Nghiên cứu tính chất bê tông cốt sợi polypropylene trong kỹ thuật xây dựng

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích kỹ thuật xây dựng nghiên cứu tính chất bê tông cốt sợi polypropylene dùng cho cấu kiện tấm mỏng, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất

• Tác giả: Ngô Đức Thành
• Người hướng dẫn: PGS.TS Trần Văn Miền
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP.HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng
• Đề tài: Nghiên Cứu Tính Chất Bê Tông Cốt Sợi Polypropylene Dùng Cho Cấu Kiện Tấm Mỏng
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH SÁCH HÌNH
• DANH SÁCH BẢNG
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
• 1.2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
• 1.3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
• 1.4. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
• 1.5. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC VÀ TRONG NƯỚC
• 1.5.1. Một số nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới
• 1.5.2. Những nghiên cứu trong nước
• 1.6. MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
• 2.1. CẤU TRÚC CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG [10]
• 2.2. BÊ TÔNG CỐT SỢI POLYPROPYLENE
• 2.2.1. Tính chất của sợi Polypropylene [15]
• 2.2.2. Mục đích sử dụng sợi PP trong bê tông [17]
• 2.2.3. Tương tác giữa sợi và bê tông nền [11]
• 2.2.4. Ứng xử của sợi trong vật liệu nền [22]
• 2.3. PHỤ GIA POLYMER
• 2.4. ĐỘ LƯU ĐỘNG CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG CỐT SỢI [23]
• 2.4.1. Ảnh hưởng của tỉ số đặc trưng bề mặt đối với độ lưu động của hỗn hợp bê tông cốt sợi [23]
• 2.4.2. Ảnh hưởng của thể tích vữa ximăng đối với độ lưu động của hỗn hợp bê tông cốt sợi PP [23]
• 3. CHƯƠNG 3: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. NGUYÊN VẬT LIỆU
• 3.1.1. Cốt liệu nhỏ (Cát)
• 3.1.2. Phụ gia siêu dẻo [30]
• 3.1.3. Phụ gia Polymer tăng bám dính (Vinnapas 4115N) [33]
• 3.2. THIẾT KẾ CẤP PHỐI
• 3.2.1. Cấp phối bê tông cốt sợi Polypropylen
• 3.2.2. Quy trình nhào trộn hỗn hợp bê tông cốt sợi PP
• 3.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.3.1. Phương pháp đo độ lưu động (TCVN 3121-3:2003) [35]
• 3.3.2. Phương pháp xác định cường độ uốn (TCVN 3121-11:2003) [35]
• 3.3.3. Phương pháp xác định cường độ nén (TCVN 3121-11:2003) [35]
• 3.3.4. Phương pháp xác định cường độ chịu kéo khi uốn của phào chỉ (TCVN 3119:1993) [36]
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
• 4.1. ĐỘ XÒE CỦA MẪU VỮA XI MĂNG
• 4.2. CƯỜNG ĐỘ CHỊU UỐN CỦA MẪU VỮA
• 4.2.1. Xét cường độ chịu uốn của vữa xi măng sử dụng sợi PP (không dùng bột đá vôi và không phụ gia Polymer)
• 4.2.2. Xét cường độ chịu uốn của vữa xi măng sử dụng sợi PP và phụ gia Polymer
• 4.2.3. Xét cường độ chịu uốn của vữa xi măng sử dụng sợi PP và bột đá vôi
• 4.3. CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA MẪU VỮA
• 4.3.1. Xét cường độ chịu nén của hỗn hợp vữa xi măng chỉ sử dụng sợi PP (không sử dụng bột đá vôi và không phụ gia Polymer)
• 4.3.2. Xét cường độ chịu nén của vữa xi măng sử dụng sợi PP và phụ gia Polymer
• 4.3.3. Xét cường độ chịu nén của vữa xi măng sử dụng sợi PP có bổ sung bột đá vôi
• 4.4. CƯỜNG ĐỘ CHỊU UỐN CỦA PHÀO CHỈ
• 4.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

Tóm tắt

I. Giới thiệu về bê tông cốt sợi polypropylene

Bê tông cốt sợi polypropylene (PP) là một loại vật liệu xây dựng tiên tiến, được phát triển nhằm cải thiện các tính chất cơ học của bê tông thông thường. Việc bổ sung sợi polypropylene vào bê tông giúp tăng cường độ bền kéo, độ dẻo dai và khả năng chống nứt. Theo nghiên cứu, bê tông cốt sợi có thể giảm thiểu hiện tượng nứt và tăng cường khả năng chịu lực, đặc biệt trong các cấu kiện tấm mỏng, nơi mà yêu cầu về độ bền và tính thẩm mỹ là rất cao. "Nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng sợi polypropylene giúp cải thiện đáng kể tính chất của bê tông, mở rộng ứng dụng của nó trong xây dựng."

