nghiÊn cỨu nÂng cao chẤt lƯỢng bÊ tÔng hẠt mỊn …
TRANSCRIPT
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN TÂN KHOA
NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG
BÊ TÔNG HẠT MỊN BẰNG CỐT SỢI THÉP HỖN HỢP
NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP – 60580208
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2017
iii
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây công trình nghiên cứu khoa học thực sự của bản thân
tôi, được thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS.LÊ ANH TUẤN
Các thông tin tham khảo trong luận văn này được thu thập từ những nguồn
đáng tin cậy, đã được kiểm chứng, được công bố rộng rãi và được tôi trích dẫn
nguồn gốc rõ ràng ở phần Danh mục tài liệu tham khảo. Các kết quả nghiên cứu
trong luận văn này là do chính tôi thực hiện một cách nghiêm túc, trung thực và
không trùng lặp với các đề tài khác.
Kiên Giang, ngày … tháng 04 năm 2017
Nguyễn Tân Khoa
iv
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện đề tài “Nâng cao chất lượng bê tông hạt mịn bằng
cốt sợi thép hỗn hợp” tôi đã nhận được rất nhiều sự tạo điều kiện giúp đỡ của tập
thể lãnh đạo, cán bộ, các nhà khoa học của trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Thành
Phố Hồ Chí Minh. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn vì sự giúp đỡ đó.
Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến TS. LÊ ANH TUẤN đã trực tiếp
hướng dẫn cho tôi hoàn thành đề tài này.
Tôi xin cảm ơn đồng nghiệp, gia đình và bạn bè đã động viên, khích lệ tôi
trong suốt quá trình thực hiện đề tài này.
v
TÓM TẮT
Tro bay là phể thải của công nghiệp nhiệt điện, tuy nhiên nó cũng được coi là
thành phần hoạt tính có khả năng tác động đến tính chất của bê tông xi măng.
Nghiên cứu này kết hợp tro bay và silicafume như thành phần hạt mịn để đánh giá
ảnh hưởng của nó đến các tính chất của bê tông cốt sợi thép.
Thành phần tro bay sử dụng có hàm lượng từ 10 – 30% và silicafume sử dụng
từ 5 – 10% so với khối lượng xi măng. Hàm lượng sợi thép thiết kế là 0.1 – 1% theo
thể tích. Kết quả thực nghiệm cho thấy khi sử dụng tro bay từ 10 đến 30% thì độ sụt
của hỗn hợp bê tông giảm khoảng 15%. Khi kết hợp với 5 – 10% silicafume thì độ
linh động có xu hướng giảm từ 10 – 20%. Hàm lượng tro bay càng tăng thì độ linh
động càng giảm. Tuy nhiên, hàm lượng sợi sử dụng ít tác động đến độ linh động của
hỗn hợp bê tông. Tro bay có xu hướng làm giảm các tính chất cơ học của bê tông.
Khi sử dụng silicafume thì các tính chất cường độ của bê tông có xu hướng được cải
thiện. Cấp phối dùng 10% tro bay và 10% silicafume cho giá trị các tính chất cơ học
tốt nhất. Thành phần hỗn hợp bê tông khi sử dụng sợi từ 0.1 đến 1% kết hợp với bê
tông nền dùng 10% tro bay và silicafume có khả năng cải thiện các tính chất cơ học.
Cường độ nén và cường độ bổ được gia cường khoảng 10-15%. Cường độ uốn được
gia cường đến 20% so với cấp phối đối chứng.
vi
ABSTRACT
Fly ash is known as industrial waste material. It can be used as mineral
admixture on cementious fields. In the research, the characteristic of fiber concrete
is investigated by using fly ash and silicafume.
In the experiment, fly ash and silicafume in range of 10 – 30% and 5 – 10% by
cement weight are mixed. Steel fiber with amount of 0.1 – 1% by volume of
Hooked and crimped type are used. The results are indicated that slump of fresh
concrete is reduced about 15% with amount of fly ash in range of 10 -30%. The
slump is also decreased about 10-20% with an increasing in 5 – 10% silicafume.
However, the slump is slightly affected by amount of steel fiber. The strength is
tend to reduce with an increasing in fly ash. Silicafume content can be rose up
strength of concrete matrix. The suitable mix porportion is obtain with 10% fly ash
and 10% silicafume. On the other hand, the strength characteristic of concrete can
be affected by amount of 0.1 -1% steel fiber. It can be shown that compressive and
slipting strength are rose up 10-15%. The flexural strength can be increased in 20%
to compare to plain concrete.
vii
MỤC LỤC
TRANG TỰA TRANG
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI
LÝ LỊCH KHOA HỌC ............................................................................................... i
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... iii
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... iv
TÓM TẮT ................................................................................................................... v
ABSTRACT .............................................................................................................. vi
MỤC LỤC ................................................................................................................ vii
DANH MỤC HÌNH ẢNH .......................................................................................... x
DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................... xiii
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ..................................................................................... 1
1.1 Đặt vấn đề: ................................................................................................. 1
1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước................................................ 6
1.2.1 Tình hình nghiên cứu bê tông sợi thép trên thế giới ........................... 6
1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước ........................................................ 9
1.3 Mục tiêu, đối tượng nghiên cứu của đề tài .............................................. 10
1.3.1 Mục tiêu: ........................................................................................... 10
1.3.2 Đối tượng nghiên cứu: ...................................................................... 10
1.4 Phương pháp nghiên cứu và hướng tiếp cận ........................................... 10
1.5 Những điểm mới của đề tài ...................................................................... 11
viii
1.6 Nội dung của đề tài .................................................................................. 11
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ........................................................................ 12
2.1 Sự làm việc của sợi trong bê tông nền ..................................................... 12
2.1.1 Tương tác giữa sợi và bê tông nền .................................................... 12
2.1.2 Ứng xử của sợi trong vật liệu nền ..................................................... 14
2.2 Sự làm việc của của các thành phần hạt mịn trong bê tông nền .............. 18
CHƯƠNG 3 NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM .......... 22
3.1 Nguyên vật liệu ........................................................................................ 22
3.1.1 Xi măng ............................................................................................. 22
3.1.2 Cốt liệu lớn ........................................................................................ 23
3.1.3 Cốt liệu nhỏ ....................................................................................... 24
3.1.4 Tro bay .............................................................................................. 25
3.1.5 Silicafume ......................................................................................... 25
3.1.6 Cốt sợi ............................................................................................... 26
3.1.7 Nước .................................................................................................. 28
3.1.8 Phụ gia ............................................................................................... 28
3.2 Phương pháp thí nghiệm .......................................................................... 29
3.2.1 Phương pháp chế tạo hỗn hợp betong ............................................... 29
3.2.2 Phương pháp Tính toán thành phần cốt liệu ..................................... 31
3.2.3 Các phương pháp thí nghiệm các tính chất cơ lý .............................. 33
CHƯƠNG 4 THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ ................................................... 41
4.1 Ảnh hưởng của hạt tro bay đến tính chất của bê tông ............................. 41
ix
4.2 Ảnh hưởng của thành phần hạt mịn silicafume trong tính chất của bê
tông tro bay ....................................................................................................... 49
4.3 Ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến tính chất của bê tông. ...................... 54
4.3.1 Ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến tính chất của bê tông nền .......... 56
4.3.2 Ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến tính chất của bê tông hạt mịn.... 62
4.3.3 Ảnh hưởng của tính chất sợi đến tính chất của bê tông hạt mịn ....... 67
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ........................................ 76
5.1 Kết luận .................................................................................................... 76
5.2 Hướng phát triển đề tài ............................................................................ 78
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 79
x
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Vết nứt trên bề mặt bê tông (ảnh chụp hiện trường) .................................. 1
Hình 1.2: Các loại sợi có thể dùng cho vật liệu xây dựng [1] .................................... 2
Hình 1.3: So sánh kích thước của các hạt mịn [2] ..................................................... 5
Hình 1.4: Sự phân bố của sợi thép trong bê tông nền [3] .......................................... 5
Hình 2.1: Sự làm việc của cốt sợi [42] ..................................................................... 13
Hình 2.2: Sự phân bố của sợi trong bê tông nền với kích thước Dmax khác nhau [40] ............................................................................................................................ 14
Hình 2.3: Cấu trúc của cốt sợi trong bê tông cốt sợi [42] ........................................ 15
Hình 2.4:Sơ đồ biểu diễn ứng suất trượt – chuyển vị khi chuyển từ ứng suất đàn hồi sang ứng suất trượt ma sát [42] ................................................................................. 16
Hình 2.5: Sơ đồ ứng suất biến dạng của bê tông cốt sợi [42] .................................. 17
Hình 2.6: Mô hình vùng chuyển tiếp trong cấu trúc bê tông [40] ............................ 19
Hình 2.7: Cấu trúc lèn chặt hạt xi măng và hạt mịn [41] ......................................... 20
Hình 3.1: Sợi loại 1 –Sợi thép tròn, thẳng có 2 đầu móc (Hook) ............................ 27
Hình 3.2: Sợi loại 2 – Sợi thép dẹt, lượn sóng (Crimpt) .......................................... 28
Hình 3.3: Qui trình chế tạo hỗn hợp bê tông ............................................................ 30
Hình 3.4: Chuẩn bị nguyên liệu và xác định độ linh động của hỗn hợp bê tông ..... 33
Hình 3.5: Chuẩn bị khuôn mẫu ................................................................................ 34
Hình 3.6: Nhào trộn hỗn hợp bê tông ....................................................................... 34
Hình 3.7: Xác định độ linh động của hỗn hợp bê tông ............................................ 35
Hình 3.8: Thí nghiệm xác định cường độ nén .......................................................... 36
Hình 3.9: Thí nghiệm xác định cường độ uốn ......................................................... 37
Hình 3.10: Thí nghiệm ép chẻ xác định cường độ chịu kéo gián tiếp ..................... 39
xi
Hình 3.11: Thí nghiệm xác định modun đàn hồi ..................................................... 40
Hình 4.1: Ảnh hưởng của tro bay đến độ linh động của hỗn hợp bê tông ............... 42
Hình 4.2: Ảnh hưởng của tro bay đến cường độ chịu nén của bê tông .................... 43
Hình 4.3: Bề mặt liên kết trong vật liệu nền bê tông sau 28 ngày ........................... 44
Hình 4.4: SEM bề mặt bê tông sau 28 ngày, chưa có thành phần hạt mịn (sicafume). ................................................................................................................. 45
Hình 4.5: Ảnh hưởng của tro bay đến cường độ chịu uốn của bê tông ................... 47
Hình 4.6: Ảnh hưởng của tro bay đến cường độ kéo gián tiếp của bê tông ............. 47
Hình 4.7: Ảnh hưởng của silicafume và tro bay đến độ linh động .......................... 50
Hình 4.8: Ảnh hưởng của silicafume và tro bay đến cường độ nén ......................... 51
Hình 4.9: Ảnh hưởng của silicafume và tro bay đến cường độ uốn ........................ 52
Hình 4.10: Ảnh hưởng của silicafume và tro bay đến cường độ kéo gián tiếp ........ 53
Hình 4.11: Ảnh hưởng của sợi đến độ linh động của bê tông .................................. 56
Hình 4.12: Ảnh hưởng của sợi đến cường độ của bê tông ....................................... 57
Hình 4.13: Độ linh động của hỗn hợp bê tông ......................................................... 58
Hình 4.14: Sự phân bố của sợi trong hỗn hợp bê tông ............................................. 58
Hình 4.15: Sự phân bố sợi thép trong bê tông nền ................................................... 59
Hình 4.16: Sự bám dính của sợi trong bê tông nền .................................................. 60
Hình 4.17: Ảnh hưởng của sợi đến cường độ uốn của bê tông ................................ 61
Hình 4.18: Ảnh hưởng của sợi đến cường độ kéo gián tiếp của bê tông ................. 61
Hình 4.19: Ảnh hưởng của sợi loại 1 đến độ linh động của bê tông hạt mịn .......... 62
Hình 4.20: Ảnh hưởng của sợi loại 1 đến cường độ của bê tông hạt mịn ................ 63
Hình 4.21: Ảnh hưởng của sợi loại 1 đến cường độ uốn của bê tông hạt mịn ......... 64
Hình 4.22: Ảnh hưởng của sợi loại 1 đến cường độ kéo gián tiếp của bê tông ....... 64
hạt mịn ....................................................................................................................... 64
xii
Hình 4.23: Sợi thép trong bê tông nền hạt mịn ........................................................ 65
Hình 4.24: Sự liên kết giữa sợi và bê tông hạt mịn .................................................. 65
Hình 4.26: Ảnh hưởng của sợi khác nhau đến cường độ của bê tông hạt mịn ........ 68
Hình 4.27: Ảnh hưởng của sợi khác nhau đến cường độ uốn của bê tông hạt mịn. 69
Hình 4.28: Ảnh hưởng của sợi khác nhau đến cường độ kéo gián tiếp của bê tông hạt mịn ....................................................................................................................... 70
Hình 4.29: Mô đun đàn hồi của bê tông với các loại sợi ......................................... 70
Hình 4.30: Mối quan hệ giữa cường độ uốn và cường độ nén ................................. 72
Hình 4.31: Mối quan hệ giữa cường độ kéo gián tiếp và cường độ nén .................. 72
Hình 4.32: Mối quan hệ giữa cường độ nén và mô đun đàn hồi .............................. 73
xiii
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Tính chất một số loại cốt sợi dùng trong bê tông ...................................... 3
Bảng 1.2: Các loại sợi thép dùng trong bê tông [4-39] .............................................. 7
Bảng 3.1: Thành phần tính chất cơ lý của xi măng Hà Tiên .................................... 22
Bảng 3.2: Các chỉ tiêu cơ lý của đá Hòn Sóc ........................................................... 23
Bảng 3.3: Thành phần hạt của đá Dmax 20mm, Hòn Sóc ....................................... 23
Bảng 3.4: Cấp phối hạt của cát ................................................................................. 24
Bảng 3.5: Thành phần hóa học của tro bay thực nghiệm ......................................... 25
Bảng 3.6: Tính chất kỹ thuật của silicafume ............................................................ 25
Bảng 3.7: Thông số về sợi thép loại 1- Sợi thép tròn, thẳng có móc 2 đầu (Hook) 26
Bảng 3.8: Thông số về sợi loại 2 – Sợi thép dẹt, lượn sóng (Crimpt). ..................... 27
Bảng 3.9: Thành phần cấp phối bê tông thực nghiệm .............................................. 31
Bảng 4.1: Ảnh hưởng của tro bay đến tính chất bê tông .......................................... 41
Bảng 4.2: Ảnh hưởng của silicafume và tro bay đến tính chất bê tông .................... 49
Bảng 4.3: Tính chất cơ học của bê tông hạt mịn kết hợp với sợi thép. .................... 54
1
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1 Đặt vấn đề:
Ngày nay, cùng với sự tiến bộ vượt bậc của khoa học và kỹ thuật nói chung,
khoa học và công nghệ vật liệu cũng đang trên đà chiếm lĩnh đỉnh một phần quan
trọng. Những thành tựu của khoa học và công nghệ vật liệu đang có những bước
phát triển quan trọng tạo ra nhiều loại vật liệu có tính ưu việt ứng dụng trong mọi
lĩnh vực của đời sống. Việc sử dụng vật liệu như thế nào cho thích hợp với yêu cầu
và điều kiện làm việc là vấn đề hết sức quan trọng. Mỗi loại vật liệu lại có những
đặc điểm riêng về tính chất và giá thành, do đó để có thể lựa chọn vật liệu cho phù
hợp, đáp ứng được các yêu cầu đặt ra là vấn đề không hề đơn giản.
Trong ngành kỹ thuật xây dựng, bê tông chiếm vai trò quan trọng và khối
lượng lớn trong các công trình xây dựng. Tuy nhiên, loại vật liệu bê tông truyền
thống này có nhiều điểm hạn chế gây ra những ảnh hưởng không nhỏ đến chất
lượng công trình. Dễ nhận thấy nhất là bê tông thông thường dễ phát sinh vết nứt và
khả năng chịu uốn rất kém. Việc phát sinh vết nứt không chỉ làm ảnh hưởng đến
khả năng chịu lực của cấu kiện mà còn dễ dàng bị nước xâm thực vào làm phá vỡ
các liên kết và hư hỏng cấu kiện. Bên cạnh đó, bê tông thông thường dễ bị mài mòn
cao và khả năng chống va đập kém. Do đó bê tông dễ bị phá hủy và chất lượng, tuổi
thọ công trình bị giảm xuống.
