Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu sức kháng va chạm tốc độ thấp của bê tông tính năng siêu cao

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:38

Thêm vào BST

Báo xấu

2
lượt xem 0
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật "Nghiên cứu sức kháng va chạm tốc độ thấp của bê tông tính năng siêu cao" được nghiên cứu với mục tiêu: Xác định phương pháp thử nghiệm, chế tạo thiết bị thí nghiệm và thực hiện thử nghiệm sức kháng va chạm tốc độ thấp của vật liệu BTTNSC theo phương pháp tải trọng rơi. Trên cơ sở đó tiến hành thử nghiệm và đánh giá khả năng chịu va chạm tốc độ thấp của cấu kiện bản bằng BTTNSC.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu sức kháng va chạm tốc độ thấp của bê tông tính năng siêu cao

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI 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 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÀ NỘI - 2025
Công trình được hoàn thành tại : Trường Đại học Giao thông Vận tải Người hướng dẫn khoa học 1: PGS. TS. Hoàng Hà Trường Đại học Giao thông Vận tải Người hướng dẫn khoa học 2: PGS. TS. Phạm Duy Anh Trường Đại học Giao thông Vận tải Phản biện 1: ..……………………………………………………… ..……………………………………………………………………. Phản biện 2: ..……………………………………………………… ..……………………………………………………………………. Phản biện 3: ..……………………………………………………… ..……………………………………………………………………. Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp nhà nước họp tại trường Đại học Giao thông Vận tải vào hồi …….. giờ ….. ngày ….. tháng ….. năm 2025 Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: - Thư viện quốc gia Việt Nam. - Thư viện trường Đại học Giao thông Vận tải
1 MỞ ĐẦU Bê tông tính năng siêu cao (BTTNSC) là một thế hệ bê tông mới với nhiều tính năng vượt trội so với bê tông truyền thống và bê tông cường độ cao. Đặc điểm nổi bật của BTTNSC là cường độ chịu nén trên 120MPa, cường độ chịu kéo uốn trên 15MPa, khả năng hấp thụ năng lượng (hay sức kháng va chạm), khả năng chịu tải trọng lặp lớn, và đặc biệt có độ bền rất cao. Với khả năng chịu va chạm cao, BTTNSC được đánh giá là vật liệu có tiềm năng ứng dụng cho các bộ phận kết cấu công trình chịu tác động của va chạm và tác động nổ. Tính cấp thiết của đề tài: Các nghiên cứu về va chạm của BTTNSC chưa nhiều, và chủ yếu nghiên cứu với va chạm tốc độ cao để phục vụ mục đích an ninh, quốc phòng. Rất ít nghiên cứu về sức kháng va chạm tốc độ thấp để có thể ứng dụng cho lĩnh vực xây dựng dân dụng. Mục đích nghiên cứu: xác định phương pháp thử nghiệm, chế tạo thiết bị thí nghiệm và thực hiện thử nghiệm sức kháng va chạm tốc độ thấp của vật liệu BTTNSC theo phương pháp tải trọng rơi. Trên cơ sở đó tiến hành thử nghiệm và đánh giá khả năng chịu va chạm tốc độ thấp của cấu kiện bản bằng BTTNSC. Đối tượng nghiên cứu: vật liệu BTTNSC có cường độ trung bình 120MPa và 130MPa và cấu kiện bản hình vuông bằng BTTNSC. Phạm vi nghiên cứu: va chạm tốc độ thấp (vận tốc va chạm dưới 11 m/s) theo phương pháp tải trọng rơi; vật liệu BTTNSC có cường độ chịu nén 120MPa - 130MPa chứa hàm lượng cốt sợi 2,0 đến 2,5%.
