Nghiên cứu ứng xử cơ điện của bê tông tính năng cao dưới tải trọng uốn trùng phục

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHAN TẤN DUY NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CƠ-ĐIỆN CỦA BÊ TƠNG TÍNH NĂNG CAO DƯỚI TẢI TRỌNG UỐN TRÙNG PHỤC Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thơng Mã số: 58 02 05 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2023 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS Nguyễn Duy Liêm Cán hướng dẫn khoa học 2: TS Lê Bá Khánh Cán chấm nhận xét 1: PGS.TS Đặng Đăng Tùng Cán chấm nhận xét 2: PGS.TS Lê Anh Thắng Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM, ngày 19 tháng năm 2023 Hội đồng đánh giá Luận văn thạc sĩ gồm: PGS.TS Nguyễn Mạnh Tuấn Chủ tịch PGS.TS Lê Văn Phúc Thư ký PGS.TS Đặng Đăng Tùng Phản biện PGS.TS Lê Anh Thắng Phản biện TS Đỗ Thành Chung Uỷ viên CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: PHAN TẤN DUY MSHV: 2170826 Ngày, tháng, năm sinh: 05/08/1998 Nơi sinh: Quảng Ngãi Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thông Mã số: 58 02 05 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu ứng xử cơ-điện bê tơng tính cao tải trọng uốn trùng phục (Study on electromechanical behavior of high-performance fiber-reinforced concrete under flexure with repetitive loading) II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG Làm rõ tính chất thơng minh tự cảm biến giai đoạn đàn hồi bê tơng tính cao thơng qua ứng xử điện trở tải trọng uốn trùng phục vùng chịu nén vùng chịu kéo mẫu thí nghiệm Đề xuất mơ hình để xác định hệ số cảm biến thông qua ứng xử cơ-điện bê tơng tính cao tác dụng tải trọng uốn trùng phục giai đoạn đàn hồi Đánh giá mức độ ảnh hưởng nhiệt độ đến tính chất thơng minh tự cảm biến bê tơng tính cao III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 06/02/2023 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 19/8/2023 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Nguyễn Duy Liêm, TS Lê Bá Khánh Tp HCM, ngày 19 tháng năm 2023 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG (Họ tên chữ ký) i LỜI CẢM ƠN Luận văn hỗ trợ tài từ Quỹ Phát triển khoa học công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) dự án có mã số 107.01-2021.69 Trước hết, em xin gửi lời tri ân chân thành đến người thầy PGS.TS Nguyễn Duy Liêm thầy TS Lê Bá Khánh gợi mở định hình ý tưởng ban đầu cho đề tài kiểm tra khối lượng nghiên cứu, tính đề tài Em muốn gửi lời tri ân đến quý Thầy (Cô) thuộc môn Cầu Đường, khoa Kỹ thuật Xây dựng, trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM truyền dạy kiến thức giá trị chuyên ngành Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến phòng ban trường cung cấp hỗ trợ điều kiện sở vật chất, trang thiết bị suốt trình học tập trường Và cuối cùng, lòng biết ơn sâu sắc em tặng cho gia đình, bạn bè, đặt biệt bạn lớp Cao học luôn ủng hộ suốt trình học tập làm việc trường Luận văn thạc sĩ hoàn thành khung thời gian quy định với dốc lòng thân em, em thừa nhận luận văn chứa đựng lỗi sai Em mong nhận thấu hiểu góp ý quý báu từ quý Thầy (Cô) tất bạn Xin chân thành cảm ơn! Tp HCM, ngày 19 tháng năm 2023 Phan Tấn Duy ii TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Luận văn nhằm mục đích nghiên cứu đánh giá tính chất thơng minh tự