Nghiên cứu thực nghiệm sự thay đổi mô đun đàn hồi của bê tông B25 theo thời gian

Nghiên cứu thực nghiệm sự thay đổi mô đun đàn hồi của bê tông B25 theo thời gian

Lý do chọn đề tài:

Kết cấu BTCT được sử dụng rộng rãi trong thực tế. Nhiều cấu kiện khi thiết kế và thi công cần xét đến cường độ và mô đun đàn hồi của bê tông thay đổi theo thời gian như tính toán kiểm tra thời điểm buông cốt thép ƯLT và dự báo độ vồng của cấu kiện BT ứng lực trước, tính toán sự co ngắn của cột trong quá trình thi công.. Các nghiên cứu thực nghiệm về sự biến thiên mô đun đàn hồi của bê tông theo thời gian ở Việt nam còn khá hạn chế. Đó chính là lý do lựa chọn đề tài.

Mục đích của đề tài:

– Nghiên cứu thực nghiệm sự biến thiên mô đun đàn hồi của bê tông theo thời gian, từ đó rút ra các nhận xét.

– Biết được kết quả cường độ và mô đun đàn hồi theo thời gian để người thiết kế và thi công tính toán được thời điểm buông cốt thép ứng lực trước và dự báo độ vồng của cấu kiện bê tông ứng lực trước, tính toán sự co ngắn của cột trong quá trình thi công.

Phạm vi nghiên cứu, cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài:

Nghiên cứu trong phạm vi của bê tông cấp B25 qua thực tế tiến hành đúc mẫu thí nghiệm.

Số liệu nghiên cứu thống kê trong 10 nhóm mẫu mỗi nhóm 24 viên mẫu được thí nghiệm ở 3 ngày, 7 ngày, 14 ngày và 28 ngày tuổi.

Theo tiêu chuẩn Việt Nam và ASTM.

Cấu trúc của luận văn:

Luận văn gồm 3 chương như sau:

Chương 1: Tổng quan về bê tông

Chương 2: Xác định cường độ bê tông và mô đun đàn hồi của bê tông bằng thực nghiệm

Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm

Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ MÔ ĐUN ĐÀN HỒI CỦABÊ TÔNG

Tổng quan về bê tông

1. Chức năng của bê tông:

Tính năng cơ học của bê tông là chỉ các loại cường độ và biến dạng.

Tính năng vật lý là chỉ tính co ngót, từ biến, khả năng chống thấm, cách nhiệt, … của bê tông.

1. Phân loại bê tông:
   1. Phân loại theo khối lượng thể tích:
   2. Phân loại theo chất kết dính:
   3. Phân loại theo phạm vi sử dụng:
   4. Phân loại theo công nghệ chế tạo:
2. Phạm vi ứng dụng:

Bê tông ngày nay được sử dụng rộng rãi trong các ngành xây dựng và trở thành một trong  những vật  liệu xây dụng chủ yếu.

• • 1. Thành phần của bê tông:
       1. Xi măng: Việc lựa chọn xi măng là đặc biệt quan trọng trong việc sản xuất bê tông, có nhiều loại xi măng khác nhau, xi măng mác càng cao thì khả năng kết dính càng tốt và chất lượng thiết kế bê tông tăng lên.
       2. Cốt liệu nhỏ (Cát)
       3. Cốt liệu lớn (Đá dăm)
       4. Nước
       5. Chất phụ gia
  1. Mô đun đàn hồi của bê tông

Xác định mô đun đàn hồi của bê tông theo thời gian của các tiêu chuẩn thiết kế: TCVN 5574:2012, ACI 318-2008

• • 1. Theo tiêu chuẩn TCVN 5574:2012

Nén một mẫu bê tông, quan hệ ứng suất và biến dạng được thể hiện giống như trên hình vẽ:

Hình 1.1. Mối quan hệ giữa Mô đun đàn hồi và cường độ theo TCVN

Theo tiêu chuẩn TCVN 5574:2012 giá trị mô đun đàn hồi ban đầu của bê tông khi nén kéo lấy theo giá trị Bảng 1.1

Bảng 1.1: Mô đun đàn hồi của bê tông khi nén và kéo (10³N/mm²)

• • 1. Theo tiêu chuẩn ACI 318:2008

Nén một mẫu bê tông, quan hệ ứng suất và biến dạng được thể hiện giống như trên hình vẽ:

Hình 1.2. Mối quan hệ giữa Mô đun đàn hồi và cường độ theo ACI

Theo tiêu chuẩn ACI 318:2008 Mô đun đàn hồi của bê tông được tính theo công thức:

(N/mm²) (1.1)

Trong đó :

f_c^’ : cường độ nén của bê tông (N/mm²)

• 1. Sự thay đổi của mô đun đàn hồi bê tông theo thời gian

– Mô đun đàn hồi của bê tông là tỷ số giữa ứng suất và biến dạng xuất hiện trong mẫu thí nghiệm hay trong kết cấu. Giá trị ứng suất phụ thuộc vào tải trọng tác dụng tại thời điểm đo và không đổi tại thời điểm đó. Nhưng giá trị biến dạng thì khác nhau đối với mỗi loại bê tông hoặc tuổi của bê tông.

– Đối với mô đun đàn hồi hiện nay cũng chưa có nghiên cứu nào phản ánh sự thay đổi giá trị của nó theo thời gian bằng một quy luật hay một hàm cụ thể trong một phạm vi rộng. Vì vậy cũng cần có những nghiên cứu, thí nghiệm để mô tả sự thay đổi của mô đun đàn hồi bê tông theo thời gian. Những yếu tố có thể kể đến sự thay đổi của mô đun đàn hồi bê tông theo thời gian.

Kết luận chương 1:

Bê tông đã chiếm một vị trí quan trọng trong ngành xây dựng cơ bản, đã đạt được những thành tựu đáng chú ý và còn là một loại vật liệu xây dựng chủ yếu của nước ta, nó cần phải được nghiên cứu từ lý thuyết cơ bản, lý thuyết tính toán thiết kế và đầu tư kỹ thuật cho việc hiện đại hóa công tác chế tạo trong nhà máy cũng như thi công ngoài hiện trường. Khi thiết kế người ta thường quan tâm nhiều đến cường độ và mô đun đàn hồi của bê tông.

Nhiều cấu kiện khi thiết kế và thi công cần xét đến cường độ và mô đun đàn hồi của bê tông thay đổi theo thời gian như tính toán kiểm tra thời điểm buông cốt thép ƯLT và dự báo độ vồng của cấu kiện BT ứng lực trước, tính toán sự co ngắn của cột trong quá trình thi công… Các nghiên cứu thực nghiệm về sự biến thiên mô đun đàn hồi của bê tông theo thời gian ở Việt nam còn khá hạn chế. Đó chính là lý do lựa chọn đề tài.

CHƯƠNG 2

CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MÔ ĐUN

ĐÀN HỒI CỦA BÊ TÔNG

2.1 . Khái niệm về cường độ của bê tông

Để xác định cường độ chịu nén của bê tông người ta nén các mẫu thử trên máy ép theo tiêu chuẩn TCVN 3118:1993 “Bê tông nặng – Phương pháp xác định cường độ chịu nén”. Mẫu thử có thể là khối vuông, kích thước axaxa (cm) với a=10cm, a=15cm, a=20cm, v.v…, có thể là trụ với đường kính mẫu là D và chiều cao mẫu là h. Châu Âu dùng mẫu tiêu chuẩn là trụ với D=150mm, h=300mm, hoặc khối vuông với a= 150mm. Theo tiêu chuẩn Việt Nam dùng mẫu lăng trụ có kích thước a=150mm. Trong thí nghiệm của đề tài, để tiện cho việc đúc mẫu xác định cường độ và mô đun đàn hồi nên sử dụng mẫu hình trụ đường kính D=150 mm, chiều cao mẫu h = 300 mm.

Cường độ của mẫu bê tông là ứng suất ứng với lực nén F làm mẫu bị phá hoại:

(2.1)

f_c: Cường độ chịu nén của mẫu bê tông (N/mm²);

F: Lực nén làm mẫu bị phá hoại (N);

A_c: diện tích tiết diện ngang của mẫu (mm²).

2.2. Phương pháp xác định mô đun đàn hồi của bê tông

Có nhiều phương pháp để xác định cường độ và mô đun đàn hồi của bê tông.

– Phương pháp xác định cường độ lăng trụ và mô đun đàn hồi khi nén tĩnh theo tiêu chuẩn thí nghiệm TCVN 5726:1993.

