Nghiên cứu khả năng chịu uốn của bê tông siêu tính năng gia cố cốt sợi thép dưới tác động của tải trọng va đập

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI HOÀNG VĂN HẢI NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỊU UỐN CỦA BÊ TƠNG SIÊU TÍNH NĂNG GIA CỐ CỐT SƠI THÉP DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG VA ĐẬP LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI, NĂM 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI HOÀNG VĂN HẢI NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỊU UỐN CỦA BÊ TÔNG SIÊU TÍNH NĂNG GIA CỐ CỐT SƠI THÉP DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG VA ĐẬP Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mã số: 858.02.05 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGƠ TRÍ THƯỜNG HÀ NỘI, NĂM 2021 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Kĩ thuật xây dựng cơng trình giao thơng với đề tài “Nghiên cứu khả chịu uốn bê tơng siêu tính gia cố cốt sợi thép tác động tải trọng động ” Luận văn cá nhân thực hướng dẫn TS Ngơ Trí Thường Các số liệu, kết nghiên cứu Luận văn trung thực có nguồn gốc rõ ràng Một phần số liệu thí nghiệm lấy từ số liệu thí nghiệm đề tài cấp nhà nước số: 107.01-2019.03, tài trợ Quỹ phát triển khoa học công nghệ quốc gia (NAFOSTED) Tác giả luận văn Chữ ký Hoàng Văn Hải i LỜI CẢM ƠN Trong trình thực Luận văn tác giả người hướng dẫn khoa học: TS Ngơ Trí Thường tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn Qua đây, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy! Tác giả xin trân trọng cảm ơn Thầy cô giáo, cán khoa Cơng trình khoa Sau Đại học thuộc Trường đại học Thủy Lợi giúp đỡ dẫn trình học tập nghiên cứu Tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn đến Gia đình động viên tạo điều kiện tốt để tác giả học tập nghiên cứu Cuối tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến nhà trường đồng nghiệp nhiệt tình giúp đỡ tác giả hoàn thành Luận văn Do thời gian thực Luận văn trình độ tác giả cịn hạn chế, cố gắng Luận văn khơng tránh khỏi sai sót, tác giả mong nhận ý kiến đóng góp Thầy giáo, bạn đồng nghiệp để Luận văn hoàn thiện Tác giả xin cam đoan Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Kĩ thuật xây dựng cơng trình giao thơng với đề tài “Nghiên cứu khả chịu uốn bê tơng siêu tính gia cố cốt sợi thép tác động tải trọng động ” Luận văn cá nhân tác giả thực hướng dẫn TS Ngơ Trí Thường Các số liệu, kết nghiên cứu Luận văn trung thực có nguồn gốc rõ ràng Một phần số liệu thí nghiệm lấy từ số liệu thí nghiệm đề tài cấp nhà nước số: 107.01-2019.03, tài trợ Quỹ phát triển khoa học công nghệ quốc gia (NAFOSTED) ii MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH v DANH MỤC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vii PHẦN MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG THÉP 1.1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TƠNG SIÊU TÍNH NĂNG GIA CỐ CỐT SỢI Tổng quan vật liệu bê tơng siêu tính gia cố cốt sợi 1.1.1 Định nghĩa UHPFRC .4 1.1.2 Nguyên tắc chế tạo vật liệu UHPFRC 1.1.3 Lịch sử phát triển UHPFRC 1.1.4 Thành phần vật liệu vật liệu UHPFRC .9 1.2 Tính chất học UHPFRC 11 1.2.1 Cường độ chịu nén 11 1.2.2 Cường độ chịu kéo 15 1.2.3 Mô đun đàn hồi 18 1.2.4 Sự phụ thuộc tốc độ gia tải vật liệu UHPFRC 20 1.2.5 Tổng hợp tính chất học vật liệu UHPFRCs 22 CHƯƠNG CHƯƠNG TRÌNH VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 24 2.1 Chương trình thí nghiệm 24 2.2 Thành phần cấp phối vật liệu 24 2.2.1 Đặc điểm chung vật liệu thành phần UHPFRC 24 2.2.2 Thành phận, vật liệu thành phần sử dụng nghiên cứu .33 2.3 Trộn chê tạo mẫu 34 2.3.1 Phương pháp trộn 34 2.3.2 Phương pháp trộn dùng nghiên cứu 35 2.4 Thí nghiệm .38 2.4.1 Thí