Nghiên cứu ứng xử nhiệt và một số giải pháp kiểm soát nhiệt, hạn chế vết nứt trong bê tông cường độ cao tuổi sớm kết cấu cầu

BỘGIÁODỤCVÀĐÀOTẠO TRƯỜNGĐẠIHỌCGIAOTHƠNGVẬNTẢI HỒNGTHỊTUYẾT NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ NHIỆT VÀ MỘT SỐ GIẢIPHÁPKIỂMSỐTNHIỆT,HẠNCHẾVẾTNỨTTRONG BÊ TƠNG CƯỜNG ĐỘ CAO TUỔI SỚMKẾTCẤU CẦU LUẬNÁNTIẾNSĨ HÀNỘI-2022 HOÀNGTHỊTUYẾT NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ NHIỆT VÀ MỘT SỐ GIẢIPHÁPKIỂMSỐTNHIỆT,HẠNCHẾVẾTNỨTTRONG BÊ TƠNG CƯỜNG ĐỘ CAO TUỔI SỚMKẾTCẤU CẦU Ngành thơngMãsố : Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình giao 9580205 LUẬNÁNTIẾNSĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOAHỌC PGS.TSĐỗAnhTú PGS.TS.NguyễnHữuThuấn HÀNỘI– 2022 LỜICAMĐOAN Tơixincamđoanluậnánnàylàcơngtrìnhnghiêncứucủacánhântơi.Cáckếtquảnêutron gluận văn làtrungthựcvàchưađượccơngbốtrongcáccơngtrình khác HàNội,ngày15tháng12năm2022 Tácgiả HồngThịTuyết LỜICẢMƠN LuậnánTiếnsỹđượcthựchiệntạiTrườngĐạihọcGiaothơngVậntảidướisựhướng dẫn trực tiếp PGS.TS Đỗ Anh Tú PGS.TS Nguyễn Hữu Thuấn Nghiêncứusinhxinbàytỏlịngbiếtơntớicácthầyhướngdẫnđãgiúpđỡ,chỉdẫntậntình,đãđónggópcácý kiếnqbáuvàtạođiềukiệnthuậnlợiđểgiúpnghiêncứusinhthựchiệnluậnánnày Nghiên cứu sinh xin trân trọng cảm ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại học GiaoThơng Vận tải, Phịng Đào tạo Sau đại học, Bộ mơn Cầu Hầm, Khoa KHCB, Bộ mơnHH-VKT,TrungtâmkhoahọcCơngnghệGiaothơngVậntải,PhịngthínghiệmVậtliệuxâydựngđãtạođiềukiệnthuậnlợi chonghiêncứusinhtrongquátrìnhhọctậpnghiêncứu Cuối nghiên cứu sinh bày tỏ lời cảm ơn đồng nghiệp, gia đình, ngườithânđãgiúpđỡvàđộngviên nghiêncứusinhtrongsuốtquátrình thựchiệnluậnán HàNội,ngày15tháng12năm2022 Tácgiả Hoàng ThịTuyết MỤCLỤC LỜICAMĐOAN i LỜICẢMƠN ii MỤCLỤC iii DANHMỤCHÌNHVẼ .vi DANHMỤCBẢNG BIỂU .ix DANHMỤCCHỮVIẾTTẮT xi MỞĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HIỆU ỨNG NHIỆT CỦA BÊ TÔNG TUỔI SỚMKẾT CẤU CẦU VÀ CÁC GIẢI PHÁP ĐỂ KIỂM SOÁT NHIỆT VÀ HẠN CHẾVẾTNỨT 1.1 Qtrìnhthủy hóacủaximăngPooclăng 1.1.1 Cácphảnứngcủa q trình thủyhóa 1.1.2 Nhiệtthủyhóa 1.1.3 Cácy ế u tốảnh hưởngđếntổngnhiệtthủyhóavàsựphá