Nghiên cứu chế tạo bê tông cốt sợi chất lượng siêu cao hàm lượng tro bay lớn sử dụng cho kết cấu công trình ở Việt Nam.Nghiên cứu chế tạo bê tông cốt sợi chất lượng siêu cao hàm lượng tro bay lớn sử dụng cho kết cấu công trình ở Việt Nam.Nghiên cứu chế tạo bê tông cốt sợi chất lượng siêu cao hàm lượng tro bay lớn sử dụng cho kết cấu công trình ở Việt Nam.Nghiên cứu chế tạo bê tông cốt sợi chất lượng siêu cao hàm lượng tro bay lớn sử dụng cho kết cấu công trình ở Việt Nam.Nghiên cứu chế tạo bê tông cốt sợi chất lượng siêu cao hàm lượng tro bay lớn sử dụng cho kết cấu công trình ở Việt Nam.Nghiên cứu chế tạo bê tông cốt sợi chất lượng siêu cao hàm lượng tro bay lớn sử dụng cho kết cấu công trình ở Việt Nam.Nghiên cứu chế tạo bê tông cốt sợi chất lượng siêu cao hàm lượng tro bay lớn sử dụng cho kết cấu công trình ở Việt Nam.Nghiên cứu chế tạo bê tông cốt sợi chất lượng siêu cao hàm lượng tro bay lớn sử dụng cho kết cấu công trình ở Việt Nam.Nghiên cứu chế tạo bê tông cốt sợi chất lượng siêu cao hàm lượng tro bay lớn sử dụng cho kết cấu công trình ở Việt Nam.Nghiên cứu chế tạo bê tông cốt sợi chất lượng siêu cao hàm lượng tro bay lớn sử dụng cho kết cấu công trình ở Việt Nam.Nghiên cứu chế tạo bê tông cốt sợi chất lượng siêu cao hàm lượng tro bay lớn sử dụng cho kết cấu công trình ở Việt Nam.Nghiên cứu chế tạo bê tông cốt sợi chất lượng siêu cao hàm lượng tro bay lớn sử dụng cho kết cấu công trình ở Việt Nam.Nghiên cứu chế tạo bê tông cốt sợi chất lượng siêu cao hàm lượng tro bay lớn sử dụng cho kết cấu công trình ở Việt Nam.Nghiên cứu chế tạo bê tông cốt sợi chất lượng siêu cao hàm lượng tro bay lớn sử dụng cho kết cấu công trình ở Việt Nam.Nghiên cứu chế tạo bê tông cốt sợi chất lượng siêu cao hàm lượng tro bay lớn sử dụng cho kết cấu công trình ở Việt Nam.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI Phạm Sỹ Đồng NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG CỐT SỢI CHẤT LƯỢNG SIÊU CAO HÀM LƯỢNG TRO BAY LỚN SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU CƠNG TRÌNH Ở VIỆT NAM Chuyên ngành: Kỹ thuật vật liệu Mã số: 9520309 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Hà Nội - Năm 2022 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Xây dựng Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: 1: PGS TS Nguyễn Văn Tuấn – Trường ĐH Xây dựng Hà Nội 2: PGS TS Lê Trung Thành - Viện Vật liệu Xây dựng Phản biện 1: PGS.TS Lương Đức Long – Viện Vật liệu Xây dựng Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Duy Hiếu – Trường ĐH Kiến trúc Hà Nội Phản biện 3: PGS.TS Lê Thanh Hà – Trường ĐH Giao Thông Vận Tải Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp Trường họp Trường Đại học Xây dựng Hà Nội vào hồi , ngày tháng năm 2022 Có thể tìm hiểu luận án thư viện Quốc Gia Thư viện Trường Đại học Xây dựng Hà Nội MỞ ĐẦU Lý lựa chọn đề tài Bê tông chất lượng siêu cao (Ultra-High Performance Concrete - UHPC) sản phẩm bê tông hệ nghiên cứu phát triển giới từ năm 1990 với đặc tính vượt trội tính cơng tác, tính chất học độ bền lâu so với bê tông thường bê tơng cường độ cao Bên cạnh loại bê tơng cịn có khả uốn kéo (do có cốt sợi phân tán) khơng loại vật liệu đàn-dẻo hay hồn tồn so sánh với bê tông cốt thép Các ứng dụng thực tế bê tông UHPC thực kết cấu cầu, kết cấu vỏ mỏng, kết cấu vượt nhịp lớn số nước giới Hiện nay, nghiên cứu bê tông UHPC tiếp tục triển khai nhiều đơn vị nghiên cứu khác giới có Việt Nam Tuy nghiên cứu ứng dụng Việt Nam chưa nhiều, việc nghiên cứu chế tạo bê tông UHPC sử dụng cho kết cấu cơng trình Việt Nam hướng khoa học tiên tiến cấp thiết Chế tạo bê tông UHPC thơng thường cần lượng chất kết dính lớn (khoảng 800-1000 kg/m3), việc nghiên cứu sử dụng số phế thải (công, nông nghiệp) thay xi măng để chế tạo bê tơng UHPC có ý nghĩa to lớn môi trường phát triển bền vững loại vật liệu Trong phế thải sử dụng với vai trị phụ gia khống cho chế tạo xi măng bê tơng tro bay (FA) đánh giá phụ gia khoáng tiềm Đặc biệt, sử dụng FA với hàm lượng lớn chế tạo UHPC giải đồng thời mục tiêu kỹ thuật kinh tế - môi trường Trên thực tế, việc nghiên cứu sử dụng FA chế tạo bê tông UHPC thực hiện, nghiên cứu cơng bố khả sử dụng FA hàm lượng lớn (HighVolume Fly Ash- HVFA với hàm lượng FA lớn 50% theo lượng dùng chất kết dính) việc thay xi măng FA thường gây bất lợi lớn làm giảm cường độ bê tông tuổi sớm Xuất phát từ tình hình nghiên cứu FA chế tạo bê tông UHPC giới điều kiện thực tiễn Việt Nam phát triển bê tông UHPC bối cảnh lượng phế thải FA nhiệt điện nước ta phát sinh nhiều, nghiên cứu sinh đề xuất đề tài nghiên cứu Tiến sĩ “Nghiên cứu chế tạo bê tông cốt sợi chất lượng siêu cao hàm lượng tro bay lớn sử dụng cho kết cấu cơng trình Việt Nam” Mục đích nội dung nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu luận án chế