Ứng xử chịu uốn của dầm bê tông cốt thép cốt liệu xỉ thép

Nội dung text: Ứng xử chịu uốn của dầm bê tông cốt thép cốt liệu xỉ thép

1. DIÏÎN ÀAÂN KHOA HOÅC CÖNG NGHÏå ÛÁNG XÛÃ CHÕU UÖËN CUÃA DÊÌM BÏ TÖNG CÖËT THEÁP CÖËT LIÏåU XÓ THEÁP FLEXURAL BEHAVIOR OF REINFORCED CONCRETE BEAMS MADE WITH STEEL SLAG COARSE AGGREGATE NGUYÏÎN THÕ THUÁY HÙÇNG, NGUYÏÎN HÖÌNG VUÄ, PHAN ÀÛÁC HUÂNG - Khoa XD vaâ Cú hoåc ûáng duång, ÀH Sû phaåm Kyä thuêåt TP.HCM MAI HÖÌNG HAÂ - Khoa Cöng trònh giao thöng, ÀH Giao thöng Vêån taãi TP.HCM Email: hungpd@hcmute.edu.vn Toám tùæt: Bï töng laâ möåt trong nhûäng loaåi vêåt liïåu xêy dûång sûã duång röång raäi nhêët trïn thïë giúái, trong khi hêìu hïët thïí tñch bï töng laâ cöët liïåu. Cöët liïåu tûå nhiïn ngaây caâng trúã nïn khan hiïëm, do àoá thay thïë cöët liïåu thiïn nhiïn bùçng xó theáp, möåt loaåi phuå phêím cuãa cöng nghiïåp saãn xuêët theáp vúái tñnh chêët hêìu nhû tûúng àöìng vúái cöët liïåu tûå nhiïn, seä dêîn àïën nhiïìu lúåi ñch àaáng kïí vïì möi trûúâng. Trong baâi baáo naây, phûúng phaáp thûåc nghiïåm àûúåc sûã duång àïí xaác àõnh ûáng xûã cuãa dêìm bï töng cöët theáp sûã duång xó theáp thay thïë cöët liïåu thö. Kïët quaã thñ nghiïåm chó ra cûúâng àöå chõu neán gia tùng khoaãng 16%, khaã nùng chõu taãi cuãa dêìm bï töng cöët liïåu xó lúán hún khoaãng 30% vaâ àöå voäng taåi cuâng möåt cêëp taãi trong giai àoaån biïën daång àaân höìi beá hún khoaãng 30% so vúái dêìm bï töng cöët liïåu tûå nhiïn. Tûâ khoáa: dêìm bï töng cöët theáp, cöët liïåu xó theáp, cöët liïåu tûå nhiïn, ûáng xûã uöën, àöå voäng. Abstract: Concrete is one of the most extensively used construction material in the world, whereas most of its volume is aggregates. Natural aggregates are becoming increasingly scarce, therefore replacing natural aggregates with steel slag, an industrial by-product of the steel manufacturing industry which is almost similar to natural aggregates, would lead to many considerable environmental benefits. In this paper, the experimental work is used to investigate the behavior of reinforced con - crete beams made with steel slag as coarse aggregate replacement. Results show that the compressive strength increases by about 16%, the load capacity of steel slag concrete beams is about 30% higher and the deflection is almost 30% smaller than those of natural aggregate concrete beams . Keywords: reinforced concrete beams, steel slagaggregate,natural aggregate, flexural behavior, deflection. 