cảm biến bê tơng tính cao, viết tắt HPFRC (high-performance fiber-reinforced concrete) chịu tác dụng tải trọng uốn trùng phục dựa thí nghiệm Bốn loại HPFRC chế tạo từ loại vữa bê tông giống sử dụng loại sợi thép không giống để gia cường: bê tông không gia cường sợi thép (gọi tắt HPFRC0), bê tông gia cường sợi thép to với hàm lượng 1,5% theo thể tích (gọi tắt HPFRC1), bê tông gia cường sợi thép nhỏ với hàm lượng 1,5% theo thể tích (gọi tắt HPFRC2) bê tông dùng sợi thép hỗn hợp gồm hàm lượng 1,0% sợi to kết hợp 0,5% sợi nhỏ theo thể tích (gọi tắt HPFRC3) Tất mẫu uốn HPFRC có hình dạng lăng trụ với kích thước 40×40×160 mm3 (rộng×cachiều dài) Tất mẫu HPFRC thí nghiệm theo sơ đồ uốn ba điểm, với ba mức biên độ tải lặp khác giai đoạn đàn hồi Đầu tiên, tính chất tự cảm biến tất mẫu thí nghiệm HPFRC phân tích dựa thay đổi điện trở theo tỷ lệ ( FCR ) suốt trình áp tải thí nghiệm Kết loạt mẫu HPFRC có tính chất tự cảm biến tốt chịu tác động tải trọng lặp Khi tỷ lệ ứng suất mỏi gia tăng từ 0,15 lên 0,5 tính chất tự cảm biến tất bê tông HPFRC cho thấy chiều hướng giảm dần Chỉ số thay đổi điện trở theo tỷ lệ ( FCR ) mặt nén tăng lên, mặt kéo, số giảm xuống gia tăng tải trọng tất loạt mẫu HPFRC Bên cạnh đó, mơ hình để tính tốn hệ số cảm biến đề xuất với mục đích đánh giá khả tự cảm biến bốn loại bê tông nghiên cứu HPFRC chịu tải trọng lặp Thứ hai là, ảnh hưởng tham số nhiệt độ đến tham số điện trở suất bốn loại HPFRC nghiên cứu Từ liệu thực nghiệm thu được, điện trở suất bốn loại HPFRC nghiên cứu giảm rõ rệt tăng nhiệt độ từ 0oC đến 50oC iii ABSTRACT The thesis deals with the self-sensing characteristic of high-performance fiberreinforced concretes (HPFRCs) under bending with cyclic loading through the experimental produce Four series of the studied HPFRCs have same concrete mixture but unlike added fiber properties as follows: HPFRC0 (embedded no fiber with 0.0% by volume content), HPFRC1 (embedded macro hooked fiber with 1.5% by volume content), HPFRC2 (added micro smooth fiber with 1.5% by volume content), and HPFRC3 (added hybrid fiber system containing 1.0% by volume macro hooked fiber and 0.5% by volume micro smooth fiber) Firstly, all bending specimens with their same dimension of 40 x 40 x 160 mm3 (width x depth x length) were tested under three-point bending (3PB) using three unlike repeated loading amplitudes within the elastic phase The self-sensing characteristic of examined HPFRCs was explored through their electromechanical behavior The self-sensing characteristic of the examined HPFRCs was assessed through the fractional change in electrical resistance ( FCR ) during loading The results showed that all HPFRC series clearly exhibited self-sensing ability under flexure with repetitive loading The self-sensing ability of all HPFRC series decreased with the increase in the ratio of fatigue stress changing from 0.15 to 0.5 The FCR value at the compressive zone raised, whereas that at the tensile zone decreased with an increase in loading, regardless of HPFRC series Besides, a model to estimate the gauge factors for evaluating the self-sensing capability of HPFRCs under bending with cyclic load was proposed Sencondly, the influence of temperature factor on the electrical resistivity of the four HPFRC series