tạo thành công bê tông UHPC sử dụng hàm lượng FA lớn (HVFA UHPC) có độ lưu động lớn, cường độ nén lớn 120MPa, cường độ uốn lớn 15MPa, mô đun đàn hồi lớn 40 GPa hướng tới ứng dụng cho kết cấu cơng trình điều kiện Việt Nam Đối tượng phạm vi nghiên cứu + Đối tượng nghiên cứu: Bê tông chất lượng siêu cao sử dụng hàm lượng FA lớn (HVFA UHPC) đánh giá tính chất HVFA UHPC Từ đó, ứng dụng HVFA UHPC chế tạo cấu kiện dầm nghiên cứu ứng xử học cấu kiện + Phạm vi nghiên cứu Luận án thực dựa phạm vi nghiên cứu nguyên vật liệu sử dụng để chế tạo bê tông HVFA UHPC đạt tính chất theo mục tiêu đề ra, cụ thể bao gồm sau: - Sử dụng hỗn hợp phụ gia khống silica fume (SF), FA có sẵn Việt Nam Trong đó, FA sử dụng với hàm lượng lớn, 50% theo thể tích chất kết dính - Sử dụng sợi thép phân tán, có nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng sợi thép (hàm lượng 0-4%) đến tính chất bê tơng UHPC - Điều kiện dưỡng hộ: điều kiện tiêu chuẩn (27±2oC, độ ẩm ≥ 95%) điều kiện nhiệt ẩm (90±5oC, độ ẩm ≥ 95%) - Hỗn hợp bê tơng có độ chảy loang theo côn nhỏ khoảng 200-250 mm Cường độ nén bê tông ≥ 120 MPa, cường độ uốn ≥15 MPa, mô đun đàn hồi E ≥ 40 GPa - Chế tạo đánh giá ứng xử học cấu kiện dầm sử dụng HVFA UHPC Cơ sở khoa học Dựa phân tích bê tơng UHPC tính khả thi phát triển loại vật liệu sử dụng hàm lượng FA lớn (HVFA) đáp ứng nhu cầu xây dựng Việt Nam, luận án đặt sở khoa học để đạt mục tiêu nghiên cứu sau: - Nghiên cứu nâng cao chất lượng bê tông HVFA UHPC - Nghiên cứu mơ hình dự báo cường độ bê tơng HVFA UHPC theo thời gian - Nghiên cứu ứng xử học cấu kiện dầm bê tông HVFA UHPC Phương pháp nghiên cứu Luận án sử dụng phương pháp nghiên cứu bao gồm: - Phương pháp lý thuyết; phương pháp thực nghiệm; phương pháp lý thuyết kết hợp với thực nghiệm; phương pháp tính tốn kết hợp với mơ số; phương pháp phân tích thống kê, đánh giá tổng hợp Ý nghĩa khoa học luận án Kết nghiên cứu đề tài mang lại số ý nghĩa khoa học mặt lý thuyết thực tiễn, cụ thể: + Về mặt lý thuyết: - - Luận án phân tích chứng minh sở khoa học việc sử dụng FA hàm lượng lớn để chế tạo bê tông UHPC với tỷ lệ N/CKD thấp Việc sử dụng có tương hỗ PGK hoạt tính FA, SF kết hợp với PGSD cho phép giảm lượng nước nhào trộn (N/CKD giảm) Đây yếu tố quan trọng cải thiện tính cơng tác với hỗn hợp bê tơng có tỷ lệ N/CKD thấp, tăng độ đồng hỗn hợp bê tông, làm tăng độ đặc cấu trúc tăng độ bền lâu cho bê tông HVFA UHPC Trên sở đó, luận án đánh giá vai trò PGK tác động tương hỗ loại PGK tỷ lệ hợp lý bê tông UHPC Luận án nghiên cứu chứng minh sở khoa học vai trò sợi thép phân tán việc cải thiện độ bền uốn, kéo bê tông UHPC, tăng độ bền dẻo dai bê tơng UHPC Luận án xây dựng mơ hình lý thuyết dự đốn cường độ bê tơng HVFA UHPC theo thời gian với chế độ bảo dưỡng khác Đồng thời nghiên cứu lý thuyết tính tốn, mơ số, thực nghiệm kiểm chứng để xác định giá trị tải trọng phá hoại cấu kiện dầm chịu uốn ngang phẳng - Luận án nghiên cứu đánh giá ứng xử học cấu kiện bê tơng HVFA UHPC có ý nghĩa lớn mặt lý thuyết ứng dụng thực tiễn, đặc biệt với hệ bê tơng có tỷ lệ N/CKD thấp sử dụng hàm lượng FA lớn + Ý nghĩa thực tiễn: - - Việc nghiên cứu sử dụng vật liệu sẵn có (cát quắc, FA, SF, PGSD, cốt sợi thép) điều kiện chế tạo Việt Nam để chế tạo bê tơng HVFA UHPC đảm bảo tính chất kỹ thuật góp phần thúc đẩy phát triển xây dựng bền vững nâng cao chất lượng bảo vệ môi trường Việt Nam Luận án xây dựng mô hình lý thuyết cho phép dự đốn cường độ bê tông HVFA UHPC theo thời gian với điều kiện bảo dưỡng khác góp phần giảm thiểu thí nghiệm, tiết kiệm chi phí thời gian nghiên cứu, điều có ý nghĩa thực tiễn cao ứng dụng bê tông HVFA UHPC Việt Nam Những đóng góp luận án (1) Luận án chứng minh việc chế tạo UHPC sử dụng hàm lượng lớn (>50%) phụ gia khoáng tro bay từ nguyên liệu sẵn có Việt Nam (2) Luận án nghiên cứu tối ưu hóa cấp phối bê tông HVFA UHPC cách thiết kế tối ưu thành phần hạt sở mơ hình De Larrard, thiết kế tối ưu hóa cấp phối dựa thí nghiệm tính chất hỗn hợp bê tơng bê tông (3) Luận án nghiên cứu xây dựng mơ hình dự đốn cường độ bê tơng HVFA UHPC theo thời gian với chế độ bảo dưỡng hàm lượng FA khác (4) Luận án nghiên cứu ứng xử học cấu kiện dầm sử dụng bê tơng HVFA UHPC đánh giá tính khả thi Luận án nghiên cứu mô số thực nghiệm kiểm chứng Bố cục luận án Luận án gồm: Mở đầu, Năm chương chính, Kết luận kiến nghị, Tài liệu tham khảo Phụ lục CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG CỐT SỢI CHẤT LƯỢNG SIÊU CAO SỬ DỤNG TRO BAY HÀM LƯỢNG LỚN 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG Bê tông chất lượng siêu cao (Ultra-High Performance Concrete- UHPC) hệ bê tơng với đặc tính vượt trội tính công tác, cường độ, độ bền lâu [128] Thực tế thấy đặc tính bê tơng UHPC có kết hợp đặc tính số loại bê tông đặc biệt khác bê tông tự đầm (Self-Compacting Concrete- SCC), bê tông cốt sợi thép (Fiber-Reinforced Concrete- FRC) bê tông chất lượng cao (High-Performance Concrete- HPC) [51] Thông thường, thuật ngữ bê tông UHPC sử dụng để mô tả hỗn hợp gồm cát quắc mịn có đường kính hạt < 0,6mm, xi măng, SF, cốt sợi thép, phụ gia siêu dẻo với tỷ lệ nước/chất kết dính (N/CKD) thấp Về khía cạnh tính chất, định nghĩa bê tơng UHPC có khác số nước, chẳng hạn theo đề xuất Pháp bê tơng UHPC định nghĩa với cường độ nén lớn 150 MPa [8], theo tiêu chuẩn ASTM C1856 Mỹ, bê tông UHPC định nghĩa có cường độ nén 120 MPa [10] Xuất phát từ đề xuất, khuyến nghị tiêu chuẩn chưa thống nhiều nước, thuật ngữ bê tông UHPC đề xuất sử dụng luận án có cường độ nén ≥ 120 MPa phù hợp với điều kiện nguồn nguyên vật liệu địa phương khả chế tạo Việt Nam 1.2 VẬT LIỆU CHẾ TẠO VÀ CẤP PHỐI ĐIỂN HÌNH Vật liệu sử dụng nghiên cứu bao gồm cốt liệu (cát quắc), xi măng, phụ gia khoáng, phụ gia siêu dẻo, cốt sợi thép 1.3 NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG BÊ TÔNG UHPC TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 1.3.1 Nghiên cứu ứng dụng bê tông UHPC giới 1.3.2 Nghiên cứu ứng dụng bê tơng UHPC Việt Nam 1.4 TÍNH CHẤT CỦA HỖN HỢP BÊ TƠNG VÀ BÊ TƠNG UHPC 1.4.1 Tính cơng tác 1.4.2 Tính chất học: bao gồm cường độ nén mô đun đàn hồi, cường độ kéo trực tiếp, cường độ chịu kéo uốn, độ bền dẻo dai, độ bền va đập, chống nứt… 1.4.3 Co ngót 1.4.4 Độ bền lâu 1.5 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG UHPC SỬ DỤNG TRO BAY HÀM LƯỢNG LỚN 1.5.1 Phát triển bền vững bê tông 1.5.2 Tiềm sử dụng tro bay hàm lượng lớn chế tạo bê tông UHPC 1.6 ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN Dựa phân tích nêu bê tơng UHPC tính khả thi phát triển loại vật liệu đáp ứng nhu cầu xây dựng Việt Nam, luận án đặt vấn đề khoa học cần giải sau: (1) Nghiên cứu chế tạo bê tông UHPC sử dụng hàm lượng FA lớn: thông qua nghiên cứu lựa chọn vật liệu sẵn có, đồng thời tiến hành nghiên cứu đề xuất phương pháp thiết kế cấp phối bê tông HVFA UHPC (2) Nghiên cứu tối ưu hóa cấp phối bê tơng UHPC sử dụng hàm lượng FA lớn sở nghiên cứu tính chất hỗn hợp bê tơng bê tơng (3) Nghiên cứu mơ hình dự báo cường độ bê tông HVFA UHPC theo thời gian với chế độ bảo dưỡng (4) Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá ứng xử học cấu kiện dầm bê tông HVFA UHPC CHƯƠNG : CƠ SỞ KHOA HỌC CHẾ TẠO BÊ TÔNG CỐT SỢI CHẤT LƯỢNG SIÊU CAO HÀM LƯỢNG TRO BAY LỚN Dựa phân tích bê tơng UHPC tính khả thi phát triển loại vật liệu sử dụng hàm lượng FA lớn (HVFA) đáp ứng nhu cầu xây dựng Việt Nam, luận án đặt sở khoa học để đạt mục tiêu nghiên cứu sau: 2.1 NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG BÊ TƠNG HVFA UHPC Đối với bê tơng UHPC nói chung bê tơng HVFA UHPC nói riêng việc nghiên cứu nâng cao chất lượng bê tông dựa số sở khoa học chủ yếu sau [128, 133]: - Giảm kích thước lớn cốt liệu - Tối ưu thành phần hạt - `Tăng độ đặc việc sử dụng hạt siêu mịn - Cải thiện vi cấu trúc biện pháp dưỡng hộ nhiệt ẩm - Nâng cao độ bền dẻo dai cho bê tông - Cơ sở khoa học sử dụng HVFA bê tơng 2.2 NGHIÊN CỨU MƠ HÌNH DỰ BÁO CƯỜNG ĐỘ BÊ TÔNG HVFA UHPC THEO THỜI GIAN Để thiết lập phương trình thực nghiệm đơn giản cho phát triển cường độ nén bê tông UHPC, Liên đồn giới kết cấu bê tơng (fib) 2010 đưa mơ hình phát triển theo hàm số mũ 2.3 NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CƠ HỌC CỦA CẤU KIỆN DẦM BÊ TÔNG HVFA UHPC Trên sở tính chất học khảo sát được, đề tài tiến hành nghiên cứu ứng xử học cấu kiện dầm bê tông UHPC để làm sở hướng tới ứng dụng thực tế cho kết cấu công trình Luận điểm khoa học đặt sở nghiên cứu lý thuyết tính tốn kết cấu đề xuất mơ hình thực nghiệm cấu kiện dầm Từ đánh giá đề xuất lý thuyết tính tốn kết cấu phù hợp, đề xuất hệ số điều chỉnh phù hợp liên quan, chẳng hạn có kể ảnh hưởng hàm lượng cốt sợi đến tính tốn vùng kéo bê tơng UHPC Từ kết thí nghiệm có được, hiệu chỉnh hệ số Rk bê tơng tính tốn lý thuyết 2.3.1 Một số lý thuyết tính tốn dầm bê tơng UHPC Việc nghiên cứu ứng xử học cấu kiện bê tông UHPC nghiên cứu nhiều đơn vị, tổ chức giới kể đến số lý thuyết tính tốn sau: + Theo AASHTO LFRD bê tơng có cường độ nén khoảng từ 16 MPa đến 70 MPa + Theo Hiệp hội đường cao tốc Hoa Kỳ (FHWA) + Theo tiêu chuẩn thiết kế cầu Canada + Theo Hiệp hội kỹ sư dân dụng Pháp (AFGC\SETRA) + Theo Hiệp hội kỹ sư xây dựng Nhật Bản (JSCE) 2.3.2 Thiết lập cơng thức lý thuyết tính để tính tốn tải trọng phá hoại dầm bê tông HVFA UHPC Từ kết nghiên cứu nước nêu trên, NCS lựa chọn tính tốn lý thuyết theo mơ hình quan hệ ứng suất, biến dạng vùng kéo nén theo Hiệp hội đường cao tốc Hoa Kỳ (FHWA) xác định hệ số Rk cho dầm bê tông UHPC 2.3.3 Sử dụng phần mềm phân tích phần tử hữu hạn ABAQUS mơ theo thí nghiệm thực để tính tốn tải trọng phá hoại dầm bê