2 Các thử nghiệm được thực hiện trên các thiết bị thử va chạm chế tạo tại Việt Nam. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: góp phần bổ sung kiến thức và số liệu thực nghiệm về khả năng kháng va chạm tốc độ thấp của BTTNSC và kết cấu bản bằng BTTNSC. Đồng thời chỉ dẫn cho việc lựa chọn hàm lượng cốt sợi thép để thiết kế và chế tạo các kết cấu bằng BTTNSC chịu tải trọng va chạm tốc độ thấp ứng dụng trong xây dựng dân dụng và giao thông. Các kết quả nghiên có thể là tài liệu tham khảo tốt cho việc nghiên cứu về sức kháng va chạm của BTTNSC. Cấu trúc của đề tài: gồm phần Mở đầu, 4 chương và phần Kết luận và Kiến nghị. Các nội dung chính gồm: Chương 1 – Tổng quan về vật liệu và khả năng chịu tải trọng va chạm của BTTNSC Chương 2 – Lý thuyết về ức kháng va chạm của vật liệu và kết cấu bê tông tính năng cao và siêu cao Chương 3 – Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá sức kháng va chạm của vật liệu BTTNSC cốt sợi thép Chương 4 – Nghiên cứu thực nghiệm ứng xử của kết cấu bản bằng BTTNSC cốt sợi thép chịu tác động của tải trọng va chạm tốc độ thấp
3 Chương 1. Tổng quan về vật liệu và khả năng chịu tải trọng va chạm của BTTNSC 1.1. Giới thiệu về Bê tông tính năng siêu cao Bê tông tính năng siêu cao – BTTNSC (Ultra High Performance Concrete – UHPC) hay còn được gọi là bê tông chất lượng siêu cao (BTCLSC) là một thế hệ bê tông mới với nhiều tính năng vượt trội so với bê tông truyền thống và bê tông cường độ cao. Đặc điểm nổi bật của BTTNSC là cường độ chịu nén trên 120MPa, cường độ chịu kéo uốn trên 15MPa, khả năng hấp thụ năng lượng (hay sức kháng va chạm) và khả năng chịu tải trọng lặp lớn, và đặc biệt có độ bền rất cao. Các đặc tính này đạt được do tối ưu hoá thành phần, tỷ lệ N/CKD thấp và sử dụng cốt sợi tăng cường. Tiêu chuẩn Thụy Sỹ định nghĩa BTTNSC là vật liệu composite được sản xuất từ xi măng, cốt liệu, nước, phụ gia và cốt sợi ngắn. Nó có độ đặc cao nên không thấm chất lỏng, có giá trị cường độ chịu nén đặc trưng với mẫu lập phương ở tuổi 28 ngày lớn hơn 120 N/mm2. [78] 1.2. Thành phần, tính chất và các ứng dụng của BTTNSC Thành phần cơ bản của BTTNSC gồm xi măng, nước, phụ gia khoáng hoạt tính, chất bột trơ, cốt liệu, phụ gia siêu dẻo và cốt sợi. Một số đặc tính kỹ thuật của BTTNSC gồm: độ chảy, cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo dọc trục, cường độ chịu ép chẻ, cường độ chịu kéo khi uốn, mô đun đàn hồi và hệ số Poát-xông. Các ứng dụng BTTNSC trong kết cấu chịu tác động va chạm gồm ứng dụng trong công trình cầu, ứng dụng trong xây dựng dân dụng, và các ứng dụng khác.
4 1.3. Các nghiên cứu về sức kháng va chạm của vật liệu bê tông và BTTNSC trên thế giới và tại Việt Nam Một số nghiên cứu thực nghiệm đã được thực hiện để tìm hiểu khả năng kháng va chạm của bê tông và BTTNSC [22], [23], [27], [39], [41], [44], [51], [60], [53], [62], [82], [85], [88]. Tại Việt Nam cũng đã nghiên cứu về sức kháng va chạm của vật liệu và kết cấu từ vật liệu gốc xi măng nói chung và của BTTNSC [2],[4],[5], [13]. Đa phần các nghiên cứu với va chạm tốc độ cao như đạn bắn, nổ,... và đánh giá khả năng kháng va chạm thông qua quan sát mức độ hư hỏng của kết cấu sau khi chịu va chạm. 1.4. Kết luận Chương 1 Mục tiêu Luận án sẽ tập trung nghiên cứu các vấn đề sau: + Lựa chọn phương pháp xác định mô hình thử nghiệm sức kháng va chạm của vật liệu và kết cấu BTTNSC dưới tác dụng của tải trọng va chạm tốc độ thấp (tốc độ va chạm dưới 11 m/s); + Thiết kế và thử nghiệm thành phần cấp phối của BTTNSC có cường độ 120MPa và 130MPa sử dụng vật liệu tại Việt Nam; + Thử nghiệm tính năng chịu va chạm nén của BTTNSC; + Nghiên cứu thực nghiệm khả năng chịu va chạm của bản bằng BTTNSC chịu tác động của va chạm tốc độ thấp. Phạm vi nghiên cứu của Luận án: + BTTNSC có cường độ chịu nén 120 – 130MPa. + Tải trọng va chạm tốc độ thấp (dưới 11 m/s). + Thử nghiệm trên các thiết bị va chạm chế tạo tại Việt Nam.
