ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CHU THỊ HẢI VINH ĐÁP ỨNG TẢI TRỌNG VA ĐẬP CỦA KẾT CẤU TẤM
LÀM BẰNG BÊ TÔNG TÍNH NĂNG SIÊU CAO
Ngành: Kỹ thuật Xây dựng Mã số ngành: 9580201
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ TP. HỒ CHÍ MINH - NĂM 2023
Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM Người hướng dẫn 1: TS. Bùi Đức Vinh Người hướng dẫn 2: GS.TS. Nguyễn Viết Tuệ Phản biện độc lập 1: Phản biện độc lập 2: Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án họp tại ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... vào lúc giờ ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
- Thư viện Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM - Thư viện Đại học Quốc gia Tp.HCM - Thư viện Khoa học Tổng hợp Tp.HCM
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
Tạp chí quốc tế
1. Chu Thi Hai Vinh, Bui Duc Vinh and Nguyen Viet Tue, “Effect of Combining the Aggregate Grading with Cementitious Composition on Mechanical Properties of Ultra-High Performance Concrete”, Buildings, no. 13(248), p. 1-18, 2023 (ISSN 2075-5309, thuộc SCIE, Q2).
DOI: https://doi.org/10.3390/buildings13010248
Tạp chí trong nước
1. Chu Thị Hải Vinh, Bùi Đức Vinh, Nguyễn Thanh Hải, “Đặc trưng hóa các tính chất phá hủy của bê tông sợi thép tính năng siêu cao sử dụng cốt liệu lớn”, Tạp chí Xây dựng (thuộc Bộ Xây dựng), số tháng 3, trang 13-18, 2020.
2. Bùi Đức Vinh, Chu Thị Hải Vinh, Lê Văn Phước Nhân, “Đặc tính cường độ nén và uốn kéo của bê tông tính năng siêu cao sử dụng cốt liệu lớn”, Tạp chí Xây dựng (thuộc Bộ Xây dựng), số tháng 11, trang 20-25, 2019.
Kỷ yếu hội nghị quốc tế
1. Chu Thi Hai Vinh, Bui Duc Vinh, and Nguyen Viet Tue, “Effect of Steel Fiber on Resistance of Ultra High Performance Fiber Reinforced Concrete Plates Under Impact Load”, ICSCEA 2021: Proceedings of the Second International Conference on Sustainable Civil Engineering and Architecture, 30 October 2021, Ho Chi Minh City, Vietnam.
DOI: https://doi.org/10.1007/978-981-19-3303-5_74
2. Chu Thi Hai Vinh, Bui Duc Vinh, and Nguyen Viet Tue, “Effect of Aggregate Grading and Steel fiber on the Properties of Ultra-High Performance Fiber Reinforced Concrete”, ICSCEA 2023: The Third International Conference on Sustainable Civil Engineering and Architecture 2023, 19-21 July 2023, Da Nang City, Vietnam.
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU
1.1 Lịch sử phát triển của bê tông tính năng siêu cao
Với sự phát triển của công nghệ sản xuất phụ gia và việc sử dụng các phụ gia
hoạt tính như silica fume đã góp phần tăng cường độ chịu nén của bê tông lên
đến 150MPa [2]. Việc thêm các loại sợi như sợi thép, sợi polypropylen hoặc sợi
cacbon đã làm tăng tính dẻo cho vật liệu bê tông, có cường độ chịu nén lên đến
200 MPa, còn được gọi tên là bê tông tính năng siêu cao (Ultra High Performance
Concrete – UHPC) hoặc bê tông cốt sợi tính năng siêu cao (Ultra High
Performance Fiber Reinforced Concrete – UHPFRC).
1.2 Thách thức và ứng dụng của UHPC
Mặc dù UHPC là bước nhảy vọt về công nghệ vật liệu bê tông với các tính năng
về mặt cơ lý và độ bền hơn hẳn các loại bê tông truyền thống hay bê tông tính
năng cao. Thách thức lớn nhất của nó chính là chi phí sản xuất, với giá thành vật
liệu cao hơn bê tông truyền thống từ 5-10 lần, UHPC chỉ có thể được áp dụng
đối với một số trường hợp cụ thể và đi kèm với giải pháp tổng thể hợp lý.
1.3 Động lực cho nghiên cứu
Việc tìm kiếm và tạo ra một loại UHPC dựa trên nguyên liệu sẵn có tại địa
phương cũng như khả năng ứng dụng vào công trình chịu tải trọng đặc biệt là
động lực cho nghiên cứu này.
1.4 Tính cấp thiết của luận án
Bê tông tính năng siêu cao có khả năng cải thiện đáng kể độ bền và khả năng chịu
lực của công trình trong suốt vòng đời khai thác. Hiện nay giá thành vật liệu của
bê tông UHPC tương đối cao, việc tối ưu hóa thành phần nguyên liệu cũng như
sử dụng các loại vật liệu sẵn có ở địa phương sẽ giúp tăng tính hiệu quả về mặt
kinh tế. Đồng thời, nghiên cứu này cũng sẽ là tiền đề, cơ sở cho các nghiên cứu
tiếp theo, cho các kết cấu công trình chuyên dụng như công trình quân sự chịu
tải trọng nổ hoặc các công trình dân sự chịu tải trọng đặc biệt.
1
1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Việc cải thiện khả năng chịu lực của kết cấu bằng loại vật liệu bê tông tính năng
siêu cao là mục tiêu hướng đến của nghiên cứu này. Các công trình dân sự được
xây dựng bằng kết cấu bê tông làm việc trong vùng có mức độ nguy hiểm cao
như đập thủy điện, các tường chắn hoặc các công trình quân sự phòng thủ như lô
cốt, hầm trú ẩn đều là những kết cấu có khả năng đối mặt với tải trọng nổ hoặc
tải trọng va đập do các loại vũ khí tấn công gây ra. Do đó, việc tìm kiếm một loại
vật liệu phù hợp cho các loại công trình này cần phải được tiến hành. Việc thiết
kế thành phần cấp phối này vừa có thể giúp giảm giá thành sản phẩm vừa góp
phần giảm thiểu tác động ô nhiễm đến môi trường, đó cũng một trong những
đóng góp mang ý nghĩa thực tiễn mà đề tài mang lại.
1.6 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của luận án
Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá ứng xử của tấm làm bằng bê tông tính năng siêu
cao chịu tải trọng va đập. Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài là thiết kế và tối ưu
hóa thành phần cấp phối bê tông tính năng siêu cao. Đặc trưng hóa tính năng cơ
học của vật liệu và triển khai chương trình thực nghiệm với các kết cấu tấm
UHPFRC chịu tải trọng va đập. Bên cạnh đó, mô hình phần tử hữu hạn 3D được
thiết lập nhằm đánh giá ứng xử của kết cấu tấm chịu tải trọng va đập bằng phần
mềm ANSYS.
1.7 Phạm vi nghiên cứu của luận án
Luận án nghiên cứu đánh giá các đặc trưng cơ học của bê tông UHPC có cường
độ chịu nén trong khoảng 100 -150 MPa, các tính năng của bê tông được đánh
giá ở trạng thái hỗn hợp bê tông và bê tông sau khi đóng rắn.
Nghiên cứu ứng xử của tấm UHPC chịu tải trọng va đập được thực hiện với loại
tải trọng va đập có vận tốc thấp (low velocity impact). Mô phỏng phần tử hữu
hạn được xây dựng trong bài toán Explicit Dynamic của phần mềm ANSYS-
AUTODYN.
2
1.8 Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Chương trình thực nghiệm được tiến hành ở cấp độ vật liệu và ứng xử của kết
cấu. Ở cấp độ vật liệu, các thí nghiệm được thực hiện bao gồm: thí nghiệm nén
một trục, thí nghiệm uốm dầm, thí nghiệm kéo trực tiếp nhằm xác định cường độ
chịu nén, cường độ chịu kéo, cường độ chịu kéo khi uốn và tính toán năng lượng
phá hủy của vật liệu. Đánh giá ứng xử của tấm được thực hiện bằng 2 phương
pháp là thực nghiệm và mô hình số.
1.9 Cấu trúc luận án
Chương 1: Giới thiệu
Chương 2: Tổng quan
Chương 3: Cơ sở lý thuyết
Chương 4: Phát triển và tối ưu công thức cho vật liệu UHPC
Chương 5: Khảo sát thực nghiệm kết cấu tấm UHPC chịu tải trọng va đập.
Chương 6: Mô phỏng số cho tấm UHPC chịu tải trọng va đập.
Chương 7: Kết luận.