tông HVFA UHPC Nghiên cứu tiến hành mơ thí nghiệm uốn dầm phần mềm phân tích phần tử hữu hạn ABAQUS Phương pháp mô đồng thời giúp giảm bớt chi phí thí nghiệm mẫu xác định tải trọng phá hoại mẫu cách dễ dàng khảo sát thay đổi thông số đầu vào chế tạo dầm UHPC KẾT LUẬN Đề tài nghiên cứu luận án đề xuất sở phân tích tổng quan cần thiết phát triển bê tơng UHPC giới nói chung Việt Nam nói riêng, đồng thời xét khía cạnh cụ thể nguồn nguyên vật liệu sẵn có phù hợp điều kiện Việt Nam, việc nghiên cứu phát triển bê tông UHPC sử dụng hàm lượng tro bay lớn hướng cần thiết, hướng tới phát triển bền vững hiệu chi phí môi trường Để thực ý tưởng này, đề tài đặt luận điểm khoa học cần giải bao gồm: - Nghiên cứu chế tạo bê tông UHPC sử dụng hàm lượng FA lớn có sở khả thi, việc nghiên cứu tính chất bê tông HVFA UHPC dựa sở nghiên cứu đề xuất phương pháp thiết kế cấp phối bê tông HVFA UHPC, đồng thời nghiên cứu tối ưu cấp phối bê tông kết thực nghiệm đánh giá yếu tố ảnh hưởng Bên cạnh việc nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng FA lớn đến q trình thủy hóa xi măng bê tông UHPC thông qua thay đổi hàm lượng CH theo thời gian phân tích đánh giá - Nghiên cứu đề xuất mơ hình dự báo cường độ bê tông HVFA UHPC theo thời gian - Nghiên cứu thực nghiệm ứng xử học cấu kiện dầm bê tơng HVFA UHPC, từ đề xuất phương pháp tính tốn kết cấu phù hợp Trên sở phân tích nhược điểm loại bê tơng sử dụng hàm lượng FA lớn này, mục tiêu đặt luận án chế tạo bê tông HVFA UHPC sử dụng vật liệu sẵn có Việt Nam cách hướng tới giải pháp lựa chọn sử dụng vật liệu, cải thiện thủy hóa phát triển vi cấu trúc, sở đề xuất phương pháp thiết kế bê tơng CHƯƠNG : VẬT LIỆU SỬ DỤNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU 3.1.1 Cốt liệu (cát quắc): Cốt liệu mịn sử dụng đề tài cát quắc có cỡ hạt từ 100-600 µm 3.1.2 Xi măng: Xi măng sử dụng nghiên cứu xi măng Nghi Sơn PC50 3.1.3 Phụ gia khoáng a Silica fume: Đề tài sử dụng SF dạng hạt rời không nén (condensed/undensified) hãng Elkem b Tro bay: Đề tài sử dụng FA mịn loại F nhà máy nhiệt điện Phả lại c Thành phần hóa học xi măng phụ gia khống hoạt tính 3.1.4 Phụ gia siêu dẻo: Đề tài sử dụng phụ gia siêu dẻo gốc Polycarboxylate dạng lỏng, hàm lượng chất khô 30% 3.1.5 Cốt sợi thép: Sợi thép sử dụng đề tài sợi Dramix OL13/0,20 3.1.6 Nước: Nước sử dụng đề tài thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật tiêu chuẩn Việt Nam 3.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU 3.2.1 Các phương pháp nghiên cứu tiêu chuẩn 3.2.2 Các phương pháp nghiên cứu phi tiêu chuẩn 3.3 NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CẤP PHỐI BÊ TÔNG HVFA UHPC 3.3.1 Phương pháp thiết kế tối ưu thành phần hạt bê tơng HVFA UHPC Mơ hình lèn chặt dạng nén [14, 15] bao gồm trình lèn chặt để đạt độ lèn chặt lý thuyết i, xác định khối lượng thể tích lèn chặt lớn hạt, hạt thay phần Cơng thức tính tốn độ lèn chặt tối ưu với n cấp hạt i cấu tử theo công thức (3-2) sau: i = 𝛽𝑖 𝛽𝑖 𝑖−1 1−∑𝑗=1[1−𝛽𝑖 +𝑏𝑖𝑗 (1− )𝑦𝑗 −∑𝑛 𝑗=𝑖+1[1−𝑎𝑖𝑗 𝛽 ]𝑦𝑗 𝛽𝑗 𝑗 (3-2) Hiệu ứng lỏng lẻo (aij): xảy hạt nhỏ điền đầy kích thước vượt khoảng trống nhóm hạt lớn xếp tự nhiên, hạt lớn bị đẩy xa (lỏng lẻo) ảnh hưởng hiệu ứng kể đến tính tốn cơng thức (3-3) sau: d aij = √1 − (1 − dj )1,02 i (3-3) Hiệu ứng tường chắn (bịj): xảy hạt lớn tạo bề mặt (dạng tường chắn) có vài khoảng khơng gần bề mặt không cho phép hạt nhỏ xếp tự nhiên điền đầy vào khoảng trống này, tạo hệ thống lỗ rỗng bao quanh hạt lớn hơn, ảnh hưởng hiệu ứng kể đến tính tốn theo cơng thức (3-4) sau: bij = – (1-di/dj)1,50 (3-4) Đối với cấp hạt j xác định theo cơng thức sau: j = 𝛽𝑗 1+ (3-5) 𝐾 Hệ số lèn chặt xác định sau: n n i 1 i 1 K Ki yi i (3-6) 1 i 3.3.2 Phương pháp thiết kế thành phần bê tông HVFA UHPC Tăng tỷ lệ N/CKD (+) (-) Lựa chọn vật liệu đầu vào (Cát, xi măng, SF, FA) D = 200 - 250 mm Lượng PGSD lớn (-) Tăng hàm lượng PGSD (+) Tính tốn tối ưu thành phần hạt (de Larrard) Tốc độ rắn hợp lý (-) (+) Bảo dưỡng tiêu chuẩn, nhiệt ẩm Lựa chọn tỷ lệ C/CKD, SF/CKD, FA/CKD Rn > 120 MPa (bảo dưỡng tiêu chuẩn); Rn > 150 MPa (bảo dưỡng nhiệt ẩm) Lựa chọn tỷ lệ N/CKD (-) (+) Thay đổi tỷ lệ FA/CKD (-) Tỷ lệ FA/CKD lớn (+) Bảo dưỡng nhiệt ẩm (1-2-3-4-5-6-7 ngày) Cấp phối HVFA UHPC Hình 3.9 Phương pháp đề xuất thiết kế cấp phối bê tông HVFA UHPC 3.3.3 Tính tốn thành phần bê tơng HVFA UHPC Như vậy, tỷ lệ thành phần vật liệu biết, hồn tồn xác định cấp phối bê tông UHPC ban đầu ∑ Va material + = 1000 (3-7) 11 Hình 4.4 Ảnh hưởng FA đến hàm lượng CH đá CKD điều kiện bảo dưỡng nhiệt ẩm, tỷ lệ N/CKD = 0,16 4.1.3 Ảnh hưởng hỗn hợp SF FA đến hàm lượng Ca(OH)2 đá CKD Ảnh hưởng SF FA đến hàm lượng CH đá CKD 0.035 Ref 10%SF + 50%FA Hàm lượng CH, g/g XM 0.030 10%SF + 30%FA 10%SF + 70%FA 0.025 0.020 0.015 0.010 0.005 0.000 78 13 18 Tuổi