nghiệm uốn tĩnh 38 2.4.2 Thí nghiệm uốn động 39 2.4.3 Thí nghiệm nén 40 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG CỐT SỢI THÉP iii VÀ TỐC ĐỘ GIA TẢI ĐẾN KHẢ NĂNG KHÁNG UỐN CỦA VẬT LIỆU UHPFRC 42 3.1 Kết thí nghiệm 42 3.1.1 Trạng thái phá hoại mẫu .42 3.1.2 Cường độ chịu nén độ sụt hỗn hợp 43 3.1.3 Đường cong quan hệ lực chuyển vị 45 3.2 Ảnh hưởng hàm lượng cốt sợi đến khả kháng uốn UHPFRC 48 3.3 Ảnh hưởng tốc độ giai tải đến khả kháng uốn vật liệu UHPFRC 50 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .56 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 iv DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Một ví dụ thành phần cấp phối theo thể tích bê tơng siêu tính (UHPFRC) so sánh với bê tông thường (NC) 10 Hình 1.2 Vật liệu thành phần hỗn hợp UHPC tính chất đặc trưng .10 Hình 1.3 Đường cong ứng- biến dạng kéo vật liệu UHPFRC 16 Hình 1.4 Đường cong ứng- biến dạng kéo điển hình vật liệu UHPFRC 17 Hình 2.1 Chương trình thí nghiệm 24 Hình 2.2 Cấu trúc đặc vật liệu UHPFRC kính siêu phóng đại [33] .26 Hình 2.3 Xi măng loại I dùng để chế tạo UHPFRC .27 Hình 2.4 Cát quarzt dùng để chế tạo UHPFRC 28 Hình 2.5 Các loại sợi thép thường dùng chế tạo UHPFRC 29 Hình 2.6 Muội silic dùng để chế tạo UHPFRC 31 Hình 2.7 Bột khống dùng để chế tạo UHPFRC 31 Hình 2.8 Phụ gia siêu dẻo dùng để trộn UHPFRC 33 Hình 2.9 Máy trộn Hobart, công suất 20L 36 Hình 2.10 Thiết bị thí nghiệm độ sụt .37 Hình 2.11 Ván khn làm nhựa cứng 37 Hình 2.12: Thí nghiệm uốn ba điểm tải trọng tĩnh .38 Hình 2.13 Thí nghiệm uốn động (I-SEFIM) 40 Hình 2.14 Thí nghiệm nén mẫu .41 Hình 3.1 Ứng xử nứt mẫu thí nghiệm .43 Hình 3.2 Cường độ chịu uốn mẫu UHPFRC có khơng có cốt sợi .45 Hình 3.3 Đường cong lực – chuyển vị UHPFRC tốc độ gia tải khác 46 Hình 3.4 Cường độ bê tơng mẫu UHPFRC gia cố hàm lượng sợi khác 49 Hình 3.5 Cường độ uốn mẫu UHPFRC tốc độ gia tải 51 Hình 3.6 Chuyển vị mẫu UHPFRC tốc độ gia tải 52 v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Sự phát triển theo thời gian hỗn hợp bê tông cốt sợi từ năm 1960 [24] Bảng 1.2 Sự phát triển bê tông cường độ cao, bê tơng cốt sợi tính cao từ năm 1970 (Ở Mỹ Châu Âu) Bảng 1.3 Ví dụ thành phần hỗn hợp UHPFRC UHPC [24] 11 Bảng 1.4 Các thông số hồi quy công thức (1-3) .14 Bảng 1.5 Tính chất vật liệu UHPFRCs 22 Bảng 2.1 Thành phần khoáng vật (%) theo ASTM .26 Bảng 2.2 Cấp phối cốt liệu cát (% lọt sàng) 28 Bảng 2.3 Thành phần hoá học sợi thép 30 Bảng 2.4 Thành phần hố học tính chất vật lý vật liệu thành phần 34 Bảng 2.5 Tính chất cốt sợi thép 34 Bảng 3.1 Cường độ chịu nén độ sụt mẫu UHPC UHPRFC 44 Bảng 3.2 Kết thí nghiệm uốn 47 Bảng 3.3 Chỉ số tăng cường độ vật liệu UHPFRC tốc độ gia tải cao 53 vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ACI FHWA FRC HRWR NC UHPC UHPFRC Committee of American Concrete Institue Federal Highway Administration Fiber-reinforced concrete High-Range Water Reducer Normal concrete Ultra high-performance concrete Ultra high-performance concrete vii fiber-reinforced PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Bê tơng siêu tính gia cố cốt sợi (Ultra-high-performance fiber-reinforced concrete - UHPFRC) biết đến loại bê tông đặc biệt so với bê tông cốt sợi thông thường (Fiber-reinforced concrete - FRC) hay bê tông thông thường (Normal concrete - NC): cường độ chịu nén cao (>150 MPa), cường độ chịu kéo tốt gia cố hàm lượng cốt sợi thép vừa phải (>10 MPa), khả hấp thụ lượng tốt bị phá hủy (>30 kJ) [1-9], thể hình a Hơn nữa, nhiều nghiên cứu cho thấy loại bê tơng cịn có khả tiếp tục tăng cường độ sau vết nứt xuất (Strain-hardening response) khả tăng sức kháng tốc độ gia tải tăng (Strain-rate dependent), thể hình b [4, 10] Nhờ đặc tính trên, loại bê