was experimentally investigated in this thesis Through the testing results, it is found that the electrical resistivity of all examined HPFRCs clearly reduced as the temperature increasing from 0oC to 50oC iv LỜI CAM ĐOAN Em cam kết công việc tiến hành em thơng qua dẫn giám sát thầy PGS.TS Nguyễn Duy Liêm thầy TS Lê Bá Khánh Tất số liệu, hình ảnh nhận định nghiên cứu hồn tồn khơng ngụy tạo khơng xuất dự án nghiên cứu khác "Em cam kết chịu trách nhiệm pháp lý công việc mà thực Tp HCM, ngày 19 tháng năm 2023 Phan Tấn Duy v MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ii ABSTRACT iii LỜI CAM ĐOAN iv DANH MỤC HÌNH ẢNH viii DANH MỤC BẢNG BIỂU x MỘT SỐ KÝ HIỆU VIẾT TẮT xi CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.3.1 Đối tượng nghiên cứu 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu .3 1.4 Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu 1.4.1 Cách tiếp cận 1.4.2 Phương pháp nghiên cứu .4 1.5 Nội dung nghiên cứu tiến độ thực .4 1.5.1 Nội dung nghiên cứu 1.5.2 Tiến độ thực 1.6 Đóng góp nghiên cứu 1.6.1 Đóng góp mặt học thuật 1.6.2 Đóng góp mặt thực tiễn .5 1.7 Bố cục luận văn CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC 2.1 Tổng quan bê tơng tính cao 2.2 Cơ sở lý thuyết 2.2.1 Ứng xử bê tông HPFRC chịu tải trọng uốn tĩnh .7 vi 2.2.2 Ứng xử bê tông HPFRC chịu tải trọng uốn lặp .9 2.3 Tổng quan khả thông minh tự cảm biến HPFRC .11 2.3.1 Nghiên cứu tính chất tự cảm biến HPFRC giới 11 2.3.2 Nghiên cứu tính chất thơng minh tự cảm biến HPFRC Việt Nam 13 2.4 Nhận xét từ kết nghiên cứu tổng quan 14 CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ THÍ NGHIỆM 15 3.1 Sơ đồ thực thí nghiệm 15 3.1.1 Xi măng 17 3.1.2 Tro bay 18 3.1.3 Muội silic .20 3.1.4 Cát thạch anh .22 3.1.5 Phụ gia siêu dẻo 23 3.1.6 Nước 24 3.1.7 Sợi thép gia cường .25 3.2 Qui trình trộn chuẩn bị mẫu thí nghiệm 27 3.2.1 Qui trình trộn HPFRC 27 3.2.2 Chuẩn bị mẫu thí nghiệm .28 3.2.3 Gia công mài mẫu lắp đặt điện cực 30 3.3 Thiết lập thí nghiệm .33 3.3.1 Thí nghiệm đo điện trở bê tông HPFRC tải trọng uốn lặp 33 3.3.2 Thí nghiệm đo điện trở HPFRC với mức nhiệt độ khác 37 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN 39 4.1 Ứng xử cơ-điện HPFRC chịu tải trọng lặp 39 4.2 Sự phụ thuộc vào tỷ số ứng suất mỏi thông số cơ-điện HPFRC.49 4.3 Phát triển mô hình xác định hệ số cảm biến bê tơng HPFRC 53 4.4 Ứng xử điện trở suất HPFRC mức nhiệt độ khác .56 4.5 Ảnh hưởng nhiệt độ đến điện trở suất HPFRC 63 vii CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65 5.1 Kết luận 65 5.2 Kiến nghị 65 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 KẾT QUẢ KIỂM TRA ĐẠO VĂN CỦA LUẬN VĂN THẠC SĨ 73 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 93 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: PHAN TẤN DUY Ngày, tháng, năm sinh: 05/08/1998 Nơi sinh: Quảng Ngãi Địa liên lạc: 70 Đường số 6, Phường Linh Trung, Tp Thủ Đức, Tp HCM Điện thoại: 0972.221.563 Email: tanduy05081998@gmail.com QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 2016 – 2020: Kỹ sư xây dựng cơng trình giao thơng, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM 2021 – Nay: Học viên Cao học, chuyên ngành Kỹ thuật xây dựng công trình giao thơng, Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc Gia Tp.HCM