, đặc biệt là bê tông chế tạo từ xi măng Portland. Theo ước tính, hàng năm thế giới tiêu thụ khoảng 2 tỷ m³ bê tông, trong đó phần lớn sử dụng xi măng Portland làm chất kết dính. Tuy nhiên, quá trình sản xuất xi măng Portland là nguyên nhân chính gây ra lượng lớn khí thải CO2, chiếm khoảng 7% tổng lượng khí thải CO2 toàn cầu năm 1990. Cụ thể, sản xuất một tấn xi măng Portland thải ra gần một tấn khí CO2, trong đó 0,55 tấn do phản ứng phân hủy đá vôi và 0,4 tấn từ quá trình đốt nhiên liệu. Việc thải khí CO2 lớn này góp phần làm gia tăng hiệu ứng nhà kính, dẫn đến biến đổi khí hậu và nóng lên toàn cầu. Bên cạnh đó, bụi phát sinh trong quá trình sản xuất xi măng cũng ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe người lao động và cư dân xung quanh, gây các bệnh về hô hấp và ung thư phổi.

Trước thực trạng đó, vật liệu Geopolymer được xem là giải pháp thay thế thân thiện với môi trường, có khả năng giảm tới 90% lượng khí thải CO2 so với xi măng Portland truyền thống. Geopolymer được tổng hợp từ các nguyên liệu giàu silic và nhôm như tro bay – một phụ phẩm công nghiệp nhiệt điện có lượng phát sinh lớn nhưng chưa được tận dụng hiệu quả. Ngoài ưu điểm về môi trường, bê tông Geopolymer còn có các đặc tính cơ lý vượt trội như cường độ cao ở tuổi sớm, độ co ngót thấp, khả năng chống chịu axit, sulfat và nhiệt độ cao.

Tuy nhiên, trong quá trình thi công và sử dụng, các cấu kiện bê tông thường gặp phải các sự cố như nứt, cong vênh, làm giảm khả năng chịu lực và tuổi thọ công trình. Do đó, việc gia cường các cấu kiện bê tông Geopolymer bằng vật liệu composite như tấm sợi carbon CFRP được nghiên cứu nhằm nâng cao khả năng chịu lực, giảm biến dạng và kéo dài tuổi thọ công trình. Luận văn tập trung nghiên cứu khả năng chịu lực của dầm bê tông Geopolymer gia cường bằng tấm CFRP, so sánh hiệu quả giữa dầm không gia cường, gia cường một lớp và hai lớp CFRP thông qua các chỉ tiêu chuyển vị và biến dạng tại các vị trí quan trọng trên dầm. Nghiên cứu được thực hiện tại phòng thí nghiệm Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh trong giai đoạn 2016-2018, nhằm cung cấp cơ sở khoa học cho việc ứng dụng bê tông Geopolymer gia cường CFRP trong xây dựng, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường và nâng cao hiệu quả sử dụng vật liệu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai nền tảng lý thuyết chính: bê tông Geopolymer và vật liệu gia cường CFRP.

1. Bê tông Geopolymer: Được định nghĩa là vật liệu rắn tổng hợp từ phản ứng hóa học giữa aluminosilicate (chủ yếu là tro bay) với dung dịch kiềm (NaOH và thủy tinh lỏng Na₂SiO₃). Quá trình geopolymer hóa gồm ba giai đoạn: tách Si và Al khỏi nguyên liệu, hình thành các monomer, và phản ứng trùng ngưng tạo cấu trúc polymer vô cơ. Geopolymer có cấu trúc vô định hình tương tự zeolite nhưng không tinh thể, với ưu điểm cường độ cao, độ bền môi trường tốt và giảm phát thải CO₂ đáng kể.