ttriểnn h iệ t thủyhóa.8 1.1.4.Mức độthủyhóa 11 1.2 Cácđặctínhcủa bêtơngở tuổi sớm 12 1.2.1 Cáctínhchấtnhiệtcủabêtơng 13 1.2.2 Cáctínhchấtcơ học củabêtơng 17 1.3 Hiệuứng nhiệtcủabê tôngởtuổisớm .22 1.3.1 Sựpháttriểnnhiệt/truyềnnhiệttrongbêtông 22 1.3.2 Ứngsuấtnhiệttrongbêtông 22 1.3.3 Sựhìnhthành Ettringitemuộn(DEF) .24 1.3.4 Sựpháttriểncườngđộ 25 1.4 Cácgiảiphápvậtliệuđểkiểmsoátnhiệtđộvàhạnchếnứtnhiệttuổisớm27 1.4.1 Cốtliệu 28 1.4.2 Tỷlệnước/xi măng .29 1.4.3 Ximăng .29 1.4.4 Phụgiakhoáng .30 1.5 Cácgiảiphápkếtcấuvàbiệnphápthicơngđểkiểmsốtnhiệtđộvàhạnchếnứ tnhiệttuổi sớm 34 1.6 Tổngquanvềnghiêncứuứngxửnhiệtcủa bêtôngởtuổisớm 36 1.6.1 Tìnhhình nghiêncứu trênthếgiới 36 1.6.2 Tìnhhình nghiêncứuở ViệtNam 38 1.7 Kếtluậnchương1 42 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TRUYỀN NHIỆT VÀ XÂY DỰNG MƠHÌNHTÍNHTỐNNHIỆTĐỘVÀỨNGSUẤTTRONGKẾTCẤUBÊTƠNGTUỔIS ỚM 44 2.1 Cơsởlý thuyếtvềdẫnnhiệt 44 2.2 Truyềnnhiệtqua đốilưu 47 2.3 Tốcđộsinh nhiệt .47 2.4 Hàmđộtăngnhiệtđộđoạnnhiệt 50 2.5 Phươngphápsaiphânhữuhạntínhtốnphânbốnhiệtđộtrongbêtơngởtuổisớ m 53 2.6 Ứngdụngphươngphápphầntửhữuhạnxâydựngmơhìnhtínhtốnứngsuất nhiệt 55 2.7 Ứngxửđàn nhớtcủabêtôngtuổi sớmdướitảitrọngnhiệt 57 2.8 Cácmơhìnhsốmơphỏngứngxửnhiệttuổisớmcủabêtơng 63 2.9 Sosánhcác mơhìnhtínhtốnnhiệtvàứngsuấtnhiệt 66 2.10 Kếtluậnchương2 68 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG NHIỆT VÀ CƯỜNGĐỘ CỦABÊTƠNGTROBAYCƯỜNGĐỘCAOSỬDỤNGTRONGCƠNGTRÌNHCẦU 69 3.1 Mục đíchthínghiệm 69 3.2 Thí nghiệmcườngđộ 69 3.2.1 Thànhphần hỗn hợpCĐC thínghiệm .69 3.2.2 Thí nghiệmxácđịnhcườngđộchịunén 76 3.2.3 Thí nghiệmđocườngđộchịu kéokhibửa 78 3.3 Thí nghiệmđonhiệtthủy hóa 81 3.3.1 Cácphươngphápđonhiệtthủyhóa .81 3.3.2 Thí nghiệmđonhiệtthủyhóatheophươngphápđoạnnhiệt 83 3.3.3 Kết quảthí nghiệmđonhiệt thủyhóa 86 3.3.4 Xácđịnhnhiệtlượngvàtốcđộtỏanhiệtcủacáchỗn hợp BTCĐC 89 3.3.5 Xácđịnhmứcđộthủyhóavàcácthamsốnhiệtthủyhóa 92 3.4 Kếtluậnchương .99 CHƯƠNG PHÂN TÍCH MỘT SỐ GIẢI PHÁP ĐỂ KIỂM SỐT NHIỆT VÀGIẢMTHIỂUVẾTNỨTTRONGBÊT Ô N G K Ế T C Ấ U C Ầ U Ở T U Ổ I SỚ M 101 4.1 Giảipháp vậtliệu 101 4.1.1 Cácthamsốvềcườngđộcủabêtông 101 4.1.2 Cácthamsốvềtừ biếncủabêtông .110 4.1.3 Sosánh,đánhgiácáchỗnhợpbêtôngtrobayCĐCvềphươngdiệnnhiệtvàkhảnăngnứtnhiệt 111 4.2 Cácgiảiphápkhác 122 4.2.1 Thờigianhợplý tháodỡvánkhuôn 122 4.2.2 Sửdụngvậtliệu cáchnhiệtchechắn,baophủbêtông ởtuổisớm 123 4.2.3 Cácgiảipháp/biệnphápkhác 123 4.3 Kếtluậnchương 123 KẾTLUẬNVÀ KIẾNNGHỊ 125 KẾTLUẬN: 125 KIẾNNGHỊ 126 DANHMỤCCÁCCƠNGTRÌNHĐÃCƠNGBỐCỦATÁCGIẢ 127 TÀILIỆUTHAMKHẢO 128 DANHMỤC HÌNHVẼ Hình1.1 Tốcđộtỏanhiệttrongqtrìnhthủyhóacủaximăng[94] Hình1.2.Ảnhhưởng củađộmịn đếntốcđộthủyhóacủaxi măng Hình1.3 Sựpháttriển nhiệtthủyhóasau72hởcácmứcnhiệtđộkhácnhau .11 Hình1.4.Sựthayđổicủahệsốgiãnnởnhiệtcủabêtơngtrongqtrìnhthủyhóa(Ka davàcộngsự,2002),trongđów/c:Tỉlệnước/xi măng .17 Hình1.5.Tỉlệgiữamơđunđànhồivàcườngđộchịunéntheotuổibêtơng(Zhao[121 ]) 19 Hình1.6 Sự pháttriểnnhiệtvàhìnhthànhvết nứtcủabê tơngkhốilớn[37] .23 Hình1.7.Ứngsuất nhiệtvàcườngđộchịukéocủa bê tơng theothờigian[83,113]23 Hình1.8.Sựpháttriểncáctínhchấtcơhọctheomứcđộthủyhóavàtuổitươngđương 27 Hình1.9.Hìnhảnhnứtđậptrànnhàmáythủyđiệndonhiệtthủyhóa[62] 36 Hình1.10 HìnhảnhnứttrụcầuVĩnh Tuy .38 Hình1.11 Trườngphânbốứngsuấtnhiệttrongkhốiđổởtuổi24h[6] .40 Hình 1.12.Sosánhthayđổinhiệt độquaphântíchvàthựctếđo đượctạitâm vàbiênkhốiđổ[6] 40 Hình2.1 Đườngcong độtăngnhiệtđộđoạnnhiệtlýthuyết[112] .51 Hình2.2.Đườngcong tốcđộsinh nhiệtlýthuyết theoTanabe[112] 52 Hình2.3 Tốc độsinh nhiệtvà mức độthủyhóavớithamsố, 53 Hình2.4 Nútbên trongvàphầntử tươngứng trongbàitốntruyềnnhiệt2chiều .54 Hình2.5 Phầntử tam giáctrongmơhình .56 Hình2.6.Mơphỏngmơđunđànhồihiệudụng,từbiếnđiểnhìnhvàphântáchtảitrọng[83] 59 Hình2.7 Sơđồ khốitínhtốnqtrìnhsinh nhiệtvàtruyềnnhiệt 61 Hình2.8 Sơđồkhốitínhtốnứngsuấtnhiệt 62 Hình2 M h ì n h d ự đ o n t r n g ứ n g s u ấ t n h i ệ t t u ổ i h v k h ố i đ ổ t h ự c t ế [82] 65 Hình3.1 Đườngcongcấpphốithànhphầnhạtcủađá theoASTMC33 72 73 Hình3.2.B i ể u đồcấp phốihạtcủacáttheoASTMC33 73 Hình3.3 ThínghiệmnénmẫuCĐC-TB00ở3ngàytuổi 76 Hình3.4.CườngđộchịunéntheongàytuổicủacáchỗnhợpbêtơngtrobayCĐC(Mpa) 77 Hình3.5.T h í nghiệmépchẻmẫuCĐC-TB00ở3ngàytuổi 79 Hình3.6 Cườngđộchịukéokhi bửatheongàytuổicủacáchỗnhợp CĐC(MPa)8 Hình3.7 Sơđồbốtríthínghiệmđonhiệt lượngđoạnnhiệt[12] 84 Hình3.8 Đặt mẫu bêtơngvàothùngcủathiết bịthínghiệmchếtạotạiĐHGTVT84 Hình3.9 Máytínhtheodõivàlưu dữliệuđonhiệt 84 Hình3.10.NhiệtđộđoạnnhiệtthựcnghiệmcủacácmẫuhỗnhợpbêtơngtrobayCĐC 88 Hình3.11.