Nội dung

Chương 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỂ BÊ TÔNG CỐT SỢI THÉP 3.1. MỤC TIÊU CỦA NGHIÊN c ú u THựC NGHIỆM Trên cơ sớ các kết quả nghiên cứu về tính chất của bê tông cốt sợi thép, tại phòng thí nghiệm Công trình Đại học Giao thông Vận tải đã tiến hành nột số thí nghiệm để kiểm chứng một số tính chất của bê tông cốt sợi thép, từ đó đưa ra các nhận định vổ vật liệu địa phương khi sử dụng bê tông cốt sợi thép trong thiết kế và xây dưng cầu ở Viêt Nam. 3.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN c ú u THƯC NGHIỆM Phương pháp nghiên cứu là phương pháp lý thuyết kết họp với thực nghiệm. Trên cơ sở lý thuyết về bê tông, bê tông cốt sợi thép và lý thuyết quy hoạch thực nghiệm đã tiến hành chế tạo các mẫu thử và xác định cường độ, độ sụt của bê tông cốt sợi thép. 3.2.1. Lý thuyết Quy hoạch thực nghiệm Việc nghiên cứu thực nghiệm về mức độ ảnh hưởng của các yếu tố như: tỷ lệ nước trên xi măng N/X, hàm lượng cốt sợi đến các tính chất cơ học của bê tỏng nêu tiến hành thí nghiệm theo những phương pháp bị động thì số lượng thí nghiệm rất lớn: N = pk (trong đó p là mức thí nghiệm, k là số yếu tố ảnh hưởng) và số lượng thí nghiệm sẽ tăng nhanh nếu số yếu tố ảnh hưởng tăng. Theo lý thuvết quv hoạch thực nghiệm, các thí nghiệm được mã hoá ở các mức trên, mức dưới và mức cơ bản. Sau khi có bảng ma trận quy hoạch thực nghiệm sẽ tiến hành các thí nghiệm tương ứng. Từ kết quả thu được xây dựng mô hình toán học biểu thị quan hệ giữa đối tượng nghiên cứu và các yêu tố ảnh hướng. Mô hình có dạng: Y = Y(X„ x 2, X ,.... Xk) 73 Trong đó: Y : Hàm mô tả hệ (hàm mục tiêu) Xị, X2, X3,..., Xk: Các biến số (yếu tố ảnh hưởng) Hàm mô tả hệ là hàm nhiều biến có thể phân tích thành dãy Taylor, tức là hàm mục tiêu lý thuyết: Y = p„+Ềpj.xj + Ề p ju.xj. x „ + Ì p jj.x| + ... j=l u 2500 cm2/g -Cường độ nén: Sau 3 ngày Rn>21 (N/mm2) Sau 28 ngày R„>40 (N/mm2) - Độ ổn định thể tích (theo phương pháp Le Satalia) >10Mm. - Hàm lượng anhidrii siinliirrio (SO,) >3%. - Lượng mất khi nung > 5MKN. 3.3.2. Cốt liệu nhỏ - Cát Cát vàng lấy từ Sông Lô, có các chỉ tiêu kỹ thuật như sau: - Khối lượng riêng: p = 2.602 (g/cm^) - Khối lượng thể tích: y = 1.43 (g/cnv) - Độ ẩm: w = 5.48 % - Thành phần hạt: thí nghiệm phân tích 2 kg cát cho kết quả như sau: Bảng 3.1: Kết quả phán tích thành phần lìạt của cát thí nghiệm Kích thước lồ sàng Lượng sót trên sàng(g) Lượng sót tích luỹ % 5 0 0 2,5 42 2,1 1,25 483 26,25 0,63 630 57,75 0,315 525 84 0,14 210 94,5 Đáy 105 100 77 ° Đường kính hạt (mm) ' Hình 3.1: Biểu đồ cấp phối hạt của cát - Mô đun độ lớn: M K= 2.65 Nhận xét: Cát thí nghiệm là cát hạt to có cấp phối hạt phù hợp với yèu cầu kỹ thuật đối với cát để chế tạo bê tông theo TCVN 177-86. 