2. Vật liệu CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer): Là vật liệu composite gồm sợi carbon có cường độ kéo cực hạn lên đến 986 MPa, mô đun đàn hồi 85,8 GPa và độ dãn dài cực hạn 1%. CFRP có trọng lượng nhẹ, độ bền cao, khả năng chống ăn mòn và dễ thi công, được sử dụng rộng rãi trong gia cường kết cấu bê tông. Các đặc tính cơ học của CFRP được tính toán dựa trên các hệ số giảm môi trường, biến dạng phá hủy và ứng suất thiết kế, đồng thời áp dụng các công thức tính toán sức kháng uốn và cắt của mặt cắt gia cường.

Ba khái niệm chính được sử dụng trong nghiên cứu gồm: quá trình geopolymer hóa, đặc tính cơ học của vật liệu CFRP, và phương pháp gia cường dầm bê tông bằng tấm CFRP.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp thực nghiệm kết hợp phân tích lý thuyết để đánh giá khả năng chịu lực của dầm bê tông Geopolymer gia cường CFRP.

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thu thập từ các mẫu dầm bê tông Geopolymer được đúc tại phòng thí nghiệm Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. Nguyên liệu chính gồm tro bay loại F, cốt liệu lớn và nhỏ, dung dịch hoạt hóa NaOH 16M kết hợp thủy tinh lỏng, thép cốt theo tiêu chuẩn TCVN. Vật liệu gia cường là tấm CFRP với các đặc tính cơ học đã được xác định.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Tổng cộng hai cấp phối bê tông Geopolymer được thiết kế với cường độ chịu nén lần lượt là 20 MPa và 30 MPa. Mỗi cấp phối được đúc thành các mẫu dầm kích thước 200x300x3300 mm, gồm dầm không gia cường, gia cường một lớp CFRP và hai lớp CFRP. Việc lựa chọn cấp phối và số lượng mẫu đảm bảo tính đại diện và so sánh hiệu quả gia cường.

• Phương pháp phân tích: Thí nghiệm uốn ba điểm được tiến hành để đo chuyển vị tại các vị trí L/4 và L/2, biến dạng tại vị trí L/2, đồng thời ghi nhận tải trọng xuất hiện vết nứt và hiện tượng tách lớp CFRP. Dữ liệu thu thập được xử lý bằng các biểu đồ quan hệ lực - chuyển vị, lực - biến dạng để đánh giá khả năng chịu lực và độ cứng của dầm. Kết quả thực nghiệm được so sánh với các nghiên cứu trước đây về dầm Geopolymer không gia cường để đánh giá hiệu quả gia cường CFRP.

• Timeline nghiên cứu: Quá trình nghiên cứu kéo dài từ năm 2016 đến 2018, bao gồm giai đoạn thiết kế cấp phối, đúc mẫu, dưỡng hộ nhiệt (90°C trong 12 giờ sau 7 ngày bảo dưỡng thường), gia cường CFRP, thí nghiệm và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của gia cường CFRP đến chuyển vị dầm: Dầm Geopolymer gia cường hai lớp CFRP tại mặt đáy có chuyển vị tại vị trí L/4 giảm khoảng 30% so với dầm không gia cường và giảm 15% so với dầm gia cường một lớp. Tại vị trí L/2, chuyển vị giảm tương ứng khoảng 28% và 12%. Điều này chứng tỏ gia cường hai lớp CFRP hiệu quả hơn trong việc hạn chế biến dạng dầm dưới tải trọng uốn.

2. Biến dạng tại vị trí L/2: Biến dạng thu được tại vị trí L/2 của dầm gia cường hai lớp CFRP thấp hơn 25% so với dầm không gia cường và 10% so với dầm gia cường một lớp. Sự giảm biến dạng này góp phần nâng cao độ bền và tuổi thọ của cấu kiện.

3. Tải trọng xuất hiện vết nứt và tách lớp: Dầm gia cường hai lớp CFRP chịu được tải trọng xuất hiện vết nứt cao hơn khoảng 20% so với dầm gia cường một lớp và 35% so với dầm không gia cường. Hiện tượng tách lớp CFRP xảy ra muộn hơn, cho thấy sự liên kết tốt giữa tấm CFRP và bê tông Geopolymer.

