Luận án tiến sĩ: Chế tạo bê tông nhẹ kết cấu sử dụng cốt liệu polystyrene - Lê Phượng Ly

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG ----------------&&&&&&***&&&&&&------------------- LÊ PHƯỢNG LY NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG NHẸ KẾT CẤU SỬ DỤNG CỐT LIỆU POLYSTYRENE LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VẬT LIỆU Mã số: 9520309 - HÀ NỘI, 2019 - 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG ----------------&&&&&&***&&&&&&------------------- LÊ PHƯỢNG LY NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG NHẸ KẾT CẤU SỬ DỤNG CỐT LIỆU POLYSTYRENE LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VẬT LIỆU Mã số: 9520309 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. HOÀNG MINH ĐỨC 2. TS NGUYỄN DUY HIẾU Hà Nội - 2019 2 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu kết quả trong luận án là trung thực, chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Hà nội, ngày 15 tháng 04 năm 2019 Tác giả của Luận án Lê Phượng Ly 3 LỜI CẢM ƠN Luận án Tiến sĩ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu với đề tài “Nghiên cứu chế tạo bê tông nhẹ kết cấu sử dụng cốt liệu polystyrene” được hoàn thành tại Viện Chuyên ngành Bê tông - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng. Tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn là TS. Hoàng Minh Đức, PGS. TS Nguyễn Duy Hiếu cũng như PGS.TS Nguyễn Minh Ngọc đã tận tình, hết lòng giúp đỡ từ những bước đi đầu tiên cho đến khi hoàn thành quá trình thực hiện luận án.

Tôi xin trân trọng cảm ơn Viện CN Bê tông và các đồng nghiệp đã có những đóng góp quý báu cho luận án này. Tôi xin cảm ơn những người thân, bạn bè đã luôn bên tôi, động viên tôi hoàn thành luận án này. Để tiếp tục hướng nghiên cứu này, tôi rất mong nhận được sự đóng góp của các thầy và bạn bè, đồng nghiệp. Tác giả của Luận án 4 MỤC LỤC MỤC LỤC.

5 MỤC LỤC BẢNG. 7 MỤC LỤC HÌNH. 9 KÝ HIỆU VIẾT TẮT. 12 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG BÊ TÔNG NHẸ KẾT CẤU SỬ DỤNG CỐT LIỆU POLYSTYRENE.1 Tình hình sử dụng bê tông nhẹ kết cấu .2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng cốt liệu polystyrene trong bê tông.1 Cốt liệu polystyrene phồng nở .2 Nghiên cứu và sử dụng cốt liệu polystyrene phồng nở trong bê tông .3 Yêu cầu kỹ thuật đối với bê tông polystyrene kết cấu.1 Yêu cầu đối với hỗn hợp bê tông polystyrene kết cấu.2 Yêu cầu đối với bê tông polystyrene kết cấu.4 Cơ sở khoa học.1 Ảnh hưởng của cốt liệu polystyrene phồng nở đến tính chất của hỗn hợp bê tông polystyrene kết cấu.2 Ảnh hưởng của cốt liệu polystyrene phồng nở đến cường độ chịu nén của bê tông.5 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu.46 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.1 Vật liệu sử dụng .1 Cốt liệu polystyrene phồng nở .2 Phương pháp nghiên cứu.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết .2 Phương pháp thực nghiệm.