5 Chương 2. Lý thuyết về sức kháng va chạm của vật liệu và kết cấu bê tông tính năng cao và siêu cao 2.1. Cơ sở của lý thuyết va chạm giữa các vật thể rắn đàn hồi Sức kháng va chạm là khả năng của vật liệu chịu sự tác dụng của tải trọng lớn hoặc đột ngột trong thời gian ngắn (tải trọng va chạm). Sức kháng va chạm thường được biểu thị bằng khả năng hấp thụ năng lượng của vật liệu đến khi bị phá vỡ, nó phụ thuộc vào cường độ và độ dẻo (ductility) của vật liệu. Sức kháng va chạm của kết cấu là khả năng hấp thụ và tiêu tán năng lượng do va chạm tác động lên kết cấu mà gây phá hoại hoặc ảnh hưởng đến tính năng làm việc của kết cấu. Mô hình va chạm 2 khối lượng có thể được biểu diễn bằng phương trình vi phân (2.1) 𝑚1 𝑥̈ 1 (𝑡) + 𝑘1 [𝑥1 (𝑡) − 𝑥2 (𝑡)] = 0 (2.1) { 𝑚2 𝑥̈ 2 (𝑡) + 𝑘1 [𝑥1 (𝑡) − 𝑥2 (𝑡)] + 𝑘2 𝑥2 (𝑡) = 0 Trong đó: m1 và m2 là khối lượng của vật va chạm và vật bị va chạm; k1 và k2 là hệ số đàn hồi (hay độ cứng) của vật va chạm và vật bị va chạm; x1(t) và x2(t) là dịch chuyển của vật va chạm và vật bị va chạm sau va chạm. Tùy theo tương quan giữa x1 và x2 tương ứng với các dạng va chạm mềm (x1 >> x2) hoặc va chạm cứng (x1
6 Các phương pháp thí nghiệm va chạm tốc độ thấp gồm: thí nghiệm tải trọng rơi, thí nghiệm kiểu con lắc Charpy, thí nghiệm thanh chia áp lực Hopkinson, thí nghiệm tốc độ biến dạng nhanh, thí nghiệm va chạm có thiết bị đo tự động. 2.3. Các tiêu chí đánh giá sức kháng va chạm của vật liệu và kết cấu BTTNSC Các phương pháp đánh giá sức kháng va chạm của vật liệu BTTNSC gồm: đánh giá thông qua số lần chịu va đập (theo ACI 544.2R-89), đánh giá thông qua năng lượng va chạm, đánh giá thông qua khả năng hấp thụ năng lượng va chạm một lần, đánh giá thông qua hệ số tăng động (DIF). Đánh giá sức kháng va chạm tổng thể của kết cấu có thể căn cứ vào khả năng hấp thụ năng lượng va chạm từ quan hệ giữa lực và chạm với chuyển vị (hay độ võng) tại vị trí va chạm. Cũng có thể đánh giá thông qua mức độ hư hỏng tổng thể của kết cấu (tổng) dựa trên sự thay đổi độ cứng của kết cấu do tác động của va chạm. 2.4. Kết luận Chương 2 Chương 2 giải quyết các vấn đề về lý thuyết cho việc lựa chọn mẫu thử, phương pháp thí nghiệm tải trọng rơi cho thử nghiệm va chạm 1 lần hoặc va chạm lặp (nhiều lần). Phương pháp thí nghiệm cần xác định dạng phá hoại (nén, uốn, cắt, thủng) Phương pháp đánh giá khả năng kháng va chạm sử dụng năng lượng và độ dai va chạm.