Hình 1.1: Vết nứt trên bề mặt bê tông (ảnh chụp hiện trường)
2
Xuất phát từ tầm quan trọng và những hạn chế của bê tông truyền thống, các
nhà nghiên cứu trong và ngoài nước đã không ngừng nghiên cứu thành phần, tính
chất và tìm ra những giải pháp tối ưu nhất để cải thiện chất lượng bê tông. Ngoài
việc chú trọng công tác bảo dưỡng đúng quy trình kỹ thuật và sử dụng phụ gia để
tăng cường độ, rút ngắn thời gian thi công bê tông thì việc cải thiện chất lượng cốt
liệu, sử dụng cốt liệu mịn trong bê tông là một trong những phương pháp được
nghiên cứu và ứng dụng trong bê tông thời gian gần đây. Thành phần chủ yếu của
bê tông là cốt liệu lớn, cốt liệu nhỏ, chất kết dính vô cơ và các thành phần hạt mịn.
Ưu điểm của loại bê tông sử dụng các loại hạt mịn này không chỉ ở việc các hạt nhỏ
lèn chặt vào lỗ rỗng làm tăng cường độ chịu nén mà còn giảm khả năng bị phá hủy
của cấu kiện.
Mặc dù cải thiện được những nhược điểm của bê tông thông thường, khả
năng chịu uốn của bê tông hạt mịn còn kém. Giải pháp được đưa ra ở đây là tăng
cường các loại sợi vào trong thành phần của bê tông hạt mịn. Các nghiên cứu cho
thấy việc bổ sung các loại sợi vào bê tông hạt mịn giúp tăng cường cường độ chịu
uốn của bê tông. Giúp cấu kiện làm việc hiệu quả và tránh được phá hủy, kéo dài
tuổi thọ cho công trình [1]. Tuy nhiên, trong quá trình sử dụng vẫn còn một vài
điểm hạn chế như: cốt sợi phân tán không đều, sử dụng một loại sợi chưa tối ưu,
trong quá trình thủy hóa xi măng hút nước làm bê tông bị co khô, phải sử dụng phụ
gia làm giá thanh cao.
Sợi thép Sợi xơ dừa Sợi polypropylene Sợi Bazan
Hình 1.2: Các loại sợi có thể dùng cho vật liệu xây dựng [1]
3
Bảng 1.1: Tính chất một số loại cốt sợi dùng trong bê tông
Các tính chất Sợi thép Sợi Polypropylene Sợi Bazan
Chiều dài(mm) 40 20 20
Đường kính(mm) 0,5 0,1 0,05
Cường độ chịu
kéo(Mpa) 345-1350 310-760 484
Mo đun đàn hồi
(Gpa) 200 3,5-4,9 8,9
Độ giãn dài tối đa (%) - 15 3,5
Từ đó, một yếu tố đáng quan tâm trong nâng cao chất lượng bê tông hạt mịn
chính là việc tận dụng nguồn nguyên liệu tại địa phương và nguồn phế phẩm công
nghiệp. Việc đó không chỉ giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn giảm đáng kể giá
thành của bê tông trong các công trình xây dựng. Các nghiên cứu cho thấy nguồn
tro bay, một loại phế thải thu được từ quá trình sản xuất công nghiệp khi được bổ
sung vào bê tông không chỉ khống chế nhiệt độ ban đầu, giảm ứng suất nhiệt trong
khối bê tông, tăng độ bền, kéo dài tuổi thọ công trình, giá thành có thể rẻ hơn đến
30%, và giảm 10% nước trộn bê tông. Tuy nhiên, việc sử dụng tro bay chưa phát
huy được tính đặc chắc của bê tông nền, để tạo nền bê tông đặc chắc với các hạt
silicafume rất mịn và có hoạt tính cao tham gia phản ứng pozolan với hydroxyt
canxi hình thành khi xi măng thủy hóa; do vậy làm tăng sản phẩm thủy hóa và giảm
lượng hydroxyt canxi. Vậy khi sử dụng hàm lượng silicafume hợp lý sẽ làm tăng
cường độ và giảm khả năng thấm của bê tông làm bê tông trở nên bền lâu hơn.
Sau khi, bộ khung cốt liệu của bê tông nền đã được gia cường tốt bằng các
thành phần hạt mịn (tro bay và silicafume). Theo [42] việc bổ sung sợi thép vào
4
trong bê tông thay đổi tính chất của bê tông đáng kể vì chúng ảnh hưởng đến tính
chất của bê tông cả ở trạng thái tươi lẫn trạng thái rắn. Đóng góp chính của các sợi
thép là sự cải thiện tính chất của bê tông đông cứng. Tuy nhiên, sự cải thiện đạt
được khi sử dụng cốt sợi thép đã kéo theo một số công việc bổ sung khi xử lý nó.
Phạm vi cải thiện bởi việc thêm cốt sợi làm thay đổi tính chất của bê tông bị phụ
thuộc kiểu sợi, đặc trưng hình học của sợi, hàm lượng sợi trong bê tông và sự định
hướng sợi trong bê tông cũng như bởi sự liên kết giữa nền bê tông và cốt sợi. Cái
lợi chủ yếu là do sợi thép phân tán một cách ngẫu nhiên trong khối bê tông làm cho
bê tông sợi thép có khả năng chống nứt tốt hơn và tăng một số tính năng sau khi
nứt.
Sử dụng kết hợp các loại sợi thép và nguồn nguyên liệu phế thải tro bay kết
hợp silicafume là hạt nhân tạo siêu mịn để tăng cường độ bê tông hạt mịn còn tùy
thuộc vào nhiều yếu tố khác và chất lượng cốt liệu của bê tông. Để tìm ra cấp phối
tối ưu của bê tông hạt mịn chất lượng cao và đánh giá về sự ảnh hưởng của các loại
vật liệu đến chất lượng bê tông hạt mịn, có thể sử dụng phương pháp thực hiện các
thí nghiệm dựa trên cơ sở lý thuyết nghiên cứu được và tuân thủ theo các Tiêu
chuẩn Việt Nam hiện hành. Cụ thể đối với đề tài này, bằng phương pháp thực hiện
các thí nghiệm dựa trên cơ sở lý thuyết tìm ra cấp phối tối ưu cho bê tông hạt mịn
sử dụng tro bay, silicafume kết hợp với tro bay và cốt sợi thép hỗn hợp không chỉ
làm tăng độ bền nén, mà còn làm tăng các độ bền khác (kéo, uốn, xoắn, cắt) và thay
thế một phần chất kết dính (xi măng), hoàn thiện nâng cao cấp phối bê tông nền
bằng hạt mịn (tro bay, silicafume) có sử dụng sợi thép và tận dụng được nguồn phế
phẩm trong sản xuất công nghiệp giải quyết vấn đề môi trường.
5
Hình 1.3: So sánh kích thước của các hạt mịn [2]
Hình 1.4: Sự phân bố của sợi thép trong bê tông nền [3]
6
1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
Tình hình nghiên cứu bê tông sợi thép trên thế giới 1.2.1
Bê tông sợi thép được nghiên cứu từ những năm 1960. Tác giả Romualdi và
Batson (1963) [4] đã dùng sợi thép để đánh giá khả năng gia cường sợi đến cường
độ của bê tông.
Tác giả Swamy, R.N. (1974) [5] nghiên cứu ứng dụng sợi khác nhau như sợi
thép, sợi thủy tinh, polypropylene để gia cường các tính chất của vật liệu bê tông,
đánh giá khả năng chịu va đập, khả năng chịu kéo của bê tông.
Các nghiên cứu của tác giả Charlie, H. Henage (1976), Shah and Naaman
(1976) và Hughes and Fattuhi (1976) [6-8] đã bắt đầu nghiên cứu về khả năng làm
việc của hỗn hợp bê tông cốt sợi thép, ảnh hưởng của chiều dài sợi, tỷ lệ sợi, hàm
lượng sợi đến các tính chất cơ lý của bê tông sợi thép.
Krishna, Raju et al. (1977) [9] nghiên cứu ảnh hưởng của sợi thép và cho thấy
với hàm lượng thích hợp từ 0 - 3% sẽ làm tăng cường độ của bê tông.
Tác giả RamaKrishna et al. (1980) và Kukreja, C.B et al. (1980) [10-11] đã
nghiên cứu ảnh hưởng của sợi có móc 2 đầu (Hook) và sợi thẳng (Straight) về cơ
học phá hủy, tính chất cơ lý và cho thấy sợi Hook sẽ gia cường tốt hơn sợi Straight.
Khảo sát về ảnh hưởng của tỷ lệ chiều dài và đường kính sợi thép đến các tính chất
của bê tông.
Tác giả Narayanan and Palanyial (1982) [12] khảo sát ảnh hưởng của sợi đến
khả năng làm việc của hỗn hợp bê tông, đặc biệt là hỗn hợp bê tông cứng.
Tác giả Ghosh et al. (1989) [13] xây dựng khái niệm hàm lượng sợi thấp từ
0.4 – 0.7% để khảo sát ảnh hưởng của sợi thép đến các tính chất của bê tông.
Các tác giả SP Shah et al. (1986) , NagarKar et al. (1987) và Nakagawa et al.
(1989) [14-16] đã sử dụng nhiều loại sợi khác nhau như sợi thép, sợi cacbon, sợi
7
polymer để đánh giá và so sánh ảnh hưởng của các loại sợi đến tính chất của bê
tông.
Các tác giả Saluja et al. (1992) P.N. Balaguru et al (1992), Faisal., Wafa &
Samir, et al. (1992), Agarwal et al (1996), Singh et al (1998) [17-21] đã khảo sát và
đánh giá ảnh hưởng của sợi thép khác nhau như sợi Hook, sợi dài, sợi thẳng với các
tỷ lệ sợi, tỷ lệ chiều dài – đường kính khác nhau.
Bindiganavalie V and Banthia N (2002) O.Kayali et al. (2003) và Kolhapure-
B.K (2006) [22-24] so sánh về ảnh hưởng của sợi thép và các loại sợi khác đến các
tính chất cơ học của bê tông, tập trung vào khả năng chịu va đập của bê tông sợi.
A.M. Shendel, A.M. Pande et al. (2012) và Patil Shweta, Rupali Kavilkar et al.
(2014) [25-26] đã nghiên cứu sử dụng hàm lượng sợi đến 3% và nhận thấy cường
độ nén có thể tăng đến 24%, cường độ uốn tăng đến 49%, cường độ bổ tăng đến
41%.
Zemei Wua, Caijun Shi et al. (2016) và Juan Navarro-Gregori et al. (2016)
[27-28] nghiên cứu ảnh hưởng của sợi đến bê tông cường độ cao và nhận thấy khả
năng gia cường sợi thép đến các tính chất cơ học của bê tông.
Các nghiên cứu về bê tông sợi thép có thể tổng quan thành 3 loại sợi thép
chính là sợi thẳng (Straight), sợi lượn sóng (Crimpt) và sợi có 2 đầu móc (Hook).
Các chỉ tiêu cơ lý chủ yếu dùng để đánh giá ảnh hưởng của sợi là cường độ nén,
cường độ uốn và cường độ bổ. Các kết quả trình trong trong bảng tổng hợp như sau:
Bảng 1.2: Các loại sợi thép dùng trong bê tông [4-39]
Loại
sợi Tác giả Năm
Cường
độ nén
(%)
Cường
độ uốn
(%)
Cường
độ bổ
(%)
Sợi
Straight
Ramakrishnan et al
Gosh et al.
1980
1989 25 12 46
8
Loại
sợi Tác giả Năm
Cường
độ nén
(%)
Cường
độ uốn
(%)
Cường
độ bổ
(%)
Kukreja and Chawla
Parviz Soroushian and Ziadbayasi
Narayanan and Kareem Palanjian
Balasubramanian et al
Agrawal, A.K. Singh and Singhal D.
Singh, A.P. and Dr. Singhal
1989
1991
1994
1996
1996
1998
Sợi
Crimpt
Kukreja and Chawla
Ezeldin and Howe
Narayanan and Kareem- Palanjian
Balasubramanian et al
1989
1991
1994
1996
35 30 13
Sợi
Hook
Ramakrishna et al
Ezeldin and Howe
Faisal F Wafa and Saashour
R.M Vasan et al
Song, Hwang and Shou
1989
1991
1992
1999
2004
45 39 98
Các kết quả nghiên cứu cho thấy, với các sợi thẳng, chiều dài cần thiết của sợi
thép để cung cấp đủ diện tích tiếp xúc phát triển ứng xuất kéo trong sợi thép có thể
trở nên quá lớn. Điều này có dẫn đến các sợi thép bị rối và khó bố trí trong bê tông
cũng như khó khăn khi đổ và đầm bê tông. Những nhà sản xuất cũng cố gắng cải
thiện hiệu ứng của sợi, tạo các cơ cấu neo cơ học khác nhau thông qua những tính
chất đặc biệt, có thể xếp thành 2 loại: uốn cong (dập lượn sóng) liên tục và loại có
neo (bẻ móc) ở đầu và cuối sợi. Những điều như trên ảnh hưởng đáng kể đến những
đặc trưng của bê tông gia cường cốt sợi thép và cần phải được tính đến khi lựa chọn
kiểu sợi hợp lý để phát huy chất lượng bê tông sau khi gia cường sợi thép.
9
Tình hình nghiên cứu trong nước 1.2.2
Giáo sư Nguyễn Viết Trung [42] đã nghiên cứu và tổng hợp các kết quả
nghiên cứu trên thế giới về khả năng ứng dụng của sợi thép dùng cho các kết cấu
công trình, ảnh hưởng của hàm lượng sợi và các đặc tính cơ học của sợi thép đến
tính chất vật liệu. Qua đó, tác giả đã đưa ra những ứng dụng của bê tông sợi thép
dùng trong các công trình giao thông, có khả năng gia cường các tính chất của cấu
kiện.
Tác giả Trần Bá Việt [43] đã nghiên cứu ứng dụng sợi thép trong bê tông và
khả năng phân tán của sợi trong bê tông nền để có thể ứng dụng trong các kết cấu
công trình.
Nguyễn Thanh Bình, Trần Bá Việt [44 -45] đã nghiên cứu ảnh hưởng của sợi
thép phân tán đến tính chất của bê tông mác cao trong điều kiện khí hậu nóng ẩm
Việt Nam, trong đó đã trình bày khả năng ảnh hưởng của sợi thép đến độ bền của
kết cấu trong môi trường khí hậu Việt Nam.
Tác giả Nguyễn Văn Chánh và Trần Văn Miền [1] đã nghiên cứu chế tạo bê
tông cốt sợi trên nền vật liệu xây địa phương, trong đó đã nghiên cứu tính chất hỗn
hợp của bê tông phụ thuộc nhiều vào loại sợi và hàm lượng sợi sử dụng, áp dụng thí
điểm bê tông có sử dụng cốt sợi để chế tạo những cấu kiện lớn, và nghiên cứu các
tính chất của những cấu kiện này trong điều kiện làm việc cụ thể của công trình xây
dựng.
Tác giả Trần Bá Việt [46], đã nghiên cứu về bê tông cốt sợi hỗn hợp: tính
năng cao phù hợp với khí hậu Việt Nam; Loại bê tông này có thể ứng dụng cho
nhiều công trình xây dựng lớn, dùng thi công lớp phủ mặt cầu - đường, đường băng,
bãi đỗ... vừa chống thấm, bền với khí hậu thời tiết của Việt Nam. Sử dụng kết hợp
hai loại sợi poly-propylene và sợi thép cho phép tạo ra bê tông có những ưu điểm
vượt trội so với việc sử dụng riêng biệt từng loại sợi, đặc biệt là làm tăng tính dẻo
dai, chống nứt do co mềm và co cứng cho bê tông.
10
Các nghiên cứu trong nước cũng đã tiến hành thử nghiệm trên bê tông sợi thép
và đã đề cập đến một phần hạt mịn là tro bay để phối trộn trong thành phần cấp phối
bê tông. Trên cơ sở đánh giá các nghiên cứu trong và ngoài nước, thực nghiệm sẽ
đánh giá sợi thép tròn có 2 đầu móc (Hook type) và sợi thép dẹt lượn sóng (Crimpt
type) kết hợp với nền bê tông xi măng được phối trộn với nhiều thành phần hạt mịn
như tro bay và silicafume.
1.3 Mục tiêu, đối tượng nghiên cứu của đề tài
Mục tiêu: 1.3.1
- Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần hạt mịn tro bay, silicafume đến khả
năng làm việc của hỗn hợp bê tông sử dụng cốt liệu đá mi và đá thông dụng.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần hạt mịn tro bay, silicafume đến các
tính chất cường độ của bê tông.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần hạt mịn đến khả năng làm việc và tính
chất cường độ của bê tông sợi thép với hàm lượng sợi và hỗn hợp sợi có móc (Hook
type) và sợi lượn sóng (Crimpt).