3.3.3. Cót liệu lớn - Đá dăm Đá dăm sử dụng đá Kiện Khê, Phủ Lý, có các chỉ tiêu kỹ thuật như sau: - Khối lượng riêng: P j = 2.55 (g/cm3) - Khối lượng thể tích: yd = 1.54 (g/cm3) - Độ ẩm: w = 0.5 %. - Dm« = 12.5mm. - Thành phần hạt: thí nghiệm phân tích thành phần hạt của 5 kg đá cho kết quả như sau: Bảng 3.2 : Kết quả phân tích thành phần hạt của đá dăm thí nghiệm Kích thước lỗ sàng Lượng sót trên sàng(kg) Lượng sót tích luỹ % 19 0 0 12,5 0 9.5 2,8 4.75 2 đáy 0.2 ....... ............... 0 56 ........... ... ......... ........96..... 100 Nhận xét: Đá dăm thí nghiệm có thành phần hạt phù hợp với yêu cầu kỹ thuật đối với đá dăm để chế tạo bê tông. 3.3.4. Phụ gia siêu dẻo Phụ gia siêu dẻo Sikament R4 do hãng Sika sản xuất. - Gốc Linosulfonatte, phù hợp với tiêu chuẩn ASTM C494 loại D và G. - Loại: Chất tổng hợp phân tán. - Màu: Nâu đậm. 0 10 20 3- 3*- 30 'S 40 -C 0 ì 50 cn 1 —I 60 70 80 90 100 Dmin Dmax + Dmin Dmax ~ĩ 1.25Dmax Hình 3.2: Biểu đồ cấp phối hạt của đá dăm thí nghiệm - Khối lượng riêng: 1.15-1.18 kg/1. - Điều kiện tồn: Tránh sương giá. - Tuổi thọ: 3 năm trước khi đóng kín. - Đóng gói: Thùng 5 lít. 3.3.5. Cốt sợi thép Sử dụng 2 loại sợi Dramix của hãng BEKAERT. a )R C -65/35-BN - Cường độ chịu kéo đứt: > 1lOON/mm2 - Chiều dài của sợi: 1 = 35 (ram) - Đường kính sợi: d = 0.55 (mm) - Nhóm sản phẩm: 65 - Tỉ lệ giữa chiều dài và đường kính sợi: 1/d = 64 - Số lượng sợi trong một kg cốt sợi: 14,500 sợi/kg 79 b)Sợi thẳng dẹt 0.4 x 0 .6 X 18 (mm) - Cường độ chịu kéo đứt: > 1 lOON/mm2 - Chiều dài của sợi: l= 1 8 (m m ) - Kích thước mặt cắt sợi: 0.4 X 0.6 (mm) 3.4. QUY HOẠCH THựC NGHIỆM Các thí nghiệm được quy hoạch theo phương pháp quy hoạch hoá thực nghiệm tâm trực giao với hai yếu tố ảnh hưởng X, và X2. Trong đó: X,: Tỷ lệ N/X X2: Hàm lượng CST. Quy hoạch thí nghiệm trong bảng sau: Quy hoạch thí nghiệm bé tông cốt sợi thép L o ạ i sợi: R C -6 5 /3 5 -B N 1. T h í n g h iệ m nén Lo ạ i m ẫu: K h ố i lậ p p h ư ơ n g S ố lư ợ n g m ẵ u ^1 mảu N g á y tu ổ i 0% 2% 5% T ổ n g th ể tích m ẫ u ĩ r o n g lư ợ n g s ợ i 1 m ẫ u T rọ n g lư ợ n g sợ i 0% 2% 5% 2% 5% 2% 5% sợi sợ i sợi (5 