Nghiên cứu tính chất cơ học của bê tông siêu cường độ gia cố cốt sợi thép dưới tác dụng của tải trọng va đập, nổ

Bài viết Nghiên cứu tính chất cơ học của bê tông siêu cường độ gia cố cốt sợi thép dưới tác dụng của tải trọng va đập, nổ nghiên cứu tính chất cơ học của vật liệu UHPFRCs dưới tác dụng của tải trọng tĩnh và tải trọng động sử dụng thiết bị I-SEFIM, làm tiền đề cho việc nghiên cứu, thiết kế kết cấu sử dụng vật liệu UHPFRCs chịu tải trọng cực đoan như va đập, nổ.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA BÊ TÔNG SIÊU CƯỜNG ĐỘ GIA CỐ CỐT SỢI THÉP DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG VA ĐẬP, NỔ Ngơ Trí Thường Trường Đại học Thủy lợi, email: trithuong@tlu.edu.vn động sử dụng thiết bị I-SEFIM, làm tiền đề cho việc nghiên cứu, thiết kế kết cấu sử dụng Bê tông siêu cường độ gia cố cốt sợi thép vật liệu UHPFRCs chịu tải trọng cực đoan (Ultra - high - performance fiber - reinforced va đập, nổ concrete - UHPFRCs) loại vật liệu bê tơng có cường độ chịu nén, cường độ chịu CHƯƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM kéo, khả hấp thụ lượng cao [1] 2.1 Vật liệu mẫu thí nghiệm Đặc biệt, UHPFRCs có khả tăng cường độ sau vết nứt đầu tiên, “strain-hardening Thành phần cấp phối bê tông siêu response”, bị phá hoại tốc cường độ (ultra - high - performance matrix độ gia tải tăng [2] Những tính đặc biệt UHPC) thể Bảng Cốt sợi giúp vật liệu UHPFRCs phù hợp để sử gia cố loại cốt sợi thép trơn, đường kính dụng cho cơng trình hạ tầng kỹ thuật, 0.2 mm, chiều dài 19 mm, hàm lượng cốt cơng trình qn chịu tác động tải trọng sợi 3% thể tích Q trình trộn chuẩn bị cực đoan va đập, nổ Ví dụ: Tường bê mẫu tham khảo tài liệu [4,5] tông chống đạn công trình quân Đầu tiên, muội silic (silica fume) cát Tuy nhiên, hiểu biết tính chất học vật liệu, ứng xử (đường cong ứng suất quartz (silica sand) trộn khô với - biến dạng) vật liệu UHPFRC, đặc biệt vòng khoảng phút Sau đó, xi măng tác dụng tải trọng tốc độ cao (Cement - Type I) bột khống (silica cịn hạng chế, tính chất phức tạp powder) cho vào trộn tiếp khoảng thiếu hệ thống thiết bị thí phút (với tốc độ vịng quay máy trộn nghiệm tiêu chuẩn thí nghiệm cho khác nhau) Khi hỗn hợp khô đồng đều, nước phụ gia siêu dẻo (superplazticsizer) loại vật liệu Park et al (2016) [2] xây dựng hệ thống cho vào từ từ trộn tiếp thiết bị thí nghiệm, dựa nguyên lý khung hỗn hợp đạt độ dẻo cần thiết Độ dẻo lượng biến dạng (strain energy frame hỗn hợp kiểm tra thí nghiệm impact machine-SEFIM) Tran & Kim độ chảy theo tiêu chuẩn ASTM C1437 Cuối (2012) [3], trường Đại học Sejong (Hàn cùng, cốt sợi thép rải vào hỗn hợp Quốc) để khảo sát đường cong ứng suất biến tay tiếp tục trộn thêm khoảng phút Hỗn hợp cho vào khuôn chuẩn bị sẵn dạng kéo trực tiếp vật liệu UHPFRCs chịu tác dụng tốc độ biến dạng cao (lên mà không cần phải đầm lèn Mẫu khn chứa phịng thí nghiệm khoảng 48 đến 160 s-1 ), gọi tắt I-SEFIM Mục đích nghiên cứu nghiên h trước tháo khn bảo dưỡng cứu tính chất học vật liệu UHPFRCs téc nước nóng 90 ± 2C vòng 72 h để tác dụng tải trọng tĩnh tải trọng đạt 100% cường độ GIỚI THIỆU CHUNG 103 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 Bảng Thành phần cấp phối UHPC theo tỷ lệ khối lượng Phụ Xi Muội Cát Bột gia măng silic quartz khoáng Nước siêu (Loại I) dẻo 1.00 0.25 1.10 0.30 0.067 0.2 2.2 Thí nghiệm Thí nghiệm nén vận hành máy nén đa (universal test machine - UTM) với chế độ kiểm sốt chuyển vị, Hình Mẫu nén mẫu lập