- Đề xuất hướng phát triển bê tông hạt mịn tận dụng nguồn nguyện liệu phế
thải (tro bay) tại địa phương kết hợp silicafume và dùng cốt sợi thép hỗn hợp.
Đối tượng nghiên cứu: 1.3.2
- Tính chất cốt sợi thép hỗn hợp dùng trong bê tông hạt mịn;
- Cốt liệu dùng trong bê tông hạt mịn;
- Bê tông hạt mịn (tro bay, silicafume) sử dụng cốt sợi thép hỗn hợp.
1.4 Phương pháp nghiên cứu và hướng tiếp cận
- Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá các tính chất cơ lý của vật liệu.
- Đánh giá và so sánh kết quả thực nghiệm và các nghiên cứu khác.
- Sử dụng các tiêu chuẩn của Việt Nam và các tiêu chuẩn của ASTM để đánh
giá và xây dựng kết quả thực nghiệm.
11
- Kiểm tra, so sánh kết quả với nghiên cứu của các tác giả khác.
- Đưa ra nhận xét, kết luận và hướng phát triển của đề tài.
1.5 Những điểm mới của đề tài - Đánh giá khả năng sử dụng các hạt mịn như tro bay, silicafume đến các tính
chất của bê tông sử dụng cốt liệu khác nhau như đá mi, đá thông dụng.
- Đánh giá vai trò của thành phần hạt mịn trong cấu trúc và các tính chất cơ lý
của bê tông sợi thép.
- Thực nghiệm và đề xuất các cấp phối bê tông có kết hợp thành phần hạt mịn
và sợi thép hỗn hợp.
- Tận dụng được nguyên liệu địa phương như tro bay, đá mi khi kết hợp sử
dụng trong bê tông sợi thép và sợi thép hỗn hợp.
1.6 Nội dung của đề tài Từ những kết quả nghiên cứu được về tính chất vật liệu và các đặc trưng của
loại vật liệu bê tông sợi thép và thành phần hạt mịn tiến hành các thí nghiệm để so
sánh, đánh giá và rút ra kết quả. Nội dung luận văn gồm 05 chương:
- Chương 1: Giới thiệu tổng quan;
- Chương 2: Cơ sở lý thuyết;
- Chương 3: Nguyên vật liệu và phương pháp thí nghiệm;
- Chương 4: Kết quả nghiên cứu;
- Chương 5: Kết luận và đề xuất kiến nghị.
12
CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Sự làm việc của sợi trong bê tông nền
Tương tác giữa sợi và bê tông nền 2.1.1
Sự tương tác giữ sợi và vật liệu nền là vấn đề cơ bản tạo ra chất lượng của bê
tông cốt sợi. Hiểu được sự tương tác này, chúng ta sẽ đánh giá được chất lượng của
vật liệu nền, vai trò của sợi và dự đoán khả năng cơ học của bê tông cốt sợi. Khi bê
tông bị kéo dưới các tải trọng khác nhau, bao gồm cả quá trình mỏi, các vết nứt vi
mô sẽ lan rộng theo bề mặt của cốt liệu và một phần ở khối bê tông xung quanh cốt
liệu
Khối bê tông và các cốt liệu nhỏ hơn nên trong đó các sợi được trộn và sắp
xếp thẳng hàng một cách ngẫu nhiên dù chúng có thể bị thay đổi bởi vị trí tương đối
của cốt liệu thô, khối bê tông trở thành hỗn hợp được tăng cường bởi sợi thép, các
sợi thép tăng cường giới hạn chịu kéo, tuy nhiên mức độ chịu kéo còn phụ thuộc
vào số lượng và hiệu quả của sợi tại vùng có thể xuất hiện đỉnh vết nứt. Những vi
vết nứt ban đầu xuất hiện trong khối bê tông khi tải trọng tác dụng bằng (20-40%)
tải trọng cơ bản. Còn khi tải trọng đến 50% thì những vết nứt lớn đã xuất hiện.
Những thành phần cơ bản của bê tông thường không thể chống đở được tải trọng
kéo. Việc tăng cường vào bê tông những sợi phân tán sẽ hạn chế được những vết
nứt nhỏ. Đây chính là loại bê tông cốt sợi đã được nghiên cứu.
Sợi có thể làm việc ở hai quy mô trong quá trình nứt của pha hồ xi măng.
Trước tiên ở quy mô cấu trúc do các hiện tượng hóa lý xảy ra trong quá trình thủy
hóa, xuất hiện một mạng vết nứt cực nhỏ. Nếu lượng sợi có đầy đủ trong thể tích
của phần hồ thì mỗi vết nứt có thể vắt qua một hay nhiều sợi. Tác dụng của các sợi
13
làm ổn định các vết nứt cực nhỏ, làm chậm quá trình hư hỏng và hạn chế hình thành
các vết nứt lớn hơn.
Hình 2.1: Sự làm việc của cốt sợi [42]
Ở quy mô kết cấu các sợi hoạt động như các cốt thép nhỏ cho phép tránh được
sự mở rộng vết nứt bằng cách chuyển tải trọng từ mép nọ sang mép kia của vết nứt,
ở quy mô này sợi cải tiến khả năng hút năng lượng của kết cấu làm thay đổi quá
trình phá hoai từ phá hoại giòn sang phá hoại dẻo. Sợi có tác dụng liên kéo các vết
nứt ở mức độ vật liệu và kết cấu rõ ràng, như vậy lượng sợi càng nhiều thì tác dụng
hạn chế vết nứt càng lớn. Tuy nhiên, một hạn chế là nếu lượng sợi quá nhiều sẽ làm
ảnh hưởng đến cấu tạo hồ xi măng và tính dễ đổ của bê tông. Việc lựa chọn sợi phải
đảm bảo sự gia cường về tính cơ học và đảm bảo khả năng công tác của hỗn hợp bê
tông.
Bên cạnh đó, khi sử dụng sợi trong bê tông thì kích thước hạt và hàm lượng
sợi cũng ảnh hưởng đến sự phân bố của sợi trong vật liệu. Mối quan hệ trên đã được
nghiên cứu và cho thấy ảnh hưởng bởi kích thước của hạt cốt liệu lớn đến sự phân
bố của sợi trong bê tông nền, đặc biệt là khi sử dụng sợi thép [40]. Sợi thép khi kết
hợp với bê tông xi măng thì làm thay đổi lỗ rỗng trong bộ khung cấu trúc của cốt
liệu lớn và ảnh hưởng đến sự phân bố sợi xung quanh các hạt cốt liệu lớn. Đồng
thời kích thước hạt cốt liệu lớn cũng làm thay đổi sự phân bố này. Do đó, kích
14
thước sợi thép nên được sử dụng có chiều dài lớn hơn kích thước của Dmax của cốt
liệu.
Hình 2.2: Sự phân bố của sợi trong bê tông nền với kích thước Dmax khác nhau [40]
Khi dùng các loại sợi thép (Hook và Crimpt ) hỗn hợp có tác dụng như sợi
thép thẳng và có móc hai đầu (Hook type) tạo nên cơ chế neo hai đầu sợi. Còn sợi
thép dẹt và lượn sóng (Crimpt type) có diện tích tiếp xúc lớn, uốn lượn tạo nên cơ
chế neo nhiều điểm dọc sợi. Cả hai cơ chế neo này rất bền vững, hạn chế dịch
chuyển tương đối của sợi so với vật liệu nền không chỉ theo phương dọc trục của
sợi mà cả theo phương vuông góc với trục của sợi. Các sợi thép nhỏ phân bố trong
bê tông không chỉ làm tăng độ bền nén, mà còn làm tăng các độ bền khác (kéo, uốn,
xoắn, cắt), tăng độ dẻo và độ dai (chống chịu va chạm), giảm tính giòn của bê tông,
giảm biến dạng do co ngót và do từ biến.
Ứng xử của sợi trong vật liệu nền 2.1.2
Cấu trúc bê tông được nghiên cứu phát triển từ bê tông truyền thống, có cấu
trúc không đồng nhất và sự phân bố chưa đồng đều lên đến sự lèn chặt của các cốt
liệu nhỏ trong bộ khung chịu lực ở bê tông chất lượng cao và ở bê tông cốt sợi
15
chính cấu trúc phân tán các sợi ngẫu nhiên để thu nhận ứng suất kéo để cải thiện
cường độ chịu nén.
Hình 2.3: Cấu trúc của cốt sợi trong bê tông cốt sợi [42]
Ảnh hưởng quan trọng nhất của sự tồn tại các sợi gián đoạn trong cấu trúc bê
tông đó là khả năng điều khiển quá trình sinh ra vết nứt và ngăn chặn nó. Việc xuất
hiện vết nứt đầu tiên trong bê tông cốt sợi có ảnh hưởng lớn đến cường độ và độ
dẻo dai. Theo [38] nếu muốn ngăn chặn sự phá hoại của vật liệu cần phải thỏa mãn
phương trình:
(*)fu f m mu m f mu fV E e V E S V� � �
Trong đó:
mV : Thể tích của vật liệu nền (xi măng).
fV : Thể tích của cốt sợi sử dụng.
mE : Mô đun đàn hồi của vật liệu nền (xi măng).
fF : Mô đun đàn hồi của cốt sợi.
fu� : Cường độ kéo tới hạn của cốt sợi.
mue : Biến dạng cực đại của vật liệu nền (xi măng).
Khi bất phương trình (*) được thỏa mãn (nghĩa là thể tích sợi fV đủ lớn), vết
nứt đầu tiên xảy ra trong bê tông cốt sợi sẽ không dẫn đến phá hoại và sẽ có một sự
16
phân phối lại tải trọng tác dụng lên sợi và đá xi măng, có nghĩa là tải trọng tác dụng
lên vật liệu bê tông trong vùng có vết nứt sẽ chuyển qua sợi và ngay tại mép vết nứt
bê tông sẽ không có ứng suất. Tiếp tục tăng tải trọng sẽ làm cho vết nứt tăng dần
cho đến khi vật liệu nền xi măng bị phân thành nhiều mảnh. Quá trình này được gọi
là quá trình phát triển vết nứt.
Tại giai đoạn đủ tải trọng xảy ra mất liên kết dọc theo mặt phân cách, nên quá
trình truyền ứng suất sẽ trở thành quá trình trượt ma sát (� fu). Trong trường hợp
này sẽ có chuyển vị tương đối giữa sợi và vật liệu nền, và có ứng suất trượt ma sát.
Ứng suất trượt bám dính (� ou) nếu vượt quá giới hạn thì bắt đầu xảy ra mất tính
bám dính giữ sợi và vật liệu nền, khi đó ứng suất trượt ma sát cực đại � fu xuất hiện
trong vùng mất liên kết. Giá trị � fu và� ou là không bằng nhau, giá trị � fu rất nhạy
với ứng suất và biến dạng. Giả thiết rằng lực kéo tuột là hằng số thì đường cong tải
trọng – chuyển vị là lý tưởng.
Hình 2.4: Sơ đồ biểu diễn ứng suất trượt – chuyển vị khi chuyển từ ứng suất đàn
hồi sang ứng suất trượt ma sát [42]
Theo [42] khi bê tông cốt sợi có chứa sợi chịu kéo, ở trạng thái vật liệu nền
nứt. Ngay khi vật liệu nền nứt, sợi bắt cầu qua vết nứt, truyền tải trọng qua vết nứt.
Giai đoạn này gọi là giai đoạn phát triển vết nứt. Trong bê tông cốt sợi, vai trò của
Ứng
suất
trượ
t
Vùng mất dính bám
Chuyển vị
17
sợi được thể hiện trong vùng có xuất hiện vết nứt là cầu nối qua vết nứt của vật liệu
nền. Sợi có hai chức năng trong vùng có vết nứt :
- Làm tăng cường độ của bê tông cốt sợi qua vật liệu nền bằng cách truyền
ứng suất và tải trọng qua vết nứt tới sợi
- Sợi làm tăng độ dẻo dai của bê tông cốt sợi bằng việc hấp thụ năng lượng
sinh ra trong quá trình mất liên kết và kéo tuột sợi.
Khả năng cơ học của bê tông cốt sợi thường được mô tả ở 3 trạng thái của
đường cong ứng suất – biến dạng như hình 2.5
Hình 2.5: Sơ đồ ứng suất biến dạng của bê tông cốt sợi [42]
Giai đoạn 1: giới hạn đàn hồi, đạt đến điểm nứt đầu tiên : vật liệu nền và sợi đàn
hối tuyến tính
Giai đoạn 2: phát triển vết nứt, biến dạng trong bê tông gia cố cốt sợi vượt quá
biến dạng nền
18
Giai đoạn 3: giai đoạn sau vết nứt, trong suốt giai đoạn này sợi bị kéo dãn hay
kéo tuột ra khỏi vật liệu nền.
2.2 Sự làm việc của các thành phần hạt mịn trong bê tông nền
- Sau khi được nhào trộn, các cấu tử của hỗn hợp bê tông được sắp xếp lại chặt
chẽ hơn. Giai đoạn này gọi là hình thành cấu trúc. Các sản phẩm mới được hình
thành do quá trình hydrat hóa dần dần tăng lên, đến một lúc nào đó, chúng tách ra
khỏi dung dịch quá bão hoà. Số lượng sản phẩm mới tách ra tăng lên đến 1 mức nào
đó thì cấu trúc keo tụ chuyển hoá cấu trúc tinh thể, làm cho cường độ của bê tông
tăng lên. Sự hình thành cấu trúc tinh thể sẽ sinh ra 2 hiện tượng ngược nhau: tăng
cường độ và hình thành nội ứng suất trong mạng lưới tinh thể. Đó là nguyên nhân
sinh ra vết nứt và giảm cường độ của bê tông.
- Khoảng thời gian hình thành cấu trúc, cũng như cường độ dẻo (cường độ đầu
tiên) của bê tông phụ thuộc vào thành phần của bê tông, dạng chất kết dính và phụ
gia hoá học. Hỗn hợp bê tông cứng và kém dẻo với tỷ lệ phụ gia khác nhau không
lớn có giai đoạn hình thành cấu trúc ngắn.
- Cấu trúc hỗn hợp cốt liệu tạo nên khung chịu lực cho bê tông, cấu trúc này
phụ thuộc vào cường độ bản thân hạt cốt liệu, tính chất cấu trúc như đặc tính bề mặt
hạt, diện tích tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu với đá xi măng và cường độ liên kết giữa
các hạt.
- Trong cấu trúc thành phần cấp phối của bê tông cần có lượng nước nhào
trộn để làm nhiệm vụ cung cấp lượng nước cần thiết để xi măng thủy hóa hoàn toàn
nên đá xi măng và làm cho hỗn hợp bê tông có độ linh động cần thiết để đạt độ dẻo.
Lượng nước thừa sẽ bay hơi tạo ra các lỗ rỗng trong cấu trúc và làm cho vùng
chuyển tiếp có cấu trúc không đặc chắc. Vùng tiếp xúc của hồ xi măng, cốt liệu
được gọi là vùng chuyển tiếp. Vùng này có cấu trúc kết tinh, lỗ rỗng nhiều hơn và
có cường độ nhỏ hơn so với các vùng bê tông khác. Đối với bê tông thông thường,
vùng chuyển tiếp thường có chiều dày trong khoảng 50-100 μm, chứa các lỗ rỗng
19
tương đối lớn và các tinh thể lớn của sản phẩm thủy hóa nên có cường độ thấp hơn
so với đá xi măng ở khu vực cách xa cốt liệu. Do đó, khi bê tông chịu tải trọng, ứng
suất sinh ra sẽ làm xuất hiện những vết nứt trước tiên ở vùng chuyển tiếp.
Hình 2.6: Mô hình vùng chuyển tiếp trong cấu trúc bê tông [40]
- Khi trong vùng chuyển tiếp còn hiện diện các lỗ rỗng và các vết nứt li ti, thì
cường độ của cốt liệu không còn tác dụng trong việc tạo nên cường độ chịu lực của
bê tông, vì lúc đó hiệu ứng truyền ứng suất giữa xi măng và cốt liệu gần như không
còn hiệu quả. Do đó, việc sử dụng các loại phụ gia làm giảm lượng nước và phụ gia
20
khoáng hạt mịn sẽ cải thiện cấu trúc vùng chuyển tiếp, làm tăng cường độ của bê
tông.
