Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu thành phần, tính chất của bê tông cốt liệu nhẹ dùng trong xây dựng cầu ở Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO<br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI<br /> <br /> Đặng Thùy Chi<br /> <br /> NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT CỦA BÊ<br /> TÔNG CỐT LIỆU NHẸ DÙNG TRONG XÂY DỰNG<br /> CẦU Ở VIỆT NAM<br /> <br /> Ngành:<br /> <br /> Kỹ thuật Xây dựng công trình giao thông<br /> <br /> Chuyên ngành: Xây dựng Cầu hầm<br /> Mã số:<br /> <br /> 62.58.02.05<br /> <br /> TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT<br /> <br /> Hà Nội, 2017<br /> <br /> - 25 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI<br /> <br /> DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ<br /> <br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI<br /> <br /> [1].<br /> <br /> NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:<br /> <br /> [2].<br /> <br /> 1: GS.TS. Phạm Duy Hữu<br /> 2: GS. Eric Garcia-Diaz<br /> <br /> Phản biện 1: GS.TSKH. Nguyễn Thúc Tuyên<br /> <br /> [3].<br /> <br /> [4].<br /> <br /> Phản biện 2: GS.TSKH. Nguyễn Như Khải<br /> Phản biện 3: GS.TSKH. Nguyễn Đông Anh<br /> <br /> Luận án sẽ bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận án cấp Trường theo<br /> <br /> [5].<br /> <br /> [6].<br /> <br /> Quyết định Số …/QĐ-ĐHGTVT ngày tháng 11 năm 2017<br /> họp tại: Trường Đại học Giao thông Vận tải,<br /> vào hồi<br /> <br /> ngày tháng năm<br /> <br /> Có thể tìm hiểu Luận án tại thư viện:<br /> 1. Thư viện Quốc gia<br /> 2. Thư viện Trường Đại học Giao thông Vận tải<br /> <br /> [7].<br /> <br /> Đặng Thùy Chi (2013), “Thực trạng phát triển và nhu cầu sử<br /> dụng bê tông cốt liệu nhẹ trong xây dựng cầu ở Việt Nam”,<br /> Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, số 42, 6/2013.<br /> Đặng Thùy Chi (2014), Nghiên cứu thành phần và tính chất<br /> của bê tông cốt liệu nhẹ sử dụng trong kết cấu cầu, Đề tài<br /> NCKH cấp trường mã số T2014-VKTXD-06, Chủ nhiệm đề<br /> tài<br /> Đặng Thùy Chi, Phạm Duy Hữu, Thái Khắc Chiến (2015),<br /> “Nghiên cứu thiết kế thành phần bê tông cốt liệu nhẹ chịu lực<br /> để ứng dụng trong kết cấu cầu ở Việt Nam”, Tạp chí Giao<br /> thông vận tải, số 5/2015.<br /> Thái Khắc Chiến, Phạm Duy Hữu, Đặng Thùy Chi (2016),<br /> “Ảnh hưởng của keramzit đến cường độ chịu nén của bê tông<br /> nhẹ”, Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, số 50, 2/2016<br /> Đặng Thùy Chi (2016), Nghiên cứu thực nghiệm xác định ứng<br /> xử nén của bê tông keramzit, Đề tài NCKH cấp trường mã số<br /> T2016-VKTXD-15, Chủ nhiệm đề tài<br /> Chi Thuy Dang, Huu Duy Pham, Ha Thanh Le, Eric GarciaDiaz (2016), “A study on high strength lightweight aggregate<br /> concrete”, The 7th