7 Chương 3. Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá sức kháng va chạm của vật liệu BTTNSC cối sợi thép 3.1. Mở đầu Chương 3 giải quyết các nội dung sau: Lựa chọn vật liệu, thiết kế thành phần và thử nghiệm tính năng của BTTNSC sử dụng các vật liệu và thiết bị sẵn có tại Việt Nam. Thử nghiệm khả năng chịu va chạm của BTTNSC theo phương pháp tải trọng rơi lặp và phân tích kết quả. 3.2. Vật liệu thí nghiệm Thành phần BTTNSC trong thí nghiệm sử dụng các vật liệu sẵn có ở Việt Nam gồm: - Xi măng PC50 Nghi Sơn theo TCVN 6282:2009; - Phụ giá khoáng hoạt tính: Silica Fume SF-90 của Vina Pacific theo ASTM C1240-05; - Bột quartz: loại Quartz 10 Micron nhập khẩu từ Ấn Độ; - Cốt liệu: sử dụng phối hợp 2 loại cát thạch anh có cỡ hạt 0,15-0,63 và 0,63-0,9 khai thác tại mỏ cát Phong Điền, tỉnh Thừa Thiên – Huế. - Phụ gia siêu dẻo dùng Sika Viscocrete 3000 – 20M phù hợp với loại G theo ASTM C494. - Cốt sợi thép sử dụng loại sợi thép rất nhỏ (steel micro fiber) thương hiệu Sapen, nhập khẩu Trung Quốc. 3.3. Thành phần vật liệu Thành phần mẫu thử cho BTTNSC nhóm 1 có cường độ 120MPa và 130 MPa sử dụng cốt sợi thép với hàm lượng 0,0%, 1,0 % và 1,5% (theo thể tích) (Bảng 3.10).
8 Thành phần mẫu thử cho BTTNSC nhóm 2 có cường độ 120MPa và 130 MPa sử dụng cốt sợi thép với hàm lượng 2,0% và 2,5% (theo thể tích) như Bảng 3.2. Bảng 3.10. Thành phần vật liệu và ký hiệu BTTNSC nhóm 1 Ký hiệu mẫu Vật liệu M130 M120 M130 M120 M130 M120 S0,0 S0,0 S1,0 S1,0 S1,5 S1,5 Cát 0,63-0,9 (kg) 800,5 796,1 792,5 788,2 788,5 784,2 Cát 0,15-0,63 (kg) 341,3 424,6 337,9 420,4 336,2 418,2 XM PC50 (kg) 778,3 707,7 770,5 700,6 766,6 697 Bột Quartz (kg) 147,9 134,5 146,4 133,1 145,7 132,4 Silica fume (kg) 155,7 148,6 154,1 147,1 153,3 146,4 Nước (kg) 173,7 178,1 172,0 176,3 171,1 175,4 Siêu dẻo (kg) 18,70 15,40 18,49 15,26 18,40 15,18 Cối sợi thép (kg) 0,00 0,00 78,50 78,5 117,8 117,8 Tỷ lệ SF/X 0,20 0,21 0,20 0,21 0,20 0,21 Tỷ lệ N/CKD 0,20 0,22 0,22 0,20 0,22 0,22 Bảng 3.11. Thành phần vật liệu và ký hiệu BTTNSC nhóm 2 Ký hiệu mẫu Vật liệu M130 M120 M130 M120 S2,0 S2,0 S2,5 S2,5 Cát 0,63-0,9 (kg) 784,5 780,2 780,5 776,2 Cát 0,15-0,63 (kg) 334,5 416,1 332,8 414 XM PC50 (kg) 762,7 693,5 758,8 690 Bột Quartz (kg) 144,9 131,8 144,2 131,1 Silica fume (kg) 152,5 145,6 151,8 144,9 Nước (kg) 170,24 174,54 169,37 173,7 Siêu dẻo (kg) 18,31 15,1 18,21 15,03 Cối sợi thép (kg) 157 157 196,3 196,3 Tỷ lệ SF/X 0,20 0,21 0,20 0,21 Tỷ lệ N/CKD 0,20 0,22 0,20 0,22
