Ảnh Hưởng Của Các Loại Cốtsợi Khác Nhau Đến Cường Độ Chịu Nén Của Bêtông Cường Độ Siêucao

Ảnh Hưởng Của Các Loại Cốtsợi Khác Nhau Đến Cường Độ Chịu Nén Của Bêtông Cường Độ SiêucaoẢnh Hưởng Của Các Loại Cốtsợi Khác Nhau Đến Cường Độ Chịu Nén Của Bêtông Cường Độ SiêucaoẢnh Hưởng Của Các Loại Cốtsợi Khác Nhau Đến Cường Độ Chịu Nén Của Bêtông Cường Độ SiêucaoẢnh Hưởng Của Các Loại Cốtsợi Khác Nhau Đến Cường Độ Chịu Nén Của Bêtông Cường Độ Siêucao

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM - oOo NGUYỄN CÔNG QUANG ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC LOẠI CỐT SỢI KHÁC NHAU ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ SIÊU CAO UHPC LUẬN VĂN THẠC SĨ TP Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM - oOo NGUYỄN CÔNG QUANG ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC LOẠI CỐT SỢI KHÁC NHAU ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ SIÊU CAO UHPC NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG MÃ SỐ: 8580201 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ HỒNG AN TP Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2021 i LỜI CẢM ƠN Tôi xin gởi lời cám ơn đến thầy TS Lê Hoàng An hướng dẫn tơi để hồn thành luận văn Đồng thời gởi lời cám ơn đến tất thầy cô khoa KTXD cung cấp cho nhiều kiến thức bổ ích TP HCM, ngày 01 tháng 12 năm 2021 Học viên Nguyễn Công Quang ii LỜI CAM ĐOAN Tơi tên Nguyễn Cơng Quang hồn thành luận văn thạc sĩ với tiêu đề “Ảnh hưởng loại cốt sợi khác đến cường độ chịu nén bê tông cường độ siêu cao UHPC” xin cam kết: Luận văn thạc sĩ cơng trình nghiên cứu thực cá nhân tơi hướng dẫn khoa học trực tiếp thầy TS Lê Hoàng An Các số liệu, kết luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Luận văn hỗ trợ kinh phí thực phân tích thí nghiệm, đồng thời kết đào tạo thạc sĩ đề tài Nafosted mã số 107.01-2019.325 TP Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 12 năm 2021 Học viên Nguyễn Công Quang iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN I LỜI CAM ĐOAN II DANH MỤC BẢNG V DANH MỤC HÌNH VII DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VIIIII MỞ ĐẦU .1 TÍNH CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI .1 MỤC TIÊU ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU PHƯƠNG THỨC NGHIÊN CỨU .2 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TẾ BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG UHPC 1.1.1 Lịch sử UHPC 1.1.2 Thành phần vật liệu UHPC 1.1.3 Một số tính chất UHPC 1.1.3.1 Độ chảy lan (Workability) 1.1.3.2 Ứng xử chịu nén 1.1.3.3 Ứng xử chịu uốn kéo trực tiếp 10 1.1.4 Ứng dụng UHPC 12 1.2 VAI TRÒ CỦA CỐT SỢI TRONG BÊ TÔNG 15 1.3 TÓM LƯỢC CÁC NGHIÊN CỨU TƯƠNG TỰ 20 CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT THÍ NGHIỆM NÉN 30 2.1 THÀNH PHẦN VẬT LIỆU .30 2.2 QUY TRÌNH TRỘN UHPC VÀ UHPFRC 35 2.3 CHẾ TẠO MẪU THÍ NGHIỆM 40 iv 2.4 CHUẨN BỊ VÀ LẮP ĐẶT THÍ NGHIỆM .42 2.5 QUY TRÌNH TEST 42 CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 49 3.1 KẾT QUẢ ĐO ĐẠC FC VÀ E .49 3.2 HÌNH DẠNG PHÁ HOẠI 53 3.3 TÁC ĐỘNG CÁC LOẠI CỐT SỢI 55 3.4 TÁC ĐỘNG CỦA VF 60 3.5 ĐÁNH GIÁ MƠ HÌNH DỰ ĐỐN E 63 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 69 KẾT LUẬN 69 KIẾN NGHỊ .70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 v DANH MỤC BẢNG Bảng Cấp phối đề xuất cho UHPC UHPFRC sử dụng sợi thép (gồm sợi thẳng micro sợi thép móc hai đầu) .32 Bảng 2 Cấp phối đề xuất cho UHPC UHPFRC sử dụng sợi PP 32 Bảng Cấp phối đề xuất cho UHPC UHPFRC sử dụng sợi PVA 33 Bảng Cấp phối đề xuất cho UHPC UHPFRC sử dụng sợi Basalt 34 Bảng Cấp phối đề xuất cho UHPC UHPFRC sử dụng sợi hỗn hợp (hybrid fibers) 34 Bảng Quy trình trộn UHPC 37 Bảng Số lượng loại mẫu hình trụ tròn 100x200 mm 40 Bảng Quy đổi kết fc UHPC theo mẫu [22] 44 Bảng Kết đo fc 50 Bảng Kết đo E .51 Bảng 3 Một số kết yêu cầu fc, E UHPC nghiên cứu trước 52 Bảng Các mơ hình dự đốn E UHPC 64 Bảng So sánh kết dự đốn E UHPC từ mơ hình thí nghiệm 64 vi DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Lịch sử UHPC theo tỉ lệ N/X Hình 1.2: Quy định vật liệu UHPC Hình 1.3: Độ chảy lan UHPC hình ảnh cốt sợi bên UHPC Hình 1.4: Độ phát triển fc UHPC theo thời gian Hình 1.5: Đường cong quan hệ lực – biến dạng UHPC ứng xử chịu nén 10 Hình 1.6: Thí nghiệm uốn ba điểm (hoặc bốn điểm) dầm UHPC 11 Hình 1.7: Thí nghiệm kéo trực tiếp UHPC 12 Hình 1.8: Một số ứng dụng bê tông UHPC 15 Hình 1.9: Một số loại sợi thơng dụng cho bê tông UHPC 17 Hình 1.10: Vai trị sợi kích thước nhỏ lớn việc ngăn chặn vết nứt .19 Hình 1.11: Tác động sợi đến ứng xử chịu kéo chịu nén UHPC 20 Hình 1.12: Ảnh hưởng Vf đến fc UHPC (Trần Bá Việt cộng 2015) 21 Hình 1.13: Tác động Vf hình dạng sợi thép đến fc UHPC (Wu cộng 2016) 22 Hình 1.14: Tác động Vf hình dạng sợi thép đến fc UHPC (Ren cộng 2018) 23 Hình 1.15: Tác động Vf hình dạng sợi thép đến fc UHPC (Yoo cộng 2013) .24 Hình 1.16: Tác động hình dạng, kích thước Vf đến fc UHPC (Yoo cộng 2017) 25 Hình 1.17: Các loại sợi tổng hợp sợi thép Guler et al (2018) 25 Hình 1.18: Tác động Vf sợi đến đường cong σ– ε UHPC Abbas et al (2015) 26 Hình 1.19: Thí nghiệm An Fehling 2017 27 Hình 1.20: Tác động Paschalis Lampropoulos (2017) 28 Hình 1.21: Tác động Gesoglu cộng (2016 29 Hình Các thành phần vật liệu để chế tạo UHPC UHPFRC 31 Hình 2 Các loại cốt sợi dùng nghiên cứu 35 Hình Máy trộn UHPC loại nhỏ có cánh quay cưỡng 36 Hình Quy trình trộn bê tông UHPC UHPFRC 40 vii Hình Quá trình đúc bê tơng UHPC UHPFRC mẫu trụ trịn 100x200 mm .41 Hình Tháo mẫu ngâm bảo dưỡng 42 Hình Mài phẳng hai đầu mẫu .43 Hình Máy nén mẫu hình trụ 100x200 mm 45 Hình Thí nghiệm nén sử dụng gá để đo mơ đun đàn hồi 45 Hình Hình dạng kiểu phá hoại mẫu hình trụ 55 Hình Tác động loại sợi khác đến fc 57 Hình 3 Tác động loại sợi khác đến E UHPC 58 Hình Tác động loại sợi khác đến fc UHPFRC với Vf 2% .59 Hình Tác động loại sợi khác đến fc UHPFRC với Vf 2% .60 Hình Tác động Vf 62 viii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT UHPC (Ultra-high performance concrete): Bê tông cường độ siêu cao UHPFRC (Ultra-high performance fiber reinforced concrete): Bê tông cường độ siêu cao có gia cường cốt sợi HSC (High strength concrete): Bê tông cường độ cao NSC (Normal strength concrete): Bê tông thường HPC (High performance concrete): Bê tông chất lượng cao PGSD: Phụ gia siêu dẻo PGK: Phụ gia khống XM: Xi măng CKD: Chất kết dính CL: Cốt liệu TC: Tiêu chuẩn TN: Thí nghiệm N/X: Tỉ lệ nước xi măng fc : Sức kháng nén E: Mô đun đàn hồi US: Ứng suất BD: Biến dạng ST : Sợi thép thẳng ; SH: Sợi thép móc hai đầu SB: Sợi Basalt SPVA: Sợi tổng hợp Polyvinyl Alcohol SPP: Sợi tổng hợp Polypropylene SHH: Sợi hỗn hợp 60 Hình Tác động loại sợi khác đến fc UHPFRC với Vf 2% 3.4 Tác động Vf Hình 3.6 biểu tác động Vf sợi đến fc tương ứng với loại sợi khác Các quan sát sau: - Đối với sợi thép thẳng: tăng hàm lượng sợi thép từ 1% đến 2% cường độ chịu nén tăng 12.11%, tăng hàm lượng sợi từ 1% đến 2% sử dụng sợi hỗn hợp cường độ chịu nén tăng 9.05% - Đối với sợi thép móc hai đầu: tăng hàm lượng sợi thép từ 1% đến 2% cường độ chịu nén tăng 10.42%, tăng hàm lượng sợi từ 1% đến 2% sử dụng sợi hỗn hợp cường độ chịu nén tăng 14.21% - Đối với sợi Basalt: tăng hàm lượng sợi thép từ 1% đến 2% cường độ chịu nén tăng 8.98%, tăng hàm lượng sợi từ 1% đến 2% sử dụng sợi hỗn hợp cường độ chịu nén tăng 17.02% - Đối với sợi PVA: tăng hàm lượng sợi thép từ 1% đến 2% cường độ chịu nén tăng 7.57%, tăng hàm lượng sợi từ 1% đến 2% sử dụng sợi hỗn hợp cường độ chịu nén tăng 