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 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI HOÀNG VĂN HẢI HÀ NỘI, NĂM 2021 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 1.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 công trình giao thơng với đề tài “Nghiên cứu khả chịu uốn bê tơng siêu tính gia cố cốtsợi thép tác động tải trọng động” Luận văn cá nhân tơi thực sựhướngdẫncủaTS.NgơTríThường.Cácsốliệu,kếtquảnghiêncứutrongLuậnvăn 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 LỜI CẢM ƠN Trong trình thực Luận văn tác giả người hướng dẫn khoa học: TS NgơTríThườngtậntìnhhướngdẫn,giúpđỡcũngnhưtạođiềukiệnthuậnlợiđểtácgiả hồn thành luận văn Qua đây, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tớithầy! 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 q trình học tập nghiên cứu TácgiảcũngxinbàytỏlịngbiếtơnđếnGiađìnhđãđộngviênvàtạomọiđiềukiệntốt để tác giả học tập nghiêncứu 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 cô giáo, bạn đồng nghiệp để Luận văn hồn thiện TácgiảxincamđoanLuậnvănthạcsĩchunngành Kĩthuậtxâydựngcơngtrìnhgiao thơng với đề tài “Nghiên cứu khả chịu uốn bê tơng siêu tính gia cố cốtsợi thép tác động tải trọng động” Luận văn cá nhân tác giả thực dướisựhướngdẫncủaTS.NgơTríThường.Cácsốliệu,kếtquảnghiêncứutrongLuận vănnàylàtrungthựcvàcónguồngốcrõràng.Mộtphầnsốliệuthínghiệmđượclấytừ sốliệuthínghiệmcủađềtàicấpnhànướcsố:107.01-2019.03,đượctàitrợbởiQuỹphát triển khoa học công nghệ quốc gia(NAFOSTED) MỤC LỤC DANH MỤCHÌNHẢNH .v DANH MỤCBẢNGBIỂU vi DANH MỤC CÁC TỪVIẾT TẮT .vii PHẦNMỞĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BÊ TƠNG SIÊU TÍNH NĂNG GIA CỐ CỐT SỢITHÉP 1.1 Tổng quan vật liệu bê tơng siêu tính gia cốcốtsợi 1.1.1 ĐịnhnghĩaUHPFRC 1.1.2 Nguyên tắc chế tạo vậtliệuUHPFRC 1.1.3 Lịch sử phát triểncủaUHPFRC 1.1.4 Thành phần vật liệu vậtliệuUHPFRC .9 1.2 Tính chất họccủaUHPFRC 11 1.2.1 Cường độchịunén 11 1.2.2 Cường độchịu kéo 15 1.2.3 Mô đunđànhồi 18 1.2.4 Sự phụ thuộc tốc độ gia tải vậtliệuUHPFRC .20 1.2.5 Tổng hợp tính chất học vậtliệuUHPFRCs 22 CHƯƠNG CHƯƠNG TRÌNH VÀ THIẾT BỊTHÍNGHIỆM 24 2.1 Chương trìnhthínghiệm 24 2.2 Thành phần cấp phốivậtliệu 24 2.2.1 Đặc điểm chung vật liệu thànhphầnUHPFRC 24 2.2.2 Thành phận, vật liệu thành phần sử dụng trongnghiêncứu 33 2.3 Trộn chêtạomẫu .34 2.3.1 Phươngpháptrộn .34 2.3.2 Phương pháp trộn dùng trongnghiêncứu 35 2.4 Thínghiệm 38 2.4.1 Thí nghiệmuốntĩnh 38 2.4.2 Thí nghiệmuốnđộng .39 2.4.3 Thínghiệmnén 40 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG CỐT SỢITHÉP VÀ TỐC ĐỘ GIA TẢI ĐẾN KHẢ NĂNG KHÁNG UỐN CỦA VẬT LIỆU UHPFRC 42 3.1 Kết quảthínghiệm 42 3.1.1 Trạng thái phá hoạicủamẫu 42 3.1.2 Cường độ chịu nén độ sụt củahỗnhợp 43 3.1.3 Đường cong quan hệ lực vàchuyểnvị 45 3.2 Ảnh hưởng hàm lượng cốt sợi đến khả kháng uốncủaUHPFRC 48 3.3 Ảnh hưởng tốc độ giai tải đến khả kháng uốn vật liệuUHPFRC 50 KẾT LUẬN VÀKIẾNNGHỊ 56 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃCƠNGBỐ 58 TÀI LIỆUTHAM KHẢO 59 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Một ví dụ thành phần cấp phối theo thể tích bê tơng siêu tính