mẫu, ngày 23 28 Hình 4.5 Ảnh hưởng tổ hợp 10% SF (30-70)% FA đến hàm lượng CH đá CKD điều kiện bảo dưỡng tiêu chuẩn, tỷ lệ N/CKD = 0,16 0.035 Hàm lượng CH, g/g XM 0.030 Ref 10%SF + 30%FA 10%SF + 50%FA 10%SF + 70%FA 0.025 0.020 0.015 0.010 0.005 0.000 87 13 18 Tuổi mẫu, ngày 23 28 Hình 4.6 Ảnh hưởng tổ hợp 10% SF (30-70)% FA đến hàm lượng CH đá CKD điều kiện bảo dưỡng nhiệt ẩm, tỷ lệ N/CKD = 0,16 0.0008 0.0000 0.0026 0.0120 0.0184 0.0060 0.0150 0.0129 0.0018 0.010 0.0162 0.0145 0.0133 0.020 Bảo dưỡng nhiệt ẩm 0.0162 0.030 Bảo dưỡng tiêu chuẩn 0.0037 Hàm lượng CH, g/g XM 0.040 0.0237 0.0287 12 10%SF+70%FA Mẫu 10%SF+50%FA 10%SF+30%FA 50%FA 30%FA 20%SF 10%SF 100%XM 0.000 Hình 4.7 Ảnh hưởng PGK đến hàm lượng CH đá CKD điều kiện bảo dưỡng thường bảo dưỡng nhiệt ẩm tuổi 28 ngày 4.2 NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT CỦA HỖN HỢP BÊ TƠNG VÀ BÊ TƠNG HVFA UHPC 4.2.1 Tính cơng tác hỗn hợp bê tông UHPC Lượng dùng phụ gia siêu dẻo (PGSD) điều chỉnh để hỗn hợp bê tông UHPC để đạt giá trị đường kính độ chảy loang trung bình từ 200-250mm thể Hình 4.8 Hàm lượng PGSD, % 1.0 0.8 FA SF 10%SF+FA 0.6 0.4 0.2 0.0 10 20 30 40 50 60 70 80 Hàm lượng PGK, % Hình 4.8 Quan hệ lượng PGSD PGK theo khối lượng CKD, độ chảy hỗn hợp bê tơng từ 200-250 mm, N/CKD = 0,16 Tính cơng tác hỗn hợp giảm tuyến tính tăng hàm lượng sợi Tăng hàm lượng sợi từ đến 1,2,3,4% để xác định tính cơng tác hỗn hợp bê tông 13 300 250 230 Độ chảy, mm 205 180 200 150 150 115 100 50 21 32 43 Hàm lượng cốt sợi, % 54 Hình 4.9 Biểu đồ quan hệ độ chảy hàm lượng sợi 4.2.2 Ảnh hưởng hàm lượng SF đến cường độ nén bê tông UHPC Ảnh hưởng hàm lượng SF đến cường độ nén bê tông UHPC 200 200 b) t=90oC 28 ngày 150 Cường độ nén, MPa Cường độ nén, MPa a) t=27oC 100 50 28 ngày 150 100 50 0 10 20 Hàm lượng SF, % 30 10 20 Hàm lượng SF, % Hình 4.10 Ảnh hưởng hàm lượng SF đến cường độ nén bê tông UHPC (a) 272oC, (b) 905oC 4.2.3 Ảnh hưởng hàm lượng FA đến cường độ nén bê tông UHPC Ảnh hưởng hàm lượng FA đến cường độ nén bê tông UHPC 30 14 Hình 4.11 Ảnh hưởng hàm lượng FA đến cường độ nén bê tông UHPC (a) 272oC, (b) 905oC 4.2.4 Ảnh hưởng kết hợp SF FA đến cường độ nén bê tông UHPC Ảnh hưởng hàm lượng SF FA đến cường độ nén bê tông UHPC 200 Cường độ nén, MPa a) t=27oC 28 ngày 50 60 70 28 ngày 50 60 70 150 100 50 0 10 20 30 40 Hàm lượng FA, % 200 Cường độ nén, MPa b) t=90oC 150 100 50 0 10 20 30 40 Hàm lượng FA, % Hình 4.12 Ảnh hưởng hàm lượng FA đến phát triển cường độ nén bê tông tuổi khác nhau, với SF = 10%, (a) 272oC, (b) 905oC 15 4.2.5 Ảnh hưởng thời gian bảo dưỡng nhiệt từ đến ngày đến cường độ nén 28 ngày Cường độ nén, MPa 200 REF 20%FA 30%FA 50%FA 70%FA 150 100 50 Thời gian bảo dưỡng nhiệt, ngày (b) N/CKD = 0,16 Hình 4.17 Ảnh hưởng thời gian bảo dưỡng nhiệt khác từ 1-7 ngày đến cường độ nén 28 ngày bê tông UHPC sử dụng hàm lượng tro bay N/CKD khác Cường độ nén lớn tuổi 28 ngày, MPa 200 y = -0.0146(Rf)2 + 0.5437(Rf) + 162.68 175 150 150 y = -0.0187(Rf)2 + 0.6082(Rf) + 140.94 125 120 100 75 Bảo dưỡng tiêu chuẩn Bảo dưỡng nhiệt ẩm 52,5% 50 10 20 30 40 Hàm lượng FA, % 50 60 70 Hình 4.19 Mối quan hệ cường độ nén tuổi 28 ngày cao bê tông UHPC với hàm lượng FA 4.2.6 Ảnh hưởng kích thước mẫu đến cường độ nén bê tông HVFA UHPC 4.2.7 Mô đun đàn hồi bê tơng HVFA UHPC Thí nghiệm mơ đun đàn hồi theo tiêu chuẩn ASTM C469 cho mẫu trụ tuổi 28 ngày E=σ/ɛ (4-1) 16 4.2.8 Cường độ ép chẻ bê tơng HVFA UHPC Thí nghiệm ép chẻ để xác định cường độ ép chẻ thí nghiệm theo tiêu chuẩn ASTM C496 cho mẫu trụ tuổi 28 ngày Rk=2P/πdl (4-2) 4.2.9 Cường độ kéo uốn bê tơng HVFA UHPC Thí nghiệm uốn điểm để xác định cường độ kéo uốn thí nghiệm theo tiêu chuẩn ASTM C1018 cho mẫu dầm tuổi 28 ngày Rku=P.L/b.h2 (4-3) 4.3 NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH DỰ BÁO CƯỜNG ĐỘ NÉN CỦA BÊ TƠNG HVFA UHPC THEO THỜI GIAN 4.3.1 Giới thiệu chung Để thiết lập phương trình thực nghiệm đơn giản cho phát triển cường độ nén bê tông UHPC, Liên đồn giới kết cấu bê tơng (fib) đưa mơ hình phát triển theo hàm số mũ (fib 2010) 4.3.2 Mơ hình dự báo cường độ nén bê tơng theo fib 2010 Hình 4.22 cho thấy phát triển cường độ nén điển hình (c(t)) chuẩn hóa cường độ nén 28 ngày cho hỗn hợp bê tông UHPC với N/CKD 0,16 1.4 1.2 1.0 Series6 fib 2010 Series1 R f = 0% Series2 Rf = 20% Series3 R f = 30% Series4 R f = 50% Series5 R f = 70% fc(t)/f'c 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 50 100 Tuổi mẫu, ngày 150 200 (b) N/CKD = 0,16 Hình 4.21 Phát triển cường độ nén theo mơ hình điều kiện bảo dưỡng tiêu chuẩn 17 1.4 1.2 1.0 fc(t)/f'c 0.8 Series6 fib 2010 RSeries1 f = 0% Series2 Rf = 20% RSeries3 f = 30% RSeries4 f = 50% Series5 Rf = 70% 0.6 0.4 0.2 0.0 50 100 Tuổi mẫu, ngày 150 200 (b) N/CKD = 0,16 Hình 4.22 Phát triển cường độ nén theo mơ hình điều