– Phương pháp xác định mô đun đàn hồi tĩnh và Tỷ lệ Poisson của bê tông khi nén tĩnh theo tiêu chuẩn C469:1994 cùng một số tiêu chuẩn nước ngoài khác.

2.3. Nội dung phương pháp thí nghiệm xác định cường độ lăng trụ và mô đun đàn hồi khi nén tĩnh theo TCVN 5726:1993

2.3.1. Quá trình đúc mẫu

2.3.2.Thiết bị thử

• • 1. Chuẩn bị mẫu thử
    2. Tiến hành thử
    3. Tính kết quả
       1. Cường độ lăng trụ (f_c) của từng viên mẫu bê tông được tính bằng (N/mm²), theo công thức.

(2.1)

Trong đó: f_c: Cường độ của mẫu bê tông lăng trụ (N/mm²);

F: Lực nén làm mẫu bị phá hoại (N);

A_c: diện tích tiết diện ngang của mẫu (mm²).

• • • 1. Cường độ lăng trụ của bê tông được xác định từ các giá trị cường độ của các viên trong tổ mẫu theo điều 4.3 của TCVN 3118:1993.
      2. Mô đun đàn hồi khi nén tĩnh (E) của từng viên mẫu được tính bằng N/mm² theo tiêu chuẩn TCVN 5726: 1993 theo công thức:

(2.2)

Trong đó: σ₁: Ứng suất thử (ở giá trị khoảng 1/3 cường độ lăng trụ), (daN/cm²)

σ₀: Ứng suất ban đầu (0,5daN/cm²);

ε₁– ε_o: Chênh lệch biến dạng tương đối của bê tông ở mức ứng suất thử so với mức ứng suất ban đầu.

2.3.4.4 Mô đun đàn hồi khi nén tĩnh (E) của từng viên mẫu được tính bằng N/mm² theo tiêu chuẩn ASTM C469:94 theo công thức:

Tính mô đun đàn hồi, tới gần nhất 50000 psi (344,74 MPa) như sau:

(2.3)

Trong đó:

E: Mô đun đàn hồi, psi

S₂: ứng suất tương ứng với 40% tải trọng giới hạn.

S₁: ứng suất tương ứng với một sự biến dạng dọc trục, ε₁, bằng 50/1000000, psi

ε₂: biến dạng dọc trục do ứng suất S₂ gây ra

Kết luận chương 2:

Có thể xác định mô đun đàn hồi của bê tông theo nhiều phương pháp khác nhau. Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5726:1993 “ Bê tông nặng – Phương pháp xác định cường độ lăng trụ và mô đun đàn hồi khi nén tĩnh”; Tiêu chuẩn ASTM C469:94 “Standard Test Method for Static Modulus of Elasticity and Poisson’s Ratio of Concrete in Compression”; ACI 318:2008 “Building Code Requirements For Structural Concrete And Commentary”; CEB-FIP Method…

CHƯƠNG 3:

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

1. Mục đích:

Nhằm xác định kết quả trên mẫu cụ thể, từ đó có thể phân tích quy luật thay đổi của mô đun đàn hồi của bê tông theo thời gian có phù hợp với lý thuyết hay không.

1. Vật liệu và cấp phối thí nghiệm

3.2.1. Thành phần cốt liệu nhỏ (Cát hạt thô):

Bảng 3.1: Bảng cấp phối hạt và biểu đồ thành phần hạt của cốt liệu nhỏ

3.2.2.Thành phần cốt liệu lớn (Đá (5-20)mm):

Bảng 3.2: Bảng cấp phối hạt và biểu đồ thành phần hạt của cốt liệu lớn

Bảng cấp phối hạt			Biểu đồ thành phần hạt
Kích thước lỗ sàng	Lượng sót trên từng sàng	Lượng sót tích lũy
mm	(% khối lượng)
40	0	0
20	8,15	8,15
10	46,23	54,38
5	41,11	95,49
<5	4,51	100

3.2.3. Thành phần chất kết dính (Xi măng Chinfon Hải Phòng PCB40):

Bảng 3.3: Chỉ tiêu cơ lý của xi măng

3.2.4. Thành phần phụ gia (Sika): Sikament R4

3.2.5. Nước máy: đạt tiêu chuẩn cho việc nhào trộn bê tông.

3.2.6. Thành phần cấp phối:

Bảng 3.4: Tỷ lệ cấp phối của mẫu thiết kế cấp phối

3.3. Kết quả thí nghiệm

3.3.1. Cường độ và mô đun đàn hồi của bê tông tại thời điểm t= 3 ngày:

Bảng 3.5: Kết quả thí nghiệm Cường độ và mô đun đàn hồi của bê tông tại thời điểm t= 3 ngày tuổi