tông kỳ vọng áp dụng vào thực tiễn giúp giảm kích thước hình học, tăng khả chịu lực cho cơng trình xây dựng cầu đường, cơng trình hạ tầng kỹ thuật, cơng trình qn tường bê tơng chịu tác dụng tải trọng cực đoan (va đập, nổ) tường, bia chịu đạn bắn Tuy nhiên, việc áp dụng loại vật liệu vào cơng trình thực tế nhiều hạn chế, giá thành sản xuất cịn cao, quy trình trộn bảo dưỡng khắt khe, đặc biệt tính chất học phức tạp (phụ thuộc nhiều vào loại, hàm lượng cốt sợi, phụ thuộc vào tải trọng tác động - kéo, nén, uốn cắt), chưa có quy trình thí nghiệm, kiểm tra đánh giá chất lượng Đặc biệt, tác dụng tải trọng có tốc độ gia tải cao, cấu kiện thường bị phá hủy trạng thái phá hủy tổng hợp bao gồm nén, kéo, cắt, uốn phá hủy cục Một số tác giả tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng cốt sợi tốc độ gia tải đến khả kháng uốn UHPFRC [11–16] Các nghiên cứu cho thấy, khả kháng uốn vật liệu UHPC tăng đáng kể gia cố cốt sợi thép giới hạn hàm lượng nghiên cứu, khả kháng uốn tăng hàm lượng cốt sợi tăng lên Tuy nhiên, nghiên cứu ứng xử uốn vật liệu UHPFRC tác dụng tải trọng động [17–20] nghiên cứu dừng lại tốc độ gia tải vừa phải Đợt thí nghiệm Tốc độ biến dạng Lực lớn nhất, Pmax Chuyển vị,  Mô men uốn, Rf s-1 kN mm MPa TB* 214,05 13,51 1,46 28,86 SD** 14,8 0,9 0,3 2,0 SP1 13,24 0,88 28,28 SP2 13,38 0,90 28,57 14,27 1,04 30,49 14,86 1,03 31,75 SP5 14,61 1,25 31,20 SP6 13,92 1,04 29,73 1,67x10-5 14,05 1,02 30,00 119,13 125,02 101,98 110,20 105,82 101,44 110,60 9,6 214,44 212,53 207,86 201,11 209,14 217,12 210,37 5,9 0,66 24,78 22,27 26,62 24,62 23,27 24,29 24,31 1,5 29,73 28,95 27,41 28,37 28,29 28,71 28,58 0,8 0,13 2,25 2,40 2,04 2,20 2,00 2,30 2,20 0,2 2,03 2,35 2,34 2,77 1,98 2,40 2,31 0,3 1,40 52,92 47,56 56,86 52,58 49,71 51,89 51,92 3,2 63,51 61,83 58,54 60,61 60,43 61,33 61,04 1,7 Số hiệu mẫu SP3 15-S SP4 TB* 15-h1 15-h2 SD** SP1 SP2 SP3 SP4 SP5 SP6 TB* SD** SP1 SP2 SP3 SP4 SP5 SP6 TB* SD** 1,67x10-5 Ghi chú: TB*: giá trị trung bình; SD**: độ lệch chuẩn 3.2 Ảnh hưởng hàm lượng cốt sợi đến khả kháng uốn UHPFRC Hình 3.4 biểu diễn ảnh hưởng hàm lượng cốt sợi đến cường độ chịu uốn mẫu UHPFRC Trong đó, mơ men uốn mẫu tính tốn theo cơng thức (3-1) Trong công thức (3-1), Pmax (kN) lực tác dụng lớn đo từ máy thí nghiệm; L (mm) chiều dài nhịp, khoảng cách hai gối đỡ mẫu thí nghiệm; b d (mm) 48 bề rộng chiều cao mẫu 70 51.9 50 f Cườ ng độuố n, R (MPa) 60 61 0.5 vol.-% 1.5 vol.-% 20 17.7 28.9 30 23.6 30 40 10 Static High rate-h1 High rate-h2 Tốc độgia tả i Hình 3.4 Cường độ bê tơng mẫu UHPFRC gia cố hàm lượng sợi khác Rf  3xPmax xL 3xPmax x1000 x178  xbxd 2 x50 x50 (3-1) Từ Hình 3.4 thấy cường độ chịu uốn (Rf) mẫu UHPFRC tăng hàm lượng cốt sợi tăng lên tải trọng tĩnh tải trọng động Rf UHPFRC tăng từ 17.77 Mpa lên đến 30 Mpa hàm lượng cốt sợi tăng từ 0.5 đến 1.5 vol.-% Giá trị tốc độ gia tải cao 23.6 Mpa lên 51.9 Mpa (tốc độ gia tải cao h1) 28.9 Mpa lên 61 Mpa (tốc độ gia tải h2) Mặt khác, cường độ uốn tăng tốc độ gia tải tăng lên Rf UHPFRC gia cố 0.5 v0l.-% 17.77 Mpa tốc độ biến dạng trung bình 1.67 x 10-5 17.77 tăng lên 23.56 MPa tốc độ biến dạng trung bình 108 s-1 28.86 tốc độ biến dạng trung bình 214.05 s-1 Tương tự, cường độ chịu uốn UHPFRC gia cố 1.5 vol.-% 30, 51.2 61.04 MPa Việc cường độ chịu uốn UHPFRC tăng lên hàm lượng cốt sợi tăng nghiên cứu báo cáo nhiều tác giả trước [34,41,42] Điều giải thích rằng, hàm lượng cốt sợi tăng lên diện tích tiếp xúc cốt sợi vữa 49 tăng lên, đặc biệt cốt sợi bắc qua vị trí xuất vết nứt Do đó, khả chống lại xuát phát triển vết nứt tăng lên, dẫn tới việc tăng khả chịu kéo- uốn toàn thể vật liệu Tuy nhiên, việc tăng hàm lượng cốt sợi lên giá trị lớn xuất thêm vấn đề tiêu cực vấn đề không đồng vật liệu, khả xuất lỗ rỗng chèn ép, hạn chế tính linh động vữa bê tông, hay vấn đề hướng phân bổ cốt sợi cần phải đánh giá xem xét 3.3 Ảnh hưởng tốc độ giai tải đến khả kháng uốn vật liệu UHPFRC Ảnh hưởng tốc độ gia tải đến khả cường độ chịu uốn khả biến dạng mẫu UHPFRCs thể Hình 3.5 Hình 3.6 Từ Hình 3.5 thấy cường độ chịu uốn (Rf) mẫu UHPFRC tăng hàm lượng cốt sợi tăng lên Rf UHPFRC tăng từ 17.77 Mpa lên đến 30 Mpa hàm lượng cốt sợi tăng từ 0.5 đến 1.5 vol.