13.75% - Đối với sợi PP: tăng hàm lượng sợi thép từ 1% đến 2% cường độ chịu nén tăng 9.17%, tăng hàm lượng sợi từ 1% đến 2% sử dụng sợi hỗn hợp cường độ chịu nén tăng 13.39% 61 Độ tăng cường độ chịu nén tăng hàm lượng sợi từ 1% đến 2% lớn sợi thép, nhỏ sợi PVA Khi sử dụng sợi hỗn hợp 2% mức độ tăng cường độ chịu nén lớn quan sát với sợi Basalt, nhỏ sợi thép Khi hàm lượng sợi tăng mà phân bố sợi sợi thép, sợi hỗn hợp tượng nở hơng ngang gây ứng suất kéo bê tông bị hạn chế nhiều xuất sợi Chính làm tăng sức chịu nén Khi phân bố sợi không vùng bê tơng tiếp giáp với sợi có nhiều lỗ rỗng bọt khí, bê tơng tươi đổ khơng đồng lúc có tượng tăng hàm lượng sợi làm giảm cường độ chịu nén Đối với nghiên cứu phân bố sợi tăng thể tích sợi từ 1% đến 2% đảm bảo dẫn đến cường độ chịu nén tăng Có thể thấy mức độ tăng cường độ chịu nén nhiều tăng hàm lượng sợi xảy sợi thép (bao gồm sợi thép thẳng thép móc hai đầu), việc sử dụng sợi hỗn hợp Trong tất trường hợp hình 3.6 ngoại trừ so với sợi thép, so với loại sợi cịn lại, sợi hỗn hợp làm tăng sức chịu nén cách tương đối so với sức chịu nén mẫu sử dụng hàm lượng sợi 1% Mức độ tăng sức chịu nén dùng sợi hỗn hợp nằm khoảng 9.05% đến 17.02% a) b) Sợi thép thẳng Sợi thép móc hai đầu 62 c) Sợi Basalt d) Sợi PVA e) Sợi PP Hình Tác động Vf 63 3.5 Đánh giá mơ hình dự đốn E Để dự đốn E bê tơng UHPC, nhiều tác giả giới đưa phương trình tương quan E fc Dựa vào nghiên cứu trước, bên cạnh mối tương quan chủ yếu với giá trị fc E phụ thuộc chủ yếu vào cốt liệu cấp phối Ví dụ cấp phối UHPC sử dụng cốt liệu mịn (bột cát silica, cát hạt mịn) E khác so với sử dụng cốt liệu thô (đá nghiền khống chế đường kính hạt lớn ) fc tăng đương nhiên E tăng theo Hầu hết mô hình tiêu chuẩn giới để dự đốn E phù hợp với NSC (fc ≤ 60 MPa) Gần số tiêu chuẩn đề xuất lại công thức để phù hợp với HSC (60 MPa < fc ≤ 90 MPa) Tuy nhiên UHPC, chưa có tiêu chuẩn cụ thể để áp dụng cụ thể Để dự đốn E UHPC nhiều nhóm tác giả sử dụng quan hệ hàm số E fc dựa liệu lớn thu thập từ thí nghiệm thực tế Chính ln tồn sai số đáng kể mơ hình thí nghiệm, tùy thuộc vào nguồn vật liệu chế tạo UHPC Mặc dù cơng thức dự đốn E hữu ích kĩ sư thiết kế tính toán cấu kiện sử dụng bê tông UHPC Graybeal (2005) [32] phát triển phương trình dự đốn E UHPC tương tự phương trình tiêu chuẩn ACI 318-14 [31] dựa liệu thí nghiệm thực tế bao gồm bốn chế bảo dưỡng bê tông UHPC: (1) bảo dưỡng mẫu nén điều kiện nước 90oC độ ẩm 95%; (2) không bảo dưỡng mà để mẫu phịng thí nghiệm; (3) bảo dưỡng mẫu nén 60oC độ ẩm 95%; (4) bảo dưỡng có giới hạn thời gian điều kiện nước nước 90oC độ ẩm tương đối 95% Gần nhóm nghiên cứu Alsalman et al (2017) đề xuất cơng thức dự đốn E dựa tập hợp liệu lớn cho BT sức chịu nén từ 31 đến 235 MPa Thông thường E UHPC nằm khoảng từ 40 đến 65 GPa tùy thuộc vào cấp phối hạt cốt liệu ACI 318-14 [31] CEB-FIB [35] sử dụng cơng thức dự đốn E cho HSC Việc áp dụng công thức hai tiêu chuẩn cho UHPC kiểm chứng Sự kiểm chứng công thức E cho bê tông thường HSC để áp dụng cho bê tông UHPC đặt câu hỏi cần kiểm chứng Bảng 3.4 mơ tả phương trình phạm vi sử dụng mơ hình dự đốn E dựa fc học viên thu thập Ngoại trừ hai tiêu chuẩn đưa công thức E cho NSC HSC, cơng 64 thức nhóm nghiên cứu áp dụng cho dải rộng fc áp dụng cho UHPC Bảng Các mô hình dự đốn E UHPC Tên mơ hình Phương trình Phạm vi áp dụng ACI 318-14 (2014) [31] Ec  4730 f c NSC, HSC Graybeal (2005) [32] E c  3480 f c Ma (2010) [34] Ec  8800f c1 / Sử dụng cốt liệu mịn, 126 MPa < fc ≤ 193 MPa Sử dụng cốt liệu mịn CEB-FIB (2013) [35] f  E c  21500   c   10  1/ Heimann (2013) [33] Ec  9350fc1/ Kollmorgen (2004) [37] Ec  11800fc1/ 3.14 An and Fehling (2017) [16] Sritharan et al (2003) (tham khảo [36]) Alsalman et al (2017) [36] Ec  9075fc1/ Bê