9 3.4. Chế tạo mẫu thử Để nhào trộn hỗn hợp BTTNSC sử dụng máy trộn gồm 2 cánh trộn tốc độ cao có thể điều chỉnh tốc độ từ 0 đến 160 vòng/phút, thùng trộn có tốc độ quay 0 đến 15 vòng/phút. Trình tự nhào trộn BTTNSC gồm 4 giai đoạn với tổng thời gian nhào trộn là 12 phút, bao gồm: trộn khô (2 ph), trộn ướt tốc độ chậm (4 ph), trộn ướt tốc độ cao (4 ph), trộn cốt sợi (2 ph). 3.5. Kết quả thí nghiệm tính năng của BTTNSC Thực hiện thí nghiệm các tính năng của BTTNSC bao gồm cường độ chịu nén mẫu trụ theo tiêu chuẩn ASTM C39, cường độ chịu kéo uốn theo tiêu chuẩn NF P18-470, cường độ chịu ép chẻ theo tiêu chuẩn ASTM C496, và mô đun đàn hồi theo tiêu chuẩn ASTM C496. Kết quả được tổng hợp như trong bảng 3.27. 3.6. Xác định phương pháp thí nghiệm và chế tạo thiết bị Phương pháp thí nghiệm để nghiên cứu sức kháng của vật liệu BTTNSC dựa trên cơ sở thiết bị và mẫu thử theo chỉ dẫn của Tiêu chuẩn ACI 544.2R-89 như sau: Hình 3.14. Thiết bị thí nghiệm, sơ đồ cắt mẫu và thiết bị cắt mẫu
10 + Mẫu thử hình đĩa đường kính D =150mm, chiều cao H = 63,5mm. Phương pháp chế tạo mẫu bằng cách cắt từ mẫu hình trụ đường kính D =150mm, chiều cao H = 300mm. + Quả nặng có khối lượng 10kg, chiều cao thả rơi 1000mm. + Quy trình thí nghiệm tải trọng va chạm lặp, đếm số lần va chạm cho đến khi hình thành vết nứt đầu tiên và số lần va chạm cho đến khi phá hoại mẫu theo Tiêu chuẩn ACI 544.2R-89. Thiết bị thí nghiệm và quy trình chế tạo mẫu thử trình bày trên Hình 3.14. 3.7. Thực nghiệm sức kháng va chạm của BTTNSC Thử nghiệm sức kháng va chạm theo chỉ dẫn của ACI 544.2R-89, đếm số lần thả quả nặng tác dụng va chạm lên mẫu đến khi mẫu xuất hiện vết nứt nhìn thấy đầu tiên và đến khi mẫu bị phá hoại hoại (vết nứt mở rộng đến khi cạnh mẫu chạm vào 2 cạnh đối diện của khung định vị cách mép mẫu ban đầu 5mm). Tính toán năng lượng va chạm và độ bền chống va chạm theo các công thức (3.7), (3.8), (3.9) và (3.10). 1 𝐸1 = N1 . m. v 2 = N1 . m. g. H (J) (3.7) 2 1 E2 = N2 . m. v 2 = N2 . m. g. H (J) (3.8) 2 E1 a1 = (J/cm3 ) (3.9) V E2 a2 = (J/cm3 ) (3.10) V Trong đó: E1 – năng lượng va chạm gây vết nứt đầu tiên (J) và E2 – năng lượng va chạm gây phá hủy mẫu (J) N1 – Số lần thả quả nặng gây vết nứt đầu tiên;
11 N2 – Số lần thả quả nặng gây phá huỷ mẫu; m – khối lượng quả nặng (kg), m = 10 (kg); v – vận tốc quả nặng khi va chạm (m/s); g – gia tốc trọng trường (m/s2), g = 9,81 (m/s2); H – chiều cao thả quả nặng (m), H = 1,00 (m). a1 – độ bền chống va chạm khi xuất hiện vết nứt (J/cm3) a2 – độ bền chống va chạm khi mẫu phá hủy (J/cm3) V – thể tích mẫu (cm3) Kết quả thử nghiệm được biểu diễn trên biểu đồ Hình 3.16 và Hình 3.17. Hình 3.16. Biểu đồ năng lượng Hình 3.17. Biểu đồ độ bền kháng gây vết nứt đầu tiên (E1) và gây va chạm tại vết nứt đầu tiên (a1) phá hủy (E2) của BTTNSC có và khi phá hủy (a2) của BTTNSC cường độ 120MPa và 130MPa với có cường độ 120MPa và 130MPa hàm lượng cốt sợi khác nhau với hàm lượng cốt sợi khác nhau (hàm lượng cốt sợi 0,0%, 1,0%, (hàm lượng cốt sợi 0,0%, 1,0%, 1,5%, 2,0% và 2,5%) 1,5%, 2,0% và 2,5%) Kết quả thí nghiệm cho thấy, khi sử dụng cốt sợi thép với hàm lượng từ 1,0% đến 2,5% (theo thể tích), khả năng kháng va chạm của BTTNSC tăng lên rõ rệt. Với BTTNSC có cường độ 120MPa và 130MPa, độ bền chống va chạm trung bình ở vết nứt đầu tiên của các
