Luận văn thạc sĩ kỹ thuật: 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

BO GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

TRUONG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

HOANG VAN HAL

NGHIEN CUU KHA NANG CHIU Ut

CUA BE TONG SIÊU TÍNH NANG GIA CO COT SOI THÉP DƯỚI TAC DONG CUA TAI TRỌNG VA DAP

LUẬN VAN THẠC SĨ

HÀ NỘI, NĂM 2021

BO GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

TRUONG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

HOANG VĂN HAL

NGHIÊN CỨU KHẢ NANG CHIU UON

CUA BE TONG SIÊU TÍNH NANG GIA CO COT SOI THÉP DƯỚI TÁC DONG CUA TAI TRỌNG VA DAP

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thôngMã số: 8580205

NGƯỜI HƯỚNG DAN KHOA HOC 1 TS NGO TRÍ THƯỜNG.

HÀ NỘI, NĂM 2021

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam doan Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Kĩ thuật xây dựng công trinh giao

thông với đề tài "Nghiên cứu khả năng chịu uốn của bể tông si tỉnh năng gia cổ cốt

si thép dưới tác động của ta trong động là Luận văn do cá nhân tôi thực hiện dưới

sự hướng dẫn của TS Ngô Trí Thường Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong Luận văn.

này là trong thực và có nguồn gốc rõ ring Một phần sổ liệu thí nghiệm được lấy từ số

liệu thí nghiệm của để tài cắp nhà nước số: 107.01-2019.03, được tài trợ bởi Quỹ phát

triển khoa học và công nghệ quốc gia (NAFOSTED).

“Tác giá luận văn

Hoang Vin Hai

LỜI CÁM ƠN

“rong quả tình thực hiện Luận văn này tie giả được người hưởng dẫn khoa học: TS.

Ngô Trí Thường tận tình hướng dẫn, giúp đỡ cũng như tạo điều kiện thuận lợi dé tác giá

"hoàn thành luận văn này Qua đây, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy!

“Tác giả cũng xin trân trọng cảm ơn các Thầy cô giáo, các cán bộ của khoa Công trình

và khoa Sau Đại học thuộc Trường đại học Thủy Lợi đã giúp đỡ và chỉ dẫn trong quá

trình học tập và nghiên cứu

“Tác giả cũng xin bày t lòng bit ơn đến Gia đình đã động viên và tạo mọi điều kiện ốt

nhất dé tác giả học tập và nghiên cứu.

Cudi cùng tác gi xin gi lời cảm ơn chân thinh đế nhỏ trường và các đồng nghiệp đã

nhiệt tỉnh giúp đỡ tác giả hoàn thành Luận văn này.

Do thời gian thực hiện Luận văn và trình độ tác giá còn hạn chế, mặc dù đã hết sức cố gng nhưng trong Luận văn sẽ không tính khối những sai sốt tác gi rất mong nhận

được những ý kiến đóng góp của các Thiy cô giáo, cùng các bạn đồng nghiệp để Luận

‘van hoàn thiện hon,

“Tắc gia xin cam đoan Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Kĩ thuật xây đựng công tinh giao

thông với đề tài "Nghiên cứu khả năng chịu uốn của bể tông siêu tỉnh năng gia cổ cốt

si tiếp dưới tác động của tải trang dng” à Luận văn do cả nhân tác giả thực hiện

dưới sự hướng dẫn của TS Ngô Trí Thường Các sốệu, kết quả nghiên cứu trong Luận văn này là trung thực và cổ nguồn gốc rõ rằng Một phần số liệ th nghiệm được lấy từ

sé iệu thí nghiệm của đề tài cắp nhà nước số: 107.01-2019.03, được ti trợ bởi Quỹ phát

triển khoa học và công nghệ quốc gia (NAFOSTED).

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH v

DANH MỤC BANG BIEU vị

DANH MỤC CÁC TỪ VIET TAT, Vii

1.1.2 Nguyên tắc chế tạo vật liệu UHPFR( cod,

1.14 Thành phần vậtliệu cơ bản của vậtliệu UHPERC 9

12 Tính chit ea học của UHPFRC "

1.2.1 Cường độ chịu nén 11.2.2 Cường độ chịu kéo ma —_ sao LS

123 Mô ôm din hit Is1.24 Sựphụ thuộc của tốc độ gia tải của vat liệu UHPERC 2012.5 Tổng hop tinh chất cơ học cơ bản của vật liệu UHPERCs 2

CHƯƠNG 2 CHƯƠNG TRÌNH VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIEM 24

2.1 Chương trình thí nghiệm a)

2.2 Thành phần cắp phối vat liệu 24

2.2.1 Đặc điểm chung các vậtliệu thành phần UHPFRC 242.2.2 Thành phan, vậtliệu thành phan sử dụng trong nghiên cứu 33

VA TỐC ĐỘ GIA TAI DEN KHẢ NANG KHANG UON CUA VAT LIEU UHPFRC

3.1 Kết qui thí nghiệm 42

3.1 Trang thấi phá hoại của mẫu 42

3.1.2 Cường độ chịu nền va độ sụt của hn hợp 43

3.1.3 Đường cong quan hệ lực va chuyển vị —_ «asoođỘi3.2 Ảnh hưởng của hàm lượng cối sợi đến khả năng kháng uốn của UHPFRC 48

3.3 Ảnh hưởng của ốc độ giả tải đến khả năng khẳng uốn của vật liệu UHPERC,

KẾT LUẬN VẢ KIÊN NGHỊ 56

DANH MỤC CONG TRINH DA CONG BO — saessooo.S8 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Một ví dụ về thành phần cấp phối theo thể tích của bê tông siêu tinh năng

(UHPERC) so sinh với bê tông thường (NC) 10

Hình 1.2 Vật liệu thành phần cơ bản của hỗn hợp UHPC và tính chat đặc trưng của nó.

Hinh 1.3 During cong ứng: biến dạng kéo của vit liu UHPFRC 16

Hình 14 Đường cong ứng: biến dang kéo điển hình của vật liệu UHPERC "7

Hình 2.2 Cấu trúc đặc chắc của vật liệu UHPFRC dưới kính siêu phóng đại [33] 26 2.3 Xi ming loại I ding để chế tạo UHPERC 2

Hình 2.4 Cát quart dùng để ch tạo UHPERC 28Hình 2.5 Các loại sợi thép thường ding chế tạo UHPFRC 29Hình 2.6 Muội sie đồng dé chế tao UHPFRC 31

Hình 2.7 Bột khoáng dùng đẻ chế tạo UHPFRC 31

inh 2.8 Phụ gia siêu đèo ding để trộn UHPFRC — coi 38Hình 2.9 Máy trộn Hobart, công suất 20L 36Hình 2.10 Thiết bị thí nghiệm độ sụt 37Hình 2.11 Van khuôn lảm bằng nhựa cứng 37

Hình 2.12: Thí nghiệm uốn ba điểm dưới tai trọng tinh - —.

h 2.13 Thi nghiệm tốn động (I-SEIM) 40Hình 2.14 Thi nghiệm nên mẫu 4i

Hình 3.1 Ứng xử nứt của mẫu thí nghiệm 4ãHình 3.2 Cường độ chịu uốn của mẫu UHPERC có va không có cốt sợi 45

Hinh 3.3 Đường cong lực ~ chuyển vị của UHPERC dưới tốc độ gia tải khác nhau 46

Hình 3.4 Cường độ bé tông của mẫu UHPFRC gia cổ him lượng sợi khác nhan 49Hình 3.5 Cường độ uén của mẫu UHPERC dưới các tốc độ gia tải sĩ

Hình 3.6 Chuyên vị của mẫu UHPERC dui các tốc độ gia tải 52

DANH MỤC BANG BIEU

Bảng 1.1 Sự phát triển theo th gian của hỗn hợp bê tong và cốt soi tr những năm 1960

(24) 6 Bảng 1.2 Sự phát tiễn của b tông cường độ cao, bê tông cốt soi tinh năng cao tử những

Bảng 1.3 Vi dụ về hành phin hỗn hop của UHPERC và UHPC [24] mn

Bảng 1.4 Các thông số hồi quy của công thức (1-3) “Bảng 1.5 Tính chất vậtliệu của UHPFRCS 2

Bang 2.1 Thanh phan khoáng vật (%) theo ASTM - aed Bảng 2.2 Cáp phối của cd liệu cát (% lạ sing) 28

Bảng 2.3 Thành phần hoá học của sợi thép 30

Bảng 24 Thành phần hoá học va tin chit vật ý cơ bản của cúc vậtiệu thành phần.34

Bang 2.5 Tính chất của cốt sợi thép 34

Bang 3.1 Cường độ chịu nén và độ sụt của mẫu UHPC và UHPRFC “4

Bảng 3.2 Kết quả thí nghiệm uốn seen TBảng 33 Chi số ting cường độ của vit ligu UHPFRC ở tốc độ gia tải cao 53

DANH MỤC CÁC TU VIET TAT

act Committee of American Concrete InstitueFHWA Federal Highway Administration

FRC Fiber-reinforced concreteHRWR High-Range Water Reducerne Normal concrete

VHpC Ultra high-performance concrete

VHPERC Ulưa high-performance fberreinforeedconcrete

PHAN MỞ DAU

‘Tinh cấp thiết của đề tài

Bê tổng siêu tính năng gia cổ t sợi (Ultra-high-performance fiber-reinforced concrete

- UHPFRC) đã và dang được bi ésđến như một loi bê tông đặc bit so với bê tổng

sợi thông thường (Fiber-reinforced concrete - FRC) hay bê tông thông thường (Normal, concrete - NC): cường độ chị nén rit cao (>150 MPa), cường độ chịu kéo ốt kh được

gia cố một him lượng cốt sợi thép vừa phải 10 MPa), khả năng hip thụ năng lượng

tốt khi bị phá hủy (30 Kd) [1-9], như thể hiện trong hình a, Hơn nữa, nhiễu nghiền cứu cho thấy loại bé tông này còn có khả năng tiếp tụ tăng cường độ sau khi vớt nút đầu

tiên xui"hiện (Strain-hardening response) và khả năng tăng sức kháng khiđộ gia taităng (Strain-rate dependent), như thé hiện trong hình b [4, I0],

Nhé những đặc tính trên, loại bê tông nay được kỳ vọng khi áp dụng vao thực tiễn sẽ:

giúp giảm kích thước hình học, ting khả năng chịu lực cho các công tinh xây đựng như

cầu đường, các công trình ha ting kỹ thuật, các công trình quân sự như tường bê tông

chiu các ác dung của ải trọng cực đoan (va đập, nổ) hoặc tường, bia chịu dan bắn Tuy nhiên, việc áp dụng loại vật liệu này vio các công trình thực té còn nhiều hạn chế, do

giá thành sản xuất còn cao, quy trình trộn và bảo dưỡng khắt khe, đặc biệt là các tính chất cơ học của nó khá phúc tạp (phụ thuộc nhiều vào loại, hàm lượng cốt sợi, phụ thuộc

‘vio tải trọng tác động - kéo, nén, tồn hoặc cắt), chưa có quy trình thi nghiệm, kiếm tra

‘va đánh giá chất lượng Đặc biệt, dưới tác dụng của tải trọng có tốc độ gia tải cao, cấu

kiện thường bị phá hủy bởi trạng thái phá hùy tổng hợp bao gồm nén, kéo, cắt, uốn và

phá hủy cục bộ

Một số tức giả đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của him lượng cốt soi và tốc độ gia

tải đến khả năng kháng uốn của UHPFRC [11-16] Các nghiên cứu cho thấy, khả năng kháng uốn của vật liệu UHPC tăng đăng kể khi được gia cổ bởi cất sợi thép và trong giới han him lượng nghiên cứu, khả năng kháng uốn tăng khi him lượng cốt sợi tăng lên Tuy nhiên, rt it ode nghiên cứu về ứng xử tốn của vật liệu UHPERC dưới tie dụng

của tải trọng động [17-20] và các nghiên cứu nay chỉ dừng lại ở tốc độ gia tải vừa phải

Meng và công sự [17] nghiên cứu khả năng kháng uốn của UHPFRC dưới tác dụng của

sắc tốc độ gia tải khác nhau (0,05; 0,50; 1.25: 2.50, và 5.00 mm/min) cho thấy cường

độ ud tăng khi tốc độ gia tải tăng lên Habel và Gauvreau [19] nghiên cứu khả năng

kháng uốn của UHPERC ở tốc độ cao cho thấy cường độ uốn của UHPERC ở tốc độ

biển dang 2 s” cao hơn 25% so với trường hợp tĩnh tải Parant va cộng sự [20] báo cáo.

ring cường độ kháng uỗn của UIIPERC tang bổn lin ở tốc độ gia ải là 500 GPa

Bến dee Bide dang kếo

(a) Ung xử kéo - nén của UHPFRC so với FRC và NC

Điển dang Heo C9

(b) Ung xử kéo của UHPFRC dưới các tóc độ tải khác nhau Hình i, Tỉnh chất kéo, nén của vật liệu UHPRFC [10]

giá di sâu nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng cốt sợi và

“Trong nghĩsửa này,

Ốc độ gia ải cao (va đập) đến khả khả năng chịu tốn của vật liệu UHPERC, một trong

những đặc tính quan trọng, phổ biến khi ết cầu chị the dụng của lực kéo uốn như dim

sầu, nhà hay các công trình quân sự chẳng sự phá hoi của vật liệu nd, đạn bắn Mục

tiêu cụ th là

= Nghiên cứu sự ảnh hưởng của hầm lượng cốt sợi đến khả năng kháng tốn của vật

liệu UHPERC;

= Nghiên cứu sự ảnh hưởng của tốc độ gia ải đến khả năng kháng uỗn của vật liệuUHPFRC

‘Thi nghiệm kháng uốn được thực hiện bằng thí nghiệm tốn ba điểm dưới ti trọng tỉnh

của mây thí nghiệm da năng (Universal test machine - UTM) và tải trong va dip bing

hệ thing thiết bị thí nghiệm khung năng lượng (Strain energy frame impact machine

"Mục dich của để tài

Mặc đích của nghiên cứu này là nghiên cứu khả năng kháng tốn của bê tông si tính

năng ga cổ cốt sợi thép (UHPERC)

—_ Mực tiêu Is Nghiên cửu sự ảnh hướng của hàm lượng cốt sợ tối khả năng kháng rốn

của vật liệu UHPERC,

—_ Mực tiêu 2: Nghiên cửu sự ảnh hướng của tốc độ giai tới khả năng khẳng uốn của

và liệu UHPERC.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

~_ Đối tượng nghiên cứu: Vật liệu UHPFRC

= Phạm vi nghiên cứu: Khả năng kháng uốn và khả năng tăng cứng dưới ức động của

tải trọng của vật liệu UHPERC và vật liệu UHPERC gia cổ với hàm lượng cốt sợi

thép trom, him lượng cốt sợi từ 0.0 ~ 1.5% thể tích.

“Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

"Nghiên cứu thực nghiệm kết hop với lý thuyết, phân tích, đánh gi.

Cấu trúc của luận văn Luận văn gồm có 03 chương

= Chương 1: Tổng quan vé bê tông sigu tính năng gia cổ cốt sợi thép

— Chương 2: Chương trình và thiết bị thí nghiệm.

—_ Chương 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng cốt sợi thép và tốc độ ga ti đến

khả năng kháng uốn của vật liệu UHPERCs

CHUONG1 TÔNG QUAN VE BÊ TONG SIÊU TÍNH NANG GIA CÓ COT SỢI THÉP.

