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.pdf

NCS Hoàng Th� Tuy�t BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI HOÀNG THỊ TUYẾT NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ NHIỆT VÀ MỘT SỐ GIẢI PHÁP KIỂM SOÁT NHIỆT, HẠN CHẾ VẾT NỨT TRONG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO TUỔ[.]

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI HỒNG THỊ TUYẾT 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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÀ NỘI- 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI HỒNG THỊ TUYẾT 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 Ngành : Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình giao thơng Mã số : 9580205 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Đỗ Anh Tú PGS.TS Nguyễn Hữu Thuấn HÀ NỘI – 2022 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án cơng trình nghiên cứu cá nhân Các kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Hà Nội, ngày 15 tháng 12 năm 2022 Tác giả Hoàng Thị Tuyết ii LỜI CẢM ƠN Luận án Tiến sỹ thực Trường Đại học Giao thông Vận tải hướng dẫn trực tiếp PGS.TS Đỗ Anh Tú PGS.TS Nguyễn Hữu Thuấn Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn tới thầy hướng dẫn giúp đỡ, dẫn tận tình, đóng góp ý kiến q báu tạo điều kiện thuận lợi để giúp nghiên cứu sinh thực luận án Nghiên cứu sinh xin trân trọng cảm ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại học Giao Thơng Vận tải, Phịng Đào tạo Sau đại học, Bộ môn Cầu Hầm, Khoa KHCB, Bộ môn HH-VKT, Trung tâm khoa học Cơng nghệ Giao thơng Vận tải, Phịng thí nghiệm Vật liệu xây dựng tạo điều kiện thuận lợi cho nghiên cứu sinh trình học tập nghiên cứu Cuối nghiên cứu sinh bày tỏ lời cảm ơn đồng nghiệp, gia đình, người thân giúp đỡ động viên nghiên cứu sinh suốt trình thực luận án Hà Nội, ngày 15 tháng 12 năm 2022 Tác giả Hoàng Thị Tuyết iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH VẼ vi DANH MỤC BẢNG BIỂU ix DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT xi MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HIỆU ỨNG NHIỆT CỦA BÊ TÔNG TUỔI SỚM KẾT CẤU CẦU VÀ CÁC GIẢI PHÁP ĐỂ KIỂM SOÁT NHIỆT VÀ HẠN CHẾ VẾT NỨT 1.1 Quá trình thủy hóa xi măng Pooc lăng 1.1.1 Các phản ứng trình thủy hóa 1.1.2 Nhiệt thủy hóa 1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến tổng nhiệt thủy hóa phát triển nhiệt thủy hóa 1.1.4 Mức độ thủy hóa 11 1.2 Các đặc tính bê tơng tuổi sớm 12 1.2.1 Các tính chất nhiệt bê tông 13 1.2.2 Các tính chất học bê tông 17 1.3 Hiệu ứng nhiệt bê tông tuổi sớm 22 1.3.1 Sự phát triển nhiệt/truyền nhiệt bê tông 22 1.3.2 Ứng suất nhiệt bê tông 22 1.3.3 Sự hình thành Ettringite muộn (DEF) 24 1.3.4 Sự phát triển cường độ 25 1.4 Các giải pháp vật liệu để kiểm soát nhiệt độ hạn chế nứt nhiệt tuổi sớm27 1.4.1 Cốt liệu 28 1.4.2 Tỷ lệ nước/xi măng 29 iv 1.4.3 Xi măng 29 1.4.4 Phụ gia khoáng 30 1.5 Các giải pháp kết cấu biện pháp thi công để kiểm soát nhiệt độ hạn chế nứt nhiệt tuổi sớm 34 1.6 Tổng quan nghiên cứu ứng xử nhiệt bê tông tuổi sớm 36 1.6.1 Tình hình nghiên cứu