Luận án tiến sĩ về đặc trưng co ngót của bê tông sử dụng cát mịn và cát nghiền trong xây dựng cầu

Luận án tiến sĩ nghiên cứu đặc trưng co ngót của bê tông sử dụng cát mịn và cát nghiền từ đá trong xây dựng cầu, mang lại giải pháp hiệu quả.

• Tác giả: Nguyễn Đức Dũng
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Duy Tiến
• Trường học: Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Giao Thông
• Đề tài: Nghiên Cứu Đặc Trưng Co Ngót Của Bê Tông Sử Dụng Cát Mịn Phối Trộn Cát Nghiền Từ Đá Trong Xây Dựng Cầu
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC HÌNH VẼ
• DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ BIẾN DẠNG CO NGÓT CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG CÁT MỊN PHỐI TRỘN CÁT NGHIỀN TỪ ĐÁ
• 1.1. Giới thiệu về vật liệu cát hỗn hợp phối trộn cát nghiền với cát mịn
• 1.2. Các nghiên cứu về bê tông sử dụng cát mịn phối trộn cát nghiền trên thế giới
• 1.2.1. Ảnh hƣởng của tỉ lệ phối trộn cát nghiền với cát sông đến tính năng cơ học và biến dạng co ngót của bê tông
• 1.2.2. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng bột đá đến đặc trƣng cơ học và biến dạng co ngót của bê tông
• 1.2.3. Ảnh hƣởng của đá gốc sản xuất cát nghiền đến đặc trƣng cơ học và co ngót của bê tông
• 1.3. Các nghiên cứu cƣờng độ và biến dạng co ngót của bê tông sử dụng cát mịn phối trộn cát nghiền ở Việt Nam
• 1.4. Các nghiên cứu xác định ảnh hƣởng của biến dạng co ngót đến độ cong/độ võng của dầm bê tông cốt thép
• 1.5. Kết luận chƣơng 1
• 2. CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU BIẾN DẠNG CO NGÓT CỦA BÊ TÔNG CÓ SỬ DỤNG CÁT MỊN PHỐI TRỘN CÁT NGHIỀN TỪ ĐÁ
• 2.1. Co ngót bê tông
• 2.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến biến dạng co ngót của bê tông
• 2.3. Các yếu tố ảnh hƣởng đến biến dạng co ngót của bê tông có sử dụng cát mịn phối trộn cát ghiền
• 2.4. Một số mô hình dự báo biến dạng co ngót của bê tông theo các tiêu chuẩn hiện hành
• 2.4.1. Tiêu chuẩn Việt Nam 11823:2017
• 2.4.2. Tiêu chuẩn ACI 209
• 2.4.3. Tiêu chuẩn châu Âu CEB FIP 2010
• 2.4.4. Tiêu chuẩn EUROCODE 2
• 2.4.5. Tiêu chuẩn Anh quốc BS 8110
• 2.4.6. Tiêu chuẩn Xây dựng Nga
• 2.4.7. Tiêu chuẩn Úc AS 3600
• 2.4.8. Tiêu chuẩn Nhật Bản JCSE 2007
• 2.4.9. Tiêu chuẩn ngành 22 TCN 272-05
• 2.4.10. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012
• 2.4.11. Phân tích, đánh giá các mô hình tính toán biến dạng co ngót
• 2.4.12. Nhận xét về mô hình dự báo co ngót
• 2.5. Phƣơng pháp thực nghiệm xác định biến dạng co ngót của bê tông theo các tiêu chuẩn hiện hành
• 2.6. Xây dựng công thức dự báo biến dạng co ngót của bê tông từ kết quả thực nghiệm
• 2.7. Ảnh hƣởng của co ngót đến biến dạng dài hạn của dầm bê tông cốt thép
• 2.7.1. Ảnh hƣởng của biến dạng co ngót đến độ võng của dầm bê tông cốt thép
• 2.7.2. Phân tích ảnh hƣởng của biến dạng dài hạn đến sự hình thành và phát triển độ vồng của dầm Super T
• 2.8. Kết luận chƣơng 2
• 3. CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ ẢNH HƢỞNG CỦA TÍNH CHẤT VẬT LIỆU CÁT MỊN PHỐI TRỘN CÁT NGHIỀN ĐẾN CÁC ĐẶC TRƢNG CƠ HỌC VÀ BIẾN DẠNG CO NGÓT CỦA BÊ TÔNG TỪ ĐÁ
• 3.1. Kết quả khảo sát một số mỏ cát mịn và cát nghiền khu vực đồng bằng sông Cửu Long
• 3.1.1. Kết quả khảo sát các mỏ cát mịn
• 3.1.2. Kết quả khảo sát các mỏ cát nghiền
• 3.2. Kết quả phối trộn cát nghiền với cát mịn thành cát hỗn hợp
• 3.3. Thiết kế thành phần bê tông
• 3.3.1. Phƣơng pháp tính toán
• 3.3.2. Vật liệu sử dụng
• 3.3.3. Xác định cấp phối tối ƣu theo lý thuyết Fuller
• 3.4. Công tác thí nghiệm các đặc trƣng cƣờng độ bê tông
• 3.5. Kết quả thí nghiệm
• 3.5.1. Ảnh hƣởng của tỉ lệ trộn CN/CM đến các đặc trƣng cơ học của bê tông
• 3.5.2. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng bột đá đến các đặc trƣng cơ học của bê tông
• 3.5.3. Ảnh hƣởng của đá gốc sản xuất cát nghiền
• 3.6. Phân tích kết quả thí nghiệm