1.1 Tổng quan về nh năng gia cb cất sợiu bê tông si11.1 Định nghĩa UHPERC.

Hiện nay chưa có định nghĩa thống nhất về vật lí tinh năng gia cổ cốt sợi

thép Ở các nước, các tác giá có những định nghĩa khác nhau Tuy nhiên, bê tông siêu.

tinh năng gia cổ cốt sợi cô những đặc tính cơ bản như một số định nghĩa được sử dụng

rộng rãi như sau:

‘Theo Ủy ban Viện b tông Hòa Kỳ (Committee of American Concrete Institue -ÁCD),bê tông siêu tinh năng là loại bê tông có cường độ chịu nén lớn hơn 150 MPa với các

khả năng hap thụ năng lượng; cốt sợi thường được

trộn vào để đạt được những yêu cầu nhất định nào đó (21).

Theo định nghĩa của Cục quản lý đường cao tốc liên bang Mỹ (Federal Highway

Administration - FHWA) về bể tông sia tinh năng (altra-high-perfrmance concrete

UHPERC): UHPERC là vật liệu composite gốc xi mang bao gồm các vật liệu dạng bạt

nhỏ rồi raemịn với đường cong cấp phối tối ưu, được gia cường bởi các sợi thép

6 cường độ tắt cao và tỷ lệ nước/ximăng (N/X) rit nhỏ (N/X < 0.25) UHPERC bền

hơn ding kể so với bê tông thông thường (NC) và bé tông cường độ cao

(high-performance conerete -HPC) do các lỗ rồng giảm và không liên tục (tức là độ đồng nhất cao), dẫn tới làm giảm sự xâm nhập của vật liệu có hại như các ion clorua và sunfat, 'UHPERC là một loại ậtiệu xây dựng có độ bn ao, dễ win và bin vững được pha chế bằng cách kết hợp xi măng pose lăng, silica fume, cát rửa/sàng mịn, phụ gia siêu déo, nước và sợi thép UHPPRC là hỗn hợp gốc xi ming cực kỳ đồng nhất mà không

cdụng cốt liệu thô có thé đạt cường độ nén trên 150 MPa [22,23],

“Theo Naaman và Wille (24), định nghĩa ngắn gọn về bé tông siêu tính năng như sau: BE tông siêu tinh năng (ultra-high performance concrete ~ UHPC) là bê tông gốc thủy hóa xi măng với cường độ chịu nén ít nhất là 150 MPa, Hay, bê tông siêu tinh năng gia cổ.

sốt sợi (Ultra-high- performance fiber-reinforced concrete ~ UHPPRC) là vặ liệu UHPC

trộn thêm cốt sợi để tăng đáng kẻ các tinh chit cơ học cụ th nào đỗ, vv 1.12 Nguyên tắc ch tao vật liệu UHPERC.

UHPC được ch tạo trên nguyên tắc hạn chế ổi thiêu các điểm yêu của vậtiệu như các

vết nứt nhỏ, lỗ tổng để có khả năng đạt được khả năng chịu lự siêu việt [25] Theo

Richard và Cheyrezy (1994 và 1995), Bonneau và cộng sự (1996) và các khuyến nghị

tạm thoi của AFGC cho bể tông cốt sợi hiệu suất cục cao (2002), UHPC được chế tạo và hình thành dựa trên bốn nguyên tắc có thể được tôm tắt như sau:

—_ Tôi t hỏa cắp phi hạt để cải thiện độ đồng nhất và đạt được hỗn hợp siêu độ đặc

- Tỷ NIX cực thấp, do đó giảm được tỷ 16 rỗng và mao mạch, kích thước lỗ réng,

cae vin đỀ hư hỏng của bê tông, vĩ đụ: cacbonat hóa, củi thiện khả nding chẳng thắm

và dẫn tới độ bền và cường độ cao.

—_ Các cốt sợi siêu nhỏ cường độ cao được rộn vào dé tăng cường độ độ bn kéo, tăng

khả năng chồng va đập và mai môn.

— Được bảo dưỡng trong điều kiện đặc biệt (nhiệt độ và độ im cao) ngay sau khi chi tạo giúp tăng tốc độ co ngót khô và ớt, cải thiện các đặc tính tổng thể của vật liều, dẫn tới sự ôn định vẻ thé tích, độ ro nhỏ và độ co ngót không đáng kẻ,

11.3 Lịch sử phát triển của UHPERC.

Rit khó dé thing ké một cách đầy đủ rõ

vật liệu UHPERC Tuy nhiên, theo Naaman và Wille [24], có thẻ liệt kẻ lại quá trình

hình thành phát triển của vật liệu UHPERC thông qua sự hình thành của bốn vật liệu

ng về lịch sử hình thành, sự phát triển của

thành phần chính của hỗn hợp và sự kết hợp giữa các yếu tổ này: vữa xi măng, cốt sợi,

lực dính giữa vữa xi măng và cốt sợi và sin phẩm UHPFRC.

“Thời gian hình thành và những tiến bộ quan trong trong sự phát triển của vữa bé tông

và cốt si ừ những năm 1960, chủ yếu là ở Châu Âu hoặc Hoa Kỷ, được thống ké trong Bảng 1.1 Sự hình thành và phát triển cũng có thể xảy ra tương tự ở một số nơi kháe, nhưng cỏ thể chậm hơn (hoặc sớm hơn) trong việc áp dụng vào thực tế

Bảng 1.1 Sự phát triển theo thời gian của hỗn hợp bê tông và cốt sợi tử những năm.

Be lông cường độ cao đến S0 MPa rong thực tẾ

ht trién các gi php giảm nước trong be tông

tông nghệ in tiến rong xử lý bê tông và điệu

ign bảo dưỡng

T980% [Ting cường phất iễn các chất phụ gia hóa học|Cốt soi thép có móc 2 đầu

HIWRA, ws Hooked-end): cường - độ

nt phụ gia khoảng khác, v.v ốt sợi tổng hợp có mé đun din[Tang độ chảy/độ sụ(bê tông tự chấy chảy) iS thip (PP, nylon, te.)

Gin tỷ lệ NĂM: Wăng cường sử dụng sợi thù)ct hiện huật ngữ BE tổng cường độ cao: lên dain

0 Mai cường độ cao đặc big: lên đến 80 MPa Cắt si siêu nhỏ

ường độ cao ky đặc biệt (cốt liệu đặc biệt va bảoSợi polyme hiệu suất caolưỡng): Kn đến 120 MPa carbon, Spectra, Kevlar, v.v)

[Thuật ngữ Bê tong hiệu suất Cao: bê tông cườn;

ộ cao với các đặc tính độ bên được ải thiện

[Fang cường sử dụng tro bay và silica fume, “tee vi cường độ cao

1990% Gia tăng sự phát tiến các chất phụ gia hóa học Loại cốt sợi thép xoẫn (Không bị

hắt siêu deo; chit tạo độ nha: wv ji thẳng khi kéo nhỏ)

[Tang cường sử đụng các vat liệu kết dnh khác đểSợi PVA với liên kết hóa học

hay thé xỉ mang

UIIPC: độ đặc chắc ao, bổ sung các hat iêu miniClộ rồng nhỏ; tý lệ Nix nhỏ:

lBt tông tự cổ kết, b tông tự đầm lên:

20001 Gia tăng sự phát tiễn của UHPC / UHP-FRC độc Sợi thép sường độ cực cao: rokén và không độc quyển Hoặc có gt với đường kính thin

JHC: năng cao hiểu biết về độ đặc chắc cao; mgltén 0,12 mm và cường độ lênlụng của các khái niệm công nghệ nano tong béltén 3400 MPa

tông ng nano carbon: sợi nang

2OIO'S JTăng cường hiểu biết về hỗn hợp xi ming ở mức! Carbon mano-fibes,eraphene,

Xe dich chung của các nhà nghiên cứu là làm sao tăng được cường độ chịu nền cũa bê

tông Từ những năm 1970, hỗn hợp bê tông với cường độ sigu cao, đến 510 MPa, được

"báo cáo từ việc chuẩn bị mẫu trong điều kiện đặc biệt về chân không, nhiệt độ và áp suất bảo dưỡng mẫu Vào những năm 1980, Bache và cộng sự đã công bổ vật liệu UHPERC

gia cố cốt sợi và sử dụng tỷ lệ NIX rit thấp, có cường độ > 200 MPa, không edn điều

kiện đặc biệt về nhiệt độ và chân không, được gọi tên là “micro-defect-free cement”.

