Nghiên cứu độ bền thấm nước và thấm ion clo clorua của bê tông cốt liệu nhẹ ứng dụng trong dự đoán tuổi thọ kết cấu cầu.

Nghiên cứu độ bền thấm nước và thấm ion clo clorua của bê tông cốt liệu nhẹ ứng dụng trong dự đoán tuổi thọ kết cấu cầu. Nghiên cứu độ bền thấm nước và thấm ion clo clorua của bê tông cốt liệu nhẹ ứng dụng trong dự đoán tuổi thọ kết cấu cầu. Nghiên cứu độ bền thấm nước và thấm ion clo clorua của bê tông cốt liệu nhẹ ứng dụng trong dự đoán tuổi thọ kết cấu cầu. Nghiên cứu độ bền thấm nước và thấm ion clo clorua của bê tông cốt liệu nhẹ ứng dụng trong dự đoán tuổi thọ kết cấu cầu. Nghiên cứu độ bền thấm nước và thấm ion clo clorua của bê tông cốt liệu nhẹ ứng dụng trong dự đoán tuổi thọ kết cấu cầu. Nghiên cứu độ bền thấm nước và thấm ion clo clorua của bê tông cốt liệu nhẹ ứng dụng trong dự đoán tuổi thọ kết cấu cầu. Nghiên cứu độ bền thấm nước và thấm ion clo clorua của bê tông cốt liệu nhẹ ứng dụng trong dự đoán tuổi thọ kết cấu cầu. Nghiên cứu độ bền thấm nước và thấm ion clo clorua của bê tông cốt liệu nhẹ ứng dụng trong dự đoán tuổi thọ kết cấu cầu. Nghiên cứu độ bền thấm nước và thấm ion clo clorua của bê tông cốt liệu nhẹ ứng dụng trong dự đoán tuổi thọ kết cấu cầu. Nghiên cứu độ bền thấm nước và thấm ion clo clorua của bê tông cốt liệu nhẹ ứng dụng trong dự đoán tuổi thọ kết cấu cầu.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI -o0o - LÊ QUANG VŨ NGHIÊN CỨU ĐỘ BỀN THẤM NƯỚC VÀ THẤM ION CLO CỦA BÊ TÔNG CỐT LIỆU NHẸ ỨNG DỤNG TRONG DỰ ĐOÁN TUỔI THỌ KẾT CẤU CẦU LUẬN ÁN TIẾN SĨ Hà Nội - 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI -o0o - LÊ QUANG VŨ NGHIÊN CỨU ĐỘ BỀN THẤM NƯỚC VÀ THẤM ION CLO CỦA BÊ TÔNG CỐT LIỆU NHẸ ỨNG DỤNG TRONG DỰ ĐOÁN TUỔI THỌ KẾT CẤU CẦU Chuyên ngành: XÂY DỰNG CẦU HẦM Mã số: 9.58.02.05.03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1- PGS.TS TRẦN THẾ TRUYỀN 2- PGS.TS ĐỖ ANH TÚ Hà Nội - 2022 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu kết nêu luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Nghiên cứu sinh Lê Quang Vũ LỜI CẢM ƠN Luận án thực hướng dẫn trực tiếp PGS.TS Trần Thế Truyền PGS.TS Đỗ Anh Tú, người thầy tận tình hướng dẫn định hướng khoa học; tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tác giả suốt trình học tập, dẫn tận tình đóng góp ý kiến quý báu để giúp thực luận án Trong trình làm luận án, tác giả nhận hỗ trợ giúp đỡ nhiệt tình quý thầy cô giáo, nhà khoa học thuộc Bộ môn Cầu Hầm, Bộ môn Vật liệu Xây dựng - Trường Đại học Giao thông vận tải Tác giả cảm ơn GS.TS Trần Đức Nhiệm, PGS.TS Nguyễn Ngọc Long, PGS.TS Bùi Tiến Thành, TS Thái Khắc Chiến, TS Đặng Thùy Chi, PGS.TS Nguyễn Trung Hiếu động viên hỗ trợ tác giả suốt trình học tập Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại học Giao thông Vận tải, Lãnh đạo Khoa Công Trình, Bộ mơn Cầu Hầm, Phịng Đào tạo Sau đại học, Phịng thí nghiệm Vật liệu xây dựng, Phịng Thí nghiệm Kiểm định Cơng trình (Đại học Xây dựng), Phịng Thí nghiệm cơng trình (Đại học Thủy Lợi) tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình học tập nghiên cứu Hà Nội Cuối bày tỏ cảm ơn đồng nghiệp, gia đình người thân giúp đỡ tơi q trình học tập nghiên cứu Hà Nội, ngày tháng Nghiên cứu sinh Lê Quang Vũ năm 2022 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN II MỤC LỤC III DANH MỤC HÌNH ẢNH VII DANH MỤC BẢNG BIỂU X DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT XII MỞ ĐẦU 1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI MỤC TIÊU CỦA LUẬN ÁN 3 ĐỐI TƯỢNG VA PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3.1 Đối tượng nghiên cứu 3.2 Phạm vi nghiên cứu PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚİ CỦA LUẬN ÁN CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG CỐT LIỆU NHẸ VÀ CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐỘ BỀN BÊ TÔNG CỐT LIỆU NHẸ 1.1 BÊ TÔNG CỐT LİỆU NHẸ VÀ ỨNG DỤNG …….5 1.1.1 Đặc điểm chung bê tông cốt liệu nhẹ 1.1.2 Các đặc trưng lý bê tông cốt liệu nhẹ 1.1.3 Ứng dụng bê tông cốt liệu nhẹ giới Việt Nam 13 1.2 CÁC NGHİÊN CỨU VỀ ĐỘ BỀN CỦA BÊ TÔNG CỐT LİỆU NHẸ 18 1.2.1 Nghiên cứu độ bền bê tông 18 1.2.2 Nghiên cứu độ bền bê tông cốt liệu nhẹ 19 1.3 THIẾT KẾ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO ĐỘ BỀN 30 1.3.1 Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép theo độ bền 30 1.3.2 Mơ hình tính tốn dự báo tuổi thọ kết cấu bê tông cốt thép 31 1.3.3 Ngưỡng nồng độ clo gây ăn mịn thép bê tơng 38 1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG I 38 CHƯƠNG II 40 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ ĐỘ THẤM NƯỚC VÀ THẤM ION CLO CỦA BÊ TÔNG CỐT LIỆU NHẸ 40 2.1 CƠNG TÁC CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM 40 2.1.1 Vật liệu chế tạo bê tông 40 2.1.2 Thí nghiệm xác định số tiêu kĩ thuật vật liệu chế tạo bê tông 42 2.1.3 Thiết kế thành phần cấp phối bê tơng thí nghiệm 48 2.1.4 Thí nghiệm kiểm tra cường độ BTCLN thiết kế .52 2.2 THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ĐỘ THẤM NƯỚC CỦA BÊ TƠNG 53 2.2.1 Thí nghiệm đo độ thấm nước bê tông cốt liệu nhẹ chịu ảnh hưởng tải trọng nén trước 53 2.2.2 Thí nghiệm đo độ thấm nước bê tông cốt liệu nhẹ chịu ảnh hưởng tải trọng nén trực tiếp 58 2.3 THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ĐỘ THẤM İON CLO CỦA BÊ TÔNG .63 2.3.1 Thí nghiệm xác định độ thấm ion clo bê tông cốt liệu nhẹ chịu nén trước 63 2.3.2 Thí nghiệm xác định độ thấm ion clo bê tông cốt liệu nhẹ chịu nén trực tiếp……… 68 2.4 QUAN HỆ GIỮA HỆ SỐ THẤM NƯỚC VÀ HỆ SỐ KHUẾCH TÁN ION CLO CỦA BÊ TÔNG 72 2.4.1 Công thức lý thuyết Banthia 72 2.4.2 Tính hệ số Ck cho loại bê tơng thí nghiệm .73 2.4.3.So sánh kết dựa công thức Banthia kết thí nghiệm74 2.4.4 Đề xuất cơng thức xác định hệ số khuếch tán ion clo từ hệ số thấm nước xét đến ứng suất bê tông 75 2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG II 75 CHƯƠNG III 78 XÂY DỰNG MƠ HÌNH DỰ BÁO TUỔİ THỌ CỦA KẾT CẤU SỬ DỤNG BÊ TÔNG CỐT LİỆU NHẸ 78 3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 78 3.2 GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU 78 3.3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH DỰ BÁO TUỔI THỌ KẾT CẤU BÊ TƠNG CỐT THÉP CỐT LIỆU NHẸ 79 3.3.1 Khái niệm tuổi thọ sử dụng 79 3.3.2 Tuổi thọ sử dụng theo tác động xâm nhập clo 80 3.3.3 Các tham số mơ hình 82 3.3.4 Xây dựng mơ hình dự báo tuổi thọ kết cấu bê tơng cốt thép cốt liệu nhẹ theo tiêu chí khởi đầu ăn mòn cốt thép 87 3.3.5 Xây dựng mơ hình dự báo tuổi thọ kết cấu bê tông cốt thép cốt liệu nhẹ theo tiêu chí ăn mịn cốt thép có xét đến trạng thái ứng suất bê tơng .89 3.4 MƠ HÌNH DỰ BÁO TUỔI THỌ KẾT CẤU BÊ TƠNG CỐT THÉP CỐT LIỆU NHẸ CĨ XÉT ĐẾN LÍ THUYẾT XÁC SUẤT 90 3.4.1 Lý thuyết xác suất hư hỏng tuổi thọ dài hạn 90 3.4.2 Phương pháp thiết kế xác suất 92 3.4.3 Thiết kế theo nguyên tắc làm việc trường hợp R S có phân phối chuẩn 93 3.4.4 Xây dựng mơ hình dự báo tuổi thọ kết cấu bê tông cốt thép sử dụng bê tông cốt liệu nhẹ có xét đến tính bất định tham số đầu vào 93 KẾT LUẬN CHƯƠNG III 94 CHƯƠNG IV 96 TÍNH TỐN DỰ BÁO TUỔİ THỌ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP CỐT LIỆU NHẸ CÓ XÉT ĐẾN ẢNH HƯỞNG ĐỒNG THỜI CỦA HIỆU ỨNG TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG CỦA MÔI TRƯỜNG 96 4.1 KẾT CẤU BẢN BÊ TÔNG CỐT LIỆU NHẸ ĐỀ XUẤT DÙNG THAY THẾ CHO TÀ VẸT GỖ TRÊN CẦU ĐƯỜNG SẮT 96 4.1.1 Kết cấu bê tông cốt liệu nhẹ cốt thép thay cho tà vẹt gỗ cầu đường sắt 96 4.1.2 Phân tích ứng xử kết cấu bê tông cốt liệu nhẹ 98 4.2 TÍNH TỐN DỰ BÁO TUỔİ THỌ KẾT CẤU BẢN BÊ TÔNG CỐT LİỆU NHẸ THAY THẾ CHO TÀ VẸT GỖ TRÊN MẶT CẦU ĐƯỜNG SẮT 100 4.2.1 Tính tốn dự báo tuổi thọ kết cấu bê tông cốt liệu nhẹ mặt cầu đường sắt với mô hình xác định 100 4.2.2 Tính tốn dự báo tuổi thọ kết cấu bê tông cốt liệu nhẹ mặt cầu đường sắt với mơ hình xác suất 103 4.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG IV 107 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 108 KẾT LUẬN 108 KIẾN NGHỊ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 111 DANH MỤC CƠNG TRÌNH Đà CƠNG BỐ CỦA NGHIÊN CỨU SINH 112 TÀI LIỆU THAM KHẢO 113 TIẾNG VIỆT 113 TIẾNG ANH 114 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 - Vật liệu bê tông cốt liệu nhẹ Hình 1.2 - Quan hệ tỉ lệ N/CKD cường độ nén loại vữa khác [42] (Leca, Liapor, Ulopor, Embra, Liaver tên loại sỏi nhẹ thương mại có thị trường, chủ yếu châu Âu) Hình 1.3 - Quan hệ KLTT sau tháo khuôn cường độ nén loại vữa khác [42] 10 Hình 1.4 - Cơ chế vùng tiếp xúc đá xi măng - cốt liệu theo Zhang Gjørv [65] 10 