International Conference of Asian Concrete<br /> Federation (ACF), Hanoi, 11/2016<br /> Thuy Chi Dang, Duy Huu Pham (2016), “Effiency of type and<br /> content of lightweight aggregates on strength of lightweight<br /> aggregate concretes”, The International Conference on<br /> Sustainable in Civil Engineering (ICSCE), Hanoi, 11/2016<br /> <br /> - 24 -<br /> <br /> -1-<br /> <br /> cầu giản đơn mặt cắt chữ T, nhịp 18m bằng bê tông cốt thép; qua đó,<br /> <br /> MỞ ĐẦU<br /> <br /> đánh giá sơ lược hiệu quả kỹ thuật khi thay thế bê tông nặng thông<br /> thường bằng BTCLN có cùng cường độ nén.<br /> <br /> 1. Đặt vấn đề nghiên cứu<br /> Bê tông truyền thống là vật liệu có khối lượng thể tích lớn<br /> <br /> 2. Những đóng góp về mặt thực tiễn<br /> Trên cơ sở kết quả về vật liệu, thành phần của BTCLN, chế tạo<br /> <br /> (khoảng 2200 – 2600 kg/m3), tùy theo loại và lượng cốt liệu sử dụng.<br /> <br /> thành công BTCLN chịu lực có cường độ đặc trưng lên tới hơn 60<br /> <br /> Nếu giảm trọng lượng của bê tông đi khoảng 25%, có thể giảm bớt<br /> <br /> MPa, độ chảy cao, đáp ứng yêu cầu sử dụng trong các kết cấu chịu<br /> <br /> trọng lượng bản thân của kết cấu một cách đáng kể. Bê tông cốt liệu<br /> <br /> lực nói chung và công trình cầu nói riêng.<br /> <br /> nhẹ có khối lượng thể tích dưới 1900 kg/m3, có cường độ tương<br /> <br /> <br /> <br /> đương bê tông thường có thể khắc phục hạn chế của bê tông truyền<br /> <br /> <br /> <br /> Kết hợp các mô hình cơ học của phương pháp đồng nhất hóa vật<br /> <br /> liệu composit xây dựng một phương pháp dự báo cường độ bê tông<br /> <br /> thống và đem lại hiệu quả kinh tế cao.<br /> <br /> cốt liệu nhẹ. Từ đó, đề xuất phương pháp thiết kế thành phần bê tông<br /> <br /> Trên thực tế, bê tông cốt liệu nhẹ đã được sử dụng thành công và<br /> <br /> cốt liệu nhẹ.<br /> <br /> phổ biến trong xây dựng nói chung và xây dựng cầu nói riêng từ hơn<br /> <br /> <br /> <br /> 70 năm qua trên thế giới [2], tuy nhiên vẫn hoàn toàn mới mẻ trên thị<br /> <br /> Đề tài đã đề xuất các công thức tính các đặc trưng cơ học của bê<br /> <br /> tông cốt liệu nhẹ thông qua cường độ chịu nén của BTCLN.<br /> <br /> trường Việt Nam. Việc nghiên cứu thành phần, tính chất bê tông cốt<br /> <br /> <br /> <br /> Nghiên cứu thực nghiệm ứng xử uốn của dầm bê tông cốt thép<br /> <br /> liệu nhẹ chịu lực để ứng dụng trong kết cấu cầu có ý nghĩa khoa học<br /> <br /> chế tạo bằng bê tông cốt liệu nhẹ chịu lực và bước đầu đánh giá khả<br /> <br /> và thực tiễn hết sức to lớn, mở ra hướng mới trong việc tìm kiếm vật<br /> <br /> năng ứng dụng vật liệu này trong kết cấu cầu.<br /> <br /> liệu thay thế cốt liệu bê tông truyền thống cũng như khả năng ứng<br /> <br /> 3. Hướng nghiên cứu tiếp<br /> <br /> dụng các kết cấu nhẹ hơn, vượt được khẩu độ dài hơn trong kết cấu<br /> <br /> <br /> <br /> cầu.