Nghiên cứu ảnh hưởng của sợi hỗn hợp đến một số tính chất của UHP

Bài viết Nghiên cứu ảnh hưởng của sợi hỗn hợp đến một số tính chất của UHPC trình bày kết quả nghiên cứu về sự ảnh hưởng của tỉ lệ thành phần hỗn hợp sợi (2 loại sợi thép) đến tính chất của UHPC.

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC nNgày nhận bài: 10/6/2022 nNgày sửa bài: 18/7/2022 nNgày chấp nhận đăng: 19/8/2022 Nghiên cứu ảnh hưởng sợi hỗn hợp đến số tính chất UHPC Researching the effect of hybrid fiber on some properties of UHPC > TS TRẦN BÁ VIỆT 1, KS LƯƠNG TIẾN HÙNG 2, KS TRẦN BÁ TÚ Phó Chủ tịch Hội Bê tơng Việt Nam - VCA; Email: vietbach57@yahoo.com Công ty CP Sáng tạo CGCN Việt Nam TÓM TẮT: UHPC vật liệu tương lai ngành Xây dựng kỷ 21, để ứng dụng ngày rơng rãi UHPC cần phải đạt hiệu lớn kinh tế lẫn kỹ thuật Điều bị chi phối nhiều yếu tố giá thành nguyên vật liệu đầu vào, đặc biệt cốt sợi thép cường độ cao Để giúp nâng cao hiệu kinh tế UHPC, sử dụng sợi hỗn hợp Bài báo trình bày kết nghiên cứu ảnh hưởng tỉ lệ thành phần hỗn hợp sợi (2 loại sợi thép) đến tính chất UHPC Từ khố: UHPC; sợi thép mạ đồng cường độ cao; sợi thép 2D, sợi thép 3D; sợi hỗn hợp; bảo dưỡng nhiệt ẩm; độ chảy xoè; cường độ chịu nén; cường độ chịu kéo Nhờ có đặc tính học độ bền lâu vượt trội nhiều so với bê tông thông thường hay loại bê tông khác nên UHPC trở thành lựa chọn hợp lý để sử dụng xây dựng hạ tầng giao thông dân dụng - cơng nghiệp Ngồi phân cấp tối ưu thành phần nguyên vật liệu dạng hạt tỷ lệ nước/chất kết dính (N/CKD) thấp, để sản xuất UHPC đạt hiệu lớn kinh tế lẫn kỹ thuật cần quan tâm đến yếu tố “chủng loại hàm lượng cốt sợi” ABSTRACT: UHPC is a future material of the construction industry in the 21st century In order to be applied more and more widely in the construction industry in Vietnam, UHPC needs to achieve great efficiency in both economic and technical terms This is influenced by many factors such as the cost of input materials, especially high-strength steel fiber reinforcement To help improve the economic efficiency of UHPC, mixed yarns can be used This paper presents research results on the influence of the ratio of fiber mixture composition (2 types of steel fibers) on the properties of UHPC Keywords: UHPC; high strength copper clad steel fiber; 2D steel fiber; 3D steel fibe; fiber hybrid; heat moisture curing; flow; compressive strength; tensile strength Hình Sự phân tán sợi thép cấu trúc UHPC Cốt sợi sử dụng công nghệ chế tạo UHPC Việt Nam sợi thép cường độ cao (≥2400 Mpa) với nhiều kích thước hay tỉ lệ hướng sợi khác Trong nghiên cứu sử dụng đến loại sợi thép sợi thẳng (2D) sợi móc neo đầu (3D) với tỉ lệ hàm lượng khác để chế tạo UHPC I TỔNG QUAN Những tiến khoa học công nghệ vật liệu bê tông Việt Nam mười năm gần dẫn đến phát triển nhanh chóng loại vật liệu tổng hợp gốc xi măng có hiệu suất cao, bê tơng siêu tính (UHPC) 70 9.2022 ISSN 2734-9888 II CƠ SỞ NGHIÊN CỨU Tài liệu tham khảo áp dụng - TCVN 2682:2009, Xi măng Poóc lăng - yêu cầu kỹ thuật; - TCVN 4506:2012: Nước cho bê tông vữa - yêu cầu kỹ thuật; - TCVN 8826:2011, Phụ gia hố học cho bê tơng vữa; - TCVN 8827:2020: Phụ gia khống hoạt tính cao dùng cho bê tông vữa - Silica fume tro trấu nghiền mịn; - TCVN 