Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông: Nghiên cứu ứng xử cơ-điện của bê tông tính năng cao dưới tải trọng uốn trùng phục

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS Nguyễn Duy Liêm

Cán bộ hướng dẫn khoa học 2: TS Lê Bá Khánh

KỸ THUẬT XÂY DỰNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: PHAN TẤN DUY MSHV: 2170826

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông Mã số: 8 58 02 05

I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu ứng xử cơ-điện của bê tông tính năng cao

dưới 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

1 Làm rõ tính chất thông minh tự cảm biến trong giai đoạn đàn hồi của bê tông tính năng cao thông qua ứng xử của điện trở dưới tải trọng uốn trùng phục ở cả vùng chịu nén và vùng chịu kéo của mẫu thí nghiệm

2 Đề xuất một mô hình để xác định hệ số cảm biến thông qua ứng xử cơ-điện của bê tông tính năng cao dưới tác dụng của tải trọng uốn trùng phục trong giai đoạn đàn hồi

3 Đánh giá mức độ ảnh hưởng của nhiệt độ đến tính chất thông minh tự cảm biến của bê tông tính năng 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 8 năm 2023

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1

(Họ tên và chữ ký)

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2

(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

(Họ tên và chữ ký)

LỜI CẢM ƠN

Luận văn này được hỗ trợ tài chính từ Quỹ Phát triển khoa học và công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) dưới 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 và thầy TS Lê Bá Khánh đã gợi mở và định hình ý tưởng ban đầu cho đề tài này cũng như kiểm tra khối lượng nghiên cứu, tính mới của đề tài

Em muốn gửi lời tri ân đến quý Thầy (Cô) thuộc bộ môn Cầu Đường, khoa Kỹ thuật Xây dựng, trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM đã truyền dạy những kiến thức giá trị trong chuyên ngành Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến các phòng ban trong trường đã cung cấp và hỗ trợ điều kiện cũng như cơ sở vật chất, trang thiết bị trong suốt quá trình học tập tại trường Và cuối cùng, lòng biết ơn sâu sắc của em tặng cho gia đình, bạn bè, đặt biệt là các bạn trong lớp Cao học luôn luôn ủng hộ trong suốt quá trình học tập và làm việc tại trường

Luận văn thạc sĩ được hoàn thành trong khung thời gian quy định với sự dốc lòng của bản thân em, nhưng em thừa nhận rằng luận văn này vẫn có thể chứa đựng những lỗi sai Em mong nhận được sự thấu hiểu và những góp ý quý báu từ quý Thầy (Cô) cũng như tất cả các bạn

Xin chân thành cảm ơn!

Tp HCM, ngày 19 tháng 8 năm 2023

Phan Tấn Duy

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Luận văn này nhằm mục đích nghiên cứu và đánh giá tính chất thông minh tự cảm biến của bê tông tính năng cao, viết tắt là HPFRC (high-performance fiber-reinforced concrete) khi chịu tác dụng tải trọng uốn trùng phục dựa trên các thí nghiệm Bốn loại HPFRC được chế tạo từ một loại vữa bê tông giống nhau nhưng sử dụng các loại sợi thép không giống nhau để gia cường: bê tông không gia cường sợi thép (gọi tắt là HPFRC0), bê tông được gia cường sợi thép to với hàm lượng 1,5% theo thể tích (gọi tắt là HPFRC1), bê tông được gia cường sợi thép nhỏ với hàm lượng 1,5% theo thể tích (gọi tắt là HPFRC2) và 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 là HPFRC3) Tất cả mẫu uốn HPFRC

Tất cả các mẫu HPFRC được thí nghiệm theo sơ đồ uốn ba điểm, với ba mức biên độ tải lặp khác nhau trong giai đoạn đàn hồi Đầu tiên, tính chất tự cảm biến của tất cả

) trong suốt quá trình áp tải thí nghiệm Kết quả chỉ ra rằng những loạt mẫu HPFRC có tính chất tự cảm biến cực kì tốt khi chịu tác động của tải trọng lặp Khi tỷ lệ ứng suất mỏi gia tăng từ 0,15 lên 0,5 thì tính chất tự cảm biến của tất cả bê tông HPFRC

mặt nén tăng lên, trong khi tại mặt kéo, chỉ số này giảm xuống khi gia tăng tải trọng đối với tất cả loạt mẫu HPFRC Bên cạnh đó, một mô hình để tính toán các hệ số cảm biến được đề xuất với mục đích đánh giá khả năng tự cảm biến của bốn loại bê tông nghiên cứu HPFRC khi chịu tải trọng lặp Thứ hai là, ảnh hưởng của tham số nhiệt độ đến tham số điện trở suất của bốn loại HPFRC được nghiên cứu Từ các dữ liệu thực nghiệm thu được, điện trở suất của bốn loại HPFRC nghiên cứu giảm rõ rệt khi tăng nhiệt độ từ 0oC đến 50oC