Tuy nhiên, những loại bê tông này không dễ đ đưa vào ứng dụng do các điều hiện khắt

khe về chế to và bảo dưỡng, Trong Bảng L2, tôm tắt các mốc quan trọng khác nhau

liên quan đến các loại vật liệu bê tông kết hợp được phát trién từ những năm 1970 đến.năm 2011

Bảng I.2 Sự phát triển của bê tông cường độ cao, bê tông cốt sợi tinh năng cao tir

những năm 1970 (Ở Mỹ và Châu Âu)

Năm | 7:IMBA] | — Ngiỗn Tên Điều kiện đạc biệt 1972 | 230 | Yudenfreund, | Mữa (paste); trộn chat

Skalny, etal hông; độ rồng thấp; mẫu thị qhiệm nhỏ.

1972 | “510 | Royetal | Ha; ấp suất cao và nhiệt độ

ws) do dưỡng cao; mẫu thị \ghiệm nhỏ.

1981 | 200 | Birchalleral | MDF (Miero- Vừa bổ vung polymer]

() Defect-Fiee) - Cường độ uốn lên đến 150

1981- | 120-250 | Bache; Hjorth IVa và BE tông: Điễu Kiện

1983 (Denmark) vio dưỡng thông thường; sĩ

lang muội slic siêu mịn1980' | 120-250 |[Bache; Young; DSP (Densified [Tăng cường độ đặc chắc;

all Jennings: | Small Particles) Mụng microsliea; sử dụm Aitein thụ gia siêu đến;

(Denmark; US;

T980 Lên đến 190) Nhiéu tie git | High Stengih [BE tong vi ph gia Ge bi

tiến ởnhiều | Concrete; High ha ct iu, tg dng vàokể

nước khác nhau Performance edu; sử dung chất siêu dẻo;(Shah; Zia; Concrete bảo dưỡng bình thường; đi

Russell; (HSC; HPC) bềntốthơn. Swamy;

Malier; Konig:

Năm | /:[MPI | Ngiễn Tên Điều kiện đặc biệt

Aiein:Malhotra)

1980°s |Lên đến 210) Lankard; SIFCON (Slurry |Vữa cát mịn với hàm lượng,

all ‘Naaman (US) | Infiltrated Fiber sợi lớn ( 8-15% thị )

1987 |Lên đến 140) Bache CRC (Compact |Bê tông với hàm lượng cot

(Denmark) | Reinforced koi cao sử dụng với edt the

Concrete) a cubng thing thing1987 |Khoảng mg Naaman (US) PFRCC a và bê ông gia cỗ cốt sợi

(Gligh Performance Ló khả năng tăng cường đổ

Fiber hin kéo sau vt nứt

Reinforced Cement (stain-hardening),Composites)

1991 |Khoảng mo [Reinhard and HPFRCC Hướng tới gảm him lượn

Naaman (First International kết sợi ma vẫn tăng được tinh] (Germany, US) Workshop) ving

1992 ÍKhoảingmớliamaWua ECC (Engineered Chi yu 1d via vi soi tn

(US) ‘Cementitious tợp; khả năng tăng cường di

Composites) chju kéo sau vết nứt đầu tiên strain-hardening in tension) 1994 |Khoảng 150|De Larrard ‘Ultra-High: [Foi ưu hóa vật liệu với a

(France) Performance c cao và cốt liệu siết Concrete in

1995 |Lén dén 800 Richard & RPC (Reactive ‘a và bê tông: Bảo dưỡnghynzy Powder Concrete) hởi nhiệ độ vi dp suit; Khả

dng đặc chắc củ cốt liệu

I99säLênđến200Lafme DUCTAL Bảo dưỡng 90°C trong 3

sau đó | chanviiara; heay; Him lượng fiber lẽ

Hgaud, én 6% (Dã được thươn [Behloul) lmại hoa)

000 viLên đến 200|Ross etal Lên đến 95 cũt si: Kế họp

sau đó LCPC lnhiều loại sợi

Early [én dfn 200Many UHPCadUHP- Nhiễu công thức hỗn bop

2000 researchers FRC: liên quan đến DUCTAL

Năm | /:[MPA] | Ngiễn Tên Điều kiện đặc biệt

2005 |Lênđến200lmngwinh — CERACEM ông thức lương A

(Switzerland) IDUCTAL, cốt sợi lớn hơn,

.ốt liệu to hon

3004 |Khoang mé Febling & Héinghi qube t€ lin Nhigu công thức liên qua

>150 Schmidt thứ I về UHPC' lến DUCTAL có và không

(Germany) có bảo đường nhiệt, Co vài

tông có cốt sợi

2005 |Khoảng mG Schmid etal TöanhàbỀnvững (German DFG funded(Germany) vớiUHPC oder initiative (2005)

2008 |Rhoing m6 Fehling & — Hộinghiguốclễlân Nhiều công thúc liên qua>150 Schmidt thứ2vÈUHPC én DUCTAL có và khôn(Germany) 6 bio dưỡng nhiệt Có và

hông có cốt sợi

2011| 150” [Accorsi & — HộithoUHPERC HộithàođồutiênHi Mỹ Meyer (US)

2011 Lênđến290ÑWile& — UHPERC Khong bio dưỡng nhiệt Tối

Naaman (US- hỗn hop; ghí nhậ

Germany) hương pháp thí nghiệm kế

1.1.4 Thành phần vật liệu cơ bản của vật liệu UHPERC

“Có nhiều loại thành phần hỗn hợp của vật liệu bê tông siêu tính năng (UHPC) và bê tông siêu tính năng gia cổ cốt sợi (UHPFRC) do các tác giả khác nhau để xuất, như được thống kế rong Bang 13 Tỷ lệ thành phần cắp phối được tỉnh theo khối lượng Cường 46 chịu kéo và chịu nén thu được từ thí nghiệm được đặt các hàng cuối cùng của bảng.

“Thành phần cấp phối điển hình bằng thể tích được thể hiện trong Hình 1.lvà được so sánh với bê tông thông thường (NC) với cùng một tỷ lệ lỗ rỗng.

‘Tir Hình 1.1 có thé thấy, tỷ lệ phần vita (paste phase) của vật liệu UHPC cao gắp 2,5 lần

so với NC, trong khi đó tỷ lệ phần hạt lại nhỏ hơn đáng kế để cơ bản lip diy lỗ trồng

10

còn lạ Kích thước hạt của từng vậ liệu thành phẫn và một các tinh chất cơ bản Khác

huge mồ tả trong Bảng 1.3 và Hình L2

Bang 1.3 Vi dụ về thành phần hỗn hợp của UHPERC và UHPC [24]

[Loại cốt liệu, UHPC UHPFRC

“ Không rung, không cắt phẳng bể mat; * twisted (T) fiber;

Ngày tai vết nứt đầu tiên theo sau là sự phá hủy ngay lập tức

traisht (S) fiber; #

1.2 Tinh chit cơ học cũa UHPERC

1.2.1 Cường độ chịu nén

‘Cuong độ nón là một đặc tính quan trọng trong thiết kế của bắt kỳ kết cầu bê tông nào Nó cũng là tinh chất được đo lường thường xuyên nhất Phương pháp thử mẫu nén hình.

trụ và hình lập phương sử dụng cho bê tông thông thường vẫn thích hợp để xác định

cường độ nén UHPC, Tuy nhiên, có th cin sửa đổi nhỏ đối với phương tháp thử nghiệm,và phân tích số liệu.