1. GIÚÁI THIÏåU nguyïn tùæc phaát triïín bïìn vûäng – “kïët húåp chùåt cheä, Theo thöëng kï cuãa Ban quaãn lyá caác khu Cöng haâi hoâa giûäa tùng trûúãng kinh tïë, baão àaãm tiïën böå xaä nghiïåp Vuäng Taâu (2014), hiïån taåi khu vuåc Baâ Rõa – höåi vaâ baão vïå möi trûúâng”. [1] Vuäng Taâu coá khoaãng 27 nhaâ maáy saãn xuêët theáp (20 Ngoaâi ra, trong giai àoaån phaát triïín hiïån nay, nhaâ maáy àang hoaåt àöång vaâ 7 nhaâ maáy àang xêy ngûúåc laåi vúái viïåc quy mö caác cöng trònh xêy dûång dûång) vúái quy mö khoaãng 15 triïåu têën/ nùm. Lûúång xó ngaây caâng nhiïìu, caâng lúán thò nguöìn vêåt liïåu truyïìn theáp thaãi ra tûâ caác nhaâ maáy thûúâng chiïëm tûâ 10% - thöëng nhû caát, àaá àïí phuåc xêy dûång laåi caâng ñt ài vaâ 15% khöëi lûúång phöi. Nhû vêåy möîi ngaây lûúång xó thaãi khan hiïëm dêìn. Àêy laâ nhên töë bêët lúåi trong viïåc xêy ra tûâ caác nhaâ maáy luyïån theáp seä lïn àïën haâng nghòn dûång cöng trònh vaâ laâm giaá thaânh àêìu tû xêy dûång rêët meát khöëi. Tuy nhiïn, do chûa coá phûúng aán têån duång lúán. Nghiïn cûáu ûáng duång xó theáp cuäng àaä àûúåc thûåc hiïåu quaã vaâ xûã lyá thñch húåp nïn xó theáp thaãi ra laåi trúã hiïån trïn cêëu kiïån cú baãn trong nhûäng nùm gêìn àêy. thaânh möëi nguy haåi lúán àïën möi trûúâng. [1] [8,9] Do khöng coá àún võ xûã lyá loaåi chêët thaãi naây nïn caác Baâi baáo naây trònh baây caác nghiïn cûáu thûåc nghiïåm nhaâ maáy theáp àang lûu giûä chêët thaãi ngay taåi caác nhaâ dêìm bï töng sûã duång xó theáp taåi Viïåt Nam àïí thay thïë maáy hoùåc giao cho möåt söë àún võ xûã lyá chön lêëp taåm cöët liïåu lúán, àöìng thúâi so saánh vúái dêìm bï töng àöëi thúâi. Trong khi àoá, úã chêu Êu, Myä vaâ möåt söë nûúác tiïn chûáng àïí àaánh giaá khaã nùng laâm viïåc cuãa dêìm bï tiïën trïn thïë giúái, xó theáp àûúåc sûã duång trong nhiïìu töng xó theáp. lônh vûåc nhû: xêy dûång dên duång, giao thöng, nöng 2. NGUYÏN VÊÅT LIÏåU VAÂ PHÛÚNG PHAÁP THÑ nghiïåp, [2-7]. Viïåc àûa xó theáp ài chön lêëp laâ möåt sûå NGHIÏåM laäng phñ rêët lúán vaâ gêy nhiïìu nguy cú vïì möi trûúâng. 2.1. Nguyïn vêåt liïåu Vò thïë, cêìn coá nhûäng dûå aán xûã lyá, taái chïë xó theáp taåo 2.1.1. Xi mùng nguöìn nguyïn liïåu mang laåi lúåi ñch kinh tïë nhûng vêîn Sûã duång xi mùng Holcim, vúái caác chó tiïu cú lyá baão àaãm àûúåc caác quy àõnh vïì baão vïå möi trûúâng. àûúåc trònh baây trong Baãng 1. Àêy laâ möåt vêën àïì cêìn súám àûúåc giaãi quyïët, khöng 2.1.2. Caát chó tûâ phña caác chuã nguöìn thaãi laâ caác nhaâ maáy theáp Caát àûúåc sûã duång laâ caát söng. Sau khi laâm saåch, maâ coân laâ traách nhiïåm cuãa caác cú quan chûác nùng phúi khö, saâng loåc búát haâm lûúång haåt nhoã, caác chó tiïu trong viïåc àõnh hûúáng xûã lyá chêët thaãi phuâ húåp vúái cú lyá cuãa caát àûúåc trònh baây trong Baãng 2 vaâ Hònh 1. NGÛÚÂI XÊY DÛÅNG SÖË THAÁNG 7 & 8 - 2015 49
