BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
Nguyễn Long
NGHIÊN CỨU SỨC KHÁNG VA CHẠM TỐC ĐỘ
THẤP CỦA BÊ TÔNG TÍNH NĂNG SIÊU CAO
Ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình đặc biệt
Mã số: 9580206
LUẬN ÁN TIẾN SĨ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1: PGS. TS. HOÀNG HÀ
2: PGS. TS. PHẠM DUY ANH
HÀ NỘI - 2025
ii
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận án này là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi. Các kết
quả nghiên cứu nêu trong Luận án là trung thực, chưa từng được công bố trong các
nghiên cứu khác
Hà Nội, ngày 08 tháng 05 năm 2024
Tác giả
Nguyễn Long
iii
LỜI CẢM ƠN
Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới bố mẹ, vợ và các con của tôi đã động
viên, chia sẻ và tài trợ cho nghiên cứu này.
Xin chân thành cảm ơn PGS. TS. Hoàng Hà, PGS. TS. Phạm Duy Anh
đã tận tình hướng dẫn tôi trong quá trình thực hiện nghiên cứu, thử nghiệm và
hoàn thành Luận án.
Xin trân trọng cảm ơn GS. TS. Phạm Duy Hữu đã có nhiều ý kiến quý
giá để Luận án có thể hoàn thiện hơn.
Xin cảm ơn bộ môn Vật liệu xây dựng, trường Đại học Giao thông Vận
tải đã động viên, tạo điều kiện trong công tác và hỗ trợ để thực hiện các thí
nghiệm của nghiên cứu.
Xin cảm ơn bộ môn Công trình giao thông thành phố và giao thông thủy,
phòng Đào tạo Sau đại học của trường Đại học Giao thông Vận tải đã đào tạo,
đóng góp ý kiến và tạo nhiều điều kiện thuận lợi để tôi có thể hoàn thành
chương trình học tập và Luận án này.
Xin cảm ơn các thành viên Hội đồng đánh giá luận án đã góp ý để hoàn
chỉnh Luận án này.
iv
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU VÀ KHẢ NĂNG CHỊU TẢI TRỌNG
VA CHẠM CỦA BÊ TÔNG TÍNH NĂNG SIÊU CAO 3
1.1. Giới thiệu về Bê tông tính năng siêu cao 3
1.1.1. Giới thiệu chung 3
1.1.2. Khái quát về tình tình nghiên cứu BTTNSC 4
1.1.2.1. Các nghiên cứu cơ bản về BTTNSC trên thế giới 4
1.1.2.2. Các nghiên cứu cơ bản về BTTNSC ở Việt Nam 6
1.2. Thành phần, tính chất và các ứng dụng của BTTNSC 7
1.2.1. Nguyên tắc chế tạo BTTNSC 7
1.2.2. Vật liệu chế tạo BTTNSC 8
1.2.2.1. Xi măng 8
1.2.2.2. Nước 8
1.2.2.3. Phụ gia khoáng hoạt tính 8
1.2.2.4. Chất bột trơ 9
1.2.2.5. Cốt liệu 10
1.2.2.6. Phụ gia siêu dẻo 10
1.2.2.7. Cốt sợi 10
1.2.3. Một số công thức thành phần của BTTNSC 11
1.2.4. Một số đặc tính kỹ thuật của BTTNSC 12
1.2.4.1. Độ chảy của vữa BTTNSC 12
1.2.4.2. Cường độ chịu nén 13
1.2.4.3. Cường độ chịu kéo dọc trục 14
1.2.4.4. Cường độ chịu ép chẻ 16
1.2.4.5. Cường độ chịu kéo khi uốn 16
1.2.4.6. Mô đun đàn hồi và hệ số Poát-xông (Poisson) 18
1.2.5. Ứng dụng BTTNSC trong các kết cấu chịu tác động va chạm 20
1.2.5.1. Ứng dụng trong công trình cầu đặc biệt 20
1.2.5.2. Ứng dụng trong xây dựng dân dụng đặc biệt 22