Graybeal đã thống kể cường độ nén của gin 1,000 mẫu thử với 4 điều kiện bảo dưỡng

Khác nhan như sau

= Bảo đường bằng hơi nước ở 194°F (90°C) và độ ẩm tương đối 95% trong 48 giờ, bắt

dầu từ khoảng 24 giờ sau khi đúc

—_ Bảo dưỡng bằng hơi nước ở 140°F (60°C) trong 48 giờ bắt đầu từ khoảng 24 giờ sau

Hầu hết các thứ nghiệm được tiến hành bằng mẫu hình trụ (76 x 152 mm) với hai đầu

.được mài phẳng đảm bảo độ song song giữa các mặt trong khoảng I độ, Các thử nghiệm

thường sử dụng các quy trình của ASTM C39, ngoại trừ tốc độ tải được tang lên MPa/s

và tắm chịu lực hình cầu có đường kính 165 mm đã được sử dụng

“Cường độ nên trung bình của bê tông đo được ta 28 ngày tuổi đối với séu mẫu hình trụ được bảo dưỡng bằng phương pháp rên lin lượt là 2§,0, 24.8, 24,8 và 18.3 ksi (193,

171, 171, và 16 MPa)

Độ đặc chắc của UHPC nằm trong khoảng từ 150 đến 156 tb / 3 (2.400 đến 2.500 kg/m’) Trong mỗi chế độ bảo dưỡng, cường độ nén tăng nhẹ khi tỷ trọng tăng lên.

Grybeal cũng đã nghiên cứu ảnh ưởng của mẫu hình tụ và mẫu hình lập phương đếnviệc đo cường độ chịu nén của bê tông bằng cách sử dụng các mẫu có kích thước khác:

nhau: 2- by 4-inch, 3- by 6-inch, 4 by 8-inch, and 3- by 6.5-inch (51- by 102-mm, 76-by 152-mm, 103- 76-by 203-mm, and 76- 76-by 165-mm) hình trụ and 2- and 3.94-inch (51-and 100-mm) hình lập phương Kết quả đo được giao động trong khoảng 8% so với

cường độ nền mẫu hình trụ (76- by 152-mm) Mẫu hình lập phương cỏ cường độ lớn

hơn khoảng 5% cường độ mẫu hình trụ Kết quả tương tự cũng thu được bởi Orgass and Klug Kích thước mẫu hình trụ vẻ hinh lập phương cảng nhỏ thì độ giao động trong kết

quả thí m cùng cao Magurcanu và cộng sự báo cáo rằng, mẫu thí nghiệm hình lập

phương 3.9-inch (100-mm) thấp hơn khoảng 20% cường độ thu được từ mẫu có kích

thước 2.0-inch (50-mm).

Graybeal cũng báo cáo rằng, tốc độ gia tải trong khoảng 0.24 and 1.7 MPa/s có ảnh

hưởng đáng kể đến việc do cường độ chịu nén, mô đun đàn hồi và hệ số Poisson, Skazlic và cộng sự đã nghiên cứu sự ảnh hưởng của kích thước mẫu nén hình trụ đến cường độ

chiu nên của 10 loại hỗn hợp UHPC Kích thước hình tụ là 70 100, and 150 mm với tỷlệ chiều dàiđường kính là 2:1 Giả thiết lấy mẫu hình tụ 100 ~ 200 (mm) làm tiêu

chun, các tc giả đề xuất bg số chuyển đối 1,05 đến 1.15 cho cường độ của mẫu hình trụ 70 - 140 (mm) va 0,85 đến 0.95 cho cường độ đo được của mẫu hinh trụ 150 - 300.

Dựa trên phân tích hồi quy từ dữ liệu thí nghiệm thu được của từng hỗn hợp cụ thé, Graybeal xác định rằng độ tang cường độ nén của UHPC được bio dưỡng trong điều

kiện phòng thí nghiệm tiêu chuẩn có thể được biểu din bằng phương trình (1-1) cho

khoảng thời gian sau nào sau 0,9 ngày.

⁄|=(()) " Sa

“Trong đó

Fet: cường độ chịu nén UHPC ở ngày thứ t

—_ 'œ Cường độ chịu nên UHPC ở 28 ngày

—_ thời gian theo ngày sau khi đỗ mẫu

Graybeal gần diy hoàn thành một nghiên cứu tiếp theo, tập trung vào việc mức độ sẵn sing, tiện lợi trong việc đưa UHPC vào dé các sầu kiện kết nỗi ngoài hiện trường Một

hỗn hợp thiết kế độc lập được bảo dưỡng 105°F (41°C),°F (23°C), and 50°F (10°C)

để đánh giá tốc độ phát tiễn tỉnh cường độ chịu nên của hỗn hợp Thời gian bit đầu

hình thành cường độ nén được thể hiện trong công thức (1-2) Mỗi quan hệ giữa nhiệt

độ bảo dưỡng và cường độ chịu kéo được thể hiện trong công thie (1-3) Các thông số

liên quan đến công thức 3 được liệt ké trong Hình 6,

2)Trong đó:

= tu: thời gian hình thành cường độ theo ngày

= T: nhiệt độ bảo dưỡng (°C),

Lae Soonalme

“Trong đó:

= Poona: Cường độ nên ở 28 ngày,

= Pou cường độ chịu nén ở ngày thứ t sau khi tạo mẫu

— _ uc thời gian hình thành cường độ theo ngày

— a: Hệ số hỗi quy theo ngày

b: hệ số hồi quy không đơn vị

Bang 1.4 Các thông số hồi quy của công thức (1-3)

Biễu kiện Bio đường — FC) is) | zy) [5

DsFarQ | ai 345 035 | 035TSF ONO) B 24 10 030

50°F (10°C) 10 22.5 40 0,50,

Luu ý: 1 ksi = 6.89MPa and °F =1.8X °C +32

Kazemi và Lubell cũng khảo sát cường độ chịu nén như một ham của thời gian sau khi:

để mẫu Nguồn số liệu địa phương từ Miễn Trung Canada được tim thấy như mỗi quan

hệ trong công thức (1-3), với a =4 và b= 0.5 hoặc 0.6 phụ thuộc vào him lượng cốt si

Schmidt and Frohlich báo cáo rằng sự không đồng đều của bỀ mặt mẫu khi thí nghiệm

nén sẽ dẫn tới việc giảm cường độ nên do được của UHPC so với bề tổng thông thường

p nhiệt độ khác nhau cho thấy,

“Thí nghiệm nền một trục của UHPC tại những cát

cường độ chịu nền của UHPC giảm khi nhiệt độ thí nghiệm tăng lên Tuy nhiên, mí

hoặc tắt cả cường độ nay được phục hồi khi nhiệt độ mẫu giảm xuống.

Richard bio cáo rằng, cường độ chịu nén dat được đến 550 MPa khi bảo dưỡng trong

môi trường áp suất cao và nhiệt độ cao 480°F (250°C), Với áp suit, cường độ chịu nền

có thé đạt được đến 810 Mpa Với quá trình tạo mẫu thông thường và nhiệt độ bảo đưỡng,

6 194°F (90°C), cường độ chịu nén đạt được 40 ksi (280 MPa) Thi nghiệm UHPC dưới.

tắc dung của tai 3 trục cũng đã được nghiên ei và bảo cáo bởi Curbach và Speck,Leutbecher và Febling

Rat nhiều kết quả nghiên cứu khác được nghiên cứu và công bổ rộng rãi vé nghiễn cứu và ứng dụng của UHPC Những số liệu này cho thầy sự hình thành cường độ, cường độ

kiện bảo,

celia UHPC phụ thuộc rit nhiều vào vật liệu thành phân, tỷ l

1.2.2 Cường độ chịu kéo

“Trong thiết kế kết cho bê ông thông thường, cường độ chịu kéo của bê tông được xem

như không đáng kể rong thết kế cầu kiện bê tông cốt thép và thường được lấy là 6V

trong thiết kế dim bê tông dự ứng lực

“Cường độ kéo của UHPC cao hơn so với bê tông thông thường và UHPC có kha năng

tiếp tue tăng cường độ và độ bin sau kh xuất hiện vết nứt nit đầu tiên Do đó, kết quả ca các thir nghiệm về độ bền kéo của UHPC thường được do lường cả giá trị của độ nại vết nút đầu tiên (iml-cracking strongh) cũng như độ bền ti thời điểm cường độ

dat đình (post-cracking strength) Do đó, độ bền kéo ngày cảng có tầm quan trọng nhưmột đặc tính cin xem xét trong thiết kế,

Một ví dụ về phân ứng ứng suất căng kéo thu được từ mẫu UHPC gia cổ 2⁄2 thể tích cốt sợi thép được Graybeal ghỉ lại và được thé hiện trong Hình 1.3.