Tài liệu tham khảo
Phụ lục
3
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN
Với các kết quả nghiên cứu có trước, có thể thấy rằng cốt liệu và sợi thép đóng
vai trò quan trọng trong ứng xử của bê tông cốt sợi tính năng siêu cao. Sử dụng
UHPFRC sẽ giúp tăng độ bền và độ dẻo dai cho kết cấu, đặc biệt là các kết cấu
chịu tải trọng đặc biệt. Nội dung chương này trình bày các nghiên cứu của các
tác giả trên thế giới đã thực hiện nhằm đánh giá ứng xử của vật liệu và cấu kiện
được làm bằng UHPC khi chịu tác dụng của tải trọng va đập.
2.1 Ảnh hưởng của thành phần cốt liệu đến tính năng UHPC
Trong các nghiên cứu của K.P. Vishalakshi và cộng sự [14]; Kim và cộng sự
[18], đã nghiên cứu ảnh hưởng của cốt liệu đến đặc trưng cơ học của bê tông. Kết
quả cho thấy, cốt liệu ảnh hưởng đến cường độ của bê tông cường độ cao. Tính
dẻo dai cũng như tính công tác của bê tông cốt liệu lớn giảm hơn so với các mẫu
có cốt liệu nhỏ hơn.
2.2 Ảnh hưởng của thành phần sợi thép đến ứng xử của UHPC
Hassan và cộng sự [8] đã so sánh ứng xử chịu nén và chịu kéo dọc trục của 2 loại
bê tông UHPC và UHPFRC. Cường độ chịu kéo tăng gần gấp 2 lần so với kết
quả thí nghiệm mẫu UHPC. M.Orgass cùng cộng sự [23] đã tiến hành nghiên cứu
ảnh hưởng của chiều dài sợi thép và kích cỡ cốt liệu đến tính năng cơ học của
UHPFRC. Việc trộn 2 loại sợi này cũng ảnh hưởng nhiều đến ứng xử sau nứt của
dầm, giúp tăng độ dẻo dai cho cấu kiện. Su Tae Kang và cộng sự [20] đã nghiên
cứu ảnh hưởng của sự phân bố sợi thép đến khả năng chịu uốn của UHPFRC.
Chương trình thực nghiệm với các mẫu được chế tạo với 2 hướng đổ khác nhau.
Theo đó, khả năng chịu uốn tăng 61% với những mẫu có hướng đổ bê tông theo
phương song song với trục dọc của cấu kiện.
2.3 Ứng xử của tấm chịu tải trọng va đập
S. Elavenil và cộng sự [27] đã đánh giá ứng xử của tấm bê tông cốt sợi chịu tải
trọng va đập, mục tiêu của bài báo là nghiên cứu mối liên quan giữa tải trọng với
chuyển vị, vận tốc và gia tốc tấm. Kết quả cho thấy hàm lượng sợi thép ảnh hưởng
4
không rõ ràng đến khả năng chịu lực nếu hàm lượng sợi nhỏ hơn 0.5%. Nhưng
khi hàm lượng sợi tăng 0.75% và 1% thì lúc này khả năng chịu lực tăng 60%.
Bên cạnh đó, các nghiên cứu của Madheswaran C. K và cộng sự [28]; Kuhn và
Curbach [29]; Yu và cộng sự [30]; Jin- Young Lee cùng cộng sự [31] cũng đã
tiến hành đánh giá ứng xử của tấm khi chịu tác dụng của các loại tải trọng va đập
và tải trọng nổ. Các kết quả cho thấy ảnh hưởng của hàm lượng sợi thép đến sự
lan truyền ứng suất và năng lượng tích lũy trong tấm.
2.4 Mô hình số của tải trọng va đập
Các mô hình số cho kết cấu chịu tải trọng va đập đã được thiết lập bằng các phần
mềm như ANSYS, ABAQUS hoặc LS-DYNA. Mô hình vật liệu RHT được
Riedel và cộng sự [32-34] phát triển và đưa vào phân tích mô hình số trong
ANSYS-AUTODYN vào những năm 2000. Các phân tích của Tu và Lu [35];
Heckoter và Siever [37] cho thấy hiệu quả của việc sử dụng mô hình RHT trong
mô phỏng số.
Từ các kết quả nghiên cứu có trước, có thể nhận thấy rằng 2 yếu tố là cường độ
của cốt liệu và hàm lượng sợi thép có ảnh hưởng rõ rệt đến tính năng của UHPC.
Đó cũng chính là hai yếu tố quan trọng cần lưu ý khi thiết kế thành phần cấp phối
cho bê tông UHPFRC. Hiện nay, tại Việt Nam, UHPC cũng được nghiên cứu bởi một số nhà khoa học và lượng xi măng sử dụng khoảng 800-1200kg/m3 và không
sử dụng cốt liệu lớn [25,26,38]. Do đó, việc phát triển tối ưu thành phần cấp phối
vừa giúp nâng cao chất lượng sản phẩm vừa giảm giá thành sản phẩm cần phải
được thực hiện. Bên cạnh đó, chưa có tính toán hay nghiên cứu cụ thể nào cho
tải trọng va đập của tấm UHPC với nguyên liệu sẵn có tại Việt Nam. Vì vậy,
nghiên cứu này góp phần xây dựng và phát triển cấp phối UHPC có thể ứng dụng
cho kết cấu chịu tải trọng va đập và cần thiết xây dựng một mô hình phân tích
ứng xử của kết cấu khi chịu lực.
5
CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
3.1 Nguyên tắc chế tạo UHPC
Một số tác giả đã đề xuất các nguyên tắc cơ bản được sử dụng trong quá trình
chế tạo UHPC như sau [39]: Tăng cường tính đồng nhất của cốt liệu bằng cách
loại bỏ cốt liệu thô; Nâng cao chỉ số độ chặt bằng cách tối ưu hóa hỗn hợp cốt
liệu với sự thay đổi kích thước các cỡ hạt; Cải thiện đặc tính của pha đá xi măng
bằng cách bổ sung thêm phụ gia hoạt tính như silica fume; Cải thiện các đặc tính
của hỗn hợp vữa bằng cách giảm tỷ lệ nước / chất kết dính; Tăng cường cấu trúc
vi mô bằng phương pháp dưỡng hộ nhiệt sau khi chế tạo mẫu; Tăng cường độ
dẻo của vật liệu bằng cách thêm sợi thép vào bê tông.
3.2 Các thành phần nguyên vật liệu
Thành phần chính của UHPC bao gồm xi măng, nước, phụ gia khoáng hoạt tính,
bột siêu mịn hoạt tính và điền đầy, phụ gia giảm nước và siêu hóa dẻo. Cát thạch
anh và đá nghiền được sử dụng làm cốt liệu.
3.3 Cấu trúc vi mô của bê tông tính năng cao
Mẫu bê tông được chụp lại bằng kính hiển vi điện tử (scanned electronic
microscopy-SEM), có thể thấy sự phức tạp của cấu trúc vi mô của vật liệu, các
tinh thể canxi hidroxit lớn, các tinh thể ettringite dạng kim, dài và mảnh và tập
hợp các tinh thể dạng lớp, dạng búi của canxi silicat hydrate [61-63].
3.4 Cơ chế truyền lực trong bê tông UHPC
Vùng chuyển tiếp luôn tồn tại các khe nứt nhỏ, khi trong miền vật liệu chịu ứng
suất thì lúc này các vết nứt sẽ bị mở rộng, và vùng này được coi là khâu liên kết
yếu nhất trong cấu trúc bê tông [44]. Dưới tác dụng của ngoại lực bên ngoài, các
bộ phận bên trong của phần kết cấu phát sinh các ứng suất. Quan hệ ứng suất –
biến dạng thể hiện cả ứng xử đàn hồi và phi tuyến, dẫn đến phát sinh các vết nứt
hoặc phá hoại vật liệu [64].
6
3.5 Phương pháp thiết kế thành phần bê tông tính năng siêu cao
Phương pháp chỉ số độ chặt (Packing density) là phương pháp dùng để thiết kế
cấp phối cho nhiều loại bê tông khác nhau. Mục tiêu của phương pháp chỉ số độ
chặt (packing density) là tối ưu hóa độ đặc chắc của bê tông, khoảng trống giữa
các hạt lớn được lấp đầy bởi các hạt có kích thước nhỏ hơn và tạo nên cấu trúc
hạt dày và cứng. Lựa chọn hợp lý thành phần bê tông sẽ tạo cho bê tông có bộ
khung cốt liệu chịu lực ổn định, kích thước lỗ rỗng nhỏ và được phân bố đều.