-% Mặt khác, cường độ uốn tăng tốc độ gia tải tăng lên R f UHPFRC gia cố 0.5 v0l.-% 17.77 Mpa tốc độ biến dạng trung bình 1.67 x 10-5 17.77 tăng lên 23.56 MPa tốc độ biến dạng trung bình 108 s-1 28.86 tốc độ biến dạng trung bình 214.05 s-1 Tương tự, cường độ chịu uốn UHPFRC gia cố 1.5 vol.-% 30, 51.2 61.04 MPa Việc cường độ uốn mẫu UHPFRC tăng hàm lượng cốt sợi tăng ghi nhận số tác giả trước [11–14,41] giải thích khả hạn chế xuất phát triển vết nứt mẫu bê tông cốt sợi thép tăng lên Từ Hình 3.5 cho thấy, cường độ uốn vật liệu UHPFRC tăng lên tốc độ gia tải tăng cho trường hợp gia cố 0,5 1,5 vol.% cốt sợi thép Sự gia tăng cường độ tốc độ gia tải tăng giải thích sau: cường độ chịu kéo uốn bê tông gia cố cốt sợi chủ yếu hình thành lực dính kết bề mặt cốt sợi lớp vữa xung quanh (interfacial bond strength) q trình co ngót bê tơng đơng cứng ma sát hai bề mặt tiếp xúc; vữa bê tơng xung quanh cốt sợi chuyển động có gia tốc gia tải tốc độ cao, lực quán tính xuất hạt vữa làm gia tăng lực dính kết cốt sợi vữa xung quanh [6] Lực dính kết cốt sợi vữa tăng góp phần làm tăng cường độ vật liệu UHPFRC tốc độ gia tải tăng lên Xu hướng tăng cường độ tốc độ gia tải tăng nghiên cứu ghi nhận số tác giả tốc độ gia tải thấp 50 [18,20] 70 51.9 50 f Cườ ng độuố n, R (MPa) 60 61 Tónh tả i Tốc độcao_h1 Tốc độcao_h2 20 17.7 30 28.9 30 23.6 40 10 0.5 vol.-% 1.5 vol.-% Hà m lượng cốt sợi (Vol.-%) Hình 3.5 Cường độ uốn mẫu UHPFRC tốc độ gia tải 51 Chuyể n vị(), mm 2.2 Tónh tả i Tố c độcao_h1 Tố c độcao_h2 2.31 1.02 0.77 1.46 1.38 0.5 vol.-% 1.5 vol.-% Hà m lượng cố t sợi (Vol -%) Hình 3.6 Chuyển vị mẫu UHPFRC tốc độ gia tải Hệ số số động (Dynamic Index Factor – DIF) cường độ chịu uốn mẫu UHPFRC tốc độ gia tải cao tính tốn thống kê Bảng 3.3 Trong đó, DIF giá trị cường độ vật liệu tốc độ gia tải cao chia cho giá trị mẫu tốc độ tải trọng tĩnh 52 Bảng 3.3 Chỉ số tăng cường độ vật liệu UHPFRC tốc độ gia tải cao Số hiệu mẫu Đợt thí nghiệm SP1 SP2 05-S SP3 SP4 Tốc độ biến dạng -1 s 1.67x10-5 SP5 SP6 Average SD* 05-h1 05-h2 1.67x10 -5 Hệ số động MPa 15.71 19.05 DIF - 19.82 16.55 - 16.35 - 19.16 - SP1 SP2 107.90 110.45 17.77 4.9 21.57 22.06 SP3 SP4 111.54 101.25 23.59 25.14 1.33 1.41 SP5 111.66 24.50 1.38 SP6 105.78 24.50 1.38 Average SD* SP1 SP2 108.10 4.6 222.96 209.93 23.56 1.4 25.57 30.16 1.33 0.1 1.44 1.70 SP3 SP4 198.68 232.61 30.30 30.67 1.71 1.73 SP5 SP6 217.27 202.87 27.62 28.83 1.55 1.62 Average SD* 214.05 14.8 28.86 2.0 28.28 28.57 1.62 0.1 - 30.49 31.75 - 31.20 29.73 - 30.00 1.40 - SP1 SP2 15-S Cường độ uốn, Rf SP3 SP4 1.67x10-5 SP5 SP6 Average SD* 1.67x10-5 53 1.21 1.24 Số hiệu mẫu Đợt thí nghiệm SP1 15-h1 15-h2 Tốc độ biến dạng Cường độ uốn, Rf s-1 MPa Hệ số động 119.133 52.92 DIF 1.76 SP2 125.020 47.56 1.59 SP3 101.980 56.86 1.90 SP4 110.195 52.58 1.75 SP5 105.817 49.71 1.66 SP6 101.436 51.89 1.73 Average SD* SP1 110.60 51.92 1.73 9.6 214.440 3.2 63.51 0.1 2.12 SP2 SP3 212.534 207.863 61.83 58.54 2.06 1.95 SP4 201.113 60.61 2.02 SP5 209.138 60.43 2.01 SP6 217.123 61.33 2.04 210.37 61.04 2.03 5.9 1.7 0.1 Average SD* Theo Bảng 3.3, giá trị trung bình hệ số số động (DIF) vật liệu UHPFRC gia cố với 0.5 vol.-% cốt sợi thép 1.33 tốc độ gia tải cao h1 tăng lên 1.62 tốc độ giả tải cao h2 Tương tự, giá trị trung bình DIF UHPFRC gia cố với 1.5 vol.