• 3.6.1. Phân tích ảnh hƣởng của tỉ lệ trộn cát nghiền/cát mịn đến các đặc trƣng cơ học của bê tông
• 3.6.2. Phân tích ảnh hƣởng của hàm lƣợng bột đá đến các đặc trƣng cơ học của bê tông
• 3.6.3. Phân tích ảnh hƣởng của đá gốc sản xuất cát nghiền đến các các đặc trƣng cơ học của bê tông
• 3.7. Thiết lập phƣơng trình quan hệ giữa các tính chất của vật liệu với tính năng cơ học của bê tông
• 3.7.1. Phƣơng trình quan hệ giữa tỉ lệ trộn cát nghiền/cát mịn với các tính năng cơ học của bê tông
• 3.7.2. Phƣơng trình quan hệ giữa hàm lƣợng bột đá với các tính năng cơ học của bê tông
• 3.8. Nội dung thí nghiệm biến dạng co ngót bê tông
• 3.8.1. Kế hoạch thí nghiệm
• 3.8.2. Buồng khí hậu
• 3.8.3. Mẫu thí nghiệm biến dạng co ngót
• 3.8.4. Quy trình đo biến dạng co ngót
• 3.8.5. Tính toán kết quả
• 3.9. Kết quả thí nghiệm co ngót
• 3.9.1. Nhóm 1: Biến dạng co ngót của các tổ mẫu thay đổi tỉ lệ phối trộn CN/CM
• 3.9.2. Nhóm 2: Biến dạng co ngót của các tổ mẫu thay đổi hàm lƣợng bột đá
• 3.9.3. Nhóm 3: Biến dạng co ngót của các tổ mẫu thay đổi loại đá gốc sản xuất cát nghiền
• 3.9.4. Nhóm 4: Biến dạng co ngót của các tổ mẫu đƣợc so sánh với mẫu đối chứng bê tông sử dụng cát vàng sông Lô
• 3.9.5. Nhóm 5: Biến dạng co ngót của các tổ mẫu đƣợc so sánh với các tiêu chuẩn hiện hành
• 3.9.6. Nhóm 6: Ảnh hƣởng của biến dạng co ngót đến sự làm việc của kết cấu bê tông
• 3.10. Phân tích, đánh giá ảnh hƣởng của tính chất vật liệu đến biến dạng co ngót
• 3.10.1. Nhóm 1: Ảnh hƣởng của tỉ lệ phối trộn CN/CM
• 3.10.2. Nhóm 2: Ảnh hƣởng của hàm lƣợng bột đá
• 3.10.3. Nhóm 3: Ảnh hƣởng của đá gốc sản xuất cát nghiền
• 3.11. Nhóm 4: So sánh biến dạng do co ngót của bê tông cát mịn phối trộn cát nghiền với bê tông vàng sông Lô
• 3.12. Nhóm 5: So sánh kết quả nghiên cứu với các tiêu chuẩn hiện hành
• 3.13. Nhóm 6: Ảnh hƣởng của ứng suất do co ngót đến kết cấu bê tông
• 3.14. Xây dựng công thức xác định biến dạng co ngót bê tông có sử dụng cát mịn phối trộn cát ghiền
• 3.14.1. Xây dựng công thức theo tiêu chuẩn CEB FIP 2010
• 3.14.2. Xây dựng công thức theo tiêu chuẩn ACI 209
• 3.15. Kết luận chƣơng 3
• 4. CHƢƠNG 4: PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG CỦA CO NGÓT ĐẾN BIẾN DẠNG DÀI HẠN CỦA KẾT CẤU DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP
• 4.1. Nghiên cứu thực nghiệm xác định độ võng dài hạn của dầm BTCT do biến dạng co ngót của bê tông
• 4.1.2. Xây dựng mô hình thí nghiệm
• 4.1.3. Chế tạo mẫu thí nghiệm
• 4.1.4. Bố trí dụng cụ đo
• 4.1.5. Các bƣớc tiến hành thí nghiệm
• 4.1.6. Xử lý kết quả thí nghiệm
• 4.1.7. Đánh giá kết quả đo theo các tiêu chuẩn tính toán hiện hành
• 4.2. Xây dựng công thức quan hệ giữa mô đun đàn hồi với biến dạng co ngót và độ võng
• 4.2.1. Lập công thức theo phƣơng pháp lực nén tƣơng đƣơng
• 4.2.2. Kết quả tính toán ứng suất kéo tại đáy dầm
• 4.2.3. Kết quả tính toán độ võng của dầm theo nguyên lý ứng suất biến dạng
• 4.2.4. Công thức xác định mô đun đàn hồi có hiệu từ kết quả thực nghệm
• 4.3. Phân tích ảnh hƣởng của biến dạng co ngót và trình tự thi công đến biến dạng dài hạn của dầm bê tông dự ứng lực căng trƣớc Super T
• 4.3.1. Cấu tạo dầm Super T
• 4.3.2. Các thông số về vật liệu đầu vào
• 4.3.3. Kết quả theo dõi độ vồng các dầm Super T tại hiện trƣờng
• 4.3.4. Kết quả tính toán độ vồng từ các số liệu đo biến dạng co ngót
• 4.4. Nghiên cứu tính toán ảnh hƣởng quá trình thi công đến biến dạng dài hạn của dầm Super T
• 4.5. Kết luận chƣơng 4
• KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ
• CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC 1: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU
• PHỤ LỤC 2: THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG VÀ CÁC KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TÍNH NĂNG CƠ HỌC CỦA BÊ TÔNG
• PHỤ LỤC 3: KẾT QUẢ ĐO BIẾN DẠNG CO NGÓT CỦA BÊ TÔNG
• PHỤ LỤC 4: THUẬT TOÁN TỐI ƢU HÓA BẦY ĐÀN (PSO)

