Nghiên cứu hiệu quả dầm bê tông cốt thép sử dụng tro bay và xỉ lò cao làm chất kết dính geopolymer

LỜI CAM ĐOAN

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU

DANH MỤC BẢNG BIỂU

DANH MỤC HÌNH VẼ

MỞ ĐẦU

0.1. Lý do lựa chọn đề tài

0.2. Mục đích nội dung nghiên cứu

0.3. Đối tượng phạm vi nghiên cứu

0.4. Cơ sở khoa học của luận án

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU GPC VÀ SỰ LÀM VIỆC CỦA DẦM GPC CỐT THÉP

1.1. Giới thiệu về bê tông geopolymer

1.1.1. Khái niệm bê tông geopolymer

1.1.2. Thành phần vật liệu của chất kết dính geopolymer

1.1.3. Ứng dụng bê tông geopolymer trên thế giới

1.1.4. Nghiên cứu ứng dụng bê tông geopolymer tại Việt Nam

1.2. Kết quả nghiên cứu về chế tạo và đặc trưng cơ học của GPC

1.2.1. Cấp phối và chế tạo vật liệu

1.2.2. Quan hệ cường độ chịu nén và chịu kéo

1.2.3. Mô đun đàn hồi và hệ số poisson

1.2.4. Quan hệ ứng suất - biến dạng

1.2.5. Đặc trưng cơ học dài hạn và độ bền vững

1.3. Kết quả nghiên cứu về lực dính và ứng xử của dầm GPC cốt thép

1.3.1. Nghiên cứu về lực dính giữa bê tông và cốt thép

1.3.2. Nghiên cứu của về sự làm việc của dầm GPC cốt thép

1.4. Lý thuyết tính toán về sự làm việc trên tiết diện thẳng góc của dầm OPC cốt thép

1.4.1. Mô hình quan hệ ứng suất - biến dạng của vật liệu OPC

1.4.2. Lý thuyết tính toán trên TDTG của dầm BTCT theo TCVN 5574: 2018 [15]

1.5. Nhận xét chương 1

2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO VÀ ĐẶC TRƯNG CƠ HỌC BÊ TÔNG GEOPOLYMER