12 mẫu tăng 3,98 và 4,54 lần; và tăng tương ứng 3,56 và 4,14 lần khi mẫu bị phá hủy. Với cùng hàm lượng cốt sợi thép trong phạm vi từ 1,0% đến 2,5% (theo thể tích), khi cường độ BTTNSC tăng từ 120MPa lên 130MPa thì khả năng kháng va chạm cũng tăng đáng kể. Độ bền chống va chạm gây ở vết nứt đầu tiên của các mẫu đều tăng trên 30%, độ bền chống va chạm khi mẫu phá hủy tăng từ 7,12% (với mẫu chứa 1,0% cốt sợi thép) đến 28,4% (với mẫu chứa 2,0% cốt sợi thép). Dùng phương pháp bình phương nhỏ nhất xác định được phương trình tương quan giữa năng lượng va chạm gây vết nứt đầu tiên và gây phá hủy vật liệu của BTTNSC cốt sợi thép như công thức (3.13) và (3.14). 𝐸1 = −0,158 + 0,034𝑓𝑐 − 8,24𝑉𝑓 + 0,0727𝑓𝑐 . 𝑉𝑓 (3.13) − 0,00028𝑓𝑐2 + 0,413𝑉𝑓2 (𝑘𝐽) với phương sai trung bình S2 = 0,079 𝐸2 = −154,7 + 2,48𝑓𝑐 − 9,55𝑉𝑓 + 0,131𝑓𝑐 . 𝑉𝑓 (3.14) − 0,0101𝑓𝑐2 − 0,1443𝑉𝑓2 (𝑘𝐽) với phương sai trung bình S2 = 0,087 Trong đó: E1 – năng lượng va chạm trung bình gây vết nứt đầu tiên (kJ); E2 – năng lượng va chạm trung bình gây phá hủy vật liệu (kJ); fc là cường độ của bê tông (MPa), fc = 120 – 140MPa ; Vf là hàm lượng cốt sợi thép (% theo thể tích), Vf = 1,0% - 2,5%. Các hàm hồi quy (3.13) và (3.14) cho thấy trong khoảng biến thiên cường độ BTTNSC từ 120 – 140MPa và hàm lượng cốt sợi thép từ 1,0 – 2,5% (theo thể tích), năng lượng va chạm E1 và E2 đều tăng theo
13 cường độ và hàm lượng cốt sợi thép, trong đó cả E1 và E2 đều nhạy cảm với hàm lượng cốt sợi hơn cường độ. 3.8. Kết luận Chương 3 Nội dung Chương 3 đã thực nghiệm chế tạo vật liệu BTTNSC, thử nghiệm các tính năng và sức kháng va chạm của BTTNSC có cường độ 120MPa và 130MPa chứa cốt sợi thép với hàm lượng từ 1,0% đến 2,5% (theo thể tích). Kết quả nghiên cứu cho phép đưa ra các kết luận sau đây: (1) Lựa chọn vật liệu, thiết kế thành phần và chế tạo được BTTNSC có cường độ chịu nén 120MPa và 130MPa sử dụng các vật liệu và điều kiện chế tạo ở Việt Nam, với 10 hỗn hợp thí nghiệm có hàm lượng cốt sợi từ 1,0% đến 2,5% theo thể tích. Các tính năng của vật liệu được tổng hợp trong bảng (3.27). Bảng 3.27. Các tính năng của BTTNSC có cường độ chịu nén 120MPa- 130MPa, hàm lượng cốt sợi 1,0%-2,5% theo thể tích TT Tính năng Đơn vị Phạm vi 1 Cường độ chịu nén mẫu trụ MPa 120 – 130 2 Cường độ chịu kéo khi uốn MPa 14,05 – 27,66 3 Cường độ chịu ép chẻ MPa 13,09 – 16,61 4 Mô đun đàn hồi GPa 46,15 – 48,56 (2) Chế tạo được thiết bị thí nghiệm sức kháng va chạm tốc độ thấp cho BTTNSC theo phương pháp tải trọng rơi với khối lượng quả nặng 10kg và chiều cao rơi 1,0m (vận tốc va chạm v = 4,43m/s). Kết quả thử nghiệm sức kháng va chạm với BTTNSC cường độ 120MPa và 130MPa chứa hàm lượng cốt sợi thép 1,0% đến 2,5% cho thấy khả năng kháng va chạm của BTTNSC tăng lên rõ rệt theo cường độ bê tông và hàm lượng cốt sợi. Với cùng cường độ 120MPa và 130MPa, độ bền chống va chạm trung bình ở vết nứt đầu tiên của các mẫu tăng 3,98 và 4,54 lần; và tăng tương ứng 3,56 và 4,14 lần khi mẫu bị phá