3.6 Ứng xử của UHPC khi chịu tải trọng va đập
Tải trọng va đập là một tải động, đột ngột, có cường độ cao và có thể phá hủy
cấu trúc trong thời gian ngắn. Tải trọng va đập có thể bao gồm: tải trọng do đá
rơi vào hầm trú ẩn bằng bê tông, phương tiện hoặc tàu thuyền va chạm vào tòa
nhà, hoặc là các tác động của tên lửa, súng quân sự vào kết cấu.v.v. Các tác động
này có khoảng lực tác động rộng và có thể được chia thành 2 loại là va chạm
mềm (soft impact) và va chạm cứng (hard impact) [67-69]. Brown và cộng sự
[71] cũng đã phân loại theo vận tốc va đập như sau: vật va đập với vận tốc
V40m/s thì xếp vào nhóm va đập vận tốc cao và những trường hợp có V<20m/s
thì xếp vào nhóm va đập vận tốc thấp. Ứng xử của bê tông khi chịu tải trọng va
đập khác với tải trọng tĩnh do ảnh hưởng của tốc độ biến dạng. Kết cấu bê tông chịu một khoảng tốc độ biến dạng từ 10-8s-1 cho từ biến và 103s-1 cho tải trọng va
đập hoặc nổ. Bê tông tính năng cao đạt hiệu quả cao khi sử dụng cho các công
trình chịu tải trọng đặc biệt như tải trọng va đập hoặc tải trọng nổ.
Hình 3.12. Tốc độ biến dạng của kết cấu (s-1) [74]
7
CHƯƠNG 4 PHÁT TRIỂN VÀ TỐI ƯU CÔNG THỨC CHO VẬT LIỆU UHPC
Chương trình thí nghiệm nhằm xác định các tính năng cơ học của bê tông UHPC,
đặc biệt là đánh giá sự ảnh hưởng của hàm lượng sợi thép đến độ dẻo dai của vật
liệu. Các chỉ tiêu đánh giá bao gồm: cường độ chịu nén, mô đun đàn hồi, cường
độ chịu kéo và năng lượng phá hủy của bê tông UHPC.
4.1 Đặc trưng hóa tính năng cơ học của UHPC
4.1.1 Mẫu thí nghiệm
Chương trình thí nghiệm được thiết lập với 4 nhóm mẫu kí hiệu N00, N10, N15
và N20 tương ứng với hàm lượng sợi thép là 0.0%, 1.0%; 1.5% và 2.0%.
4.1.2 Khảo sát tính chất hỗn hợp bê tông tươi
Sau khi bê tông được trộn xong tiến hành cho hỗn hợp bê tông vào phễu hình côn
để đo độ chảy xòe.
4.1.3 Khảo sát cường độ chịu nén
Mẫu UHPC đối chứng không sợi thép tuổi 28 ngày có cường độ nén trung bình
đạt 118.8 MPa, các mẫu có sợi thép cường độ nén trung bình lần lượt là 122.7
MPa; 124.9 MPa; 133.2 MPa tương ứng với hàm lượng sợi thép 1.0%; 1.5% và
2.0%.
Hình 4.3. Sự phát triển cường độ các nhóm mẫu
8
Hình 4.4. Dạng phá hại mẫu có và không có sợi thép
4.1.4 Khảo sát Mô đun đàn hồi và hệ số nở hông
Thí nghiệm mô đun đàn hồi- hệ số Poisson được kết hợp cùng với quá trình khảo
sát ứng xử nén dọc trục của mẫu vật liệu, ứng suất-biến dạng được đo trên các
mẫu hình trụ 150mm × H300mm. Giá trị mô đun đàn hồi của các nhóm mẫu
khoảng 41-47 GPa.
Hình 4.6. Biểu đồ ứng suất biến dạng của các mẫu thí nghiệm
4.1.5 Khảo sát cường độ chịu kéo khi uốn
Thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo được thực hiện theo hướng dẫn của
RILEM TC 162-TDF [84]. Cường độ chịu kéo khi uốn của các nhóm mẫu khoảng
từ 9 đến 26 MPa.
Hình 4.11. Hình dạng mẫu khi kết thúc thí nghiệm
9
Hình 4.13. Biểu đồ quan hệ giữa lực và chuyển vị của các nhóm mẫu
4.1.6 Năng lượng phá hủy
Năng lượng phá hủy của bê tông GF được định nghĩa là năng lượng cần thiết để
gây ra vết nứt trên một đơn vị diện tích. Giá trị GF tăng khi tăng hàm lượng sợi
và mức độ hấp thụ năng lượng của sợi thép vượt trội hơn nhiều so với mức độ
hấp thụ năng lượng của phần bê tông.
4.2 Tối ưu hóa thành phần cấp phối của bê tông tính năng siêu cao
4.2.1 Phương pháp thí nghiệm
Hình 4.16. Qui trình thí nghiệm [100]
10
4.2.2 Lựa chọn thành phần hạt cốt liệu
Hình 4.22. Độ rỗng của 3 trường hợp trộn cốt liệu [100]
Bảng 4.17. Các tỷ lệ cốt liệu tối ưu
STT Thành phần cốt liệu
1 2 3 Cát thạch anh Đá nghiền CS-3 Đá nghiền CS-5 Hàm lượng các thành phần (%) Agg-1 30 70 0 Agg-2 40 0 60 Agg-3 18 42 40
4.2.3 Lựa chọn thành phần cấp phối của pha hồ
Hình 4.33. So sánh cường độ chịu nén của các nhóm mẫu
4.2.4 Cấu trúc vi mô của pha hồ
Hình 4.39. Vi cấu trúc nhóm V3-50.
11
4.2.5 Lựa chọn thành phần cho bê tông tính năng siêu cao – UHPC
Cấp phối UHPC được lựa chọn với pha cốt liệu là tỷ lệ của nhóm Agg-2 và pha
hồ là thành phần của nhóm C3-50.
4.2.6 Tính năng của hỗn hợp bê tông
Bảng 4.19. Độ đồng nhất và độ chảy của hỗn hợp bê tông
Giá trị đo (mm)
STT
Độ chảy
Cấp phối CP1 CP2 CP3
1 2 3
Thời gian trộn (s) 765 605 600
S1 4 3 4
S2 5 4 5
S3 6 6 6
S4 8 7 8
Stb 5.75 5 5.75
Độ chặt c 1.015 1.013 1.015
700 750 740
4.2.7 Cường độ của bê tông
Tối ưu hóa thành phần cấp phối cho bê tông tính năng siêu cao bao gồm cả 2 pha
là pha cốt liệu và pha hồ. Các nhóm mẫu với cấp phối lựa chọn được chế tạo
nhằm khảo sát cường độ chịu nén và cường độ chịu kéo khi uốn và kéo dọc trục.
Hình 4.43. Cường độ chịu nén Hình 4.46. Lực – độ võng của TN uốn
4.2.8 Độ chảy của bê tông cốt sợi
Với tỷ lệ cốt liệu Agg-2 đã chọn khi trộn với 2% sợi đã ảnh hưởng đến tính công
tác của UHPFRC. Theo đó, các hạt cốt liệu và sợi thép bị cuộn vào nhau và làm
cản trở chuyển động của hỗn hợp. Do đó, cấp phối bê tông UHPFRC được chọn
lại nhằm đảm bảo tính công tác của hỗn hợp bê tông và từ đó đánh giá lại tính
năng cơ học của bê tông.
12
4.2.9 Khảo sát cường độ chịu nén và mô đun đàn hồi của UHPFRC
Các nhóm mẫu với hàm lượng sợi thép lần lượt là 0.0%, 1.0%, 1.5%, 2.0% và
2.5% được chế tạo. Cường độ chịu nén đạt 135-151 MPa, Cường độ chịu kéo khi
uốn đạt 12-29 MPa và cường độ chịu kéo dọc trục là 7-8 MPa.
Hình 4.50. Sự phát triển cường độ của UHPC
4.2.10 Khảo sát cường độ chịu kéo khi uốn của UHPFRC
Hình 4.54. Biểu đồ quan hệ giữa Lực-Độ võng của dầm
4.2.11 Khảo sát cường độ chịu kéo một trục
Mẫu bê tông cho thí nghiệm kéo có kích thước và có hình dạng như Hình 4.58,
2 thanh cáp được đặt vào mẫu sao cho đồng trục với trục của mẫu bê tông.
Hình 4.58. Kích thước mẫu thí nghiệm
13
Hình 4.63. Thí nghiệm kéo dọc trục
Hình 4.64. Biểu đồ Lực-Bề rộng vết nứt của TN kéo
Hình 4.67. Hình dạng các nhóm mẫu có sợi sau khi kết thúc TN
14
4.2.12 Giá thành của UHPC
Hiện nay, giá thành của UHPC tương đối cao hơn giá thành của bê tông thường
và bê tông cường độ cao. Xét ở cả 3 nhóm cấp phối có thể thấy rằng nhóm C2 có
giá thành cao nhất nhưng đạt giá trị cường độ chịu nén lớn nhất. Như vậy, khi xét
yếu tố giá thành trên tính năng thì nhóm cấp phối C2 đem lại hiệu quả kinh tế tốt
nhất khi sử dụng.