tông cường độ cao với hạt cốt liệu mịn Sử dụng cốt liệu mịn, 140 MPa < fc ≤ 200 MPa 34 MPa < fc ≤ 207 MPa Sử dụng cốt liệu mịn, 120 MPa < fc ≤ 200 MPa Ec  4150 f c Ec  8010fc0.36 31 MPa < fc ≤ 235 MPa Bảng 3.5 thể kết tính tốn giá trị mơ đun đàn hồi (Edđ) dự đốn mơ hình bảng 3.4 Đồng thời để so sánh với mô đun đàn hồi đạt từ 72 mẫu thí nghiệm đề tài (Etn) , tỉ số Edđ/ Etn tính tốn thể bảng 3.5 Giá trị bình quân tỉ số Edđ/ Etn độ lệch tiêu chuẩn so với giá trị bình qn mơ tả bảng 3.5 Bảng So sánh kết dự đoán E UHPC từ mơ hình thí nghiệm Mẫu Etn (GPa) M37 M38 M39 M40 M41 M42 M43 M44 M45 41.30 42.35 43.25 43.21 42.78 43.89 44.88 44.56 43.08 ACI 318-14 Edđ (GPa) 46.15 51.15 48.70 51.22 53.05 52.25 56.36 54.70 51.59 Graybeal (2005) Edđ/ Etn Edđ (GPa) 1.12 36.75 1.21 40.73 1.13 38.78 1.19 40.79 1.24 42.24 1.19 41.61 1.26 44.88 1.23 43.56 1.20 41.08 Edđ/ Etn 0.89 0.96 0.90 0.94 0.99 0.95 1.00 0.98 0.95 Ma (2010) Edđ (GPa) 42.36 45.36 43.91 45.41 46.48 46.02 48.39 47.44 45.63 Edđ/ Etn 1.03 1.07 1.02 1.05 1.09 1.05 1.08 1.06 1.06 65 M46 M47 M48 M49 M50 M51 M52 M53 M54 M55 M56 M57 M58 M59 M60 M61 M62 M63 M64 M65 M66 M67 M68 M69 M70 M71 M72 42.90 50.80 42.76 51.18 41.04 50.97 44.22 55.53 43.74 53.64 42.09 51.48 41.99 49.31 42.35 51.12 42.35 50.66 43.67 52.34 43.57 52.06 44.00 53.67 42.23 53.03 41.99 50.80 41.79 49.37 42.43 50.27 42.20 52.61 44.54 55.93 43.41 54.51 42.92 53.90 42.68 50.75 44.38 54.48 43.44 53.26 43.14 52.64 43.89 53.21 43.79 54.33 43.02 53.46 Trung bình Độ lệch chuẩn 1.18 1.20 1.24 1.26 1.23 1.22 1.17 1.21 1.20 1.20 1.19 1.22 1.26 1.21 1.18 1.18 1.25 1.26 1.26 1.26 1.19 1.23 1.23 1.22 1.21 1.24 1.24 1.21 0.03 40.46 40.76 40.59 44.22 42.71 40.99 39.27 40.71 40.34 41.68 41.46 42.74 42.23 40.46 39.31 40.03 41.90 44.54 43.41 42.92 40.41 43.38 42.41 41.92 42.37 43.27 42.57 0.94 0.95 0.99 1.00 0.98 0.97 0.94 0.96 0.95 0.95 0.95 0.97 1.00 0.96 0.94 0.94 0.99 1.00 1.00 1.00 0.95 0.98 0.98 0.97 0.97 0.99 0.99 0.97 0.03 45.16 45.38 45.26 47.92 46.83 45.56 44.27 45.35 45.08 46.06 45.90 46.84 46.47 45.16 44.31 44.84 46.22 48.15 47.33 46.98 45.13 47.31 46.61 46.24 46.57 47.23 46.72 1.05 1.06 1.10 1.08 1.07 1.08 1.05 1.07 1.06 1.05 1.05 1.06 1.10 1.08 1.06 1.06 1.10 1.08 1.09 1.09 1.06 1.07 1.07 1.07 1.06 1.08 1.09 1.07 0.02 Bảng So sánh kết dự đoán E nén UHPC từ mơ hình thí nghiệm (tt) Mẫu Etn (GPa) M37 M38 M39 M40 M41 M42 M43 M44 M45 M46 M47 41.30 42.35 43.25 43.21 42.78 43.89 44.88 44.56 43.08 42.90 42.76 An and Fehling (2017) Edđ Edđ/ Etn (GPa) 43.68 1.06 46.78 1.10 45.28 1.05 46.83 1.08 47.93 1.12 47.45 1.08 49.91 1.11 48.92 1.10 47.05 1.09 46.57 1.09 46.80 1.09 CEB-FIB (2013) Edđ (GPa) 48.04 51.44 49.79 51.49 52.71 52.18 54.88 53.80 51.74 51.21 51.47 Heimann (2013) Edđ/ Etn Edđ (GPa) 1.16 45.01 1.21 48.20 1.15 46.65 1.19 48.24 1.23 49.38 1.19 48.89 1.22 51.42 1.21 50.41 1.20 48.48 1.19 47.98 1.20 48.22 Edđ/ Etn 1.09 1.14 1.08 1.12 1.15 1.11 1.15 1.13 1.13 1.12 1.13 66 M48 M49 M50 M51 M52 M53 M54 M55 M56 M57 M58 M59 M60 M61 M62 M63 M64 M65 M66 M67 M68 M69 M70 M71 M72 41.04 46.68 44.22 49.42 43.74 48.29 42.09 46.98 41.99 45.65 42.35 46.77 42.35 46.49 43.67 47.50 43.57 47.34 44.00 48.30 42.23 47.92 41.99 46.57 41.79 45.69 42.43 46.24 42.20 47.67 44.54 49.66 43.41 48.81 42.92 48.45 42.68 46.54 44.38 48.79 43.44 48.06 43.14 47.69 43.89 48.03 43.79 48.70 43.02 48.18 Trung bình Độ lệch chuẩn 1.14 1.12 1.10 1.12 1.09 1.10 1.10 1.09 1.09 1.10 1.13 1.11 1.09 1.09 1.13 1.11 1.12 1.13 1.09 1.10 1.11 1.11 1.09 1.11 1.12 1.10 0.02 51.33 54.34 53.10 51.67 50.20 51.43 51.12 52.24 52.05 53.12 52.70 51.21 50.24 50.85 52.42 54.60 53.68 53.28 51.18 53.65 52.85 52.44 52.82 53.56 52.98 1.25 1.23 1.21 1.23 1.20 1.21 1.21 1.20 1.19 1.21 1.25 1.22 1.20 1.20 1.24 1.23 1.24 