Hình 1.5 - Gạch bê tơng nhẹ 14 Hình 1.6 - Cầu Greenland (1996) 15 Hình 1.7 - Cầu Lewis & Clark (1996) 15 Hình 1.8 - Đá bazan bọt Quảng Hiệp, Đắc Lắc 16 Hình 1.9 - Ảnh hưởng độ rỗng, dạng - kích thước đường rỗng tính liên thơng lỗ rỗng đến độ thấm bê tông (Scrivener (2001)) 20 Hình 1.10 - Khả hút nước bê tơng cốt liệu nhẹ (LWC) so với bê tông thường (NC) 21 Hình 1.11 – Độ thấm ion clo bê tông cốt liệu nhẹ theo chiều sâu từ bề mặt (Salem N & al (2016) [52] 22 Hình 1.12 - Vùng xâm nhập cacbonat hóa đến cốt thép 24 Hình 1.13 - Các dạng mặt cắt cácbonat hóa gặp phải thực tế .25 Hình 1.14 - Ảnh hưởng môi trường đến tốc độ cacbonat hóa 27 Hình 1.17 - Tuổi thọ sử dụng kết cấu bê tông cốt thép: Mơ hình hai giai đoạn Tuuti 1980 [62] 33 Hình 1.18 - Các kiện liên quan đến tuổi thọ sử dụng .33 Hình 1.19 - Ảnh hưởng màng sơn phủ bề mặt 37 Hình 2.1 - Thí nghiệm khối lượng cát lèn chặt 41 Hình 2.2 - Sỏi Keramzit phục vụ đổ bê tơng 42 Hình 2.3 - Biểu đồ cấp phối cát 44 Hình 2.4 - Cấp phối hạt cát sau điều chỉnh 45 Hình 2.5 - Đường cong cấp phối sỏi keramzit 46 Hình 2.6 - Giao diện chương trình RLaShi 1.0 50 Hình 2.7 - Giao diện chương trình RLaShi 1.0 - Thông số vật liệu .51 4.2.2.1 Ảnh hưởng hệ số khuếch tán ion clorua D Ảnh hưởng hệ số khuếch tán D đến xác suất cố ăn mịn P f thể Hình 4.10 Ta thấy khoảng thời gian định, giữ nguyên tham số khác, gia tăng D dẫn đến gia tăng P f, điều độ khuếch tán cao thể việc vận chuyển ion clorua vào bê tông nhanh, hệ số D0 phụ thuộc vào chất lượng bê tông chủ yếu tỉ lệ N/X loại chất kết dính (CKD) [19], [31], [23], [2] Giả sử Pmt = 0,1 (β = 1,3), Hình 4.10 cho thấy thời gian bắt đầu ăn mòn KCBT khoảng 28, 20 19 năm tương ứng với hệ số khuếch tán D = 47,50; 38,00 57,01 (mm2/năm) Xác suất ăn mòn Pf D=57,01 0.8 D=38,00 0.6 0.4  =1,3 D=47,50 0.2 0 102030405060708090100 Thời gian (năm) Hình 4.10 - Ảnh hưởng hệ số khuếch tán D đến xác suất cố ăn mòn 4.2.2.2 Ảnh hưởng chiều dày lớp bê tông bảo vệ h Ảnh hưởng h đến Pf thể Hình 4.11 Khi h tăng lên P f giảm xuống, hay nói cách khác Pf thời gian bắt đầu ăn mịn cốt thép tăng lên Để bắt đầu ăn mịn, ion clorua bên ngồi phải vận chuyển từ bề mặt bê tông qua lớp bảo vệ đến cốt thép, đó, chiều dày lớp bê tông bảo vệ lớn làm cho nồng clorua đạt đến cốt thép mức tới hạn lâu tuổi thọ KCBT lớn Như chiều dày lớp bê tông bảo vệ tham số quan trọng ảnh hưởng đến tuổi thọ KCBT Nếu lấy P mt = 0,1 (β = 1,3), thời gian bắt đầu ăn mòn KCBT khoảng 29, 41 57 năm tương ứng với chiều dày lớp bê tông bảo vệ h = 60, 75 90 mm Xác suất ăn mòn Pf 0.8 0.6 h=75mm h=60mm 0.4 0.2 h=90mm  =1,3 0102030405060708090100 Thời gian (năm) Hình 4.11 - Ảnh hưởng chiều dày lớp bê tông bảo vệ h đến xác suất cố ăn mòn 4.2.2.3 Ảnh hưởng nồng độ clorua tới hạn Ccr Hình 4.12 cho thấy ảnh hưởng CCr đến Pf tương tự chiều dày lớp bê tông bảo vệ, tức Pf giảm CCr tăng lên Rõ ràng CCr tăng lên dẫn đến thời gian để ion clorua từ bên ngồi xâm nhập vào bê tơng đạt đến mức CCr tăng lên Pf giảm xuống Nồng độ CCr phụ thuộc vào chất lượng bê tông (tỷ lệ N/X, loại CKD) loại thép sử dụng [19], [31], [2], [23] Nếu lấy Pmt = 10-1 (β = 1,3), thời gian bắt đầu ăn mòn KCBT khoảng 29, 38 46 năm tương ứng với CCr = 0,06, 0,075 0,09% Xác suất ăn mòn Pf 0.8 0.6 CCr = 0,075% CCr = 0,06% 0.4 CCr = 0,09% 0.2  =1,3 0102030405060708090100 Thời gian (năm) Hình 4.12 - Ảnh hưởng nồng độ clorua tới hạn Ccr đến xác suất cố ăn mòn 4.2.2.4 Ảnh hưởng nồng độ clorua bề mặt bê tông CS Ảnh hưởng CS đến Pf thể Hình 4.13, CS tăng lên làm cho Pf tăng lên Vì CS cao làm tăng chênh lệch nồng độ clorua bề mặt phần bên bê tông lớn dẫn đến vận chuyển clorua vào bê tông nhanh, kết clorua đạt đến nồng độ CCr diễn nhanh Nồng độ CS phụ thuộc thời gian, chất lượng bê tông (tỉ lệ N/X, loại CKD) loại môi trường tiếp xúc [19], [31], [41], [61] Thời gian bắt đầu ăn mòn KCBT khoảng 25, 39 42 năm tương ứng với CS= 0,36; 0,3 0,24% Xác suất ăn mòn Pf 0.8 CS = 0,36% CS = 0,3% 0.6 0.4 CS = 0,24%  =1,3 0.2 0102030405060708090100 Thời gian (năm) Hình 4.13 - Ảnh hưởng nồng độ clorua bề mặt bê tông CS đến xác suất cố ăn mòn 4.2.2.5 Ảnh hưởng hệ số tuổi n Ảnh hưởng n đến Pf thể Hình 4.14, n lớn thể sức kháng bê tông với xâm nhập clorua từ môi trường theo thời gian lớn (hệ số khuếch tán ion clorua bê tông theo thời gian thấp) dẫn đến Pf giảm xuống (tăng tuổi thọ KCBT) Hệ số n phụ thuộc phụ thuộc chủ yếu vào loại CKD điều kiện môi trường tiếp xúc [19], [31], [61], [23] Thời gian bắt đầu ăn mòn KCBT khoảng 32, 42 56 năm tương ứng với hệ số n = 0,47; 0,5875 0,705 Xác suất ăn mòn Pf 0.8 n = 0,47 n = 0,5875 0.6 0.4 n = 0,705  =1,3 0.2 0 20 40 60 80 100 Thời gian (năm) Hình 4.14 - Ảnh hưởng hệ số tuổi n đến xác suất cố ăn mòn 4.