kiện bảo dưỡng nhiệt ẩm 4.3.3 Phương trình thực nghiệm để phát triển cường độ nén Để xây dựng phương trình thực nghiệm đơn giản đánh giá phát triển cường độ nén bê tông UHPC, nghiên cứu tuân theo hàm mũ xác lập mơ hình fib 2010 [13]: 28 0.5 fc (t)/fc' = EXP [Sl (1- ( t ) )] (4-4) Từ cách tiếp cận NLRA, c’, cho bê tông UHPC với FA ước tính sau : fc' = 6.4[(M/M0 )1.3 /(N/CKD)]0.4 fc0 (4-5) Trong hệ số phụ thuộc vào hàm lượng tro bay R sau: = (1 + R f )0.1 với R f ≤ 0.3 (4-6a) = (1-R f ) với R f > 0.3 (4-6b) Hệ số để giải thích ảnh hưởng FA c’, c’ tăng lên với gia tăng R lên đến 30%, c’ giảm dần, hiển thị Hình 4.23 21 18 f'c / fco 15 12 Hàm nội suy y = 6.4x0.4 R² = 0.80 0 2.5 7.5 10 ξ(M/Mo)1.3/(W/B) 12.5 15 Hình 4.23 Phân tích hồi quy cho cường độ nén 28 ngày bê tông UHPC 18 Từ NLRA xem xét thông số ảnh hưởng này, tham số Sl công thức (4-4) thể hình thức sau Hình 4.ình 4.24 Sl = 0.083[(1 + R f )3 /(N/CKD)0.3 ]0.65 cho điều kiện bảo dưỡng tiêu chuẩn (4-7a) Sl = 0,02 cho điều kiện bảo dưỡng nhiệt (ở 90°C) (4-7b) 0.5 Tham số βc 0.4 0.3 0.2 Hàm nội suy y = 0.083x0.65 R² = 0.88 0.1 0 0.3 (1+Rf) /(W/B) 10 11 Hình 4.24 Mơ hình hóa Sl cơng thức (1) để dự báo phát triển cường độ nén 4.3.4 Hiệu chuẩn mơ hình đề xuất Bảng 4.9 Tổng hợp giá trị thống kê xác định từ việc so sánh thí nghiệm dự báo Tỷ lệ cường độ nén thí nghiệm dự báo độ tuổi khác nhau, ngày Điều kiện bảo dưỡng tiêu chuẩn Điều kiện bảo dưỡng nhiệt ẩm 28 90 180 Tổng 28 90 180 Tổng 𝛾𝑚 0,95 0,93 0,99 0,99 0,97 0,97 1,08 1,09 1,09 1,06 1,01 1,07 𝛾𝑠 0,15 0,13 0,12 0,10 0,10 0,12 0,12 0,12 0,11 0,11 0,12 0,12 4.3.5 Phát thải CO2 bê tông HVFA UHPC 4.3.6 Kết luận Dựa kết thí nghiệm, kết luận sau rút liên quan đến tính chất vật liệu phương pháp sử dụng: (1) Tỷ lệ cường độ nén bảo dưỡng nhiệt ẩm so với bảo dưỡng tiêu chuẩn (c’)H/(c’)S tăng không nhiều thời gian bảo dưỡng nhiệt tăng lên đến ngày, ngồi bị ảnh hưởng khơng đáng kể thời gian bảo dưỡng nhiệt, mà (c’)H cường độ nén 28 ngày bê tông UHPC độ tuổi bảo dưỡng nhiệt khác (c’)S mẫu bê tông UHPC đối chứng bảo dưỡng điều kiện tiêu chuẩn Điều khẳng định bảo dưỡng nhiệt ngày đủ để bê tông UHPC đạt cường độ cao (2) Với thời gian bảo dưỡng nhiệt ẩm, giá trị cao (c’)H/(c’)S quan sát thấy cấp phối bê tông UHPC với hàm lượng FA lớn tỷ lệ N/CKD thấp Ngoài ra, với điều kiện 19 bảo dưỡng nhiệt, hàm lượng FA lớn cho giá trị (c’)H/(c’)S cao, đặc biệt bê tông UHPC sử dụng FA với hàm lượng 70% (3) Thích hợp bổ sung FA để tăng cường độ nén bê tơng UHPC địi hỏi quy trình bảo dưỡng nhiệt tuổi sớm khuyến cáo ngày 90°C nước nóng Tốc độ tăng cường độ bê tông UHPC bảo dưỡng điều kiện bảo dưỡng nhiệt bị ảnh hưởng hàm lượng FA không đáng kể, nghiên cứu tỷ lệ ngày dao động từ 0,92 đến 0,99 cho tất mẫu thí nghiệm Nhìn chung, cường độ nén bê tơng UHPC với FA điều kiện bảo dưỡng nhiệt chủ yếu đạt đến cường độ 28 ngày ngày Hàm lượng FA tăng đến 50% bê tông UHPC bảo dưỡng nhiệt tuổi sớm xem xét giá trị tương đương với cường độ nén bê tơng UHPC mà khơng có FA bảo dưỡng điều kiện tiêu chuẩn (4) Để dự báo phát triển cường độ nén hỗn hợp bê tơng UHPC bảo dưỡng nhiệt ẩm, mơ hình fib 2010 đánh giá thấp độ tuổi sớm đánh giá cao độ tuổi dài ngày, hàm lượng FA Các dự báo thu từ mơ hình đề xuất phù hợp với kết thí nghiệm tuổi khác Do đó, mơ hình đề xuất có tiềm tốt để đánh giá cách đáng tin cậy phát triển cường độ nén bê tông UHPC (với hàm lượng FA khác (lên đến 70% hàm lượng FA) bảo dưỡng điều kiện khác (5) Mơ hình áp dụng cho bê tông HVFA UHPC với thời gian từ đến 180 ngày kết hợp FA loại F 0-70%, xi măng loại I, N/CKD từ 0,12 đến 0,18 theo khối lượng, cường độ nén từ 80 đến 165 MPa, bảo dưỡng điều kiện tiêu chuẩn nhiệt ẩm Tuy nhiên, mô hình dự báo cường độ nén theo thời gian có độ tin cậy phạm vi đề tài có giá trị tham khảo với nghiên cứu khác CHƯƠNG : NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ UỐN CỦA DẦM BÊ TÔNG HVFA UHPC 5.1 GIỚI THIỆU CHUNG Bê tơng thường có ứng xử tăng độ dẻo dai cường độ nén tăng thay đổi vi cấu trúc bên trì khả chịu tải đạt độ bền giới hạn với bê tông UHPC quan hệ ứng xử vật liệu giòn dẫn đến kết cấu bị phá hoại cách đột ngột tăng tải trọng Hạn chế lớn bê tông UHPC độ bền kéo độ bền dẻo dai thấp Để tăng độ bền dẻo dai cho bê tông UHPC thiết phải sử dụng hàm lượng sợi định Việc sử dụng cốt sợi thép đặc biệt làm cho hỗn hợp đặc đồng vi cấu trúc thành phần hạt mịn Các ứng suất tập trung vật liệu truyền lẫn qua thông qua cốt sợi Mặt khác, hiệu việc dụng cốt sợi cốt sợi thép phân tán ngẫu nhiên có khả kiểm soát lan truyền vết nứt, ngăn ngừa mở rộng vết nứt làm tăng độ bền dẻo dai Một chức quan trọng cốt sợi thép bê tông truyền ứng suất kéo qua vùng bị nứt, trì cường độ kéo sau nứt 5.2 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MƠ HÌNH CẤU KIỆN DẦM BÊ TÔNG