14 hủy. Với cùng hàm lượng cốt sợi, khi tăng cường độ từ 120MPa lên 130MPa thì độ bền chống va chạm ở vết nứt đầu tiên đều tăng trên 30%, độ bền chống va chạm khi phá hoại tăng từ 7,12% đến 28,4%. Với BTTNSC có cường độ 120MPa – 130MPa chứa cốt sợi thép 1,5% – 2,5% (theo thể tích), năng lượng va chạm gây vết nứt đầu tiên (E1) và gây phá hoại mẫu (E2) đều tăng theo cường độ và hàm lượng cốt sợi, nhưng nhạy cảm với hàm lượng cốt sợi hơn so với cường độ. Tương quan giữa năng lượng va chạm trung bình gây vết nứt đầu tiên và gây phá hủy vật liệu có thể được biểu thị theo công thức (3.13) và (3.14). Chương 4. Nghiên cứu thực nghiệm ứng xử của kết cấu bản bằng BTTNSC cốt sợi thép chịu tác động của tải trọng va chạm tốc độ thấp 4.1. Mở đầu Nội dung nghiên cứu sẽ giải quyết các vấn đề sau: - Chọn dạng và chế tạo thiết bị thí nghiệm va chạm có năng lượng va chạm lớn hơn để mẫu thử bị phá gần với thực tế là va chạm 1 lần; - Tiến hành thử nghiệm trên các bản với 2 thông số biến đổi là fc = 120MPa và 130MPa và Vf = 2,0% và 2,5% (theo thể tích); - Xác định quan hệ giữa lực va chạm và độ võng của bản cho các trường hợp kể trên; - Xác định mức hấp thụ năng lượng va chạm của kết cấu bản. - Phân tích dạng phá hủy cục bộ và tổng thể của kết cấu. Từ đó kết luận về khả năng chịu va chạm của kết cấu bảng bằng BTTNSC.
15 4.2. Lựa chọn, thiết kế thử nghiệm Mẫu thử dạng bản vuông có chiều rộng 1000mm và chiều dày 50mm bằng BTTNSC. Thử nghiệm va chạm theo phương pháp tải trọng rơi với chiều cao thả rơi H = 1000mm để đàm bảo va chạm tốc độ thấp. Phương thức tác động va chạm 1 lần tại tâm của bản. 4.3. Vật liệu và chế tạo mẫu thử Vật liệu BTTNSC có cường độ 120MPa và 130MPa với hàm lượng cốt sợi 2,0% và 2,5% (theo thể tích). Chế tạo 06 mẫu bản với các thông số vật liệu và ký hiệu mẫu như trong bảng 4.1, các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu như trong bảng 4.2. Bảng 4.1. Ký hiệu mẫu và các thông số vật liệu của bản Kích thước fc Vf Số TT Ký hiệu mẫu (m) (MPa) (% ) lượng 1 UHPC120 – S2,0 1,0x1,0x0,05 120 2,0 01 2 UHPC120 – S2,5 1,0x1,0x0,05 120 2,5 01 3 UHPC130 – S2,0 1,0x1,0x0,05 130 2,0 01 4 UHPC130 – S2,5 1,0x1,0x0,05 130 2,5 01 5 UHPC120 – S2,0a 1,0x1,0x0,05 120 2,0 01 6 UHPC130 – S2,0b 1,0x1,0x0,05 130 2,0 01 4.4. Chế tạo thiết bị và điều kiện thử nghiệm Thiết bị thả rơi dùng để thí nghiệm tác động va chạm được chế tạo tại phòng thí nghiệm bộ môn Vật liệu xây dựng, trường Đại học Giao thông Vận tải như trên Hình 4.1. Thiết bị thí nghiệm gồm 2 quả nặng, gồm: i) quả nặng thứ 1 có có tổng khối lượng 14kg (bao gồm quả nặng, loadcel và đầu va chạm); ii) quả nặng thứ 2 có có tổng khối lượng 60kg được định hướng trượt theo trục thẳng đứng để đập vào chính giữa bản như Hình 4.1. Mẫu bản BTTNSC được đặt trên gối kê 4 cạnh với khoảng cách gối là 900mm, 4 góc được liên kết đàn hồi.