Bên cạnh đó, giá thành cấp phối CPV-02 giảm khoảng 24% so với giá thành của
CPV-01. Việc giảm giá thành này là do giá nguyên liệu của xỉ lò cao rẻ hơn rất
nhiều so với giá của bột cát thạch anh. Do đó, việc thay thế một phần bột cát
thạch anh bằng xỉ lò cao đã đem lại hiệu quả kinh tế khi sử dụng.
4.2.13 Nhận xét
Tính năng của UHPC được khảo sát trên cả hai pha: cốt liệu và pha hồ. Thành
phần cốt liệu Agg-2 gồm cát thạch anh và đá nghiền CS-5 được sử dụng cho
thành phần cấp phối bê tông nhóm C2. Nhóm V3-50 (xi măng, silica fume, bột
cát thạch anh, xỉ lò cao) là thành phần cấp phối tối ưu của pha hồ. Tỷ lệ thành
phần của xỉ và bột cát thạch anh tương ứng với 20% hàm lượng xi măng. Cường
độ chịu nén của bê tông ở giai đoạn 7 ngày tăng đáng kể, đạt gần 90% cường độ
lúc 28 ngày. Hàm lượng sợi thép tối ưu cho cấp phối bê tông UHPFRC trong
nghiên cứu này là nhóm M20 (với 2.0% hàm lượng sợi thép). Theo đó, giá trị
cường độ chịu nén đạt 151.2 MPa tại 28 ngày tuổi và cường độ chịu kéo khi uốn
đạt 29.5 MPa, cường độ chịu kéo lớn nhất đạt 7.81 MPa.
Như vậy, nghiên cứu này cung cấp một thành phần cấp phối hợp lý cho bê tông
UHPC. Sử dụng xỉ lò cao thay thế một phần bột cát thạch anh trong thành phần
cấp phối của UHPC không những giúp nâng cao chất lượng của bê tông, giảm
giá thành sản phẩm mà còn xử lý nguồn chất thải từ ngành công nghiệp luyện
gang thép, góp phần bảo vệ môi trường.
15
CHƯƠNG 5 KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM KẾT CẤU TẤM UHPC CHỊU TẢI TRỌNG VA ĐẬP
5.1 Mục tiêu thí nghiệm
Trong chương này trình bày các bước tiến hành thí nghiệm các tấm bê tông làm
bằng UHPC chịu tải trọng va đập. Từ đó đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến độ
bền của tấm như cường độ chịu nén của bê tông, hàm lượng sợi thép và cốt thép
có trong tấm.
5.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm
Nhằm đánh giá ứng xử của tấm, sơ đồ thí nghiệm được lắp đặt như Hình 5.8,
theo đó một hệ khung thép được chế tạo để đỡ xi lanh khí nén tạo ra tải trọng va
đập. Tấm thí nghiệm va đập có kích thước (50050080) mm và dán 2 straingage
(SG) để đo biến dạng.
Hình 5.8. Sơ đồ lắp đặt thí nghiệm va đập
16
5.3 Nhóm mẫu thí nghiệm
Các nhóm mẫu lần lượt được khảo sát với các trường hợp tải va đập khác nhau
về hàm lượng sợi thép (1.0%, 1.5%, 2.0%), cường độ bê tông và cốt thép. Các
tấm chịu tác dụng của vật nặng có khối lượng lần lượt là 16kg, 25kg và 33kg.
5.4 Chế tạo mẫu và chuẩn bị thiết bị thí nghiệm
Mẫu có kích thước (50050080) mm được gia công và chế tạo, Các thiết bị lắp
đặt bao gồm: bộ khung đỡ, xi lanh khí nén, hệ thống cấp khí, lắp đặt thiết bị đo
biến dạng và cảm biến đo gia tốc.
5.5 Vận tốc va đập
Vận tốc va đập được xác định dựa vào việc đo khoảng thời gian rơi của vật nặng
(t) và chiều cao rơi (h). Thời gian rơi của vật nặng được xác định dựa vào tín hiệu
đo điện. Vận tốc va đập có giá trị bằng 920mm/s.
5.6 Kết quả thí nghiệm
5.6.1 Lực va đập
Lực va đập được xác định theo công thức của định luật 2 Newton
, với m là khối lượng vật nặng, a(t) là gia tốc của vật nặng.
Hình 5.15. Biểu đồ gia tốc của vật nặng
17
5.6.2 Gia tốc
Gia tốc rung động trong tấm được ghi lại bằng cảm biến 500g, giá trị gia tốc của tấm khoảng 1500-3000m/s2. Giá trị này thay đổi tùy thuộc vào hàm lượng
sợi thép, cường độ bê tông và cốt thép sử dụng.
Hình 5.16. Gia tốc tấm HSC Hình 5.17. Gia tốc tấm UHPC
5.6.3 Biến dạng trên bề mặt mẫu
Với những tấm không cốt thép nhóm N10-U(33kg) với 1.0% sợi, biến dạng trên
tấm cho giá trị lớn nhất, biến dạng của nhóm N20-U(33kg) đạt giá trị nhỏ nhất, tương ứng giá trị là 0.99 o/oo. Với những tấm có cốt thép biến dạng của tấm có qui luật rõ ràng hơn, theo đó nhóm N20S-U có biến dạng nhỏ nhất (0.37o/oo), tiếp đến là nhóm N15S-U có biến dạng 0.824o/oo và nhóm N10S-U có giá trị biến dạng lớn nhất là 1.38o/oo. Như vậy có thể thấy rằng hàm lượng sợi thép ảnh hưởng đáng kể đến biến dạng trên bề mặt tấm bê tông.
5.6.4 Sự phát triển của vết nứt trong quá trình thí nghiệm
Hình 5.29. Vết nứt trên bề mặt mẫu khác nhau về cường độ bê tông
18
Hình 5.30. Vết nứt trên bề mặt mẫu khác nhau hàm lượng sợi, không cốt thép
5.7 Nhận xét
Chương trình thí nghiệm va đập cho các tấm UHPC với thành phần cấp phối
CPV-01 với hàm lượng sợi thép sử dụng 1.0%, 1.5% và 2.0%. Biến dạng bề mặt
tấm được đo đạc cùng với việc quan sát các vết nứt trong quá trình thí nghiệm.
Kết quả cho thấy biến dạng của bề mặt bê tông càng nhỏ khi tăng hàm lượng sợi
và tăng cường độ chịu nén của bê tông. Bề rộng vết nứt của tấm giảm dần khi
tăng dần hàm lượng sợi trong tấm. Ngoài ra, khi thêm cốt thép vào tấm cũng giúp
cho sự phân bố ứng suất trên tấm được đồng đều, do đó bề rộng vết nứt nhỏ hơn
khi so sánh với các tấm không sử dụng cốt thép. Kết quả cho thấy sợi thép là yếu
tố quyết định bề rộng vết nứt và ảnh hưởng vượt trội đến khả năng chịu lực của
tấm so với cường độ bê tông và cốt thép.
CHƯƠNG 6 MÔ PHỎNG SỐ CHO TẤM UHPC CHỊU TẢI VA ĐẬP
6.1 thiệu
Mô phỏng bài toán va đập (Explicit dynamic) được thực hiện bằng phần mềm
ANSYS - AUTODYN (Version 19.1) [117]. Mô hình phân tích ba chiều (full
3D) được xây dựng. Kích thước của mô hình được lấy giống như mẫu thí nghiệm.
Trong nghiên cứu này, tấm bằng UHPC chịu tải trọng va đập với vận tốc rơi của
vật nặng là 920mm/s.
19
hình vật
liệu
Trong nghiên cứu này, thép được mô hình là vật liệu đàn dẻo tái bền, khai báo
các thông số cho thép với thép sử dụng để chế tạo vật nặng là thép CT3 và cốt
thép sử dụng trong tấm là thép CB300T.
6.2.2 Mô hình vật liệu RHT cho bê tông chịu tải trọng va đập
Mô hình vật liệu RHT (The Riedel-Hiermaier-Thoma material model) là một mô
hình chảy dẻo cho vật liệu giòn được phát triển bởi Riedel và cộng sự [34,117],
được sử dụng cho việc mô hình bê tông chịu tải trọng động.
6.3 Mô phỏng phân tích bài toán va đập
6.3.1 Hiệu chỉnh mô hình vật liệu bê tông UHPC
Một số thông số của mô hình được hiệu chỉnh dựa trên các kết quả thí
nghiệm tính năng cơ học ở Chương 4
6.3.2 Mô hình cho mẫu trụ chịu nén dọc trục
Nhằm mô hình hóa quan sát hành vi ứng xử của bê tông, các thí nghiệm của mẫu
nén dọc trục được sử dụng hiệu chỉnh mô hình. Hình 6.6 mô tả hệ lưới phần tử
hữu hạn cho mô hình 3D của mẫu chịu nén dọc trục. Biểu đồ ứng suất và biến
dạng của thí nghiệm và mô hình như Hình 6.9 đã có xu hướng gần như tương
đồng với nhau.
