Luận án Nghiên cứu thực nghiệm biến dạng co ngót của bê tông trong điều kiện khí hậu chuẩn tại Gia Lai

𝑡 𝐸𝑐 + 𝜎𝑠 𝐸𝑠 (1.27) Trong đó: cs : Biến dạng co ngót của bê tông; ct : Phần biến dạng co ngót của bê tông khi không có cốt thép; sc : Phần biến dạng co ngót của bê tông khi có cốt thép; t c : Ứng suất kéo trong bê tông có diện tích Ac; s : Ứng suất nén trong cốt thép có diện tích As. 39 Hình 1.11. Mô hình biến dạng của kết cấu bê tông cốt thép do co ngót của bê tông (Nguyễn Trung Hiếu, 2012) [7] Lực nén trong cốt thép và lực kéo trong bê tông tự cân bằng, do đó: 𝜎𝑐 𝑡𝐴𝑐 = 𝜎𝑠𝐴𝑠 (1.28) Từ (1.27) và (1.28) tính được ứng suất trong bê tông và cốt thép: 𝜎𝑐 𝑡 = 𝜀𝑐𝑠𝐸𝑠 𝐴𝑠 𝐴𝑐 + 𝑛𝐴𝑠 (1.29) 𝜎𝑠 = 𝜀𝑐𝑠𝐸𝑠 𝐴𝑐 𝐴𝑐 + 𝑛𝐴𝑠 (1.30) Với: 𝑛 = 𝐸𝑠 𝐸𝑐 Đặt 𝜌 = 𝐴𝑠 𝐴𝑐 là hàm lượng cốt thép thì công thức (1.29) và (1.30) sẽ được viết lại như sau: 𝜎𝑐 𝑡 = 𝜀𝑐𝑠𝐸𝑠 𝜌 1 + 𝑛𝜌 (1.31) 𝜎𝑠 = 𝜀𝑐𝑠𝐸𝑠 𝜌 1 + 𝑛𝜌 (1.32) 40 Có thể nhận thấy, khi bê tông bị co ngót thì hàm lượng cốt thép trong kết cấu bê tông cốt thép tăng sẽ dẫn đến ứng suất kéo trong bê tông tăng → tăng khả năng gây nứt trong kết cấu. Như vậy với kết cấu bê tông cốt thép, để hạn chế tình trạng nứt trên kết cấu do biến dạng co ngót của bê tông gây ra, việc lựa chọn hàm lượng cốt thép một cách hợp lý là rất cần thiết. 1.10.2. Ảnh hưởng của cốt thép đến ứng suất trong kết cấu bê tông ngay sau khi bê tông nứt Trên Hình 1.12 trình bày mô hình tính toán kết cấu bê tông cốt thép bị nứt do biến dạng co ngót. a. Ngay trước khi vết nứt đầu tiên xảy ra b. Ngay sau khi vết nứt đầu tiên xảy ra c. Phân bố ứng suất trong bê tông d. Phân bố ứng suất trong cốt thép Hình 1.12. Sơ đồ tính kết cấu bê tông cốt thép sau khi bị nứt do biến dạng co ngót (Gilbert 2001) [48] 41 Xét ứng suất của bê tông và cốt thép ở trong vùng 1 (Region 1). Cho thấy: 𝜌 = 𝐴𝑠 𝐴𝑐 ; 𝑛 = 𝐸𝑠 𝐸𝑐 𝑠0 = 𝑑𝑏 10𝜌 (1.33) 𝐶1 = 2𝑠0 3𝐿 − 2𝑠0 (1.34) 𝑁𝑐𝑟 = 𝑛𝜌𝑓𝑡𝐴𝑐 𝐶1 + 𝑛𝜌(1 + 𝐶1) (1.35) Từ công thức (1.34) và (1.35) 𝜎𝑠1 = −2𝑠0 3𝐿 − 2𝑠0 𝑁𝑐𝑟 𝐴𝑠 = −𝐶1 𝑁𝑐𝑟 𝐴𝑠 (1.36) 𝜎𝑐 𝑡 = 𝑁𝑐𝑟 − 𝜎𝑠1𝐴𝑠 𝐴𝑐 = 𝑁𝑐𝑟(1 + 𝐶1) 𝐴𝑐 (1.37) Tính được ứng suất trong cốt thép và bê tông như sau: 𝜎𝑠1 = −𝑛𝑑𝑏𝑓𝑡 𝑑𝑏 + 15𝑛𝐿𝜌2 (1.38) 𝜎𝑐 𝑡 = 15𝑛𝐿𝜌2𝑓𝑡 15𝑛𝐿𝜌2 + 𝑑𝑏 (1.39) Với: L : Chiều dài cấu kiện; db : Đường kính cốt thép; ft : Cường độ chịu kéo của bê tông. Từ công thức (1.39) nhận thấy, với một cấp độ bền bê tông, ứng suất kéo do co ngót trong bê tông phụ thuộc vào các yếu tố là hàm lượng cốt thép ; Chiều dài cấu kiện L, và đường kính cốt thép db. 1.10.3. Ảnh hưởng của cốt sợi thép trong kết cấu bê tông cốt sợi thép 1.10.3.1. Vật liệu sợi thép và bê tông cốt sợi thép Bê tông cốt sợi được định nghĩa như là một hỗn hợp gồm 02 phần chính: hỗn hợp bê tông và vật liệu sợi. Trong đó các tính chất cơ bản của vật liệu bê tông vẫn 42 được đảm bảo và cốt sợi được xem như vật liệu gia cường trong hỗn hợp bê tông. Vật liệu bê tông sử dụng chế tạo bê tông cốt sợi có cấp phối vật liệu chế tạo như bê tông thông thường. Tuy nhiên để đảm bảo đặc tính lưu động của hỗn hợp (giảm khi có mặt của cốt sợi), thường sử dụng cốt liệu đá có kích thước nhỏ hơn thông thường, tăng