<br /> <br /> Mở rộng chương trình nghiên cứu thực nghiệm trên nhiều loại<br /> <br /> cốt liệu nhẹ để khẳng định các kết luận về các tính chất cơ học của<br /> <br /> 2. Những nội dung cần giải quyết<br /> <br /> BTCLN chịu lực.<br /> <br /> <br /> <br /> Nghiên cứu tổng quan về bê tông cốt liệu nhẹ;<br /> <br /> <br /> <br /> Nghiên cứu một số tính chất khác của BTCLN chịu lực như khả<br /> <br /> <br /> <br /> Nghiên cứu vật liệu, phương pháp chế tạo;<br /> <br /> năng dính bám với cốt thép, quan hệ ứng suất – biến dạng khi chịu<br /> <br /> <br /> <br /> Nghiên cứu thiết kế thành phần của BTCLN;<br /> <br /> nén<br /> <br /> <br /> <br /> Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hai đặc tính quan trọng<br /> <br /> <br /> <br /> Cần nghiên cứu sức kháng cắt, khả năng chịu va chạm của cấu<br /> <br /> nhất của BTCLN là khối lượng thể tích và cường độ chịu nén;<br /> <br /> kiện bê tông cốt thép nhằm hoàn thiện các hiểu biết về ứng xử trong<br /> <br /> <br /> <br /> Nghiên cứu các tính chất cơ học và độ bền của BTCLN chịu lực;<br /> <br /> kết cấu chịu lực của vật liệu này.<br /> <br /> <br /> <br /> Nghiên cứu ứng xử uốn của dầm bê tông cốt thép sử dụng<br /> <br /> -2-<br /> <br /> BTCLN chịu lực. Qua đó, đánh giá khả năng ứng dụng vật liệu<br /> <br /> - 23 -<br /> <br /> 5.4.2.2 Kiểm tra độ võng của mặt cắt giữa nhịp<br /> <br /> này trong công trình cầu.<br /> 3. Phương pháp nghiên cứu<br /> <br /> Kết quả tính toán độ võng ở mặt cắt giữa nhịp do hoạt tải gây ra<br /> được tổng hợp trong bảng 5.15.<br /> <br /> Nghiên cứu lý thuyết để định hướng và dự kiến kết quả đạt được,<br /> <br /> Bảng 5. 3. Tổng hợp độ võng<br /> <br /> dùng thực nghiệm để kiểm chứng.<br /> <br /> Độ võng (mm)<br /> <br /> 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu<br /> <br /> Độ võng do hoạt tải<br /> <br /> Kết quả nghiên cứu đã bước đầu làm rõ tính khả thi về mặt chế<br /> tạo bê tông cốt liệu nhẹ chịu lực có cường độ tới 60 MPa và phân tích<br /> <br /> Dầm T18-T145<br /> <br /> Dầm T18-N128<br /> <br /> 4,5<br /> <br /> 6,7<br /> <br /> Độ võng cho phép [fv] = L/800 = 22,25mm. Cả hai dầm đều đạt<br /> yêu cầu về độ võng.<br /> <br /> một số tính chất cơ học của BTCLN chịu lực. Ngoài ra, kết quả<br /> <br /> KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP<br /> <br /> nghiên cứu đã góp phần xây dựng một phương pháp mới thiết kế<br /> <br /> 1. Những đóng góp của Luận án về mặt khoa học<br /> <br /> thành phần BTCLN. Các kết quả có được của luận án có khả năng áp<br /> <br /> <br /> <br /> dụng vào thực tế xây dựng các công trình giao thông ở Việt Nam.