.
Hình 6.6. Mô hình nén dọc trục Hình 6.9. Biểu đồ ứng suất- biến dạng
20
6.3.3 Mô hình tấm UHPC chịu tải trọng va đập
Mô hình hình học của tấm UHPC chịu tải trọng va đập được minh họa như Hình
6.10. Tiến hành chia lưới phần tử cho tấm và vật nặng với kích thước lưới chia
là 10 mm. Vận tốc rơi của vật nặng được khai báo vào mô hình như Hình 6.13.
Hình 6.10. Mô hình 3D cho tấm Hình 6.13. Khai báo vận tốc va đập
Hình 6.14. Ứng suất Von-mises của tấm Hình 6.16. Mẫu N15S-U(33kg)
Hình 6.17. Chuyển vị của tấm Hình 6.20. Gia tốc mẫu N15-U (25kg)
21
6.4 Nhận xét
Chương 6 trình bày mô hình 3D cho tấm UHPC chịu tải trọng va đập. Bài toán
có xét đến ứng xử phi tuyến cho cả bê tông và cốt thép. Mô hình RHT hiệu chỉnh
được khai báo cho vật liệu bê tông. Các kết quả thí nghiệm cơ học trong Chương
4 được sử dụng để khai báo các thông số đầu vào cho bê tông. Có thể thấy rằng
mô hình RHT đã đáp ứng tốt khi phân tích ứng xử cho bài toán nén dọc trục. Biểu
đồ quan hệ ứng suất biến dạng của mô hình số gần như tương đồng với kết quả
thu thập được từ thí nghiệm nén dọc trục. Bài toán Explicit dynamic trong phần
mềm ANSYS-AUTODYN đã cho thấy sự lan truyền sóng ứng suất trong hệ, theo
đó phạm vi lan truyền ứng suất trong tấm có sử dụng cốt thép ít hơn tấm không
có cốt thép. Vết nứt quan sát được trong thí nghiệm có hình dạng và vị trí giống
với phương ứng suất chính của tấm trong mô hình. Bài toán mô phỏng cho phép
đánh giá một cách định tính ứng xử của tấm khi chịu tải trọng va đập. Trong
hướng nghiên cứu mở rộng có thể ứng dụng vào việc mô hình cho các kết cấu
thực có kích thước lớn hơn.
CHƯƠNG 7 KẾT LUẬN
Vật liệu UHPC là phát triển mới trong công nghệ bê tông, nghiên cứu này hướng
đến các ứng dụng của công trình có bề mặt dạng kết cấu tấm chịu tải trọng va
đập. Nội dung của đề tài gồm có 4 vần đề chính: Phát triển và tối ưu công thức thành phần cho UHPC sử dụng các nguyên
vật liệu có sẵn.
Khảo sát các tính chất đặc trưng của hỗn hợp bê tông và bê tông sau khi
đóng rắn
Xây dựng mô hình và khảo sát thực nghiệm, nghiên cứu ứng xử của tấm
UHPC khi chịu tác dụng của tải trọng va đập.
Mô phỏng phần tử hữu hạn của kết cấu tấm UHPC chịu tải va đập.
22
Từ các kết quả nghiên cứu đã trình bày trong các Chương 4 đến Chương 6, một
số kết luận được rút ra như sau:
7.1 Vật liệu bê tông tính năng siêu cao
Hàm lượng sợi thép trong các nhóm mẫu tăng dẫn đến việc tăng khả năng hấp
thụ và lan truyền năng lượng trong bê tông cốt sợi, từ đó góp phần làm tăng độ
dẻo dai của vật liệu. Thêm vào đó, khi tăng hàm lượng sợi thì cường độ chịu nén
của bê tông có thay đổi không đáng kể nhưng ảnh hưởng rõ rệt đến cường độ
chịu kéo của bê tông.
Tối ưu hóa thành phần cấp phối UHPC cho cả hai pha cốt liệu và pha hồ. Thành
phần cấp phối UHPC tối ưu sử dụng bao gồm xi măng, silica fume, 20% xỉ lò
cao, 20% bột cát thạch anh, phụ gia siêu dẻo, nước, 40% cát thạch anh và 60%
đá nghiền CS-5. Giá trị cường độ chịu nén của các nhóm mẫu đạt 120-150 MPa.
Cường độ chịu nén của bê tông ở giai đoạn 7 ngày tăng đáng kể, đạt gần 90%
cường độ lúc 28 ngày. Nhóm bê tông M20 (với 2.0% sợi thép) có cường độ chịu
kéo khi uốn đạt 29.5 MPa và cường độ chịu kéo dọc trục là 7.81 MPa. Việc sử
dụng xỉ lò cao trong thành phần cấp phối của UHPC không những giúp nâng cao
chất lượng của bê tông, giảm giá thành sản phẩm mà còn góp phần bảo vệ mội
trường.
7.2 Ứng xử của tấm UHPC chịu tải trọng va đập
Các tấm bê tông tính năng siêu cao được tiến hành thí nghiệm chịu tải trọng va
đập bằng cách đo biến dạng bề mặt tấm và quan sát các vết nứt trong quá trình
thí nghiệm. Theo đó, biến dạng của bề mặt bê tông càng nhỏ khi tăng hàm lượng
sợi và tăng cường độ chịu nén của bê tông. Bên cạnh việc đánh giá biến dạng bề
mặt tấm thì việc quan sát sự phát triển và hình thành vết nứt cũng phần nào đánh
giá được ứng xử của tấm. Kết quả đo đạc thấy rằng bề rộng vết nứt của tấm giảm
dần khi tăng dần hàm lượng sợi trong tấm. Ngoài ra, khi thêm cốt thép vào tấm
cũng giúp cho sự phân bố ứng suất trên tấm được đồng đều, do đó bề rộng vết
23
nứt nhỏ hơn khi so sánh với các tấm không sử dụng cốt thép. Sau khi kết thúc thí
nghiệm, tấm vẫn còn giữ nguyên hình dạng như ban đầu, không bị phá hoại.
7.3 Mô phỏng số cho bài toán tấm UHPC dưới tác dụng của tải va đập
Mô hình số 3D cho tấm chịu tải trọng va đập được thực hiện bằng phần mềm
ANSYS-AUTODYN. Kết quả mô hình cho thấy sự lan truyền ứng suất trong tấm
khi chịu tải trọng va đập. Vùng tập trung ứng suất chính phân bố chủ yếu ở phần
giữa tấm và phù hợp với vị trí phát triển vết nứt tại mặt dưới của tấm. Bên cạnh
đó, mô hình vật liệu RHT hiệu chỉnh sử dụng cho bê tông có mối liên hệ tương
đồng với ứng xử của thí nghiệm nén dọc trục. Như vậy có thể thấy rằng áp dụng
mô hình bê tông RHT hiệu chỉnh trong bài toán Explicit Dynamic là hoàn toàn
phù hợp. Từ những kết quả đạt được của chương trình thực nghiệm và mô phỏng
số, có thể thấy rằng bê tông tính năng siêu cao có thể ứng dụng tốt cho các kết
cấu chịu tải trọng đặc biệt như tải trọng va đập hoặc tải trọng nổ nhờ vào tính bền
và dẻo dai của vật liệu.
7.4 Hướng nghiên cứu tiếp theo
Nghiên cứu này có thể được phát triển bằng cách cải thiện phương pháp đo và
thay đổi kích thước tấm để đánh giá ứng xử của tấm một cách chính xác hơn.
Nghiên cứu này sử dụng thiết bị cảm biến chuyển vị LVDT nhưng không đem
lại hiệu quả nên trong tương lai có thể sử dụng thiết bị cảm biến đo khoảng cách
bằng laser để đo chuyển vị của tấm. Bên cạnh đó, mô hình vật liệu RHT có thể
được nghiên cứu kỹ hơn nhằm hiệu chỉnh thêm các thông số còn lại trong mô
hình.
24
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[2] [3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
(2012) 37
[9] [1] M. Schmidt, E. Fehling, Ultra-High-Performance Concrete: Research, Development and Application in Europe, in: Int. Symp. UHPC, Kassel, 2004. P. Aitcin, High Performance Concrete, E & FN SPON, London, 1998. G. Hoff, HPC/HSC- A North American Perspective, in: Proc. 6th Int. Symp. Ultilization High Strenght / High Perform. Concr., Leipzig, 2002. C. Magureanu, I. Sosa, C. Negrutiu, B. Heghes, Mechanical Properties and Durability of Ultra-High-Performance Concrete, ACI Mater. J. 109 (2012) 177. S. Abbas, M.L. Nehdi, M.A. Saleem, Ultra-High Performance Concrete: Mechanical Performance, Durability, Sustainability and Implementation Challenges, Int. J. Concr. Struct. Mater. 10 (2016) 271–295. https://doi.org/10.1007/s40069-016-0157-4. D.V. Bui, Behaviour of Steel-Concrete Composite Beams Made of Ultra High Performance Concrete, Leipzig University, 2010. ASTM C1856/C1856M-17: Standard Practice for Fabricating and Testing Specimens of Ultra-High Performance Concrete, West Conshohocken, PA, USA, 2017. A.M.T. Hassan, S.W. Jones, G.H. Mahmud, Experimental test methods to determine the uniaxial tensile and compressive behaviour of Ultra High Performance Fibre Reinforced Concrete(UHPFRC), Constr. Build. Mater. 874–882. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2012.04.030. https://kinhdoanhvaphattrien.vn/thong-xe-cau-thang-long-sau-4-thang- sua-chua-8527.html&link=1, (n.d.).