54 5 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG POLYSTYRENE KẾT CẤU .1 Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến tính công tác của bê tông polystyrene kết cấu.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến độ phân tầng của bê tông polystyrene kết cấu.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến cường độ chịu nén của bê tông polystyrene .1 Ảnh hưởng của phụ gia hóa học.2 Ảnh hưởng của đường kính hạt cốt liệu lớn nhất trong bê tông nền .3 Ảnh hưởng của cường độ chịu nén của bê tông nền.4 Các bước lựa chọn thành phần bê tông polystyrene kết cấu.5 Kết luận chương 3 .77 CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA BÊ TÔNG POLYSTYRENE KẾT CẤU.1 Cường độ chịu nén và sự phát triển cường độ .3 Mô đun đàn hồi .4 Độ hút nước, hệ số hoá mềm.5 Lực nhổ cốt thép trong bê tông .6 Kết luận chương 4 .91 CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA TẤM SÀN VÀ HIỆU QUẢ KINH TẾ.1 Đánh giá khả năng chịu tải của tấm sàn sử dụng bê tông polystyrene kết cấu .1 Cấu tạo tấm sàn và vật liệu sử dụng.2 Sơ đồ và thiết bị thí nghiệm .3 Ứng xử của tấm sàn bê tông polystyrene kết cấu dưới tải trọng .2 Hiệu quả kinh tế .3 Kết luận chương 5 .105 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 117 6 MỤC LỤC BẢNG Bảng 2.1 Tính chất của cốt liệu EPS .2 Tính chất của xi măng .3 Tính chất của cốt liệu nhỏ .4 Tính chất của cốt liệu lớn .5 Tính chất của phụ gia điều chỉnh độ nhớt .6 Tính chất của phụ gia khoáng hoạt tính silicafume.7 Thành phần hóa của phụ gia khoáng hoạt tính silicafume .8 Thành phần hóa học của bột đá.9 Tính chất của cốt thép .1 Cấp phối bê tông nền sử dụng trong nghiên cứu.2 Tính chất của bê tông nền.3 Cấp phối bê tông BPK sử dụng trong nghiên cứu.4 Cường độ chịu nén .5 Dự kiến sơ bộ cường độ chịu nén của bê tông BPK .1 Cấp phối bê tông sử dụng trong nghiên cứu .2 Cường độ và sự phát triển cường độ .3 Độ co mềm của bê tông.5 Mô đun đàn hồi.6 Mô đun đàn hồi các loại bê tông .7 Độ hút nước và hệ số hoá mềm.8 Lực nhổ cốt thép trong bê tông .1 Cấp phối bê tông sử dụng chế tạo tấm sàn.2 Tính toán khả năng chịu tải của tấm sàn .3 Kết quả thí nghiệm tấm sàn P16.4 Kết quả thí nghiệm tấm sàn P18.5 Tổng hợp kết quả thí nghiệm các tấm sàn.6 Chi phí vật liệu sản xuất bê tông polystyrene M250.7 Chi phí vật liệu sản xuất bê tông keramzit M250 .8 So sánh đơn giá các loại bê tông.105 8 MỤC LỤC HÌNH Hình 1.1 Tương quan kích thước hạt cốt liệu trong bê tông.2 Ảnh hưởng của cường độ cốt liệu pha nền.1 Cốt liệu EPS.2 Khung thí nghiệm xác định lực nhổ của cốt thép trong bê tông 57 Hình 3.1 Ảnh hưởng của kích thước hạt lớn nhất trong bê tông nền .2 Ảnh hưởng của tính công tác của hỗn hợp bê tông nền .3 Tính công tác của BPK khi bê tông nền sử dụng cốt liệu D2.4 Tính công tác của BPK khi bê tông nền sử dụng cốt liệu C1.5 Phân tầng trong bê tông polystyrene kết cấu.6 Ảnh hưởng của VM đến độ phân tầng.7 Ảnh hưởng đến độ phân tầng.8 Ảnh hưởng của của khối lượng thể tích.9 Bê tông BPK sử dụng bê tông nền M1.10 Bê tông BPK sử dụng bê tông nền M200.11 Ảnh hưởng của cốt liệu bê tông nền.12 Quan hệ về cường độ chịu nén của bê tông.1 Cường độ chịu nén ở 28 ngày.2 Cường độ chịu kéo khi uốn ở 28 ngày.3 Tương quan cường độ Ru/Rn ở 28 ngày .4 Phát triển cường độ chịu nén .5 Phát triển cường độ chịu kéo khi uốn.6 Độ co khô của bê tông polystyrene kết cấu.7 Thí nghiệm mô đun đàn hồi của bê tông .1 Cấu tạo tấm sàn thí nghiệm.3 Bố trí thí nghiệm.4 Sơ đồ vết nứt khi thí nghiệm gia tải tấm sàn .5 Vết nứt của tấm P18-1 tại Py= 3,0 kN.6 Vết nứt của tấm P18-1 khi giảm tải trọng.7 Tải trọng thí nghiệm và độ võng giữa nhịp của tấm sàn P16.8 Tải trọng thí nghiệm và độ võng giữa nhịp của tấm sàn P18. 102 10 KÝ HIỆU VIẾT TẮT X : xi măng N : nước C : cát D : đá SF : silicafume SP : phụ gia siêu dẻo VM : phụ gia điều chỉnh độ nhớt BD : bột đá vôi KLTT : khối lượng thể tích BPK : bê tông polystyrene kết cấu EPS : cốt liệu polystyrene phồng nở mₑₚₛ : khối lượng cốt liệu polystyrene phồng nở Veps : thể tích xốp của cốt liệu polystyrene phồng nở 퐾푑 : Hệ số dư vữa N/X : Tỷ lệ nước trên chất kết dính CKD : Chất kết dính  Kh : Khối lượng thể tích khô của bê tông polystyrene, kg/m3 휌 푒푝 : khối lượng thể tích cốt liệu EPS 푠 : khối lượng thể tích vữa ở trạng thái khô, kg/m3 휌푣 : thể tích cốt liệu EPS trong hỗn hợp bê tông, m3/m3  Rₙ₂₈ : Cường độ chịu nén ở 28 ngày v : vận tốc chuyển dịch của hạt cốt liệu, m/s r : bán kính của hạt cốt liệu, m ρ푛 : khối lượng thể tích bê tông nền, kg/m³ ρ : khối lượng thể tích cốt liệu nhẹ, kg/m³ cl g : gia tốc trọng trường, m/s² η : độ nhớt động lực của hồ hoặc vữa xi măng, Ns/m² λ : độ dẫn nhiệt, Kcal/m.h mvb : khối lượng thể tích bê tông ở trạng thái sấy khô, kg/m3 Py : Tải trọng phá hoại thực tế, N wy : Độ võng lớn nhất, mm y : Bề rộng vết nứt lớn nhất, mm 11 MỞ ĐẦU 1.