hàm lượng xi măng khi chế tạo bê tông. Hình 1.13. Hình ảnh chế tạo bê tông cốt sợi thép Sợi thép được sử dụng phổ biến trong gia cường bê tông thường có chiều dài thay đổi trong khoảng 6 mm đến 80 mm và diện tích mặt cắt ngang từ 0.1 mm2 đến 1.5 mm2. Cường độ chịu kéo trung bình của sợi thép cao, từ 300 MPa đến 2400 MPa. Tiết diện ngang của sợi thép là hình tròn hoặc chữ nhật. Thông thường trong kết cấu bê tông, tỷ lệ phần trăm theo khối lượng của sợi thép sử dụng có thể lên đến 2%. Một số nghiên cứu cho thấy khi tỷ lệ phần trăm sợi thép vượt quá giá trị trên sẽ giảm đáng kể tính lưu động của hỗn hợp bê tông. Một số dạng sợi thép được chế tạo và sử dụng hiện nay được trình bày trên Hình 1.14a và Hình 1.14b. a. Dạng gấp khúc b. Dạng xoắn c. Dạng lượn sóng Hình 1.14a. Một số dạng sợi thép được chế tạo và sử dụng hiện nay 43 d. Dạng thẳng e. Dạng có móc hai đầu f. Dạng lượn sóng Hình 1.14b. Một số dạng sợi thép được chế tạo và sử dụng hiện nay 1.10.3.2. Ứng dụng bê tông cốt sợi thép trong lĩnh vực xây dựng Bê tông cốt sợi thép đã được sử dụng phổ biến ở nhiều nước trên thế giới, trong các công trình giao thông, công trình dân dụng. Thực tế bê tông cốt sợi được nghiên cứu từ những năm 1960. Đi đầu với các công trình nghiên cứu là các nước như Na Uy, Thụy Điển, Cộng hòa liên bang Đức là nước sử dụng cốt sợi rất phổ biến, với khoảng 1.000 tấn - 1.200 tấn cốt sợi từ năm 1989 tới nay. Trong thập kỷ 80, ở Canada có hơn 20 dự án sử dụng bê tông cốt sợi thép để gia cố các tuy nen. Ở Thụy Điển có trên 80% vỏ tuy nen được gia cố bằng bê tông phun sợi thép, còn ở Mỹ tính từ đầu thập kỷ 1990 tới nay mỗi năm tiêu thụ khoảng 80.000 tấn sợi thép để sản xuất bê tông cốt sợi thép tức là khoảng 1.000.000 m3 bê tông cốt sợi thép được sản xuất hàng năm. Tính từ năm 1991, đã có hơn 1 triệu m² sàn nhà công nghiệp sử dụng bê tông cốt sợi thép chứng tỏ loại bê tông mới này có hiệu quả kinh tế cao hơn nhiều so với sàn làm bằng bê tông thông thường. Riêng đối với ngành xây dựng cơ bản nói chung và ngành xây dựng cầu đường và dân dụng nói riêng ở Việt Nam thì đây là một vấn đề khá mới mẻ. 1.10.3.3. Ứng dụng cốt sợi thép trong việc hạn chế nứt trên kết cấu bê tông cốt sợi thép Sự tham gia của các sợi thép cải thiện đáng kể cường độ kéo, hạn chế vết nứt và tăng độ bền của bê tông. Trong 40 năm qua, những nỗ lực sâu rộng đã được dành cho việc nghiên cứu ảnh hưởng của việc kết hợp sợi thép với các tính chất cơ học của bê tông (Tadepalli, Mo, Hsu, 2013) [77] cũng như hiệu quả của sợi thép khi gia 44 cố trong các kết cấu bê tông (Sahoo và Sharma, 2014) [73]. Việc sử dụng sợi thép ngắn và rời rạc đã được thiết lập như là cốt thép làm tăng khả năng chống nứt của vật liệu bê tông thường. Các sợi thép đã đóng vai trò chủ yếu làm tăng khả năng chống lại tác động, mài mòn và lan truyền vết nứt (Anant Parghi, Modhera, 2008) [27]; (Gustavo, 2006) [49]. Các dạng sợi thép được sử dụng chủ yếu nhằm hạn chế độ mở rộng vết nứt xuất hiện sớm trên kết cấu do nguyên nhân co ngót, Nguyễn Hoàng Giang (2016) [6]. Sử