0 k g /m 3) (1 2 5 k g /m 3) (5 0 k g /m 3) (1 2 5 k g /m 3) (m 3) 3 n g à y tu ổ i 3 2 3 0 .0 0 3 0 .0 1 0 0 .0 0 7 0 .0 1 0 0 .1 6 9 0 ,4 2 2 0 .3 3 8 1 .2 6 6 7 n g à y tuổ i 3 3 3 0 .0 0 3 0 .0 1 0 0 .0 1 0 0 .0 1 0 0 .1 6 9 0 .4 2 2 0 .5 0 6 1.2 6 6 2 8 n g à y tu ổ i 3 3 3 0 .0 0 3 0 .0 1 0 0 .0 1 0 0 .0 1 0 0 .1 6 9 0 .4 2 2 0 .5 0 6 1.2 6 6 Tổng 9 8 9 0.0 9 0 .0 3 0 0 .0 2 7 0 .0 3 0 0 .5 0 6 1 .2 66 1 .3 50 3 .7 9 7 2. T h í n g h iệ m uốn L o ạ i m ầu : dầ m S ố lư ợ n g m ẵ u ÍTláu T ổ n g th ể tích m ẫ u N g à y tu ổ i 0% 2% 5% (m 3) T rọ n g ỉư ợ n g s ợ i 1 m ẫu T rọ n g lư ợ n g sợ i 2% 5% 2% 5% (5 0 k g /m 3) (1 2 5 k g /m 3) (5 0 k g /m 3) (1 2 5 k g /m 3) 0 % s ợ i 2 % sợ i 5 % s ợ i 7 n g à y tu ổ i 3 3 3 0 .0 1 4 0 .041 0.041 0.041 0 .6 7 5 1 .6 88 2 .0 2 5 5 .0 6 3 2 8 n g á y tuổ i 3 3 3 0 .0 1 4 0 .041 0.041 0.041 0 .6 7 5 1.688 2 .0 2 5 5 .0 6 3 Tổng 6 6 6 0 .0 2 8 0 .0 8 2 0 .0 8 2 0 .0 8 2 1.350 3 .3 7 6 4 .0 5 0 1 0 .1 2 6 80 Q uy hoạch thí nghiệm Bê tông cốt sợi thép Lo ạ i s ợ i: Scri dẹt, trơ n - chỉẽu dài 18m m 1. T h í n g h iệ m né n Lo ai m ẫu : K h ố i lặ p p h ư ơn g S ố lư ợ n g m ẫ u nâu N g à y tu ổ i 0% 2% 5% T ổ n g th ể tích m ẫu T rọ n g lư ợ ng s ợ i 1 m ẫ u T rọ n g lư ợ n g sợi 0% 2% 5% 2% 5% 2% 5% sợi sợi sợi (5 0 kg /m 3) (1 2 5 k g /m 3) (5 0 k g /m 3) (1 2 5 k g /m 3) (m 3) 3 n g à y tuổ i 3 3 3 0.003 0.010 0.0 1 0 0 .0 1 0 0.169 0 .4 2 2 0 .5 0 6 1 .266 7 n g à y tu ổ i 3 3 3 0 .0 0 3 0 .0 10 0.0 1 0 0 .0 1 0 0 .1 69 0 .4 2 2 0 .5 0 6 1.2 66 28 n g à y tu ổ i 3 3 3 0.003 0.010 0.0 10 0 .0 10 0.169 0 .4 2 2 0 .5 0 6 1.2 66 Tổng 9 9 9 0.010 0 .0 30 0.0 3 0 0 .0 30 0.506 1.2 66 1 .5 19 3 .7 9 7 2. T h í n g h iệ m u ố n L o ạ i m ẫu : I dầ m S ố lư ợ n g m ẫu ^1 máu T ổ n g th ể tích m ẫu (m 1) 0 % sợi 2 % sợi 5 % sợi N g à y tu ổ i 0% 2% 5% T rọ n g lư ợ ng sợ i 1 m ẫ u T rọ n g lư ợ n g sợi 2% 5% 2% 5% (ỗO kg/m *) (1 2 5 k g /m 3) (5 0 k g /m 3) (1 2 5 k g /ỉĩi3) ĩ n g à y tu ổ i 3 3 3 0.014 0.041 0.041 0.041 0.675 1.688 2.0 2 5 5 .0 6 3 28 n g à y tuổ i 3 3 3 0.014 0.041 0.041 0.041 0.675 1 .666 2.0 2 5 5 .0 6 3 Tổng 6 6 6 0.027 0.081 0.081 0.081 1.350 3 .3 7 6 4 ,0 5 0 1 0 .1 2 5 3.5. LựA CHỌN THÀNH PHAN b ê t ô n g t h í n g h iệ m M ác bê tông tính toán là mác 400 (kg/cnr) - Đối với bé tông cốt sợi thép thì tỷ lệ N/X được sử dụng 0.42 - 0.55. Trong thí nghiệm này sử dụng tỉ lệ N/X = 0.42 - Theo kết quả nghiên cứu của