[10] https://www.rampf-group.com/, (n.d.). [11] https://en.wikipedia.org/wiki/Bunker, (n.d.). [12] https://en.wikipedia.org/wiki/Longues-sur-Mer_battery, (n.d.). [13] https://www.istockphoto.com/vi/b%E1%BB%A9c- %E1%BA%A3nh/artillery-battery-of-longues-sur-mer, (n.d.).
[14] K.P. Vishalakshi, V. Revathi, S. Sivamurthy Reddy, Effect of type of coarse aggregate on the strength properties and fracture energy of normal and high strength concrete, Eng. Fract. Mech. 194 (2018) 52–60. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2018.02.029.
[15] K.R. Wu, B. Chen, W. Yao, D. Zhang, Effect of coarse aggregate type on
25
mechanical properties of high-performance concrete, Cem. Concr. Res. 31 (2001) 1421–1425. https://doi.org/10.1016/S0008-8846(01)00588-9. [16] H. Beshr, A.A. Almusallam, M. Maslehuddin, Effect of coarse aggregate quality on the mechanical properties of high strength concrete, Constr. Build. Mater. 17 (2003) 97–103. https://doi.org/10.1016/S0950- 0618(02)00097-1.
[17] S.S. Kim, A. Qudoos, S.H. Jakhrani, J.B. Lee, H.G. Kim, Influence of coarse aggregates and Silica Fume on the mechanical properties, durability, and microstructure of concrete, Materials (Basel). 12 (2019). https://doi.org/10.3390/ma12203324.
[18] H.H. Kim, Đ.V. Bùi, V.C. Bùi, Phương Trinh, Nguyễn, S.T. Hà, V.M. Trần, T.T. Trần, T.P. Huỳnh, Đặc tính vật lý và cơ học bê tông hiệu năng siêu cao khi có và không có sử dụng cốt liệu lớn, in: Hội Nghị Khoa Học Công Nghệ Lần Thứ 12, Tp HCM, Việt Nam, 2012.
fiber
[19] D.Y. Yoo, J.H. Lee, Y.S. Yoon, Effect of fiber content on mechanical and fracture properties of ultra high performance reinforced cementitious composites, Compos. Struct. 106 (2013) 742–753. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2013.07.033.
[20] S.T. Kang, B.Y. Lee, J.K. Kim, Y.Y. Kim, The effect of fibre distribution characteristics on the flexural strength of steel fibre-reinforced ultra high strength concrete, Constr. Build. Mater. 25 (2011) 2450–2457. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2010.11.057.
[21] Z. Wu, C. Shi, W. He, L. Wu, Effects of steel fiber content and shape on mechanical properties of ultra high performance concrete, Constr. Build. Mater. 8–14. (2016) 103 https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.11.028.
[22] D.Y. Yoo, N. Banthia, Mechanical properties of ultra-high-performance fiber-reinforced concrete: A review, Cem. Concr. Compos. 73 (2016) 267–280. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2016.08.001.
[23] M. Orgass, Y. Klug, Fibre Reinforced Ultra-High Strength Concretes, in: Int. Symp. Ultra High Perform. Concr., Kassel, Germany, 2004: pp. 637– 647.
[24] T.B. Việt, Đ. V. Hiếu, L.H. Phúc, L.T. Hùng, T.B. Tú, Nghiên cứu công nghệ bê tông siêu tính năng (UHPC) ứng dụng để thiết kế chế tạo dầm cầu tiết diện chữ U, nhịp 30m, phân đốt căng sau, Xây Dựng. 11 (2022) 108–112.
[25] T.B. Việt, T.T. Kiên, L.T. Hùng, Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng sợi thép đến tính chất của bê tông siêu tính năng - UHPC, Xây Dựng. 5 (2022) 58–62.
26
[26] T.B. Việt, L.T. Hùng, T.B. Tú, Nghiên cứu ảnh hưởng của sợi hỗn hợp đến một số tính chất của UHPC, Xây Dựng. 9 (2022) 70–73.
[27] S. Elavenil, G.M.S. Knight, Impact response of plates under drop weight Impact testing, Daffodil Int. Univ. J. Sci. Technol. 7 (2012).
[28] C.K. Madheswaran, J.K. Dattatreya, P.S. Ambily, P.. Karansingh, Investigation on behaviour of reinforced geopolymer concrete slab under repeated low, Int. J. Innov. Res. Sci. Eng. Technol. 3 (2014) 10775– 10786.
[29] T. Kühn, M. Curbach, Behavior of RC-slabs under impact-loading, EPJ Web Conf. 94 (2015). https://doi.org/10.1051/epjconf/20159401062.
[31]
[30] R. Yu, L. Van Beers, P. Spiesz, H.J.H. Brouwers, Impact resistance of a sustainable Ultra-High Performance Fibre Reinforced Concrete (UHPFRC) under pendulum impact loadings, Constr. Build. Mater. 107 (2016) 203–215. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.12.157. J.Y. Lee, T.F. Yuan, D.Y. Yoo, Y.S. Yoon, Benefits of Using Fiber on Impact Resistance of FRC Slabs, in: MATEC Web Conf., 2017. https://doi.org/10.1051/matecconf/201713803009.
[32] W. Riedel, Beton dynamischen Lasten:meso- unter
und makromechanische Modelle und ihre Parameter, Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut (EMI), Freiburg, 2004.
[33] W. Riedel, N. Kawai, K. ichi Kondo, Numerical assessment for impact strength measurements in concrete materials, Int. J. Impact Eng. 36 (2009) 283–293. https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2007.12.012. [34] T. Borrvall, W. Riedel, The RHT concrete model in LS-DYNA, Proc. 8th (2011). LS-DYNA Users Conf.
Eur. https://www.dynalook.com/conferences/8th-european-ls-dyna- conference/session-12/Session12_Paper1.pdf.
[35] Z. Tu, Y. Lu, Evaluation of typical concrete material models used in hydrocodes for high dynamic response simulations, Int. J. Impact Eng. 36 (2009) 132–146. https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2007.12.010. [36] G. Hu, J. Wu, L. Li, Advanced Concrete Model in Hydrocode to Simulate Concrete Structures under Blast Loading, Adv. Civ. Eng. 2016 (2016). https://doi.org/10.1155/2016/7540151.
[37] C. Sauer, A. Heine, W. Riedel, M. Wickert, Comparison of the RHT Concrete Material Model in LS-DYNA and ANSYS AUTODYNE, in: 11th Eur. LS-DYNA Conf., 2017: pp. 2093–2104.
[38] C.T. Nguyen, V.T. Nguyen, T.T. Le, H.H. Pham, Y. Guang, Ultra High Performance Concrete using a combination of Silica Fume and Ground
27
Granulated Blast-Furnace Slag in Vietnam, in: Int. Conf. Sustain. Built Environ. Now Futur., Ha Noi, 2013: pp. 26–27.
[39] T. Vande Voort, M.T. Suleiman, S. Sritharan, Design and Performance Verification of UHPC Piles for Deep Foundations, 2008.
Compos. (2010) Struct. 92 [40] S.T. Kang, Y. Lee, Y.D. Park, J.K. Kim, Tensile fracture properties of an Ultra High Performance Fiber Reinforced Concrete (UHPFRC) with steel fiber, 61–71. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2009.06.012.
[41] K. Wille, A.E. Naaman, S. El-Tawil, G.J. Parra-Montesinos, Ultra-high performance concrete and fiber reinforced concrete: Achieving strength and ductility without heat curing, Mater. Struct. Constr. 45 (2012) 309– 324. https://doi.org/10.1617/s11527-011-9767-0.
(2011) 25 [42] Y. Şahin, F. Köksal, The influences of matrix and steel fibre tensile strengths on the fracture energy of high-strength concrete, Constr. Build. 1801–1806. Mater. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2010.11.084.
[43] S. Kosmatka, B. Kerkhoff, W. Panarese, N. Everard, K. Elliott, Design and Control of Concrete Mixtures, Portland Cement Association, 2003.