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG IV Áp dụng tính tốn dự báo tuổi thọ kết cấu mặt cầu đường sắt bê tông cốt thép cốt liệu nhẹ với thơng số từ thí nghiệm lấy theo khuyến cáo số tiêu chuẩn điển hình giới, kết cho thấy tuổi thọ kết cấu mặt cầu đường sắt bê tông cốt thép cốt liệu nhẹ theo tiêu khởi đầu ăn mòn giảm đáng kể ứng suất nén trước tăng Chiều dày lớp bê tông bảo vệ thay đổi có ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ kết cấu bê tông cốt thép - Với trường hợp tải trọng nén trước; quy luật thay đổi tuổi thọ công trình theo chiều dầy lớp bê tơng bảo vệ tương đồng; gia tăng ứng suất nén trước yêu cầu chiều dày lớp bê tông bảo vệ dày - Với trường hợp tải trọng nén trực tiếp; quy luật thay đổi tuổi thọ cơng trình theo chiều dày lớp bê tông bảo vệ phụ thuộc vào trạng thái ứng suất nén trước theo giai đoạn khác Khi max = 0.3 chiều dày lớp bê tông bảo vệ giảm xuống max = 0.5 chiều dày lớp bê tơng bảo vệ tăng lên tăng lên đáng kể max = 0.7 Thông qua áp dụng lý thuyết xác suất xét đến q trình xâm nhập clorua gây ăn mịn cốt thép để dự báo tuổi thọ kết cấu bê tông cốt thép sử dụng loại vật liệu bê tông cốt liệu nhẹ Mơ hình dự báo báo tuổi thọ thiết kế dựa theo nguyên tắc làm việc trường hợp sức kháng R tải trọng S có phân phối chuẩn lựa chọn nghiên cứu Kết hợp mô Monte - Carlo với thông số đầu vào: hệ số khuếch tán clorua D, nồng độ clorua cân bề mặt bê tông Cs, nồng độ clorua giới hạn Ccr chiều dày lớp bê tông bảo vệ h suy mối quan hệ xác suất cố ăn mòn với yếu tố liên quan đến bê tông Từ kết nghiên cứu, rút số kết luận sau: - Chiều dày lớp bảo vệ bê tông h ảnh hưởng lớn đến xác suất cố ăn mòn Pf, tiếp đến tham số n, Ccr, Cs D - Dưới xâm nhập ion clorua, muốn tăng chất lượng kết cấu bê tơng hay nói cách khác tăng tuổi thọ kết cấu bê tông cần phải tăng giá trị tham số n, Ccr đồng thời giảm tham số D, Cs để giảm xác suất cố ăn mòn Pf - Chiều dày lớp bê tơng bảo vệ đóng vai trị vơ thiết yếu tác động môi trường kết cấu bê tông cốt thép Vì vậy, phải chọn chiều dày lớp bê tơng bảo vệ hợp lý KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Luận án thực nội dung nghiên cứu liên quan đến phân tích độ thấm nước thấm ion clorua số loại bê tông cốt liệu nhẹ dùng xây dựng cơng trình có xét đến ảnh hưởng ứng suất nén bê tơng Các đóng góp luận án tóm tắt sau: 1/ Các nghiên cứu thực nghiệm, phân tích tính thấm nước qua bê tơng cốt liệu nhẹ chịu ảnh hưởng tải trọng với bê tông C30 Kết nghiên cứu cho thấy tăng cấp tải trọng nén độ thấm nước bê tông tăng đáng kể; đặc biệt sau bê tơng bắt đầu có thay đổi cấu trúc rỗng tác động tải trọng nén trước nén trực tiếp Kết thí nghiệm đo thấm nước chịu ảnh hưởng tải trọng nén trước cho thấy, ngưỡng max > 0.5 đánh dấu gia tăng nhanh độ thấm nước áp lực nước lớn 10 atm, điều chứng tỏ ảnh hưởng ứng suất nén trước đủ lớn đến gia tăng độ thấm nước bê tơng cốt liệu nhẹ, tác động học dư tạo điều kiện cho nước thẩm thấu dễ dàng qua mẫu bê tông, đặc biệt max > 0.5, xuất phá hủy bê tông làm cho gia tăng thấm nước tăng nhanh Đặc biệt thí nghiệm, ta thấy ngưỡng max = 0.8 cho ta thấy chênh lệch lớn độ thấm nước bê tơng cốt liệu nhẹ Kết thí nghiệm đo thấm nước chịu ảnh hưởng tải trọng nén trực tiếp cho thấy, Độ thấm nước bê tông gần không thay đổi thay đổi chậm giá trị ứng suất tương đối /��� < 0.5; sau ngưỡng này, hệ số thấm bắt đầu tăng nhanh Khi ứng suất tương đối /��� ≥ 0.6, độ thấm nước gia tăng nhanh; điều giải thích cấu trúc vimô bê tông bị phá hủy sau ngưỡng ứng suất - vốn ngưỡng làm xuất vùng phá hủy phân tán (theo tiếp cận học phá hủy bê tông) - làm gia tăng độ thấm nước bê tông 2/ Các nghiên cứu thực nghiệm phân tích tính thấm ion clorua qua bê tông cốt liệu nhẹ chịu ảnh hưởng tải trọng với bê tông C30, kết nghiên cứu cho thấy ảnh hưởng đáng