16 Các thiết bị đo lượng và chuyển đổi số gồm: cảm biến lực Keli PST 10T (Trung Quốc), 03 cảm biến dịch chuyển (LVDT) Kyowa DTH-A-50 (Nhật Bản), cảm biến gia tốc Chengtec CT1001L loại 500G (Trung Quốc), và thiết bị chuyển đổi số Tokyo Sokki Kenkyujo SDA-830C (Nhật Bản). Các thông số đo gồm lực va chạm, độ võng tại đáy bản, gia tốc dịch chuyển của bản được theo dõi và ghi tự động với tốc độ 5000 mẫu/s. Bảng 4.2. Một số chỉ tiêu cơ lý của vật liệu bản UHPC120 UHPC120 UHPC130 UHPC130 Tên chỉ tiêu - S2,0 - S2,5 - S2,0 - S2,5 Rn (MPa) 121.4 121.3 134.7 140.2 Rku (MPa) 25.31 27.01 25.91 27.66 E (GPa) 47.38 47.15 47.92 48.56 0 (g/cm3) 2.43 2.48 2.44 2.48 Nhóm mẫu 1 thử nghiệm để khảo sát ứng xử đàn hồi của kết cấu với tải trọng 14kg thực hiện trên mẫu UHPC120-S2,0a và UHPC130- S2,0b. Nhóm mẫu 2 khảo sát ứng xử của kết cấu ở trạng thái phá hoại được thử nghiệm với tải trong 60kg thực hiện trên các mẫu UHPC120- S2,0, UHPC130-S2,0, UHPC120-S2,5 và UHPC130-S2,5. Kết quả thử nghiệm nhóm mẫu 1 được biểu thị trên các Hình 4.7, Hình 4.8 và Hình 4.9. Kết quả thử nghiệm cho thấy: - Diễn biến của lực tác dụng và độ võng tại tâm mẫu bản không đồng pha, các giá trị cực đại của lực va chạm và gía trị cực đại của độ võng không diễn ra cùng thời điểm. - Thời điểm đạt giá trị cực đại của lực va chạm của 2 mẫu bản là khác nhau, mẫu UHPC130-S2,0b đạt giá trị cực đại nhanh hơn (ở thời điểm 2,4 ms) so với mẫu UHPC120-S2,0a (ở thời điểm 4,8 ms. Giá trị lực va chạm cực đại của mẫu UHPC130-S2,0b cũng cao hơn 4,97% so với mẫu UHPC120-S2,0a.
17 Hình 4.2. Sơ đồ và hình Hình 4.7. Diễn biến lực va chạm theo ảnh thiết bị thí nghiệm thời gian của các mẫu bản BTTNSC tải trọng rơi dưới tác động của tải trọng va chạm (m = 14kg, h = 1,0m) Hình 4.8. Diễn biến độ võng tại các vị trí đo khác nhau theo thời gian của các mẫu bản BTTNSC dưới tác dụng của tải trọng va chạm (m = 14kg, h = 1,0m) Hình 4.9. Độ võng của bản tại thời điểm độ võng tâm bản đạt cực đại của các mẫu bản BTTNSC dưới tác động của tải trọng va chạm (m = 14kg, h = 1,0m) (Biểu đồ được thể hiện từ kết quả đo 1/2 chiều dài bản và lấy đối xứng)
18 Hình 4.10.Vết lõm do đầu va Hình 4.11. Vết nứt tại mặt đáy chạm xâm nhập tại mặt trên các các mẫu bản do tác động của tải mẫu bản do tác động của va trọng va chạm chạm (m = 60kg, h = 1m) (m = 60kg, h = 1m) Hình 4.12. Diễn biến của độ Hình 4.13. Diễn biến lực va võng tại tâm bản và tại điểm chạm theo thời gian của các cách tâm bản 10cm của các mẫu mẫu bản BTTNSC khác nhau bản BTTNSC dưới tác động của dưới tác dụng của va chạm va chạm (m = 60kg, h = 1m) (m= 60kg, h= 1m) - Ứng xử tổng thể của kết cấu gần như là đàn hồi, độ võng của kết cấu phục hồi hoàn toàn sau va chạm. Giá trị lớn nhất của lực va chạm và độ võng tại tâm của bản chênh nhau không nhiều (tương ứng 4,97% với lực va chạm và 5,96% với độ võng). Thời điểm đạt độ võng cực đại của mẫu UHPC130-S2,0b trễ hơn mẫu UHPC120-S2,0a như tại Hình 4.9 và Hình 4.9.