<br /> <br /> sét nở keramzit. Loại bê tông nhẹ chế tạo được có KLTT nhỏ hơn<br /> <br /> Chương 1: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG CỐT LIỆU NHẸ<br /> <br /> Đề tài đã nghiên cứu chế tạo BTCLN chịu lực trên cơ sở vật liệu<br /> <br /> 2000 kg/m3 và đạt được cường độ chịu nén từ 30 - 60 MPa.<br /> <br /> 1.1. Khái quát về bê tông nhẹ<br /> <br /> <br /> <br /> 1.1.1 Sơ lược về lịch sử phát triển<br /> <br /> cũng như khối lượng thể tích của bê tông nhẹ; đồng thời đề xuất công<br /> <br /> Bê tông nhẹ đã được sử dụng từ thời cổ đại. Sau khi đế chế La Mã<br /> <br /> Luận án đã phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến đến cường độ<br /> <br /> thức thực nghiệm mô tả quan hệ giữa hai đại lượng này.<br /> <br /> sụp đổ, việc sử dụng bê tông nhẹ trở nên hạn chế cho đến thế kỷ 20<br /> <br /> <br /> <br /> khi cốt liệu nhân tạo mới được sử dụng phổ biến. BTCLN cường độ<br /> <br /> công thức dự báo cường độ của BTCLN trên cơ sở các mô hình cơ<br /> <br /> cao đã được sử dụng trong nhiều công trình từ nhà cao tầng, cầu lớn<br /> <br /> học. Từ đó đề xuất một phương pháp thiết kế thành phần BTCLN.<br /> <br /> cho đến các công trình ở ngoài khơi [25], [45], [57], [62].<br /> <br /> <br /> <br /> 1.1.2 Khái niệm và phân loại bê tông nhẹ<br /> <br /> nghiên cứu và phân tích. Từ đó đề xuất các công thức thực nghiệm<br /> <br /> Nhìn chung, bê tông được xem là nhẹ khi có khối lượng thể tích<br /> 3<br /> <br /> Đề tài đã sử dụng phương pháp đồng nhất hóa vật liệu để đề xuất<br /> <br /> Một số tính chất cơ học và độ bền của BTCLN chịu lực đã được<br /> <br /> xác định mô đun đàn hồi, cường độ chịu kéo khi bửa, cường độ chịu<br /> <br /> nhỏ hơn 2000 kg/m . Theo tiêu chuẩn châu Âu EN 206-2013 [48], bê<br /> <br /> kéo khi uốn theo cường độ chịu nén của BTCLN. Đề tài cũng đánh<br /> <br /> tông nhẹ được phân loại theo khối lượng thể tích thành 6 cấp từ D1,0<br /> <br /> giá sơ lược về độ chống thấm và thấm ion clo của vật liệu BTCLN.<br /> <br /> đến D2,0 hoặc theo cường độ chịu nén thành 14 cấp từ LC8/9 đến<br /> <br /> <br /> <br /> LC80/88. Theo ACI 213R-87 [24], bê tông nhẹ được chia làm 3 loại<br /> <br /> tạo từ BTCLN. Từ các kết luận ban đầu về ứng xử của kết cấu<br /> <br /> Luận án đã nghiên cứu ứng xử uốn của dầm bê tông cốt thép chế<br /> <br /> BTCLN. Đề tài cũng đã thực hiện phân tích số ứng xử uốn của dầm<br /> <br /> - 22 -<br /> <br /> -3-<br /> <br /> b, bw là bề rộng bản cánh và sườn dầm, mm<br /> <br /> bê tông nhẹ kết cấu, bê tông nhẹ cường độ thấp và bê tông nhẹ khối<br /> <br /> hf là chiều dày cánh chịu nén, mm<br /> <br /> lượng thể tích nhỏ.