1.1. Tính chất của sợi polypropylene

Sợi polypropylene được biết đến với nhiều ưu điểm như nhẹ, không thấm nước và khả năng chống ăn mòn. Những đặc tính này giúp sợi polypropylene trở thành lựa chọn lý tưởng trong việc cải thiện tính chất của bê tông. Nghiên cứu chỉ ra rằng, việc sử dụng sợi polypropylene trong bê tông không chỉ cải thiện độ bền mà còn giúp tăng cường khả năng chịu va đập và độ dẻo dai. "Sợi polypropylene không chỉ giúp cải thiện cường độ nén mà còn làm tăng khả năng chống nứt của bê tông".

II. Thiết kế cấp phối bê tông cốt sợi polypropylene

Thiết kế cấp phối bê tông cốt sợi polypropylene là một trong những yếu tố quyết định đến chất lượng và hiệu suất của vật liệu. Cấp phối tối ưu sẽ bao gồm tỉ lệ hợp lý giữa sợi polypropylene, ximăng, cát và các phụ gia khác. Nghiên cứu cho thấy, tỉ lệ sợi polypropylene từ 0.5% đến 1% trọng lượng bê tông mang lại hiệu quả tốt nhất về cường độ chịu uốn và khả năng chống nứt. "Cấp phối bê tông cốt sợi polypropylene cần được điều chỉnh phù hợp với từng loại công trình để đạt được hiệu suất tối ưu."

2.1. Phương pháp xác định cấp phối

Để xác định cấp phối bê tông cốt sợi polypropylene, các phương pháp thí nghiệm như đo độ lưu động, cường độ nén và cường độ uốn được áp dụng. Các mẫu bê tông sẽ được thử nghiệm trong điều kiện khác nhau để tìm ra tỉ lệ tối ưu nhất. "Phương pháp thí nghiệm chính xác sẽ giúp đánh giá đúng đắn về tính chất của bê tông cốt sợi polypropylene và từ đó đưa ra những khuyến nghị phù hợp cho ngành xây dựng."

III. Ứng dụng trong xây dựng

Bê tông cốt sợi polypropylene đã được ứng dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng hiện đại. Từ các cấu kiện tấm mỏng như phào chỉ, vách ngăn đến các công trình lớn hơn như cầu, đường, bê tông cốt sợi đã chứng minh được tính năng vượt trội của mình. "Việc ứng dụng bê tông cốt sợi polypropylene không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn nâng cao chất lượng công trình."

3.1. Lợi ích kinh tế và kỹ thuật

Việc sử dụng bê tông cốt sợi polypropylene mang lại nhiều lợi ích kinh tế cho các nhà thầu và chủ đầu tư. Nhờ vào khả năng chống nứt và độ bền cao, công trình có thể giảm thiểu chi phí bảo trì và sửa chữa. "Đầu tư vào bê tông cốt sợi polypropylene là một lựa chọn thông minh cho các công trình xây dựng hiện đại, đảm bảo tính bền vững và hiệu quả kinh tế."

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong kỹ thuật xây dựng hiện đại, bê tông truyền thống bộc lộ nhược điểm cố hữu là vật liệu giòn, khả năng chịu kéo rất thấp chỉ bằng khoảng 10% cường độ chịu nén, khả năng chịu uốn và chống va đập kém. Thực tế sản xuất cho thấy các cấu kiện trang trí kiến trúc dạng tấm mỏng như phào chỉ, tấm ốp mặt dựng ngoài trời hoặc đầu cột khi chế tạo bằng thạch cao hay vữa xi măng thông thường có tỷ lệ nứt vỡ, sứt mẻ trong quá trình thi công và vận chuyển lên tới 15% đến 20%. Dưới tác động của biến thiên nhiệt độ và co ngót dẻo ban đầu, các vết nứt tế vi nhanh chóng mở rộng làm suy giảm nghiêm trọng tuổi thọ và mỹ quan công trình.

Nhằm khắc phục triệt để các hạn chế trên, nghiên cứu tập trung giải quyết bài toán tối ưu hóa cấp phối bê tông vữa cốt sợi polypropylene phân tán ngẫu nhiên kết hợp với phụ gia polymer và bột đá vôi siêu mịn. Mục tiêu cụ thể là xác định tỷ lệ phối trộn tối ưu nhằm gia tăng cường độ chịu kéo khi uốn, triệt tiêu 80% đến 85% hiện tượng nứt bề mặt do co ngót, đồng thời đảm bảo khả năng chống ăn mòn tuyệt đối trong điều kiện tự nhiên.