2. ÛÁNG XÛÃ CHÕU UÖËN CUÃA DÊÌM BÏ TÖNG Baãng 1. Caác chó tiïu cú lyá cuãa xi mùng sûã duång 2.1.3. Àaá Àaá àûúåc sûã duång àïí àuác mêîu àöëi chûáng. Sau khi laâm saåch, phúi khö caác chó tiïu cú lyá cuãa àaá àûúåc trònh baây trong Baãng 3 vaâ Hònh 2. Baãng 2 . Caác chó tiïu cú lyá cuãa caát sûã duång Hònh 2 . Biïíu àöì thaânh phêìn haåt cuãa àaá sûã duång 2.1.4. Xó theáp Xó theáp sûã duång laâm thñ nghiïåm laâ saãn phêím sau khi àûúåc nghiïìn, khûã tûâ tñnh tûâ nhaâ maáy taái chïë xó theáp. Caác chó tiïu cú lyá cuãa xó theáp àûúåc trònh baây trong Baãng 4 vaâ Hònh 3. Baãng 4 . Caác chó tiïu cú lyá cuãa xó theáp sûã duång Hònh 1 . Biïíu àöì thaânh phêìn haåt cuãa caát sûã duång Baãng 3 . Caác chó tiïu cú lyá cuãa àaá sûã duång Hònh 3 . Biïíu àöì thaânh phêìn haåt cuãa xó theáp sûã duång 2.2. Cêëp phöëi Cêëp phöëi bï töng cöët liïåu xó theáp (bï töng xó theáp) vaâ bï töng cöët liïåu àaá truyïìn thöëng (mêîu àöëi chûáng) àûúåc trònh baây trong Baãng 5. NGÛÚÂI XÊY DÛÅNG SÖË THAÁNG 7 & 8 - 2015 50
3. ÛÁNG XÛÃ CHÕU UÖËN CUÃA DÊÌM BÏ TÖNG Baãng 5. Cêëp phöëi bï töng (kg/m 3) biïën daång bï töng úã mùåt dûúái giûäa dêìm vaâ Hònh 8, 9 thïí hiïån möëi quan hïå giûäa taãi taác duång vaâ àöå voäng cuãa dêìm úã caác võ trñ L/2 vaâ L/4. 2.3. Phûúng phaáp thñ nghiïåm Dêìm bï töng cöët theáp coá chiïìu daâi 3300mm, tiïët diïån mêîu (200x300)mm. Sûã duång theáp 5 φ14mm vaâ 2φ12mm laâm cöët doåc vaâ φ6a150mm laâm cöët àai. Àuác 4 mêîu dêìm trong àoá coá 2 mêîu dêìm àöëi chûáng duâng cöët liïåu lúán laâ àaá truyïìn thöëng (ÀC1, ÀC2) vaâ 2 mêîu dêìm duâng cöët liïåu lúán laâ xó theáp (XT1, XT2). Cêëu taåo dêìm bï töng cöët theáp vaâ sú àöì thñ nghiïåm àûúåc thïí hiïån úã Hònh 4,5 vaâ 6. [8,9] Hònh 7. Biïíu àöì quan hïå giûäa taãi troång taác duång vaâ biïën daång úã giûäa dêìm Hònh 4. Cêëu taåo dêìm bï töng cöët theáp Hònh 5. Sú àöì thñ nghiïåm Hònh 8 . Biïíu àöì quan hïå giûäa taãi troång taác duång vaâ àöå voäng úã giûäa dêìm Hònh 6. Chuêín bõ thñ nghiïåm mêîu dêìm XT1 Mêîu coá 150x150x150mm àûúåc àuác cuâng vúái dêìm àïí xaác àõnh cûúâng àöå chõu neán cuãa bï töng. Dêìm àûúåc chêët taãi giûäa nhõp bùçng khung thûã uöën 50 têën. Hònh 5 mö taã sú àöì thñ nghiïåm, biïën daång taåi mùåt àaáy úã giûäa dêìm vaâ chuyïín võ taåi giûäa dêìm vaâ taåi 1/4 nhõp dêìm àûúåc thu nhêån theo bûúác tùng taãi cho àïën khi phaá hoaåi Hònh 9 . Biïíu àöì quan hïå giûäa taãi troång taác duång vaâ àöå voäng úã L/4 dêìm. 3. KÏËT QUAÃ THÑ NGHIÏåM 3.1. ÛÁng xûã cuãa dêìm àöëi chûáng Kïët quaã thûã àöå suåt vaâ cûúâng àöå neán cuãa bï töng úã Tûâ kïët quaã úã Baãng 6 cho thêëy bï töng àöëi chûáng coá 28 ngaây tuöíi àûúåc thïí hiïån úã Baãng 6. àöå linh àöång töët (SN=10cm àïën 12cm), cûúâng àöå neán Hònh 7 thïí hiïån möëi quan hïå giûäa taãi