Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật xây dựng: Đáp ứng tải trọng va đập của kết cấu tấm làm bằng bê tông tính năng siêu cao

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:37

Thêm vào BST

Báo xấu

6
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của luận án "Đáp ứng tải trọng va đập của kết cấu tấm làm bằng bê tông tính năng siêu cao" là đánh giá ứng xử của tấm làm bằng bê tông tính năng siêu cao 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.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật xây dựng: Đáp ứng tải trọng va đập của kết cấu tấm làm bằng bê tông tính năng siêu cao

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 V40m/s thì xếp vào nhóm va đập vận tốc cao và những trường hợp có V
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 Hàm lượng các thành phần (%) STT Thành phần cốt liệu Agg-1 Agg-2 Agg-3 1 Cát thạch anh 30 40 18 2 Đá nghiền CS-3 70 0 42 3 Đá nghiền CS-5 0 60 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 Cấp Thời gian Giá trị đo (mm) Độ chặt STT Độ chảy phối trộn (s) S1 S2 S3 S4 Stb c 1 CP1 700 765 4 5 6 8 5.75 1.015 2 CP2 750 605 3 4 6 7 5 1.013 3 CP3 740 600 4 5 6 8 5.75 1.015 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 (50050080) 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 (50050080) 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 F (t )  m  a(t ) , 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