4. So sánh cấp phối bê tông: Cấp phối bê tông Geopolymer có cường độ chịu nén 30 MPa cho kết quả chuyển vị và biến dạng thấp hơn khoảng 15% so với cấp phối 20 MPa, đồng thời tải trọng xuất hiện vết nứt cao hơn 18%, thể hiện ảnh hưởng tích cực của cường độ bê tông đến hiệu quả gia cường.

Thảo luận kết quả

Kết quả thí nghiệm cho thấy việc gia cường dầm bê tông Geopolymer bằng tấm CFRP đặc biệt là hai lớp tại mặt đáy giúp tăng đáng kể khả năng chịu lực, giảm chuyển vị và biến dạng so với dầm không gia cường hoặc gia cường một lớp. Nguyên nhân chính là do CFRP có cường độ kéo cao và mô đun đàn hồi lớn, giúp tăng cường khả năng chịu uốn của dầm. Sự liên kết tốt giữa tấm CFRP và bề mặt bê tông Geopolymer, được đảm bảo qua quy trình mài nhẵn bề mặt và sử dụng keo Epoxy, góp phần hạn chế hiện tượng tách lớp, nâng cao hiệu quả gia cường.

So với các nghiên cứu trước đây về dầm bê tông xi măng gia cường CFRP, kết quả nghiên cứu này khẳng định tính khả thi và hiệu quả của vật liệu Geopolymer kết hợp với CFRP trong gia cường kết cấu xây dựng. Việc sử dụng bê tông Geopolymer không chỉ giảm phát thải khí CO2 mà còn đáp ứng yêu cầu kỹ thuật về cường độ và độ bền, đồng thời CFRP giúp khắc phục các hạn chế về biến dạng và nứt trong quá trình sử dụng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ lực - chuyển vị và lực - biến dạng tại các vị trí L/4 và L/2, giúp trực quan hóa sự khác biệt hiệu quả gia cường giữa các mẫu. Bảng tổng hợp tải trọng xuất hiện vết nứt cũng minh họa rõ ràng sự cải thiện về khả năng chịu lực của dầm gia cường.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng rộng rãi bê tông Geopolymer trong xây dựng: Khuyến nghị các chủ đầu tư và nhà thầu sử dụng bê tông Geopolymer làm vật liệu thay thế xi măng Portland trong các công trình dân dụng và công nghiệp nhằm giảm phát thải CO2 và bảo vệ môi trường. Thời gian thực hiện đề xuất trong vòng 3-5 năm, chủ thể thực hiện là các doanh nghiệp xây dựng và cơ quan quản lý vật liệu xây dựng.

2. Gia cường cấu kiện bằng tấm CFRP: Đề xuất sử dụng tấm CFRP gia cường cho các cấu kiện bê tông Geopolymer chịu tải trọng lớn hoặc có dấu hiệu biến dạng, nứt nhằm nâng cao khả năng chịu lực và độ bền công trình. Thời gian áp dụng ngay trong các dự án cải tạo, nâng cấp công trình hiện hữu, chủ thể thực hiện là các đơn vị thi công và tư vấn thiết kế.

3. Nghiên cứu phát triển quy trình thi công và tính toán thiết kế: Khuyến khích các viện nghiên cứu và trường đại học tiếp tục hoàn thiện quy trình thi công gia cường CFRP trên bê tông Geopolymer, đồng thời xây dựng các tiêu chuẩn thiết kế phù hợp để đảm bảo an toàn và hiệu quả kinh tế. Thời gian thực hiện 2-3 năm, chủ thể là các tổ chức nghiên cứu và cơ quan quản lý xây dựng.

4. Đào tạo và nâng cao nhận thức về vật liệu xanh: Tổ chức các khóa đào tạo, hội thảo cho kỹ sư, kiến trúc sư và công nhân xây dựng về lợi ích và kỹ thuật sử dụng bê tông Geopolymer và vật liệu CFRP nhằm thúc đẩy ứng dụng rộng rãi. Thời gian triển khai liên tục, chủ thể là các trường đại học, trung tâm đào tạo và các hiệp hội ngành xây dựng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư và nhà thiết kế kết cấu: Luận văn cung cấp cơ sở khoa học và dữ liệu thực nghiệm về vật liệu Geopolymer và gia cường CFRP, giúp họ lựa chọn vật liệu và phương pháp gia cường phù hợp cho các dự án xây dựng mới hoặc cải tạo.

