Luận án nghiên cứu dầm bê tông geopolymer tro bay xỉ lò cao - ĐH Xây dựng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Phạm Quang Đạo NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP SỬ DỤNG TRO BAY VÀ XỈ LÒ CAO LÀM CHẤT KẾT DÍNH GEOPOLYMER LUẬN ÁN TIẾN SĨ Hà Nội, năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Phạm Quang Đạo NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP SỬ DỤNG TRO BAY VÀ XỈ LÒ CAO LÀM CHẤT KẾT DÍNH GEOPOLYMER Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Mã số: 9580201 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PHẠM THANH TÙNG 2. NGÔ ĐỨC TUẤN Hà nội, năm 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nghiên cứu nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Hà Nội, ngày 18 tháng 02 năm 2021 Tác giả luận án Phạm Quang Đạo ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU vi DANH MỤC BẢNG BIỂU x DANH MỤC HÌNH VẼ xii MỞ ĐẦU 1. Lý do lựa chọn đề tài. Mục đích nội dung nghiên cứu. Đối tượng phạm vi nghiên cứu.

Cơ sở khoa học của luận án. Phương pháp nghiên cứu. Những đóng góp mới của luận án .4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU GPC VÀ SỰ LÀM VIỆC CỦA DẦM GPC CỐT THÉP 1.1 Giới thiệu về bê tông geopolymer .1 Khái niệm bê tông geopolymer .2 Thành phần vật liệu của chất kết dính geopolymer .3 Ứng dụng bê tông geopolymer trên thế giới .4 Nghiên cứu ứng dụng bê tông geopolymer tại Việt Nam .2 Kết quả nghiên cứu về chế tạo và đặc trưng cơ học của GPC .1 Cấp phối và chế tạo vật liệu .2 Quan hệ cường độ chịu nén và chịu kéo .3 Mô đun đàn hồi và hệ số poisson .4 Quan hệ ứng suất - biến dạng .5 Đặc trưng cơ học dài hạn và độ bền vững .3 Kết quả nghiên cứu về lực dính và ứng xử của dầm GPC cốt thép .1 Nghiên cứu về lực dính giữa bê tông và cốt thép .2 Nghiên cứu của về sự làm việc của dầm GPC cốt thép .4 Lý thuyết tính toán về sự làm việc trên tiết diện thẳng góc của dầm OPC cốt thép 26 1.1 Mô hình quan hệ ứng suất - biến dạng của vật liệu OPC .2 Lý thuyết tính toán trên TDTG của dầm BTCT theo TCVN 5574: 2018 [15] 29 1.5 Nhận xét chương 1 .34 CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO VÀ ĐẶC TRƯNG CƠ HỌC BÊ TÔNG GEOPOLYMER Nguyên tắc xây dựng cấp phối .2 Phương pháp xác định đặc trưng cơ học của vật liệu .3 Vật liệu chế tạo GPC.1 Vật liệu chế tạo chất kết dính .4 Thực nghiệm khảo sát cấp phối chế tạo GPC .1 Xây dựng cấp phối khảo sát chế tạo GPC .2 Qui trình chế tạo vật liệu GPC .3 Kết quả khảo sát cấp phối chế tạo GPC .5 Thực nghiệm xác định đặc trưng cơ học của bê tông.1 Qui trình thí nghiệm đặc trưng cơ học GPC.2 Cường độ chịu nén .3 Cường độ chịu kéo .4 Mô đun đàn hồi.5 Quan hệ ứng suất biến dạng của GPC .6 Nhận xét chương 2 .53 CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC TRÊN TIẾT DIỆN THẲNG GÓC CỦA DẦM GPC CỐT THÉP 3.1 Quan hệ ứng suất - biến dạng của vật liệu GPC .1 Nguyên tắc lựa chọn mô hình quan hệ ứng suất – biến dạng.2 Đề xuất mô hình quan hệ ứng suất - biến dạng cho GPC .3 Mô đun đàn hồi và hệ số poát-xông .2 Các giai đoạn làm việc trên tiết diện thẳng góc của dầm GPC cốt thép .1 Giai đoạn đàn hồi và tiết diện chưa nứt.2 Giai đoạn sau khi nứt.3 Giai đoạn phá hoại .3 Mô men kháng nứt của dầm GPC cốt thép .1 Xây dựng công thức tính mô men kháng nứt .2 Đề xuất hệ số 𝜸𝜸 xét đến biến dạng dẻo vùng kéo của bê tông GPC .4 Tính toán khả năng chịu lực trên tiết diện thẳng góc của dầm GPC cốt thép 63 3.1 Phương pháp tính theo biến dạng phi tuyến .2 Phương pháp tính theo nội lực giới hạn .5 Kiểm chứng công thức đề xuất cho dầm GPC cốt thép .1 Kiểm tính mô men kháng nứt .2 Kiểm tính khả năng chịu lực .6 Nhận xét chương 3 .72 CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ MÔ PHỎNG SỐ SỰ LÀM VIỆC CỦA DẦM GPC CỐT THÉP 4.1 Nghiên cứu thực nghiệm sự làm việc của dầm GPC cốt thép .1 Mục tiêu nghiên cứu .2 Thiết kế mô hình thí nghiệm .3 Thí nghiệm các đặc trưng