taác duång vaâ bï töng àaåt khoaãng 32MPa. Caác dêìm àöëi chûáng ÀC1, ÀC2 bõ phaá huãy khi cêëp Baãng 6 . Àöå suåt vaâ cûúâng àöå neán taãi troång àaåt khoaãng 80kN vúái caác giaá trõ biïën daång khi bõ phaá huãy laâ 4500 -8000. Àöå voäng cuãa dêìm úã caác võ trñ L/2 vaâ L/4 (Hònh 7 vaâ 8) cho thêëy trong phaåm vi cêëp taãi troång tûâ 0 àïën 80kN, quan hïå giûäa taãi troång vaâ àöå voäng cuãa caác dêìm àöëi chûáng ÀC1, ÀC2 gêìn nhû tûúng àûúng vaâ tuyïën tñnh, NGÛÚÂI XÊY DÛÅNG SÖË THAÁNG 7 & 8 - 2015 51
4. ÛÁNG XÛÃ CHÕU UÖËN CUÃA DÊÌM BÏ TÖNG bùçng phûúng phaáp höìi quy tuyïën tñnh, xaác àõnh àûúåc 3.5mm. Sú àöì phên böë vïët nûát cuãa caác dêìm thñ phûúng trònh biïíu diïîn quan hïå giûäa taãi troång vaâ àöå nghiïåm àûúåc thïí hiïån úã Hònh 11. voäng cuãa caác dêìm àöëi chûáng: 4. KÏËT LUÊÅN - Taåi L/2: P ÀC = - 4.73y + 1.76 Baâi baáo trònh baây möåt söë kïët quaã thûåc nghiïåm trïn - Taåi L/4: P ÀC = - 6.75y + 0.07 caác dêìm bï töng cöët theáp duâng cöët liïåu àaá truyïìn Khi taãi troång tùng, caác dêìm àöëi chûáng bùæt àêìu xuêët thöëng vaâ cöët liïåu xó theáp thay thïë. Dûåa vaâo caác kïët quaã hiïåt vïët nûát úã cêëp taãi 70kN (ÀC1) vaâ 66kN (ÀC2), bïì thûåc nghiïåm naây, möåt söë kïët luêån àûúåc ruát ra nhû sau: röång vïët nûát quan saát àûúåc khoaãng 0.9mm-1mm. Bïì - Höîn húåp bï töng xó theáp coá àöå linh àöång keám hún röång vïët nûát lúán nhêët khi dêìm bõ phaá huãy khoaãng tuy nhiïn cûúâng àöå chõu neán cuãa bï töng xó theáp laåi lúán 2.5mm. hún bï töng àöëi chûáng khoaãng 16%; 3.2. ÛÁng xûã cuãa dêìm bï töng xó theáp - Vúái cuâng möåt cêëp taãi, caác giaá trõ biïën daång cuãa Caác dêìm bï töng xó theáp do coá khöëi lûúång riïng dêìm bï töng xó theáp coá giaá trõ nhoã hún dêìm bï töng lúán, caác haåt goác caånh nïn àöå linh àöång keám hún dêìm cöët theáp duâng cöët liïåu laâ àaá truyïìn thöëng; bï töng àöëi chûáng (SN=3cm àïën 4cm). Cûúâng àöå chõu - Trong phaåm vi cêëp taãi troång tûâ 0 àïën 80kN, quan neán cuãa bï töng xó theáp àaåt khoaãng 38MPa, lúán hún hïå giûäa taãi troång vaâ àöå voäng cuãa caác dêìm coá thïí xem bï töng àöëi chûáng khoaãng 16%. nhû tuyïën tñnh vaâ tuên theo phûúng trònh sau: Caác dêìm bï töng xó theáp XT1, XT2 bõ phaá huãy khi Taåi L/2: PXT = - 7.17y + 0.45 ; cêëp taãi troång àaåt 100kN-120kN, lúán hún dêìm àöëi PÀC = - 4.73y + 1.76 chûáng khoaãng 30% vúái caác giaá trõ biïën daång khi bõ phaá Taåi L/4: PXT = - 9.67y - 0.51 ; hoaåi laâ 7500 µε -9500 µε . Nïëu cuâng xeát taåi möåt cêëp PÀC = - 6.75y + 0.07 taãi troång thò caác dêìm bï töng cöët liïåu xó theáp luön coá - Khi chõu taãi troång uöën, ûáng xûã cuãa dêìm bï töng xó biïën daång vaâ àöå voäng nhoã hún caác dêìm bï töng àöëi theáp hoaân