[44] P.K. Mehta, P. J.M.Monteiro, Concrete Microstructure, Properties, and Materials, The McGraw-Hill Companies, United States of America, 2006. [45] CSAA23.3-94, Design of concrete structures. Canadian Standard Association, Ontario, Canada, 1995.
[46] M. Mazloom, A.A. Ramezanianpour, J.J. Brooks, Effect of silica fume on mechanical properties of high-strength concrete, Cem. Concr. Compos. 26 (2004) 347–357. https://doi.org/10.1016/S0958-9465(03)00017-9.
[47] M.J. Shannag, High strength concrete containing natural pozzolan and 399–406. fume, Cem. Concr. Compos. (2000) 22 silica https://doi.org/10.1016/S0958-9465(00)00037-8.
calorimetry isothermal
[48] P. Suraneni, J. Weiss, Examining the pozzolanicity of supplementary and cementitious materials using thermogravimetric analysis, Cem. Concr. Compos. 83 (2017) 273–278. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2017.07.009.
Struct. Constr. (2010) 43 [49] E.H. Kadri, S. Aggoun, G. De Schutter, K. Ezziane, Combined effect of chemical nature and fineness of mineral powders on Portland cement hydration, Mater. 665–673. https://doi.org/10.1617/s11527-009-9519-6.
[50] R.S. Lin, X.Y. Wang, G.Y. Zhang, Effects of quartz powder on the microstructure and key properties of cement paste, Sustain. 10 (2018).
28
https://doi.org/10.3390/su10103369.
[51] L.R.C. Tavares, J.F.T. Junior, L.M. Costa, A.C. da Silva Bezerra, P.R. Cetlin, M.T.P. Aguilar, Influence of quartz powder and silica fume on the (2020) 1–15. performance of Portland cement, Sci. Rep. 10 https://doi.org/10.1038/s41598-020-78567-w.
[52] D. Jau, WC; Tsay, A study of the basic engineering properties of slag cement concrete and its resistance to seawater corrosion, Cem. Concr. Res. 28 (1998) 1363–1371. http://hdl.handle.net/11536/31840.
[53] M.B. Eide, J.-M. Hisdal, Ultra High Performance Fibre Reinforced Concrete (UHPFRC) - State of the art, 2012.
SN Appl. concrete, (2019) Sci. 1 [54] N.M. Sudarshan, T.C. Rao, Experimental investigations on tensile strength behavior and microstructure of ultra-high-performance fiber- reinforced 1–11. https://doi.org/10.1007/s42452-019-0186-0.
[55] P. Máca, R. Sovják, T. Vavřiník, Experimental investigation of mechanical properties of UHPFRC, Procedia Eng. 65 (2013) 14–19. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2013.09.004.
(2013) 44 [56] V.T. Nguyen, M. Orgass, J. Ma, Influence of addition method of suplerplasticizer on the properties of fresh UHPC, in: Second Int. Symp. Ultra High Perform. Concr., Kassel, Germany, 2008: pp. 93–100. [57] M. Courtial, M.N. De Noirfontaine, F. Dunstetter, M. Signes-Frehel, P. Mounanga, K. Cherkaoui, A. Khelidj, Effect of polycarboxylate and crushed quartz in UHPC: Microstructural investigation, Constr. Build. Mater. 699–705. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2013.03.077.
[58] T. Afroughsabet, Vahid; Biolzi, Luigi; Ozbakkaloglu, High-performance fiber-reinforced concrete: a review, J. Mater. Sci. 51 (2016) 6517–6551. https://doi.org/DOI 10.1007/s10853-016-9917-4.
[59] G. Laird II, J.S. Epstein, Fracture Mechanics and Finite Element Analysis, Mech. Eng. (1992) 69–73.
[60] D.H. Phạm, N.L. Nguyễn, Đ.V. Đông, D.A. Phạm, Bê tông cường độ cao và chất lượng cao, Hà Nội, 2008.
[61] S. Liu, L. Li, Z. Wang, J. Wang, M. Rao, Study on Strength and Microstructure of Cement Pastes Containing Limestone Powder under Flowing Acid Solution Condition, ISRN Ceram. 2012 (2012) 1–6. https://doi.org/10.5402/2012/719636.
[62] T. Imtiaz, A. Ahmed, M.D. Sahadat Hossain, M. Faysal, Microstructure analysis and strength characterization of recycled base and sub-base
29
materials using scanning electron microscope, Infrastructures. 5 (2020). https://doi.org/10.3390/INFRASTRUCTURES5090070.
(2013) 19 [63] M. Guedes, L. Evangelista, J. De Brito, A.C. Ferro, Microstructural characterization of concrete prepared with recycled aggregates, Microsc. Microanal. 1222–1230. https://doi.org/10.1017/S1431927613001463.
[64] Đ.V. Bùi, Bài giảng Vật liệu Xây dựng, Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM, 2013.
[65] H. Martin-SanZ, E. Chatzi, E. Bruhwiler, The Use of Ultra high Performance fiber reinforced cement-based composites in rehabilitation projects: A review, in: 9th Int. Conf. Fract. Mech. Concr. Concr. Struct., Berkeley, USA, 2016.
[68] [66] V.T. Nguyễn, H.H. Kim, Dự án sữa chữa mặt cầu Thăng Long bằng vật liệu UHPC, Chỉ dẫn kỹ thuật về yêu cầu đánh giá chất lượng của UHPC và đề xuất phương pháp thi công trên cầu, Cộng Hòa Áo, 2020. [67] Concrete structures under impact and impulsive loading, in: n°87, Comité Euro-International du Béton, CEB Bulletin 187, Lausanne, Switzerland, 1988. J. Eibl, Soft and Hard Impact. Concrete for Hazard Protection, Concr. Soc. (1987) 175–186.
[69] P. Kœchlin, S. Potapov, Classification of soft and hard impacts- Application to aircraft crash, Nucl. Eng. Des. 239 (2009) 613–618. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2008.10.016.
[70] Q.M. Li, S.R. Reid, H.M. Wen, A.R. Telford, Local impact effects of hard missiles on concrete targets, Int. J. Impact Eng. 32 (2005) 224–284. https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2005.04.005.
[71] N. Brown, M. Jacobs, P.S. Bulson, Impact and Perforation of Mild Steel Pipes by Low Velocity Missiles, Struct. Under Shock Impact II, Comput. Mech. Publ. (1992) 39–50.
[72] S.. Perry, I.. Brown, G. Dinic, Factors Inluencing the Response of Concrete Slabs to Impact, in: Struct. Impact Crashworthies Vol. 2- Conference Pap., Elsevier Applied Science Publishers, Essex, England, 1984: pp. 617–627.
[73] S.G. Millard, T.C.K. Molyneaux, S.J. Barnett, X. Gao, Dynamic enhancement of blast-resistant ultra high performance fibre-reinforced concrete under flexural and shear loading, Int. J. Impact Eng. 37 (2010) 405–413. https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2009.09.004.
[74] R.J. Thomas, A.D. Sorensen, Review of strain rate effects for UHPC in
30
Build. Mater. Constr. 153 (2017) 846–856. tension, https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.07.168.
[75] D.A. Abrams, ffect of rate of application of load on the compressive strength of concrete, ASTM J. 17(2) (1917) 70–78.
[76] P.. Bischoff, S.. Perry, Compressive behaviour of concrete at high strain rates, Mater. Struct. 24 (1991) 425–450.
[77] L.. Malvar, C.. Ross, Review of strain rate effects for concrete in tension, ACI Mater. J. 95 (1998) 735–739.
[78] S.H. Park, D.J. Kim, S.W. Kim, Investigating the impact resistance of ultra-high-performance fiber-reinforced concrete using an improved strain energy impact test machine, Constr. Build. Mater. 125 (2016) 145– 159. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.08.027.
[79] ASTM C39/C39M-01, Standard Test Method for Compressive Strength of Cylindrical Concrete Specimens, ASTM, West Conshohocken, PA, USA, 2012.
[80] A.C.– 10, Standard Test Method for Static Modulus of Elasticity and Poisson’s Ratio of Concrete in Compression, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, USA, 2010.
[81] ACI318-14, Building Code Requirements for Structural Concrete, American Concrete Institute, USA, 2014.
[82] Eurocode2, EN 1992-1-1:2004 Design of concrete structures - Part 1-1 : General rules and rules for buildings, Europea Commitiee for Standardization, Brussels, 2004.
[83] Model Code 2010, International Federation for Structural Concrete (fib), Switzerland, 2010.
[84] Rilem TC 162 - TDF: Test and design methods for steel fibre reinforced concrete. Bending test. Final Recommendation, Mater. Struct. 35 (2002) 579–582. https://doi.org/10.1007/bf02483127.
(2010) Eng. 41 [85] F. Bencardino, L. Rizzuti, G. Spadea, R.N. Swamy, Experimental evaluation of fiber reinforced concrete fracture properties, Compos. Part B 17–24. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2009.09.002.
