chương 1. QUÁ TRÌNH THÍ NGHIỆM DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP. Vật liệu bê tông. Vật liệu thép.
Tấm CFRP UT70-30G. Keo lót và keo phủ. Quá trình thí nghiệm. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP.
Cường độ chịu nén. Mô hình dầm bê tông cốt thép. Tải trọng thí nghiệm phá hoại dầm bê tông cốt thép. Quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị của dầm bê tông cốt thép.
Sơ đồ vết nứt dầm bê tông cốt thép theo thí nghiệm .50 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 52 iii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1. 1 Mẻ trộn bê tông nén.
1 Cấp phối cho 1m3 bê tông sử dụng đá 1x2. 2 Thông tin vật liệu thép. 3 Thông số của tro bay .4 Thông số vật liệu tấm CFRP UT70-30G. 1 Bảng số liệu chuyển vị của dầm D1.
2 Bảng số liệu chuyển vị của dầm D2. 3 Bảng số liệu chuyển vị của dầm D3. 4 Bảng số liệu chuyển vị của dầm D4. 42 iv DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình A.
1 Xử lý phế thải bê tông. 2 Đấu trường Collosseum. 3 Cấu tạo đường giao thông sử dụng phế thải bê tông. 4 Nền hạ đường giao thông sử dụng phế thải bê tông.
5 Tái sử dụng vụn bê tông, sân bay Changi – Singapore. 6 Máy nghiền bê tông. 1 Bãi rác thải xây dựng. 2 Xử lý phế thải bê tông.
1 Cốt liệu vụn bê tông. 2 Phụ gia tro bay. 3 Tấm CFRP UT70-30G. 4 Gia cường dầm bê tông cốt thép bằng tấm sợi carbon.
Thí nghiệm nén mẫu. Kết quả thí nghiệm cường độ nén mẫu. 4 Tấm CFRP UT70-30G. 5 Keo lót và keo phủ.
6 Chuẩn bị cốt thép. 7 Giai đoạn chuẩn bị đổ bê tông. 8 Quá trình đổ bê tông. 9 Bảo dưỡng dầm bê tông.
10 Làm nhẵn bề mặt dầm. 11 Phủ keo lót lên bề mặt đã làm nhẵn. 12 Dán tấm carbon lên bề mặt đã phủ keo. 13 Phủ tiếp lớp keo thứ 2.
1 Cường độ nén của mẫu bê tông theo tỷ lệ của RCA. 2 Sơ đồ của dầm bê tông cốt thép (mm). 4 Thí nghiệm uốn dầm. 5 Hình dạng vết nứt.
6 Biểu đồ so sánh tải trọng thí nghiệm phá hoại của dầm. 7 Chuyển vị giữa nhịp của dầm thực nghiệm. 8 Chuyển vị trái nhịp của dầm thực nghiệm. 9 Chuyển vị phải nhịp của dầm thực nghiệm.
49 vi DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 1. Danh mục các ký hiệu fc Cường độ chịu nén của bê tông ft Cường độ chịu kéo của bê tông μ Hệ số poisson Eb Mô đun đàn hồi bê tông fy Giới hạn chảy của thép Es Mô đàn hồi của thép Rtt Cường độ nén bê tông thực tế 2. Danh mục các chữ viết tắt PPPTHH Phương pháp phần tử hữu hạn PTVPTP Phương trình vi phân từng phần RCA Dầm bê tông tái chế 20% đá tự nhiên CC Dầm bê tông tự nhiên 1 A. TỔNG QUAN Hiện nay, việc phá vỡ các công trình cũ đã tạo ra lượng lớn bê tông phế thải được đem vào những bãi rác thải.