-Hình 1.3 Đường cong ứng- biến dạng kéo của vật liệu UHPFRC

Graybeal da đề xuất đường cong ứng suất ~ biễn dang dién hình của vậ liệu UHPFRC, như được thể hiện trong Hình 1.4 Đường cong này được dựa trên thí nghiệm kéo của

(02 loại UHPC với nhiều ham lượng cốt sợi khác nhau Né được xem như là một để xuất

đặc trưng về ứng suất -biển dạng tại vết nút đầu iên và vết nứt định cia lại ậtiệu có

khả năng tăng cứng “strain — hardening response” Ứng xử kéo được chia thành 4 giai

đoạn Giai đoạn I là biến dạng dàn hồi Giai đoạn II là giai đoạn xuất hiện nhiều vết nứt khoảng cách nhỏ trong vữa bê ting UHPC Các vết nút xây ra iêng I khi ứng suắt vữa vượt quá cường độ nứt của nó Giai đoạn III bắt đầu ở cấp độ biển dạng, trong đó, các xết mit khác bắt đầu hình thành, xen kể giữa các vết nứt xuất hiện trong giai đoạn I “Các vết nứt bắt đầu phát iển và mở rộng trong giai đoạn này Cỗi cũng, Giai đoạn TV bắt đầu khi một vết nứt riêng lẻ đãđạt đến giới hạn biển dạng của nó và các cốt sợi bắt u bị tuft ra khỏi vữa b tông Trong bé tông cốt sợi ting cứng ngang qua vất nứt bắt

"biển dạng, cường độ kháng nứt của các cốt sợi bắc qua vết nứt mở rộng cục bộ lớn hon cường độ nút ở nơi xây ra nhiều vết nứt nhỏ

Hình 1.4 Đường cong img- biến dang kéo điển hình của vậtgu UHPERC

“Các phương pháp thí nghiệm tiêu chuẩn kéo được thiết kế để đánh giá cường độ nứt của

bê tông thông thường có thé thích hợp dé đánh giá cường độ nứt đầu tiên của UHPC,

nhưng không thích hợp để đánh giá phản ứng kéo sau vết nứt đầu tiên của UHPC, ASTM.

C78— Phương pháp thử tiêu chuẩn cho cường độ uốn của bê tông (sử dựng dim đơn

giản 3 điểm tp xúc) và ASTM C496 — Phương pháp thứ tiêu chuẳn xác định cường

độ ép che của mẫu bê tông hình trụ thuộc loại này Cả hai phương pháp thử đều bao gồm

các giả định về pứng xử cơ học không phủ hợp với loại bê tông gia cố cốt sợi và do đó.

không phản ánh được ứng xứ kéo của UHPERC,

Graybeal đã đề xuất một phiên bản sửa đổi của ASTM C496 Phương pháp thử nghiệm sửa đội bao gồm yêu cầu giảm sát vết nút đầu tiên của UHPC trong quả trình thứ nghiệm

và tính toán độ bền kéo đứt gãy dựa trên tải trong vết nứt đầu tiên quan sát được.

“Cá phương pháp thử nghiệm dựa trên thí nghiệm uốn đã được để xuất và trong một số

trường hợp, được iêu chuẩn hóa, ASTM C1609 và RILEM TC 162-TDF đều đưa ra các

phương pháp thử nghiệm để sử dụng trong việc xác định phản ứng kéo của bê tông cốt

soi Các phương pháp đã được đề xuất dé phân ích kết qu thử nghiệm như để phát tiển

sắc đường cong đáp ứng độ bin kéo trự tiếp Tuy nhiên, các loại thử nghiệm uốn này

đđã được chứng mình là đ bị đánh giá quả mức về độ bền do sử dung các điều kiện hỗ

trợ không ph hợp.

Nhiễu phương pháp kiểm tra cường độ kéo rực tiếp đã được phát tiển Trong thir nghiệm kéo trực tiếp, mẫu UHPC được tải gia ti bằng tải trọng kéo đơn trục và do đồ phan ứng kéo có thể được ghi lại trực tiếp bằng cách do tải trọng và biển dang của miu thử nghiệm, Thử nghiệm căng trực tiếp có thé được chia thành hai nhôm, cu thể là các

thử nghiệm cho phép khớp xoay các đầu của mẫu thử và các thử nghiệm ngàm bai đầu

mẫu thi, Các thứ khớp có thể cung cấp dẫu hiệu về độ bn nứt đầu tiên, nhưng không

thích hợp để đánh giá các hành vi sau nứt Điều này là do sự không nhất quán cục bộ về

lút đầu ti

9 cúng tại mặt phẳng của én sự quay và kéo sợi tại vết nứt này

trước khi tạo ra toàn bộ các vết nút bd sung Các thử nghiệm cuối cố định không cho

phép quay tai các vét nứt là thích hợp để ghi lại phản ứng ứng suất-biến dạng kéo đầy 4a Tuy nhiên, các thử nghiệm này khó hoàn thành vi ứng suất uốn có thé truyền lên

mẫu trong qué trình thiết lập ban đầu.

Greybeal đã báo cáo

ình tụ ép ché, mẫu vữa, và kết quả thí nghiệm kéo trự tiếp của mẫu hình tụ Sự tổng quá do cường độ chịu kéo sửa dụng mẫu uốn hình lăng trụ, mẫu hợp các kết quả nảy cho thấy, cường độ vết nứt đầu tiên khoảng 9.0 Mpa cho mẫu bảo.

bằng hơi nước và khoảng 6.2 Mpa với không bảo đưỡng bằng nhiệt

Giá trị Môđun đàn hồi phá hủy (modulus of rupture - MOR) cho vết nứt đầu tiên xác định bằng thử nghiệm uốn mẫu lập phương (ASTM C1018) thay đổi từ 9,0 đến 10,3

MPa, tùy thuộc vào phương pháp bảo dưỡng bằng hơi nước và có giá trị rung bình là

9,0 MPa đối với các mẫu điều kiện bảo dưỡng thường Các mẫu này chịu độ võng lớn

trước khi dg 6 tải trong đình sau nứt.

1.2.3 Mô dun đàn héi

Graybeal đã do mô dun din hồi kh nén theo ASTM C469 ở độ tu từ | đến 56 ngày

đối với các mẫu thí nghiệm được bảo dưỡng theo bốn chế độ được mô tả trong cườngđồ nền Cúc giá tr được báo cáo chủ yêu là gi t trung bình của mẫu hình ty

Sau khi bảo dưỡng bằng hơi nước, các giá trí đo được là khoảng 50 GPa, Mẫu hình trụ

duge bảo đưỡng trong di phòng thí nghiệm tiêu chuẩn có giá trị môđun đàn hồi

khoảng 42.7 GPa ở 28 ngày VỀ cường độ, mô đun din hồi và biển dang ở tải lớn nhất,

UHPC cho thấy rit ít thay đổi sau khi hoàn thành quá trình bảo dưỡng bằng hơi nước.

“Các mẫu vật được bảo dưỡng trongkiện phòng thítục tăng cường độ‘wong it nhất 8 tuần sau khi đúc nhưng sự gia tăng mô dun đàn hồi và sự giảm biến dang

ở tải trọng cao nhất dường như đừng lại trong khoáng | tháng.