HVFA UHPC CỐT THÉP a Kích thước dầm thí nghiệm: b Cấp phối bê tơng thí nghiệm 20 5.3 THÍ NGHIỆM UỐN ĐIỂM DẦM BÊ TÔNG UHPC ĐỂ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU LỰC, BIẾN DẠNG Sơ đồ thí nghiệm và bố trí điểm đo dầm bê tông UHPC thể Hình 5.2 C1: Mặt dầm C2: Cách mặt dầm 2,5cm C3: Cách mặt dầm 5cm C4: Mặt đáy dầm S1+S2: Thanh thép lớp Hình 5.2 Sơ đồ thí nghiệm bố trí điểm đo dầm bê tơng HVFA UHPC 5.4 CƠNG TÁC GIA TẢI THÍ NGHIỆM UỐN CÁC DẦM BÊ TƠNG UHPC CỐT THÉP Tải trọng tăng theo bước xác định trước Tải thí nghiệm kết thúc quan sát thấy dầm bị biến mềm 140 0% sợi 2% sợi Tải trọng (kN) 120 1% sợi 3% sợi 100 80 60 40 20 0 10 15 20 Độ võng (mm) 25 30 35 Hình 5.8 Quan hệ tải trọng độ võng dầm bê tông HVFA UHPC 0,1,2,3% sợi thép Từ biểu đồ quan hệ trọng động võng dầm cho thấy khả kháng uốn độ cứng dầm bê tông HVFA UHPC với hàm lượng sợi khác Từ biểu đồ quan hệ q trình theo dõi thí nghiệm xác định tải trọng dầm xuất vết nứt đầu tiên, tải trọng thép miền kéo bị chảy dẻo tải trọng tới hạn mẫu thử 21 5.5 DỰ ĐỐN TẢI TRỌNG THÍ NGHIỆM DẦM BÊ TƠNG UHPC CỐT THÉP THEO MƠ HÌNH LÝ THUYẾT ĐỀ XUẤT Phương pháp dự báo sức kháng uốn dựa biểu đồ quan hệ ứng suất – biến dạng theo đề xuất FHWA kể đến làm việc chịu kéo bê tông Quan hệ ứng suất – biến dạng đơn giản thuận tiện cho việc tính tốn Tuy nhiên, việc đưa mối quan hệ ứng suất – biến dạng tương đối đơn giản lấy cường độ chịu kéo 0,5 lần cường độ chịu kéo trước nứt Hình 5.9 Mặt cắt tính tốn dầm bê tơng UHPC Từ phương trình cân lực dọc mặt cắt ngang tiết diện dầm khơng, xác định vị trí đường trung hịa Nz = 1/2×b×x×(0,007×x/(h-x))×Eb + 0,007×(x-a’)/(h-x)×Et×As’ - As×Fy - Fct×(h-x)×b=0 Từ vị trí đường trung hịa tính khả kháng uốn dầm Mx tải trọng tập trung P Mx = b×(h-x)×Fct×((h-x)/2+x-a’) + As×Fy×(h-a-a’) + 1/2×b×x×(0,007×x/(h-x))×Eb×(-1/3×x+a’) P = 2×Mx/0,75 Bảng 5.4 Tính khả kháng uốn dầm bê tông UHPC với hàm lượng sợi 0-3% Cấp phối Kích thước dầm CP2 1502002200mm Hàm Mơ đun đàn lượng sợi hồi E 1% 44,9 Rk bê tơng Mu Tải trọng P 0,9×9,2 37,12KNm 98,98KN Với hàm lượng cốt sợi 1% hệ số Rk bê tông lấy 0,9 phù hợp với kết thực nghiệm CP3 1502002200mm 2% 45,5 0,8×11,8 39,83KNm 106,22KN Với hàm lượng cốt sợi 2% hệ số Rk bê tông lấy 0,8 phù hợp với kết thực nghiệm CP4 1502002200mm 3% 46,1 0,8×13,8 43,53KNm 116,08KN Với hàm lượng cốt sợi 3% hệ số Rk bê tông lấy 0,8 phù hợp với kết thực nghiệm Từ kết nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm cho thấy hồn tồn bỏ qua Rk bê tơng UHPC tính tốn thiên an tồn khơng sát với kết thí nghiệm Nghiên cứu đề xuất chọn hệ số Rk cho bê tông UHPC 0,8 để xác định tải trọng 22 5.6 DỰ ĐOÁN TẢI TRỌNG PHÁ HOẠI CỦA DẦM BÊ TÔNG HVFA UHPC BẰNG ABAQUS 5.6.1 Phương pháp phần tử hữu hạn FEM Hiện phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng ngày rộng rãi để mô làm việc đánh giá khả chịu tải kết cấu BTCT Một phần mềm thương mại FEM sử dụng nhiều để mô cho kết cấu cơng trình ABAQUS Mỹ Việc nghiên cứu mơ hình dự báo tải trọng phá hoại cấu kiện dầm bê tơng HVFA UHPC thực ABAQUS có ý nghĩa lớn thực tiễn Hình 5.10 Mơ hình ABAQUS dầm HVFA UHPC 5.6.2 Mơ hình vật liệu Để xây dựng mơ hình này, đường cong mối quan hệ ứng suất – biến dạng lấy từ kết thí nghiệm 5.6.3 Loại phần tử, chia lưới mơ hình, liên kết bê tơng cốt thép Phần tử khối chiều nút tuyến tính gán cho phần tử bê tơng cốt thép Các phần tử chia tự động dạng phân vùng có kích thước khoảng 20mm cho vật liệu bê tông cốt thép Các phần tử cốt thép dọc bê tơng coi có liên kết bám dính tuyệt đối 23 5.6.4 Kết mô số 120 Tải trọng (kN) 100 80 60 40 20 0 10 15 Độ võng (mm) 20 25 Hình 5.13 Biểu đồ quan hệ độ võng biến dạng dầm HVFA UHPC (2% sợi thép) Với hàm lượng cốt sợi 2% tải trọng phá hoại xác định theo ABAQUS 111,48KN So với kết thực nghiệm Pph 105KN việc dự đốn mơ cho kết có độ xác đến 94,19% Từ kết nghiên cứu ứng xử dầm bê tơng HVFA UHPC thấy hồn tồn sử dụng cấp phối bê tông HVFA UHPC để chế tạo chi tiết kết cấu chịu lực cho cơng trình Kết nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm tìm hệ số Rk =0,8 cho dầm bê tông HVFA UHPC Hồn tồn sử dụng lý thuyết mơ để dự đoán tải trọng phá hoại dầm bê tông HVFA UHPC Việc sử dụng mô giúp giảm chi phí thí nghiệm mà cho kết có độ xác cao KẾT LUẬN KẾT LUẬN Dựa kết nghiên cứu đạt được, luận án đưa số kết luận sau: (1) Trên sở nguyên lý khoa học UHPC vật liệu sẵn có (gồm xi măng PC50, FA, SF, PGSD, sợi thép phân tán) điều kiện máy móc, thiết bị phịng thí nghiệm Việt Nam hoàn toàn chế tạo HVFA UHPC với hàm lượng FA sử dụng lớn 50% để đạt cường độ nén 120 MPa, cường độ uốn đạt 15 MPa (khi sử dụng cốt sợi thép phân tán), mô đun đàn hồi lớn 40 GPa (2) Khi sử dụng đơn phụ gia khống FA chế tạo bê tơng UHPC có cường độ nén lớn 120 MPa với hàm lượng FA sử dụng tối đa 30% Tuy vậy, kết