Báo cáo khoa học: "NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ RẤT CAO TRONG KẾT CẤU CẦU"

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:4

Thêm vào BST

Báo xấu

125
lượt xem 28
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tóm tắt: Bài báo giới thiệu các các kết quả nghiên cứu về thành phần bê tông cường độ rất cao từ 150 - 200 MPa. Trong đó đặc biệt lưu ý các tính chất cơ học và khả năng ứng dụng của bê tông cường độ đến 150 MPa trong kết cấu cầu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo khoa học: "NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ RẤT CAO TRONG KẾT CẤU CẦU"

NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ B Ê TÔNG CƯỜNG ĐỘ RẤT CAO TRONG KẾT CẤU CẦU NCS. PHẠM DUY ANH Bộ môn Công trình GTTP Khoa Công trình Trường Đại học Giao thông Vận tải ThS. NGUYỄN LỘC KHA Ban Quản lý Công trình – Tỉnh Đồng Nai Tóm tắt: Bài báo giới thiệu các các kết quả nghiên cứu về thành phần bê tông cường độ rất cao từ 150 - 200 MPa. Trong đó đặc biệt lưu ý các tính chất cơ học và khả năng ứng dụng của bê tông cường độ đến 150 MPa trong kết cấu cầu. Summary: This paper introduces investigated results in ultra high strength concrete with compressive strength of 150 - 200 MPa. Mechanical properties and applicability of the concrete with the compressive strength up to 150 MPa in bridge structures are specially paid attentions. I. MỞ ĐẦU II. NGHIÊN CỨU CÔNG THỨC BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO Bê tông cường độ rất cao là loại bê tông Công thức thành phần b ê tông cường độ có cường độ chịu nén từ 150 - 200 MPa rất cao bao gồm 7 thành phần: xi măng, nước, (UHPC) và có độ bền rất cao. cốt liệu nhỏ, phụ gia siêu dẻo, phụ gia muội Bê tông cường độ rất cao được nghiên silíc, các bột khoáng có độ cứng lớn và cốt sợi cứu tại Mỹ, Đức, Pháp, Nhật Bản, Hàn Quốc thép. trong những năm 2000 đến nay [1], [2], [3]. Ở Các loại bột khoáng này thường được chế Nhật Bản và Mỹ đã ứng dụng trong các kết tạo từ đá quắc, có đường kính từ 5 - 100m, cấu dầm cầu. Ở Đức đã chế tạo các sản phẩm đúc sẵn trong nhà máy để phục vụ cho các kết khối lượng riêng từ 2,65 - 2,75. Thành phần cấu cầu. Các hướng dẫn thiết kế và công nghệ SO2 chiếm từ 95 - 99,5%. Theo nghiên cứu đã được nghiên cứu và khuyến cáo bởi của chúng tôi thì loại khoáng này đã được tìm RILEM, DIN, các hướng dẫn của Hiệp hội dự thấy ở phía Bắc Việt Nam. ứng lực Nhật Bản. Trong thời gian gần đây T ỷ lệ N/X là yếu tố rất quan trọng đ ể các báo cáo của Hội Kỹ sư xây dựng Pháp [4] giảm lỗ rỗng trong bê tông. Để đạt được bê và các phân tích của Uỷ ban đ ường cao tốc tông cường độ rất cao cần sử dụng tỷ lệ này từ Hoa Kỳ cũng đã đ ược trình bày [5]. T ừ các tài 0,2 – 0,22. Tuy nhiên do lượng xi măng sử liệu này cho thấy vấn đề nghiên cứu về bê dụng quá lớn nên cần hạn chế co ngót của bê tông cường độ rất cao là vấn đề được thế giới tông bằng cách dưỡng hộ nhiệt ở nhiệt độ quan tâm nhất trong các kết cấu cầu hiện đại. 80 - 90oC ở thời gian thích hợp.
Silicafume vẫn sử dụng các loại thông măng có cường độ nén đến 60 MPa hoặc sử thường với thành phần SiO2 khoảng 96%, dụng các xi măng đã pha 20% Silicafume. đường kính 0,1 mm. Muội silíc bao gồm các Các chất siêu dẻo: Chất siêu dẻo thế hệ hạt silíc siêu mịn có tỉ lệ diện tích bề mặt 3 (Polycarboxylate agent) phụ gia siêu dẻo 20000 m2/kg, có đường kính khoảng 1 m cho phép tạo ra độ sụt bê tông từ 15 - 22 cm, (nhỏ hơn khoảng 100 lần so với hạt xi măng). thời gian giữa độ sụt từ 1 - 4 giờ và có thể Muội silic làm tăng phản ứng Puzolan dựa tăng cường độ giảm nước từ 30 - 40%. trên