-% cốt sợi thép 1.73 tốc độ gia tải cao h1, tăng lên đến 2.03 tốc độ gia tải cao h2 Những số liệu cho thấy, vật liệu UHPFRC gia cố cốt sợi thép trở nên hữu hiệu tốc độ gia tải cao xu hướng tiếp tục tăng hàm lượng cốt sợi tăng từ 0.5 đến 1.5 vol.% Tuy nhiên, khả tăng cương độ của UHPFRCs tác động tải trọng uốn động thu thấp nhiều so với tải trọng kéo trực tiếp Theo báo cáo Tran cộng [43], hệ số DIF vật liệu UHPFRC tác dụng tải trọng chịu kéo trực tiếp khoảng 2.9 tốc độ gia tải 9.8 s-1 tốc độ gia tải trung bình 210 s-1 3.05 theo cơng thức rút từ kết thí nghiệm Park cộng [33] Nguyên nhân khác khả tăng cường độ tác động tải trọng uốn kéo trực tiếp không rõ ràng, giải thích theo cách giải thích Ngo cộng [44] Theo đó, khác chủ yếu đến từ hướng tác động tải trọng đến hướng xếp cốt sợi thép phân bổ mẫu kích thước 54 trình chế tạo mẫu : hầu hết cốt sợi phân bổ dọc theo trục dài mẫu thí nghiệm Do đó, tác động tác dụng lực kéo trực tiếp tốc độ cao (hướng lực song song với hướng phân bổ côt sợi), lực qn tính tồn hạt cốt liệu xung quanh cơt sợi thép có xu hướng tăng cường lực dính cốt sợi cốt liệu xung quanh Trong đó, tác dụng lực uốn tốc độ cao (hướng lực gần vng góc với hướng phân bổ cốt sợi), lực quán tính nửa phần cốt liệu bao quanh cốt sợi có xu hướng làm tăng lực dính (do lực qn tính có hướng ngược với lực tác dụng), nửa phần cốt liệu cịn lại có xu hướng làm giảm lực dính cốt sợi cốt liệu vữa Hình vé giải thích theo cách tham khảo [44] Kết luận Chương 3: Chương trình bày kết thu từ thí nghiệm : đường cong quan hệ ứng suất- biến dạng mẫu thí nghiệm uốn ; Lực chịu nén lớn mẫu nén ; Vết nứt phá hoại mẫu ; Độ sụt hỗn hợp có khơng có cốt sợi ; Dựa kết thí nghiệm, tham số ảnh hưởng đến ứng xử uốn vật liệu đánh giá khảo sát, kèm theo lý giải khoa học xu hướng kết thí nghiệm 55 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Trong luận văn, tác giả nêu bật định nghĩa vật liệu UHPFRC sử dụng phổ biến giới Lịch sử hình thành trình phát triển loại vật liệu UHPFRC thốn kê, thông qua phát triển công nghệ cường độ vật liệu thành phần làm nên loại vật liệu vữa xi măng (UHPC), cốt sợi khả liên kết vữa cốt sợi Phương pháp chế tạo mẫu, phương pháp thí nghiệm, trình thí nghiệm, q trình đo xử lý số liệu mơ tả chi tiết Kết thí nghiệm phân tích, đánh giá, giải thích cách chi tiết, đưa nhiều kết luận quan trọng khả kháng uốn vật liệu UHPFRC tải trọng tính tải trọng tốc độ cao Một số kết luận tính chất học vật liệu UHPFRC đưa sau:  Cường độ chịu nén mẫu UHPFRC đạt tới 184 MPa không gia cố cốt sợi lên đến 215 Mpa gia cố cốt 1.5 vol.-% cốt sợi thép trơn, đường kính 0.2 mm, chiều dài 19 mm  Độ sụt trung bình vữa UHPC khơng có cơt sợi khoảng 220 mm, trộn thêm cơt sợi, có xu hướng giảm xuống (210 mm gia cố 1.5 vol.-% cốt sợi) Đo đó, cần có đánh giá, kiểm tra độ sụt vật liệu cẩn thận gia cố với hàm lượng cốt sợi cao ảnh hưởng đến đồng hỗn hợp vữa cường độ mẫu  Cường độ uốn vật liệu UHPFRC tăng lên đáng kể hàm lượng cốt sợi tăng lên Đồng thời, tốc độ gia tải tăng, khả kháng uốn vật liệu tăng lên  Cường độ kéo uốn vật liệu UHPFRC gia cố 0.5% 1.5% cốt sợi 17.7 30.0 MPa tác dụng tải trọng tĩnh, tăng lên đến 23.6 51.92 MPa tốc độ gia tải trung bình 110 s-1 tăng lên đến 28.86 61.04 MPa tốc độ gia tải trung bình 210 s-1 Những tính chất hứa hẹn việc áp dụng vật liệu UHPFRC vào cơng trình thực tế, chịu tải trọng động động đất, va chạm, phá nổ…v.v 56 Kiến nghị Cần có nghiên cứu sâu hơn, lý thuyết lẫn thực nghiệm tính chất vật liệu UHPFRC, từ làm tiền đề cho việc áp dụng rộng rãi loại vật liệu vào cơng trình thực tế Việt Nam Hạn chế Đề tài nghiên cứu cịn có hạn chế sau:  Hàm lượng cốt sợi thép nhỏ (lớn 1.5 vol.