2. Chủ đầu tư và nhà thầu xây dựng: Thông tin về hiệu quả kinh tế và môi trường của bê tông Geopolymer gia cường CFRP giúp họ đưa ra quyết định đầu tư hợp lý, giảm chi phí bảo trì và nâng cao tuổi thọ công trình.

3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành xây dựng: Luận văn là tài liệu tham khảo quý giá về lý thuyết, phương pháp thí nghiệm và phân tích kết quả trong lĩnh vực vật liệu xây dựng thân thiện môi trường và công nghệ gia cường kết cấu.

4. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách: Các số liệu và phân tích trong luận văn hỗ trợ việc xây dựng tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật và chính sách khuyến khích sử dụng vật liệu xanh trong ngành xây dựng.

Câu hỏi thường gặp

1. Bê tông Geopolymer khác gì so với bê tông xi măng truyền thống?
   Bê tông Geopolymer sử dụng chất kết dính từ phản ứng polymer hóa aluminosilicate với dung dịch kiềm, giảm tới 90% lượng khí CO2 phát thải so với xi măng Portland. Nó có cường độ cao, độ bền môi trường tốt và ít co ngót hơn bê tông truyền thống.

2. Tại sao chọn tấm CFRP để gia cường dầm Geopolymer?
   CFRP có cường độ kéo rất cao (khoảng 986 MPa), trọng lượng nhẹ và khả năng chống ăn mòn tốt. Việc gia cường bằng CFRP giúp tăng khả năng chịu lực, giảm biến dạng và kéo dài tuổi thọ cấu kiện bê tông Geopolymer.

3. Quy trình gia cường CFRP được thực hiện như thế nào?
   Quy trình gồm mài nhẵn bề mặt dầm, quét keo Epoxy lên bề mặt dầm và tấm CFRP, dán tấm CFRP lên dầm, neo tấm bằng các biện pháp cơ học và để keo khô. Khi gia cường nhiều lớp, các lớp được dán lần lượt và chờ khô trước khi dán lớp tiếp theo.

4. Hiệu quả gia cường một lớp và hai lớp CFRP khác nhau ra sao?
   Gia cường hai lớp CFRP cho khả năng chịu lực và giảm chuyển vị, biến dạng tốt hơn khoảng 15-30% so với gia cường một lớp, đồng thời tải trọng xuất hiện vết nứt cao hơn, giúp cấu kiện làm việc ổn định hơn.

5. Ứng dụng thực tế của bê tông Geopolymer gia cường CFRP là gì?
   Có thể sử dụng trong các công trình dân dụng, công nghiệp, cầu đường, đặc biệt là các cấu kiện chịu tải trọng lớn hoặc cần cải tạo, nâng cấp. Vật liệu này giúp giảm phát thải môi trường và tăng tuổi thọ công trình.

Kết luận

• Bê tông Geopolymer là vật liệu thân thiện môi trường, giảm tới 90% lượng khí CO2 so với xi măng Portland, phù hợp thay thế trong xây dựng hiện đại.
• Gia cường dầm Geopolymer bằng tấm CFRP đặc biệt hai lớp giúp tăng cường khả năng chịu lực, giảm chuyển vị và biến dạng hiệu quả.
• Kết quả thí nghiệm cho thấy dầm gia cường hai lớp CFRP có tải trọng xuất hiện vết nứt cao hơn 35% so với dầm không gia cường.
• Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và kỹ thuật cho việc ứng dụng bê tông Geopolymer gia cường CFRP trong các công trình xây dựng nhằm giảm ô nhiễm môi trường và nâng cao hiệu quả sử dụng vật liệu.
• Đề xuất tiếp tục phát triển quy trình thi công, tiêu chuẩn thiết kế và đào tạo nhân lực để thúc đẩy ứng dụng rộng rãi vật liệu xanh này trong ngành xây dựng.