Tóm tắt

I. Tổng quan về bê tông và biến dạng co ngót

Nghiên cứu về co ngót bê tông sử dụng cát mịn phối trộn cát nghiền từ đá trong xây dựng cầu là một lĩnh vực quan trọng trong ngành xây dựng. Bê tông là vật liệu chính trong xây dựng cầu, và việc hiểu rõ về tính chất bê tông là cần thiết. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng cát mịn và cát nghiền có ảnh hưởng lớn đến độ bền bê tông và biến dạng co ngót. Việc phối trộn hai loại cát này có thể cải thiện tính năng cơ học của bê tông, đồng thời giảm thiểu hiện tượng co ngót. Theo nghiên cứu, tỉ lệ phối trộn giữa cát nghiền và cát mịn có thể điều chỉnh để đạt được hiệu quả tối ưu trong xây dựng cầu.

1.1 Giới thiệu về vật liệu cát hỗn hợp

Cát hỗn hợp được tạo ra từ việc phối trộn cát mịn và cát nghiền. Cát mịn thường có kích thước hạt nhỏ hơn, giúp tăng cường độ kết dính của bê tông. Ngược lại, cát nghiền từ đá có thể cung cấp độ cứng và khả năng chịu lực tốt hơn. Sự kết hợp này không chỉ cải thiện tính chất bê tông mà còn giảm thiểu chi phí vật liệu. Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng cát nghiền có thể làm giảm lượng nước cần thiết trong quá trình trộn bê tông, từ đó giảm thiểu biến dạng co ngót.