Mô dun đản hồi cũng được đo trong các thử nghiệm kéo trực tiếp Các giá ti đo được, trung bình là 7.500 ksi (51,9 GPa) đổi với mẫu được xử lý bằng hơi nước và 6.900 ksi

(47.6 GPa) đối với mẫu không xử lý Các giả trị nảy cao hơn một chút so với do ở thí

nghiệm nén

.Mô dun din hôi của UHPC được Graybel để xuất bằng công thứ số (1-4), dựa rên dạng

phương trình tổng quit của AASHTO và giá trị của cường độ chịu kéo (ƒ,) vào khoảng

28 đến 193 MPa,

Trong đó:

FE, = médun dan hồi

-£cường độ chịu nên UHPC

Nghiên cứu tgp theo của Graybeal đã phát iển các kết quả bổ sung liên quan đến môi

đun đản hồi của UHPC Các thử nghiệm này, được hoàn thành trên một công thức đặc biệt của UHPC để sử dung làm vật ligu đúc ti hiện trường trong các kết nổi giữa các

thành phần kết cầu, đã phát hiện ra rằng phương trình trong công thức (1-4) không phù

hợp với cường độ ừ 14 đến 26 ksi (97 và 179 MP4), Nghiên cứu này cũng nghiền cứu

tác động của nhiệt độ bảo dưỡng đối với sự phát tiễn phản của tính chất cơ học nên và phat hiện ra rằng mô đun đàn hồi có liên quan đến cường độ nén và phan lớn không phy

thuộc vào nhiệt độ bảo dưỡng.

190007 (5)

Ma vi cộng sự phát iển công thi (1-5) cho UHPC không chữa thành p phối

đá dam, như công thức (1-6)

19

Mô dun của các gid ti din hồi cũng đã được báo cáo bởi nhiều tác giả Khác nhau

Diederichs và Mersch thí nghiệm mối quan hệ ứng suất-biển dạng ở nhiệt độ bê tông

nằm trong khoảng từ 68 đến 1.560°F (20 đến 850°C), Họ nhận thấy có sự giảm mạnh cả cường độ và mô đun din hồi của vật liệu ở nhiệt độ thi nghiệm cao hơn Đằng thời, biển dang ở ứng suất cực đại tăng lên ở nhiệt độ cao hơn Các quan sát tương tự cũng, cược thực hiện bởi Pimienta và công sự đối với nhiệt độ từ 68 đến 1.110°F (20 đến 600°C) Tuy nhiên, một phần hoặc toàn bộ tổn thất đã được phục hỗi sau khi mẫu vật

nguội đi

1.2.4 Sự phụ thuộc của tối độ gia tai của vật liệu UHPFRC

Một trong những tính chất đặc biệt của vat liệu UHPFRC là tinh chất cơ học phụ thuộc vào tốc độ gia ải (Strain-rate dependent), Các nghiên cứu trong những năm gin đây cho

thấy, khả năng kháng nén, kéo, uốn và cắt của vật liệu UHPERC có xu hướng tăng lên16-31] Rong cùng cộng sự [26] Lai và Sun [27] đã

khi tốc độ gia tải tăng [2,1

nghiên cứu khả năng kháng nén của UHPFRC dướác dụng của ải trong động, cho

thấy cường độ chịu nén, biển dạng tạ lục lớn nhất (khả năng biển dạng) và biến dạng

giới hạn tăng đáng kể khi tốc độ gia tải tăng lên Habel và Gauvrean [19] và Parant et

al, [20] đã khảo sát độ bền uốn của UHPERC ở tốc độ biến dạng cao cho thấy, độ bồn cia UHPERC ở tốc độ biến dạng 2 =' cao hơn 25% so với ở tốc độ tinh trong khỉ độ bền uốn của UHPERC tăng gấp bốn lần ở tốc độ tải 500 GPa/s Mat khác, Millon et

al 28) n kéo của UHPFRC nhạy cảmvới tốc độ

(oldgen và cộng sự [29] đã công bồ rằng độ

Sn dang cao trong khoảng 100 đến 160 s", trong khi năng lượng đứt gaycủa chúng thì không Cadoni và cộng sự (2009) [30] đã khảo sát đặc tinh kéo của chỉ ra

ring độ bn kéo của UHPFRC tăng lên đáng kể khi tốc độ bin dạng tăng từ inh lên

‘Tran và Kim [31] lin đầu tiên chế tạo một may tác động khung năng lượng biển dạng

vào năm 2012 để khảo sát img suất kéo trực tp so với phản ứng biển dạng của vật liệu

tổng hợp gốc xi ming cốt sợi hiệu suất cao (HPFRCCS) ở tốc độ biển dạng cao từ 20

én 80 s' Sau đó, Pyo và EI-Tawil [32]vào năm 2015 đã xây dựng một SEFIM sửa đổi

(M-SEFIM) trong khi Park etal [33] vào năm 2016 đã thực hiện một SEFIM cải tiến (1-SEEIM) dé điều tra phan ứng kéo của ƯHPERCs ở tốc độ biến dang cao (90 đến 200 `), Độ bên kếo và khả năng tiêu tần năng lượng của UHPERC được tăng cường đáng kế tốc độ biển dạng cao, trong khi khả năng biển dang không nhạy cảm với tốc độ biển

dạng được dp dung [32] Độ bền kéo sau nút của UIIPERCsở tốc độbiển dạng cao cao

hơn khoảng 2.8

xuất các công thức để dự đoán hệ số động (Dynamic index factor ~DIEs) cho các thông,

229 lần ở tốc độ biển dạng tĩnh [33] Park và cộng sự [33] cũng để số kéo, bao gỗm độ bin kéo sau nứt khả năng biển dang và độ bén của UHPFRC.

Millard và cộng sự [18] đã khảo sát khả năng chịu cất của UHPFRC bằng cách sử dụng

hệ thống búa thả và báo cáo rằng không có sự phụ thuộc ty lệ biến dạng đáng kể vào khả năng chịu cit rong trường hop ti trong bằng búa thả, Ngo eta [5/6] đã nghiền cứu khả năng chống cắt của UHPFRCs ở tốc độ biến dạng cao bằng cách sử dụng

4gt trong L-SEFIM đã phát tiễn, Họ báo cáophương pháp kiểm tra lực cất mới được

ring UHPERC được gia cổ bằng sợi thép min thể hiện độ nhạy tốc độ cao Tuy nhiên, su tra về UHPFRC được gia cổ bằng sợi thép biển dạng, đây nghiên cứu vẫn chưa đ

thực sự là thông tin về khoảng trống vì sợi thép bị biến dạng như sợi móc và sợi xoắn

có thé tạo ra các hành vi khác nhau khi kéo và uốn trực tiếp [10,34].

“Tuy nhiên, vẫn còn có thông tn hạn chế về khả năng chịu uốn của UHIPERC ở tốc độ

biến dạng cao, diy là một dang hư hỏng chủ yéu của kết cấu khi chịu tải trọng động

hoặc ải rong va dip, nỗ [11-16] Các nghiên cứu cho thấy, khả năng kháng uốn của

vật liệu UHPC tăng đáng kể khi được gia cổ bởi cốt sợi thép và trong giới hạn hàm

lượng nghiên cửu, khả năng khẳng uốn tăng khi hàm lượng cốt si ng lên Tuy nhỉrit ít các nghiên cứu về ứng xử uốn của vật liệu UHPFRC dưới tic dụng của ti trọng

động [17-20] và các nghiên cứu này chỉ dừng lại ở tốc độ gia tải vừa phải Meng vả sông sự [17] nghiên cứu khả năng kháng uén của UHPERC dưới tic dụng của các tốc độ gia ti khác nhau (0,05; 0.50; 1.25; 2,50, và 5.00 mm/min) cho thấy cường độ uốn

tăng kh tốc độ gi ải tng ln Habel và Gauvreau [19] nghiên cứu khả năng kháng uốn

của UHPERC ở tốc độ cao cho thấy cường độ tốn của UHPERC ở tốc độ biển dạng 2

s-1 cao hơn 25% so với trường hoptải, Parant và cộng sự [20] báo cáo rằng cường,

độ kháng uốn của UHPPRC tang bốn lin ở tốc độ gia tả là 500 GPs/s

1.235 Tổng hẹp tính chất cơ hoc cơ bản của vật liệu UHPFRCS.

inh chất cơ học của vật liệu UHPFRCs hiện đã và đang nghiên cứu bai các nhà khoa

học trong và ngoài nước Tính chit của cơ học phụ thuộc rất nhiều vào việc chuẩn bị

mẫu thi nghiệm, vé vật liêu thành phn, về ham lượng, loi, bình dáng cốt sợi Tuy nhiên, một vài đặc điểm chung về tỉnh chất cơ học của UHPERC có th tổng hợp như “Chế độ bảo dưỡng bằng nhiệt độ cao có tác động đáng kể vi túc thì đỗn cúc tính chất cơ học của UHPC Nó làm tăng cường độ nén, cường độ nứt khi kéo và mô đun đàn hồi Nó làm giảm độ rio và hầu như loại bd sự co ngót sau đồ Những đặc tính này có vẫn

có thể đạt được bằng phương pháp bảo dưỡng mẫu thông thường Tuy nhiên, kết quả

đạt được bị giảm xuống và mắt nhiễu thời gian để đạt được tỉnh chất mong muỗn Các

thông tin cơ bản về tính chất cơ học của UHPPRC đã được nghiên cứu và công bổ có

thể tổng hợp trong Bảng 1.5, có thé xem xét trong thiết kế kết cấu sử dụng vật liệu