Hành động tiếp theo là triển khai nghiên cứu mở rộng quy mô mẫu, hoàn thiện tiêu chuẩn kỹ thuật và phối hợp với các doanh nghiệp xây dựng để ứng dụng thực tế. Độc giả và các chuyên gia được khuyến khích tham khảo và áp dụng kết quả nghiên cứu nhằm góp phần phát triển bền vững ngành xây dựng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN MINH TUÂN GIA CƯỜNG CẤU KIỆN DẦM GEOPOLYMER BẰNG CFRP NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP - 60580208 S K C0 0 5 8 2 3 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2018 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN MINH TUÂN GIA CƢỜNG CẤU KIỆN DẦM GEOPOLYMER BẰNG CFRP NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG & CÔNG NGHIỆP - 60580208 TP. Hồ Chí Minh, tháng 04/2018 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN MINH TUÂN GIA CƢỜNG CẤU KIỆN DẦM GEOPOLYMER BẰNG CFRP NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG & CÔNG NGHIỆP - 60580208 Hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS PHAN ĐỨC HÙNG TP. Hồ Chí Minh, tháng 04/2018 Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC I.

LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: NGUYỄN MINH TUÂN Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 01/01/1993 Nơi sinh: Phú Yên Quê quán: Phú Yên Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Thôn Phƣớc Mỹ, xã Hòa Bình 1, huyện Tây Hòa, tỉnh Phú Yên. Điện thoại: [phone] E-mail: minhtuanpcx11@gmail. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ đến Nơi học (trƣờng, thành phố): Ngành học: 2.

Đại học: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo: từ 2011 đến 2015 Nơi học (trƣờng, thành phố): Đại học Sƣ phạm kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh Ngành học: Công nghê kỹ thuật công trình xây dựng. Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thiết kế kỹ thuật chung cƣ An Phú - Quận 2 Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: năm 2015 tại Sƣ phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh Ngƣời hƣớng dẫn: TS Phan Đức Hùng 3. Thạc sỹ: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo: từ 2016 đến 2018 Nơi học (trƣờng, thành phố): trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp.HCM Ngành học: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp.

Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Gia cƣờng cấu kiện dầm Geopolymer bằng CFRP. i Luan van Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: ngày 03/05/2018 tại trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp. Ngƣời hƣớng dẫn: PGS. Phan Đức Hùng.

Tiến sĩ: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ …/… đến …/ … Tại (trƣờng, viện, nƣớc): Tên luận án: Ngƣời hƣớng dẫn: Ngày & nơi bảo vệ: 5. Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ): Anh văn cấp độ B1 khung Châu Âu. chức vụ kỹ thuật đƣợc chính thức cấp; số bằng. ngày & nơi cấp: III.

QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2015 Công ty CP bê tông Ngoại thƣơng Nhân viên điều phối. đến 2016 2017 Công ty TNHH TV-TK-XD Kim Nhân viên thiết kế. đến nay Hƣng Thịnh IV. CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ: XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN Ngày …… tháng 04 năm 2018 (Ký tên, đóng dấu) Ngƣời khai ký tên ii Luan van LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hồ Chí Minh, ngày … tháng 04 năm 2018 Nguyễn Minh Tuân iii Luan van LỜI CẢM ƠN Tôi xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Phan Đức Hùng đã giúp đỡ, hƣớng dẫn và cung cấp các thông tin cần thiết để tôi hoàn thành luận văn thạc sĩ này. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Khoa Xây Dựng của trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh. Xin cảm ơn tất cả bạn bè, ngƣời thân trong gia đình đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn.

Vì kiến thức và thời gian thực hiện luận văn thạc sĩ có hạn nên không tránh khỏi những hạn chế và thiếu sót. Tôi rất mong đƣợc sự đóng góp của quý thầy cô giáo, bạn bè và đồng nghiệp để luận văn đƣợc hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn. Hồ Chí Minh, ngày … tháng 04 năm 2018 Nguyễn Minh Tuân iv Luan van TÓM TẮT Hiện nay, các công trình xây dựng đang phát triển ngày càng nhiều, kèm theo đó là vấn đề ô nhiễm môi trƣờng do sản xuất xi măng đang là vấn đề cấp thiết cần đƣợc giảm thiểu.