Các bãi chôn lấp để xử lý còn rất hạn chế và không đủ khả năng để xử lý do chiếm rất nhiều không gian. Chúng ta hoàn toàn có thể tái sử dụng phần bê tông để sản xuất các bộ phận kết cấu mới, duy trì các phẩm chất cần thiết của bê tông về cường độ và sức bền. Trước tiên, chúng ta cần phải hiểu rằng việc khai thác cát và sỏi để làm cốt liệu bê tông tác động rất lớn đến môi trường, ngay cả khi chúng được khai thác tại địa phương. Mặc dù xi măng thải ra lượng CO2 lớn nhất trong quá trình sản xuất so với các vật liệu tương tự, nhưng việc bảo tồn tài nguyên thiên nhiên bằng cách giảm sỏi và khai thác cát sẽ giúp giảm thiểu những tác động tiêu cực đối với môi trường, đây là một lợi ích lớn về môi trường bởi trên thế giới có số lượng bê tông rất lớn được sản xuất mỗi ngày.
Vấn đề này đã gây ra rất nhiều những vấn đề khác như lãng phí, ô nhiễm môi trường, cạn kiệt các tài nguyên,… Trong thực tế, sau khi phá dỡ các bộ phận kết cấu, ta có thể nghiền bê tông trong các máy loại đặc biệt để lấy các mảnh vỡ, sau đó phân loại theo kích thước. Các kim loại như thanh cốt thép cũng được chấp nhận vì chúng có thể được phân tách bằng nam châm lớn và cuối cùng sẽ được tái chế. Chỉ những loại bê tông có các chất gây ô nhiễm, chẳng hạn như bột màu, canxi sunfat, clorua và dầu mới có thể gây hư hỏng và không được sử dụng làm nguyên liệu thô. Bất cứ khi nào có thể, phương pháp tái chế hiệu quả nhất sẽ là tiến hành nghiền tại chính công trường xây dựng, điều này giúp giảm chi phí xây dựng và giảm ô nhiễm phát sinh khi vận chuyển vật liệu đến và đi từ mỏ đá.
Khoảng 60% những gì được nghiền nát có thể được sử dụng cho các quy trình chiết xuất (thu hồi các vật liệu có phạm vi sử dụng hạn chế hơn so với nguyên liệu ban đầu). Những mảnh này có thể được sử dụng làm vật liệu cơ bản cho các công trình như đường sá. Ta cũng có thể sử dụng bê tông nghiền thay cho đá dăm hay sỏi trong hỗn hợp bê tông mới. Trên thế giới các phế thải từ phá hủy công trình đã được nghiên cứu tái chế sử dụng, nhất là ở các nước liên minh Châu Âu đã tái chế được khoảng 45% phế thải từ phá dỡ công trình (ENV), 2011).
Do vậy, việc nghiên cứu tái chế các phế phẩm từ xây dựng là rất cần thiết. 1 Xử lý phế thải bê tông A. Nguồn gốc bê tông Bê tông là một loại đá nhân tạo, được hình thành bởi việc trộn các thành phần: Cốt liệu thô, cốt liệu mịn, chất kết dính,…theo một tỷ lệ nhất định (được gọi là cấp phối bê tông). Trong bê tông, chất kết dính (ximăng + nước, phụ gia…) làm vai trò liên kết các cốt liệu thô (đá, sỏi…) và cốt liệu mịn (cát, đá xay…) và khi đóng rắn cho tất cả thành một khối cứng như đá.
Kết cấu bê tông được sử dụng rộng rãi nhờ những ưu điểm: giá thành thấp (do được cấu thành từ các vật liệu tự nhiên sẵn có như cát, đá, sỏi…), khả năng chịu lực lớn, độ bền cao, dễ tạo hình, chống cháy tốt (dưới 400oC thì cường độ bê tông không suy giảm đáng kể), hấp thụ năng lượng (do có khối lượng lớn)…vì vậy bê tông đã được sử dụng phổ biến từ thời La Mã cổ đại, và đến ngày nay vẫn là loại vật liệu được sử dụng phổ biến khi kết hợp với các loại vật liệu khác, đặc biệt là thép để tăng thêm khả năng chịu lực cho cấu kiện trong công trình xây dựng dân dụng, công trình giao thông,. 2 Đấu trường Collosseum [www. Các nghiên cứu sử dụng vụn bê tông A. Ngoài nước Trên thế giới, đã có một số công trình nghiên cứu về bê tông tái chế và sử dụng phụ gia tro bay dựa trên thực nghiệm và lý thuyết như: Mahdi Arezoumandi và cộng sự kiểm tra thực nghiệm về cường độ uốn của dầm bê tông cốt thép sử dụng bằng 100% cốt liệu bê tông tái chế và dầm bê tông sử dụng hoàn toàn cốt liệu tự nhiên.