Nghiên cứu được thực hiện tại Trường Đại học Bách Khoa thuộc Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh trong giai đoạn từ tháng 09 năm 2020 đến tháng 01 năm 2021, bảo vệ thành công vào tháng 02 năm 2021. Đề tài mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn sâu sắc khi cung cấp giải pháp giảm 15% đến 25% khối lượng bản thân kết cấu tấm mỏng, tiết kiệm đáng kể chi phí gia cố thép, đồng thời tạo tiền đề chế tạo các cấu kiện trang trí kiến trúc có hoa văn tinh xảo, kích thước lớn và độ bền cơ học vượt trội.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết cơ học phá hủy bê tông cốt sợi phân tán kết hợp với lý thuyết tương tác pha và hóa lý bề mặt trong hệ đa phân tán xi măng. Cơ chế làm việc của sợi polypropylene trong vật liệu nền xi măng được giải thích thông qua mô hình truyền ứng suất qua vết nứt (crack-bridging mechanism). Khi vật liệu nền xuất hiện vết nứt đầu tiên ở mức 20% đến 40% tải trọng giới hạn, các sợi polypropylene ngẫu nhiên đóng vai trò như những thanh giằng vi mô, truyền tải ứng suất qua hai mép nứt và hấp thụ năng lượng thông qua quá trình biến dạng kéo và trượt ma sát phân cách.

Hệ thống lý thuyết bổ trợ bao gồm cơ chế phân tán của phụ gia siêu dẻo giảm nước thông qua lực đẩy tĩnh điện và hiệu ứng cản trở không gian, giúp các hạt xi măng phân tách đồng đều. Đồng thời, lý thuyết tạo màng polymer của phụ gia Vinnapas 4115N giải thích quá trình hình thành mạng lưới polymer liên tục đan xen trong cấu trúc tinh thể khoáng thủy hóa, tăng cường lực dính kết bề mặt tiếp xúc giữa sợi và đá xi măng. Bốn khái niệm trọng tâm chi phối mô hình nghiên cứu bao gồm: độ dẻo dai sau nứt, tỷ số đặc trưng bề mặt của sợi (tỷ lệ L/D đạt giá trị 90), ứng suất trượt ma sát tới hạn và độ xòe chảy dẻo của hỗn hợp vữa.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập trực tiếp tại Phòng thí nghiệm Bộ môn Vật liệu Xây dựng và Phòng thí nghiệm Kết cấu Công trình thuộc Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh. Hệ nguyên vật liệu chính gồm có: xi măng poóc lăng hỗn hợp PCB40 Nghi Sơn, cát sông tuyển rửa sạch, sợi polypropylene siêu mảnh có chiều dài 40 mm, cường độ kéo danh định 620 MPa và khối lượng riêng 0.9 g/cm³, phụ gia siêu dẻo HI-CRETE FLOWCAST R3030, bột đá vôi CaCO3 siêu mịn và phụ gia polymer tăng bám dính Vinnapas 4115N.

Quy trình thực nghiệm tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam:

• Đo độ lưu động của hỗn hợp vữa bằng bàn dằn tiêu chuẩn theo TCVN 3121-3:2003.
• Đúc mẫu lăng trụ kích thước 40x40x160 mm để xác định cường độ chịu uốn và chịu nén theo TCVN 3121-11:2003 ở các mốc thời gian đóng rắn 1 ngày, 3 ngày, 7 ngày và 28 ngày tuổi.
• Đúc thử nghiệm cấu kiện phào chỉ tấm mỏng thực tế và kiểm tra cường độ chịu kéo khi uốn trên hệ thống máy nén uốn vạn năng Instron theo TCVN 3119:1993.

Phương pháp chọn mẫu thực nghiệm được thiết kế theo mô hình phân tầng có đối chứng với 16 cấp phối khảo sát (từ CP00 đến CP15), tương ứng với hơn 150 mẫu thí nghiệm chuẩn. Cấp phối đối chứng CP00 không sử dụng sợi, trong khi các cấp phối thử nghiệm biến thiên hàm lượng sợi polypropylene từ 0.25% đến 1.0% khối lượng xi măng, kết hợp khảo sát đơn lẻ và đồng thời với 1% đến 3% phụ gia polymer cùng 3% đến 5% bột đá vôi. Việc lựa chọn phương pháp phân tích cơ lý đa mốc thời gian giúp kiểm soát chính xác động học phát triển cường độ và đánh giá trực quan sự chuyển biến trạng thái phá hoại của vật liệu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, việc bổ sung sợi polypropylene phân tán ngẫu nhiên giúp gia tăng vượt bậc cường độ chịu uốn và độ dẻo dai của vật liệu. Tại mốc 28 ngày tuổi, cấp phối sử dụng hàm lượng sợi polypropylene tối ưu từ 0.4% đến 0.75% khối lượng xi măng giúp cường độ chịu uốn tăng từ 25% đến 35% so với mẫu đối chứng CP00. Khả năng chống nứt do co ngót dẻo giảm rõ rệt từ 83% đến 85%, giúp bề mặt cấu kiện láng mịn và không xuất hiện các vết nứt chân chim.