giới 36 1.6.2 Tình hình nghiên cứu Việt Nam 38 1.7 Kết luận chương 42 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TRUYỀN NHIỆT VÀ XÂY DỰNG MƠ HÌNH TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘ VÀ ỨNG SUẤT TRONG KẾT CẤU BÊ TÔNG TUỔI SỚM 44 2.1 Cơ sở lý thuyết dẫn nhiệt 44 2.2 Truyền nhiệt qua đối lưu 47 2.3 Tốc độ sinh nhiệt 47 2.4 Hàm độ tăng nhiệt độ đoạn nhiệt 50 2.5 Phương pháp sai phân hữu hạn tính tốn phân bố nhiệt độ bê tơng tuổi sớm 53 2.6 Ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn xây dựng mơ hình tính tốn ứng suất nhiệt 55 2.7 Ứng xử đàn nhớt bê tông tuổi sớm tải trọng nhiệt 57 2.8 Các mơ hình số mơ ứng xử nhiệt tuổi sớm bê tông 63 2.9 So sánh mơ hình tính tốn nhiệt ứng suất nhiệt 66 2.10 Kết luận chương 68 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG NHIỆT VÀ CƯỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG TRO BAY CƯỜNG ĐỘ CAO SỬ DỤNG TRONG CƠNG TRÌNH CẦU 69 3.1 Mục đích thí nghiệm 69 3.2 Thí nghiệm cường độ 69 v 3.2.1 Thành phần hỗn hợp CĐC thí nghiệm 69 3.2.2 Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén 76 3.2.3 Thí nghiệm đo cường độ chịu kéo bửa 78 3.3 Thí nghiệm đo nhiệt thủy hóa 81 3.3.1 Các phương pháp đo nhiệt thủy hóa 81 3.3.2 Thí nghiệm đo nhiệt thủy hóa theo phương pháp đoạn nhiệt 83 3.3.3 Kết thí nghiệm đo nhiệt thủy hóa 86 3.3.4 Xác định nhiệt lượng tốc độ tỏa nhiệt hỗn hợp BTCĐC 89 3.3.5 Xác định mức độ thủy hóa tham số nhiệt thủy hóa 92 3.4 Kết luận chương 99 CHƯƠNG PHÂN TÍCH MỘT SỐ GIẢI PHÁP ĐỂ KIỂM SỐT NHIỆT VÀ GIẢM THIỂU VẾT NỨT TRONG BÊ TÔNG KẾT CẤU CẦU Ở TUỔI SỚM 101 4.1 Giải pháp vật liệu 101 4.1.1 Các tham số cường độ bê tông 101 4.1.2 Các tham số từ biến bê tông 110 4.1.3 So sánh, đánh giá hỗn hợp bê tông tro bay CĐC phương diện nhiệt khả nứt nhiệt 111 4.2 Các giải pháp khác 122 4.2.1 Thời gian hợp lý tháo dỡ ván khuôn 122 4.2.2 Sử dụng vật liệu cách nhiệt che chắn, bao phủ bê tông tuổi sớm 123 4.2.3 Các giải pháp/biện pháp khác 123 4.3 Kết luận chương 123 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 125 KẾT LUẬN: 125 KIẾN NGHỊ: 126 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 127 TÀI LIỆU THAM KHẢO 128 vi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 Tốc độ tỏa nhiệt q trình thủy hóa xi măng [94] Hình Ảnh hưởng độ mịn đến tốc độ thủy hóa xi măng Hình 1.3 Sự phát triển nhiệt thủy hóa sau 72h mức nhiệt độ khác 11 Hình 1.4 Sự thay đổi hệ số giãn nở nhiệt bê tơng q trình thủy hóa (Kada cộng sự, 2002), w/c: Tỉ lệ nước/xi măng 17 Hình 1.5 Tỉ lệ mô đun đàn hồi cường độ chịu nén theo tuổi bê tông (Zhao [121]) 19 Hình Sự phát triển nhiệt hình thành vết nứt bê tơng khối lớn [37] 23 Hình 1.7 Ứng suất nhiệt cường độ chịu kéo bê tông theo thời gian [83, 113] 23 Hình 1.8 Sự phát triển tính chất học theo mức độ thủy hóa tuổi tương đương 27 Hình 1.9 Hình ảnh nứt đập tràn nhà máy thủy điện nhiệt thủy hóa [62] 36 Hình 1.10 Hình ảnh nứt trụ cầu Vĩnh Tuy 38 Hình 1.11 Trường phân bố ứng suất nhiệt khối đổ tuổi 24h [6] 40 Hình 1.12 So sánh thay đổi nhiệt độ qua phân tích thực tế đo tâm biên khối