ABSTRACT

The thesis deals with the self-sensing characteristic of high-performance reinforced 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

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

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

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

LỜI CAM ĐOAN

Em cam kết rằng công việc này được tiến hành bởi chính em thông qua sự chỉ dẫn và giám sát của thầy PGS.TS Nguyễn Duy Liêm cùng thầy TS Lê Bá Khánh

Tất cả số liệu, hình ảnh và nhận định trong nghiên cứu này là hoàn toàn không ngụy tạo và không xuất hiện trong các dự án nghiên cứu khác

"Em cam kết chịu trách nhiệm pháp lý về công việc mà mình đã thực hiện

Tp HCM, ngày 19 tháng 8 năm 2023

Phan Tấn Duy

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

1.3.1 Đối tượng nghiên cứu 3

1.3.2 Phạm vi nghiên cứu 3

1.4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 4

1.4.1 Cách tiếp cận 4

1.4.2 Phương pháp nghiên cứu 4

1.5 Nội dung nghiên cứu và tiến độ thực hiện 4

1.5.1 Nội dung nghiên cứu 4

1.5.2 Tiến độ thực hiện 5

1.6 Đóng góp của nghiên cứu 5

1.6.1 Đóng góp về mặt học thuật 5

1.6.2 Đóng góp về mặt thực tiễn 5

1.7 Bố cục của luận văn 5

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC 6

2.1 Tổng quan về bê tông tính năng cao 6

2.2 Cơ sở lý thuyết 7

2.2.1 Ứng xử của bê tông HPFRC khi chịu tải trọng uốn tĩnh 7

2.2.2 Ứng xử của bê tông HPFRC khi chịu tải trọng uốn lặp 9

2.3 Tổng quan về khả năng thông minh tự cảm biến của HPFRC 11

2.3.1 Nghiên cứu về tính chất tự cảm biến của HPFRC trên thế giới 11

2.3.2 Nghiên cứu tính chất thông minh tự cảm biến của HPFRC tại Việt Nam 13

2.4 Nhận xét từ kết quả nghiên cứu tổng quan 14

CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ THÍ NGHIỆM 15

3.1 Sơ đồ thực hiện thí nghiệm 15

3.1.7 Sợi thép gia cường 25

3.2 Qui trình trộn và 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 và lắp đặt các điện cực 30

3.3 Thiết lập thí nghiệm 33

3.3.1 Thí nghiệm đo điện trở của bê tông HPFRC dưới tải trọng uốn lặp 33

3.3.2 Thí nghiệm đo điện trở của HPFRC với các mức nhiệt độ khác nhau 37 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN 39

4.1 Ứng xử cơ-điện của HPFRC khi chịu tải trọng lặp 39

4.2 Sự phụ thuộc vào tỷ số ứng suất mỏi đối với thông số cơ-điện của HPFRC 49 4.3 Phát triển mô hình xác định hệ số cảm biến của bê tông HPFRC 53

4.4 Ứng xử của điện trở suất của HPFRC dưới các mức nhiệt độ khác nhau 56

4.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến điện trở suất của HPFRC 63

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65

5.1 Kết luận 65

5.2 Kiến nghị 65

DANH MỤC CÁC CÔNG 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

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 1 Thành phần chính hệ thống thiết bị và kết nối bằng cảm biến 2

Hình 1 2 Lắp đặt hệ thống cảm biến tại công trình Cầu Rồng- Đà Nẵng [1] 2

Hình 2 1 Ứng xử kéo uốn điển hình của vật liệu HPFRC dưới tải trọng tĩnh 8

Hình 2 2 Phân bố mô men - độ cong và lực cắt - biến dạng trượt của dầm HPFRC 9 Hình 2 3 Đường cong mỏi điển hình của vật liệu 11