2.1. Nguyên tắc xây dựng cấp phối

2.2. Phương pháp xác định đặc trưng cơ học của vật liệu

2.3. Vật liệu chế tạo GPC

2.3.1. Vật liệu chế tạo chất kết dính

2.4. Thực nghiệm khảo sát cấp phối chế tạo GPC

2.4.1. Xây dựng cấp phối khảo sát chế tạo GPC

2.4.2. Qui trình chế tạo vật liệu GPC

2.4.3. Kết quả khảo sát cấp phối chế tạo GPC

2.5. Thực nghiệm xác định đặc trưng cơ học của bê tông

2.5.1. Qui trình thí nghiệm đặc trưng cơ học GPC

2.5.2. Cường độ chịu nén

2.5.3. Cường độ chịu kéo

2.5.4. Mô đun đàn hồi

2.5.5. Quan hệ ứng suất biến dạng của GPC

2.6. Nhận xét chương 2

3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC TRÊN TIẾT DIỆN THẲNG GÓC CỦA DẦM GPC CỐT THÉP

3.1. Quan hệ ứng suất - biến dạng của vật liệu GPC

3.1.1. Nguyên tắc lựa chọn mô hình quan hệ ứng suất – biến dạng

3.1.2. Đề xuất mô hình quan hệ ứng suất - biến dạng cho GPC

3.1.3. Mô đun đàn hồi và hệ số poát-xông

3.2. Các giai đoạn làm việc trên tiết diện thẳng góc của dầm GPC cốt thép

3.2.1. Giai đoạn đàn hồi và tiết diện chưa nứt

3.2.2. Giai đoạn sau khi nứt

3.2.3. Giai đoạn phá hoại

3.3. Mô men kháng nứt của dầm GPC cốt thép

3.3.1. Xây dựng công thức tính mô men kháng nứt

3.3.2. Đề xuất hệ số 𝜸𝜸 xét đến biến dạng dẻo vùng kéo của bê tông GPC

3.4. Tính toán khả năng chịu lực trên tiết diện thẳng góc của dầm GPC cốt thép

3.4.1. Phương pháp tính theo biến dạng phi tuyến

3.4.2. Phương pháp tính theo nội lực giới hạn

3.5. Kiểm chứng công thức đề xuất cho dầm GPC cốt thép

3.5.1. Kiểm tính mô men kháng nứt

3.5.2. Kiểm tính khả năng chịu lực

3.6. Nhận xét chương 3

4. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ MÔ PHỎNG SỐ SỰ LÀM VIỆC CỦA DẦM GPC CỐT THÉP

4.1. Nghiên cứu thực nghiệm sự làm việc của dầm GPC cốt thép

4.1.1. Mục tiêu nghiên cứu

4.1.2. Thiết kế mô hình thí nghiệm

4.1.3. Thí nghiệm các đặc trưng cơ học của vật liệu

4.1.4. Trình tự và xử lý kết quả thí nghiệm dầm

4.1.5. Đánh giá kết quả thí nghiệm

4.2. Mô phỏng số sự làm việc của dầm GPC cốt thép

4.2.1. Xây dựng mô hình số dầm GPC cốt thép bằng phương pháp PTHH

4.2.2. Phân tích kết quả mô phỏng số

4.2.3. So sánh kết quả thực nghiệm và mô phỏng số sự làm việc của dầm GPC cốt thép

4.3. Về ứng xử của vật liệu bê tông và cốt thép trên TDTG

4.4. Về mô men kháng nứt và khả năng chịu lực

4.5. Nhận xét Chương 4

KẾT LUẬN

DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC A

PHỤ LỤC B

PHỤ LỤC C

PHỤ LỤC D

PHỤ LỤC E

I. Giới thiệu về bê tông geopolymer và ứng dụng

Bê tông geopolymer (GPC) là vật liệu xây dựng mới, sử dụng tro bay và xỉ lò cao làm chất kết dính geopolymer thay thế xi măng truyền thống. Nghiên cứu hiệu quả của vật liệu này nhằm giảm thiểu tác động môi trường từ sản xuất xi măng, đồng thời tận dụng nguồn phế thải công nghiệp. Vật liệu xây dựng này có tiềm năng lớn trong việc tạo ra bê tông bền vững và thân thiện môi trường. Các ứng dụng của GPC trên thế giới bao gồm kết cấu mặt đường, bản mặt cầu, tường chắn và bể nước.

1.1. Khái niệm và thành phần bê tông geopolymer

Bê tông geopolymer được tạo thành từ tro bay và xỉ lò cao, kết hợp với chất hoạt hóa kiềm. Chất kết dính geopolymer có cấu trúc polyme, giúp cải thiện tính chất cơ học và độ bền của bê tông. Vật liệu xây dựng này không chỉ giảm lượng khí CO2 phát thải mà còn tận dụng nguồn phế thải công nghiệp, góp phần tái chế chất thải hiệu quả.

1.2. Ứng dụng bê tông geopolymer trong xây dựng

Bê tông geopolymer đã được ứng dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng như mặt đường, cầu, tường chắn và bể nước. Công nghệ geopolymer mang lại hiệu quả cao trong việc tạo ra kết cấu bê tông bền vững và thân thiện môi trường. Ứng dụng tro bay và xỉ lò cao trong xây dựng không chỉ giảm chi phí mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

II. Nghiên cứu chế tạo và đặc trưng cơ học của bê tông geopolymer

Nghiên cứu hiệu quả của dầm bê tông cốt thép sử dụng tro bay và xỉ lò cao làm chất kết dính geopolymer tập trung vào việc xác định các đặc trưng cơ học của vật liệu. Vật liệu xây dựng này được chế tạo từ nguồn nguyên liệu địa phương, đảm bảo tính khả thi và hiệu quả kinh tế. Các đặc trưng cơ học như cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo và mô đun đàn hồi được nghiên cứu kỹ lưỡng.