dụng sợi thép gia cường cho bê tông giúp tăng cường khả năng làm việc của kết cấu trong giai đoạn sau nứt, Barros và Figueiras (1998) [31]. Bê tông sợi thép lúc này có tính dẻo cao hơn bê tông thường. Điều này là nhờ khả năng truyền tải trọng từ vị trí vết nứt sang các vị trí lân cận qua sợi thép, giúp hạn chế độ mở rộng vết nứt và khả năng làm việc của kết cấu. Nguyễn Hoàng Giang (2015) [5] đã tiến hành nghiên cứu ứng dụng của bê tông sợi thép nhằm hạn chế độ mở rộng vết nứt với cấu kiện dầm bê tông. Shende, Pande, Gulfam Pathan (2012) [74] thí nghiệm các mẫu bê tông sợi thép mác M40 và cho thấy khi sợi thép tăng hàm lượng, cường độ chịu nén, uốn, cắt của bê tông sợi thép cũng tăng Các nghiên cứu [5], [6], cho thấy sợi thép có khả năng hấp thụ năng lượng tại các vị trí nứt của bê tông làm hạn chế độ mở rộng của vết nứt. Điều này được lý giải là cốt sợi thép cường độ cao được trộn đều trong bê tông, với hình dạng đặc biệt của sợi thép được bẻ móc 2 đầu nên liên kết tốt các ma trận hỗn hợp bê tông đã hạn chế rất tốt biến dạng trong bê tông và truyền ứng suất trong bê tông, do cơ chế cài vào nhau giữa ma trận hỗn hợp bê tông và sợi thép. Khi chịu biến dạng do co ngót của bê tông cốt sợi thép, bê tông biến dạng còn phải chịu thêm lực để kéo tuột sợi ra khỏi hỗn hợp, do cơ chế cài vào nhau giữa ma trận hỗn hợp bê tông và sợi thép làm giảm được biến dạng trong bê tông. Khi bê tông bị biến dạng thì các sợi này có xu hướng cản trở biến dạng trong bê tông, một lực chống tuột sợi khỏi bê tông sinh ra do ma sát giữa sợi và bê tông sẽ xuất hiện, kéo các thớ bê tông lại với nhau từ đó hạn chế co ngót trong bê tông. 45 1.11. Kết luận Chương 1 Các nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu về biến dạng co ngót của bê tông trong khoảng thời gian dài và đạt được nhiều kết quả quan trọng. Biểu diễn biến dạng co ngót của bê tông bằng các mô hình toán học là hoàn toàn phù hợp và đã được áp dụng trong các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành trên thế giới. Tuy nhiên do đặc thù của biến dạng co ngót của bê tông diễn ra trong thời gian dài với rất nhiều các thông số ảnh hưởng nên các mô hình toán học biểu diễn chúng thường phức tạp. Qua việc phân tích các mô hình toán học biểu diễn biến dạng co ngót nêu trên có thể nhận thấy các thông số chính ảnh hưởng đến biến dạng co ngót của vật liệu bê tông bao gồm: Cấp phối của vật liệu bê tông (loại xi măng, tỷ lệ hạt mịn, tỷ lệ nước trên xi măng...), hình dạng kích thước của kết cấu, độ ẩm tương đối của môi trường. Việc lựa chọn một thành phần cấp phối vật liệu hợp lý sẽ có vai trò quan trọng trong việc hạn chế biến dạng co ngót của vật liệu bê tông. Với biến dạng co ngót của bê tông thì yếu tố độ ẩm tương đối của môi trường (RH) là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất. Khi sự chênh lệch nhiệt độ không lớn thì ảnh hưởng của yếu tố biến dạng nhiệt không đáng kể và hầu như không ảnh hưởng đến kết quả đo biến dạng co ngót. Trong phạm vi nghiên cứu, sẽ tiến hành thí nghiệm trong Phòng thí nghiệm