9036:2011, Nguyên liệu để sản xuất thuỷ tinh - cát yêu cầu kỹ thuật; - TCVN 11586:2016, Xỉ hạt lò cao nghiền mịn dùng cho bê tông vữa; - TCVN 12392-1:2018: Sợi cho bê tông - phần 1: sợi thép; - ASTM C230/C230M-21, standard specification for flow table for use in tests of hydraulic cement - TCCS 02:2017/IBST, Bê tơng tính siêu cao UHPC hướng dẫn thiết kế kết cấu; - NF P18-470:2016, Ultra High Performance Fibre Reinforced Concrete - specifications, performance, production and conformity; Cấp phối sử dụng thông tin khác Bảng Cấp phối UHPC chung cho nghiên cứu UHPC Tên vật liệu Hybrid Chất kết dính Xi măng + Silica fume + GGBS 1170 Đơn vị kg 890 kg % thể tích so với chất kết dính 5,0 % % thể tích so với chất kết dính 8,4 % N/CKD 0,163 Các mẫu thí nghiệm tính chất lý có kích thước sau: - Cường độ chịu nén: mẫu trụ d10xh20 cm; - Cường độ chịu kéo: mẫu 5x10x50 cm; Các mẫu UHPC bảo dưỡng điều kiện: sau đúc làm phẳng mặt, mẫu bảo dưỡng ẩm tự nhiên; sau 24 tiếp theo, mẫu tiếp tục bảo dưỡng nhiệt ẩm 80 °C thời gian 72 tiếp theo; mẫu tiếp tục bảo dưỡng ẩm điều kiện phịng thí nghiệm đến đủ ngày tuổi, để tự nhiên đến 28 ngày để thử kết Cát thạch anh Tổng sợi thép Phụ gia Hình Minh hoạ mẫu công tác trộn, đúc mẫu thí nghiệm Kí hiệu mẫu: - A0: Mẫu vữa không sử dụng sợi thép hỗn hợp thành phần; - A1: Mẫu UHPC có sử dụng tồn 5% sợi 2D hỗn hợp thành phần; - A2: Mẫu UHPC có sử dụng 4,5% sợi 2D 0,5% sợi 3D hỗn hợp thành phần; - A3: Mẫu UHPC có sử dụng 4,0% sợi 2D 1,0% sợi 3D hỗn hợp thành phần; - A4: Mẫu UHPC có sử dụng 3,5% sợi 2D 1,5% sợi 3D hỗn hợp thành phần; - A5: Mẫu UHPC có sử dụng toàn 5% sợi 3D hỗn hợp thành phần; III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Vật liệu sử dụng Bảng Kết thí nghiệm tính chất lý mẫu sợi thép Kết Nội dung Đơn vị Sợi 2D Sợi 3D Tỉ lệ hướng sợi 65 100 Hàm lượng tạp chất % 0 Tỉ lệ sợi sai kích thước hình học % 0,5 1,0 Cường độ chịu kéo MPa 3200 2800 Hình Sợi thép 2D, sợi thép 3D phụ gia siêu dẻo dùng nghiên cứu Ngoài sợi thép cường độ cao bảng trên, nghiên cứu ngày sử dụng nguyên vật liệu thành phần sau: - Xi măng PC40 đáp ứng TCVN 2682:2009; - Silica fume đáp ứng TCVN 8827:2020; - GGBS đáp ứng TCVN 11586:2016; - Cát thạch anh qua sàng tuyển đáp ứng TCVN 9036:2011; - Phụ gia siêu dẻo gốc PCE đáp ứng TCVN 8826:2011; - Nước đáp ứng TCVN 4506:2012 Hình Xi măng, Silica fume, GGBS cát thạch anh sử dụng nghiên cứu Độ chảy xoè mẫu hỗn hợp UHPC - Hybrid Bảng Kết thí nghiệm độ chảy xoè mẫu hỗn hợp UHPC - Hybrid Kí hiệu mẫu Đơn vị Độ chảy xoè A0 25,0 A1 21,4 A2 A3 cm 19,6 18,1 A4 17,7 A5 19,1 ISSN 2734-9888 9.2022 71 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Hình Ứng suất - biến dạng kéo mẫu A1 C230 Hình Độ chảy xoè mẫu hỗn hợp UHPC - Hybrid thực cone ASTM Tính chất lý mẫu UHPC - Hybrid Bảng Kết thí nghiệm khác mẫu UHPC - Hybrid STT Loại mẫu Kí hiệu Mẫu Viên 1 A0 Viên Tổ Tổ Viên A1 Viên Tổ Tổ Viên A2 Viên Tổ Tổ Viên A3 Viên Tổ Tổ Viên A4 Viên Tổ Tổ Viên A5 Viên Tổ Tổ 72 9.2022 Chỉ tiêu R kéo R nén R kéo R nén R kéo R nén R kéo R nén R kéo R nén R kéo R nén ISSN 2734-9888 Kết quả, MPa Giá trị 3,96 120,9 127,1 8,89 9,35 134,1 127,4 9,42 9,39 127,8 125,5 10,58 10,24 135,5 138,9 10,05 10,70 128,0 132,6 10,92 11,65 132,4 131,9 Trung