2.1. Cấp phối và chế tạo vật liệu GPC

Quá trình chế tạo bê tông geopolymer bắt đầu với việc xây dựng cấp phối phù hợp từ tro bay và xỉ lò cao. Chất kết dính geopolymer được hoạt hóa bằng chất hoạt hóa kiềm dạng bột khô, đảm bảo tính đồng nhất và ổn định của vật liệu. Kỹ thuật xây dựng hiện đại được áp dụng để tối ưu hóa quy trình chế tạo.

2.2. Đặc trưng cơ học của bê tông GPC

Các đặc trưng cơ học của bê tông geopolymer bao gồm cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo và mô đun đàn hồi. Nghiên cứu hiệu quả cho thấy vật liệu này có khả năng cải thiện hiệu suất dầm bê tông so với bê tông truyền thống. Vật liệu thân thiện môi trường này cũng thể hiện tính bền vững cao trong điều kiện khắc nghiệt.

III. Nghiên cứu sự làm việc của dầm bê tông cốt thép GPC

Nghiên cứu hiệu quả của dầm bê tông cốt thép sử dụng tro bay và xỉ lò cao làm chất kết dính geopolymer tập trung vào việc đánh giá ứng xử của dầm trên tiết diện thẳng góc. Kết cấu bê tông này được thiết kế để chịu tải trọng ngắn hạn, với mục tiêu cải thiện hiệu suất dầm bê tông và đảm bảo độ bền vững của công trình.

3.1. Quan hệ ứng suất biến dạng của vật liệu GPC

Quan hệ ứng suất - biến dạng của bê tông geopolymer được nghiên cứu để xác định các giai đoạn làm việc của dầm. Công nghệ geopolymer giúp cải thiện khả năng chịu lực và độ bền của vật liệu, đảm bảo hiệu quả trong các kỹ thuật xây dựng hiện đại.

3.2. Khả năng chịu lực của dầm GPC cốt thép

Khả năng chịu lực của dầm bê tông cốt thép sử dụng tro bay và xỉ lò cao được đánh giá thông qua các thí nghiệm thực nghiệm. Nghiên cứu hiệu quả cho thấy vật liệu này có khả năng cải thiện hiệu suất dầm bê tông và đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật trong xây dựng.

IV. Thực nghiệm và mô phỏng số sự làm việc của dầm GPC

Nghiên cứu hiệu quả của dầm bê tông cốt thép sử dụng tro bay và xỉ lò cao được kiểm chứng thông qua thực nghiệm và mô phỏng số. Công nghệ geopolymer được áp dụng để đánh giá ứng xử của dầm trong điều kiện thực tế, đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của kết quả nghiên cứu.

4.1. Thực nghiệm sự làm việc của dầm GPC

Các thí nghiệm thực nghiệm được tiến hành để đánh giá ứng xử của dầm bê tông cốt thép sử dụng tro bay và xỉ lò cao. Nghiên cứu hiệu quả cho thấy vật liệu này có khả năng cải thiện hiệu suất dầm bê tông và đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật trong xây dựng.

4.2. Mô phỏng số sự làm việc của dầm GPC

Mô phỏng số được sử dụng để kiểm chứng kết quả thực nghiệm và đánh giá ứng xử của dầm bê tông cốt thép trong điều kiện thực tế. Công nghệ geopolymer giúp cải thiện độ chính xác và độ tin cậy của kết quả nghiên cứu, đảm bảo hiệu quả trong các kỹ thuật xây dựng hiện đại.

Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu hiệu quả của dầm bê tông cốt thép sử dụng tro bay và xỉ lò cao làm chất kết dính geopolymer