đổ [6] 40 Hình 2.1 Đường cong độ tăng nhiệt độ đoạn nhiệt lý thuyết [112] 51 Hình 2.2 Đường cong tốc độ sinh nhiệt lý thuyết theo Tanabe [112] 52 Hình 2.3 Tốc độ sinh nhiệt mức độ thủy hóa với tham số ,  53 Hình 2.4 Nút bên phần tử tương ứng tốn truyền nhiệt chiều 54 Hình 2.5 Phần tử tam giác mơ hình 56 Hình 2.6 Mơ mơ đun đàn hồi hiệu dụng, từ biến điển hình phân tách tải trọng [83] 59 Hình 2.7 Sơ đồ khối tính tốn trình sinh nhiệt truyền nhiệt 61 Hình 2.8 Sơ đồ khối tính tốn ứng suất nhiệt 62 vii Hình 2.9 Mơ hình dự đốn trường ứng suất nhiệt tuổi 16h khối đổ thực tế [82] 65 Hình 3.1 Đường cong cấp phối thành phần hạt đá theo ASTM C33 72 73 Hình 3.2 Biểu đồ cấp phối hạt cát theo ASTM C33 73 Hình 3.3 Thí nghiệm nén mẫu CĐC-TB00 ngày tuổi 76 Hình Cường độ chịu nén theo ngày tuổi hỗn hợp bê tông tro bay CĐC (Mpa) 77 Hình 3.5 Thí nghiệm ép chẻ mẫu CĐC-TB00 ngày tuổi 79 Hình 3.6 Cường độ chịu kéo bửa theo ngày tuổi hỗn hợp CĐC (MPa) 80 Hình 3.7 Sơ đồ bố trí thí nghiệm đo nhiệt lượng đoạn nhiệt [12] 84 Hình 3.8 Đặt mẫu bê tơng vào thùng thiết bị thí nghiệm chế tạo ĐH GTVT 84 Hình 3.9 Máy tính theo dõi lưu liệu đo nhiệt 84 Hình 3.10 Nhiệt độ đoạn nhiệt thực nghiệm mẫu hỗn hợp bê tông tro bay CĐC 88 Hình 3.11 Độ tăng nhiệt độ đoạn nhiệt mẫu hỗn hợp BTCĐC tro bay 89 Hình 3.12 Nhiệt lượng tích lũy mẫu hỗn hợp BTCĐC tro bay 90 Hình 3.13 Tốc độ tỏa nhiệt mẫu hỗn hợp BTCĐC tro bay 91 Hình 3.14 Đường cong mức độ thủy hóa thực nghiệm hồi quy 97 Hình 3.15 Mối quan hệ mức độ thủy hóa cuối tỷ lệ % tro bay thay thế.97 Hình 3.16 Đường hồi quy mức độ thủy hóa cuối tỷ lệ % tro bay thay 99 Hình 4.1 Đường cong hồi quy phát triển cường độ chịu nén theo mức độ thủy hóa hỗn hợp BTCĐC 107 Hình 4.2 Đường cong hồi quy phát triển cường độ chịu kéo theo mức độ thủy hóa hỗn hợp BTCĐC 109 viii Hình 4.3 Các kịch ứng suất nhiệt cường độ chịu kéo theo hàm lượng tro bay thay 111 Hình 4.4 Biểu đồ phát triển nhiệt độ tâm, cạnh, góc trụ theo thời gian (CĐCTB00) 114 Hình 4.5 Phân bố nhiệt độ 40h mặt cắt ngang thân trụ (CĐC-TB00) 114 Hình 4.6 Phân bố ứng suất 40h mặt cắt ngang thân trụ (CĐC-TB00).115 Hình 4.7 Biểu đồ phát triển ứng suất yy cạnh bên, xx góc trụ theo thời gian (CĐC-TB00) 115 Hình 4.8 Biểu đồ phát triển ứng suất cạnh bên, cạnh đáy, góc trụ theo thời gian (CĐC-TB00) 116 Hình 4.9 Ứng suất nhiệt lớn cường độ chịu kéo theo thời gian điểm bất lợi (cạnh bên) thân trụ sử dụng CĐC-TB00 116 Hình 4.10 Biểu đồ phát triển nhiệt độ tâm, cạnh, góc trụ theo thời gian (CĐC-TB10) 117 Hình 4.11 Ứng suất nhiệt lớn cường độ chịu kéo theo thời gian điểm bất lợi (cạnh bên) thân trụ sử dụng CĐC-TB10 117 Hình 4.12 Biểu đồ phát triển nhiệt độ tâm, cạnh, góc trụ theo thời gian (CĐC-TB20) 118 Hình 4.13 Ứng suất nhiệt lớn cường độ chịu kéo theo thời gian điểm bất lợi (cạnh bên) thân trụ sử dụng CĐC-TB20 118 Hình 4.14 Biểu đồ phát triển nhiệt độ tâm, cạnh, góc trụ theo thời gian (CĐC-TB30) 119 Hình 4.15 Ứng suất nhiệt lớn cường độ chịu kéo theo thời gian điểm bất lợi (cạnh bên) thân trụ sử dụng CĐC-TB30 119 Hình 4.16 Hệ số nứt lớn ứng với hỗn hợp BT 121