chuẩn (có nhiệt độ hầu như không đổi) nên biến dạng nhiệt sẽ bỏ qua và không xét đến. Dưới tác dụng của biến dạng co ngót trong cấu kiện BTCT, bê tông sẽ chịu tác dụng của ứng suất kéo (có giá trị phụ thuộc vào giá trị biến dạng co ngót) và cốt thép sẽ chịu ứng suất nén. Cốt thép không có tác dụng ngăn cản vết nứt do biến dạng co ngót gây ra mà nó tham gia vào việc hạn chế sự mở rộng của vết nứt. Trong các kết cấu bê tông cốt thép, vai trò của cốt thép có tác dụng hạn chế sự phát triển vết nứt. Hiện nay những nghiên cứu về ảnh hưởng của cốt thép đến sự phát triển của vết nứt dưới tác dụng của tải trọng cơ học đã được làm sáng tỏ qua rất nhiều nghiên cứu ở nước ngoài và cả ở nước ta. Tuy nhiên đối với vết nứt do biến dạng co ngót, những nghiên cứu liên quan ở Việt Nam còn rất hạn chế. 46 Hiện nay ở Gia Lai việc nghiên cứu về biến dạng co ngót của bê tông chưa được quan tâm, thậm chí chưa có nghiên cứu nào về vấn đề này. Gia Lai là vùng khí hậu đặc trưng của Tây Nguyên có độ ẩm trung bình năm rất lớn và biên độ dao động độ ẩm trong ngày cao, đặc biệt là về mùa khô. Nứt do co ngót trong kết cấu bê tông là khá phổ biến tại Gia Lai. Việc chọn môi trường khí hậu tại Gia Lai để tiến hành nghiên cứu biến dạng co ngót của bê tông là hết sức cần thiết, nhằm hạn chế biến dạng này và đề xuất các kiến nghị trong quá trình thiết kế, thi công, bảo dưỡng kết cấu bê tông tại địa phương. 47 CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM BIẾN DẠNG CO NGÓT CỦA BÊ TÔNG TRONG ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU TẠI GIA LAI 2.1. Giới thiệu Chương 2 trình bày nghiên cứu thí nghiệm với các nội dung chủ yếu sau: Thí nghiệm xác định giá trị cường độ chịu nén và mô đun đàn hồi theo thời gian của bê tông thường và bê tông cốt sợi thép trong điều kiện khí hậu tự nhiên môi trường tại Gia Lai; Thí nghiệm đo biến dạng co ngót theo thời gian và độ hao khối lượng của các mẫu bê tông thường, bê tông cốt sợi thép và bê tông cốt thép trong điều kiện khí hậu chuẩn và trong điều kiện khí hậu tự nhiên môi trường tại Gia Lai; Thí nghiệm xác định khả năng hạn chế nứt bê tông do biến dạng co ngót bằng cách sử dụng bê tông thường và bê tông cốt sợi thép bằng thí nghiệm Vòng kiềm chế (Restrained Ring Test). 2.2. Đặc trưng khí hậu tại Gia Lai Gia Lai có khí hậu nhiệt đới gió mùa Cao Nguyên, một năm có hai mùa: Mùa mưa bắt đầu từ tháng 5 và kết thúc vào tháng 10, mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau. Vùng Tây Trường Sơn có lượng mưa trung bình từ 2.200 mm đến 2.500 mm, vùng Đông Trường Sơn từ 1.200 mm đến 1.750 mm. 2.2.1. Điều kiện khí hậu chuẩn tại Gia Lai (ĐKC) Theo số đo chuẩn trung bình của Trạm đo tại Thành phố Pleiku thuộc Đài khí tượng Thủy văn Khu vực Tây Nguyên thì nhiệt độ trung bình năm là 230C-270C [Bảng PL1.1] và độ ẩm trung bình năm là 70%-80% [Bảng PL1.2] được trình bày trên Hình 2.1, 2.2, 2.3, 2.4. Từ đó, lựa chọn dải nhiệt độ 25±20C và độ ẩm 75±5% là nhiệt độ và độ ẩm trung bình đặc trưng cho điều kiện khí hậu chuẩn tại Gia Lai để thí nghiệm. Điều kiện khí hậu chuẩn được cài đặt trong Tủ khí hậu và Tủ khí hậu được đặt trong Phòng thí nghiệm chuẩn. 