ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN HOÀNG DI

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHẢ NĂNG
CHỊU UỐN CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT
THÉP CÓ TRO BAY THAY THẾ XI MĂNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Công trình
Mã số:

dân dụng và công nghiệp
60.58.02.08

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2019


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN VĂN CH NH

Phản biện 1: TS. LÊ KHÁNH TOÀN

Phản biện 2: TS. NGUYỄN HUY GIA

Luận văn đã bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt
nghiệp thạc sĩ kỹ thuật xây dựng công trình dân dựng và công

mặn; chống rạn nứt, giảm co gãy, cải thiện bề mặt sản phẩm và có tính
chống thấm cao; tính chịu lực cao của bê tông; chống được sự xâm nhập
của acid sulfuric của bê tông hiện đại; tạo tính bền sulfat cho bê tông
của xi măng portland; hạ nhiệt độ cho bê tông [14].
Bê tông cốt thép là sự kết hợp giữa bê tông và cốt thép, bê tông là
một loại đá nhân tạo, giòn có cường độ chịu nén (Rb) tốt, cường độ chịu
kéo (Rbt) kém. Thép là loại vật liệu đàn hồi có độ dẻo tương đối lớn có
cường độ chịu nén và cường độ chịu kéo khá cao. Bê tông và cốt thép là
sự kết hợp hợp lý giữa hai loại vật liệu có tính chất cơ học khác nhau để
tạo nên một loại vật liệu mới có nhiều ưu điểm. Bê tông và cốt thép có
thể cùng cộng tác chịu lực là do lực dính, chúng có thể truyền lực từ bê


2
tông sang cốt thép hoặc ngược lại. Lực dính có tầm quan trọng hàng đầu
đối với bê tông cốt thép, nhờ lực dính mà cường độ cốt thép mới được
khai thác triệt để, giảm bề rộng vết nứt ở miền bê tông chịu kéo, [4].
Khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép (BTCT) phụ thuộc
chủ yếu vào cường độ chịu nén, kéo của bê tông, cường độ chịu kéo,
nén của cốt thép và lực dính giữa bê tông và cốt thép. Các lý thuyết tính
toán cấu kiện dầm bê tông cốt thép thường giả thiết bỏ qua khả năng
chịu kéo của bê tông, toàn bộ lực kéo do cốt thép chịu, và lực dính giữa
bê tông và cốt thép phải lớn để đảm bảo biến dạng của cốt thép và bê
tông tại bề mặt tiếp xúc với cốt thép là như nhau. Tuy nhiên thực tế làm
việc của dầm bê tông cốt thép không hoàn toàn như các giả thiết nêu
trên, khả năng chịu lực của dầm bê tông cốt thép chịu ảnh hưởng của
lực dính giữa bê tông và cốt thép cũng như khả năng chịu kéo của bê
tông miền kéo.
Các nghiên cứu trước đó chỉ ra rằng khi tro bay được sử dụng để
thay thế xi măng thì cường độ chịu nén, kéo của bê tông sẽ giảm ở giai

thời điểm 28, 56, 90 ngày.
- Các thông số cần đo đạc và đánh giá: Biểu đồ quan hệ giữa lực chuyển vị đứng tại vị trí giữa dầm; hình dánh, chiều dài và bề rộng của
vết nứt trên dầm bê tông cốt thép.
4 Phạm vi nghi n c u.
- Nghiên cứu tổng quan về sự làm việc của dầm bê tông cốt thép
và các nhân tố ảnh hưởng đến khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt
thép.
- Nghiên cứu tổng quan về vai trò của tro bay đối với sự phát
triển cường độ chịu nén, kéo của bê tông.
- Thực hiện các thí nghiệm dựa trên tiêu chuẩn: TCVN
3105:1993: Hỗn hợp bê tông nặng và bê tông nặng - Lấy mẫu, chế tạo
và bảo dưỡng mẫu thử; TCVN 3106:1993: Hỗn hợp bê tông nặng Phương pháp thử độ sụt; TCVN 3118:1993: Bê tông nặng - Phương
pháp xác định cường độ nén.
- Thí nghiệm uốn dầm bê tông cốt thép dựa vào phương pháp uốn
4 điểm theo tiêu chuẩn TCVN 3119 : 1993.
- Phân tích các kết quả thí nghiệm về khả năng chịu uốn của dầm