Hình 3 1 Sơ đồ thể hiện quy trình thí nghiệm trong luận văn này 16

Hình 3 2 Ảnh chụp xi măng INSEE PC40 sử dụng trong nghiên cứu 18

Hình 3 3 Ảnh chụp tro bay 19

Hình 3 4 Ảnh chụp muội silic 21

Hình 3 5 Ảnh chụp cát trắng 22

Hình 3 6 Ảnh chụp phụ gia ADVA CAST 512 dùng trong luận văn 23

Hình 3 7 Ảnh chụp nước sử dụng trong luận văn 24

Hình 3 8 Ảnh chụp sợi thép dùng trong luận văn 25

Hình 3 9 Minh hoạ qui trình trộn vật liệu HPFRC 28

Hình 3 10 Kích thước mẫu uốn HPFRC 29

Hình 3 11 Chuẩn bị ván khuôn và chế tạo mẫu 29

Hình 3 12 Máy mài và công tác làm phẳng bề mặt mẫu trước khi thí nghiệm 30

Hình 3 13 Băng đồng dùng tạo điện cực 31

Hình 3 14 Keo dẫn điện dùng dán băng đồng 31

Hình 3 15 Chi tiết mẫu thí nghiệm sau khi lắp đặt các điện cực 32

Hình 3 16 Máy Dynamic Testing System dùng uốn mẫu dưới tải lặp 34

Hình 3 17 Đồng hồ đo vạn năng Fluke 8846A 35

Hình 3 18 Thiết lập thí nghiệm đo điện trở của HPFRC dưới tải trọng lặp 35

Hình 3 19 Hình dạng tải trọng trùng phục dùng trong thí nghiệm uốn 36

Hình 3 20 Thí nghiệm đo điện trở của HPFRC ứng với các cấp nhiệt độ thay đổi 38 Hình 4 1 Tính chất cơ-điện của HPFRC0 dưới tải trọng lặp 45

Hình 4 2 Tính chất cơ-điện của HPFRC1 khi chịu tải trọng lặp 46

Hình 4 3 Tính chất cơ-điện của HPFRC2 khi chịu tải trọng lặp 47

Hình 4 4 Tính chất cơ-điện của HPFRC3 khi chịu tải trọng lặp 48

Hình 4 5 Ảnh hưởng của tỷ số ứng suất mỏi đến biên độ điện trở của các HPFRC 50

Hình 4 7 So sánh thông số cơ-điện của các HPFRC 52 Hình 4 8 Phát triển mô hình định lượng hệ số cảm biến của HPFRC 54 Hình 4 9 So sánh hệ số cảm biến của các HPFRC khi chịu tải trọng uốn lặp 56 Hình 4 10 Ứng xử điện trở suất của HPFRC0 dưới các mức nhiệt độ khác nhau 57 Hình 4 11 Ứng xử điện trở suất của HPFRC1 dưới các mức nhiệt độ khác nhau 58 Hình 4 12 Ứng xử điện trở suất của HPFRC2 dưới các mức nhiệt độ khác nhau 59 Hình 4 13 Ứng xử điện trở suất của HPFRC3 dưới các mức nhiệt độ khác nhau 60 Hình 4 14 So sánh điện trở suất của HPFRC tại các cấp nhiệt độ 62 Hình 4 15 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến điện trở suất của HPFRCs 64

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 1 Bảng tiến độ tiến hành nghiên cứu trong Luận văn 5

Bảng 3 1 Cấp phối vật liệu HPFRC theo tỉ lệ trọng lượng 17

Bảng 3 2 Tính chất cơ lý của xi măng INSEE PC40 18

Bảng 3 3 Tính chất của tro bay 20

Bảng 3 4 Tính chất của muội silic 22

Bảng 3 5 Tính chất của cát trắng 23

Bảng 3 6 Tính chất của phụ gia ADVA CAST 512 24

Bảng 3 7 Tiêu chuẩn về tính chất nước sử dụng trong thí nghiệm 25

Bảng 3 8 Thông số sợi thép nhỏ 26

Bảng 3 9 Thông số sợi thép to 26

Bảng 3 10 Tổng hợp tổ hợp mẫu thử 33

Bảng 3 11 Thông số tải trọng dùng trong nghiên cứu này 37

Bảng 4 1 Tham số cơ-điện và tham số uốn của HPFRC0 từ thí nghiệm 40

Bảng 4 2 Tham số cơ-điện và tham số uốn của HPFRC1 từ thí nghiệm 42

Bảng 4 3 Tham số cơ-điện và tham số uốn của HPFRC2 từ thí nghiệm 43

Bảng 4 4 Tham số cơ-điện và tham số uốn của HPFRC3 từ thí nghiệm 44

Bảng 4 5 Hệ số cảm biến của các loại HPFRC khi chịu tải trọng lặp 55 Bảng 4 6 Điện trở suất của các HPFRC được nghiên cứu liên quan đến nhiệt độ 61

MỘT SỐ KÝ HIỆU VIẾT TẮT Chữ viết tắt

(American Society for Testing and Materials)

Concrete)

Fiber Reinforced Concrete)