năng(UHPFRC) so sánh với bê tôngthường(NC) 10 Hình1.2VậtliệuthànhphầncơbảncủahỗnhợpUHPCvàtínhchấtđặctrưngcủanó .10 Hình 1.3 Đường cong ứng- biến dạng kéo vậtliệuUHPFRC 16 Hình 1.4 Đường cong ứng- biến dạng kéo điển hình vậtliệuUHPFRC 17 Hình 2.1 Chương trìnhthínghiệm .24 Hình 2.2 Cấu trúc đặc vật liệu UHPFRC kính siêu phóngđại[33] 26 Hình 2.3 Xi măng loại I dùng để chếtạoUHPFRC .27 Hình 2.4 Cát quarzt dùng để chếtạoUHPFRC 28 Hình 2.5 Các loại sợi thép thường dùng chếtạoUHPFRC 29 Hình 2.6 Muội silic dùng để chếtạoUHPFRC .31 Hình 2.7 Bột khống dùng để chếtạoUHPFRC 31 Hình 2.8 Phụ gia siêu dẻo dùng đểtrộnUHPFRC 33 Hình 2.9 Máy trộn Hobart, cơngsuất20L 36 Hình 2.10 Thiết bị thí nghiệmđộsụt 37 Hình 2.11 Ván khn làm bằngnhựacứng 37 Hình 2.12: Thí nghiệm uốn ba điểm tảitrọngtĩnh 38 Hình 2.13 Thí nghiệm uốnđộng( I - S E F I M ) 40 Hình 2.14 Thí nghiệmnénmẫu 41 Hình 3.1 Ứng xử nứt mẫuthí nghiệm 43 Hình 3.2 Cường độ chịu uốn mẫu UHPFRC có khơng cócốtsợi .45 Hình 3.3 Đường cong lực – chuyển vị UHPFRC tốc độ gia tảikhác 46 Hình 3.4 Cường độ bê tơng mẫu UHPFRC gia cố hàm lượng sợikhácnhau 49 Hình 3.5 Cường độ uốn mẫu UHPFRC tốc độgia tải 51 Hình 3.6 Chuyển vị mẫu UHPFRC tốc độgiatải 52 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng1.1Sựpháttriểntheothờigiancủahỗnhợpbêtơngvàcốtsợitừnhữngnăm1960[24] Bảng1.2Sựpháttriểncủabêtơngcườngđộcao,bêtơngcốtsợitínhnăngcaotừnhữngnăm 1970 (Ở Mỹ vàChâuÂu) Bảng 1.3 Ví dụ thành phần hỗn hợp UHPFRC vàUHPC[24] 11 Bảng 1.4 Các thông số hồi quy côngthức(1-3) .14 Bảng 1.5 Tính chất vật liệucủaUHPFRCs 22 Bảng 2.1 Thành phần khoáng vật (%)theoASTM 26 Bảng 2.2 Cấp phối cốt liệu cát (%lọtsàng) 28 Bảng 2.3 Thành phần hoá học củasợithép 30 Bảng 2.4 Thành phần hố học tính chất vật lý vật liệu thành phần.34 Bảng2.5Tínhchấtcủacốtsợithép 34 Bảng 3.1 Cường độ chịu nén độ sụt mẫu UHPCvàUHPRFC 44 Bảng 3.2 Kết thínghiệmuốn 47 Bảng 3.3 Chỉ số tăng cường độ vật liệu UHPFRC tốc độ giatảicao 53 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 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):cườngđộchịunénrấtcao(>150MPa),cườngđộchịukéotốtkhiđược 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 nghiêncứu cho thấy loại bê tơngnàycịn có khả tiếp tục tăng cường độ sau vết nứt đầu tiênxuấthiện(Strainhardeningresponse)vàkhảnăngtăngsứckhángkhitốcđộgiatải tăng (Strain-rate dependent), thể hình b [4,10] Nhờ đặc tính trên, loại bê tơng kỳ vọng áp dụng vào thực tiễn giúpgiảmkíchthướchìnhhọc,tăngkhảnăngchịulựcchocáccơngtrìnhxâydựngnhư cầu đường, cơng trình hạ tầng kỹ thuật, cơng trình qn tường bê tông chịucáctácdụngcủatảitrọngcựcđoan(vađập,nổ)hoặctường,biachịuđạnbắn.Tuynhiên, việc áp dụng loại vật liệu vào cơng trình thực tế cịnnhiềuhạn chế, giá thành sản xuất cịn cao, quy trình trộn bảo dưỡng khắt khe, đặc biệt tính chấtcơhọccủanókháphứctạp(phụthuộcnhiềuvàoloại,hàmlượngcốtsợi,phụthuộc 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 cụcbộ 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.Tuynhiên,rấtítcácnghiêncứuvềứngxửuốncủavậtliệuUHPFRCdướitácdụng củatảitrọngđộng[17–20]vàcácnghiêncứunàychỉdừnglạiởtốcđộgiatảivừaphải