Thứ hai, hàm lượng sợi polypropylene ảnh hưởng có tính phân hóa đến độ lưu động và cường độ nén. Khi tăng tỷ lệ sợi lên mức 1.0% và đặc biệt là 1.25%, độ xòe của vữa giảm mạnh trên 30%, thời gian chảy qua phễu tăng do diện tích bề mặt tiếp xúc lớn cản trở sự dịch chuyển của các hạt cốt liệu. Hiện tượng cuốn khí đi kèm làm tăng độ rỗng thể tích, khiến cường độ chịu nén 28 ngày giảm từ 3% đến 5% ở hàm lượng sợi cao, trong khi hàm lượng sợi 0.4% giúp cường độ nén tăng nhẹ khoảng 5% nhờ hiệu ứng chống nở ngang.

Thứ ba, sự kết hợp đồng thời giữa sợi polypropylene, phụ gia polymer Vinnapas 4115N và bột đá vôi mang lại hiệu ứng tương hỗ mạnh mẽ. Bột đá vôi siêu mịn với tỷ lệ 3% đến 5% đóng vai trò chất vi độn lấp đầy vi lỗ rỗng, trong khi màng polymer gia cố vùng chuyển tiếp tiếp xúc. Kết quả thử nghiệm trên sản phẩm phào chỉ thực tế cho thấy tải trọng uốn phá hủy tăng trên 40% so với mẫu đối chứng không gia cường sợi.

Thứ tư, dạng phá hoại của cấu kiện tấm mỏng được cải thiện căn bản từ phá hoại giòn sang phá hoại dẻo dai. Dưới tác dụng của tải trọng uốn cực hạn, các mẫu phào chỉ bê tông cốt sợi polypropylene không bị gãy rời đột ngột hay vỡ vụn thành nhiều mảnh mà vẫn liên kết liền khối nhờ sự bắc cầu của mạng lưới sợi vi mô.

Thảo luận kết quả

Cơ chế gia cường của sợi polypropylene bắt nguồn từ khả năng tiếp nhận và phân tán ứng suất kéo cục bộ. Khi vết nứt tế vi hình thành trong pha hồ xi măng, sợi polypropylene với cường độ chịu kéo cao 620 MPa giữ chặt hai thành vết nứt, biến quá trình phá hoại tức thời thành quá trình trượt ma sát kéo dài. Sự tham gia của bột đá vôi siêu mịn làm mịn hóa cấu trúc lỗ xốp, tăng diện tích tiếp xúc ma sát giữa nền xi măng và sợi. Màng film polymer dẻo dai liên kết các hạt khoáng, ngăn chặn sự phát triển của vết nứt chân chim trong giai đoạn mất nước ban đầu.

Khi so sánh với các công trình nghiên cứu của Faisal và cộng sự (1990) cũng như nghiên cứu của Đại học Michigan (Hoa Kỳ), kết quả đạt được hoàn toàn tương thích về quy luật biến dạng dẻo và kiểm soát vết nứt. Điểm cải tiến nổi bật của nghiên cứu này là việc kiểm soát hàm lượng sợi dưới ngưỡng 1.0% kết hợp phụ gia khoáng siêu mịn, giải quyết triệt để sự suy giảm tính công tác mà không cần tăng tỷ lệ nước trên chất kết dính.

Dữ liệu thực nghiệm của nghiên cứu được trình bày trực quan qua các bảng thông số cơ lý và hệ thống biểu đồ tương quan giữa hàm lượng sợi, độ xòe chảy, cũng như biểu đồ phát triển cường độ nén và uốn qua 1, 3, 7 và 28 ngày tuổi. Các đường cong ứng suất - biến dạng thể hiện rõ vùng làm việc dẻo dai sau nứt, chứng minh tính ưu việt của cấp phối tối ưu khi ứng dụng cho các tấm mỏng có chiều dày chỉ từ 10 mm đến 20 mm.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các phân tích thực nghiệm, nghiên cứu đề xuất 4 nhóm giải pháp kỹ thuật cụ thể:

• Chuẩn hóa cấp phối tối ưu trong sản xuất cấu kiện tấm mỏng: Thiết lập tỷ lệ phối trộn cố định gồm hàm lượng sợi polypropylene từ 0.5% đến 0.75% khối lượng xi măng, bổ sung 3% đến 5% bột đá vôi siêu mịn và 1% đến 2% phụ gia polymer Vinnapas 4115N, hướng tới mục tiêu tăng tối thiểu 30% cường độ chịu uốn trong vòng 3 tháng đầu triển khai, do các kỹ sư vật liệu tại các nhà máy bê tông đúc sẵn thực hiện.
• Cải tiến quy trình công nghệ nhào trộn và đổ khuôn: Áp dụng quy trình trộn khô cốt liệu cát, xi măng và bột đá vôi trong 60 giây, sau đó phân tán đều sợi polypropylene trước khi thêm nước đã hòa phụ gia siêu dẻo HI-CRETE FLOWCAST R3030, duy trì độ xòe vữa từ 220 mm đến 250 mm, hoàn thành đánh giá quy trình trong quý 2 bởi bộ phận quản lý chất lượng.
• Chuyển đổi vật liệu chế tạo phào chỉ kiến trúc và tấm ốp ngoại thất: Thay thế từ 50% đến 70% các sản phẩm phào chỉ thạch cao hoặc vữa trát truyền thống bằng bê tông cốt sợi polypropylene trong lộ trình 6 đến 12 tháng, giảm tỷ lệ gãy vỡ khi bốc xếp vận chuyển xuống dưới mức 2%, do các doanh nghiệp sản xuất cấu kiện trang trí kiến trúc chủ trì.
• Xây dựng tiêu chuẩn cơ sở và quy trình kiểm định tải trọng uốn: Ban hành hướng dẫn kiểm tra uốn định kỳ trên máy nén uốn vạn năng theo tiêu chuẩn TCVN 3119:1993 cho cấu kiện trang trí tấm mỏng, hoàn thành trong vòng 1 năm bởi sự phối hợp giữa viện nghiên cứu và các hiệp hội vật liệu xây dựng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

• Các nhà nghiên cứu và giảng viên chuyên ngành Vật liệu Xây dựng: Cung cấp hệ thống dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác về ứng xử cơ lý của bê tông cốt sợi phân tán, hỗ trợ xây dựng giáo trình và định hướng các đề tài nghiên cứu chuyên sâu về composite xi măng tính năng cao.
• Kiến trúc sư và kỹ sư thiết kế kết cấu: Nắm vững các thông số kỹ thuật về độ bền uốn, mô đun đàn hồi và khả năng chịu va đập để tự tin ứng dụng các chi tiết tấm mỏng 10 mm đến 20 mm, các mảng phù điêu, mặt dựng kiến trúc phức tạp mà không lo ngại ăn mòn cốt thép.
• Doanh nghiệp sản xuất bê tông đúc sẵn và cấu kiện trang trí: Ứng dụng trực tiếp 16 cấp phối thực nghiệm để tối ưu hóa dây chuyền chế tạo phào chỉ mỹ thuật, cắt giảm 15% đến 20% chi phí xử lý phế phẩm và nâng cao năng lực cạnh tranh trên thị trường.
• Học viên cao học và sinh viên kỹ thuật công trình: Sử dụng làm tài liệu tham khảo mẫu mực về phương pháp bố trí ma trận thực nghiệm, kỹ thuật đo đạc theo hệ thống tiêu chuẩn TCVN và quy trình hoàn thiện một công trình nghiên cứu mang tính ứng dụng cao.

Câu hỏi thường gặp

Sợi polypropylene mang lại lợi ích cốt lõi nào cho cấu kiện tấm mỏng? Sợi polypropylene triệt tiêu hiện tượng co ngót dẻo ban đầu, giảm từ 83% đến 85% vết nứt tế vi trên bề mặt. Khi chịu tải trọng uốn, các sợi liên kết ngẫu nhiên đóng vai trò cầu nối truyền ứng suất qua mép nứt, nâng cao độ dẻo dai và ngăn chặn tình trạng vỡ vụn đột ngột.

Tại sao không nên sử dụng hàm lượng sợi polypropylene vượt quá 1.0% khối lượng xi măng? Khi tỷ lệ sợi vượt quá 1.0%, diện tích bề mặt tiếp xúc lớn làm độ lưu động của hỗn hợp giảm mạnh, gây khó khăn khi tạo hình cấu kiện tinh xảo. Lượng bọt khí cuốn vào tăng lên tạo độ rỗng xốp trong cấu trúc, dẫn đến cường độ chịu nén giảm từ 3% đến 5%.

Bột đá vôi siêu mịn CaCO3 có tác dụng gì trong hỗn hợp vữa cốt sợi? Bột đá vôi siêu mịn đóng vai trò chất vi độn chèn vào các khoảng rỗng giữa hạt cát và xi măng, làm tăng độ đặc chắc của cấu trúc đá xi măng. Tỷ lệ 3% đến 5% bột đá vôi giúp tăng diện tích bám dính của sợi polypropylene và nâng cao tính công tác của hỗn hợp.

Phụ gia polymer Vinnapas 4115N đóng vai trò gì trong việc gia cường phào chỉ? Phụ gia polymer hình thành màng film hữu cơ dẻo dai đan xen trong cấu trúc khoáng thủy hóa, tăng cường lực bám dính bề mặt giữa đá xi măng và sợi polypropylene. Nhờ đó, vật liệu tăng khả năng chống thấm, chống mài mòn và nâng tải trọng uốn phá hủy của phào chỉ lên trên 40%.