MOR

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề

Đối với các công trình dân dụng và cơ sở hạ tầng hiện đại như cầu lớn, toà nhà cao tầng, đập thuỷ lợi…, việc theo dõi sức khỏe kết cấu, gọi tắt là SHM (structural health monitoring), đóng một vai trò thiết yếu trong quá trình khai thác Mục đích của công tác SHM là giúp xác định các nguy cơ xuống cấp, mức giảm khả năng chịu lực của công trình trong suốt thời gian sử dụng và khai thác Việc theo dõi sức khỏe của công trình không chỉ giúp nhận diện các hư hỏng của kết cấu mà còn cung cấp dữ liệu quý giá về ứng xử và hiệu suất vận hành của công trình tại thời điểm cụ thể Điều này bao gồm việc xác định sự tiến triển của các hư hỏng, mức độ giảm chất lượng kết cấu, đánh giá hiệu quả hoạt động thực tế của kết cấu và phản đoán ứng xử của nó trong các tình huống bất thường hoặc sự cố Dựa vào những thông tin này, công trình có thể được đề nghị giảm tải, lập kế hoạch cho việc duy tu, sửa chữa đúng lúc, bảo dưỡng, và thậm chí là thay thế, nhằm đảm bảo công trình hoạt động một cách ổn định

và an toàn, hoặc đề xuất phương pháp thiết kế xây dựng mới công trình

Ngày nay, để quan trắc sức khỏe công trình, nhiều kỹ thuật đã được phát triển thông qua các phương pháp không làm hỏng kết cấu (non-destructive methods) Một số kỹ thuật tiêu biểu như: phương pháp búa hồi âm, kỹ thuật phát tán âm thanh, phương pháp sóng siêu âm và sử dụng các cảm biến thương mại Trong số các kỹ thuật đã nêu, việc sử dụng cảm biến truyền thống - những cảm biến được gắn vào kết cấu hiện hữu đã được áp dụng tại nhiều dự án quy mô lớn ở Việt Nam (cầu Trần Thị Lý và Nút giao thông Ngã Ba Huế ở Đà Nẵng, cầu Nhật Tân ở thủ đô Hà Nội, cầu Cao Lãnh ở Đồng Tháp, cầu Nhật Lệ 2 ở Quảng Bình…) Hệ thống thiết bị và kết nối bằng các cảm biến trong công tác SHM được trình bày ở Hình 1.1

Hệ thống cápBộ

cảm biến

Thiết bị điện tử

Các đầu thu nhận tín

hiệu

Phần cứng và phần mềm máy tính

Hình 1 1 Thành phần chính hệ thống thiết bị và kết nối bằng cảm biến

Theo Hình 1.1, hệ thống thiết bị và kết nối bằng cảm biến có 5 thành phần thiết yếu như sau: (1) cảm biến, (2) cáp chuyển tải tín hiệu từ hệ thống các cảm biến về thiết bị thu nhận dữ liệu, (3) các thiết bị điện tử (bộ nhớ, thiết bị xử lý hình ảnh, thiết bị lưu trữ, hệ điều hành và vi xử lý, hệ thống màn hình có chức năng phân tích và truyền tải tín hiệu, (4) các thiết bị thu và nhận tín hiệu được lắp đặt dài hạn để giám sát trong quá trình sử dụng và (5) hệ thống máy tính (phần cứng và phần mềm) đóng vai trò quản lý bộ dữ liệu từ các cảm biến Hình 1.2 thể hiện hệ thống cảm biến thực tế tại

Cảm biến (sensors)

Đối với phương pháp này, việc chôn cảm biến vào bộ phận kết cấu sẽ làm suy yếu khả năng chịu tải trọng của kết cấu Thêm vào đó, những cảm biến truyền thống này khá đắt tiền và tuổi thọ kém, bởi chúng thường phải tiếp xúc trực tiếp từ các yếu tố

liên quan đến môi trường và điều kiện thời tiết, vì vậy theo thời gian sẽ dẫn đến hư hỏng Bên cạnh đó, hệ thống thiết bị và kết nối bằng cảm biến đòi hỏi một qui trình rất phức tạp

Ngày nay, bê tông tính năng cao gọi tắt là HPFRC (high performance fiber reinforced concretes) là vật liệu tiềm năng trong lĩnh vực xây dựng vì có nhiều tính chất cơ học ưu việt hơn so với bê tông thông thường (normal concrete, NC) và bê tông cường độ cao, gọi tắt là HSC (high-strength concrete) Bê tông HPFRC mang nhiều đặc điểm cơ học nổi trội, bao gồm: cường độ và độ bền cao, khả năng chống nứt tốt, độ hấp thụ năng lượng rất lớn cùng với đó là tuổi thọ cao Ngoài ra, bê tông HPFRC còn được nhận định sở hữu một số đặc tính thông minh như khả năng tự động phục hồi vết nứt và cảm biến hư hỏng Cơ chế cho tính năng tự cảm biến hư hỏng của HPFRC hoạt động dựa trên mối quan hệ giữa ứng suất, biến dạng và nứt nẻ của vật liệu với điện trở suất Do đó, việc tính toán thông số điện trở suất giúp ta có thể dễ dàng đánh giá các thông số cơ học được đề cập ở trên Đề tài luận văn sẽ tập trung nghiên cứu ứng xử cơ-điện của bê tông HPFRC chịu tải dụng của tải trọng uốn lặp, đặc biệt là đánh giá tính chất thông minh tự cảm biến trong miền đàn hồi với nhiều loại cốt sợi gia cường khác nhau Việc hiểu rõ ứng xử cơ-điện của HPFRC sẽ giúp ứng dụng vật liệu bê tông HPFRC trong các dự án thực tế như phát triển hệ thống các tòa nhà cao ốc, hệ thống giao thông, với mục tiêu hướng đến sự phát triển công trình xanh và bền vững