kể tải trọng nén đến dộ thấm ion clorua bê tông cốt liệu nhẹ Kết thí nghiệm thấm ion clorua với mẫu bê tông cốt liệu nhẹ chịu tải trọng nén trước cho thấy, Độ thấm ion clo cấp tải trọng /max = 0; 0,3; 0,5 bê tông cốt liệu nhẹ C30 thuộc mức thấp có thay đổi nhẹ so với bê tông thường C30 Sự thay đổi lớn cấp 0,8P đánh dấu gia tăng nhanh độ thấm ion clo bê tông cốt liệu nhẹ C30 so với bê tông thường C30 Thay đổi có khác biệt lớn ứng suất nén tiến tới giá trị phá hoại, cấu trúc bê tông bị phá vỡ vào tạo điều kiện cho ion clo thấm nhập qua Khi nén với cấp tải 0,8P hạt sét bị vỡ, khả ngăn ion clo, nhờ ion clo nhanh thấm nhập qua bê tông Các hạt sét bê tông nhẹ chứa đầy nước đến trạng thái bão hồ nước bê tơng, mẫu bão hồ nước tượng thấm bắt đầu xảy Ngược lại với bê tông thường, tượng thấm xảy sớm hạt cốt liệu sỏi đá nên không thấm nước Ngoài sử dụng thêm phụ gia khống mịn vào thành phần cho bê tơng nhẹ hiệu việc chống thấm ion clo tăng mạnh Quy luật gia tăng hệ số thấm ion clo theo ứng suất nén trước bê tông cốt liệu nhẹ C30 biểu diễn theo công thức sau: Hồi quy hàm mũ: D/Do = 9.1226(/max)2 – 3.4256(/max) + 1.0816 Kết thí nghiệm thấm ion clorua với mẫu bê tông cốt liệu nhẹ chịu tải trọng nén trực tiếp cho thấy, độ thấm ion clo thay đổi mạnh có xuất tải trọng tác động đồng thời Tuy nhiên trước sau gia tải độ thấm ion clo nằm mức “trung bình” theo TCVN 9337-2012 Khi tăng ứng suất lên 30% 50% max, độ thấm bê tông tăng 24,50% 39,48% Khi tăng ứng suất lên 80% max độ thấm bê tơng có gia tăng lớn Trong trường hợp độ thấm ion clo giảm dẫn tới kéo dài thời gian xâm nhập ion clo qua lớp bê tơng bảo vệ để gây ăn mịn cốt thép cơng trình bê tơng cốt thép Quy luật gia tăng hệ số thấm ion clo theo ứng suất nén trước bê tông cốt liệu nhẹ C30 biểu diễn theo công thức sau: Hồi quy hàm mũ: D/Do = 4.4975(max)2 – 1.9529(max) + 0.9543 3/ Xác định hệ số C để tính tốn hệ số khuếch tán ion clorua từ hệ số thấm nước loại bê tơng Từ đề xuất cơng thức tính tốn quan hệ hệ số thấm nước hệ số khuếch tán clorua bê tơng có xét đến ảnh hưởng ứng suất bê tông C30 sau: Kw = 29.05 S0.5 D 4/ Luận án sử dụng mơ hình đề xuất để tính toán dự báo tuổi thọ sử dụng kết cấu cơng trình bê tơng cốt thép sử dụng bê tơng cốt liệu nhẹ điều kiện Việt Nam có xét đến ảnh hưởng tải trọng thường xuyên tải trọng khai thác - Trường hợp xét tới trạng thái ứng suất nén trước (tải trọng khai thác) h = 1−m m 2√D0t t σ (9.1226 ( ) +−11.0816) × erf ( Ccr n) ) σ− 3.4256 ( σmax σmax Cso t - Trường hợp xét tới trạng thái ứng suất nén trực tiếp (tải trọng thường xuyên) h = 1−m m 2√D0t t (4.497 5( σ σ ) − 1.9529 ( σmax ) +−10.9543) × erf ( σmax Ccr n) Cso t Với trường hợp tải trọng nén trước; quy luật thay đổi tuổi thọ cơng trình theo chiều dầy lớp bê tơng bảo vệ tương đồng; gia tăng ứng suất nén trước yêu cầu chiều dày lớp bê tông bảo vệ dày Với trường hợp tải trọng nén trực tiếp; quy luật thay đổi tuổi thọ cơng trình theo chiều dày lớp bê tông bảo vệ phụ thuộc vào trạng thái ứng suất nén trước theo giai đoạn khác Khi /max = 0.3 chiều dày lớp bê tông bảo vệ giảm xuống /max = 0.5 chiều dày lớp bê tơng bảo vệ tăng lên tăng lên đáng kể /max = 0.7 Trong mơ hình dự báo tuổi thọ kết cấu bê tông cốt thép sử dụng bê tông cốt liệu nhẹ có có xét đến tính bất định tham số đầu vào mơ Monter- Carlo để tính xác suất để cố ăn mòn xảy 5/ Tiến hành áp dụng tính tốn dự báo tuổi thọ kết cấu mặt cầu đường sắt bê tông cốt thép cốt liệu nhẹ với thông số từ thí nghiệm lấy theo khuyến cáo số tiêu chuẩn điển hình giới, kết cho thấy tuổi thọ kết cấu mặt cầu đường sắt bê tông cốt thép cốt liệu nhẹ theo tiêu khởi đầu ăn mòn giảm đáng kể ứng suất nén trước tăng Chiều dày lớp bê tông bảo vệ thay đổi có ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ kết cấu bê tơng cốt thép 6/ Áp dung tính tốn dự báo tuổi thọ kết cấu bê tơng cốt liệu nhẹ mặt cầu đường sắt với mơ hình xác suất cho số kết luận: - Chiều dày lớp bảo vệ bê tông h ảnh hưởng lớn đến xác suất cố ăn mòn Pf, tiếp đến tham số n, Ccr, Cs D - Dưới xâm nhập ion clorua, muốn tăng chất lượng kết cấu bê tơng hay nói cách khác tăng tuổi thọ kết cấu bê tông cần phải tăng giá trị tham số n, Ccr đồng thời giảm tham số D, Cs để giảm xác suất cố ăn mòn Pf - Chiều dày lớp bê tơng bảo