Bê tông cốt sợi polypropylene có thể thay thế hoàn toàn cốt thép truyền thống không? Đối với các cấu kiện tấm mỏng phi kết cấu dày 10 mm đến 20 mm như phào chỉ hay tấm ốp tường, bê tông cốt sợi polypropylene thay thế hoàn toàn cốt thép, loại bỏ nguy cơ ăn mòn. Tuy nhiên, với kết cấu chịu lực chính như dầm hay cột, sợi polypropylene chỉ đóng vai trò gia cường chống nứt cục bộ.

Kết luận

• Ứng dụng sợi polypropylene siêu mảnh (chiều dài 40 mm, cường độ kéo 620 MPa) giúp tăng 25% đến 35% cường độ chịu uốn và triệt tiêu hơn 80% hiện tượng răn nứt bề mặt do co ngót dẻo.
• Xác lập thành công tỷ lệ cấp phối tối ưu với hàm lượng sợi polypropylene từ 0.5% đến 0.75% kết hợp 3% đến 5% bột đá vôi và 1% đến 2% phụ gia polymer Vinnapas 4115N.
• Chuyển biến hoàn toàn dạng phá hoại của tấm mỏng từ giòn gãy sang biến dạng dẻo dai, giữ nguyên khối kết cấu sau khi đạt tải trọng phá hủy uốn cực hạn.
• Đóng góp quy trình công nghệ chế tạo phào chỉ tấm mỏng đạt chuẩn theo hệ thống tiêu chuẩn TCVN 3121:2003 và TCVN 3119:1993 với hiệu quả kinh tế vượt trội.
• Giúp giảm 15% đến 25% trọng lượng bản thân cấu kiện, hạ giá thành sản xuất và gia tăng tuổi thọ công trình trong điều kiện môi trường tự nhiên.

Đóng góp lớn nhất của luận văn là đã hoàn thiện cơ sở khoa học và giải pháp thực tiễn cho công nghệ bê tông cốt sợi phân tán ứng dụng trong sản xuất cấu kiện tấm mỏng trang trí kiến trúc tại Việt Nam. Kế hoạch nghiên cứu tiếp theo trong 6 đến 12 tháng tới sẽ mở rộng thử nghiệm độ bền mỏi dưới tác động bức xạ nhiệt ngoài trời và công nghệ phun vữa áp lực cao.

Các chủ đầu tư, kỹ sư thiết kế và doanh nghiệp sản xuất cấu kiện xây dựng hãy liên hệ ngay với tác giả hoặc tham khảo chi tiết toàn văn luận văn thạc sĩ để chuyển giao và ứng dụng công nghệ cấp phối tiên tiến này vào các công trình thực tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------------------- NGÔ ĐỨC THÀNH NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT BÊ TÔNG CỐT SỢI POLYPROPYLENE DÙNG CHO CẤU KIỆN TẤM MỎNG A STUDY ON THE PROPERTIES OF POLYPROPYLENE FIBER CONCRETE FOR THIN PLATE STRUCTURES Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Mã số ngành: 8580201 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 02 năm 2021 T n Đ o – ĐHQG-HCM ọ 1: PGS.TS Trần Vă M ền Cán b chấm nhậ xé 1 TS. Lê Vă Qu Cán b chấm nhận xét 2: TS.

Phan Hữu Duy Quốc Luậ ă T Đ ọ Đ Q T .HCM ngày 01 tháng 02 ăm 2021. Nguyễn Ninh Thụy. Phan Hữu Duy Quốc. CH T CH H I ĐỒNG TRƯ NG H THUẬT NG Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS Trần Văn Miền Cán bộ chấm nhận xét 1: TS.

Lê Văn Quang Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Phan Hữu Duy Quốc Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP.HCM ngày 01 tháng 02 năm 2021. Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. Nguyễn Ninh Thụy.

Phan Hữu Duy Quốc. Bùi Đức Vinh. Bùi Phương Trinh. - Thư ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên: Ngô Đức Thành MSHV: 1870500 Ngày, tháng, năm sinh: 12/10/1980 Nơi sinh: TpHCM Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây Dựng Mã số: 8580201 I. TÊN ĐỀ TÀI: “NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT BÊ TÔNG SỢI POLYPROPYLENE DÙNG CHO CẤU KIỆN TẤM MỎNG” “A STUDY ON THE PROPERTIES OF POLYPROPYLENE FIBER CONCRETE FOR THIN PLATE STRUCTURES” II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1. Tìm hiểu tổng quan các nghiên cứu trong và ngoài nước về bê tông có sử dụng sợi polypropylene, thiết kế cấp phối bê tông cốt sợi polypropylene để tăng cường độ kháng uốn nhằm ứng dụng trong các cấu kiện tấm mỏng.