3.3.2.2. Cường độ và mô đun đàn hồi của bê tông tại thời điểm t= 7 ngày:

Bảng 3.6: Kết quả thí nghiệm Cường độ và mô đun đàn hồi của bê tông tại thời điểm t= 7 ngày tuổi

3.3.2.3. Cường độ và mô đun đàn hồi của bê tông tại thời điểm t= 14 ngày:

Bảng 3.7: Kết quả thí nghiệm Cường độ và mô đun đàn hồi của bê tông tại thời điểm t= 14 ngày tuổi

3.3.2.4. Cường độ và mô đun đàn hồi của bê tông tại thời điểm t= 28 ngày:

Bảng 3.8: Kết quả thí nghiệm Cường độ và mô đun đàn hồi của bê tông tại thời điểm t= 28 ngày tuổi

1. Xử lý số liệu bằng lý thuyết xác suất và thống kê

3.4.1. Tương quan giữa mô đun đàn hồi và thời gian

Hình 3.1: Biểu đồ tương quan giữa mô đun đàn hồi theo thời gian

nhóm mẫu số 1

Hình 3.2: Biểu đồ tương quan giữa mô đun đàn hồi theo thời gian

nhóm mẫu số 2

Hình 3.3: Biểu đồ tương quan giữa mô đun đàn hồi theo thời gian

nhóm mẫu số 3

Hình 3.4: Biểu đồ tương quan giữa mô đun đàn hồi theo thời gian

nhóm mẫu số 4

Hình 3.5: Biểu đồ tương quan giữa mô đun đàn hồi theo thời gian

nhóm mẫu số 5

Hình 3.6: Biểu đồ tương quan giữa mô đun đàn hồi theo thời gian

nhóm mẫu số 6

Hình 3.7: Biểu đồ tương quan giữa mô đun đàn hồi theo thời gian

nhóm mẫu số 7

Hình 3.8: Biểu đồ tương quan giữa mô đun đàn hồi theo thời gian

nhóm mẫu số 8

Hình 3.9: Biểu đồ tương quan giữa mô đun đàn hồi theo thời gian

nhóm mẫu số 9

Hình 3.10: Biểu đồ tương quan giữa mô đun đàn hồi theo thời gian

nhóm mẫu số 10

Hình 3.11: Biểu đồ tương quan giữa mô đun đàn hồi theo thời gian

Trung bình 10 nhóm mẫu

Hình 3.12: Biểu đồ tương quan giữa mô đun đàn hồi và thời gian

Tính theo TCVN 5726:93

Hình 3.13: Biểu đồ tương quan giữa mô đun đàn hồi và thời gian

Tính theo ASTMC469:08

Hình 3.14: Biểu đồ tương quan giữa mô đun đàn hồi và thời gian

Tính theo ACI318:08

Hình 3.15: Biểu đồ tương quan giữa mô đun đàn hồi và thời gian

Tính theo CEB-FIP:93

3.4.2. Tương quan giữa cường độ và mô đun đàn hồi theo thời gian

Hình 3.16: Biểu đồ tương quan giữa cường độ và mô đun đàn hồi theo thời gian nhóm mẫu số 1

Hình 3.17: Biểu đồ tương quan giữa cường độ và mô đun đàn hồi theo thời gian nhóm mẫu số 2

Hình 3.18: Biểu đồ tương quan giữa cường độ và mô đun đàn hồi theo thời gian nhóm mẫu số 3

Hình 3.19: Biểu đồ tương quan giữa cường độ và mô đun đàn hồi theo thời gian nhóm mẫu số 4

Hình 3.20: Biểu đồ tương quan giữa cường độ và mô đun đàn hồi theo thời gian nhóm mẫu số 5

Hình 3.21: Biểu đồ tương quan giữa cường độ và mô đun đàn hồi theo thời gian nhóm mẫu số 6

Hình 3.22: Biểu đồ tương quan giữa cường độ và mô đun đàn hồi theo thời gian nhóm mẫu số 7