Hình 2.7: Cấu trúc lèn chặt hạt xi măng và hạt mịn [41]
- Khi sử dụng thành phần hạt mịn, tính chất bề mặt cốt liệu có thể làm tăng
cường khả năng liên kết giữa cốt liệu và các thành phần khác trong hỗn hợp bê
tông. Hỗn hợp hạt mịn do kích thước hạt làm tăng diện tích bề mặt dẫn đến tăng
cường độ lớp tiếp xúc do tăng khả năng liên kết giữa cốt liệu và đá xi măng. Các hạt
này sẽ lấp đầy lỗ rỗng mà hạt xi măng không lọt vào được. Đồng thời với kích
thước nhỏ hơn hạt xi măng nhiều, nó bao bọc quanh xi măng tạo thành lớp ngăn
cách không cho các hạt xi măng vón tụ lại với nhau.
- Tro bay là những phần tử hình cầu có cấu trúc thủy tinh, rỗng, xốp. Hình
dạng hạt và đặt trưng bề mặt của tro bay có thể dùng làm thành phần khoáng hoạt
tính để lấp đầy các lỗ rỗng trong cấu trúc của bê tông xi măng. Tro bay là những
phần tử hình cầu rỗng và rất nhẹ, có thể nổi trên mặt nước. Đôi khi bên trong cấu
trúc rỗng đó lại chứa những phần tử tro bay hình cầu khác. Bề mặt của những hạt
tro bay hình cầu, rỗng ( loại tro bay có hàm lượng CaO thấp ) thì trơn nhẵn và rõ
hơn loại tro bay giàu CaO bề mặt được bao bọc bởi loại vật liệu giảu canxi. Tro bay
21
tồn tại cả các khoáng tinh thể lẫn các khoáng thủy tinh. Nói chung tro bay có từ 15
đến 45% thành phần tinh thể. Khả năng hoạt tính hóa của tro bay phụ thuộc vào
nhiều yếu tố, quan trọng nhất có thể kể đến như độ mịn, dạng tồn tại vô định hình,
thành phần khoáng và hóa học.
- Microsilica là loại bột có độ mịn rất cao với kích thước hạt trung bình 0,1-
0,2 micron và diện tích bề mặt riêng lên tới 15.000-20.000 m2/kg. Các hạt
microsilica có dạng hình cầu. Để so sánh có thể nêu diện tích bề mặt riêng của xi
măng là 350-500m2/kg, như vậy microsilica có kích thước khoảng 100 lần nhỏ hơn
hạt xi măng. Thành phần hoá của microsilica chủ yếu là silica -SiO2( hơn 90%), còn
lại là các oxyt kim loại và cacbon. Mục đích chính của việc đưa các hạt mịn này vào
bêtông là để tạo nền xi măng đặc chắc với các hạt silicafume rất mịn và có hoạt
tính. Các hạt microsilica tham gia phản ứng pozolan với hydroxyt canxi hình thành
khi xi măng thuỷ hoá; do vậy làm tăng tổng các sản phẩm thuỷ hoá và giảm lượng
hydroxyt canxi. Khi sử dụng đúng, microsilica sẽ làm tăng cường độ và giảm khả
năng thấm của bêtông làm bêtông trở nên bền lâu hơn. Sản phẩm đặc trưng cho tính
chất của microsilica này là silicafume. Việc đưa một lượng các hạt silicafume siêu
mịn vào hỗn hợp bêtông bên cạnh tính cố kết hơn của vật liệu này còn tạo ra hiệu
ứng bôi trơn trong bêtông do các hạt silicafume có dạng hình cầu. Nhu cầu nước để
duy trì tính công tác tăng sẽ được điều chỉnh bình thường khi bổ xung các phụ gia
siêu dẻo, giảm nước hay dẻo hoá. Do vậy hỗn hợp bê tông sẽ vẫn có tính dính so
với hỗn hợp bê tông thường.
22
CHƯƠNG 3
NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
3.1 Nguyên vật liệu
Xi măng 3.1.1Sử dụng xi măng PC40 Hà Tiên có các chỉ tiêu kỹ thuật khối lượng riêng 3,13
g/cm3 và các tính chất trình bày trong bảng.
Bảng 3.1: Thành phần tính chất cơ lý của xi măng Hà Tiên
STT Caùc chæ tieâu Giaù trò
1
Giới hạn bền nén không nhỏ hơn
3 ngày không nhỏ hơn
28 ngày không nhỏ hơn
22 (N/mm2)
42 (N/mm2)
2
Độ mịn
Lượng sót trên sàn 0,08mm
Tỉ diện tích bề mặt
9 %
2750 cm2/g
3
Thời gian ninh kết :
Bắt đầu không sớm hơn (phút)
Kết thúc không chậm hơn (phút)
130
240
23
Cốt liệu lớn 3.1.2
Cốt liệu lớn được sử dụng trong thực nghiệm là đá có Dmax 20mm và đá mi
có kích thước hạt 5-10 mm có các tính chất cơ lý trình bày trong bảng.
Bảng 3.2: Các chỉ tiêu cơ lý của đá Hòn Sóc
Stt Tên chỉ tiêu Tiêu
chuẩn Đơn vị
Đá
Dmax 20 mm Đá mi
1 Hàm lượng bụi bùn sét TCVN
7572 - 8:06 % 0.72 0.85
2 Khối lượng thể tích xốp TCVN
7572 - 6:06 Kg/m3 1,40 1,34
3 Khối lượng riêng TCVN
7572 - 4:06 g/cm3 2.700 2.700
Bảng 3.3: Thành phần hạt của đá Dmax 20mm, Hòn Sóc
Lỗ sàng (mm) Lượng sót riêng biệt (%) Lượng sót tích lũy (%)
25 0 0
20 3.2 3.2
10 59.4 62.6
5 36.3 98.9
<5 1.1 100.0
24
Cốt liệu nhỏ 3.1.3
Cốt liệu nhỏ dùng trong thực nghiệm là cát có các chỉ tiêu cơ lý là khối lượng
riêng 2.65 g/cm3, khối lượng thể tích 1.56 g/cm3, Modun độ lớn là 2.1. Thành phần
hạt của cát được trình bày trong bảng.
Bảng 3.4: Cấp phối hạt của cát
Sàng Lượng sót trên sàng Lượng sót tích lũy
(mm) (g) (%) (%)
5 3.57 0.24 0.24
2.5 7.35 0.74 0.74
1.25 18.59 1.86 2.59
0.63 87.54 8.75 11.35
0.315 464.03 46.40 57.75
0.14 346.77 34.68 92.43
<0,14 75.72 7.57 100.00
25
Tro bay 3.1.4
Tro bay được sử dụng có chỉ tiêu cơ lý chủ yếu là khối lượng riêng 2,5 g/cm3,
khối lượng thể tích 1.41 g/cm3.
Bảng 3.5: Thành phần hóa học của tro bay thực nghiệm
Oxit Đơn vị Hàm lượng
SiO2 % 51.7
Al2O3 % 31.9
CaO % 1.21
MgO % 0.81
Fe2O3 % 3.48
SO3 % 0.25
K2O + Na2O % 1.02
MKN % 9.63
Silicafume 3.1.5
Thành phần hóa học chủ yếu của silicafume là SiO2, các tính chất của
silicafume trình bày trong bảng 3.6.
Bảng 3.6: Tính chất kỹ thuật của silicafume
Hàm lượng SiO2
(%)
Độ ẩm (%) Lượng mất khi nung
(%)
Tỷ diện (m2/g)
> 85 < 3 < 6 15-30
26
Cốt sợi 3.1.6
Cốt sợi thép dùng cho nghiên cứu bao gồm 2 loại cốt sợi có hình dạng khác
nhau. Tính chất và hình dạng của sợi trình bày trong bảng 3.7 và 3.8
Bảng 3.7: Thông số về sợi thép loại 1- Sợi thép tròn, thẳng có móc 2 đầu (Hook)
Đường kính sợi (d) 0,5mm ± 0,04mm
Chiều dài sợi (L) 30mm ± 2mm
Tỉ số hình học (L/d) 60
Chiều dài móc (l và l’) 2 – 4 mm
Chiều sâu móc (h và h’) 1,8mm + 0,3mm
Góc uốn (α và α’) 45o
Góc xoắn của sợi < 30o
Số lượng sợi trong 1kg 17.400
Độ bền kéo >1200 N/mm2
Tiêu chuẩn ASTM A820/A820M-
04
27
Hình 3.1: Sợi loại 1 –Sợi thép tròn, thẳng có 2 đầu móc (Hook)
Bảng 3.8: Thông số về sợi loại 2 – Sợi thép dẹt, lượn sóng (Crimpt).
Đường kính sợi (d) 1mm ± 0,02mm
Chiều dài sợi (L) 50mm ± 1mm
Tỉ số hình học (L/d) 50± 1mm
Chiều sâu sợi (w’) 0,3 – 0,5 mm
Chiều dài sóng λ 4,0mm
Số lượng sợi trong 1kg 15.840
Độ bền kéo >750 N/mm2
Tiêu chuẩn ASTM A820/A820M-04 ;EN
14889-1
28
Hình 3.2: Sợi loại 2 – Sợi thép dẹt, lượn sóng (Crimpt)
Nước 3.1.7
Nước sinh hoạt dùng để chế tạo hỗn hợp bê tông phải tuân thủ theo tiêu chuẩn
TCVN 4506 -2012.
Phụ gia 3.1.8
Phụ gia có tác dụng làm giảm lượng nước nhào trộn, tăng khả năng công tác
của hỗn hợp bê tông và không ảnh hưởng xấu đến cường độ của bê tông. Thực
nghiệm sử dụng phụ gia Sikament NN theo tiêu chuẩn ASTM C494 loại F.
- Gốc hóa học: Naphtalen Formadehyt Sulfonat
- Hàm lượng sử dụng: 0. 6 – 2 / 100 kg xi măng.
- Khối lượng thể tích: 1.19 – 1.22 kg/lít
29
3.2 Phương pháp thí nghiệm
Phương pháp chế tạo hỗn hợp bê tông 3.2.1
Trộn cốt liệu lớn với cốt liệu nhỏ trong máy trộn, sau đó xi măng được thêm
vào trong quá trình nhào trộn. Sợi được cho vào trong quá trình trộn với hàm lượng
tính toán trước. Hỗn hợp nước và phụ gia dẻo được nhào trộn và cho vào hỗn hợp
bê tông.
Hỗn hợp bê tông sau khi nhào trộn được xác định độ linh động bằng cách thử
độ sụt theo TCVN 3106- 1993. Sau đó đúc mẫu xác định các tính chất cơ lý theo
TCVN3118-1993, TCVN5074-2012, TCVN 3119-1993, TCVN 8862-2011, TCVN
5276 - 1993.
30
Hình 3.3: Qui trình chế tạo hỗn hợp bê tông
Tro bay, silicafume, ximang Cát Đá Nước, phụ gia
Kiểm tra kỹ thuật Rửa, Kiểm tra kỹ Rửa, sàng
Sấy khô Sấy khô Pha trộn
Cân định lượng
NHÀO TRỘN
Đúc mẫu
Tháo mẫu
Xác định các tính chất
Đánh giá, so sánh
Dưỡng hộ
Sợi
31
Phương pháp tính toán thành phần cốt liệu 3.2.2
- Thiết kế thành phần cấp phối bê tông có sử dụng thành phần hạt mịn tro bay
và silicafume, kết hợp với phụ gia dẻo có dùng các loại sợi khác nhau theo TCVN
9382-2012.
- Cốt liệu lớn sử dụng là đá mi và đá có Dmax 20. Hàm lượng tro bay lần lượt
là 10, 20 và 30% theo khối lượng xi măng. Hàm lượng silicafume lần lượt là 5 và
10% theo khối lượng xi măng. Hàm lượng sợi loại 1, loại 2 lần lượt là 0.1, 0.2, 0.5
và 1% theo thể tích hỗn hợp bê tông. Thành phần cấp phối bê tông thực nghiệm
được trình bày trong bảng 3.9.
Bảng 3.9: Thành phần cấp phối bê tông thực nghiệm
Ký hiệu
mẫu
Xi măng
(kg)
Tro bay
(kg) Silicafume
(kg)
Cát
(kg)
Đá
(kg)
Phụ gia
(lít)
Nước
(lít) Mẫu
DC 440 0 0 837 1025 4.4 164 9
D10 396 44 0 828 1025 4.4 164 9
D20 352 88 0 818 1025 4.4 164 9
D30 308 132 0 809 1025 4.4 164 9
MC 440 0 0 837 1025 4.4 164 9
M10 396 44 0 828 1025 4.4 164 9
M20 352 88 0 818 1025 4.4 164 9
32
Ký hiệu
mẫu
Xi măng
(kg)
Tro bay
(kg) Silicafume
(kg)
Cát
(kg)
Đá
(kg)
Phụ gia
(lít)
Nước
(lít) Mẫu
M30 308 132 0 809 1025 4.4 164 9
D10S5 374 44 22 820 1025 4.4 164 9
D10S10 352 44 44 812 1025 4.4 164 9
D20S5 330 88 22 811 1025 4.4 164 9
D20S10 308 88 44 803 1025 4.4 164 9
D30S5 286 132 22 801 1025 4.4 164 9
D30S10 264 132 44 793 1025 4.4 164 9
* Chú thích:
- D: bê tông sử dụng cốt liệu Dmax là 20 mm
- M: bê tông sử dụng cốt liệu đá mi
- DC, MC: mẫu đối chứng
- Di, Mi: bê tông sử dụng i% hàm lượng tro bay
- DiSj: bê tông sử dụng i% hàm lượng tro bay và j% hàm lượng silicafume
- Tổng số mẫu: 9 mẫu x 14 = 126 mẫu
- Tổng số mẫu khi sử dụng 4 loại (0.1%, 0.2%, 0,5%, 1%) hàm lượng sợi, mỗi
loại 3 mẫu: 126 mẫu x 4 x 3= 1512 mẫu.
33
Các phương pháp thí nghiệm các tính chất cơ lý 3.2.3
Độ linh động của hỗn hợp bê tông (TCVN 3106-1993) 3.2.3.1
Độ sụt là chỉ tiêu quan trọng nhất của hỗn hợp bê tông, nó đánh giá khả năng
dễ chảy của hỗn hợp bê tông dưới tác dụng của trọng lượng bản thân hoặc rung
động. Độ lưu động được xác định bằng độ sụt (SN, cm) của khối hỗn hợp bê tông
theo tiêu chuẩn TCVN 3016-1993.
Sử dụng thiết bị thử là côn Abrams có chiều cao 300 mm.
Hình 3.4: Chuẩn bị nguyên liệu và xác định độ linh động của hỗn hợp bê tông
34
Hình 3.5: Chuẩn bị khuôn mẫu
Hình 3.6: Nhào trộn hỗn hợp bê tông
35
Hình 3.7: Xác định độ linh động của hỗn hợp bê tông
Xác định cường độ nén của bê tông (TCVN 3118-1993) 3.2.3.2Cường độ nén là một tính chất cơ bản của bê tông. Cường độ nén là cơ sở để
xác định mác bê tông theo cường độ chịu nén, mác bê tông theo cường độ chịu nén
lại được dùng để thiết kế cấp phối bê tông. Như vậy cường độ nén là một chỉ tiêu
quan trọng để đánh giá chất lượng của bê tông. Việc xác định giới hạn cường độ
nén của bê tông thường theo mẫu lăng trụ 150x300 mm theo tiêu chuẩn TCVN
3118-1993.
36
Hình 3.8: Thí nghiệm xác định cường độ nén
Tính kết quả
- Tính cường độ chịu nén của từng viên mẫu:
- Cường độ nén từng viên mẫu bê tông (Rn) được tính bằng (daN/cm2) theo
công thức:
2 ( / )nn
PR k daN cmF
�
Trong đó:
P- Tải trọng phá hoại, (daN);
Fn- Diện tích chịu lực nén của viên mẫu, (cm2);
k - Hệ số tính đổi kết quả thử nén các viên mẫu bê tông kích thước khác
chuẩn về cường độ của viên mẫu kích thước 150x300mm.
37
Xác định cường độ chịu kéo khi uốn theo TCVN 3119-1993 3.2.3.3
Xác định cường độ chịu kéo khi uốn theo kích thước 600x150x150 mm theo
tiêu chuẩn TCVN 3119-1993. Sơ đồ đặt mẫu thử dầm:
Chú thích: 1. Gối tựa di động; 2. Gối tựa cố định; 3. Khớp cầu; 4. Dầm phụ
Hình 3.9: Thí nghiệm xác định cường độ uốn
Tính kết quả
Cường dộ kéo khi uốn của từng mẫu dầm bê tông được tính bằng daN/cm2
theo công thức:
38
22 ( / )ku
PlR daN cmab
�
Trong đó:
P - Tải trọng uốn gãy mẫu, tính bằng daN;
l - Khoảng cách giữa hai gối tựa, tính bằng cm;
a - Chiều rộng tiết diện ngang của mẫu, tính bằng cm;
b - Chiều cao tiết diện ngang của mẫu, tính bằng cm
γ - Hệ số tính đổi cường độ kéo khi uốn từ các mẫu kích thước khác dầm
chuẩn sang mẫu dầm kích thước chuẩn 150 x 150 x 600mm.