48 Hình 2.1. Biểu đồ nhiệt độ và độ ẩm của tỉnh Gia Lai năm 2015 Hình 2.2. Biểu đồ nhiệt độ và độ ẩm của tỉnh Gia Lai năm 2016 Hình 2.3. Biểu đồ nhiệt độ và độ ẩm của tỉnh Gia Lai năm 2017 49 Hình 2.4. Biểu đồ nhiệt độ và độ ẩm của tỉnh Gia Lai năm 2018 2.2.2. Điều kiện khí hậu tự nhiên môi trường tại Gia Lai (ĐKTN) Nhiệt độ và độ ẩm của môi trường trong Phòng thí nghiệm môi trường được theo dõi hàng ngày trong suốt quá trình làm thí nghiệm. Sự dao động nhiệt độ và độ ẩm môi trường được trình bày trên Hình 2.5. Trong đó, nhiệt độ dao động từ 22.50C-31.50C [Bảng Phụ lục 2] và độ ẩm dao động từ 51%-89% [Bảng Phụ lục 2]. Hình 2.5. Biểu đồ nhiệt độ và độ ẩm trong điều kiện khí hậu tự nhiên môi trường tại Gia Lai (Phòng thí nghiệm môi trường) 50 2.3. Mục đích thí nghiệm Trên cơ sở bộ số liệu thí nghiệm được thu thập tiến hành phân tích, đánh giá và đề xuất: Đề xuất các hệ số thực nghiệm xác định giá trị cường độ chịu nén và mô đun đàn hồi của bê tông thường và bê tông cốt sợi thép theo thời gian trong điều kiện khí hậu tự nhiên môi trường tại Gia Lai; Đề xuất các hệ số thực nghiệm dự báo biến dạng co ngót của bê tông theo thời gian từ kết quả thí nghiệm theo Tiêu chuẩn Nga GOST 24544-81 [85] trong điều kiện khí hậu chuẩn tại Gia Lai; Đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ nước trên xi măng đến biến dạng co ngót của mẫu bê tông thường, bê tông cốt sợi thép và bê tông cốt thép trong điều kiện khí hậu chuẩn tại Gia Lai; Đánh giá sự phát triển biến dạng co ngót của mẫu bê tông thường, bê tông cốt sợi thép và mẫu bê tông cốt thép trong điều kiện khí hậu chuẩn và trong điều kiện khí hậu tự nhiên môi trường tại Gia Lai; Đánh giá việc hạn chế nứt do biến dạng co ngót của bê tông khi có sự tham gia của cốt sợi thép và cốt thép. 2.4. Nội dung thí nghiệm 2.4.1. Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén đối chứng của bê tông thường ở 28 ngày tuổi Trong phạm vi nghiên cứu của Luận án, các tổ mẫu bê tông thí nghiệm có cấp độ bền B22.5 (Mác 300#). Nội dung thí nghiệm này là xác định cường độ chịu nén đối chứng của bê tông thường ở 28 ngày tuổi. Khi cường độ chịu nén trên mẫu đối chứng đạt cường độ trong phạm vi nghiên cứu, sử dụng cấp phối đúc mẫu bê tông đối chứng để tiến hành đúc hàng loạt tổ mẫu thí nghiệm đo co ngót và các thí nghiệm khác. Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén đối chứng của bê tông thường được tiến hành trên 03 tổ mẫu bê tông thường tương ứng với 3 cấp phối tỷ lệ nước trên xi 51 măng lần lượt bằng 0.40, 0.45, 0.50 và có cấp phối chế tạo như trình bày trong Bảng 2.2. Mỗi tổ mẫu bao gồm 03 mẫu cơ bản. Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén đối chứng của bê tông thường trên mẫu chuẩn hình lập phương có kích thước 15x15x15 cm và được xác định theo Tiêu chuẩn TCVN 3118:1993 [15]. Các tổ mẫu được lưu trữ và thí nghiệm tại Phòng thí nghiệm LAS-XD 25 - Trung tâm Giám định Chất lượng Xây dựng Gia Lai thuộc Sở Xây dựng tỉnh Gia Lai. 2.4.2. Thí nghiệm xác định giá trị cường độ chịu nén và mô đun đàn hồi theo thời gian của bê tông Thí nghiệm xác định giá trị cường độ chịu nén và mô đun đàn hồi của bê tông theo thời gian được xác định trong vòng 364 ngày tuổi, chia làm 7 lần xác định: 7 ngày tuổi, 28 ngày tuổi, 60 ngày tuổi, 90 ngày tuổi, 180 ngày tuổi, 270 ngày tuổi và 364 ngày tuổi. Thí nghiệm xác định giá trị cường độ chịu nén và mô đun đàn hồi theo thời gian của bê tông được tiến hành trên 42 tổ mẫu có cấp phối chế tạo như trình bày trong Bảng 2.2. Trong đó 21 tổ mẫu bê tông thường và 21 tổ mẫu bê tông cốt sợi thép tương ứng với 3 cấp phối tỷ lệ nước trên xi măng lần lượt bằng 0.40, 0.45, 0.50. Mỗi tổ mẫu bao gồm 03 mẫu cơ bản. Mẫu thí nghiệm xác định giá trị cường độ chịu nén và mô đun đàn hồi theo thời gian là mẫu hình trụ tròn có kích thước 15x30 cm và được xác định theo Tiêu chuẩn TCVN 5276:1993 [16]. Các tổ mẫu được lưu trữ trong Phòng thí nghiệm LAS-XD 25 - Trung tâm Giám định Chất lượng Xây dựng Gia Lai thuộc Sở Xây dựng tỉnh Gia Lai. 2.4.3. Thí nghiệm đo biến dạng co ngót theo thời gian của bê tông Thí nghiệm đo biến dạng co ngót theo thời gian của bê tông được thực hiện trong vòng 364 ngày đo, với các số đo được tính từ lần đo đầu tiên, sau 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 14 ngày và sau đó 7 ngày cho một lần đến khi kết thúc ở 364 ngày. Thí nghiệm đo biến dạng co ngót của bê tông được tiến hành trên 18 tổ mẫu cho điều kiện khí hậu chuẩn và điều kiện khí hậu tự nhiên môi trường, có cấp phối 52 chế tạo như trình bày trong Bảng 2.2. Trong đó 06 tổ mẫu bê tông thường, 06 tổ mẫu bê tông cốt sợi thép và 06 tổ mẫu bê tông cốt thép tương ứng với 3 cấp phối có tỷ lệ nước trên xi măng lần lượt bằng 0.40, 0.45, 0.50. Mỗi tổ mẫu bao gồm 03 mẫu cơ bản. Mẫu thí nghiệm đo biến dạng co ngót là mẫu hình lăng trụ có kích thước 10x10x40 cm và được đo theo Tiêu chuẩn TCVN 3117:1993 [14]. Trong điều kiện khí hậu chuẩn tại Gia Lai, các tổ mẫu được lưu trữ và thí nghiệm trong Tủ khí hậu khống chế nhiệt độ trung bình 25±20C và độ ẩm 75±5% trong suốt thời gian thí nghiệm. Tủ khí hậu này được đặt trong Phòng thí nghiệm chuẩn khống chế nhiệt độ trong phòng từ 230C-250C và độ ẩm 70%-74% bởi hệ thống điều hòa trong suốt thời gian thí nghiệm. Tủ khí hậu và Phòng thí nghiệm chuẩn đặt tại Phòng thí nghiệm LAS-XD 25 - Trung tâm Giám định Chất lượng Xây dựng Gia Lai thuộc Sở Xây dựng tỉnh Gia Lai. Trong điều kiện khí hậu tự nhiên môi trường tại Gia Lai, các tổ mẫu được lưu trữ tại Phòng thí nghiệm môi trường có gắn thiết bị đo nhiệt độ và độ ẩm trong phòng. Mỗi lần thí nghiệm đo, nhiệt độ và độ ẩm đều được ghi lại cụ thể. Phòng thí nghiệm môi trường đặt tại Phòng thí nghiệm LAS-XD 25 - Trung tâm Giám định Chất lượng Xây dựng Gia Lai thuộc Sở Xây dựng tỉnh Gia Lai. 2.4.4. Thí nghiệm đo co ngót hạn chế của bê tông bằng Vòng kiềm chế (Restrained Ring Test) Thí nghiệm đo co ngót hạn chế của bê tông bằng Vòng kiềm chế (Restrained Ring Test) được xác định thông qua 02 Tenzomets