4
bê tông cốt thép dựa vào biểu đồ quan hệ lực – chuyển vị giữa dầm và
vết nứt của dầm bê tông cố thép.
- Đánh giá sự ảnh hưởng của tro bay thay thế xi măng đến khả
năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép dựa vào việc phân tích kết quả
trên.
5 Bố cục của luận văn
Chương 1: Tổng quan về bê tông, dầm bê tông cốt thép và tro
bay, ứng dụng của tro bay trong xây dựng.
Chương 2: Vật lıệu sử dụng và thıết bị thí nghıệm.
Chương 3: Thí nghiệm xác định ảnh hưởng của tro bay đến khả
năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép.

1

1 Sự làm việc của dầm BTCT

1.3.2. Các hình th c phá hoại của dầm
1.3.3. Trạng thái ng suất biến dạng tại tiết diện thẳng góc
dầm BTCT
1 4 KẾT LUẬN
- Bê tông cốt thép là sự kết hợp giữa các hạt cốt liệu, nước, phụ
gia và cốt thép. Nhờ lực dính chặt với nhau nên có thể truyền lực từ bê
tông sang cốt thép, hoặc ngược lại. Lực dính có tầm quan trọng hàng
đầu đối với bê tông cốt thép, nhờ lực dính mà cường độ cốt thép mới
được khai thác triệt để, giảm bề rộng vết nứt ở miền bê tông chịu kéo.
Giữa bê tông và cốt thép không xảy ra phản ứng hóa học, đồng thời bê
tông còn bảo vệ cốt thép chống lại các tác dụng ăn mòn của môi trường.
- Tro bay là sản phẩm được tạo ra từ quá trình đốt than của các
nhà máy nhiệt điện; Những nghiên cứu trước đây cho thấy khi kết hợp
tro bay với ximăng portland hay các loại chất kết dính khác sẽ tạo ra các
sản phẩm bê tông với độ cứng vượt trội (mác cao) có khả năng chống
thấm cao, tăng độ bền với thời gian, không nứt nẻ, giảm độ co gãy, có
tính chống kiềm và tính bền sulfat, dễ thao tác, rút ngắn tiến độ thi công
do không phải xử lý nhiệt... ngoài ra, nó còn giảm nhẹ tỉ trọng của bê
tông một cách đáng kể...
- Phá hoại dầm bê tông cốt thép có thể theo hai dạng. Sự phá hoại
khi ứng suất trong cốt thép đạt đến giới hạn chảy và ứng suất trong bê
tông đạt đến Rb gọi là sự phá hoại dẻo. Nếu ứng suất trong cốt thép chưa
đạt đến giới hạn chảy mà bê tông vùng nén đã bị phá hoại thì dầm cũng
bị phá hoại gọi là phá hoại dòn.





7
CHƯƠNG
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHẢ NĂNG CHỊU UỐN
CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ TRO BAY THAY THẾ
XI MĂNG
1 GIỚI THIỆU CHUNG
Chương này tác giả trình bày việc thí nghiệm dầm bê tông cốt
thép (BTCT) theo sơ đồ 4 điểm. Các dầm BTCT được đúc trong đó tro
bay được sử dụng để thay thế xi măng theo các tỉ lệ lần lượt là 0% (dầm
đối chứng), 10%, 20% và 40%. Các thông số kỹ thuật được xét đến bao
gồm:
- uan hệ giữa lực và chuyển vị giữa dầm.
- Lực uốn của dầm tại các thời điểm xuất hiện vết nứt đầu tiên,
cốt thép chảy dẻo và dầm bị phá hoại.
- Hình dạng vết nứt.
3.2. CHƯƠNG TRÌNH TH NGHIỆM
2 1 Vật liệu sử dụng trong thí nghiệm
- Cát: được xác định theo Mục 2.1.1
- Đá dăm: được xác định theo Mục 2.1.2
- Xi măng: được xác định theo Mục 2.1.3
- Nước: được xác định theo Mục 2.1.4
- Tro Bay: được xác định theo Mục 2.1.5
- Cốt thép: được xác định theo Mục 2.1.6
2 2 Chi tiết về ch ơng trình thí nghiệm
Thí nghiệm được thực hiện ở 12 dầm bê tông cốt thép, kích thước
dầm 100x150x1000mmm được đúc và trình bày ở bảng 3.1. Thành
phần cấp phối bê tông được trình bày ở Bảng 3.2. Nhóm 1 gồm 4 dầm
được thí nghiệm uốn tại thời điểm 28 ngày, trong đó dầm D1-28 là mẫu