Hệ số γ lấy theo bảng sau:
Kích thước mẫu dầm (mm) Hệ số
100 x 100 x 400
150 x 150 x 600
200 x 200 x 800
1,05
1,00
0,95
Xác định cường độ bổ theo TCVN 8862-2011 3.2.3.4Quy định trình tự thí nghiệm để xác định cường độ kéo khi ép chẻ (còn gọi là
cường độ kéo gián tiếp) của vật liệu hạt liên kết bằng các chất kết dính. Thí nghiệm
xác định theo mẫu có kích thước lăng trụ 150x300mm TCVN 8862-2011.
- Cường độ kéo gián tiếp Rkc của từng viên mẫu thử hình trụ được tính chính
xác đến 0,01 MPa theo công thức:
3,14kc
PRHD
�
39
Trong đó: Rkc - Cường độ kéo khi ép chẻ, MPa
P - Tải trọng khi phá hủy mẫu hình trụ, N
H - Chiều cao của mẫu hình trụ (chiều dài đường sinh), mm
D - Đường kính đáy mẫu hình trụ, mm
- Sơ đồ đặt mẫu thử hình trụ:
Chú thích: 1. Mẫu thử hình trụ, 2.Tấm đệm gỗ truyền tải, 3.Bàn nén dưới của
máy nén, 4. Bàn nén trên của máy nén
Hình 3.10: Thí nghiệm ép chẻ xác định cường độ chịu kéo gián tiếp
Xác định mô đun đàn hôi theo tiêu chuẩn TCVN 5276-1993 3.2.3.5
Xác định Mô đun đàn hồi khi nén tĩnh (E0) của mẫu theo kích thước lăng trụ
150x300mm theo TCVN 5276-1993. Modun đàn hồi của từng viên mẫu được tính
bằng N/cm2 theo công thức :
40
1 20
0 1
E � �� �
�
Trong đó :
δ1 - ứng suất thử (ở giá trị khoảng 1/3 cường độ lăng trụ), ;
δ2- ứng suất ban đầu (0,5 N/mm2), (N/mm2);
ε0 - ε1 - Chênh lệch biến dạng tương đối của bê tông ở mức ứng suất thử so với
mức ứng suất ban đầu.
Hình 3.11: Thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi
41
CHƯƠNG 4
THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ
4.1 Ảnh hưởng của hạt tro bay đến tính chất của bê tông
Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của thành phần tro bay đến tính chất của bê
tông được thực nghiệm với hàm lượng tro bay 10, 20 và 30% theo khối lượng, kết
quả thực nghiệm trình bày trong bảng.
Bảng 4.1: Ảnh hưởng của tro bay đến tính chất bê tông
Ký hiệu mẫu
Tro bay (%)
Đá (mm)
Độ sụt (cm)
Cường độ nén
(N/mm2)
Cường độ uốn
(N/mm2)
Cường độ kéo gián
tiếp (N/mm2)
M0 0 5-10 18 25.4 3.1 2.4
M10 10 5-10 18 24.3 3.1 2.4
M20 20 5-10 16 24.2 2.8 2.3
M30 30 5-10 16 23.5 2.7 2.1
DC 0 10-20 22 32.5 4.7 2.8
D10 10 10-20 20 31.5 4.4 2.6
D20 20 10-20 20 29.3 4.3 2.4
D30 30 10-20 17 30.1 4.1 2.4
42
Hình 4.1: Ảnh hưởng của tro bay đến độ linh động của hỗn hợp bê tông
Kết quả trên hình 4.1 cho thấy khi hỗn hợp bê tông sử dụng cốt liệu khác nhau
có sự thay đổi về độ linh động. Khi hỗn hợp bê tông sử dụng cốt liệu Dmax 20 mm
cho độ sụt là 22 cm trong khi cốt liệu đá mi chỉ cho độ sụt đạt 18 cm. Do đó, khi sử
dụng thành phần cốt liệu lớn là đá mi tại địa phương cũng ảnh hưởng đến khả năng
làm việc của hỗn hợp bê tông.
Khi thành phần cấp phối sử dụng tro bay với hàm lượng 10 đến 30% thay thế
cho xi măng thì độ linh động của hỗn hợp bê tông có sự thay đổi theo hàm lượng.
Đối với 2 thành phần cấp phối Dmax 20 và Đá mi đều cho kết quả độ sụt giảm dần.
Tuy nhiên, độ suy giảm khả năng linh động của cấp phối dùng đá Dmax 20 nhiều
hơn so với hỗn hợp bê tông đá mi. Mối quan hệ giữa hàm lượng tro bay thay thế và
độ linh động của hỗn hợp bê tông theo phương trình tuyến tính:
Dmax 20: y = - 0.15 x + 22, với R2 = 0.8824; với y là độ linh động, x là hàm
lượng tro bay.
y = -0,15x + 22 R² = 0,8824
y = -0,08x + 18,2 R² = 0,8
10
12
14
16
18
20
22
24
0 5 10 15 20 25 30 35
Độ sụ
t (cm
)
Hàm lượng tro bay (%)
Đá Dmax = 20Đá mi = 5-10
43
Đá mi: y = - 0.08 x + 18.2, với R2 = 0.8; với y là độ linh động, x là hàm
lượng tro bay.
Kết quả này cho thấy khi hàm lượng hạt mịn tro bay với kích thước khoảng 10
– 100 μm nhỏ hơn kích thước các hạt xi măng, làm thay đổi tỷ diện tích bề mặt
trong cấu trúc của hỗn hợp vật liệu, do đó làm cho hỗn hợp chất kết dính có xu
hướng cần lượng nước nhào trộn cao hơn do đó làm giảm độ linh động của hỗn hợp
bê tông. Đối với hỗn hợp dùng cốt liệu có kích thước lớn thì khi sử dụng tro bay sẽ
tác động lớn đến tỷ diện tích bề mặt của các hạt cốt liệu, đến hệ số rỗng của hỗn
hợp vật liệu, làm thay đổi khả năng linh động của hỗn hợp nhanh hơn.
Ta nhận thấy, khi thành phần cấp phối sử dụng tro bay sẽ ảnh hưởng trực tiếp
đến độ linh động của hỗn hợp bê tông, khi đó ảnh hưởng đến quá trình đóng rắn và
hệ số rỗng của vật liệu, tác động đến cấu trúc của vật liệu bê tông nền.
Hình 4.2: Ảnh hưởng của tro bay đến cường độ chịu nén của bê tông
y = -0,094x + 32,26 R² = 0,7231
y = -0,058x + 25,22 R² = 0,9092
0
5
10
15
20
25
30
35
0 5 10 15 20 25 30 35
Cườn
g độ
nén
(N/m
m2 )
Hàm lượng tro bay (%)
Đá Dmax = 20
Đá mi = 5-10
44
a - Sự liên kết giữa cốt liệu lớn và vữa nền
b - Sự liên kết giữa hồ ximang-tro bay và cốt liệu nhỏ
Hình 4.3: Bề mặt liên kết trong vật liệu nền bê tông sau 28 ngày
45
Hình 4.4: SEM bề mặt bê tông sau 28 ngày, chưa có thành phần hạt mịn (sicafume).
Kết quả trên hình 4.2 cho thấy sau 28 ngày dưỡng hộ, cường độ bê tông đạt
khoảng 32 (N/mm2) đối với bê tông dùng đá Dmax 20 và đạt 25 (N/mm2) đối với bê
tông sử dụng đá mi. Khi thành phần cốt liệu lớn thay đổi thì bộ khung chịu lực của
bê tông cũng thay đổi, do đó khi sử dụng đá mi làm bộ khung chịu lực thì cường độ
giảm đi đáng kể.
Khi thành phần cấp phối sử dụng tro bay thay thế xi măng thì cường độ của
bê tông đá Dmax 20 có xu hướng giảm dần. Tro bay sử dụng 30% thì cường độ
giảm khoảng 10% so với ban đầu. Khi bê tông sử dụng đá mi thì kết hợp với tro bay
cũng có xu hướng làm giảm cường độ. Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và hàm
lượng tro bay thay thế là tuyến tính, thể hiện qua công thức:
Các lổ rỗng trên bề mặt có kích 5-10 μm
Các khoáng xi măng
46
Dmax 20: y = -0.094 x + 32.26, R2 = 0.7232; với y là cường độ nén, x là
hàm lượng tro bay.
Đá mi: y = -0.058 x + 25.22, R2 = 0.9092; với y là cường độ nén, x là hàm
lượng tro bay.
Ta nhận thấy, hạt tro bay thay thế cho hàm lượng xi măng làm cho khả năng
hydrat hóa của xi măng giảm đi. Tro bay có chứa các thành phần hoạt tính Al và Si
có khả năng giúp xi măng tạo phản ứng pozzolane nhưng đòi hỏi thời gian phát
triển cường độ chậm, do đó kết quả cường độ nén sau 28 ngày chưa cho thấy sự ảnh
hưởng rõ rệt của tro bay khi thay thế xi măng.
Kết quả trên hình 4.3a cho thấy khi sử dụng hỗn hợp chất kết dính xi măng- tro
bay thì lớp vữa liên kết có chiều dày dao động từ 0.27 đến 0.65mm. Đồng thời lớp
vữa cũng có sự phân bố của lớp hồ xi măng – tro bay liên kết với cốt liệu cát tạo
thành lớp vữa có cường độ. Khi phân tích hình ảnh chụp bề mặt của sản phẩm đóng
rắn xi măng – tro bay sau 28 ngày bằng SEM (scanning electron microscope) trên
hình 4.4 cho thấy chủ yếu là sự phát triển cường độ của các khoáng xi măng, rất ít
sự xuất hiện các kết quả của phản ứng pozzolane khi sử dụng tro bay. Đồng thời, ta
cũng nhận thấy các lỗ rỗng trên bề mặt vật liệu có kích thước dao động từ 5 – 10
μm. Điều này cũng ảnh hưởng đến cấu trúc đặc chắc của bê tông mà các hạt tro bay
chưa thể lấp đầy. Điều này là do tro bay là một dạng phụ gia khoáng hoạt tính, có
vai trò lấp đầy lỗ rỗng trong cấu trúc đá ximăng tuy nhiên việc phát triển cường độ
rất chậm, do đó thời gian ngắn chưa phát huy được việc phát triển cường độ nén của
nó cho bê tông nền.
47
Hình 4.5: Ảnh hưởng của tro bay đến cường độ chịu uốn của bê tông
Hình 4.6: Ảnh hưởng của tro bay đến cường độ kéo gián tiếp của bê tông
y = -0,019x + 4,66 R² = 0,9627
y = -0,015x + 3,15 R² = 0,8824
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
0 5 10 15 20 25 30 35
Cườn
g độ
uốn
(N
/mm
2 )
Hàm lượng tro bay (%)
Đá Dmax = 20
Đá Mi = 5 - 10
y = -0,014x + 2,76 R² = 0,8909
y = -0,01x + 2,45 R² = 0,8333
00
01
01
02
02
03
03
0 5 10 15 20 25 30 35
Cườn
g độ
kéo
giá
n tiế
p (N
/mm
2 )
Hàm lượng tro bay (%)
Đá Dmax =20
Đá mi = 5-10
48
Kết quả trên hình 4.5 và 4.6 cho thấy cường độ uốn và kéo gián tiếp của bê
tông dùng Dmax 20 đạt khoảng 4.7 (N/mm2) và 2.8 (N/mm2). Đối với bê tông đá
mi, cường độ uốn và cường độ chịu kéo gián tiếp là 3.1 (N/mm2) và 2.4 (N/mm2).
Các giá trị cường độ của bê tông khi sử dụng đá mi luôn thấp hơn so với bê tông
dùng đá Dmax 20.
Cường độ chịu uốn và cường độ chịu kéo gián tiếp của bê tông khi sử dụng tro
bay cũng có xu hướng giảm tương tự như cường độ chịu nén. Mối quan hệ tuyến
tính giữa cường độ chịu uốn, cường độ chịu kéo gián tiếp theo hàm lượng tro bay
thể hiện theo:
- Dmax 20:
y = -0.019 x + 4.66, R2 = 0.9627; với y là cường độ chịu uốn, x là hàm lượng
tro bay.
y = -0.014 x + 2.76, R2 = 0.8909; với y là cường độ chịu kéo, x là hàm
lượng tro bay.
- Đá mi:
y = -0.015 x + 3.15, R2 = 0.8824; với y là cường độ chịu uốn, x là hàm lượng
tro bay.
y = -0.01 x + 2.45, R2 = 0.833; với y là cường độ chịu kéo, x là hàm lượng
tro bay.
Ta nhận thấy, vật liệu bê tông nền sử dụng cốt liệu đá Dmax 20 cho cường độ
tốt hơn nhiều khi thiết kế cấp phối tận dụng đá mi. Khi sử dụng thành phần hạt mịn
của tro bay thay thế cho xi măng thì độ linh động và tính chất cơ lý của bê tông có
xu hướng giảm. Điều này ảnh hưởng đến chất lượng của bê tông. Do đó, nghiên cứu
tập trung vào việc nâng cao tính chất của vật liệu bê tông nền sử dụng cốt liệu
Dmax 20 bằng cách sử dụng thêm thành phần hạt mịn có kích thước nhỏ hơn để có
49
khả năng lấp đầy các lỗ rỗng trong cấu trúc của bê tông mà vai trò của các hạt tro
bay chưa có khả năng phát huy.
4.2 Ảnh hưởng của thành phần hạt mịn silicafume trong tính chất của bê tông tro bay - Thành phần silicafume được sử dụng có hàm lượng 5 – 10% thay thế xi
măng kết hợp với tro bay, kết quả thí nghiệm trình bày trong bảng dưới đây.
Bảng 4.2: Ảnh hưởng của silicafume và tro bay đến tính chất bê tông
Ký hiệu
mẫu
Tro
bay
(%)
Silica
fume
(%) Độ sụt
(cm)
Cường độ
nén
(N/mm2)
Cường
độ uốn
(N/mm2)
Cường độ
kéo gián
tiếp
(N/mm2)
D10 10 0 20 31.5 4.4 2.6
D10S5 10 5 19 34.5 4.5 2.9
D10S10 10 10 19 35.3 4.6 3.3
D20 20 0 20 29.3 4.3 2.4
D20S5 20 5 17 32.1 4.4 3.1
D20S10 20 10 16 33.7 4.4 3
D30 30 0 17 30.1 4.1 2.4
D30S5 30 5 15 31.2 4.2 2.6
D30S10 30 10 14 31.7 4.2 2.7
50
Hình 4.7: Ảnh hưởng của silicafume và tro bay đến độ linh động
Khi sử dụng silicafume thay thế cho xi măng - tro bay thì các hạt mịn với kích
thước micro này ảnh hưởng đến độ linh động của hỗn hợp bê tông xi măng – tro
bay. Trên hình 4.7, đối với cấp phối dùng 10% tro bay cho thấy độ linh động giảm
dần khi hàm lượng hạt silicafume thay thế xi măng tăng dần. Mối quan hệ giữa hàm
lượng hạt silicafume sử dụng và độ linh động của hỗn hợp bê tông xi măng - tro bay
10% là tuyến tính theo:
y = -0.1 x + 19.833, với R2 = 0.75; với y là độ linh động, x: hàm lượng
silicafume.
Mối quan hệ tuyến tính giữa hàm lượng silicafume và độ linh động có khuynh
hướng tương tự khi sử dụng cho cấp phối dùng 20 và 30% tro bay. Khi dùng 10%
silicafume, độ linh động chỉ đạt 16 và 14 cm đối với cấp phối dùng 20 và 30% tro
bay. Ta nhận thấy, khi sử dụng hàm lượng hạt mịn silicafume kết hợp với hạt tro
y = -0,1x + 19,833 R² = 0,75
y = -0,4x + 19,667 R² = 0,9231
y = -0,3x + 16,833 R² = 0,9643
10
12
14
16
18
20
22
0 2 4 6 8 10 12
Độ sụ
t (cm
)
Hàm lượng silicafume (%)
10% Tro bay
20% Tro bay
30% Tro bay
51
bay thì độ suy giảm về khả năng làm việc của hỗn hợp bê tông rất lớn. Khi so sánh
với cấp phối đối chứng thì độ linh động giảm đến 30% khi dùng 30% tro bay và
10% silicafume. Điều này cho thấy, khi sử dụng hàm lượng hạt mịn trong thành
phần cấp phối thì sẽ làm thay đổi hệ số rỗng, điện tích và sự phân tán các hạt khi
tiếp xúc với môi trường nước làm thay đổi độ linh động của hỗn hợp bê tông, có thể
ảnh hưởng đến tính chất cơ học của vật liệu.