cơ học của vật liệu .4 Trình tự và xử lý kết quả thí nghiệm dầm .5 Đánh giá kết quả thí nghiệm.2 Mô phỏng số sự làm việc của dầm GPC cốt thép .1 Xây dựng mô hình số dầm GPC cốt thép bằng phương pháp PTHH .2 Phân tích kết quả mô phỏng số.3 So sánh kết quả thực nghiệm và mô phỏng số sự làm việc của dầm GPC cốt thép 104 4.1 Về ứng xử của vật liệu bê tông và cốt thép trên TDTG .2 Về mô men kháng nứt và khả năng chịu lực .4 Nhận xét Chương 4 .107 KẾT LUẬN DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO 111 PHỤ LỤC A PL1 PHỤ LỤC B PL27 PHỤ LỤC C PL98 PHỤ LỤC D PL100 PHỤ LỤC E PL105 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Chữ cái Latinh viết hoa Kí hiệu Diễn giải Hệ tiêu chuẩn tham chiếu M Hệ số mô men khả năng chịu lực dầm (1/r) Độ cong dầm ACI 318:2019 Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông của Hoặc ACI 318 Viện bê tông của Hoa Kỳ BFS Xỉ lò cao BTCT Bê tông cốt thép CHH Chất hoạt hóa CKD Chất kết dính Cov Hệ số biến động Eb Mô đun đàn hồi bê tông TCVN 5574: 2018 EC2 Tiêu chuẩn thiết kế bê tông cốt thép của châu Âu Ecm Mô đun đàn hồi trung bình của bê tông EC2 FA Tro bay GGBFS Xỉ lò cao nghiền mịn GP Chất kết dính geopolymer GPC Bê tông geopolymer L Chiều dài hình học của dầm L0 Nhịp tính toán của dầm LVDT Chuyển vị kế M Mô men uốn Mcrc Mô men kháng nứt Mgh Khả năng chịu lực trên tiết diện thẳng góc N Khối lượng nước vii OPC Bê tông xi măng P Lực tập trung Pcrc Tải trọng gây nứt Pu Tải trọng phá hoại Rb Cường độ chịu nén tính toán của bê tông TCVN 5574:2018 Rbt Cường độ chịu kéo tính toán của bê tông ở TCVN 5574:2018 TTGH I Rbt,ser Cường độ chịu kéo tính toán của bê tông ở TCVN 5574:2018 TTGH II Rbtm Cường độ chịu kéo trung bình của bê tông TCVN 5574:2018 TB Trung bình TCVN 5574: 2018 Tiêu chuẩn Việt Nam – Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép TDTG Tiết diện thẳng góc TTGH I Trạng thái giới hạn I TTGH II Trạng thái giới hạn II USBT Ứng suất bê tông USCT Ứng suất cốt thép Z Cánh tay đòn nội ngẫu lực trên tiết diện dầm BTCT Chữ cái Latinh viết thường Kí hiệu Diễn giải Hệ tiêu chuẩn tham chiếu a Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo đến thớ ngoài cùng bê tông chịu kéo trên tiết diện acrc Bề rộng khe nứt b Chiều cao tiết diện dầm fy Giới hạn chảy của cốt thép viii f’c Cường độ chịu nén đặc trưng của bê tông ACI 318 fc Ứng suất nén của bê tông fck Cường độ chịu nén đặc trưng của bê tông EC2 fck Cường độ chịu nén đặc trưng của bê tông EC2 fcm Cường độ chịu nén trung bình của bê tông EC2 fct Cường độ chịu kéo dọc trục fct,sp Cường độ chịu kéo ép chẻ fr Cường độ chịu kéo uốn fu Giới hạn bền của cốt thép h Chiều cao tiết diện dầm h0 Chiều cao làm việc của dầm x Chiều cao vùng nén của bê tông y Chuyển vị dầm Chữ cái cái Hy lạp Kí hiệu Diễn giải Hệ tiêu chuẩn tham chiếu ν bt Hệ số đàn hồi của bê tông TCVN 5574:2018 εb Biến dạng bê tông chịu nén ε bu Biến dạng của thớ ngoài cùng bê tông vùng nén tiết diện dầm εbt ,el Biến dạng đàn hồi bê tông khi chịu kéo εs Biến dạng cốt thép chịu kéo ξR Hệ số giới hạn chiều cao vùng nén TCVN 5574:2018 αR Hệ số giới hạn mô men khả năng chịu lực TCVN 5574:2018 theo phương pháp vùng nén chữ nhật ε b1 Biến dạng giới hạn của bê tông vùng nén TCVN 5574:2018 εb2 Biến dạng cực hạn của bê tông vùng nén TCVN 5574:2018 ε bt 2 Biến dạng cực hạn của bê tông vùng kéo TCVN 5574:2018 ix ε bt1 ( ε bt ,el ) Biến dạng giới hạn của bê tông vùng kéo TCVN 5574:2018 γ Hệ số tính toán mô men kháng uốn đàn hồi TCVN 5574:2018 dẻo của tiết diện dầm bê tông cốt thép β Hệ số qui đổi chiều cao vùng nén chữ nhật qui đổi µ Hàm lượng cốt thép dọc chịu kéo của dầm σb Ứng suất bê tông σs Ứng suất cốt thép x DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Tiêu chuẩn tro bay theo TCVN 10302 - 2014 [19] .2 Yêu cầu kỹ thuật của xỉ hạt lò cao theo TCVN 11586:2016 [21]. Thành phần hóa của tro bay theo Rangan [46].