Cốt
thép

Lớp
BT
bảo vệ

D1-28
D2-28
D3-28
D4-28
D1-56
D2-56
D3-56
D4-56
D1-90
D2-90
D3-90
D4-90

100x150x1000
100x150x1000
100x150x1000
100x150x1000
100x150x1000
100x150x1000
100x150x1000
100x150x1000
100x150x1000
100x150x1000

bay thay
thế xi măng
(%)
0
10
20
40
0
10
20
40
0
10
20
40

Ngày
uốn
dầm
28
28
28
28
56
56
56
56
90
90
90

20
1
3
2
0.5
0.5
60
40
1
3
2
0.5
0.5

Ghi chú: Bột=xi măng + Tro bay


9
3.2.3. Chi tiết về mẫu dầm BTCT sử dụng trong thí nghiệm
2Ø8
150

1
1

2Ø8

1000
100


20% và 40%.
- Sau khi đúc, mẫu được phủ bạt để chống mất nước từ mặt và đặt
trong môi trường không khí tại phòng Thí nghiệm Khoa Xây dựng Dân
dụng và Công nghiệp, trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng.
- Sau 20-24(h), tháo ván khuôn, mẫu thí nghiệm được dưỡng hộ
trong nước chờ đến các ngày tuổi còn lại là 28,56,90 tiến hành thí
nghiệm uốn dầm và nén mẫu.

Hình 3.3. Dưỡng hộ mẫu dầm BTCT
3.2.5. Xác định độ sụt của các thành phần cấp phối
- Công tác chuẩn bị


11
- Độ sụt được đo ngay sau khi trộn hỗn hợp bê tông bằng máy
trộn.
Chuẩn bị Côn Abrams

Hình 3.4. Đo độ sụt
*

uy trình đo độ sụt:
Đặt chảo trộn trên sàn nhà và làm ẩm nó với một ít nước

nhưng không có nước tự do đọng lại. Giữ vững hình nón sụt giảm tại
chỗ bằng cách sử dụng 2 chân giữ.
Chèn hỗn hợp bê tông vào một phần ba hình nón. Sau đó, đầm
chặt mỗi lớp 25 lần bằng cách sử dụng các thanh thép trong một chuyển
động tròn, và đảm bảo không để khuấy.
Thêm hỗn hợp đủ hai phần ba, lặp lại 25 lần đầm, đầm chặt

Chạy phần mềm nén mẫu, đưa các thông số ban đầu về giá trị 0.
Mở van áp lực, bắt đầu quá trình gia tải, đến lúc mẫu bị phá
hoại thì dừng lại, đọc kết quả trên màn hình.

Hình 3.7. Mẫu nén sau gia tải

Hình 3.8. Kết quả từ phần mềm


14
- Tớnh toỏn kt qu cng chu nộn ca mu th
Gi lc phỏ hoi l P thỡ cng ca mu l R c xỏc nh
nh sau: R = P/A
A din tớch tit din ngang ca mu.
- n v tớnh ca R thng dựng l MPa (Meega Pascan) hoc
kG/cm2 1MPa = 106Pa = 106N/m2 = N/mm2 = 9,81 kG/cm2
3.2.7. Thớ nghim un dm BTCT
bộ khung đỡ

bộ kích thủy lực

THéP TấM DàY 30MM
THéP TấM DàY 30MM

bộ loadcell (30t) đo lực
bulong d16
thép tấm (250) 270*220*10
DầM BTCT 100*150*1000