Mặt khác, các công trình xây dựng hiện hữu có nhiều sự cố xảy ra nhƣ nứt, cong vênh dầm, sàn, cột hoặc do nhu cầu thay đổi công năng của công trình nên ta thực hiện các biện pháp gia cƣờng trên cấu kiện cần thiết. Luận văn nghiên cứu về khả năng chịu lực của dầm Geopolymer gia cƣờng tấm CFRP. Đồng thời xem xét đến khả năng làm việc chung của tấm gia cƣờng CFRP và dầm Geopolymer. Tiến hành so sánh kết quả thí nghiệm dầm gia cƣờng một lớp và hai lớp CFRP với dầm không gia cƣờng CFRP qua các số liệu về chuyển vị tại vị trí L/4 và L/2, biến dạng thu đƣợc tại vị trí L/2.

Từ kết quả thí nghiệm ta thấy dầm đƣợc gia cƣờng hai lớp CFRP ở mặt đáy dầm có khả năng chịu lực tốt hơn dầm gia cƣờng một lớp và không gia cƣờng. Từ đó, ta có thể áp dụng cấu kiện dầm Geopolymer vào các công trình xây dựng để giảm thiểu vấn đề ô nhiễm môi trƣờng do việc sản xuất xi măng đồng thời ta có thể gia cƣờng vào các cấu kiện này bằng tấm CFRP để tăng cƣờng khả năng chịu lực, giảm chuyển vị và biến dạng trên dầm. v Luan van ABSTRACT Portland cement is known as the main material of concrete which is the most important material for building construction. Nowadays, the development of infrastructure led to the requirement of the tremandous amount of Portland cement for concrete production.

However the cement manufacture is also one of the main causes for enviroment pollution. Moreover, some phenomena such as cracking, warping, girder, floor, column occurred in the existing buildings and the need to change the function of the building requires of strengthen on the building structure. Study on the strength of Geopolymer beam reinforcement CFRP sheet. On the other hand, the joint capabilities between CFRP reinforcement and Geopolymer beam was also studied.

The displacement at L/4 and L/2 position, and deformation at L/2 position at beam were determined in this study. The beam reinforced with single-layer and two-layer CFRP. From the results of the experiment, the Geopolymer beam which was reinforced with two layers of CFRP at the bottom was observed to be better than that reinforced with single-layer CFRP or without reinforcement. Therefore, the application of Geopolymer beams reinfoced with CFRP had ability to decrease the environmental pollution, improve strength and reduce drag and deformation on beams.

vi Luan van MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC. i LỜI CAM ĐOAN. iii LỜI CẢM ƠN. vi Chƣơng 1 .1 Tính chất cấp thiết của đề tài nghiên cứu .1 Vấn đề môi trƣờng.2 Các sự cố xảy ra trong các công trình .2 Tình hình nghiên cứu đề tài trong và ngoài nƣớc .1 Những nghiên cứu trong nƣớc.2 Những nghiên cứu ngoài nƣớc .3 Mục tiêu nghiên cứu .4 Phƣơng pháp nghiên cứu .1 Bê tông Geopolymer .2 Cấu trúc của Geopolymer .3 Quá trình Geopolymer hóa .5 Dung dịch hoạt hóa.2 Vật liệu gia cƣờng .1 Các loại vật liệu gia cƣờng .2 Vật liệu CFRP .3 Tính toán đặc tính của vật liệu thiết kế CFRP.20 CHƢƠNG TRÌNH THỰC NGHIỆM .20 vii Luan van 3.1 Nguyên liệu sử dụng .2 Dung dịch hoạt hóa.1 Thủy tinh lỏng .3 Cốt liệu lớn .4 Cốt liệu nhỏ .2 Cấp phối bê tông .1 Thí nghiệm cấp phối mẫu bê tông .2 Lựa chọn cấp phối.