1.24 1.20 1.21 1.22 1.22 1.20 1.22 1.23 1.21 0.02 48.09 50.92 49.75 48.41 47.04 48.18 47.89 48.94 48.77 49.77 49.38 47.98 47.08 47.65 49.11 51.16 50.29 49.91 47.95 50.27 49.52 49.13 49.49 50.18 49.64 1.17 1.15 1.14 1.15 1.12 1.14 1.13 1.12 1.12 1.13 1.17 1.14 1.13 1.12 1.16 1.15 1.16 1.16 1.12 1.13 1.14 1.14 1.13 1.15 1.15 1.14 0.02 Bảng So sánh kết dự đoán E nén UHPC từ mơ hình thí nghiệm (tt) Mẫu Etn (GPa) M37 M38 M39 M40 M41 M42 M43 M44 M45 M46 M47 M48 M49 41.30 42.35 43.25 43.21 42.78 43.89 44.88 44.56 43.08 42.90 42.76 41.04 44.22 Alsalman et al Kollmorgen (2004) (2017) Edđ Edđ Edđ/ Etn Edđ/ Etn (GPa) (GPa) 43.72 1.06 52.96 1.28 47.08 1.11 56.54 1.34 45.45 1.05 54.80 1.27 47.13 1.09 56.59 1.31 48.33 1.13 57.87 1.35 47.81 1.09 57.32 1.31 50.49 1.12 60.14 1.34 49.41 1.11 59.01 1.32 47.37 1.10 56.85 1.32 46.85 1.09 56.30 1.31 47.10 1.10 56.56 1.32 46.96 1.14 56.42 1.37 49.95 1.13 59.58 1.35 Sritharan et al (2003) Edđ Edđ/ Etn (GPa) 43.83 1.06 48.57 1.15 46.25 1.07 48.64 1.13 50.38 1.18 49.62 1.13 53.52 1.19 51.95 1.17 48.99 1.14 48.25 1.12 48.60 1.14 48.41 1.18 52.74 1.19 67 M50 M51 M52 M53 M54 M55 M56 M57 M58 M59 M60 M61 M62 M63 M64 M65 M66 M67 M68 M69 M70 M71 M72 43.74 48.72 42.09 47.30 41.99 45.86 42.35 47.06 42.35 46.76 43.67 47.87 43.57 47.68 44.00 48.74 42.23 48.32 41.99 46.85 41.79 45.90 42.43 46.50 42.20 48.05 44.54 50.21 43.41 49.29 42.92 48.89 42.68 46.81 44.38 49.27 43.44 48.47 43.14 48.06 43.89 48.44 43.79 49.17 43.02 48.60 Trung bình Độ lệch chuẩn 1.11 1.12 1.09 1.11 1.10 1.10 1.09 1.11 1.14 1.12 1.10 1.10 1.14 1.13 1.14 1.14 1.10 1.11 1.12 1.11 1.10 1.12 1.13 1.11 0.02 58.28 56.77 55.24 56.52 56.20 57.37 57.18 58.30 57.86 56.30 55.28 55.92 57.56 59.85 58.88 58.46 56.26 58.86 58.02 57.58 57.98 58.76 58.15 1.33 1.35 1.32 1.33 1.33 1.31 1.31 1.32 1.37 1.34 1.32 1.32 1.36 1.34 1.36 1.36 1.32 1.33 1.34 1.33 1.32 1.34 1.35 1.33 0.02 50.94 48.89 46.83 48.55 48.11 49.70 49.44 50.96 50.36 48.25 46.88 47.74 49.96 53.12 51.77 51.19 48.19 51.74 50.58 49.99 50.53 51.60 50.77 1.16 1.16 1.12 1.15 1.14 1.14 1.13 1.16 1.19 1.15 1.12 1.13 1.18 1.19 1.19 1.19 1.13 1.17 1.16 1.16 1.15 1.18 1.18 1.15 0.03 Từ bảng 3.5, số nhận xét quan trọng sau: - Hầu tất mơ hình có dự đốn E lớn nhiều so với kết E đạt từ thí nghiệm, trừ mơ hình Graybeal (2005) - Cụ thể dự đốn cơng thức tiêu chuẩn ACI 318-14 CEB-FIB (2013) trung bình cao 21% so với thực nghiệm - Trung bình dự đốn mơ hình Ma (2010), An and Fehling (2017), Heimann (2013) tương ứng cao 7%, 10% 14% so với thí nghiệm - Trung bình dự đốn mơ hình Alsalman et al (2017), Kollmorgen (2004), Sritharan et al (2003) tương ứng cao 11%, 33% 15% so với thí nghiệm - Trong mơ hình dự đốn lớn so với thực nghiệm, mơ hình Kollmorgen (2004) khơng xác với trung bình cao 33%, mơ hình Ma (2010) cho mức độ dự đoán chênh lệch nhỏ với kết trung bình cao 7% 68 - Ngược lại với mơ hình cịn lại, mơ hình Graybeal (2005) có dự đốn trung bình thấp so với kết thực nghiệm 3% Do mơ hình Graybeal (2005) mơ hình phù hợp để dự đoán E mẫu nghiên cứu Sở dĩ vì, đưa cơng thức mơ hình mình, nhóm nghiên cứu Graybeal (2005) thí nghiệm nhiều mẫu UHPC với nhiều cách bảo dưỡng khác - Do nghiên cứu học viên đạt cường độ chịu nén cho UHPC từ khoảng 120 – 160 MPa, số mơ Heimann (2013), Sritharan et al (2003) áp dụng cho UHPC có cường độ lớn 150 MPa đạt tới 200 MPa Việc kiểm chứng mơ hình cho mơ đun đàn hồi UHPC cần thu thập nhiều số liệu thí nghiệm thực tế nữa, phân loại cốt liệu cấp phối sử dụng Mức độ xác mơ hình có tính tương đối phụ thuộc vào liệu mà nhóm nghiên cứu thu thập Trong nghiên cứu học viên thấy mơ hình Graybeal (2005) cho kết dự đốn trung bình chênh lệch 3% so với thí nghiệm, học viên đề xuất áp dụng mơ hình Graybeal (2005) để dự đoán