Hình 3.23: Biểu đồ tương quan giữa cường độ và mô đun đàn hồi theo thời gian nhóm mẫu số 8

Hình 3.24: Biểu đồ tương quan giữa cường độ và mô đun đàn hồi theo thời gian nhóm mẫu số 9

Hình 3.25: Biểu đồ tương quan giữa cường độ và mô đun đàn hồi theo thời gian nhóm mẫu số 10

Hình 3.26: Biểu đồ tương quan giữa cường độ và mô đun đàn hồi theo thời gian trung bình 10 nhóm mẫu

3.4.3. Tương quan giữa cường độ và mô đun đàn hồi theo thời gian

Hình 3.27: Biểu đồ tương quan giữa cường độ bê tông theo thời gian của 10 nhóm mẫu

Hình 3.28: Biểu đồ tương quan giữa cường độ bê tông theo thời gian trung bình của 10 nhóm mẫu

Nhận xét về kết quả thí nghiệm:

Khi so sánh giá trị chênh lệch mô đun đàn hồi giữa các phương pháp khác nhau, tiêu chuẩn Việt Nam được lựa chọn làm mốc để so sánh sự sai khác, kết quả được thể hiện trong bảng 3.9

Bảng 3.9 Giá trị chênh lệch của mô đun đàn hồi giữa các phương pháp khác nhau

Từ những nhận định trên cho thấy, việc xác định mô đun đàn hồi theo tiêu chuẩn Việt Nam cho kết quả đáng tin cậy, phản ánh đúng lý thuyết về mô đun đàn hồi là mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Nhu cầu sử dụng bê tông ứng lực trước ở Việt Nam ngày càng phát triển. Các nghiên cứu thực nghiệm về sự biến thiên mô đun đàn hồi của bê tông theo thời gian ở Việt nam còn khá hạn chế. Việc xác định mô đun đàn hồi của bê tông là cần thiết để góp phần cho các công thức tính toán ngày càng đa dạng và có độ chính xác thực tế.

• Cường độ của bê tông tăng dần theo thời gian, tốc độ lúc đầu nhanh sau đó chậm dần và đi vào ổn định, nhưng sự phát triển cường độ của bê tông còn kéo dài trong nhiều năm rồi mới kết thúc. Cường độ nén của bê tông ở tuổi 28 ngày được sử dụng như một giá trị để so sánh. Nhưng thực tế thì cường độ của bê tông thay đổi theo thời gian và phụ thuộc vào nhiều yếu tố, ví dụ như loại bê tông hay điều kiện bảo dưỡng, cường độ của bê tông tăng nhanh trong môi trường nhiệt độ cao. Các cấu kiện sản xuất trong nhà máy thường được dưỡng hộ nhiệt có thể đạt cường độ theo yêu cầu. Ngày nay, để đẩy nhanh sự rắn chắc sớm của bê tông người ta đã sử dụng nhiều biện pháp hữu hiệu, ví dụ như nâng cao hoạt tính của chất dính kết, phụ gia rắn nhanh, dưỡng hộ nhiệt,…
• Công tác kiểm tra mô đun đàn hồi của bê tông cần được quan tâm coi trọng từ phía Chủ đầu tư, đơn vị thiết kế, đơn vị thi công vì nó quyết định đến thời điểm buông cốt thép ứng lực trước và dự báo độ vồng của cấu kiện bê tông ứng lực trước.

– Việc xác định mô đun đàn hồi của bê tông khi nén tĩnh theo các phương pháp khác nhau, tiêu chuẩn khác nhau còn nhiều sai khác. Thậm chí kết quả chênh lệch còn rất lớn. Với nhiều phương pháp xác định mô đun đàn hồi của bê tông, đề tài chỉ đề cập đến kết quả nghiên cứu thực nghiệm của 04 phương pháp và cho một loại bê tông cấp độ bền B25. Cần có nhiều nghiên cứu thực nghiệm hơn nữa bằng những phương pháp khác cũng như ở nhiều cấp độ bền khác nhau của bê tông để có nhận định đầy đủ hơn khi lựa chọn phương pháp nào, tiêu chuẩn nào với từng loại bê tông.

LIỆN HỆ:

SĐT+ZALO: 0935568275

E:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\LUAN VAN DUY TAN\LUAN VAN DUY TAN\TRUONG VU THONG\SAU BAO VE