Bảng 15 Tinh chit vậtliệu của UHPERCs

(Tính chất cơ học Khoảng gi trị

"ưởng độ chịu nền 2010 30 ksi 140 to 200 MPa‘wimg độ chịu kéo 0916 15 ksi 610 10 MPa

Mô dun din hoi 60006 10.000 ksi_| 4010 70Gi

F Phu thuộc vào phương pháp bảo đưỡng, ngày thí nghiệm.

° Tông hop cả co ngót khô và co ngót tự nhiên và phụ thuộc vào phương pháp biolưỡng,

Độ chủng ứng suất của UHPC it hơn nhiều so với bê tông thông thường Diều này dẫn đến giảm tôn thất img suất trước nhưng cổ thể gây bt ii néu dựa vào đồ để giảm căng

thing cho các cầu kiện ứng suit trước UHPC có đủ khả năng chống mồi cả khỉ nén và

kéo để chống lại vải iệu chu kỹ ti Độ bền va đập của nó cao hơn độ bén tĩnh từ hai

đến ba lần.

Kết hận Chương 1: Trong Chương 1, định nghĩa, lich sử ra đời, qu tình hin thành vi phát triển, thành phần cấp phối của các loại UHPC và UHPERC được liệt kẻ Đồng

các tính chất cơ cơ lý cơ bản của UHPERC do các tác giả đã nghiên cứu và cống

1 được thing ke, tổng hợp

CHƯƠNG 2 'CHƯƠNG TRÌNH VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIEM

21 Chương trình thí nghiệm.

Trong nghiên cứu này, một chương trình thir nghiệm được thiết kế để khảo sát anh

hưởng của ham lương cốt sợi và tốc độ gia tai đến khả năng kháng uốn của vật liệ

UHPERC, như thể hiện trong Hình 2.1: sáu loạt mẫu được đúc và thử nghiệm Ký hiệu

cia từng loạt mẫu được đặt theo him lượng cốt sợi (05, 15 tương ứng với him lượng cốt sợi à 0.5 vol-% và 1.5 vol-%); tốc độ gia tải CS” tương ứng với tải trọng nh, h1” và “h2” tường ứng với tốc độ gia ti cáo mức 1 và mức 2) Thi nghiệm kiểm tra cường,

độ chịu nền của từng loại mẫu cũng được tiễn hình Kích thước mẫu thí nghiệm chịu

uốn là 50 x 50 x 210 (em), còn mẫu thí nghiệm chịu nén là mẫu hình lập phương, kích

3.2.1 Đặc diễn chung các vậtiệu thành phần UHPERC

"Như đã đỀ cập trong Chương 1, các tác gia khác nhau có thể sử dụng thành phần vật

liệu, tỷ lệ cắp phối khác nhau, phụ thuộc vào điều kiện nghiên cứu, vào điệu kiện vật

liệu địa phương nhưng đều tun thủ trên những yêu tổ chính sau

22.11 Nguyên tắc chế tao

Nguyên tắc cơ bản để cai thiện các tính chất của bê tông là tăng độ đặc của vữa xi mang

én ving tiếp giáp giữa đá xi măng và hạ edt liệu Với bệ tông UHPFRC tỷ 6

NIX có thể từ 02 đến 0.25, Với RPC tỷ lệ NIX là từ 0.17 đến 0,19 Chất kết dịnh của bê

tông UHPFRC bao gồm xi măng, muội silie và dẫn được thay thé bằng các bột quartz, 6 đường kính trung binh là l0ụm Cấ liệu lớn thường được dùng la cát quartz có cỡ

hạt lớn nhất từ 0,5 đến Imm,

[Ning cao tính đồng nhất của bô tông bing cách giới han lượng cốt iệu thô Chúng ta đã biết rằng ving chuyển tiếp giữa đá xi măng và các hat ốtliệu thường là nơi bắt đầu các

i nứt đo sự khác nhau v các tính chất cơ học và vật lý của chúng Kích thước lớn.

nhất của cốt liệu trong UHPERC đã được khuyến cáo là cần phải nhỏ hơn 600m thì

muội‘lie tối ưu là khoảng 30% so với lượng xi măng Do đó him lượng muội silie

trong UHPERC thường khoảng 25 - 30% so với khối lượng xi mang

Nẵng cao độ đặc của hỗn hợp bột, Hỗn hợp có sự phân bồ kích thước rộng có độ ring giữa các hạt nhỏ, Diễu này có nghĩa là hỗn hợp bột được phối hợp từ một số

các loi bột

= Cai thiện tinh chất của vita bằng cách giảm tỉ lệ N/X.

= Nâng cao cầu trúc vỉ mô của bể tông bằng cách xử lý nhiệt sau khi nành kết Từ năm1994 các ngha cứu mạnh mẽ đã được thực hiện ở Pháp va Canada, Lượng ding xi

ming trong loại bê tông UHPERC đầu tiên nằm tong khoảng 900 ~ 1000 kg/m’ —_ Nâng cao độ đặc của bể tông bằng các tố ưu hóa thành phần hỗn hợp và kết hop

việc sử dụng công nghệ trộn và bảo đường thích hợp.

—_ Tăng cường độ déo độ dai của bê tông bing cách sử đụng các sợi thép chất lượng

cao và kích thước nhỏ (d, 1) và hàm lượng hợp lý 2 - 6 % theo thé tích.

= Cai thign cc tinh chất của vữa bằng cách cho thêm phụ gia puzzotan, ví dụ như muội

silie Hiệu quả thay đổi của muội sili trong bê tông được cho li do các pu zơ lan

của nó phản ứng với Ca(OH): và lắp đầy vào các lỗ rồng giữa các hạt xi măng hoặc các hạt vit liệu thành phần khác, Với bé tông sử dụng các loại xi ming poocling

thông thường, lượng muội sie 18%, so với khối lượng, xi măng là đủ để phân ứnghết với Ca(OH) được tạo ra do xi măng thủy hóa Tuy nhiên, để chân kin các lỗ rồng

thì muội silie tối ưu là khoảng 30% so với lượng xi mang Một hình ảnh đặc trưngvé tinh đặc chắc của bề tông UHPFRC so với bê tông thông thường, được phóng đại

cdưới kính hiển vi đitử quét với độ phân giải cao được thểén trong Hình 2.2.

Hình 2.2 Cấu trúc đặc chắc của vật liệu UHPFRC dưới kính siêu phóng đại [33]

2.2.12 Ximing

Xi ming thường được phân loại theo tiêu chuẩn ASTM, được chia ra làm 5 loại “Thông thường UHPERC thường sử dụng xi măng nhóm I với cắp xi măng là 42,5 hoặc 52.5 MPa Ở Việt Nam thường chỉ chế tạo được xi ming PC40 cho nên vật liệu

được lựa chọn sẽ là xi măng PC40 (Hình 2.3)

—_ Xi măng Pooc Lang là chất kết dinh vícơ ri trong nước và khi cứng rắn có thể bénnước, chứa 70 - đến 80% silicat canxi và 15⁄2 aluminatcanxi, là sản phẩm thu được

từ quá trình nghiên mịn của clinker.

—_ Xi măng có thành phần hỏa khoáng theo ASTM như sau:

Bảng 2.1 Thành phần khoáng vật (%6) theo ASTM.