E UHPC chế tạo theo cấp phối nghiên cứu Kết luận chương 3: Sau đo đạc thí nghiệm quan sát thấy cường độ (fc) chịu nén UHPC UHPFRC nằm khoảng 124.24 MPa – 159.84 MPa mô đun đàn hồi từ 42 GPa – 44.17 GPa, phù hợp với tiêu chí UHPC đề xuất Châu Á nhiều nghiên cứu khác Mẫu UHPC khơng có sợi phá hoại giòn theo kiểu phân mảnh với tiếng nổ lớn đạt lực chịu nén cực đại Trong mẫu UHPFRC có sử dụng cốt sợi phá hoại dẻo với vết nứt lớn dọc xiên dọc theo chiều dài Việc sử dụng loại sợi khác thay đổi hàm lượng sợi từ 1% đến 2% dẫn đến thay đổi đáng kể cường độ chịu nén Trong hai trường hợp hàm lượng sợi, mẫu dùng sợi Basalt cho cường độ chịu nén thấp mẫu dùng sợi thép thẳng cho cường độ chịu nén cao Từ so sánh mô đun đàn hồi tính cơng thức đề xuất mơ hình, mơ hình Graybeal (2005) có kết dự đốn bình qn nhỏ so với thực nghiệm 3% mơ hình phù hợp sử dụng để tính tốn mơ đun (E) đàn hồi mẫu nghiên cứu 69 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận  Đã chế tạo UHPC UHPFRC có sợi không sợi đạt cường độ nén từ 124.24 – 159.84 MPa mô đun đàn hồi từ 42 – 44.17 GPa Có thể thấy theo yêu cầu tiêu chuẩn Châu Á Việt Nam số nghiên cứu trước hai tiêu học sức chịu nén E nén nghiên cứu phù hợp  Giá trị sức chịu nén lớn đạt với loại mẫu ST2 159.84 MPa, lúc giá trị sức chịu nén nhỏ đạt với loại mẫu UHPC không sợi 124.24 MPa Việc sử dụng loại sợi khác thay đổi thể tích sợi từ 1% đến 2% dẫn đến thay đổi đáng kể sức chịu nén  Giá trị E lớn 44.17 GPa cho mẫu ST2 nhỏ 42 GPa cho mẫu SPVA1 Có thể kết luận xuất sợi hay tăng hàm lượng sợi, sử dụng loại sợi khác không làm thay đổi nhiều giá trị mô đun đàn hồi  Mẫu UHPC sợi phá hoại giịn theo kiểu phân mảnh với tiếng nổ lớn đạt fc cực đại Trong mẫu UHPFRC có sử dụng cốt sợi phá hoại dẻo với vết nứt lớn dọc xiên dọc theo chiều dài Tại trạng thái đạt fc cực đại khơng có tiếng nổ lớn mà tiếng rắc vết nứt mở rộng - Khi hàm lượng cốt sợi tăng từ 1% đến 2%, ứng với loại cốt sợi khác độ mở rộng vết nứt nhỏ nhiều vết nứt li ti Thêm vào số vị trí tăng hàm lượng sợi có vết nứt xiên nhiều - Mẫu dùng sợi thép sợi PP cho độ mở rộng vết nứt nhỏ so với mẫu dùng loại sợi khác - Mẫu sử dụng sợi hỗn hợp có độ mở rộng vết nứt nhỏ quan sát thấy bị phá vỡ - Sự thay sợi nhỏ (micro fibers) sợi lớn (macro fibers) làm tăng kích thước vết nứt khả phá hoại dọc theo vùng tiếp giáp sợi hồ xi măng  So với cường độ chịu nén mẫu UHPC khơng sợi mẫu sử dụng sợi có cường độ chịu nén tăng nhiều, nhiên mức độ tăng tùy thuộc vào loại sợi Cụ thể sau: - Mẫu ST1 ST2 có fc tăng tương ứng 14.75% 28.65% - Mẫu SH1 SH2 có fc tăng tương ứng 9.57% 20.98% 70 - Mẫu SB1 SB2 có fc tăng tương ứng 6.94% 16.54% - Mẫu SPVA1 SPVA2 có fc tăng tương ứng 10.01% 18.34% - Mẫu SPP1 SPP2 có fc tăng tương ứng 10.36% 20.48% - Mẫu SHH có fc tăng tương ứng 25.14%  Xét đến ảnh hưởng loại sợi tương ứng với hàm lượng sợi 1% 2% xếp thứ tự tăng fc so với fc UHPC không sợi sau: - Đối với hàm lượng sợi 1%: ST1 > SPP1 > SPVA1 > SH1 > SB1 - Đối với hàm lượng sợi 2%: ST2 > SHH > SH2 > SPP2 > SPVA2 > SB2  Trong hai trường hợp hàm lượng sợi, mẫu dùng sợi Basalt cho cường độ chịu nén thấp mẫu dùng sợi thép thẳng cho cường độ chịu nén cao Điều đáng thú vị trường hợp dùng sợi hỗn hợp mẫu đạt cường độ chịu nén tăng nhiều so với fc UHPC không sợi, sau mẫu dùng sợi thép thẳng  Mức độ tăng fc tăng hàm lượng sợi từ 1% đến 2% lớn sợi thép nhỏ sợi PVA Có thể thấy mức độ tăng cường độ chịu nén nhiều tăng hàm lượng sợi xảy sợi thép (bao gồm sợi thép thẳng thép móc hai đầu), việc sử dụng sợi hỗn hợp  Hầu tất công thức thu thập cho kết dự đoán E lớn nhiều so với kết E đạt từ thực nghiệm, trừ mơ hình Graybeal (2005) Mơ hình Graybeal (2005) có dự đốn trung bình thấp so với kết thí nghiệm 3% Như thấy cơng thức đề xuất