nước ngoài thì hàm lượng cốt sợi thép sử dụng khoảng 1% đến 8% khối lượng hoặc 0,33% đến 2% thể tích bê tông Trong thí nghiệm này sử dụng hai loại hàm lượng sợi: 2% và 5%. - Căn cứ vào tỷ lệ N/X và hàm lượng .sợi thép được chọn theo quy hoạch, thành phần bê tống được tính toán như sau: - Lượng đá dăm cho 1 rrv bê tông được tính như sau: Đ = Vj.yj = 0.68 X 1540 = 1050 (kg/rrr bt). Trong đó: Vđ: Xác định theo siáo trình Vật liệu xây dựng, với đá dăm có Dmax= 12.5 thì: Vđ = 0.68 (mVnr bê tông); Ỵj: Khối lượng thế tích đá. Ỵj = 1.54 ( g / c n r ) = 1540 (kg/rrv')- 81 - Lượng xi măng cho lm 3 bê tông: X = 410 (kg/m3bt). - Lượng phụ gia siêu dẻo R4 được chọn với hàm lượng từ 0.8 -ỉ- 1.5 lít/lOOkg CKD đảm bảo độ sụt cho bê tông từ 10 -í- 12 cm. Trong thí nghiệm này chọn hàm lượng phụ gia siêu dẻo 1.51ÍỰ100 kg XM. - Lượng cát cho lm 3 bê tông: / --................... .. Đ X MS C = pc. 1000 Pd p X Pms \ N -R , (kg/m3bt) Kết quả tính toán thành phần bê tông cốt sợi thép theo quy hoạch cho trong bảng sau: Thành phần bê tông cốt sợi thép (Đối với lm 3 bê tông) C ố t sợ i Loại m ẫu T ỉ lệ N /X N ư ớ c (líư m 3) X i m ă n g (k g /m 3) Đ á (k g /m 3) C á t (k g /m 3) R 4 (lít/m 3) % (k g /m 3) M ẫ u đ ố i ch ứ n g 0 .4 2 1 7 2.20 410 1050 4 7 2 .1 7 6 .1 5 0 0 .0 0 M ẫ u lo ạ i 1 0 .4 2 1 7 2.20 410 1050 472.17 6.15 2 5 0 .0 0 M ấ u lo ạ i II 0 .4 2 172.20 410 1050 4 7 2 .1 7 6 .1 5 5 125.00 Thành phần bê tông cốt sợi thép (Đối với 1 mẫu bê tông khối lập phương 15cm x!5cm ) C ố t sợi Loại m ẫu T ỉ lệ N /X N ư ớ c (lít) X i m ă n g (kg) Đ á (kg ) C á t( k g ) R 4 (lít) % k h ố i lư ợ n g (kg ) M ẫu đối chứng 0 .4 2 0 .5 8 1.38 3 .5 4 159 0 .0 2 0 0 .0 0 M ẫ u lo ạ i I 0 .4 2 0 .5 8 1.38 3 .5 4 1.59 0 .0 2 2 0.17 M a u lo ạ i II 0 .4 2 0 .5 8 1.38 3 .5 4 1.59 0 .0 2 5 0 .4 2 Thành phần bê tông cốt sợi thép (Đối với 1 mẫu bê tông dầm 15cm xlS cm x60cm) N ước Loại m ẫu C ố t sợ i Xi m ăng T ỉ lệ N /X Đ á (kg ) (lít) (kg) C á t (k g ) R 4 (lít) % k h ố i íư ợ n g (kg) M ẫu đối chứng 0.42 2 .3 2 5 .5 4 14 .18 6.37 0 .0 8 0 0 .0 0 M ầ u lo ạ i I 0 .4 2 2 .3 2 5 .5 4 1 4 .18 6 .3 7 0 .0 8 2 0 .6 8 M ẫ u lo ạ i II 0 .4 2 2 .3 2 5.5 4 1 4 .18 6 .3 7 0 .0 8 5 1.69 3.6. MÁY MÓC,DỤNG c ụ THÍ NGHIỆM Thí nghiệm được tiến hành tại phòng thí nghiệm Vật liệu Xây dựng và phòng thí nghiệm Công trình - Trường Đại học Giao Thông Vận Tải. 3.6.1. M áy thí nghiệm - Máy trộn bê tông mini dung tích 30 lít/mẻ trộn 82