1.4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 1.4.1 Cách tiếp cận

- Tìm hiểu lý thuyết cơ chế phá hoại của vật liệu bê tông nói chung dưới tải trọng tĩnh và tải trọng trùng phục;

- Tìm các công trình nghiên cứu được xuất bản tại trong và ngoài quốc gia liên quan đến ứng xử cơ - điện của bê tông HPFRC khi chịu tải trọng lặp;

- Xác minh những khía cạnh và thông tin chưa được làm sáng tỏ, đồng thời xác định những điểm cần được khám phá thêm, dẫn đến việc đặt ra mục tiêu cho nghiên cứu; - Thực hiện các thí nghiệm nhằm chi tiết hóa và xác nhận đặc điểm tự cảm biến của bê tông hiệu suất cao;

- Tiến hành thiết lập mô hình, công thức dự báo các thông số cơ-điện trên cơ sở kết quả thực nghiệm

1.4.2 Phương pháp nghiên cứu

- Áp dụng phương pháp thống kê và tổng hợp: thu thập dữ liệu, phân loại và đánh giá các nghiên cứu liên quan đến ứng xử cơ-điện của bê tông HPFRC từ Việt Nam và thế giới;

- Áp dụng phương pháp nghiên cứu dựa trên thí nghiệm: các thử nghiệm được thực hiện trên mẫu thử tại phòng thí nghiệm; dữ liệu thí nghiệm thu được sau đó sẽ được phân tích thống kê để đảm bảo mức độ độ tin cậy mong muốn;

- Sử dụng phương pháp phân tích và đối chiếu: đánh giá và đối sánh kết quả thu thập từ thực nghiệm với những dữ liệu thí nghiệm đã xuất bản trước đó hoặc so với kết quả dựa trên lý thuyết

1.5 Nội dung nghiên cứu và tiến độ thực hiện 1.5.1 Nội dung nghiên cứu

- Tìm hiểu và tổng hợp tính chất tự cảm biến của bê tông HPFRC - Hoạch định tổng thể các thí nghiệm, thiết kế và đúc mẫu thí nghiệm - Thí nghiệm mẫu

- Phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm

- Tổng kết và báo cáo kết quả nghiên cứu của đề tài

1.5.2 Tiến độ thực hiện

Bảng 1 1 Bảng tiến độ tiến hành nghiên cứu trong Luận văn

HPFRC

2 tháng

KS Phan Tấn Duy, PGS.TS Nguyễn Duy Liêm,

TS Lê Bá Khánh 2

KS Phan Tấn Duy, PGS.TS Nguyễn Duy Liêm,

1.6.2 Đóng góp về mặt thực tiễn

Cung cấp dữ liệu hữu ích về khả năng tự cảm biến thông minh của bê tông tính năng cao khi chịu tải trọng lặp Kết quả nghiên cứu này cũng góp phần vào việc tích hợp đặc tính thông minh của HPFRC vào hệ thống các toà nhà cao tầng, tiện ích hạ tầng, nhằm tiến tới sự phát triển bền vững và hình thành các đô thị hiện đại, thông minh

1.7 Bố cục của luận văn

Chương 1: Giới thiệu chung Chương 2: Tổng quan

Chương 3: Thiết lập thí nghiệm

Chương 4: Kết quả thí nghiệm và thảo luận Chương 5: Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC 2.1 Tổng quan về bê tông tính năng cao