phương, kích thước 50  50  50 mm3 Hình Thí nghiệm kéo động (I-SEFIM) 2.3 Kết thí nghiệm nhận xét Kết thí nghiệm nén thống kê Bảng Cường độ chịu nén UHPFRCs tăng lên độ chảy giảm xuống gia cố cốt sợi thép Sự tăng cường độ vật liệu đến từ hạn chết phát triển vết nứt mẫu cốt sợi Bảng Cường độ chịu nén Hình Thí nghiệm nén thí nghiệm độ chảy Tiêu chí Thí nghiệm kéo tĩnh trực tiếp thực máy UTM cấu tạo Hình Mẫu kéo trực tiếp mẫu “dog bone”, mặt cắt ngang 50  25 mm2 Hai đầu mẫu gia cố lưới thép để tránh mẫu bị phá hoại vùng đo chuyển vị (gauge length = 100 mm nghiên cứu này) Thí nghiệm kéo động thực máy kéo động I-SEFIM Chi tiết nguyên lý, cách vận hành máy tham khảo [2] UHPC UHPFRCs Cường độ nén(MPa) 189 206 Độ chảy (mm) 220 205 Bảng Cường độ chịu kéo tác dụng tốc độ tải trọng khác Tốc độ biến dạng (s −1) MPa % SP1 17.86 1.1 SP2 18.01 1.02 SP3 Trung bình 17.93 0.98 17.93 1.03 109 SP1 31.42 2.56 103 112 SP2 SP3 31.61 32.56 2.44 2.87 108 Trung bình 31.86 2.62 Tĩnh 0.000333 Tốc độ biến dạng cao Hình Thí nghiệm kéo tĩnh 104 Cường độ Khả Mẫu thí chịu kéo, biến dạng nghiệm pc pc Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 Bảng trình bày kết thí nghiệm kéo trực tiếp tác dụng tốc độ tải khác Từ kết thí nghiệm thấy, cường độ chịu kéo (pc) khả biến dạng (pc) UHPFRCs tăng tốc độ biến dạng tăng Cụ thể, pc pc UHPFRCs tải trọng tĩnh ( &= 0.000333 s -1) 18.81 MPa 0.94%, tăng lên 31.86 MPa 2.62% &tăng lên 108 s -1 Bên cạnh đó, mẫu kéo bê tơng tác dụng tải trọng động xuất nhiều vết nứt nhỏ nhiều so với tải trọng tĩnh, thể trọng Hình &=0.000333 s -1 &=112 s -1 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Wille K, Kim DJ, Naaman AE (2011), Strain-hardening UHP-FRC with low fiber contents Material Structure; 44:583-598 [2] Park SH, Kim DJ, Kim SW (2016), Investigating the impact resistance of ultrahigh-performance fiber-reinforced concrete using an improved strain energy impact test machine Construction Building Material, 125:145-159 [3] Tran TK, Kim DJ (2012), Strain Energy Frame Impact Machine (SEFIM) Journal of Advanced Concrete Technology 10:126–36 [4] T.T Ngo, J.K Park, S Pyo, D.J Kim, (2017), Shear resistance of ultra-highperformance fiber-reinforced concrete, Construction Building Material, 151: 246-257 [5] Ngo TT, Kim DJ (2017) Shear stress versus strain responses of ultra-highperformance fiber-reinforced concretes at high strain rates International Journal of Impact Engineering:1-23 Hình Ứng xử nứt mẫu bê tông chịu kéo KẾT LUẬN Từ kết thí nghiệm cho thấy bê tơng siêu cường độ gia cố cốt sợi có cường độ chịu nén cao (206 MPa), cường độ chịu kéo (17.93 MPa) độ bền kéo cao (1.03%) Đặc biệt, vật liệu có khả tăng cường độ kéo độ bền tốc độ gia tải tăng Những tính chất hứa hẹn việc áp dụng vật liệu UHPFRCs vào cơng trình thực tế, chịu tải trọng động động đất, va chạm, phá nổ…v.v 105 ... Hình Ứng xử nứt mẫu bê tông chịu kéo KẾT LUẬN Từ kết thí nghiệm cho thấy bê tơng siêu cường độ gia cố cốt sợi có cường độ chịu nén cao (206 MPa), cường độ chịu kéo (17.93 MPa) độ bền kéo cao (1.03%)... liệu có khả tăng cường độ kéo độ bền tốc độ gia tải tăng Những tính chất hứa hẹn việc áp dụng vật liệu UHPFRCs vào cơng trình thực tế, chịu tải trọng động động đất, va chạm, phá nổ? ??v.v 105 ... UHPFRCs tăng lên độ chảy giảm xuống gia cố cốt sợi thép Sự tăng cường độ vật liệu đến từ hạn chết phát triển vết nứt mẫu cốt sợi Bảng Cường độ chịu nén Hình Thí nghiệm nén thí nghiệm độ chảy Tiêu