LVDT

- Nhóm 1: Gồm 4 dầm trong đó tro bay (TB) được dử dụng để
thay thế xi măng theo tỉ lệ khối lượng là 0% (mẫu đối chứng) 10%, 20%
và 40%. 4 dầm của nhóm 1 được thí nghiệm uốn tại thời điểm 28 ngày.
- Nhóm 2: Gồm 4 dầm trong đó tro bay được dử dụng để thay thế
xi măng theo tỉ lệ khối lượng là 0% (mẫu đối chứng) 10%, 20% và
40%. 4 dầm của nhóm 2 được thí nghiệm uốn tại thời điểm 56 ngày.
- Nhóm 3: Gồm 4 dầm trong đó tro bay được dử dụng để thay thế
xi măng theo tỉ lệ khối lượng là 0% (mẫu đối chứng) 10%, 20% và
40%. 4 dầm của nhóm 3 được thí nghiệm uốn tại thời điểm 90 ngày.
- Các thông số được khảo sát bao gồm:
+ Đường quan hệ lực uốn và chuyển vị tại vị trí giữa dầm.
+ Lực gây ra vết nứt đầu tiên, lực uốn tại vị trí cốt thép chảy dẻo
và lực uốn phá hoại.
+ Hình ảnh vết nứt.
3.3. KẾT

UẢ VÀ THẢO LUẬN

3.3.1 Độ sụt của hỗn h p b tông t ơi
Tro bay góp phần tăng độ linh động do độ sụt của hổn hợp bê
tông tăng lên khi tro bay được sử dụng để thay thế xi măng. Độ sụt
được đo ngay sau khi trộn hỗn hợp bê tông bằng máy trộn. Dựa vào kết
quả Bảng 3.3, chúng ta có thể nhận thấy rằng tro bay góp phần tăng độ
sụt của hỗn hợp bê tông.


16
Bảng 3.3. Kết quả độ sụt
T n mẫu


90 ngày

D1-0%TB

420.7

437.7

498.7

D2-10% TB

416.4

443.5

468.7

D3-20% TB

387.1

419.6

415.9

D4-40% TB

302.9


khác lực
dầm
đầu ti n
chảy dẻo
phá hoại
phá hoại
uốn (%)
xuất hiện
(kN)
(kN)
(kN)
D1-28
16.27
32.93
35.8
Uốn
D2-28
14.7
32.27
34.63
-3.3
Uốn
D3-28
15.6
31.6
34.46
-3.7
Uốn
D4-28
14.11

38.24
Uốn
D2-90
16.6
31.18
36.28
-5.1
Uốn
D3-90
15.5
30.73
35.91
-6.1
Uốn
D4-90
15.9
30.8
37.79
-1.2
Uốn
- uan hệ lực uốn và chuyển vị giữa dầm.
3.3.3.1 Nhóm 1
- Nhóm 1 gồm 4 dầm trong đó dầm D1-28 là mẫu đối chứng
(0%TB). Tro bay được sử dụng để thay thế xi măng theo tỉ lệ 10% (D228); 20% (D3-28) và 40% (D4-28). Tất cả các dầm điều bị phá hoại uốn
như trình bày ở mục 3.3.3. Từ hình 3.12 có thể thấy rằng đường biểu
diễn giữa lực và chuyển vị của cả 4 dầm tương đối giống nhau. Vì vậy
có thể kết luận rằng tro bay không ảnh hưởng đến hình dạng đường
quan hệ lực và chuyển vị giữa dầm khi được thí nghiệm tại thời điểm 28
ngày.
- Từ hình 3.12 và bảng 3.5, có thể thấy rằng lực gây ra vết nứt