Hình 4.8: Ảnh hưởng của silicafume và tro bay đến cường độ nén
Kết quả thực nghiệm sử dụng silicafume trên hình 4.8 cho thấy cường độ sau
28 ngày có khuynh hướng tăng khoảng 5 - 10% khi sử dụng silicafume kết hợp tro
bay. Khi cấp phối sử dụng 10 và 20% tro bay kết hợp với silicafume sẽ cho kết quả
cường độ được gia tăng rõ rệt. Cường độ đạt được khoảng 35 (N/mm2) khi sử dụng
10% tro bay kết hợp 10% silicafume.
y = 0,38x + 31,867 R² = 0,8995
y = 0,44x + 29,5 R² = 0,9758 y = 0,16x + 30,2
R² = 0,9552
10
15
20
25
30
35
40
0 2 4 6 8 10 12
Cườn
g độ
nén
(n/m
m2 )
Hàm lượng silicafume (%)
10% Tro bay
20% Tro bay
30% Tro bay
52
Ta nhận thấy, sự gia tăng cường độ khi kết hợp với tro bay và silicafume là
do các hạt silicafume có kích thước nhỏ hơn có thể lấp đầy các lỗ rỗng trong cấu
trúc của xi măng – tro bay, làm cho bê tông có độ đặc chắc tốt hơn, cường độ tốt
hơn. Tuy nhiên khi sử dụng hàm lượng tro bay quá nhiều, cấp phối 30% tro bay, thì
sự ảnh hưởng của thành phần hạt mịn silicafume không đáng kể.
Hình 4.9: Ảnh hưởng của silicafume và tro bay đến cường độ uốn
y = 0,02x + 4,4 R² = 1
y = 0,01x + 4,3167 R² = 0,75
y = 0,01x + 4,1167 R² = 0,75
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
0 2 4 6 8 10 12
Cườn
g độ
uốn
(N/m
m2 )
Hàm lượng silicafume (%)
10% Tro bay
20% Tro bay
30% Tro bay
53
Hình 4.10: Ảnh hưởng của silicafume và tro bay đến cường độ kéo gián tiếp
Kết quả trên hình 4.9 và 4.10 cho thấy cường độ chịu uốn và cường độ chịu
kéo gián tiếp cũng có xu hướng tăng khi thay đổi hàm lượng silicafume thay thế cho
xi măng. Trong đó, cường độ chịu uốn có sự thay đổi không đáng kể, khi sử dụng
30% tro bay và 10% silicafume thì hầu như không cải thiện được vai trò của
silicafume trong tính chất chịu uốn của bê tông. Đối với giá trị cường độ chịu kéo
gián tiếp thì silicafume có khả năng làm thay đổi đến 15% cường độ với 10% thay
thế xi măng. Khi sử dụng 10% silicafume bổ sung cho cấp phối dùng 10% tro bay
thì cường độ chịu kéo gián tiếp có thể đạt đến 3.3 (N/mm2). Mối quan hệ giữa hàm
lượng silicafume và tính chất chịu uốn, chịu kéo gián tiếp cũng có qui luật tuyến
tính như tính chất cường độ chịu nén.
Ta nhận thấy, vai trò của các hạt mịn sẽ gia cường cho lớp vữa nền bao bọc
xung quanh các hạt cốt liệu lớn đóng vai trò của bộ khung chịu lực trong bê tông.
y = 0,07x + 2,5833 R² = 0,9932
y = 0,06x + 2,5333 R² = 0,6279
y = 0,03x + 2,4167 R² = 0,9643
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
0 2 4 6 8 10 12
Cườn
g độ
kéo
giá
n tiế
p (N
/mm
2 )
Hàm lượng silicafume (%)
10% Tro bay
20% Tro bay
30% Tro bay
54
Các hạt tro bay cần thiết phải được bổ sung các hạt siêu mịn với kích thước nhỏ hơn
như silicafume để lấp đầy các lỗ rỗng trong quá trình đóng rắn của xi măng - tro
bay. Cấp phối 10% tro bay kết hợp với 10% silicafume thay thế cho hàm lượng xi
măng cho thấy khả năng gia cường tốt nhất cho lớp vữa, đồng thời làm tăng tính
chất cơ học cho bê tông. Khi đó, thành phần hạt mịn tro bay- silicafume sẽ gia
cường được khả năng chịu nén, chịu kéo gián tiếp, tuy nhiên kết quả thực nghiệm
cũng cho thấy khả năng chịu uốn của bê tông không được cải thiện đáng kể.
Do đó, nghiên cứu sẽ thực nghiệm thành phần cấp phối với đá Dmax 20, kết
hợp 10% tro bay và 10% silicafume sử dụng sợi để đánh giá khả năng gia cường
các tính chất cơ học của bê tông.
4.3 Ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến tính chất của bê tông. Tính chất cơ lý của bê tông sử dụng thành phần hạt mịn là tro bay và
silicafume kết hợp với sợi thép được thực nghiệm với hàm lượng sợi từ 0.1 đến 1%
theo thể tích. Kết quả thực nghiệm trình bày trong bảng.
Bảng 4.3: Tính chất cơ học của bê tông hạt mịn kết hợp với sợi thép.
Ký hiệu
mẫu Sợi 1
(%)
Sợi 2
(%)
Độ
sụt
(cm)
Cường
độ nén
(N/mm2)
Cường
độ uốn
(N/mm2)
Cường
độ kéo
gián
tiếp
Mô đun
đàn hồi
(kN/mm2)
DC 0 22 32.5 4.7 2.8 24.2
DCF1 0.1 22 32.8 5.1 2.8 24.6
DCF2 0.25 22 33.2 5.3 2.9 25.3
DCF3 0.5 20 33.7 5.8 3.1 25.8
DCF4 1 20 34.8 6.4 3.3 26.3
55
Ký hiệu
mẫu Sợi 1
(%)
Sợi 2
(%)
Độ
sụt
(cm)
Cường
độ nén
(N/mm2)
Cường
độ uốn
(N/mm2)
Cường
độ kéo
gián
tiếp
Mô đun
đàn hồi
(kN/mm2)
M1 0 16 23.5 2.7 2.1 21.5
M1F1 0.1 18 26.3 3.6 2.6 21.8
M1F2 0.25 15 26.8 4.1 2.6 21.8
M1F3 0.5 15 27.5 4.4 2.8 22.5
M1F4 1 13 28.2 5.2 2.9 22.8
D10S10F1 0.1 19 36.2 5.3 3.6 25.7
D10S10F2 0.25 17 36.9 5.7 3.7 26.3
D10S10F3 0.5 15 38.2 6.3 3.9 26.8
D10S10F4 1 15 38.4 6.9 3.9 27.2
D10S10G1 0.1 18 36.4 5.5 3.6 25.7
D10S10G2 0.25 15 37.5 6.1 3.9 26.5
D10S10G3 0.5 13 38.2 6.8 4.1 27.2
D10S10G4 1 13 38.4 7.1 4.3 27.5
D10S10H1 0.05 0.05 17 35.9 5.3 3.5 25.6
D10S10H2 0.125 0.125 15 36.8 5.9 3.9 26.2
D10S10H3 0.25 0.25 15 37.3 6.5 4.1 26.8
D10S10H4 0.5 0.5 13 37.6 7 4.2 27.1
56
Ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến tính chất của bê tông nền 4.3.1
Hình 4.11: Ảnh hưởng của sợi đến độ linh động của bê tông
Kết quả thực nghiệm cho thấy khi sử dụng sợi loại 1 thì độ linh động của bê
tông sử dụng đá Dmax 20 và đá mi đều bị giảm. Hàm lượng sợi càng tăng thì bê
tông càng có xu hướng giảm khả năng linh động. Khi sử dụng 1% thể tích sợi thì độ
linh động còn 20 cm đối với hỗn hợp bê tông đá Dmax 20 và 13 cm đối với hỗn hợp
bê tông đá mi.
y = -2,3824x + 22,082 R² = 0,7544
y = -3,8245x + 16,815 R² = 0,7069
10
12
14
16
18
20
22
24
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Độ sụ
t (cm
)
Hàm lượng sợi (%)
Đá Dmax=20
Đá mi 5-10
57
Hình 4.12: Ảnh hưởng của sợi đến cường độ của bê tông
a - Hỗn hợp bê tông có sử dụng tro bay
y = 2,2571x + 32,565 R² = 0,997
y = 3,6505x + 25,109 R² = 0,6534
10
15
20
25
30
35
40
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Cườn
g độ
nén
(N/m
m2 )
Hàm lượng sợi (%)
Đá Dmax=20
Đá mi 5-10
58
b - Hỗn hợp bê tông tro bay có dùng sợi thép Hook
Hình 4.13: Độ linh động của hỗn hợp bê tông
Hình 4.14: Sự phân bố của sợi trong hỗn hợp bê tông
59
a - Hàm lượng sợi 0.1%
b - Hàm lượng sợi 1%
Hình 4.15: Sự phân bố sợi thép trong bê tông nền
60
Hình 4.16: Sự bám dính của sợi trong bê tông nền
Cường độ chịu nén của bê tông sau 28 ngày khi kết hợp với sợi loại 1 đạt được
32.8 (N/mm2) và 26.3 (N/mm2) khi sử dụng hàm lượng sợi 0.1%. Các giá trị này
cao hơn bê tông khi không dùng sợi thép như trên hình 4.12. Khi hàm lượng sợi
càng tăng thì cường độ bê tông có khả năng được gia cường. Khi hàm lượng sợi
dùng 1% thì cường độ của cả 2 loại bê tông tăng khoảng 8-10%. Kết quả này là do
sợi thép với hàm lượng thích hợp có khả năng phân bố đều và gia cường được bộ
khung chịu lực của bê tông, làm tăng khả năng chịu nén cho bê tông nền.
Sự phân bố của các loại sợi trong hỗn hợp bê tông và ảnh hưởng của sợi đến
độ linh động của hỗn hợp bê tông trình bày trong hình 4.13 và 4.14. Hình 4.15 cho
thấy sự phân bố của sợi trong bê tông nền khi đóng rắn. Hình 4.16 cho thấy kết quả
chụp cấu trúc bề mặt sợi trong bê tông nền khi sử dụng sợi. Sợi bám dính tốt vào
nền vữa, không có sự thay đổi tiết diện bị ăn mòn trên bề mặt sợi cho thấy sự làm
việc tốt của sợi trong vật liệu nền. Tuy nhiên ta nhận thấy bề mặt sợi không có sự
bám dính của lớp vữa nền trên sợi, do đó sự làm việc chung giữa sợi và nền chưa
được hoàn thiện.
Sợi thép
Bê tông nền
Chưa có sự bám dính
61
Hình 4.17: Ảnh hưởng của sợi đến cường độ uốn của bê tông
Hình 4.18: Ảnh hưởng của sợi đến cường độ kéo gián tiếp của bê tông
y = 1,6207x + 4,8603 R² = 0,9675
y = 2,1708x + 3,1968 R² = 0,869
0
1
2
3
4
5
6
7
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Cườn
g độ
uốn
(N/m
m2 )
Hàm lượng sợi (%)
Đá Dmax=20
Đá mi 5-10
y = 0,5361x + 2,7817 R² = 0,9752
y = 0,627x + 2,368 R² = 0,66
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Cườn
g độ
kéo
giá
n tiế
p (N
/mm
2 )
Hàm lượng sợi (%)
Đá Dmax=20
Đá mi 5-10
62
Giá trị cường độ chịu uốn của bê tông sợi gia tăng khoảng 15-20% khi hàm
lượng sợi sử dụng từ 0.1 đến 1% như trên hình 4.17. Sợi có xu hướng gia cường
tuyến tính theo hàm lượng sử dụng đối với cường độ chịu uốn. Trong khi đó, cường
độ chịu kéo gián tiếp cũng được thay đổi 10-12% khi gia tăng hàm lượng sợi sử
dụng. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi đối với bê tông nền sử dụng đá Dmax 20 và đá
mi đều có xu hướng tương tự nhau. Kết quả cho thấy, sợi thép có khả năng gia
cường giá trị cường độ chịu uốn tốt nhất, bên cạnh đó sợi cũng có khả năng gia
cường khả năng chịu kéo gián tiếp và cường độ chịu nén của bê tông như trên hình
4.18.
Ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến tính chất của bê tông hạt mịn 4.3.2
Hình 4.19: Ảnh hưởng của sợi loại 1 đến độ linh động của bê tông hạt mịn
Hàm lượng sợi dùng cho bê tông hạt mịn ảnh hưởng đến khả năng làm việc
của vật liệu trình bay trong hình 4.19. Kết quả cho thấy hàm lượng sợi thép làm
giảm độ linh động của hỗn hợp bê tông khi dùng kết hợp tro bay và silicafume. Khi
y = -2,3824x + 22,082 R² = 0,7544
y = -4,3887x + 18,624 R² = 0,768
10
12
14
16
18
20
22
24
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Độ sụ
t (cm
)
Hàm lượng sợi (%)
Khong tro bay
Tro bay - Silicafume
63
sử dụng cùng một hàm lượng sợi thì hỗn hợp bê tông hạt mịn có xu hướng giảm độ
linh động nhanh hơn so với bê tông đối chứng. Hàm lượng sợi càng tăng thì sự suy
giảm độ linh động của hỗn hợp bê tông càng rõ ràng. Tại hàm lượng 1% sợi thép,
độ linh động của hỗn hợp bê tông giảm đến 20% và giảm đến 25% khi so sánh với
hỗn hợp bê tông đối chứng.
Ta nhận thấy, ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến khả năng linh động của hỗn
hợp bê tông là nguyên nhân dẫn đến giảm sự phân bố đếu và vón cục của hỗn hợp
bê tông khi hàm lượng sợi càng tăng dần. Kết quả này tương đồng với thực nghiệm
của các nghiên cứu trước đây khi giới hạn sự kết hợp với hàm lượng sợi lớn hơn 1%
sẽ dẫn đến sự giảm khả năng làm việc của hỗn hợp bê tông. Khi cấp phối dùng
thành phần hạt mịn thì sự thay đổi của độ linh động trong hỗn hợp bê tông càng rõ
ràng.
Hình 4.20: Ảnh hưởng của sợi loại 1 đến cường độ của bê tông hạt mịn
Kết quả trên hình 4.20 cho thấy cường độ chịu nén của bê tông kết hợp với
thành phần tro bay và silicafume có sự thay đổi tuyến tính theo hàm lượng sợi thép.
Qui luật này cũng xảy ra tương tự khi so sánh với bê tông đối chứng. Bê tông sử
y = 2,2571x + 32,565 R² = 0,997
y = 2,9702x + 35,901 R² = 0,811
10
15
20
25
30
35
40
45
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Cườn
g độ
nén
(N
/mm
2 )
Hàm lượng sợi (%)
Khong tro bay
Tro bay - Silicafume
64
dụng hạt mịn thay thế xi măng cho kết quả cường độ chịu nén lớn hơn so với bê
tông không dùng tro bay. Do đó, thành phần hạt mịn đóng vai trò ảnh hưởng lớn
đến sự liên kết của thành phần sợi vào bộ khung chịu lực của bê tông.
Hình 4.21: Ảnh hưởng của sợi loại 1 đến cường độ uốn của bê tông hạt mịn
Hình 4.22: Ảnh hưởng của sợi loại 1 đến cường độ kéo gián tiếp của bê tông hạt mịn
y = 1,6207x + 4,8603 R² = 0,9675
y = 2,1144x + 4,9777 R² = 0,9049
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Cườn
g độ
uốn
(N
/mm
2 )
Hàm lượng sợi (%)
Không tro bay
Tro bay - Silicafume
y = 0,5361x + 2,7817 R² = 0,9752
y = 0,5125x + 3,4904 R² = 0,6758
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Cườn
g độ
kéo
giá
n tiế
p (N
/mm
2 )
Hàm lượng sợi (%)
Không tro bay
Tro bay - Silicafume
65
Hình 4.23: Sợi thép trong bê tông nền hạt mịn
Hình 4.24: Sự liên kết giữa sợi và bê tông hạt mịn
Sợi thép
Bê tông hạt mịn
có sự bám dính tốt
66
Kết quả thực nghiệm cho thấy cường độ chịu uốn của bê tông hạt mịn gia
tăng theo hàm lượng sợi thép sử dụng. Hình 4.21 trình bày giá trị cường độ uốn khi
chưa dùng sợi thì giữa bê tông đối chứng và bê tông hạt mịn không có sự khác biệt
nhiều, tuy nhiên khi sử dụng hàm lượng sợi từ 0.1 – 1% thì sự khác biệt rất rõ ràng.