Graybeal (2005) mơ hình phù hợp để dự đoán E mẫu nghiên cứu Kiến nghị Nên nghiên cứu sau: - Đường cong ứng xử lực – biến dạng (bao gồm biến dạng đứng biến dạng nở hơng) có xét đến giai đoạn sau điểm lực cực hạn (post-peak stage) UHPFRC với loại sợi thể tích sợi khác nhau; - Nghiên cứu E UHPC UHPFRC với loại cốt liệu khác (thô mịn); - Tác động hệ số làm việc sợi (đường kính, chiều dài sợi) hình dáng (sợi thẳng, sợi gợn sóng, sợi 3D, 4D, 5D ) sợi đến ứng xử nén UHPFRC; - Mô đề xuất đường cong tương quan lực – biến dạng UHPFRC 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO I Tiếng anh [1] Fehling et al (2014): Ultra-High Performance Concrete: Fundamental – Design – Example, Verlag für Architektur und technische Wissenschaften Germany [2] (SETRA) (2002): Bétons fibrés Recommandations provisoires, Janvier, France ultra-hautes performances, [3] Larsen and Terje (2020): The influence of steel fibers on the compressive strength and tensile strength of ultra high performance: A review CBM Journal, 256, 119459 [4] Graybeal, B.A (2006): Material property characterization of ultra-high performance concrete FHWA-HRT-06-103 [5] Schmidt et al (2015): Sustainable Building with Ultra-High Performance Concrete, Results of the German Priority Programme 1182 funded by DFG, No 22, Germany, [6] Shin, J., (2017): Ultra-High Performance Concrete (UHPC) Precast Segmental Bridges: Flexural Behaviour and Joint Design' Luận văn Tiến Sĩ [7] Ma, J et al (2003): Ultra high performance self compacting concrete Proceedings of the Third International Symposium on Self-Compacting Concrete, 1720 8/2003, Reykjavik, Iceland [8] Tue, N.V et al (2006): Bearing capacity of stub columns made of NSC, HSC and UHPC confined by a steel tube 1st Int Symposium on UHPC, Kassel, Germany [9] Tue, N.V.; Küchler; and Henze, S (2008): Modular truss construction made of UHPC 3rd ACF International Conference ACF/VCA 2008: pp 1239-1244 [10] Wu et al (2016): Effects of steel fiber content and shape on mechanical properties of ultra high performance concrete CBM Journal, Volume 103, Pages 814, [11] Wu et al (2016): Uniaxial compression behavior of ultra-high performance concrete with hybrid steel fiber J Mater Civ E., 06016017 [12] M Ren et al (2018): Effects of steel fiber content and type on static mechanical properties of UHPCC CBM Journal, Volume 163, Pages 826-839 [13] Yoo et al (2013): Effect of fiber content on mechanical and fracture properties of Ultra-high performance fiber reinforced cementitious composite Comps.J., 106: 742-753 [14] Guler et al (2018): Strength prediction models for steel, synthetic, and hybrid fiber reinforced concretes J Structural Concrete (2018) 1-18 72 [15] Safeer Abbas et al (2015): Exploring mechanical and durability properties of ultra-high performance concrete incorporating various steel fiber lengths and dosages CBM J., 75: 429-441, [16] An and Fehling (2017): Influence of steel fiber content and type on the uniaxial tensile and compressive behavior of UHPC' CBM J., 153: 790-806 [17] Paschalis and Andreas Lampropoulos (2017): Fiber content and curing time effect on the tensile characteristics of ultra high performance fiber reinforced concrete Structural Concrete, FIB, 1-12 [18] Gesoğlu M et al (2016): Strain hardening ultra-high performance fiber reinforced cementitious composites: Effect of fiber type and concentration Comps J Part B, doi: 10.1016/j.compositesb.2016.08.004 [19] DIN 1048-5:1991-06, Prüfverfahren für Beton, Teil Beuth Verlag GmBH, Berlin, 1991 [20] DIN EN 12390-3:2009-7: Testing hardened concrete, Part 3: Compresive strength of test specimens, Beuth Verlag, Berlin [21] Yoo et al (2017): Effects of fiber shape, aspect ratio, and volume