Độtăngnhiệtđộđoạn nhiệtcủacácmẫuhỗn hợpBTCĐCtrobay 89 Hình3.12 Nhiệtlượngtíchlũycủacácmẫu hỗnhợpBTCĐC trobay .90 Hình3.13 Tốcđộtỏa nhiệt củacácmẫuhỗn hợpBTCĐCtro bay 91 Hình3.14 Đườngcong mức độthủyhóathực nghiệmvàhồiquy 97 Hình3.15.Mốiquanhệgiữamứcđộthủyhóacuốicùngvàtỷlệ %trobaythaythế.97Hình3.16.Đườnghồiquygiữamứcđộthủyhóacuốicùngvàtỷlệ %trobaythaythế .99 Hình4.1.Đườngconghồiquysựpháttriểncườngđộchịunéntheomứcđộthủyhóacủacáchỗn hợpBTCĐC 107 Hình4.2.Đườngconghồiquysựpháttriểncườngđộchịukéotheomứcđộthủyhóacủacáchỗn hợpBTCĐC 109 Hình4.3.Cáckịchbảngiữaứngsuấtnhiệtvàcườngđộchịukéotheohàmlượngtrobaythayt hế 111 Hình4.4.Biểuđồpháttriểnnhiệtđộtạitâm,cạnh,vàgóccủatrụtheothờigian(CĐC-TB00) .114 Hình4.5 Phânbốnhiệtđộtại40htrênmặtcắtngangthântrụ(CĐC-TB00) 114 Hình4.6.Phânbốứngsuấtchínhtại40htrênmặtcắtngangthântrụ(CĐC-TB00).115 Hình4.7 Biểu đồphát triểnứngsuấtyyt i giữacạnhbên,vàxxt i g ó c củatrụtheothờigian(CĐC-TB00) 115 Hình4.8.Biểuđồpháttriểnứngsuấtchínhtạigiữacạnhbên,giữacạnhđáy,vàgóccủatrụt heo thờigian(CĐC-TB00) .116 Hình4.9.Ứng suấtnhiệtlớnnhấtvàcườngđộchịukéotheothờigiantạiđiểmbấtlợi(cạnhbên)củathântrụsửdụn gCĐC-TB00 116 Hình4 B iể u đ phá t t r i ể n nh iệ t đ ộ t i t â m, c n h , g ó c c t r ụ t he o t h i g ia n(CĐC-TB10) .117 Hình4.11.Ứngsuấtnhiệtlớnnhấtvàcườngđộchịukéotheothờigiantạiđiểmbấtlợi(cạ nhbên)củathântrụsử dụngCĐC-TB10 .117 Hình4 B iể u đ phá t t r i ể n nh iệ t đ ộ t i t â m, c n h , g ó c c t r ụ t he o t h i g ia n(CĐC-TB20) .118 Hình4.13.Ứngsuấtnhiệtlớnnhấtvàcườngđộchịukéotheothờigiantạiđiểmbấtlợi(cạ nhbên)củathântrụsử dụngCĐC-TB20 .118 Hình4 B iể u đ phá t t r i ể n nh iệ t đ ộ t i t â m, c n h , g ó c c t r ụ t he o t h i g ia n(CĐC-TB30) .119 Hình4.15.Ứngsuấtnhiệtlớnnhấtvàcườngđộchịukéotheothờigiantạiđiểmbấtlợi(cạ nhbên)củathântrụsử dụngCĐC-TB30 .119 Hình4.16 HệsốnứtlớnnhấtứngvớitừnghỗnhợpBT 121