Khi hàm lượng sợi thấp 0.1% thì sai lệch 3-5%, nhưng khi hàm lượng sợi dùng 1 %
thì sai lệch giữa 2 giá trị là hơn 10%. Kết quả này là do vật liệu bê tông nền hạt mịn
với 10% tro bay và 10% silicafume sẽ liên kết với các sợi chắc chắn hơn, làm cho
nền bê tông đặc chắc hơn đồng thời vùng chuyển tiếp giữa sợi và bê tông nền được
cải thiện tốt hơn. Hàm lượng sợi càng tăng thì bê tông đối chứng có xu hướng lớp
vữa nền sẽ bao bọc xung quanh các sợi thép trong khi lớp vữa hạt mịn của bê tông
tro bay sẽ bao bọc xung quanh sợi nên làm cho khả năng chịu uốn của bê tông thay
đổi rõ rệt.
Hình 4.22 cho thấy giá trị cường độ chịu kéo gián tiếp của bê tông đối chứng
và bê tông hạt mịn có cùng chung qui luật tăng dần với hàm lượng sợi sử dụng. Với
hàm lượng sợi thay đổi thì bê tông hạt mịn có xu hướng tăng cường độ cao hơn so
với bê tông đối chứng. Giá trị cường độ uốn tăng đến 25% và cường độ kéo gián
tiếp có thể tăng đến 20% khi hàm lượng sợi là 1%.
Hình 4.23 trình bày phân bố sợi thép trong bê tông nền có dùng hạt mịn. Kết
quả chụp bề mặt liên kết giữa sợi và bê tông hạt mịn trên hình 4.24 cho thấy vùng
tiếp xúc giữa bê tông nền và sợi không có các vết nứt, liên kết giữa sợi và nền rất
tốt. Đồng thời, trên bề mặt sợi còn có sự bám dính của lớp vữa nền, có sự khác biệt
so với hình 4.13 khi không thấy sự bám dính của vữa nền trên bề mặt sợi. Điều này
cho thấy lớp vữa hạt mịn tro bay – silicafume làm cho sợi bám dính tốt hơn, làm gia
cường khả năng chịu uốn cao hơn hẳn so với bê tông đối chứng. Nhận định trên
cũng giống như nhận định ban đầu về vai trò của thành phần hạt mịn sẽ bao bọc
xung quanh các hoạt xi măng, lấp đầy các lỗ rỗng và tăng khả năng liên kết giữa các
vùng chuyển tiếp trong cấu trúc của đá xi măng và bê tông nền. Khi có mặt các sợi
67
thép thì sự kết hợp giữa sợi và các thành phần hạt mịn sẽ giúp cho sự làm việc và
gia cường của sợi trong vật liệu bê tông nền tốt hơn.
Ảnh hưởng của tính chất sợi đến tính chất của bê tông hạt mịn 4.3.3 Bê tông hạt mịn kết hợp với các loại sợi khác nhau với hàm lượng 0,1 đến 1%
theo thể tích. Kết quả thực nghiệm trình bày trong hình.
Hình 4.25: Ảnh hưởng của sợi khác nhau đến độ linh động của bê tông hạt mịn
Độ linh động của hỗn hợp bê tông phụ thuộc rất nhiều vào thành phần hạt
mịn, thành phần cốt liệu và hàm lượng sợi. Hình 4.25 cho thấy khi hỗn hợp bê tông
dùng thêm sợi loại 2 và sợi hỗn hợp giữa loại 1 và loại 2 thì có sự khác biệt. Sợi loại
2 có hình dạng sợi khác nhưng chiều dài sợi và đường kính sợi không khác biệt
nhiều nên độ linh động của hỗn hợp bê tông dùng sợi loại 2 cho kết quả thấp hơn
sợi loại 1 ứng với hàm lượng sợi tương đồng nhau. Mối quan hệ giữa hàm lượng sợi
và độ linh động là đường cong bậc 2. Tuy nhiên khi hỗn hợp bê tông dùng 50% sợi
loại 1 và 50% sợi loại 2 thì độ linh động của hỗn hợp bê tông cũng giảm dần theo
hàm lượng sợi nhưng giá trị có xu hướng khác biệt so với từng lọai sợi riêng lẽ. Khi
đó mối quan hệ giữa sợi hỗn hợp và độ linh động là mối quan hệ tuyến tính.
y = 0,5x2 - 3,9x + 22,5 R² = 0,9818
y = 0,75x2 - 5,45x + 22,75 R² = 0,997
y = -1,2x + 18 R² = 0,9
Độ sụ
t (cm
)
Hàm lượng sợi (%)
Sợi loại 1
Sợi loại 2
Sợi hỗn hợp
68
Sợi loại 1: y = 0.5 x2 -3.9x + 22.5; với y là độ linh động, x là hàm lượng
sợi.
Sợi loại 2: y = 0.75 x2 -5.45x + 22.75; với y là độ linh động, x là hàm lượng
sợi.
Sợi hỗn hợp: y = -1.2x + 18; với y là độ linh động, x là hàm lượng sợi.
Hình 4.26: Ảnh hưởng của sợi khác nhau đến cường độ của bê tông hạt mịn
Giá trị cường độ chịu nén của hỗn hợp bê tông hạt mịn như trên hình 4.26 cho
thấy sợi loại 2 ảnh hưởng đến cường độ nén gần tương đồng với sợi loại 1. Với hàm
lượng sợi 0.1 – 0.25% thì sợi loại 2 cho giá trị cường độ nén cao hơn bê tông dùng
sợi loại 1. Khi hàm lượng sợi 0.5-1% thì giá trị cường độ nén của bê tông dùng 2
loại sợi này tương đương nhau. Tuy nhiên, khi bê tông dùng đồng thời 2 loại sợi
này thì giá trị cường độ nén có xu hướng tăng nhưng thấp hơn so với bê tông dùng
34,5
35
35,5
36
36,5
37
37,5
38
38,5
39
0,1 0,25 0,5 1
Cườn
g độ
nén
(N/m
m2 )
Hàm lượng sợi (%)
Sợi loại 1
Sợi loại 2
Sợi hỗn hợp
69
riêng từng loại sợi. Với hàm lượng sợi 0.1 và 0.25% thì cường độ nén của sợi hỗn
hợp chênh lệch với sợi 1 và sợi 2 không nhiều, khi hàm lượng sới 0.5-1% thì sự
chênh lệch của sợi hỗn hợp là rõ rệt.
Ta nhận thấy, khi bê tông nền hạt mịn sử dụng sợi có hình dạng khác nhau
với chiều dài và đường kính sợi không thay đổi nhiều thì giá trị cường độ nén thay
đổi nhẹ ứng với hàm lượng sợi thấp, khi hàm lượng sợi 0.5-1% thì cường độ nén
tương đồng nhau. Tuy nhiên khi phối trộn cà 2 loại sợi này thì sự phân tán sợi khác
nhau trong cùng 1 vật liệu nền sẽ không đồng nhất, sự làm việc của từng loại sợi
cũng khác nhau làm cho khả năng làm việc của sợi trong nền không ổn định như
cùng một loại sợi.
Hình 4.27: Ảnh hưởng của sợi khác nhau đến cường độ uốn của bê tông hạt mịn.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0,1 0,25 0,5 1
Cườn
g độ
uốn
(MPa
)
Hàm lượng sợi (%)
Sợi loại 1
Sợi loại 2
Sợi hỗn hợp
70
Hình 4.28: Ảnh hưởng của sợi khác nhau đến cường độ kéo gián tiếp của bê tông hạt mịn
Hình 4.29: Mô đun đàn hồi của bê tông với các loại sợi
00
01
01
02
02
03
03
04
04
05
05
0,1 0,25 0,5 1
Cườn
g độ
kéo
giá
n tiế
p (N
/mm
2 )
Hàm lượng sợi (%)
Sợi loại 1
Sợi loại 2
Sợi hỗn hợp
20
21
22
23
24
25
26
27
28
0,1 0,25 0,5 1
Mô
đun
đàn
hồi
(kN
/mm
2 )
Hàm lượng sợi (%)
Sợi loại 1
Sợi loại 2
Sợi hỗn hợp
71
Hình 4.27 cho thấy giá trị cường độ chịu uốn của bê tông dùng sợi loại 2
cũng có qui luật tăng dần theo hàm lượng sợi sử dụng. Khi so sánh với cùng hàm
lượng sợi thì giá trị cường độ uốn cho thấy cao hơn so với sợi loại 1. Khi sử dụng
sợi hỗn hợp thì giá trị cường độ uốn thấp hơn so với sợi loại 2 nhưng cao hơn sợi
loại 1. Ta nhận thấy sợi loại 2 với hình dạng nhiều góc cạnh hơn nên khả năng bám
dính, diện tích tiếp xúc của sợi trong vật liệu nền bê tông hạt mịn tốt hơn nên có khả
năng làm tăng cường độ uốn tốt hơn. Sợi hỗn hợp phân tán trong nền sẽ khác biệt so
với sợi loại 1 và loại 2 nên khi sử dụng cũng có khả năng tăng cường độ uốn nhưng
sự làm việc không ổn định như sợi loại 2.
Kết quả trên Hình 4.28 trình bày ảnh hưởng của sợi đến cường độ kéo gián
tiếp của bê tông khi sử dụng các loại sợi khác nhau. Sợi loại 2 cho cường độ kéo
gián tiếp gia tăng nhiều hơn so với sợi loại 1. Khi sử dụng sợi hỗn hợp thì ảnh
hưởng của sợi làm cường độ kéo gián tiếp không tăng nhiều như khi sử dụng sợi
loại 2. Ta nhận thấy, quy luật khi sử dụng sợi với hàm lượng 0.1 – 1% có thể làm
tăng cường độ kéo gián tiếp của bê tông từ 8-10%. Sự kết hợp của sợi với nền vật
liệu bê tông có sử dụng các thành phần hạt mịn sẽ làm tăng cường tính chất cơ học
cho vật liệu bê tông.
Giá trị mô đun đàn hồi cũng cho thấy sự thay đổi theo hàm lượng sợi sử dụng
trong bê tông nền sử dụng hạt mịn tro bay và silicafume như trên hình 4.29. Hàm
lượng sợi gia tăng thì giá trị E cũng tăng theo. Với hàm lượng sợi thấp thì sợi loại 1
và loại 2 cho giá trị tương đồng nhau. Khi hàm lượng sợi tăng lên thì bê tông dùng
sợi loại 2 có xu hướng tăng nhanh hơn. Hỗn hợp sợi thì cho giá trị E thấp hơn khi
dùng riêng từng loại sợi. Do đó, các tính chất cơ lý của bê tông dùng sợi thép hỗn
hợp trên nền hạt mịn có mối quan hệ lẫn nhau cần được xem xét.
72
Hình 4.30: Mối quan hệ giữa cường độ uốn và cường độ nén
Hình 4.31: Mối quan hệ giữa cường độ kéo gián tiếp và cường độ nén
y = 4,6667x + 10,433 R² = 0,6683
y = 9,4521x - 8,2399 R² = 0,9015
y = 1,9499x + 24,658 R² = 0,4799
25
27
29
31
33
35
37
39
41
3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5
Cườn
g độ
nén
(N/m
m2 )
Cường độ uốn (N/mm2)
Betong tro bay
Betong tro bay -silicafume
Betong sợi thép
y = 7,1818x + 12,536 R² = 0,9286
y = 5,2426x + 17,75 R² = 0,6933
y = 3,8963x + 22,075 R² = 0,9134
25
27
29
31
33
35
37
39
41
02 02 03 03 04 04 05
Cườn
g độ
nén
(N/m
m2 )
Cường độ bổ (N/mm2)
Betong tro bayBetong tro bay -silicafumeBetong sợi thép
73
Hình 4.32: Mối quan hệ giữa cường độ nén và mô đun đàn hồi
Kết quả trên hình 4.30 cho thấy mối quan hệ giữa cường độ nén và cường độ
uốn của bê tông sử dụng hạt mịn tro bay và bê tông sử dụng hạt mịn tro bay kết hợp
silicafume là tuyến tính, với công thức
Bê tông tro bay: y = 4.6667x + 10.433, R² = 0.6683; với y là cường độ nén, x
là cường độ uốn.
Bê tông tro bay – silicafume: y = 9.4521x - 8.2399, R² = 0.9015; với y là
cường độ nén, x là cường độ uốn.
Khi đó, bê tông sử dụng thành phần hạt mịn tro bay kết hợp với silicafume cho
sự phát triển cường độ nén tăng nhanh hơn so với cường độ uốn. Điều này chứng tỏ
rằng các hạt mịn có tác dụng lấp đầy các lỗ rỗng trong cấu trúc bê tông, các tác
dụng gia cường vùng tiếp xúc của các hạt cốt liệu, làm tăng khả năng chịu nén của
bê tông.
y = 0,5516x + 6,2345 R² = 0,9835
y = 0,4833x + 8,5438 R² = 0,7522
y = 0,3763x + 12,594 R² = 0,7625
15
17
19
21
23
25
27
29
25 27 29 31 33 35 37 39 41
Mô
đun
đàn
hồi
(kN
/mm
2 )
Cường độ nén (N/mm2)
Betong tro bay
Betong tro bay -silicafume
Betong sợi thép
74
Hình 4.31 cho thấy mối quan hệ giữa cường độ nén và cường độ kéo gián tiếp
của bê tông dùng tro bay và tro bay –silicafume là tuyến tính theo công thức
Bê tông tro bay: y = 7.1818x + 12.536, R² = 0.9286; với y là cường độ nén, x
là cường độ kéo gián tiếp.
Bê tông tro bay – silicafume: y = 5.2426x + 17.75, R² = 0.6933; với y là
cường độ nén, x là cường độ kéo gián tiếp.
Mối quan hệ giữa cường độ nén và cường độ kéo gián tiếp cho thấy sự tương
quan của bê tông dùng tro bay và bê tông dùng tro bay kết hợp silicafume. Cường
độ nén của bê tông dùng hạt mịn có xu hướng tăng dần tương ứng với sự gia tăng
của cường độ chịu kéo gián tiếp. Khi sử dụng thành phần hạt mịn thì sự thay đổi của
cường độ kéo gián tiếp phụ thuộc vào cường độ nén. Mối quan hệ này khác biệt với
mối quan hệ giữa cường độ nén và cường độ uốn của bê tông.
Do đó, việc kết hợp tro bay và silicafume sẽ làm cho cấu trúc bê tông tốt hơn
và gián tiếp sẽ làm lực bám dính của bê tông nền. Điều này được chứng tỏ khi
cường độ kéo gián tiếp của bê tông sử dụng hạt mịn tăng tuyến tính tương ứng với
cường độ nén của bê tông.
Khi đó, kết quả trên hình 4.30 và 4.31 cho thấy khi sử dụng sợi thép kết hợp
với bê tông hạt mịn thì mối quan hệ giữa cường độ nén và cường độ uốn, cường độ
kéo gián tiếp có xu hướng tăng tuyến tính. Tuy nhiên, giá trị cường độ uốn tăng lên
rõ ràng so với sự gia tăng của cường độ nén và cường độ kéo gián tiếp. Điều này
cho thấy khi sử dụng sợi thép thì các giá trị của cường độ đều được gia cường, trong
đó cường độ kéo là gia tăng nhiều nhất.
Hình 4.32 cho thấy mối quan hệ giữa cường độ nén và mô đun đàn hồi. Giá trị
modun E của bê tông sử dụng tro bà và tro bay – silicafume có xu hướng tăng tuyến
tính với cường độ nén. Sự tương đồng giữa các giá trị này khi thay đổi hàm lượng
hạt mịn cho thấy các hạt mịn làm gia tăng cường độ nén và mô đun đàn hồi đồng
75
thời, do đó làm tăng tính giòn của vật liệu. Tuy nhiên khi sử dụng hàm lượng sợi
thép để gia cường nền bê tông hạt mịn thì giá trị modun đàn hồi có xu hướng gia
tăng chậm hơn so với cường độ nén. Sự kết hợp sợi trong nền bê tông hạt mịn sẽ
làm cho bê tông có cường độ nén tăng nhưng bê tông cũng có tính dẻo dai hơn.
76
CHƯƠNG 5
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
5.1 Kết luận Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của thành phần hạt mịn đến tính chất của bê
tông sử dụng sợi hỗn hợp cho kết quả
a- Ảnh hưởng của sợi đến tính chất của bê tông xi măng.