Cấp phối GPC tro bay theo Rangan [46]. Cấp phối GPC theo Lee (2013) [49]. Cấp phối GPC theo Nath & Sarker (2014) [55]. Cấp phối GPC theo Thomas [74].

Cường độ kéo ép chẻ bê tông GPC theo [46]. Công thức thực nghiệm cường độ chịu kéo. Mô đun đàn hồi và hệ số poisson của GPC theo Rangan [46]. Công thức thực nghiệm mô đun đàn hồi.

Trị số thực nghiệm biến dạng của GPC. Mô men kháng nứt, KNCL của dầm GPC cốt thép [73]. Cấp phối cơ sở để khảo sát chế tạo GPC. Tiêu chuẩn và qui cách mẫu thí nghiệm.

Thành phần hạt của tro bay nhiệt điện Phả Lại. Thành phần hóa của vật liệu tro bay Phả Lại. Thành phần hạt của xỉ lò cao S95 Hòa Phát. Thành phần hóa của vật liệu xỉ lò cao S95 Hòa Phát.

Tính chất cơ lý cơ bản của cốt liệu. Kết quả phân tích thành phần hạt của cát vàng sông Lô. Kết quả phân tích thành phần hạt của đá dăm Kiện Khê. Cấp phối nhóm I khảo sát tỷ lệ N/CKD của GPC.

Cấp phối nhóm II khảo sát CHH/CKD của GPC. Cường độ chịu nén của cấp phối khảo sát của GPC. Cường độ chịu nén sau 28 ngày tuổi của GPC. Cường độ chịu kéo thực nghiệm của GPC.

Mô đun đàn hồi thực nghiệm của GPC. Trị số thực nghiệm biến dạng ε b 0 của GPC khi chịu nén. Trị số thực nghiệm biến dạng 𝜀𝜀𝜀𝜀𝜀𝜀 của GPC khi chịu kéo. Biến dạng đàn hồi của các cấp cường độ GPC .