[86] H. Kim, P. Hadl, V.T. Nguyen, A New Mix Design Method for UHPC based on Stepwise Optimization of Particle Packing Density, in: First Int. Interact. Symp. UHPC, First International Interactive Symposium on UHPC, 2016: pp. 1–8. https://doi.org/10.21838/uhpc.2016.66.
[87] N. Raj, S.G. Patil, B. Bhattacharjee, Concrete Mix Design By Packing Density Method, IOSR J. Mech. Civ. Eng. 11 (2014) 34–46.
31
https://doi.org/10.9790/1684-11213446.
[88] S. Yong, W. Zonglin, G. Qingfei, L. Chenguang, A new mixture design methodology based on the Packing Density Theory for high performance concrete in bridge engineering, Constr. Build. Mater. 182 (2018) 80–93. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.06.062. [89] T. Teichmann, M. Schmidt, Influence of the packing density of fine particles on structure, strength, and durability of UHPC, in: Proc. Int. Symp. Ultra High Perform. Concr., 2004: pp. 313–323.
J. 5 Int. [90] V. Wong, K.W. Chan, A.K.H. Kwan, Applying Theories of Particle Packing and Rheology to Concrete for Sustainable Development, Organ. Technol. Manag. Constr. An (2013) 844–851. https://doi.org/10.5592/otmcj.2013.2.3.
(Basel). (2021) 14 [91] S. Park, S. Wu, Z. Liu, S. Pyo, The Role of Supplementary Cementitious Materials (SCMs) in Ultra High Performance Concrete (UHPC): A 1–24. Materials Review, https://doi.org/10.3390/ma14061472.
[92] H. Yazici, M.Y. Yardimci, H. Yiǧiter, S. Aydin, S. Türkel, Mechanical properties of reactive powder concrete containing high volumes of ground granulated blast furnace slag, Cem. Concr. Compos. 32 (2010) 639–648. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2010.07.005.
(2018) Mater. 163 [93] O.M. Abdulkareem, A. Ben Fraj, M. Bouasker, A. Khelidj, Mixture design and early age investigations of more sustainable UHPC, Constr. 235–246. Build. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.12.107.
[94] R. Yu, P. Spiesz, H.J.H. Brouwers, Development of an eco-friendly Ultra- High Performance Concrete (UHPC) with efficient cement and mineral admixtures uses, Cem. Concr. Compos. 55 (2015) 383–394. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2014.09.024.
[96]
(2016) Eng. 150 [95] H. Shin, D. Yoo, J. Lee, S. Lee, Y. Yoon, Optimized mix design for 180 MPa ultra-high-strength concrete, J. Mater. Res. Technol. 8 (2019) 4182– 4197. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2019.07.027. J. Ma, M. Orgass, F. Dehn, D. Schmidt, V.T. Nguyen, Comparative Investigations on Ultra-High Performance Concrete with and without Coarse Aggregates, in: C.G. M. Schmidt, E. Fehling (Ed.), Proc. Int. Symp. Ultra High Perform. Concr., Kassel, Germany, 2004: pp. 205–212. [97] K. V. Schuldyakov, L.Y. Kramar, B.Y. Trofimov, The Properties of Slag Cement and its Influence on the Structure of the Hardened Cement Paste, 1433–1439. Procedia https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.07.202.
32
[99]
629–630 [98] Z. Liu, S. El-Tawil, W. Hansen, F. Wang, Effect of slag cement on the properties of ultra-high performance concrete, Constr. Build. Mater. 190 (2018) 830–837. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.09.173. J. Yang, G.F. Peng, Y.X. Gao, H. Zhang, Mechanical properties and durability of ultra-high performance concrete incorporating coarse aggregate, Key 96–103. (2015) Eng. Mater. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.629-630.96.
Performance Concrete, Buildings. 13 [100] V.T.H. Chu, V.D. Bui, T.V. Nguyen, Effect of Combining the Aggregate Grading with Cementitious Composition on Mechanical Properties of Ultra-High (2023). https://doi.org/10.3390/buildings13010248.
[101] E. Douglas, A. Bilodeau, V.M. Malhotra, Properties and Durability of Alkali-Activated Slag Concrete, ACI Mater. J. 89 (1992) 509–516. https://doi.org/10.14359/1832.
[102] K. Veiga, A.L.G. Gastaldini, Sulfate attack on a white Portland cement with activated slag, Constr. Build. Mater. 34 (2012) 494–503. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2012.02.090.
[103] W. Chen, H.J.H. Brouwers, The hydration of slag, part 2 : reaction models 444–464. J Mater blended (2007) Sci. cement, for https://doi.org/10.1007/s10853-006-0874-1.
[104] J. Yang, D. Li, Y. Fang, Effect of synthetic CaO-Al2O3-SiO2-H2O on the early-stage performance of alkali-activated slag, Constr. Build. Mater. 167 (2018) 65–72. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.01.148.
[105] S. Teng, T.Y.D. Lim, B. Sabet Divsholi, Durability and mechanical properties of high strength concrete incorporating ultra fine ground granulated blast-furnace slag, Constr. Build. Mater. 40 (2013) 875–881. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2012.11.052.
[106] M. Kitazume, Masaki; Terashi, The Deep Mixing Method, Tokyo: CRC, 2013.
[107] Z. Yu, L. Wu, Z. Yuan, C. Zhang, T. Bangi, Mechanical properties, durability and application of ultra-high-performance concrete containing coarse aggregate (UHPC-CA): A review, Constr. Build. Mater. 334 (2022) 127360. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.127360. [108] F. Wu, L. Xu, Y. Chi, Y. Zeng, F. Deng, Q. Chen, Compressive and flexural properties of ultra-high performance fiber-reinforced cementitious composite: The effect of coarse aggregate, Compos. Struct. 236 (2020). https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2019.111810.
[109] D.N. Richardson, Strength and Durability Characteristics of a 70% Ground Granulated Blast Furnace Slag (GGBFS) Concrete Mix, 2006.
33
Constr. (2008) Struct. [110] E. Güneyisi, M. Gesoğlu, A study on durability properties of high- performance concretes incorporating high replacement levels of slag, Mater. 479–493. 41 https://doi.org/10.1617/s11527-007-9260-y.
[111] P. Duan, Z. Shui, W. Chen, C. Shen, Effects of metakaolin, silica fume and slag on pore structure, interfacial transition zone and compressive strength of concrete, Constr. Build. Mater. 44 (2013) 1–6. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2013.02.075.
[112] S. Masoumi, S. Zare, H. Valipour, A.M.J. Qomi, Effective Interactions between Calcium-Silicate-Hydrate Nanolayers, J. Phys. Chem. C. 123 (2019) 4755–4766. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.8b08146.
[113] Y.L. Lee, W.H. Wang, F.H. Lin, C.P. Lin, Hydration behaviors of calcium silicate-based biomaterials, J. Formos. Med. Assoc. 116 (2017) 424–431. https://doi.org/10.1016/j.jfma.2016.07.009.
[114] U.P. Zimmer, H.-H. Reuter, Concrete Testing Compact, Verlag Bau+Technik GMgH, Erkrath, Allemagne, 2017.
[115] ASTM C78/C78M-18, Standard Test Method for Flexural strength of Concrete (Using Simple Beam with Third-point Loading), ASTM, West Conshohocken, PA, USA, 2018.
[116] J. Liu, F. Han, G. Cui, Q. Zhang, J. Lv, L. Zhang, Z. Yang, Combined effect of coarse aggregate and fiber on tensile behavior of ultra-high performance concrete, Constr. Build. Mater. 121 (2016) 310–318. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.05.039.
[117] ANSYS V19.1, Ansys Inc., Canonsburg, Pennsylvania, American, 2019. [118] W. Riedel, K. Thoma, S. Hiermaier, Penetration of Reinforced Concrete by BETA-B-500 Numerical Analysis Using a New Macroscopic Concrete Model for Hydrocodes, in: Proc 9, ISIEMS, Berlin, 1999: pp. 315–322.
2022 Eng. Sci. [119] H.F. Tian, T. Bao, Z. Li, H. Peng, S. You, S.L. Xiao, Determination of Constitutive Parameters of Crystalline Limestone Based on Improved (2022). RHT Model, Adv. Mater. https://doi.org/10.1155/2022/3794898.
[120] C. Grunwald, B. Schaufelberger, A. Stolz, W. Riedel, T. Borrvall, A general concrete model in hydrocodes: Verification and validation of the Riedel–Hiermaier–Thoma model in LS-DYNA, Int. J. Prot. Struct. 8 (2017) 58–85. https://doi.org/10.1177/2041419617695977.
[121] W. Herrmann, Constitutive equation for the dynamic compaction of ductile porous materials, J. Appl. Phys. 40(6) (1969) 2490–2499.
34