-%), cần có nghiên cứu với hàm lượng cao để đánh giá, đưa xu hướng ảnh hưởng cốt sợi đến khả kháng uốn vật liệu  Do hạn chế việc tạo hệ thống thí nghiệm động để phá hủy mẫu thí nghiệm kích thước lớn, kích thước mẫu thí nghiệm nhỏ so với cấu kiện thực tế Hướng nghiên cứu Từ hạn chế trên, ta có hướng nghiên cứu sau:  Nghiên cứu mở rộng với hàm lượng cốt thép lớn hơn, kích thước mẫu lớn hơn, tốc độ gia tải lớn  Kết hợp với nghiên cứu trước đó, tiến hành tổng hợp, phân tích đưa đặc trưng học vật liệu UHPFRC, làm tiền đề cho việc áp dụng loại vật liệu có tính đặc biệt vào kết cấu, cơng trình thực tế cách rộng rãi 57 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Ngơ Trí Thường*, Hồng Văn Hải |”Nghiên cứu khả kháng uốn bê tông siêu cường độ gia cố cốt sợi tác dụng tải trọng động, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Việt Nam, 63(3) 3.2021 https://b.vjst.vn/index.php/ban_b/article/view/956 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] K Wille, S El-Tawil, A.E Naaman, Properties of strain hardening ultra high performance fiber reinforced concrete (UHP-FRC) under direct tensile loading, Cem Concr Compos 48 (2014) 53–66 https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2013.12.015 [2] N.T Tran, T.K Tran, D.J Kim, High rate response of ultra-high-performance fiber-reinforced concretes under direct tension, Cem Concr Res 69 (2015) 72–87 https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2014.12.008 [3] N.T Tran, T.K Tran, J.K Jeon, J.K Park, D.J Kim, Fracture energy of ultrahigh-performance fiber-reinforced concrete at high strain rates, Cem Concr Res 79 (2016) 169–184 https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2015.09.011 [4] S.H Park, D.J Kim, S.W Kim, Investigating the impact resistance of ultra-highperformance fiber-reinforced concrete using an improved strain energy impact test machine, Constr Build Mater 125 (2016) 145–159 https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.08.027 [5] T.T Ngo, J.K Park, S Pyo, D.J Kim, Shear resistance of ultra-high-performance fiber-reinforced concrete, Constr Build Mater 151 (2017) 246–257 https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.06.079 [6] T.T Ngo, D.J Kim, Shear stress versus strain responses of ultra-highperformance fiber-reinforced concretes at high strain rates, Int J Impact Eng (2018) 187–198 [7] H Wu, Q Zhang, F Huang, Q Jin, Experimental and numerical investigation on the dynamic tensile strength of concrete, Int J Impact Eng 32 (2005) 605–617 https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2005.05.008 [8] Z Wu, C Shi, W He, D Wang, Static and dynamic compressive properties of ultra-high performance concrete (UHPC) with hybrid steel fiber reinforcements, Cem Concr Compos 79 (2017) https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2017.02.010 [9] L Mao, S Barnett, D Begg, G Schleyer, G Wight, Numerical simulation of ultra high performance fibre reinforced concrete panel subjected to blast loading, Int J Impact Eng 64 (2014) 91–100 https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2013.10.003 [10] N.T Tran, Direct Tensile Behavior of Ultra-High-Performance Fiber-Reinforced Concrete Subjected to Impact Loading (Doctoral Thesis), Sejong Univ (2016) 1–163 [11] D.Y Yoo, S.W Kim, J.J Park, Comparative flexural behavior of ultra-highperformance concrete reinforced with hybrid straight steel fibers, Constr Build Mater 132 (2017) 219–229 https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.11.104 [12] D.