Bê tông là vật liệu xây dựng phổ biến có từ lâu đời Rất nhiều công trình kiến trúc, lịch sử nổi tiếng có từ thời cổ đại cho đến hiện đại có giá trị cao sử dụng vật liệu bê tông Thực tế hiện nay vật liệu bê tông rất quan trọng trong sự phát triển của cơ sở hạ tầng, các toà nhà cao tầng, đập thuỷ lợi, … thúc đẩy quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa của đất nước Nhờ sự tiến bộ trong khoa học và kỹ thuật, các nhà nghiên cứu đã và đang tiếp tục nghiên cứu và khám phá các loại bê tông mới, nhằm xây dựng các công trình vững chắc, tăng thẩm mỹ và tích hợp các đặc tính thông minh hướng đến sự phát triển bền vững Một số loại bê tông đang áp dụng có thể kể đến như: bê tông cường độ cao (HSC), bê tông tính năng cao (HPFRC), bê tông tính năng siêu cao (UHPFRC, một hình thức của HPFRC) và nhiều loại bê tông khác với nhiều tính năng hữu ích nhằm tăng cường giá trị ứng dụng So với NC và HSC, HPFRC được phát triển để có tính chất cơ học cao hơn, độ bền được cải thiện, từ đó có thể được dùng cho nhiều loại kết cấu như cột, dầm, sàn… nhằm cải thiện khả năng chịu lực và giúp tiết kiệm vật liệu do giảm kích thước cấu kiện HPFRC được chế tạo với tỷ lệ nước so với ximăng rất thấp (N/X < 0,25), kết hợp bổ sung các phụ gia khoáng như muội silic (silica fume), tro bay (fly ash) giúp cấu trúc HPFRC được lèn chặt, lỗ rỗng ít Điều này dẫn đến cường độ HPFRC cao cũng như giảm thiểu sự xâm nhập của chất xâm thực như ion clorua hay sunfat khi so sánh với bê tông truyền thống Sợi thép gia cường cũng là thành phần thiết yếu được mong đợi trong việc cải thiện tính chất cơ học của bê tông tính năng cao, đặc biệt cường độ và khả năng biến dạng trong kết cấu chịu kéo hay uốn Nhờ hiệu ứng chằng vết nứt của cốt sợi (fiber bridging mechanism), việc phát triển vết nứt của HPFRC bị hạn chế, sự giảm ứng suất sau đỉnh đường cong mối liên hệ giữa ứng suất và biến dạng ít đột ngột, tức vật liệu phá hoại ít giòn hơn Bên cạnh đó, tính chất chịu biến dạng lớn của HPFRC giúp vật liệu này hấp thụ năng lượng cơ học lớn và độ bền cực kì cao

2.2 Cơ sở lý thuyết

Luận văn này sử dụng cùng loại bê tông HPFRC đã được nghiên cứu các tính chất cơ học bao gồm cường độ chịu nén, kéo và uốn ở luận văn Thạc sỹ Nguyễn Trí Thông

dụng để khẳng định bê tông nghiên cứu trong luận văn này là bê tông HPFRC Theo

trụ tròn, có đường kính d=100 mm và d=150 mm, chiều cao mẫu bằng 2 lần đường kính, chịu tác dụng của tải trọng nén dọc trục lần lượt đạt cường độ chịu nén là

dạng hình quả tạ với kích thước làm việc 30 x 50 x 100 mm (chiều dày ×chiều rộng × chiều dài đo) dưới sơ đồ kéo trực tiếp có cường độ chịu kéo và biến dạng tương đối

2.2.1 Ứng xử của bê tông HPFRC khi chịu tải trọng uốn tĩnh

Dưới tải uốn tĩnh, ứng xử HPFRC có thể là giảm mềm cơ học hoặc tăng cứng cơ học tùy thuộc vào loại và hàm lượng thể tích của sợi được sử dụng trong vữa bê tông

vật liệu HPFRC, tính chất này luôn đi kèm với nhiều vi nứt xuất hiện trong suốt quá trình gia tăng tải trọng Kết quả là, HPFRC có độ bền cao, độ dẻo và khả năng hấp thụ năng lượng cực kì lớn Hình 2.1 mô tả biểu đồ ứng xử tăng cứng cơ học điển hình

là A và B: điểm A (LOP, fLOP), là giới hạn đàn hồi (LOP) và được định nghĩa là điểm

cơ học là cường độ kéo uốn tại MOR lớn hơn hoặc bằng cường độ kéo uốn tại LOP,

tức là fMOR fLOP Giai đoạn OA là giai đoạn đàn hồi tuyến tính, giai đoạn AB là giai đoạn hình thành các vi nứt và giai đoạn BC là giai đoạn mở rộng vết nứt chủ Mối liên hệ giữa mô men, tải trọng uốn và ứng suất kéo uốn tại MOR lần lượt được xác định theo các phương trình (2.1) và (2.2) dưới sơ đồ uốn 3 điểm Trong phương trình (2.1) và (2.2), thông số L, b và h lần lượt là chiều dài nhịp, chiều rộng và chiều cao

biên độ tải lặp (Pmax) trong nghiên cứu này

Độ võng tương đối, /L

B

Tạo nhiều vi nứtTuyến tính

và biến dạng trượt phân bố dọc theo dầm của vật liệu HPFRC với ứng xử tăng cứng

theo phương trình (2.3)