bình 3,96 124,0 Hình Ứng suất - biến dạng kéo mẫu A2 9,12 130,8 9,41 126,7 10,41 Hình Ứng suất - biến dạng kéo mẫu A3 137,2 10,38 130,3 11,29 132,2 Hình Ứng suất - biến dạng kéo mẫu A4 Bảng Thông số kỹ thuật ứng suất - biến dạng kéo mẫu UHPC - Hybrid Kết thí nghiệm Loại mẫu V1 A0 V2 V1 V2 V1 A1 V2 V1 V2 V1 A2 V2 V1 V2 V1 A3 V2 V1 V2 V1 A4 V2 V1 V2 V1 A5 V2 V1 V2 Thông số Vết nứt Ứng suất, MPa 3.96 Biến dạng, ‰ 0.09 Ứng suất, MPa 7.90 Biến dạng, ‰ 0.22 Ứng suất, MPa 7.74 Biến dạng, ‰ 0.26 Ứng suất, MPa 9.27 Biến dạng, ‰ 0.44 Ứng suất, MPa 9.09 - - 7.54 0.22 8.72 0.64 8.61 0.22 10.04 Biến dạng, ‰ 0.70 Ứng suất, MPa 8.31 Biến dạng, ‰ 0.25 0.54 7.21 0.24 Trung bình 3.96 0.09 7.72 0.22 8.23 0.45 8.94 0.33 9.57 0.62 7.76 0.25 Giá trị Phá huỷ 3.96 0.09 8.89 9.35 1.56 2.75 9.42 9.39 2.21 1.90 10.58 10.24 2.70 1.31 10.05 10.70 3.68 0.96 10.92 11.65 3.57 5.32 Trung bình Tỉ lệ, % 3.96 100 0.09 - 9.12 84.6 2.16 - 9.41 87.5 Hình 11 Thí nghiệm cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo mẫu UHPC – Hybrid 2.06 - 10.41 85.9 2.01 - 10.38 92.2 2.32 - 11.29 68.8 4.45 - IV KẾT LUẬN  Sử dụng bổ sung sợi thép móc neo đầu (3D) vào thành phần hỗn hợp UHPC kết hợp sợi thẳng (2D) đảm bảo u cầu tính cơng tác (độ chảy xoè) cho sản xuất thi công  Sử dụng hỗn hợp sợi (2D + 3D) làm tăng cường độ chịu nén không đáng kể (< 5%) so với việc sử dụng hoàn toàn sợi 2D sợi 3D  Sử dụng hỗn hợp sợi (2D + 3D) cho hiệu kỹ thuật tốt giá trị ứng suất, biến dạng vết nứt giá trị phá huỷ, tăng cường độ chịu kéo lên ÷ 14% so với việc sử dụng hoàn toàn sợi 2D  Tỉ lệ hỗn hợp sợi tối ưu cho hiệu tốt nghiên cứu mẫu A4 có giá trị trung bình ứng suất biến dạng vết nứt 9,57MPa 0,62‰, lớn so với tất mẫu còn (ứng suất vết nứt cao từ ÷ 24% biến dạng lớn 1,5 ÷ 3,0 lần) TÀI LIỆU THAM KHẢO - ASTM A820, Standard specification for steel fibers for fiber-reinforced concrete - ACF 04:2020, Materials UHPC - technicals specification - K-UHPC:2014, design guidelines for UHPC - JSCE 2008, Recommendations for design and construction of high performance fiber reinforcement copmosites with multiple fine crack - NF P18 - 451: 2018, Concrete - execution of concrete structures - specific rules for UHPRFC - BS EN 206-1:2000, Concrete - specification, performance, production and conformity; - BS EN 14889-1:2006, Fibres for concrete - steel fibres Definitions, specifications and conformity; - ISO 13270:2013, Steel fibres for concrete - definitions and specifications; - FHWA-HRT-14-084, Design and construction of field - cast UHPC connections Hình 10 Ứng suất - biến dạng kéo mẫu A5 ISSN 2734-9888 9.2022 73 ... 2D 1,0% sợi 3D hỗn hợp thành phần; - A4: Mẫu UHPC có sử dụng 3,5% sợi 2D 1,5% sợi 3D hỗn hợp thành phần; - A5: Mẫu UHPC có sử dụng toàn 5% sợi 3D hỗn hợp thành phần; III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Vật... thép hỗn hợp thành phần; - A1: Mẫu UHPC có sử dụng tồn 5% sợi 2D hỗn hợp thành phần; - A2: Mẫu UHPC có sử dụng 4,5% sợi 2D 0,5% sợi 3D hỗn hợp thành phần; - A3: Mẫu UHPC có sử dụng 4,0% sợi 2D... nghiệm tính chất lý mẫu sợi thép Kết Nội dung Đơn vị Sợi 2D Sợi 3D Tỉ lệ hướng sợi 65 100 Hàm lượng tạp chất % 0 Tỉ lệ sợi sai kích thước hình học % 0,5 1,0 Cường độ chịu kéo MPa 3200 2800 Hình Sợi