- Hỗn hợp bê tông sử dụng cốt liệu lớn là đá mi và đá có Dmax 20 có sự khác
nhau về khả năng làm việc và tính chất cơ học. Vật liệu bê tông nền sử dụng cốt liệu
đá Dmax 20 cho cường độ và độ linh động tốt hơn nhiều khi thiết kế cấp phối tận
dụng đá mi.
- Sử dụng sợi thép với hàm lượng 0.1 đến 1% theo thể tích cho làm cho hỗn
hợp bê tông bị giảm độ linh động. Hỗn hợp bê tông dùng đá Dmax 20 cho độ sụt
giảm 10%, hỗn hợp bê tông đá mi cho độ sụt giảm 20%. Hàm lượng sợi thép tác
động rõ ràng đến khả năng làm việc của hỗn hợp bê tông đá mi.
- Hàm lượng sợi thép dùng trong bê tông có khả năng thay đổi cường độ nén
từ 8 -10%. Các giá trị cường độ uốn và cường độ kéo gián tiếp của bê tông sử dụng
đá mi và bê tông sử dụng đá Dmax 20 đều có khuynh hướng tăng tỷ lệ thuận với
hàm lượng sợi. Giá trị cường độ uốn tăng đến 25% và cường độ kéo gián tiếp có thể
tăng đến 20% khi hàm lượng sợi là 1%. Bê tông đá mi khi dùng sợi thép thì được
gia cường các tính chất cơ học, tuy nhiên các giá trị này đều thấp hơn so với bê tông
dùng cốt liệu Dmax 20.
b- Ảnh hưởng của hàm lượng hạt tro bay và silicafume.
- Khi sử dụng thành phần hạt mịn của tro bay với hàm lượng 10 – 30% khối
lượng xi măng thì độ linh động và tính chất cơ lý của hỗn hợp bê tông có xu hướng
77
giảm dần theo hàm lượng sử dụng. Độ linh động sẽ giảm của bê tông dùng đá Dmax
20 giảm khoảng 15%, trong khi đó bê tông dùng đá mi sẽ có độ linh động giảm
khoảng 10%.
- Hàm lượng tro bay 10 -30% làm giảm các tính chất cơ học của bê tông như
cường độ chịu nén, cường độ chịu uốn, cường độ kéo gián tiếp của bê tông. Khi
hàm lượng tro bay là 30% thì tính chất cường độ giảm khoảng 10 – 20%. Bê tông
đá mi cho thấy sự suy giảm tính chất cường độ nhanh hơn bê tông dùng đá Dmax
20.
- Khi cấp phối sử dụng thêm thành phần hạt mịn silicafume với hàm lượng 5-
10% thì độ linh động của hỗn hợp bê tông có xu hướng giảm dần. Tuy nhiên hàm
lượng silicafume có khả năng gia cường các giá trị cường độ nén, cường độ kéo
gián tiếp của bê tông, giá trị cường độ uốn thay đổi không đáng kể. Cấp phối sử
dụng 10% tro bay và 10% silicafume cho cường độ tốt nhất.
c- Ảnh hưởng của hàm lượng sợi kết hợp với thành phần hạt mịn trong bê tông
- Khi bê tông sử dụng sợi tròn, thẳng có 2 đầu móc (Hook) với hàm lượng 0.1
đến 1 % gia cường bê tông nền có sử dụng tro bay và silicafume cho thấy độ linh
động của hỗn hợp bê tông giảm khoảng 20%. Các tính chất cường độ thay đổi tuyến
tính theo hàm lượng sợi như đối với bê tông đối chứng. Cường độ chịu nén tăng
khoảng 10%, cưởng độ chịu uốn tăng khoảng 25% và cường độ kéo gián tiếp tăng
khoảng 20%.
- Với cùng hàm lượng sợi sử dụng thì sợi dẹt, lượn sóng (crimpt) gia cường
cho bê tông nền có dùng tro bay và silicafume cho kết quả ảnh hưởng đến cường độ
nén, cường độ uốn và cường độ kéo gián tiếp tốt hơn so với sợi Hook. Kết quả này
cho thấy hình dạng sợi Crimpt có tiết diện thay đổi và khả năng bám dính vào bê
tông nền có dùng tro bay và silicafume tốt hơn so với sợi Hook.
78
- Kết quả sử dụng phối hợp 2 loại sợi Crimpt và sợi Hook với hàm lượng 0.1-
1 % cho thấy các tính chất về độ linh động cũng giảm nhanh hơn so với cấp phối
dùng riêng lẽ mỗi loại sợi. Giá trị cường độ nén và cường độ uốn ảnh hưởng đến bê
tông nền không nhiều như so với sợi Hook và sợi Crimpt. Giá trị cường độ kéo gián
tiếp gần tương đồng với sợi Crimpt. Ta nhận thấy vai trò của sợi hỗn hợp cũng gia
cường các tính chất cơ học của bê tông sử dụng tro bay và silicafume, tuy nhiên khả
năng thay đổi không nhiều và ổn định như khi sử dụng sợi Crimpt và sợi Hook.
- Các giá trị cường độ nén, cường độ uốn, cường độ kéo gián tiếp và mô đun
đàn hồi có mối quan hệ tuyến tính. Trong đó cường độ kéo có xu hướng tăng nhiều
hơn và mô đun đàn hồi có xu hướng tăng thấp hơn.
5.2 Hướng phát triển đề tài
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần hạt mịn đến tính chất của bê
tông cốt sợi có thể dùng để áp dụng cho các kết cấu tấm mỏng, công trình giao
thông tại địa phương. Nghiên cứu sẽ triển khai và đánh giá khả năng ứng dụng cho
các công trình cần khả năng chịu va đập và cần khả năng chống uốn cao.
79
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Nguyễn Văn Chánh và Trần Văn Miền (2010), “Nghiên cứu chế tạo bê
tông cốt sợi trên nền vật liệu xây địa phương”, Hội thảo KHCN 11-ĐHBK.
[2]. Hollis N. Walker, D. Stephen Lane, and Paul E. Stutzman, (2004),
Petrographic Methods of Examining Hardened Concrete: A Petrographic
Manual, FHWA-HRT-04-150, America.
[3]. Sounthararajan VallarasuManoharan and Sivakumar Anandan, (2014),
Steel Fibre Reinforcing Characteristics on the Size Reduction of Fly Ash
Based Concrete, Advances in Civil Engineering Volume 2014, Article ID
217473, 11 pages.
[4]. Romualdi, J.P. & Batson, G.B. (1963), “Mechanics of crack arrest in
concrete M. Tech.”, Proceedings of ASCE, Vol-89, EM 3, June 1963, pp.
147-168.
[5]. Swamy, R.N. (1974), “Fibre reinforced concrete: Mechanics, properties,
and applications”, Indian Concrete Journal, January 1974, pp. 7-16.
[6]. Charles, H., Henage & Doberty, T.J. (1976), “Fibrous concrete”, Journal
of ASCE, Structural Division, Vol-2, No.S T.1, Jan. 1976, pp.177-188.
[7]. Naaman, A.E. and Shah, S.P. (1976), “Pull Out Mechanism in Steel-
Fibre Reinforced Concrete”, Proceedings ASCE, Vol.102, S T.8, August
1976, pp. 1537-1548.
[8]. Hughes, B.P., and Fattuhi, N.I. (1976), “The Steel Fibre- Reinforced
Concrete”, Magazine of Concrete Research, Vol.28, No.96. Sept. 1976, pp.
157-161.
[9]. Indian Krishna Raju, N. et al. (1977), “Compressive strength and Bearing
strength of steel fibre reinforced concrete”, Indian Concrete Journal, June
1977, pp.183-188
80
[10]. Ramakrishanan, V. et al. (1980), “A comparative evaluation of concrete
reinforced with straight steel fibres and fibres with deformed ends glued
together in to bundles”, ACI journal, May - June 1980, pp. 135-143.
[11]. Kukreja, C.B., Kaushik, S.K., Kanchi M.B., and Jain, O.P. (1980),
“Flexural characteristics of steel fibre reinforced concrete”, Concrete
Journal, July 1980, pp.184-188.
[12]. Narayanan, R., & Kareem-Palanjian., A.S. (1982), “Factors Influencing
the workability of steel fibre reinforced concrete part-1”, Indian Concrete
Journal, October 1982, pp. 45- 48.
[13]. Ghosh, S.et al. (1989), “Tensile strength of steel fibre reinforced
concrete”, Journal of the Institution of Engineers (India), Vol.69, January
1989, pp. 222-227.
[14]. Gopalaratnam, V.S., & Shah, S.P. (1986), “Properties of steel fibre
reinforced concrete subjected to impact loading”, ACI Journal, January-
February 1986, pp. 117-126.
[15]. Nagarkar, P.K., Tambe, S.K. and Pazare, D.G. (1987), “Study of fibre
reinforced concrete”, Proceedings of the International symposium on fibre
reinforced concrete, Dec. 16-19, 1987, Madras, India, pp.2.131-2.141.
[16]. H.Nakagawa, Suenaga T., and S. Akihama. (1989), “Mechanical
properties of various types of fibre reinforced cement and concrete”, paper
presented at International conference held on Sept. 18-20, University of
wales college of Cardiff; Ed. By R.N.Swamy and B.Barr, Elsevierapplied
science, London, 1989, pp.523-532.
[17]. Saluja, S.K. et al. (1992), “Compressive strength of fibrous concrete”,
Indian Concrete Journal, February 1992, pp.99-102.
[18]. P.N. Balaguru and S.P. Shah. “Fibre reinforced cement composites”, Mc-
Graw-Hill, New York, 1992, Xii, 530-pp.
81
[19]. Faisal, Wafa & Samir, et al. (1992), “Mechanical properties of high
strength fibre reinforced concrete”, ACI Materials Journal, September -
October 1992, pp. 449-454.
[20]. Agarwal, R., Singh, A.K. & Singhal, D. (1996), “Effect of fibre
reinforcing index on compressive and bond strength of steel fibre reinforced
concrete”, Journal of the Institution of Engineers (India), Vol. 77, May 1996,
pp. 37-40.
[21]. Singh. A.P. & Singhal, D. (1998), “Effect of fibre shapes on compressive
and bond strength of steel reinforced concrete”, Journal of the Institution of
Engineers (India), Vol 79, December 1998, pp. 136-139.
[22]. Bindiganavalie V., et al. (1002), “Some Studies on the Impact Response
of Fibre Reinforced Concrete”, Indian Concrete Institute Journal, October-
December, 2002 pp. 23-28.
[23]. O.Kayali, M.N. Haque, B.Zhu (2003) “Some characteristics of high
strength fibre reinforced light weight aggregate concrete”, Cement &
Concrete Composites- 25, 2003, pp. 207 – 213.
[24]. Kolhapure. B.K. (2006), “Study of Recron 3S fibre –reinforced concrete
with super plasticizer with reduction in cement”, Proceedings of the National
Conference on Concrete Technology for the Future at Kongu Engineering
College, Erode, pp. 449-455.
[25]. A.M. Shende1, A.M. Pande2, M. Gulfam Pathan3 (2012), “Experimental
Study on Steel Fiber Reinforced Concrete for M-40 Grade”, International
Refereed Journal of Engineering and Science (IRJES) ISSN (Online) 2319-
183X, (Print) 2319-1821 Volume 1, Issue 1 (September 2012), pp. 043-048.
[26]. Patil Shweta1and Rupali Kavilkar2 (2014), “Study of Flexural Strength
in Steel Fibre Reinforced Concrete”, Website: www.ijrdet.com (ISSN 2347 -
6435 (Online) Vol. 2, Issue 5, May 2014, 13.
82
[27]. Zemei Wua, b, Caijun Shi a,c,, Wen He a, Linmei (2016) “Effects of steel
fiber content and shape on mechanical properties of ultra high performance
concrete”, Construction and Building Materials, Vol. 103, pp. 8-14.
[28]. Juan Navarro-Gregori, Eduardo J. Mezquida-Alcaraz, Pedro Serna-Ros,
Javier Echegaray-Oviedo (2016), “Experimental study on the steel-fibre
contribution to concrete shear behavior”, Construction and Building
Materials, Vol. 112, pp. 100-111.
[29]. Yaghoub Mohammadi & Kaushik, S.K. (2003), “Investigation on
mechanical properties of steel fibre reinforced concrete with mixed aspect
ratio of fibres”, Journal of Ferrocement, Vol. 33, No.1, January 2003, pp.1-
14.
[30]. Vinod B Shikhare and L. G. Kalurkar (2013), “Effect of Different Types
of Steel Fibers with Metakaolin & Fly Ash on Mechanical Properties of High
Strength Concrete”. International Journal of Civil Engineering and
Technology (IJCIET), Vol. 4, No.3, 2013, pp.73-79.
[31]. Peter H.Bischoff (2003), “Tension stiffening and cracking of steel fibre
reinforced concrete”, Journal of Materials in Civil Engineering, ASCE,
March / April, 2003.
[32]. I. Siva Kishore and Ch. Mallika Chowdary (2016), “Influence of Steel
Fibers as Admix in Normal Concrete Mix”. International Journal of Civil
Engineering and Technology (IJCIET), Vol. 7, No. 1, 2016, pp.93-103.
[33]. F.B.A. Beshara, I.G. Shaaban and T.S. Mustafa (2009), “Nominal
Flexural Strength of High Strength Fiber Reinforced CConcrete Beams”,
11th Arab Structural Engineering Conference, 25-27 October 2009.
[34]. Johnston C.D. (1996), “Proportioning, mixing and placement of fibre-
reinforced cements and concretes, Production Methods and Workability of
Concrete”, Edited by Bartos, Marrs and Cleland, E&FN Spon, London,
(1996) pp. 155-179.
83
[35]. Sini Pavithran, D. Elavarasi and Dr.K.Saravana Raja Mohan (2015),
“Study on Flexural Behaviour of Fly AshBased Slurry Infiltrated Fibrous”,
International Journal of ChemTech Research CODEN (USA): IJCRGG
ISSN: 0974-4290 Vol.8, No.2, pp 661-668.
[36]. Annadurai1* and Ravichandran2 (2015), “Study on Strength Prediction
of Hybrid Fiber Reinforced HighStrength Concrete”, International Journal
of ChemTech Research CODEN (USA): IJCRGG ISSN: 0974- 4290 Vol.8,
No.12 pp 675-681.
[37]. Elavarasi.D1* and Saravana Raja Mohan.K1 (2015), “Study on Structural
behaviour of High Strength SteelFibre Reinforced Concrete (HS-SFRC)
block pavement”, International Journal of ChemTech Research CODEN
(USA): IJCRGG ISSN: 0974-4290 Vol.7, No.4, pp 1790-1794.
[38]. S.S.Vivek* and G.Dhinakaran (2015), “Study on Effect of Silica Fume in
Flow Properties and Compressive Strength of Self Compacting Concrete”,
International Journal of ChemTech Research, CODEN (USA): IJCRGG
ISSN: 0974-4290 Vol.8, No.1, pp 01-05.
[39]. P. Bhuvaneshwari*, S.Vijay mannaar, and K. SaravanaRajaMohan
(2015), “Study on Numerical Analysis of Strengthening of Fire Damaged RC
columns using GFRP and ppFibre based Cementitious Composites”,
International Journal of ChemTech Research, CODEN (USA): IJCRGG
ISSN: 0974-4290. Vol 8, No.3, pp 1296-1303.
[40]. Hedda Vikan, (2007), Concrete workability and fiber content, Sintef
report, project 3D005920, Norway.
[41]. GS. Phạm Duy Hữu và cộng sự, (2008), “Betong cường độ cao và chất
lượng cao”, Hà Nội.
[42]. GS.TS. Nguyễn Viết Trung (2005), “Bê tông cốt sợi thép”, Hà Nội: NXB
Xây Dựng.
[43]. Trần Bá Việt (2005), “Nghiên cứu chế tạo bê tông cốt sợi thép phân
tán”, Đề tài NCKH, Viện Khoa Học- Công Nghệ Xây Dựng, Bộ Xây dựng.
84
[44]. Nguyễn Thanh Bình và Trần Bá Việt (2006), “Ảnh Hưởng của sợi thép
phân tán đến tính chất của bê tông mác cao trong điều kiện khí hậu nóng ẩm
Việt Nam”, Viện Khoa Học- Công Nghệ Xây Dựng.
[45]. Nguyễn Thanh Bình (2007), Nghiên cứu chế tạo bê tông cốt sợi thép
cường độ chịu uốn cao trong điều kiện Việt Nam”, Luận án TSKT, Viện
KHCN Xây dựng, Hà Nội.
[46]. Trần Bá Việt (2015), “Bê tông cốt sợi hỗn hợp: tính năng cao phù hợp
với khí hậu Việt Nam”, Đề tài NCKH, Viện Khoa Học- Công Nghệ Xây
Dựng, Bộ Xây dựng.