1.2.5.3. Các ứng dụng khác 24
1.3. Các nghiên cứu về sức kháng va chạm của vật liệu bê tông và BTTNSC trên
thế giới và tại Việt Nam 24
1.3.1. Các nghiên cứu về sức kháng va chạm của vật liệu BTTNSC 24
1.3.2. Sức kháng va chạm của kết cấu bằng BTTNSC dưới tác dụng của tải trọng va
chạm tốc độ thấp 26
1.3.3. Các nghiên cứu về sức kháng va chạm của BTTNSC tại Việt Nam 29
1.4. Kết luận Chương 1 31
CHƯƠNG 2 - LÝ THUYẾT VỀ SỨC KHÁNG VA CHẠM CỦA VẬT LIỆU VÀ
KẾT CẤU BÊ TÔNG TÍNH NĂNG CAO VÀ SIÊU CAO 33
2.1. Cơ sở của lý thuyết va chạm giữa các vật thể rắn đàn hồi 33
v
2.1.1. Khái quát chung về sức kháng va chạm. 33
2.1.2. Cơ sở lý thuyết của bài toán va chạm giữa các vật thể rắn đàn hồi. 35
2.2. Các phương pháp nghiên cứu tác động của tải trọng va chạm dựa trên thực
nghiệm 37
2.2.1. Thiết bị và phương pháp thí nghiệm 37
2.2.1.1. Thí nghiệm tải trọng rơi (Drop-weight test) 37
2.2.1.2. Thí nghiệm va chạm kiểu con lắc Charpy 39
2.2.1.3. Thí ngiệm Hopkinson (Split Hopkinson Bar – SHB hay SHPB) 39
2.2.1.4. Thí nghiệm tốc độ biến dạng nhanh (thiết bị thủy lực) 40
2.2.1.5. Thí nghiệm va chạm có thiết bị đo tự động (Instrumented impact test) 41
2.2.2. Phạm vi áp dụng của các phương pháp nghiên cứu thực nghiệm. 42
2.3. Sức kháng va chạm của vật liệu bê tông xi măng dưới tác dụng của tải trọng
va chạm tốc độ thấp 43
2.3.1. Cơ chế phá hủy của bê tông xi măng dưới tác dụng của tải trọng va chạm 43
2.3.2. Sức kháng va chạm tải trọng rơi tốc độ thấp của các loại vật liệu bê tông xi
măng bằng phương pháp thực nghiệm 45
2.4. Các tiêu chí đánh giá sức kháng va chạm của vật liệu và kết cấu BTTNSC 48
2.4.1. Đánh giá sức kháng va chạm dựa trên số lần va chạm và độ dai va chạm 49
2.4.1.1. Đánh giá thông qua số lần chịu va đập theo Tiêu chuẩn ACI 544.2R-89 và
các đề xuất cải tiến 49
2.4.1.2. Đánh giá thông qua năng lượng va chạm 49
2.4.1.3. Đánh giá thông qua khả năng hấp thụ năng lượng va chạm một lần 50
2.4.1.4. Đánh giá thông qua hệ số tăng động (DIF) 51
2.4.2. Đánh giá sức kháng va chạm của kết cấu 52
2.5. Kết luận Chương 2 53
CHƯƠNG 3 - NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ SỨC KHÁNG VA
CHẠM CỦA VẬT LIỆU BTTNSC CỐT SỢI THÉP 54
3.1. Mở đầu 54
3.2. Vật liệu thí nghiệm 54
3.2.1. Xi măng 54
3.2.2. Phụ gia khoáng hoạt tính 55
3.2.3. Bột quartz 56
3.2.4. Cốt liệu 57
3.2.5. Phụ gia siêu dẻo 57
3.2.6. Cốt sợi thép 58
3.3. Thành phần vật liệu 59
3.3.1. Mô hình độ đặc tối ưu (Compressible Packing Model - CPM) 59
3.3.2. Thiết kế thành phần BTTNSC 60
3.3.2.1. Thành phần mẫu thử cho BTTNSC nhóm 1 có hàm lượng cốt sợi thép
bằng 0%; 1,0% và 1,5%. 61
3.3.2.2. Thành phần mẫu thử cho BTTNSC nhóm 2 có hàm lượng cốt sợi thép
bằng 2% và 2,5% 61