Phân tích, đưa ra phương pháp tốt nhất, chỉ ra các cấp phối tối ưu nhất để đúc các mẫu vữa làm căn cứ cho việc sản xuất cấu kiện tấm mỏng, phào chỉ. Thực nghiệm cấu kiện phào chỉ để xác minh cấp phối tối ưu. Kết luận và kiến nghị. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21/09/2020 IV.

NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 03/01/2021 V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS. Trần Văn Miền Tp. HCM, ngày tháng năm 2021 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN PGS.

Trần Văn Miền TS. Bùi Phương Trinh TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: NGÔ ĐỨC THÀNH LỜI CẢM ƠN  Thực hiện Luận văn là nhiệm vụ quan trọng trong chương trình đào tạo thạc sĩ, giúp học viên được học thêm kiến thức chuyên môn sâu cũng như nâng cao các kĩ năng về nghiên cứu. Luận văn tốt nghiệp được hoàn thành với sự cố gắng nỗ lực từ bản thân và sự giúp đỡ đặc biệt từ Quý Thầy Cô Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM, Bộ môn Vật liệu Xây dựng và Phòng thí nghiệm đã dẫn dắt và truyền đạt cho tôi những kiến thức cũng như là sự hỗ trợ, giúp sức nhiệt tình từ những bạn học đang theo học chuyên ngành Công nghệ kỹ thuật Vật liệu Xây dựng. Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS Trần Văn Miền đã tận tình giúp đỡ và chỉ dạy trực tiếp trong quá trình thực hiện luận văn này.

Nhờ sự chỉ dạy, góp ý của Thầy về những vấn đề nghiên cứu đã giúp tôi có được những nhận định đúng đắn cũng như cách tiếp cận nghiên cứu hiệu quả. Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân luôn là chỗ dựa tinh thần vững chắc để tôi có thêm niềm tin, nỗ lực vượt qua khó khăn trong quá trình làm Luận văn này. Luận văn đã hoàn thành trong thời gian đúng quy định với sự cố gắng của bản thân, tuy nhiên do kiến thức vẫn còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những sai sót trong quá trình thực hiện, kính mong Quý Thầy Cô chỉ dạy, góp ý thêm để bài luận văn này được hoàn thiện tốt hơn. Xin chân thành cảm ơn! Tp.

HCM, tháng 01 năm 2021 HỌC VIÊN NGÔ ĐỨC THÀNH GVHD: PGS. TRẦN VĂN MIỀN i LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: NGÔ ĐỨC THÀNH TÓM TẮT  Bê tông thông thường là sản phẩm dễ phát sinh vết nứt, cường độ chịu kéo, chịu uốn, độ mài mòn và khả năng chống va đập kém. Bê tông cốt sợi (BTCS) cải thiện được những nhược điểm trên. Nghiên cứu các tính chất của hỗn hợp và các tính chất cơ học của bê tông cốt sợi phân tán, đặc biệt loại bê tông này có tính dẻo dai cao sẽ mở rộng phạm vi ứng dụng bê tông trong các công trình xây dựng.

Nguyên nhân vì sợi thường được bổ sung để tăng cường độ bền kéo uốn, hạn chế gây nứt và tính chất dẻo sau nứt. Chính vì vậy, sự kết hợp giữa sợi polypropylene với bê tông để trở thành bê tông cốt sợi polypropylene nhằm để cải thiện những khuyết điểm như trên. Bài viết này sẽ trình bày tổng quan về ảnh hưởng của sợi polypropylene (PP) đối với các tính chất khác nhau của bê tông để tìm ra tỉ lệ kết hợp tối ưu giữa sợi polypropylen và bê tông để thiết kế cấp phối bê tông sử dụng cốt sợi polypropylen nhằm tăng khả năng chịu uốn, làm giảm hiện tượng nứt mặt của bê tông và không bị ăn mòn trong môi trường tự nhiên. TRẦN VĂN MIỀN ii LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: NGÔ ĐỨC THÀNH ABSTRACT The concrete has poor properties such as brittleness, low flexural strength, low resistance to abrasion and impacting.

These properties can be improved by using short random fiber. Research results related to properties of fiber reinforced concrete which are both fresh and hardened properties, especially the toughness of concrete with the presence of fiber will widen the application of concrete to construction. Cause of fibres are generally introduced to enhance its flexural tensile strength, crack arresting system and post cracking ductile behaviour of basic matrix. The combination of polypropylene fiber with concrete is converted into polypropylene fiber reinforced concrete to improve these deficiencies.