Trong đó, PLOPvà PMOR lần lượt là tải trọng tại LOP và MOR; LOPvà MOR là độ cong

2.2.2 Ứng xử của bê tông HPFRC khi chịu tải trọng uốn lặp

đường cong Wöhler, được áp dụng để phân tích ứng xử mỏi của vật liệu khi chịu tải

hoại, trong khi S được áp dụng theo nhiều dạng khác nhau Dạng điển hình ban đầu

nhất [7,8] Dạng thứ hai củaS liên quan đến fmax / fMOR [9-11], dạng này theo hàm số tuyến tính, được thể hiện ở phương trình (2.4) Có một số tài liệu đã xuất bản đưa

hoặc fmax = fmax − fmin phải thay đổi Trong đó, a, b và  là các hệ số liên quan đến tính chất vật liệu

max(maxmin)

Hình 2 3 Đường cong mỏi điển hình của vật liệu

2.3 Tổng quan về khả năng thông minh tự cảm biến của HPFRC 2.3.1 Nghiên cứu về tính chất tự cảm biến của HPFRC trên thế giới

Đặc tính thông minh tự cảm biến của một số vật liệu làm từ xi măng được các nhà nghiên cứu trên thế giới phát hiện và không ngừng phát triển Để đánh giá khả năng tự cảm biến của vật liệu người ta thường dùng hệ số tự cảm biến, thường được định nghĩa trong mẫu kéo hay nén dọc trục là độ thay đổi điện trở suất tương đối trong 1 đơn vị biến dạng tương đối dọc trục [14,15] Hiện nay thông tin về tính chất thông minh tự cảm biến của HPFRC khi chịu tải trọng uốn lặp là có nhưng chưa nhiều Một số nghiên cứu đã làm rõ tính chất tự cảm biến của vật liệu xây dựng chế tạo từ xi măng có thể liệt kê như sau:

- Chen cùng với Chung [14] đã tiến hành đánh giá thực nghiệm về thông số điện trở suất của bê tông sử dụng sợi cacbon trong thành phần vữa Họ đưa ra kết luận rằng bê tông có chứa thể tích sợi cacbon (0,2 - 0,5%) có khả năng phát hiện biến dạng trong miền đàn hồi và biến dạng không phục hồi cũng như vết nứt Trong một bài báo khoa học riêng biệt, họ cũng đã xác định được tính chất tự cảm biến của vữa bê tông được gia cường sợi cacbon (hàm lượng từ 0,2–4,2%) khi chịu tải trọng kéo [15] - Wen cùng các đồng tác giả [16] đã đối chiếu tính năng tự cảm biến giữa hai vật liệu bao gồm: thép và vật liệu xi măng gia cường bằng sợi khi chịu tác động từ tải nén lặp và kéo lặp Tác giả rút ra được nhiều kết luận quan trọng, cụ thể, hệ số cảm biến của

vật liệu gốc xi măng có chứa sợi thép với hàm lượng 0,36% theo thể tích là 1290 khi chịu kéo và 720 khi chịu nén Khi sợi thép gia cường với hàm lượng là 0,72% theo thể tích, hệ số cảm biến đạt đến 4560 khi chịu kéo và 200 khi chịu nén Ngoài ra, tác giả cũng kết luận rằng khả năng cảm biến của vật liệu làm từ xi măng có chứa sợi thép là do sự thay đổi tương tác giữa các sợi thép trong vữa bê tông, trong khi của vật liệu làm từ xi măng có chứa sợi carbon chủ yếu đến từ sự thay đổi tiếp xúc giữa các sợi carbon và vữa bê tông.

tải trọng / biến dạng của bê tông gia cường cốt sợi thép phủ đồng thau dài 6 mm dưới tải trọng ép chẻ thông qua phương pháp đo bốn điện cực DC Tác giả chỉ ra rằng điện trở của bê tông này tăng dần khi tăng tải trọng ép chẻ và có hệ số cảm biến cao nhất là 5195, cao hơn gần 2600 lần so với thiết bị đo biến dạng đối với kim loại với hệ số cảm biến là 2

- Banthia cùng các đồng tác giả [18] đã thí nghiệm thông số điện trở suất của bê tông được gia cường bằng hai loại sợi thép khác nhau (sợi thép và sợi cacbon) Họ đưa ra phán đoán rằng, khi tăng cường bằng sợi thép và sợi cacbon, điện trở suất của vữa bê tông giảm một cách rõ rệt Hơn nữa, kết quả cho thấy việc bổ sung sợi cacbon vào vữa bê tông mang lại hiệu suất cao hơn so với việc sử dụng sợi thép

- Trong một công trình nghiên cứu riêng biệt, Azhari cùng Banthia [19] đã đưa ra kết quả về việc kết hợp giữa sợi cacbon và ống nano cacbon, cho thấy khả năng cảm biến được nâng cao hơn so với việc chỉ dùng sợi cacbon, khi tiến hành thí nghiệm nén ở các tốc độ áp tải khác nhau