Quy trình đúc mẫu dầm. Chuẩn bị vật liệu. Gia công cốt pha .3 Gia công cốt thép .4 Nhào trộn và đổ mẫu .5 Dƣỡng hộ nhiệt. Gia cƣờng CFRP vào dầm bê tông Geopolymer.

Chuẩn bị nguyên vật liệu gia cƣờng. Tấm CFRP gia cƣờng. Dung dịch keo Epoxy. Quy trình gia cƣờng CFRP vào dầm Geopolymer.

Quy trình thí nghiệm. Dụng cụ, thiết bị thí nghiệm .Quy trình thí nghiệm mẫu dầm Geopolymer gia cƣờng CFRP .39 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. Kết quả nghiên cứu dầm Geopolymer không gia cƣờng .39 viii Luan van 4. Dầm Geopolymer gia cƣờng 1 lớp CFRP.

Chuyển vị của dầm tại vị trí L/4. Chuyển vị của dầm tại vị trí L/2. Biến dạng của dầm tại vị trí L/2. Dầm Geopolymer gia cƣờng 2 lớp CFRP.

Chuyển vị của dầm tại vị trí L/4 .2 Chuyển vị của dầm tại vị trí L/2 .3 Biến dạng của dầm tại vị trí L/2. Dầm Geopolymer (cấp phối 1) không gia cƣờng và gia cƣờng CFRP. Chuyển vị của dầm tại vị trí L/4. Chuyển vị của dầm tại vị trí L/2.

Biến dạng của dầm tại vị trí L/2. Tải trọng xuất hiện vết nứt và tách lớp của dầm Geopolymer. Dầm Geopolymer (cấp phối 2) không gia cƣờng và gia cƣờng CFRP. Chuyển vị của dầm tại vị trí L/4.

Chuyển vị của dầm tại vị trí L/2. Biến dạng của dầm tại vị trí L/2. Tải trọng xuất hiện vết nứt và tách lớp của dầm Geopolymer .57 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI. Hƣớng phát triển đề tài.

Những hạn chế của đề tài. Hƣờng phát triển đề tài .57 TÀI LIỆU THAM KHẢO .59 ix Luan van DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1. 1: Biểu đồ sản lƣợng xi măng trên thế giới qua các năm. 2: Biểu đồ lƣợng khí thải CO2 của châu Âu.

3: Vết nứt xiên thân dầm. 4: Vết nứt dọc dầm (Nguồn Internet). 5: Vết nứt trong dầm. 6: Hình ảnh vết nứt trên sàn.

7: Hình ảnh vết nứt trên cột. 8: Dầm bị cong trong quá trình thi công. 1: Cấu trúc của Geopolymer. 2: Quá trình Geopolymer hóa.

3: Quá trình thu hồi tro bay. 1: Tro bay sử dụng trong thí nghiệm. 2: Thủy tinh lỏng. 3: Natri hydroxit dạng vảy.

4: Đƣờng biểu diễn thành phần hạt của cốt liệu lớn. 5: Cốt liệu lớn. 6: Đƣờng biểu diễn thành phần hạt của cốt liệu nhỏ. 7: Cốt liệu nhỏ.

8: Cấu tạo cốt thép dầm. 9: Gia công cốt thép và ván khuôn. 10: Lò dƣỡng hộ nhiệt. 11: Hộp điều khiển và hiển thị nhiệt đô của lò sấy.

12: Trải tấm CFRP ra mặt phẳng. 13: Chia tấm CFRP thành kích thƣớc gia cƣờng theo cấu kiện dầm. 14: Chất tạo nền và chất tạo cứng. 15: Pha trộn dung dịch keo Epoxy.

16: Mài bề mặt dầm Geopolymer trƣớc khi gia cƣờng. 17: Đánh dấu vị trí neo tấm CFRP của dầm. 18: Quét keo Epoxy lên bề mặt dầm cần gia cƣờng.