<br /> <br /> ds là khoảng cách từ thớ nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu<br /> <br /> 1.2. Vật liệu chế tạo bê tông cốt liệu nhẹ<br /> <br /> kéo, mm<br /> <br /> 1.2.1 Nguồn gốc và phương pháp sản xuất cốt liệu nhẹ<br /> <br /> a là chiều cao khối ứng suất tương đương a = 1.c<br /> <br /> Cốt liệu nhẹ có thể có nguồn gốc tự nhiên (đá bọt, đá núi lửa, xỉ<br /> <br /> 1 là hệ số chuyển đổi ứng suất khối<br /> <br /> núi lửa, đá vôi, vỏ cọ...) hoặc nhân tạo bằng cách xử lý nhiệt các vật<br /> <br /> c là khoảng cách từ mép trên của dầm đến trục trung hòa<br /> <br /> liệu có tính nở (keramzit, aglôpôrit, peclit, vermiculite, thủy tinh, tro<br /> <br /> Bảng 5. 13. Tổng hợp sức kháng uốn<br /> <br /> bay, xỉ lò cao, tro đáy lò nở..).<br /> 1.2.2 Các tính chất cơ lý của cốt liệu nhẹ<br /> <br /> Dầm T18-<br /> <br /> Dầm T18-<br /> <br /> T145<br /> <br /> N128<br /> <br /> - Độ rỗng và vi cấu trúc: độ rỗng cốt liệu nhẹ lớn hơn nhiều so với<br /> <br /> Sức kháng uốn danh định Mn<br /> <br /> 4101,0<br /> <br /> 3594,5<br /> <br /> cốt liệu thông thường. Kích thước và sự phân bố của các lỗ rỗng có<br /> <br /> Sức kháng uốn tính toán Mr = Mn<br /> <br /> 3690,9<br /> <br /> 3235,0<br /> <br /> ảnh hưởng đến khối lượng thể tích xốp và khả năng chịu lực của các<br /> <br /> Mô men uốn (kNm)<br /> <br /> Từ Bảng 5. 2 và Bảng 5. , cho thấy ở mặt cắt giữa nhịp cả hai<br /> dầm T145 và N128 đều có sức kháng uốn danh định lớn hơn mô men<br /> <br /> cốt liệu nhẹ nhân tạo, đặc biệt quyết định độ hút nước của cốt liệu.<br /> - Khối lượng thể tích: khối lượng thể tích xốp của cốt liệu nhẹ<br /> <br /> uốn tính toán. Cả hai dầm đều đạt yêu cầu về sức kháng uốn theo<br /> <br /> thường biến đổi từ 350 – 1100 kg/m3 [89].<br /> <br /> AASHTO 2007 và 22TCN 272-05.<br /> <br /> - Độ hút nước: độ hút nước 24h của đá phiến sét nở dao động từ 10 –<br /> <br /> Bảng 5.14. So sánh sức kháng uốn của hai dầm<br /> Dầm T18-<br /> <br /> Dầm T18-<br /> <br /> T145<br /> <br /> N128<br /> <br /> Sức kháng uốn tính toán Mr<br /> <br /> 3690,9<br /> <br /> 3235,0<br /> <br /> Mô men uốn do tĩnh tải<br /> <br /> 1732,6<br /> <br /> 1278,7<br /> <br /> 1958,2<br /> <br /> 1956,3<br /> <br /> Mô men (kNm)<br /> <br /> Mô men uốn cho phép do hoạt tải<br /> [Mh] = Mr - Mt<br /> <br /> Bảng 5.14 cho thấy hai dầm có sức kháng uốn dự trữ cho hoạt tải<br /> [Mh] là xấp xỉ nhau.<br /> <br /> 20% theo khối lượng trong khi của cốt liệu từ sét nở biến đổi từ 15 31% [44].<br /> - Tính chất cơ học: mô đun đàn hồi tương đương của cốt liệu nhẹ<br /> biến đổi từ 2 đến 17GPa [71].<br /> 1.3. Các tính chất của bê tông cốt liệu nhẹ<br /> - Khối lượng thể tích: ngoài KLTT của cốt liệu, KLTT của bê tông<br /> còn phụ thuộc vào cấp phối cốt liệu, độ ẩm cốt liệu, hàm lượng khí,<br /> hàm lượng xi măng, tỉ lệ N/CKD, phụ gia hóa học và phụ gia<br /> khoáng… cũng như phương pháp đầm nén, điều kiện bảo dưỡng…<br /> - Cường độ nén: phụ thuộc vào đặc trưng của cốt liệu, chất lượng của<br /> vữa và sự tương thích về độ cứng giữa hai pha cốt liệu và vữa.<br /> <br />