điện trở (Strain-gages) được gắn vào mặt trong của vành tròn thép để đo mức độ biến dạng của vành thép và 02 Tenzomets điện trở này được nối vào Hộp đo P3, tự động ghi lại thời điểm xuất hiện vết nứt đầu tiên và thời gian nứt của các vết nứt tiếp theo của bê tông trên vành tròn thép qua thẻ từ gắn vào Hộp P3. Khi bê tông trên vành tròn thép (Vòng kiềm chế) xảy ra biến dạng co ngót, biến dạng này sẽ tạo áp lực nén lên vành tròn thép, gây ra biến dạng lên vành thép. Biến dạng của vành bê tông càng cao thì biến dạng trên vành thép càng lớn. Quá trình thí nghiệm đo biến dạng của vành tròn thép là đo 53 biến dạng của bê tông trên vành thép. Thí nghiệm đo co ngót hạn chế của bê tông bằng Vòng kiềm chế (Restrained Ring Test) được tiến hành trên 04 mẫu có cấp phối chế tạo như trình bày trong Bảng 2.2. Trong đó 02 mẫu bê tông thường, 02 mẫu bê tông cốt sợi thép tương ứng với 1 cấp phối tỷ lệ nước trên xi măng bằng 0.40. Mẫu thí nghiệm đo co ngót hạn chế của bê tông bằng Vòng kiềm chế (Restrained Ring Test) có kích thước: Vành tròn bê tông có chiều dày 38 mm, đường kính trong 330 mm, chiều cao 152 mm được đổ xung quanh một vành thép tròn dày 12.5 mm, đường kính trong 305 mm và được đo đạc theo chỉ dẫn trong Tiêu chuẩn ASTM C1581-04.05 [26]. Các mẫu được lưu trữ trong Phòng thí nghiệm chuẩn (nhiệt độ 230C-250C và độ ẩm 70%-74%) trong suốt thời gian thí nghiệm tại Phòng thí nghiệm LAS-XD 25 - Trung tâm Giám định Chất lượng Xây dựng Gia Lai thuộc Sở Xây dựng tỉnh Gia Lai. 2.4.5. Lựa chọn tỷ lệ N/X, nhóm, tổ mẫu, thành phần cấp phối, thành phần bê tông cốt sợi thép và bê tông cốt thép 2.4.5.1. Lựa chọn tỷ lệ N/X Tỷ lệ N/X = 0.40, 0.45, 0.50 là tỷ lệ phổ biến với bê tông có cấp độ bền từ B15 (Mác 200#) đến B30 (Mác 400#) ở Gia Lai và không sử dụng phụ gia. Thí nghiệm lựa chọn các tỷ lệ N/X này để nghiên cứu. 2.4.5.2. Lựa chọn và ký hiệu các nhóm mẫu, tổ mẫu Bảng 2.1. Ký hiệu các loại tổ mẫu tương ứng với tỷ lệ nước trên xi măng (N/X) Các loại nhóm mẫu Ký hiệu tổ mẫu Tỷ lệ N/X Tổ mẫu thí nghiệm xác định cường độ chịu nén đối chứng của bê tông thường ở 28 ngày tuổi Nhóm 1: Bê tông thường M1, M2, M3 Tương ứng với 3 cấp phối tỷ lệ N/X bằng 0.40, 0.45. 0.50 Tổ mẫu thí nghiệm xác định giá trị cường độ chịu nén và mô đun đàn hồi theo thời gian của bê tông Nhóm 1: Bê tông thường MS1, MS2, MS3 Tương ứng với 3 cấp phối tỷ lệ N/X bằng 0.40, 0.45. 0.50 Nhóm 2: Bê tông cốt sợi thép 54 Các loại nhóm mẫu Ký hiệu tổ mẫu Tỷ lệ N/X Tổ mẫu thí nghiệm đo biến dạng co ngót theo thời gian của bê tông Nhóm 1: Bê tông thường M1, M2, M3 Tương ứng với 3 cấp phối tỷ lệ N/X bằng 0.40, 0.45. 