toaân tûúng tûå nhû dêìm bï töng cöët theáp chûáng. Àiïìu naây chûáng toã khaã nùng laâm viïåc töët cuãa duâng cöët liïåu laâ àaá truyïìn thöëng. Caác kïët quaã thûåc caác dêìm bï töng cöët liïåu xó theáp. nghiïåm cho thêëy, khaã nùng laâm viïåc cuãa dêìm bï töng Tûúng tûå nhû caác dêìm àöëi chûáng, phûúng trònh cöët theáp duâng cöët liïåu xó theáp coân àûúåc caãi thiïån biïíu diïîn quan hïå giûäa taãi troång vaâ àöå voäng cuãa caác hún.
   dêìm bï töng xó theáp laâ: - Taåi L/2: P XT = - 7.17y + 0.45 TAÂI LIÏåU THAM KHAÃO - Taåi L/4: P XT = - 9.67y - 0.51 1. Xó theáp – Vêåt liïåu xanh cho tûúng lai (2012), Baãn tin Vêåt liïåu Àöëi vúái dêìm bï töng xó theáp vïët nûát bùæt àêìu xuêët xanh Söë 01 - 06/2012. hiïån úã cêëp taãi troång lúán hún so vúái dêìm àöëi chûáng 2. Perrine Chaurand, et al. (2007), “Environmental Impacts of (75kN àöëi vúái dêìm XT1 vaâ XT2). Àöå múã röång vïët nûát Steel Slag Reused in Road Construction: A Crystallographic and lúán nhêët khi dêìm bõ phaá hoaåi khoaãng 2.5mm àïën Molecular (XANES) Approach” , Journal of Hazardous Materials , Vol.139(3), pp. 537-542. 3. The European Slag Association (2006), “Legal Status of Slags Position Paper”. 4. Huang Yi, Guoping Xu, Huigao Cheng, Junshi Wang, Yinfeng Hònh 10 . Quan saát dêìm XT2 sau khi bõ phaá hoaåi Wan, Hui Chen (2012), “An overview of utilization of steel slag”, The 7th International Conference on Waste Management and Technology, , pp.791 –801. 5. Hisham Qasrawi, Faisal Shalabi, Ibrahim Asi (2009), “Use of low CaO unprocessed steel slag in concrete as fine aggregate”, Construction and Building Materials , Vol.23, pp.1118-1125. 6. Tahir Sofilic, Delko Barisic, Una Sofilic (2011), Steel Slag Radioactivity as a Significant Factor for its Use in Construction Industry, Proceedding of 3rd International Symposium on Environmental ManagementTowards Sustainable Technologies , University of Zagreb, Croatia pp.254-261. 7. Jeremie Domas (2010), “French haminized approach for sus - tainable use of iron and steel slags in road application”, Euroslag Conference . 8. Sang-Woo Kim, Yong-Jun Lee and Kil-Hee Kim (2012), “Flexural Behavior of Reinforced Concrete Beams with Electric Arc Furnace Slag Aggregates”, Journal of Asian Architecture and Building Engineering, (1), pp.133-138. 9. Saaid I. Zaki, Ibrahim M.Metwally, and Sameh A. El-Betar (2011), “Flexural Behavior of Reinforced High-Performance Concrete Beams Made with Steel Slag Coarse Aggregate”, International Hònh 11 . Phên böë vïët nûát trong caác dêìm Scholarly Research NetworkISRN Civil Engineering , Volume 2011. NGÛÚÂI XÊY DÛÅNG SÖË THAÁNG 7 & 8 - 2015 52
5. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.