vệ đóng vai trị vơ thiết yếu tác động môi trường kết cấu bê tông cốt thép Vì vậy, phải chọn chiều dày lớp bê tơng bảo vệ hợp lý KIẾN NGHỊ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Hướng nghiên cứu dự kiến sau: - Nghiên cứu tích tụ ion clorua bề mặt bê tông cốt liệu nhẹ loại bê tông khác cho vùng Việt Nam, vẽ đồ phân vùng nồng độ ion clorua bề mặt bê tông Việt Nam - Nghiên cứu đặc tính ngẫu nhiên q trình khuếch tán ăn mịn - Nghiên cứu tác động đồng thời nhiều yếu tố như: cơ, lý, hóa, nhiệt - Nghiên cứu độ thấm nước độ thấm clorua cho kết cấu bê tông nhẹ chịu uốn kéo đồng thời DANH MỤC CƠNG TRÌNH Đà CƠNG BỐ CỦA NGHIÊN CỨU SINH Tran The Truyen, Le Quang Vu, Ho Xuan Ba, Service life estimation of high performance reinforced concrete structures in considering the damage of concrete cover¸ Procedings of the International Conference EASEC-14, HCM City, 1/2016 Hồ Xuân Ba, Lê Quang Vũ, Ảnh hưởng trạng thái chịu tải đến khả chống thấm bê tơng, Tạp chí KHGTVT số 51, 4/2016 Trần Thế Truyền, Hồ Xuân Ba, Thái Khắc Chiến, Lê Quang Vũ” Ảnh hưởng trạng thái chịu tải nén trước đến độ thấm ion clo số loại bê tông, ứng dụng dự báo tuổi thọ kết cấu bê tông cốt thép” Tạp chí KHGTVT, số 57, 7/2017 Lê Quang Vũ, Hồ Xuân Ba, Đoàn Bảo Quốc Trần Thế Truyền, “Ảnh hưởng ứng suất nén trước bê tông đến độ thấm bê tông cốt liệu nhẹ , Tuyển tập hội nghị học toàn quốc lần thứ X, Hà nội, 12/2017 Lê Quang Vũ, Thái Khắc Chiến, Trần Thế Truyền: Thực nghiệm ảnh hưởng tải trọng nén trước đến độ thấm ion clo bê tông sử dụng cốt liệu nhẹ ”, Tạp chí KHGTVT, số 61., 6/2018 Hồ Xuân Ba, Lê Quang Vũ, Thái Khắc Chiến, Trần Thế Truyền, Ảnh hưởng ứng suất nén đến độ khuếch tán ion clo bê tông, Tạp chí Khoa học GTVT số 66, 10/2018 Lê Quang Vũ, Thái Khắc Chiến, Trần Thế Truyển, Ảnh hưởng ứng suất nén trực tiếp đến xâm nhập clorua qua bê tơng keramzit, Tạp chí GTVT số 7/2019 Trần Thu Minh, Lê Quang Vũ, Trần Đức Mạnh, Hồ Xuân Ba, Trần Thế Truyền, Dự báo tuổi thọ kết cấu bê tơng cốt thép cốt liệu nhẹ có xét đến lý thuyết xác suất, Tạp chí GTVT, số 5, 2022 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT Hồ Xuân Ba (2019), "Đánh giá độ thấm nước thấm ion clorua bê tơng có xét đến yếu tố ứng suất, ứng dụng kết cấu cầu", Luận án tiến sỹ kỹ thuật Bộ Giao Thông Vận Tải (2005), "Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-05" Bộ KHCN, "TCVN 8219:2009: Hỗn hợp bê tông thủy công bê tông thủy công - phương pháp thử." Bộ KHCN (2012), "TCVN 9337:2012, Bê tông nặng - xác định độ thấm ion clo phương pháp đo điện lượng." Bộ KHCN, "TCVN 7572-4:2006: Cốt liệu cho bê tông vữa - Xác định khối lượng riêng độ hút nước." Bộ KHCN, "TCVN 4576:2012: Nước trộn bê tông vữa - Yêu cầu kỹ thuật." Nguyễn Văn Chánh Lê Phúc Lâm (2005), ""Nghiên cứu công nghệ chế tạo hạt keramzit để ứng dụng sản xuất vật liệu nhẹ", Hội thảo khoa học Công nghệ mới, TP Hồ Chí Minh." Đặng Thùy Chi (2017), “Nghiên cứu thành phần, tính chất bê tơng cốt liệu nhẹ dùng xây dựng cầu Việt Nam”, Luận án tiến sĩ kĩ thuật Đặng Thùy Chi (2018), "Nghiên cứu thực nghiệm ứng xử uốn dầm bê tông cốt thép chế tạo từ bê tông cốt liệu nhẹ cường độ cao", Tạp chí Cầu đường Việt Nam, pp 17-21 10 Đặng Thùy Chi, Ngô Thị Thanh Hương (2019), "Nghiên cứu thiết kế chế tạo bê tông cốt liệu nhẹ đề xuất sử dụng cho cơng trình giao thông", Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ, DT184012 (2019) 11 Đào văn Dinh (2014), "Dự báo tuổi thọ sử dụng kết cấu cầu bê tông cốt thép ven biển Việt Nam" 12 Nguyễn Văn Đỉnh (2001), "Nghiên cứu chế tạo bê tông nhẹ cốt liệu rỗng", Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Đại học Xây dựng, Hà Nội 13 Nguyễn Duy Hiếu (2009), "Nghiên cứu chế tạo bê tơng keramzit chịu lực có độ chảy cao", Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Đại học Xây dựng, Hà Nội 14 Phạm Duy Hữu cộng (2016), "Thiết kế kết cấu theo độ bền", Nhà xuất Giao thông Vận tải 15 Nguyễn Mạnh Kiểm (1982), "Dùng xỉ than làm cốt liệu bê tông nhẹ", Thông tin TBKT xây dựng 1, pp 9-11 16 Nguyễn Mạnh Kiểm Cao Duy Tiến (1985), " Sử dụng tro xỉ nhiệt điện để làm bê tông nhẹ đảm bảo phương tiện phù hợp", Viện Khoa học kỹ thuật xây dựng 17 Nguyễn Đình Nghị (1995), "Nghiên cứu công nghệ sản xuất cốt liệu nhẹ Keramzit bê tông nhẹ keramzit", Báo cáo kết nghiên cứu đề tài nghiên cứu khoa học mã số RD 94-30, Bộ Xây Dựng 18 Trần Đức Nhiệm (2016), "Độ tin cậy Kết cấu cơng trình.", Nhà xuất Giao thơng Vận tải 19 Hồ Văn Quân (2019), "Thiết kế độ bền kết cấu bê tơng vùng khí biển dựa xác suất", Tạp chí Khoa học Giao thông Vận tải, Tập 70, Số (10/2019), 299 - 308 20 Hồ Văn Quân, Phạm Duy Hữu Nguyễn Thanh Sang (2015), "Cải thiện độ chống thấm ion clo kéo dài tuổi thọ kết cấu bê tông môi trường biển cách sử dụng kết hợp muội silic tro bay", Tạp chí GTVT tháng 12/2015, pp 81-84 21 Trần Thế Truyền, Hồ Xuân Ba, Thái Khắc Chiến, Lê Quang Vũ, , "Ảnh hưởng lịch sử chịu tải nén trước đến độ thấm clorua số loại bê tông, ứng dụng dự báo tuổi thọ kết cấu bê tơng cốt thép", Tạp chí KHGTVT, số 57, (2017) TIẾNG ANH 22 ACI (2012), "Committe 365 "Life-365- Service Life Prediction Model- and Computer Program for Predicting the Service Life and Life- Cycle Cost of Reinforced Concrete Exposed to Chlorides",Version 2.1." 23 ACI, "201 2R-08: "Guide to Durable Concrete", Reported by ACI Committee 201" 24 ACI, "211.2-98 : "ACI Standard practice for Selecting Proportions for Structural Lightweight Concrete"" 25 ACI (2003), Committee 213: "Guide for structural lightweight-aggregate concrete", American Concrete Institute 26 ASTM (2018), "C33 Standard specification for concrete aggregates", ASTM International, West Conshohocken, PA 27 ASTM, CPSC (2012), "1202: Standard test method for electrical indication of concrete’s ability to resist chloride ion penetration", Annual book of ASTM standards 4(7) 28 Banthia, N, Biparva, A, and Mindess, S (2005), "Permeability of concrete under stress", Cement and Concrete Research 35(9), pp 1651-1655 29 Berke, N and Hicks, M (1992), "Estimating the life cycle of reinforced concrete decks and marine piles using laboratory diffusion and corrosion data" 30 BSI (2000), BS EN 206-1: Concrete: Specification, performance, production and conformity, Editor^Editors, BSI London, UK 31 Code, CFFM (2006), "Model code for service life design Lausanne: Federation Internationale du Beton, fib", Bulletin(34) 32 Costa, A and Appleton, J (1999), "Chloride penetration into concrete in marine environment - Part I: Main parameters affecting chloride penetration", Materials and Structures 32(4), pp 252-259 33 Crank (1975), "Mathematics of diffusion", Brunel University Uxbridge 34 Chandra, Satish and Berntsson, Leif (2002), Lightweight aggregate concrete, Elsevier 35 Chia, Kok Seng and Zhang, Min-Hong (2002), "Water permeability and chloride penetrability of high-strength lightweight aggregate concrete", Cement and concrete research 32(4), pp 639-645 36 Choinska, Marta, et al (2007), "Effects and interactions of temperature and stress-level related damage on permeability of concrete", Cement and Concrete Research 37(1), pp 79-88 37 De Kraker, A., Tichler, J., Vrouwenvelder (1982), "A.: Safety, Reliability and Service Life of Structures TNO Building and Metal Research" 38 Djerbi, Assia, et al (2008), "Influence of traversing crack on chloride diffusion into concrete", Cement and concrete research 38(6), pp 877-883 39 DuraCrete (2000), "General Guidelines for Durability Design and Redesign, The European Union – Brite EuRam III, Project No BE95-1347: “Probabilistic Performance Based Durability Design of Concrete Structures”." 40 EN (1992), " Eurocode Design of concrete structures" 41 EN, "206-1 Concrete - Part 1: Specification, performance, production and conformity" 42 Faust, T (2000), Properties of Different Matrices and Lightweight Aggregate Concrete, Proc 2nd Int Symp Structural Lightweight Aggregate Concrete, pp 502-511 43 FHWA, summary report (2012), "Literature Review of Chloride Threshold Values for Grouted Post-Tensioned Tendons", Long-term bridge performance program, FHWA Publication No.: FHWA-HRT-12-067 44 Haque, MN, Al-Khaiat, H, and Kayali, O (2004), "Strength and durability of lightweight concrete", Cement and Concrete Composites 26(4), pp 307-314 45 Holm, TA, Bremner, TW, and Newman, JB (1984), "Concrete bridge decks: lightweight aggregate concrete subject to severe weathering", Concrete international 6(6), pp 49-54 46 Holm, TA Bremner TW (1991), "The durability of