Sự cần thiết Tại nhiều nước trên thế giới, bê tông nhẹ đã được ứng dụng chế tạo các kết cấu bê tông cốt thép cho các công trình cầu đường và công trình nhà dân dụng, công nghiệp với mục đích làm giảm nhẹ trọng lượng so với sử dụng bê tông thường. Nhờ vậy tiết kiệm được chi phí xây dựng công trình. Bên cạnh đó, việc sử dụng vật liệu nhẹ còn tăng khả năng cách âm, cách nhiệt cho kết cấu. Chính vì vậy, sử dụng đa dạng các loại vật liệu, đặc biệt là vật liệu nhẹ để nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật của công trình đang là xu hướng trên thế giới và tại Việt Nam.

Tại Hoa Kỳ, tiêu chuẩn ACI 318-14, ACI 211.2-98 quy định bê tông kết cấu cần có cường độ đặc trưng f’c không nhỏ hơn 17 MPa. Tại Nga, tiêu chuẩn GOST 25820:2014 quy định cường độ chịu nén tối thiểu của bê tông sử dụng cho kết cấu chịu lực là B12,5. Tại Việt Nam, theo TCVN 5574:2017, cấu kiện bê tông cốt thép chịu lực có thể được thiết kế sử dụng bê tông nhẹ có cấp cường độ chịu nén tối thiểu là B15 với khối lượng thể tích nhỏ hơn 2. Tuy vậy, phạm vi của các tiêu chuẩn này chỉ áp dụng với bê tông thường và bê tông cốt liệu nhẹ vô cơ (cốt liệu keramzit, aglopolit.

Bê tông nhẹ sử dụng cốt liệu hữu cơ như cốt liệu polystyrene phồng nở (EPS) chưa được đề cập tới trong các tiêu chuẩn này. Tại Việt Nam, trong khoảng 20 năm trở lại đây, đã có nhiều nghiên cứu chế tạo và ứng dụng bê tông nhẹ sử dụng cốt liệu keramzit vào các kết cấu chịu lực. Tuy vậy, cốt liệu keramzit là loại cốt liệu nhẹ nhân tạo được nung phồng nở nên việc cung ứng nguồn cốt liệu nhẹ này có nhiều hạn chế. Hiện nay, tại Việt Nam các cơ sở sản xuất keramzit đã ngừng hoạt động.

Do đó, việc ứng dụng bê tông nhẹ sử dụng cốt liệu keramzit gặp nhiều khó khăn.