fraction on flexural behavior of ultra-high-performance fiber-reinforced cement composites Compos J, 174, 375–388 [22] Riedel and Leutbecher (2017): Effect of specimen size on the compressive strengthof ultra-high performance concrete Symposium on UHPFRC, October 2-4, 2017, Montpellier, France, 251-260 [23] JSCE Guidelines: Recommendation for design and construction of UHPFRC structures [24] FHWA (2018): Properties and Behavior of UHPC-Class Materials Technical report [25] El-Helou et al (2014): Ultra-High Performance Fiber-Reinforced Concrete: Extensive Material Characterization, Model Validation, and Structural Simulations ACI Fall 2014 Convention, Washington, 2014 [26] DafStb 2017: DAfStb-Guideline 'Ultra-High Performance Concrete' [27] Scott et al (2007): Impact of steel fiber size and shape on the mechanical properties of ultra-high performance concrete (ERDC/GSL TR) [28] Trang web công ty Dura: http://www.dura.com.my [29] Trang web hội xi măng Mỹ: http://www.cement.org [30] Hung et al (2020): Workability, fiber distribution, and mechanical properties of UHPC with hooked end steel macro-fibers CBM J 260, 119944 [31] ACI 318-14: Commentary on Building Code Requirements for Structural Concrete 73 [32] Graybeal B.A (2005): Characterization of the behavior of ultra-high performance concrete Luận văn TS, ĐH Maryland, USA [33] Heimann, M (2013): Tragwerkszuverlässigkeit hochbeanspruchter Druckglieder aus ultrahochfestem Beton Luận văn TS, số 28, ĐH Darmstadt, 2013 [34] Ma, J (2010): Faserfreier Ultrahochfester Beton – Entwicklung und Materialeigenschaften Luận văn TS, ĐH Leipzig, Germany, 2010 [In German] [35] CEB-FIB (2013): Code-type models for concrete behaviour, Background of MC2010 [36] Alsalman et al (2017): Evaluation of modulus of elasticity of ultra-high performance concrete CBM J., 153, 918–928 [37] G.A Kollmorgen (2004): Impact of Age and Size on the Mechanical Behavior of an Ultra High Performance Concrete (Luận văn Thạc sĩ, Đan Mạch) II Tiếng Việt [38] Bùi Đức Vinh cộng (2011): Đặc tính vật lý học bê tông hiệu siêu cao có khơng có cốt liệu lớn”, Tạp chí KH&CN, Tp HCM, 2011 [39] Trần Bá Việt Lê Xuân Lâm (2015): Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng sợi thép đến tính chất bê tơng tính siêu cao Tạp chí KH&CN Việt Nam, 2(7), năm 2015 [40] Phạm Duy Hữu cộng (2011): Nghiên cứu vật liệu chế tạo bê tông cường độ siêu cao (UHPC) Tạp chí GTVT số 07, 2011 [41] Nguyễn Công Thắng cộng (2012): Nghiên cứu chế tạo bê tông chất lượng siêu cao sử dụng vật liệu sẵn có Việt Nam, Tạp chí XD, Bộ XD số 12, 2012 [42] PGS.TS Phạm Hữu Hanh (2012): Nghiên cứu chế tạo bê tông chất lượng cao dùng cho cơng trình biển từ ngun vật liệu sẵn có Việt Nam Đề tài NCKH cấp Bộ [43] TS Trần Bá Việt cộng (2015): Phân tích ứng xử bê tơng cốt sợi thép tính siêu cao” Tạp chí KHCN XD, số 1, năm 2015 [44] PGS.TS Nguyễn Văn Tuấn cộng (2017): Bê tông chất lượng siêu cao – Ultra high performance concrete Sách Nhà Xuất Bản XD, năm 2017 74 [45] Lê Trung Thành (2017): Ảnh hưởng kích thước mẫu đến khả chịu uốn bê tông chất lượng siêu cao Tạp chí KHCN XD, tập 11, só 5, tháng 9/2017 [46] Lê Bá Danh cộng (2019): Nghiên cứu thực nghiệm khả chịu tác động tải trọng nổ vật liệu bê tông chất lượng siêu cao (UHPC) Tạp chí KHCN XD NUCE, 13(3V):12-21 [47] TCVN 9204:2012: Vữa xi măng khô trộn sẵn không co [48] TCVN 3118:1993: Bê Tông nặng, phương pháp xác định cường độ chịu nén [49] TCVN 3015:1993: Hỗn hợp bê tông nặng bê tông nặng, lấy mẫu, chế tạo bảo dưỡng mẫu thử [50] TCVN 5726:1993: Bê tông nặng – Phương pháp xác định cường độ lăng trụ mô đun đàn hồi nén tĩnh [51] TCCS:02/2017-IBST (K-UHPC): Thí nghiệm cường độ chịu nén mơ đun đàn hồi bê tơng siêu tính cao UHPC (tiêu chuẩn sở)