Ca(OH)2 và lỗ rỗng ở đá xi măng trong bê Trường Đại học Giao thông Vận tải đã tông. nghiên cứu về sự tương thích của các phụ gia Để tăng độ dẻo của bê tông trong thành Polycarboxylate với loại xi măng Việt Nam phần có thêm các sợi thép dài 13 - 15 mm, (Chinh fong, Bỉm Sơn, Bút Sơn) cho kết quả đường kính 0,2 mm, cường độ chịu kéo 2500 về sự phát triển cường độ độ sụt. MPa. Tỷ lệ theo thể tích của sợi thép khoảng Thành phần của bê tông cường độ rất cao 5 - 7%, khối lượng riêng của sợi thép có thể biến đổi trong phạm vi sau: 7,8 g/cm3. Nếu lấy xi măng bằng 1 đơn vị thì khối lượng Silicafume: 0,12; Cát 1,1; Sợi thép Xi măng: 800 - 1000 kg; 0,3; Chất siêu dẻo 0,018; Tỷ lệ N/X = 0,2. Silicafume: 170 - 200 kg; Hàm lượng xi măng thông thường từ Cát (0 - 5mm): 1000 - 1050 kg; 700 - 1000 kg. Bột quắc 0,11 – 0,14. Sợi thép: 200 - 250 kg; Về nguyên tắc cấu trúc, các chất muội silíc hạn chế sự vón cục của hạt xi măng khi Bột quắc: 160 - 200 kg; thuỷ hoá, làm tăng tốc độ thuỷ hoá xi măng và Chất siêu dẻo: 35 - 45 kg; vì vậy có thể sử dụng bê tông với tỉ lệ N/X rất thấp từ 0,19 - 0,22. Khi sử dụng bê tông có tỉ Nước: 190 - 220 lít; lệ N/X thấp và xi măng được thuỷ hoá gần T ỷ lệ N/XM: 0,2 - 022. như hoàn toàn, độ rỗng của hồ xi măng rất nhỏ. Bột quắc rất cứng tạo ra độ bền vững cao III. CÁC ĐẶC TÍNH BÊ TÔNG CƯỜNG cho cấu trúc cốt liệu. Cấu trúc của UHPC ĐỘ RẤT CAO chuyển từ cấu truc kết tinh sang cấu trúc vô Bê tông cường độ rất cao có cường độ định hình. Bê tông có sự thay đổi căn bản về chịu nén đến 150 - 200 MPa và độ bền cao. mặt cấu trúc và trở nên rất đồng nhất, cấu trúc Khi tăng cường độ nén, cường độ kéo cũng ở vùng tiếp giáp không tồn tại sẽ tạo ra bê tăng tuy nhiên tốc độ tăng chậm hơn. Giá trị tông có cường độ rất cao. đặc trưng của cường độ chịu kéo khi uốn có Xi măng: Các nhà máy xi măng ở Việt thể đạt đến từ 26 - 30 MPa (cũng cần tăng Nam thường chế tạo xi măng theo tiêu chuẩn 2,5 - 3 lần so với bê tông thường). Môđun đàn Việt Nam. Cường độ chịu nén tối đa là hồi của bê tông cường độ rất cao cũng tăng 50MPa. Xi măng có thành phần khoáng vật đáng kể. Giá trị này từ 42000 - 60000 MPa chủ yếu là C3S (đến 65%). Các loại xi măng (tăng 1,5 - 2 lần so với bê tông thường). này phù hợp tiêu chuản ASTM nhóm 1. Theo Các thí nghi ệm cho thấy biến dạng khi các thí nghiệm ở nước ngoài thường dùng xi
Bảng 1. Các tính năng của bê tông UHPC chế tạo nén cuối cùng vẫn ở trị số 0,0035 như đ ối với tại phòng nghiên cứu của UB đường cao tốc Mỹ bê tông thường. Như vậy tuy tăng Trị số Các tính năng của UHPC cường độ nén lên rất cao nhưng do sự hoạt động của cốt sợi thép nên Cường độ chịu nén, ASTM C39, 28 ngày 193 MPa bê tông cường độ rất cao không bị Mô đun đàn hồi, ASTM C469 52000 MPa phá hoại giòn mà vẫn ứng xử nén Cường độ ép bửa ASTM 496 11,7 MPa Cường độ chịu kéo khi uốn ASTM C1018 9,0 MPa theo các qu y luật của b ê tông. Mô hình ở vùng nén của mặt cắt vẫn là Năng lượng chịu uốn ASTM C1018 I30 = 53 1 = 0,002 và 2 = 0,0035. Giá trị Tổng co ngót 850 s cường độ nén: 150 MPa. Các thí Độ thấm Cloritde ASTM C1202, 28 ngày 76 Culom nghiệm uốn cho thấy ở vùng kéo Phản ứng kiềm silic Không có giá trị của biến dạng cuối cùng 0,007 và cường độ chịu kéo khi uốn của bê IV. ỨNG DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ tông có thể sử dụng trong thiết kế kết cấu đến RẤT CAO TRONG XÂY DỰNG CẦU 10 MPa. Bê tông cường độ rất cao được ứng dụng Mô đun đàn hồi: Giá trị của mô đun đàn trong các kết cấu cầu hoàn toàn hoặc trong các hồi vẫn lấy theo các công thức truyền thống: kết cấu cầu cần tăng cường khả năng chịu va Ebj = 1100 (R cj ) 1/3 , MPa (RILEM) đập cho các trụ hoặc các gờ chắn bánh xe. Ứng xử uốn của dầm bê tông cường độ rất cao tiết hoặc EÑ  3320 fcj  690 , MPa (ACI 318). diện hình chữ nhật và chữ I đã được phân tích. Trong đó fcj cường độ chịu nén bê tông ở Việc thiết kế một dầm chữ I từ bê tông ngày thứ j. cường độ rất cao dự ứng lực chịu uốn chỉ yêu Trong các tính toán kết cấu có thể xét đến cầu hai yếu tố. cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông cường độ rất cao ở vùng kéo. Thứ nhất: Cần xác định đúng quan hệ ứng suất biến dạng của bê tông cường độ rất Các đặc tính của bê tông khi tính toán kết cấu như sau: cao cho mặt cắt ngang. Cường độ chịu nén ở 28 ngày: Thứ hai: Các trạng thái về ứng xử uốn 150 – 200 MPa trước nứt, sau nứt ở trạng thái khai thác hoặc Cường độ chịu kéo tính toán trước nứt: trạng thái cực hạng cần phải thông qua các thí 8 – 10 MPa nghiệm. Cường độ chịu kéo tính toán sau nứt: Về mặt cấu tạo các cốt thép dự ứng lực 9 – 11 MPa và cốt thép thường vẫn cần bố trí đầy đủ giá Mô đun đàn hồi: 45000 – 60000 MPa trị của cường độ chịu kéo khi uốn cần đảm bảo các cốt sợi trong quá trình khai thác Giá trị biến dạng lớn nhất, mm: 1 không bị kéo tuột. Có thể tham khảo các tính năng của bê Về nguyên tắc thiết kế cần tuân thủ theo tông UHPC và tiêu chuẩn thí nghiệm ở bảng 1.
3 điểm sau: độ rất cao đang là vấn đề thời sự của thế giới và đã đ ạt được các kết quả đáng tin cậy để Thứ nhất: Giá trị cường độ chịu nén tính chúng ta có thế nghĩ đến khả năng nghiên cứu toán lấy bằng 0,8 lần cường chịu nén đặc ứng dụng tại Việt Nam. trưng; - Thành phần của bê tông cường độ rất Thứ hai: Hệ số an toàn lấy bằng 1,3 theo cao đã có tại Việt Nam và như vậy khả năng hướng dẫn của RILEM; chế tạo thành công loại bê tông này là hiện Thứ ba: Bê tông cường độ rất cao có thể thực. được giả định có ứng xử đàn hồi dẻo và có xét - Các tính chất của bê tông UHPC là đến cường độ chịu kéo khi uốn đã được xác thích hợp với các phương pháp thiết kế đàn định qua thí nghiệm. hồi thông dụng. Như vậy việc thiết kế kết cấu Dầm cầu đầu tiên bằng b ê tông cường độ cầu không gặp những khó khăn quá lớn về rất cao đã được chế tạo với khẩu độ nhịp 22m phần mềm thiết kế. có ti ết diện hình chữ , chiều cao dầm 0,9m Kiến nghị: Nên phát triển loại bê tông (Đức, Mỹ). này trong kết cấu cầu tại Việt Nam. Tại Nhật Bản đã ứng dụng các cầu b ê tông dự ứng lực bằng bê tông cường độ rất cao (UHPC) kết quả cho thấy các tiết diện đã được giảm và các vết nứt co ngót cũng đ ược Tài liệu tham khảo giảm. Bê tông cường độ rất cao co ngót thấp đã được sử dụng cho hai cầu nhịp liên tục ở [1]. Ultra - High perrfomance concrete: Research, Tokyo với t ổng chiều dài nhịp là 170m và Development and Application in Europe. Michael chiều rộng hiệu quả là 8m. Schmidl - Kassel - 2004. [2]. The Effect of Ground Quartz Sand’s Particle Trong cây cầu này đã sử dụng công nghệ Size on the Mechanical Proterties of Ultra - High dự ứng lực ngoài xa trọng tâm và các thanh perrfomance Cementitionus Composites. chống để tăng độ cứng cho dầm. Sườn dầm Korea – 2008. được sử dụng trước ở trong nhà máy và vận chuyển đến công trường. Phần bản các ụ [3]. Influence of additions on uldtra high chuyển hướng cáp dự ứng lực ngoài, dầm perfomance concrete - grain size optimization. ngang trên trụ được đổ ở công trường. K.Droll - USA 2004. [4]. Ultra - High perrfomance Fibre - R einforced - III. KẾT LUẬN AFGC – 2002. Qua phân tích ở trên có thể đi đến các kết [5]. Structural Behavior of Ultra - High luận sau: perrfomance Concrete Pretressed I - Girders US - 2005 - Nghiên cứu và ứng dụng bê tông cường