hợp với 10%SF cường độ nén bê tông UHPC đạt 120 MPa điều kiện bảo dưỡng thường, đặc biệt bảo dưỡng nhiệt ẩm, hồn tồn sử dụng 50%FA để chế tạo bê tông UHPC với cường độ nén đạt 127-135 MPa tuổi sớm ngày đến 28 ngày Đây quy luật khoa học chứng minh luận án này, theo kết hợp FA với PGK hoạt tính mạnh SF bảo dưỡng nhiệt ẩm nâng cao chất lượng HVFA UHPC 24 (3) Đã xây dựng mối quan hệ cường độ UHPC lớn đạt với hàm lượng FA tương ứng Từ cho thấy hàm lượng FA lớn để chế tạo bê tông HVFA UHPC đạt cường độ nén 120 MPa điều kiện bảo dưỡng tiêu chuẩn 150 MPa điều kiện bảo dưỡng nhiệt ẩm 52,5%, bê tơng chứa 10%SF, nghĩa tổng hàm lượng phụ gia khoáng 62,5%, hàm lượng xi măng 37,5% (tương đương 450 kg) để chế tạo bê tông UHPC Trong trường hợp đạt cường độ nén 120 MPa với điều kiện bảo dưỡng nhiệt ẩm sử dụng đến 80% phụ gia khống, nghĩa 220 kg xi măng cần sử dụng để chế tạo bê tông UHPC (4) Phương pháp thiết kế thành phần bê tông HVFA UHPC thiết lập thông qua bước dựa sở (1) nghiên cứu lựa chọn vật liệu đầu vào, (2) tối ưu hóa thành phần hạt vật liệu theo mơ hình lèn chặt dạng nén De Larrard, đồng thời có xét đến (3) lựa chọn điều chỉnh tỷ lệ N/CKD (4) điều kiện bảo dưỡng, kể (5) thời gian bảo dưỡng nhiệt ẩm tối ưu cho HVFA UHPC (5) Mơ hình dự báo cường độ HVFA UHPC theo thời gian với chế độ bảo dưỡng khác thiết lập sở mơ hình fib 2010, có kể đến hàm lượng FA sử dụng fc' = 6.4[(M/M0 )1.3 /(N/CKD)]0.4 fc0 Trong hệ số phụ thuộc vào hàm lượng tro bay R, M hàm maturity (độ trưởng thành) phụ thuộc vào nhiệt độ thời gian, tỷ lệ N/CKD (6) Ứng xử học cấu kiện dầm HVFA UHPC chứng minh tính khả thi việc ứng dụng HVFA UHPC, hệ số điều chỉnh Rk tính tốn đề xuất lấy 0,8 cho phù hợp với dầm UHPC HVFA cốt thép Hàm lượng cốt sợi hợp lý để đảm bảo điều kiện bền, cứng mở rộng vết nứt 2% phạm vi nghiên cứu luận án Bên cạnh đó, sử dụng mơ hình lý thuyết phân tích phần tử hữu hạn mô cho kết nghiên cứu tương đồng với dự đoán tải trọng phá hoại dầm HVFA UHPC, giúp giảm chi phí làm thực nghiệm mà cho kết có độ xác cao KIẾN NGHỊ Trên sở kết đạt được, số kiến nghị cụ thể hướng phát triển cho HVFA UHPC sau: (1) Nghiên cứu quy trình hướng dẫn trộn, đổ, bảo dưỡng HVFA UHPC để đảm bảo tính đồng hỗn hợp nâng cao độ ổn định chất lượng bê tông HVFA UHPC (2) Nghiên cứu sử dụng cát vàng tự nhiên thay cát quắc nghiền mịn mà đảm bảo tính chất lý bê tông HVFA UHPC (3) Nghiên cứu chế tạo bê tông HVFA UHPC sử dụng loại sợi khác hệ sợi lai (4) Nghiên cứu độ bền lâu HVFA UHPC (5) Nghiên cứu ứng dụng bê tông HVFA UHPC kết cấu cụ thể 25 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ Pham Sy Dong, Le Trung Thanh, Nguyen Van Tuan and Nguyen Cong Thang (2018), Sustainable development of ultra high performance concrete mixture using high volume of fly ash in Vietnam, Proceedings of the 2nd International Conference on UHPC Materials and Structures UHPC – China (PRO-129), RILEM, pp 161-170 (ISBN:978-2-35158-219-0) Sy Dong Pham, Van Tuan Nguyen, Trung Thanh Le, Cong Thang Nguyen (2019), Possibility of using high volume fly ash to produce low cement Ultra High Performance Concrete, Proceedings of the International Conference on Sustainable Civil Engineering and Architecture (ICSCEA), Ho Chi Minh city, Vietnam, pp 589-597, ISBN 978-981-15-5144-4, ISSN 2366-2557, DOI https://doi.org/10.1007/978-98115-5144-4_56 (Indexed by SCOPUS) Pham Sy Dong, Nguyen Van Tuan*, Le Trung Thanh, Nguyen Cong Thang, Viet Hung Cu and Ju-Hyun Mun (2020), Compressive Strength Development of High-Volume Fly Ash Ultra-High-Performance Concrete under Heat Curing Condition with Time, Applied Sciences 2020, 10, 7107, ISSN 2076-3417, IF=2.474, ISSN 2076-3417, DOI: https://doi.org/10.3390/app10207107 (SCIE, Q2) Pham Sy Dong, Le Trung Thanh, Nguyen Van Tuan*, Nguyen Cong Thang, Yang Keun-Hyeok (2021), Mix design of High Volume Fly Ash Ultra High Performance Concrete, Journal of Building Science and Technology, Vietnam, pp 197-208, ISSN 1859-2996, 15(4) (10-2021), DOI: https://doi.org/10.31814/stce.huce(nuce)2021-15(4)-17 (ACI) ... nhiều, nghiên cứu sinh đề xuất đề tài nghiên cứu Tiến sĩ ? ?Nghiên cứu chế tạo bê tông cốt sợi chất lượng siêu cao hàm lượng tro bay lớn sử dụng cho kết cấu cơng trình Việt Nam? ?? Mục đích nội dung nghiên. .. lâu 1.5 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG UHPC SỬ DỤNG TRO BAY HÀM LƯỢNG LỚN 1.5.1 Phát triển bền vững bê tông 1.5.2 Tiềm sử dụng tro bay hàm lượng lớn chế tạo bê tông UHPC 1.6 ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU CỦA... nghiên cứu ứng xử uốn dầm bê tông HVFA UHPC CHƯƠNG : NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA BÊ TƠNG CỐT SỢI CHẤT LƯỢNG SIÊU CAO SỬ DỤNG HÀM LƯỢNG TRO BAY LỚN 4.1 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PGK SF VÀ FA ĐẾN HÀM