Luận văn thạc sĩ HCMUTE: Nghiên cứu khả năng chịu lực của dầm bê tông geopolymer

• Tác giả: Nguyễn Đức Hoành
• Người hướng dẫn: TS. Phan Đức Hùng
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng
• Đề tài: Nghiên Cứu Khả Năng Chịu Lực Của Dầm Bê Tông Geopolymer
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU
• 1.1. Khái quát về Geopolymer
• 1.1.1. Giới thiệu chung
• 1.1.2. Quá trình nghiên cứu Geopolymer
• 1.1.3. Các kết quả ứng dụng
• 1.2. Sự cần thiết của đề tài và mục tiêu nghiên cứu
• 1.2.1. Sự cần thiết của đề tài
• 1.2.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.2.3. Nhiệm vụ và giới hạn đề tài
• 1.2.4. Phương pháp nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Giới thiệu tro bay
• 2.2. Phân loại tro bay
• 2.3. Thủy tinh lỏng và quá trình tạo thành thủy tinh lỏng
• 2.3.1. Thủy tinh lỏng
• 2.3.2. Quá trình tạo thành thủy tinh lỏng
• 2.4. Cấu trúc của Geopolymer
• 2.4.1. Sự tạo thành liên kết ion và liên kết cộng hóa trị trong cấu trúc
• 2.4.2. Cấu trúc Geopolymer
• 2.5. Quá trình Geopolymer hóa
• 2.5.1. Tách thành phần Si và Al ra khỏi nguồn nguyên liệu ban đầu
• 2.5.2. Tạo thành monomer
• 2.5.3. Phản ứng trùng ngưng giữa các monomer tạo thành polymer
• 2.5.4. Cấu trúc vi mô của Geopolymer từ tro bay
• 2.6. Bê tông Geopolymer
• 2.6.1. Xác định cấp phối bê tông Geopolymer từ tro bay
• 2.6.2. Chế tạo bê tông Geopolymer từ tro bay
• 2.6.3. Dưỡng hộ nhiệt bê tông Geopolymer từ tro bay
• 2.7. Dầm bê tông Geopolymer
• 2.7.1. Xác định khả năng chịu lực của dầm theo trạng thái giới hạn thứ 1
• 2.7.2. Tính toán theo trạng thái giới hạn 2
• 2.7.3. Tải trọng hình thành vết nứt
• 3. CHƯƠNG 3: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
• 3.1. Nguyên liệu sử dụng
• 3.2. Thí nghiệm cấp phối mẫu bê tông
• 3.2.1. Tính toán lựa chọn cấp phối
• 3.2.2. Quy trình thí nghiệm mẫu
• 3.3. Thí nghiệm cấu kiện dầm
• 3.3.1. Gia công cốp pha
• 3.3.2. Gia công cốt thép
• 3.3.3. Nhào trộn và đúc khuôn
• 3.3.4. Dưỡng hộ nhiệt
• 3.3.5. Lắp đặt và thí nghiệm
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Mẫu bê tông
• 4.2. Cấu kiện dầm
• 4.2.1. Chuyển vị giữa nhịp (L/2)
• 4.2.2. Kết quả chuyển vị tại L/4
• 4.2.3. Biến dạng tại giữa dầm
• 4.2.4. Tải trọng xuất hiện vết nứt và tải trọng tới hạn
• 4.3. Tính toán lý thuyết
• 4.3.1. Tính toán khả năng chịu lực của dầm theo trạng thái giới hạn thứ 1
• 4.3.2. Tính toán theo trạng thái giới hạn 2
• 4.3.3. Tải trọng hình thành vết nứt
• 4.3.4. Mô phỏng Ansys
• 4.3.5. Tổng hợp kết quả và thảo luận
• 4.3.5.1. Khả năng tải trọng của dầm
• 4.3.5.2. Độ võng của dầm
• 4.3.5.3. Sự hình thành vết nứt và chiều rộng vết nứt
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
• 5.1. Kết luận
• 5.2. Một số vấn đề tồn tại
• 5.3. Hướng phát triển đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về nghiên cứu

Nghiên cứu khả năng chịu lực của dầm bê tông geopolymer tại HCMUTE được thực hiện nhằm đánh giá tính khả thi của loại vật liệu này trong xây dựng. Geopolymer là một loại vật liệu mới, được phát triển từ những năm cuối thế kỷ XX, với khả năng thay thế xi măng truyền thống. Việc sử dụng vật liệu xây dựng thân thiện với môi trường như bê tông geopolymer không chỉ giúp giảm thiểu khí thải CO2 mà còn tận dụng phế thải công nghiệp như tro bay. Nghiên cứu này không chỉ có ý nghĩa lý thuyết mà còn mang lại giá trị thực tiễn cao trong ngành xây dựng.