0.50 Nhóm 2: Bê tông cốt sợi thép MS1, MS2, MS3 Nhóm 3: Bê tông cốt thép MT1, MT2, MT3 Tổ mẫu thí nghiệm đo co ngót hạn chế của bê tông bằng Vòng kiềm chế (Restrained Ring Test) Nhóm 1: Bê tông thường M1 Tương ứng với 1 cấp phối tỷ lệ N/X bằng 0.40 Nhóm 2: Bê tông cốt sợi thép MS1 2.4.5.3. Lựa chọn thành phần bê tông cốt sợi thép và bê tông cốt thép Khi so sánh ảnh hưởng của cốt thép và cốt sợi thép đến biến dạng co ngót của bê tông thường, lựa chọn tổ mẫu bê tông cốt sợi thép và tổ mẫu bê tông cốt thép có độ cứng dọc trục EA xấp xỉ nhau. Trong thí nghiệm lựa chọn mẫu bê tông cốt sợi thép có tỷ trọng cốt sợi thép bằng 40 (kg/m3) (có tỷ lệ phần trăm theo khối lượng 1.6%) và mẫu bê tông cốt thép có 1 thanh cốt thép 12 (hàm lượng 1.13%). Theo công thức (1.27), diện tích tương đương của bê tông thường và bê tông cốt thép của tiết diện chịu tác dụng dọc trục là: 𝐴𝑡đ = 𝐴𝑐 + 𝑛𝐴𝑠 Với: 𝑛 = 𝐸𝑠 𝐸𝑐 Trong đó: Atđ : Diện tích tương đương; Ac : Diện tích bê tông; As : Diện tích cốt thép; Ec : Mô đun đàn hồi của bê tông; Es : Mô đun đàn hồi của thép. Độ cứng dọc trục của tiết diện bê tông cốt thép là: 𝐸𝑐𝐴𝑡đ = 𝐸𝑐(𝐴𝑐 + 𝑛𝐴𝑠) 𝐸𝑐𝐴𝑡đ = 𝐸𝑐 𝐴𝑐 (1 + 𝑛 𝐴𝑠 𝐴𝑐 ) 55 Với bê tông thường lựa chọn thí nghiệm có cấp độ bền B22.5: 𝑛 = 𝐸𝑠 𝐸𝑐 = 6,24 Với mẫu thí nghiệm bê tông cốt thép 1 thanh 2 kích thước mẫu 10x10x40 cm: 𝐴𝑠 𝐴𝑐 = 1,13 (%) Vậy: 𝐸𝑐𝐴𝑡đ = 1,07 𝐸𝑐𝐴𝑐 (2.1) Trong đó EcAc là độ cứng dọc trục của tiết diện bê tông không cốt thép. Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy [80] mẫu bê tông cốt sợi thép với tỷ trọng cốt sợi thép bằng 40 (kg/m3) có độ cứng dọc trục EcsAcs của mẫu bê tông cốt sợi được tăng lên xấp xỉ 1,06 lần so với mẫu bê tông, ta có: 𝐸𝑐𝐴𝑡đ ≈ 𝐸𝑐𝑠𝐴𝑐𝑠 (2.2) 2.4.5.4. Lựa chọn thành phần cấp phối vật liệu Thành phần cấp phối được lựa chọn theo kết quả tính toán từ thiết kế cấp phối cơ bản của bê tông nặng thông thường theo quy định hiện hành của Việt Nam về Chỉ dẫn kỹ thuật chọn thành phần bê tông các loại theo Quyết định số 778/1998/QĐ-BXD [3] về Chỉ dẫn kỹ thuật chọn thành phần bê tông các loại. Bảng 2.2. Thành phần cấp phối vật liệu cho 1m3 bê tông Các Tổ mẫu Xi măng PCB40 Cát vàng Đá dăm 1x2 Nước Cốt sợi thép Cốt thép 12 Tỷ lệ N/X (kg) (kg) (kg) (lít) (kg) (thanh) Nhóm 1: Bê tông thường (BTT) M1 415 726 1160 166 0.40 M2 415 690 1140 187 0.45 M3 415 675 1100 208 0.50 Nhóm 2: Bê tông cốt sợi thép (BTCS) MS1 415 726 1160 166 40 0.40 MS2 415 690 1140 187 40 0.45 MS3 415 675 1100 208 40 0.50 56 Các Tổ mẫu Xi măng PCB40 Cát vàng Đá dăm 1x2 Nước Cốt sợi thép Cốt thép 12 Tỷ lệ N/X (kg) (kg) (kg) (lít) (kg) (thanh) Nhóm 3: Bê tông 1 thanh cốt thép 12 (BTCT) MT1 415 726 1160 166 1 0.40 MT2 415 690 1140 187 1 0.45 MT3 415 675 1100 208 1 0.50 2.5. Vật liệu dùng trong thí nghiệm, chế tạo mẫu, đúc mẫu và bảo dưỡng mẫu thí nghiệm 2.5.1. Vật liệu dùng trong thí nghiệm a. Xi măng b. Đá dăm (1x2) c. Cát vàng d. Nước e. Cốt sợi thép f. Cốt thép thanh 12 Hình 2.6. Vật liệu dùng trong thí nghiệm 2.5.1.1. Xi măng Dùng Xi măng Nghi Sơn PCB40 là xi măng được sử dụng phổ biến ở Việt Nam nói chung và Gia Lai nói riêng. Vật liệu xi măng được sử dụng trong thí nghiệm thỏa mãn yêu cầu theo Tiêu chuẩn TCVN 6260:2009 [19]. Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý được trình bày ở Bảng 2.3. Bảng 2.3. Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của xi măng 57 STT Các chỉ tiêu cơ lý thí nghiệm Yêu cầu kỹ thuật Đơn vị Kết quả Tiêu chuẩn thí nghiệm 1 Khối lượng riêng - g/cm3 3.10 TCVN 4030-2003 2