This article presents an overview of the influence of polypropylene (PP) fibers on various properties of concrete such as to find the optimal ratio of combination between polypropylene and concrete fibers to design concrete mixes. Using polypropylene fiber reinforced to increase bending resistance, reduce the surface cracking of mortar and not corrode in the natural environment. TRẦN VĂN MIỀN iii LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: NGÔ ĐỨC THÀNH LỜI CAM ĐOAN Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ là công trình nghiên cứu được tôi và các cộng sự thực hiện và hoàn thành dưới sự hướng dẫn của thầy PGS.TS Trần Văn Miền. Các số liệu và những kết luận trong bài nghiên cứu này là hoàn toàn trung thực và chưa từng xuất hiện trên các tài liệu trước đây.

Tôi xin cam kết chịu hoàn toàn trách nhiệm về lời cam đoan trên. Học viên Ngô Đức Thành GVHD: PGS. TRẦN VĂN MIỀN iv LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: NGÔ ĐỨC THÀNH MỤC LỤC  MỤC LỤC. I DANH SÁCH HÌNH.

IV DANH SÁCH BẢNG. VIII DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU.

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI .3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC VÀ TRONG NƯỚC .3 Một số nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới .3 Những nghiên cứu trong nước .8 MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .19 CẤU TRÚC CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG [10] .19 BÊ TÔNG CỐT SỢI POLYPROPYLENE.23 Tính chất của sợi Polypropylene [15] .24 Mục đích sử dụng sợi PP trong bê tông [17].25 Tương tác giữa sợi và bê tông nền [11] .26 Ứng xử của sợi trong vật liệu nền [22] .30 PHỤ GIA POLYMER .30 ĐỘ LƯU ĐỘNG CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG CỐT SỢI [23].30 Ảnh hưởng của tỉ số đặc trưng bề mặt đối với độ lưu động của hỗn hợp bê tông cốt sợi [23]. TRẦN VĂN MIỀN i LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: NGÔ ĐỨC THÀNH Ảnh hưởng của thể tích vữa ximăng đối với độ lưu động của hỗn hợp bê tông cốt sợi PP [23].33 NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .34 NGUYÊN VẬT LIỆU.34 Cốt liệu nhỏ (Cát).35 Phụ gia siêu dẻo [30] .39 Phụ gia Polymer tăng bám dính (Vinnapas 4115N) [33].40 THIẾT KẾ CẤP PHỐI.40 Cấp phối bê tông cốt sợi Polypropylen .40 Quy trình nhào trộn hỗn hợp bê tông cốt sợi PP .42 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .42 Phương pháp đo độ lưu động (TCVN 3121-3:2003) [35] .42 Phương pháp xác định cường độ uốn (TCVN 3121-11:2003) [35] .44 Phương pháp xác định cường độ nén (TCVN 3121-11:2003) [35] .46 Phương pháp xác định cường độ chịu kéo khi uốn của phào chỉ (TCVN 3119:1993) [36] .48 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM .49 ĐỘ XÒE CỦA MẪU VỮA XI MĂNG .49 CƯỜNG ĐỘ CHỊU UỐN CỦA MẪU VỮA .50 Xét cường độ chịu uốn của vữa xi măng sử dụng sợi PP (không dùng bột đá vôi và không phụ gia Polymer) .52 Xét cường độ chịu uốn của vữa xi măng sử dụng sợi PP và phụ gia Polymer .56 Xét cường độ chịu uốn của vữa xi măng sử dụng sợi PP và bột đá vôi. TRẦN VĂN MIỀN ii LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: NGÔ ĐỨC THÀNH CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA MẪU VỮA.62 Xét cường độ chịu nén của hỗn hợp vữa xi măng chỉ sử dụng sợi PP (không sử dụng bột đá vôi và không phụ gia Polymer) .64 Xét cường độ chịu nén của vữa xi măng sử dụng sợi PP và phụ gia Polymer .67 Xét cường độ chịu nén của vữa xi măng sử dụng sợi PP có bổ sung bột đá vôi .71 CƯỜNG ĐỘ CHỊU UỐN CỦA PHÀO CHỈ.75 KẾT LUẬN CHƯƠNG: .80 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.82 TÀI LIỆU THAM KHẢO .83 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG.

TRẦN VĂN MIỀN iii LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: NGÔ ĐỨC THÀNH DANH SÁCH HÌNH  Hình 1.1 Ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến tính công tác của bê tông [2].2 Ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến ứng suất – biến dạng của bê tông nén ở 28 ngày [2] .3 Ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến cường độ nén bê tông [2] .4 Ảnh hưởng hàm lượng sợi đến cường độ chịu kéo bê tông 28 ngày tuổi [2] .5 Ảnh hưởng hàm lượng theo thể tích sợi đến nứt bê tông do co ngót dẻo [2] .6 Kết quả kiểm tra độ xòe và T500 [4] .7 Ảnh hưởng của hàm lượng sợi PP tới cường độ bê tông [2] .8 Ảnh hưởng của hàm lượng PP tới cường độ chịu kéo bê tông [2] .