-J Kim, A.E Naaman, S El-Tawil, High Performance Fiber Reinforced Cement Composites with Innovative Slip Hardending Twisted Steel Fibers, Int J Concr Struct Mater (2009) 119–126 https://doi.org/10.4334/ijcsm.2009.3.2.119 59 [13] D.J Kim, S.H Park, G.S Ryu, K.T Koh, Comparative flexural behavior of Hybrid Ultra High Performance Fiber Reinforced Concrete with different macro fibers, Constr Build Mater 25 (2011) 4144–4155 https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2011.04.051 [14] D.Y Yoo, S.T Kang, Y.S Yoon, Enhancing the flexural performance of ultrahigh-performance concrete using long steel fibers, Compos Struct 147 (2016) 220– 230 https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2016.03.032 [15] R Ranade, V.C Li, W.F Heard, Tensile rate effects in High Strength-High Ductility Concrete, Cem Concr Res 68 (2015) 94–104 https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2014.11.005 [16] D.Y Yoo, S Kim, G.J Park, J.J Park, S.W Kim, Effects of fiber shape, aspect ratio, and volume fraction on flexural behavior of ultra-high-performance fiberreinforced cement composites, Compos Struct 174 (2017) 375–388 https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2017.04.069 [17] W Meng, Y Yao, B Mobasher, K.H Khayat, Effects of loading rate and notchto-depth ratio of notched beams on flexural performance of ultra-high-performance concrete, Cem Concr Compos 83 (2017) 349–359 https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2017.07.026 [18] S.G Millard, T.C.K Molyneaux, S.J Barnett, X Gao, Dynamic enhancement of blast-resistant ultra high performance fibre-reinforced concrete under flexural and shear loading, Int J Impact Eng 37 (2010) 405–413 https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2009.09.004 [19] K Habel, P Gauvreau, Response of ultra-high performance fiber reinforced concrete (UHPFRC) to impact and static loading, Cem Concr Compos 30 (2008) 938– 946 https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2008.09.001 [20] E Parant, P Rossi, E Jacquelin, C Boulay, Strain Rate Effect on Bending Behavior of New Ultra-High-Performance Cement-Based Composite, ACI Mater J 104 (2007) 458–463 [21] S Pyo, K Wille, S El-Tawil, A.E Naaman, Strain rate dependent properties of ultra high performance fiber reinforced concrete (UHP-FRC) under tension, Cem Concr Compos 56 (2015) 15–24 https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2014.10.002 [22] Ben Graybeal, Ultra-High Performance Concrete FHWA Publication No: FHWA-HRT-11-038, (2011) [23] Behzad Nematollahi, A review on ultra high performance ‘ductile’ concrete (UHPdC) technology, Int J Civ Struct Eng (2012) https://doi.org/10.6088/ijcser.00202030026 [24] A.E Naaman, K Wille, The Path to Ultra-High Performance Fiber Reinforced Concrete ( UHP-FRC ): Five Decades of Progress, Proc HiperMat 2012 (Kassel, March 7-9, 2012) (2012) 3–15 [25] B.A Graybeal, H.G Russel, Ultra-High Performance Concrete: A State-of-the- 60 Art Report for the Bridge Community Publication N.o FHWA-HRT-13-060, (2013) 176 [26] Z Rong, W Sun, Y Zhang, International Journal of Impact Engineering Dynamic compression behavior of ultra-high performance cement based composites, Int J Impact Eng 37 (2010) 515–520 https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2009.11.005 [27] J Lai, W Sun, Cement and Concrete Research Dynamic behaviour and viscoelastic damage model of ultra-high performance cementitious composite, Cem Concr Res 39 (2009) 1044–1051 https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2009.07.012 [28] O Millon, W Riedel, K Thoma, E Fehling, M Nöldgen, Fiber-reinforced ultrahigh performance concrete under tensile loads, DYMAT 2009 - 9th Int Conf Mech Phys Behav Mater under Dyn Load (2009) 671–677 https://doi.org/10.1051/dymat/2009095 [29] M Nöldgen, W Riedel, K Thoma, E Fehling, Properties of Ultra High Performance Concrete (UHPC) in tension at high strain rates, Proc 8th Int Conf Fract Mech Concr Concr Struct Fram 2013 (2013) 988–1000 [30] E Cadoni, D Forni, Experimental analysis of the UHPFRCs behavior under tension at high stress rate, Eur Phys J Spec Top 225 (2016) https://doi.org/10.1140/epjst/e2016-02639-2 [31] T.K Tran, D.J Kim, Strain energy frame impact machine (SEFIM), J Adv Concr Technol 10 (2012) 126–136 https://doi.org/10.3151/jact.10.126 [32] S Pyo, S El-Tawil, Capturing the strain hardening and softening responses of cementitious composites subjected to impact loading, Constr Build Mater 81 (2015) 276–283 https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.02.028 [33] S.H Park, D.J Kim, S.W Kim, Investigating the impact resistance of ultra-highperformance fiber-reinforced concrete using an improved strain energy impact test machine, Constr Build Mater 125 (2016) 145–159 https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.08.027 [34] D Yoo, N Banthia, J Lee, Y Yoon, Effect of fi ber geometric property on rate dependent fl exural behavior of ultra-high-performance cementitious composite, Cem Concr Compos 86 (2018) 57–71 https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2017.11.002 [35] J.J Park, S.T Kang, K.T Koh, S.W Kim, Influence of the ingredients on the compressive strength of UHPC as a fundamental study to optimize the mixing proportion, Proceeding Second Int Symp Ultra High Perform Concr Kassel, Ger (2008) 102–105 [36] M Schmidt, E Fehling, Ultra-high-performance concrete: Research, development and application in Europe, Seventh Int Symp Util High Strength/HighPerformance Concr (2005) 51–78 http://download.contecaps.com/uploads/tx_mpdownloadcenter/pp_fp_2005_003_eng_01.pdf [37] ASTM International, ASTM C 1437 Standard Test Method for Flow of Hydraulic Cement Mortar, (2001) 1–2 https://doi.org/https://www.astm.org/Standards/C1437 61 [38] S.T Kang, J.K Kim, The relation between fiber orientation and tensile behavior in an ultra high performance fiber reinforced cementitious composites (UHPFRCC), Cem Concr Res 41 (2011) 1001–1014 https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2011.05.009 [39] R Yu, P Spiesz, H.J.H Brouwers, Static properties and impact resistance of a green Ultra-High Performance Hybrid Fibre Reinforced Concrete (UHPHFRC): Experiments and modeling, Constr Build Mater 68 (2014) https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.06.033 [40] Z Wu, C Shi, W He, L Wu, Effects of steel fiber content and shape on mechanical properties of ultra high performance concrete, Constr Build Mater 103 (2016) 8–14 https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.11.028 [41] D.Y Yoo, J.H Lee, Y.S Yoon, Effect of fiber content on mechanical and fracture properties of ultra high performance fiber reinforced cementitious composites, Compos Struct 106 (2013) 742–753 https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2013.07.033 [42] D Kim, A.E Naaman, S El-tawil, Comparative flexural behavior of four fiber reinforced cementitious composites, Cem Concr Compos 30 (2008) 917–928 https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2008.08.002 [43] N.T Tran, T.K Tran, D.J Kim, High rate response of ultra-high-performance fiber-reinforced concretes under direct tention, Cem Concr Res 69 (2014) 72–87 https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2014.12.008 [44] T.T NGO, D.J KIM, Shear stress versus strain responses of ultra-highperformance fiber-reinforced concretes at high strain rates, Int J Impact Eng 111 (2018) 187–198 https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2017.09.010 62