Về hình thái vết nứt và diễn tiến vết nứt, các vết nứt của dầm RCA có khoảng cách gần nhau hơn so với dầm CC. Các dầm RCA cho thấy moment gây nứt thấp hơn (khoảng 7%) so với dầm CC, nhưng không có sự khác biệt đáng kể nào được quan sát thấy giữa moment đàn hồi của dầm RCA và CC. Về ứng xử giữa tải trọng và chuyển vị, dầm RCA cho thấy độ cứng sau khi nứt thấp hơn so với dầm CC do đó dầm RCA có độ võng cao hơn so với dầm CC. Các dầm RCA cho thấy khả năng uốn tương đương với các dầm CC cho thấy các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành đã dự đoán một cách tương đối chính xác về khả năng chịu uốn của dầm RCA.
Phương pháp Modified Compression Field Theory (MCFT – Response 2000) cho thấy cường độ chịu uốn dự đoán của dầm CC và RCA khoảng 15%, nhưng nó đánh giá thấp độ võng của cả dầm CC và RCA khoảng 35%. Cả kết quả thử nghiệm hỗn hợp CC và RCA đều nằm trong 4 khoảng tin cậy 95% của đường cong hồi quy phi tuyến tính phù hợp với cơ sở dữ liệu thử nghiệm uốn dầm CC. Levy và Paulo Helene đã cho ra kết quả nghiên cứu độ bền của bê tông làm bằng bê tông tái chế 20%, 50% và 100%. Trong bê tông cốt liệu tái chế được thực hiện trong nghiên cứu này, sự giảm phản ứng cacbonat hóa khi thay thế là 20% hoặc 50%.
Đối với bê tông CRMA, hành vi ứng xử này cũng xảy ra khi sự thay thế là 100%. Ứng xử này cho thấy phản ứng cacbonat hóa phụ thuộc mạnh mẽ vào thành phần hóa học của bê tông chứ không chỉ phụ thuộc vào các khía cạnh vật lý. Khi cốt liệu tự nhiên được thay thế bởi 20% cốt liệu tái chế từ bê tông phế thải, kết quả là bê tông tái chế có thể có hoạt động tương tự, và đôi khi tốt hơn so với bê tông dùng để tham chiếu được làm bằng cốt liệu tự nhiên về các đặc tính được nghiên cứu. Kết quả này giải thích cho khả năng sử dụng của bê tông tái chế, có thể góp phần bảo vệ môi trường và có thể đạt được hiệu suất cuối cùng tương tự như bê tông thường với chi phí có lẽ thấp hơn.
Tác giả Yasmin Hefni và cộng sự đã có nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình hoạt hóa tro bay đến các tính chất cơ học của bê tông sử dụng tỷ lệ thay thế xi măng Portland bằng tro bay là 40%, kết quả thử nghiệm chỉ ra rằng chất hoạt hóa aquis Na2SiO3 là chất hoạt hóa vượt trội đối với tro bay theo quan điểm tăng cường độ nén, kéo đứt và độ uốn của bê tông, bên cạnh đó cường độ bê tông tăng lên đáng kể khi ở nhiệt độ cao. Việc sử dụng tro bay để thay thế một phần xi măng làm giảm cường độ bê tông ở tuổi đầu. Một cải tiến đáng kể đối với cường độ bê tông được quan sát ở độ tuổi từ 56 đến 180 ngày.