19
3.3.3.2 Nhóm 2
- Nhóm 2 gồm 4 dầm trong đó dầm D1-56 là mẫu đối chứng
(0%TB). Tro bay được sử dụng để thay thế xi măng theo tỉ lệ 10% (D256); 20% (D3-56) và 40% (D4-56). Tất cả các dầm điều bị phá hoại uốn
như trình bày ở mục 3.3.3. Từ hình 3.13 có thể thấy rằng đường biểu
diễn giữa lực và chuyển vị của cả 4 dầm tương đối giống nhau. Vì vậy
có thể kết luận rằng tro bay không ảnh hưởng đến hình dạng đường
quan hệ lực và chuyển vị giữa dầm khi được thí nghiệm tại thời điểm 56
ngày.
- Từ hình 3.13 và bảng 3.5, có thể thấy rằng lực gây ra vết nứt
đầu tiên của các dầm D1-56, D2-56, D3-56 và D4-56 tương ứng là
16.43KN, 17.2KN, 15KN và 15.6KN. Điều đó cho thấy lực gây ra vết
nứt đầu tiên giảm 4.7%, 8.7% và 5.1% khi tro bay được sử dụng để thay
thế xi măng theo tỉ lệ khối lượng 10%, 20% và 40%.
- Hình 3.13 và bảng 3.5 cũng thể hiện cường độ dầm tại thời
điểm thép chảy dẻo của dầm. Cường độ (lực uốn) tại thời điểm thép
chảy dẻo của dầm đối chứng (0%TB) là 30.6KN, trong khi đó lực uốn
tại thời điểm thép chảy dẻo của dầm có tro bay thay thế xi măng theo tỉ
lệ 10%, 20% và 40% lần lượt là 29.85KN, 29.3KN và 29.2KN.
- Hình 3.13 và bảng 3.5 cũng cho thấy rằng mặt dù tỉ lệ tro bay
thay thế xi măng lên đến 40% nhưng tro bay chỉ góp phần làm giảm rất
ít khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép. Lực phá hoại uốn của
dầm đối chứng (0%TB) là 37.48KN trong khi đó lực phá hoại uốn của
dầm có tro bay thay thế xi măng theo tỉ lệ khối lượng 10%, 20% và 40%
lần lượt là 36.65KN, 36.43KN và 35.65KN. Sự suy giảm cường độ của
các dầm có tro bay chỉ là 2.2%, 2.8% và 4.9% khi thay thế xi măng theo
tỉ lệ khối lượng 10%, 20% và 40%.
* Các dầm đều phá hoại theo trình tự như sau: Đầu tiên vết nứt
của dầm bê tông chịu kéo xuất hiện ở vị trí khu vực giữa dầm (giữa 2


thay thế xi măng lên đến 40% nhưng tro bay chỉ góp phần làm giảm rất
ít khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép. Lực phá hoại uốn của
dầm đối chứng (0%TB) là 38.24KN trong khi đó lực phá hoại uốn của
dầm có tro bay thay thế xi măng theo tỉ lệ khối lượng 10%, 20% và 40%
lần lượt là 36.28KN, 35.91KN và 37.79KN. Sự suy giảm cường độ của
các dầm có tro bay chỉ là 5.1%, 6.1% và 1.2% khi thay thế xi măng theo
tỉ lệ khối lượng 10%, 20% và 40%.
* Các dầm đều phá hoại theo trình tự như sau: Đầu tiên vết nứt
của dầm bê tông chịu kéo xuất hiện ở vị trí khu vực giữa dầm (giữa 2
điểm đặt lực) tiếp theo cốt thép ở vùng kéo bị chảy dẻo, cuối cùng là bê
tông vùng nén bị phá hoại. Hình thức phá hoại này là gọi là phá hoại
dẻo.

Hình 3.14. Biểu đồ quan hệ lực uốn và chuyển vị giữa dầm của các dầm
nhóm 3 (90 ngày)


22
3.3.4 Hình dạng vết n t

Hình 3.15. Dạng phá hoại của dầm và hình ảnh vết nứt nhóm 1
(28 ngày)

Hình 3.16. dạng phá hoại của dầm và hình ảnh vết nứt nhóm 2
(56 ngày).


23

Hình 3.17. dạng phá hoại của dầm và hình ảnh vết nứt nhóm 3 (90