1.1. Khái quát về Geopolymer

Geopolymer là loại vật liệu có cấu trúc polymer vô cơ, được hình thành từ các khoáng vật aluminosilicate. Theo Joseph Davidovits, bất kỳ nguyên liệu nào chứa dioxide silic và oxide nhôm đều có thể tạo ra geopolymer. Nghiên cứu cho thấy, bê tông geopolymer có khả năng chịu lực tương đương hoặc cao hơn so với bê tông truyền thống. Điều này mở ra hướng đi mới cho ngành xây dựng, đặc biệt trong bối cảnh cần giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

1.2. Sự cần thiết của đề tài

Ô nhiễm môi trường do khí thải từ ngành sản xuất xi măng truyền thống là một vấn đề nghiêm trọng. Việc sản xuất 1 tấn xi măng thải ra khoảng 1 tấn CO2. Do đó, nghiên cứu và phát triển chất kết dính geopolymer là cần thiết để giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường. Bên cạnh đó, việc sử dụng tro bay từ các nhà máy nhiệt điện cũng giúp giảm thiểu lượng chất thải, đồng thời tạo ra sản phẩm xây dựng có chất lượng cao.

II. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện thông qua các thí nghiệm thực nghiệm và mô phỏng bằng phần mềm ANSYS. Các mẫu dầm bê tông geopolymer được chế tạo từ tro bay và các chất kết dính kiềm hoạt hóa. Thí nghiệm được tiến hành để xác định khả năng chịu lực của dầm, bao gồm việc đo đạc tải trọng, độ võng và sự hình thành vết nứt. Kết quả thực nghiệm sẽ được so sánh với lý thuyết tính toán để đánh giá độ chính xác và tính khả thi của phương pháp.

2.1. Nguyên liệu sử dụng

Nguyên liệu chính cho nghiên cứu bao gồm tro bay, thủy tinh lỏng và các chất hoạt hóa kiềm. Tro bay được chọn vì nó chứa nhiều thành phần oxit nhôm và silic, giúp tăng cường tính chất của bê tông geopolymer. Thủy tinh lỏng đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra liên kết trong cấu trúc geopolymer. Việc lựa chọn nguyên liệu phù hợp là yếu tố quyết định đến chất lượng và khả năng chịu lực của dầm.

2.2. Quy trình thí nghiệm

Quy trình thí nghiệm bao gồm các bước như gia công cốp pha, gia công cốt thép, nhào trộn và đúc khuôn. Sau khi đúc, các mẫu dầm sẽ được dưỡng hộ nhiệt để đảm bảo quá trình phản ứng geopolymer hóa diễn ra hiệu quả. Các thí nghiệm sẽ được thực hiện để đo đạc các thông số như tải trọng xuất hiện vết nứt, độ võng và biến dạng của dầm. Kết quả thu được sẽ được phân tích và thảo luận để đưa ra những nhận định chính xác về khả năng chịu lực của dầm bê tông geopolymer.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả thí nghiệm cho thấy dầm bê tông geopolymer có khả năng chịu lực tương đương với dầm bê tông xi măng truyền thống. Các thông số như tải trọng xuất hiện vết nứt và độ võng đều nằm trong giới hạn cho phép. Điều này chứng tỏ rằng geopolymer không chỉ là một giải pháp thay thế khả thi mà còn có thể được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng. Việc sử dụng bê tông geopolymer không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn mang lại hiệu quả kinh tế cao.

3.1. Khả năng chịu lực của dầm

Kết quả phân tích cho thấy khả năng chịu lực của dầm bê tông geopolymer đạt yêu cầu thiết kế. Các mẫu dầm đều cho thấy ứng xử chịu uốn tương tự như dầm bê tông truyền thống. Điều này mở ra cơ hội cho việc sử dụng bê tông geopolymer trong các công trình xây dựng lớn, đặc biệt là trong bối cảnh cần giảm thiểu khí thải CO2 từ ngành xây dựng.

3.2. Độ bền và tính ổn định

Bê tông geopolymer cho thấy độ bền cao hơn so với bê tông xi măng truyền thống trong các điều kiện môi trường khắc nghiệt. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng bê tông geopolymer có khả năng chống lại sự ăn mòn hóa học tốt hơn, điều này rất quan trọng trong các ứng dụng xây dựng công trình công nghiệp và dân dụng. Việc sử dụng vật liệu geopolymer không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn bảo vệ môi trường.