1.2 Ảnh hưởng của tỉ lệ phối trộn cát

Tỉ lệ phối trộn giữa cát nghiền và cát mịn có ảnh hưởng trực tiếp đến tính năng cơ học và biến dạng co ngót của bê tông. Nghiên cứu cho thấy rằng tỉ lệ 60% cát nghiền và 40% cát mịn mang lại kết quả tốt nhất về cường độ chịu nén và khả năng chống co ngót. Việc điều chỉnh tỉ lệ này có thể giúp tối ưu hóa các đặc tính của bê tông, từ đó nâng cao hiệu quả trong xây dựng cầu.

II. Cơ sở lý thuyết nghiên cứu biến dạng co ngót

Biến dạng co ngót của bê tông là một hiện tượng tự nhiên xảy ra khi nước trong bê tông bay hơi, dẫn đến sự co lại của vật liệu. Các yếu tố như độ ẩm, nhiệt độ, và tỉ lệ nước/xi măng đều ảnh hưởng đến biến dạng co ngót. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng cát nghiền có thể làm giảm đáng kể hiện tượng này. Các tiêu chuẩn hiện hành như ACI và CEB/FIP đã đưa ra các mô hình dự đoán biến dạng co ngót dựa trên các yếu tố vật liệu và điều kiện môi trường. Việc áp dụng các tiêu chuẩn này trong thực tiễn xây dựng cầu sẽ giúp cải thiện độ bền và tuổi thọ của công trình.

2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng co ngót

Các yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng co ngót bao gồm tỉ lệ nước/xi măng, loại cát sử dụng, và điều kiện môi trường. Nghiên cứu cho thấy rằng tỉ lệ nước/xi măng cao có thể dẫn đến biến dạng co ngót lớn hơn. Ngoài ra, việc sử dụng cát nghiền có thể giúp giảm thiểu hiện tượng này nhờ vào cấu trúc hạt của nó. Các nghiên cứu thực nghiệm đã chỉ ra rằng bê tông sử dụng cát nghiền có khả năng chống co ngót tốt hơn so với bê tông sử dụng cát tự nhiên.

2.2 Mô hình dự báo biến dạng co ngót

Nhiều mô hình đã được phát triển để dự đoán biến dạng co ngót của bê tông. Các tiêu chuẩn như ACI 209 và CEB/FIP 2010 cung cấp các công thức tính toán dựa trên các yếu tố như tỉ lệ nước/xi măng và loại cát sử dụng. Việc áp dụng các mô hình này trong thực tiễn sẽ giúp các kỹ sư dự đoán chính xác hơn về biến dạng co ngót và từ đó có các biện pháp khắc phục kịp thời.

III. Nghiên cứu thực nghiệm và phân tích

Nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện để đánh giá ảnh hưởng của cát mịn và cát nghiền đến biến dạng co ngót của bê tông. Các mẫu bê tông được chế tạo với các tỉ lệ phối trộn khác nhau và được theo dõi trong điều kiện môi trường khác nhau. Kết quả cho thấy rằng bê tông sử dụng cát nghiền có biến dạng co ngót thấp hơn so với bê tông sử dụng cát tự nhiên. Điều này cho thấy rằng việc sử dụng cát nghiền không chỉ cải thiện tính chất bê tông mà còn giúp giảm thiểu các vấn đề liên quan đến biến dạng co ngót.

3.1 Kết quả khảo sát

Kết quả khảo sát cho thấy rằng các mỏ cát mịn và cát nghiền tại khu vực đồng bằng sông Cửu Long có chất lượng tốt, phù hợp cho việc sản xuất bê tông. Các mẫu cát được phân tích về kích thước hạt, độ ẩm và thành phần hóa học. Kết quả cho thấy rằng cát nghiền từ đá vôi có khả năng cải thiện đáng kể tính chất bê tông và giảm thiểu biến dạng co ngót.

3.2 Phân tích kết quả thí nghiệm

Phân tích kết quả thí nghiệm cho thấy rằng tỉ lệ phối trộn giữa cát nghiền và cát mịn có ảnh hưởng lớn đến cường độ bê tông và biến dạng co ngót. Các mẫu bê tông với tỉ lệ 60% cát nghiền và 40% cát mịn cho kết quả tốt nhất về cường độ chịu nén và khả năng chống co ngót. Việc áp dụng tỉ lệ này trong thực tiễn xây dựng cầu sẽ giúp nâng cao hiệu quả và độ bền của công trình.