structural lightweight concrete", Proceedings Second International CANMET/ACI Conference, Montreal, Canada 47 Lay, Sascha, Schießl, Peter, and Cairns, J (2003), "Lifecon deliverable D 3.2 Service life models", Technical University of Munich, Munich, Germany 48 Liu, Xuemei, Chia, Kok Seng, and Zhang, Min-Hong (2011), "Water absorption, permeability, and resistance to chloride-ion penetration of lightweight aggregate concrete", Construction and building Materials 25(1), pp 335-343 49 Lo, TY, et al (2009), "The effect of high temperature curing on the strength and carbonation of pozzolanic structural lightweight concretes", Construction and Building Materials 23(3), pp 1306-1310 50 Mangat, PS and Molloy, BT (1994), "Prediction of long term chloride concentration in concrete", Materials and structures 27(6), pp 338-346 51 Mays GC Barnes RA (1991), "The performance of lightweight aggregate concrete structures in service", The Structural Engineer 69 (20),, pp 351-361 52 Nawel, Salem, Mounir, Ltifi, and Hedi, Hassis (2017), "Characterisation of lightweight concrete of Tunisian expanded clay: mechanical and durability study", European Journal of Environmental and Civil Engineering 21(6), pp 670-695 53 Neville, Adam (2000), "The Question of Concrete Durabilty The Answer: We Can Make Good Concrete Today", Concrete International 22(7), pp 21-26 54 Picandet, Vincent, Khelidj, Abdelhafid, and Bastian, Guy (2001), "Effect of axial compressive damage on gas permeability of ordinary and highperformance concrete", Cement and concrete research 31(11), pp 1525-1532 55 Richardson, Mark G (2002), Fundamentals of durable reinforced concrete, CRC Press 56 Saito, Mitsuru and Ishimori, Hiroshi (1995), "Chloride permeability of concrete under static and repeated compressive loading", Cement and Concrete Research 25(4), pp 803-808 57 Sarja, Asko and Vesikari, Erkki (1996), Durability design of concrete structures, RILEM TC130-CSL report, RILEM Report Series 14 E & FN Spon, Editor^Editors, Chapman & Hall, UK 58 Song, Ha-Won, Pack, Seung-Woo, and Ann, Ki Yong (2009), "Probabilistic assessment to predict the time to corrosion of steel in reinforced concrete tunnel box exposed to sea water", Construction and Building Materials 23(10), pp 3270-3278 59 Sugiyama, Takafumi, Bremner, Theodore W, and Holm, Thomas A (1996), "Effect of stress on gas permeability in concrete", Materials Journal 93(5), pp 443-450 60 Swamy, RN (1994), "A critical evaluation of chloride penetration into concrete in marine environment", Corrosion and corrosion protection of steel in concrete, pp 404-419 61 Tegguer, A Djerbi, et al (2013), "Effect of uniaxial compressive loading on gas permeability and chloride diffusion coefficient of concrete and their relationship", Cement and concrete research 52, pp 131-139 62 Tuutti, Kyosti (1980), "Service life of structures with regard to corrosion of embedded steel", Special Publication 65, pp 223-236 63 Tran, T.T (2009), Contribution l’étude du comportement mécanique et hydromécanique du béton, Thèse, Université de Liège, Faculté des sciences Appliquées 64 Yoon, In Seok, et al (2007), The effect of cracks on chloride penetration into concrete, Key Engineering Materials, Trans Tech Publ, pp 769-772 65 Zhang, Tiewei and Gjørv, Odd E (2005), "Effect of chloride source concentration on chloride diffusivity in concrete", ACI materials journal 102(5), p 295 66 F De Larrard (1999), Structures granulaires et formulation des bétons, Ouvrage d'art OA 34, Etudes et Recheches des Laboratoires des Ponts et Chaussées ... bê tông sử dụng cốt liệu nhẹ keramzit kết cấu sử dụng loại bê tơng cốt liệu nhẹ Các đặc tính bền thấm nước thấm ion clo bê tông cốt liệu nhẹ tuổi thọ kết cấu bê tông cốt liệu nhẹ 3.2 Phạm vi nghiên. .. quan bê tông cốt liệu nhẹ, nghiên cứu liên quan đến độ bền bê tông cốt liệu nhẹ kết cấu sử dụng bê tơng cốt liệu nhẹ - Chương 2: Thí nghiệm phân tích độ thấm nước thấm ion clo bê tông cốt liệu nhẹ. .. CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG CỐT LIỆU NHẸ VÀ CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐỘ BỀN BÊ TÔNG CỐT LIỆU NHẸ 1.1 BÊ TÔNG CỐT LİỆU NHẸ VÀ ỨNG DỤNG 1.1.1 Đặc điểm chung bê tông cốt liệu nhẹ Theo tiêu chuẩn