- Demircilioglu cùng các đồng tác giả [20] đã làm rõ khả năng tự cảm biến của bê tông được gia cường cốt liệu lớn với đường kính lên tới 15 mm và sợi thép dài 13 mm với đường kính sợi thép là 0,25 mm khi chịu tải trọng nén dọc trục Kết luận từ nghiên cứu cho thấy khả năng cảm biến tăng cao và có sự ảnh hưởng đáng kể hơn khi tăng hàm lượng sợi thép trong hỗn hợp bê tông

- Nguyen cùng các đồng tác giả [21] đã tiến hành thí nghiệm về ảnh hưởng từ sáu loại sợi thép lên khả năng tự cảm biến hư hỏng của bê tông gia cường cốt sợi khi chịu tải kéo dọc trục Nhóm tác giả đưa ra những phát hiện như sau: điện trở suất của bê tông

gia cường cốt sợi giảm một cách rõ rệt sau khi xuất hiện nứt chủ và có mối liên hệ mật thiết với sự hình thành nhiều vi nứt li ti khi vật liệu này tăng cứng cơ học Thêm vào đó, tất cả các mẫu bê tông thí nghiệm đều cho thấy hệ số cảm biến dao động trong khoảng 50 - 140 Mẫu thử gia cường bằng sợi thép dài và có độ xoắn tương đối tạo ra hệ số cảm biến cao nhất (giá trị là 140), có nghĩa là khả năng tự cảm biến hư hại cao nhất

- Gần đây, Le cùng các đồng tác giả [22] đã nghiên cứu tính chất tự cảm biến của bê tông siêu hiệu suất (UHPC) gia cường bằng hai vật liệu khác nhau (sợi thép và xỉ thép) khi chịu tải trọng nén dọc trục Kết quả cho thấy, với sự tăng của ứng suất nén, thông số điện trở suất của UHPC giảm một cách đáng kể.

tính năng siêu cao (UHPFRC) gia cường hỗn hợp sợi thép dài, trơn có đường kính là 0,3 mm và chiều dài là 30 mm, và sợi ngắn, trơn có đường kính là 0,2 mm và chiều dài là 19 mm) dưới tải trọng kéo tực tiếp Kết quả cho thấy rằng UHPFRC, với cường độ chịu nén là 180 MPa, thể hiện khả năng tự cảm biến cao nhất với hệ số cảm biến trong giai đoạn đàn hồi (trước vết nứt đầu tiên xảy ra) là 433, trong khi UHPFRC với cường độ chịu nén 152 MPa thể hiện cao nhất khả năng cảm biến hư hỏng với hệ số cảm biến là 73,7 trong giai đoạn từ khi xuất hiện vết nứt đầu tiên đến khi xuất hiện vết nứt cuối cùng

cột bê tông cường độ cao gia cường sợi thép mạ đồng thau với hàm lượng 0,5% theo thể tích khi chịu tác dụng của tải trọng nén lặp Họ kết luận rằng bê tông nghiên cứu có khả năng thông minh tự cảm biến: bê tông nghiên cứu rất nhạy cảm trong giai đoạn

2.3.2 Nghiên cứu tính chất thông minh tự cảm biến của HPFRC tại Việt Nam

Đối với trong nước, vật liệu HPFRC cũng đã được nghiên cứu chế tạo và đề xuất áp dụng, tuy nhiên ứng dụng thực tế còn hạn chế Ngoài ra, việc tìm hiểu về khả năng tự cảm biến của HPFRC tại Việt Nam còn khá mới Có rất ít đánh giá toàn diện về các đặc tính cơ-điện của HPFRC ở Việt Nam, và cụ thể hơn, liên quan đến khả năng tự cảm biến của HPFRC khi chịu tác động từ tải trọng động, ví dụ như tải lặp

2.4 Nhận xét từ kết quả nghiên cứu tổng quan

Từ tổng quan nghiên cứu như đã trình bày ở trên, mặc dù có nhiều nghiên cứu liên quan đến khả năng tự cảm biến của bê tông gia cường sợi thép khi chịu nhiều loại tải trọng khác biệt như nén, kéo và ép chẻ Tuy nhiên, thông tin về ứng xử tự cảm biến của bê tông cốt sợi dưới tải trọng lặp vẫn còn hạn chế Đặc tính tự cảm biến của vật liệu này khi chịu tải trọng động vẫn còn nhiều vấn đề cần làm sáng tỏ Do đó, ứng xử cơ-điện của HPFRCs dưới tải động cần được nghiên cứu để phát triển, ứng dụng khả năng tự cảm biến của HPFRCs trong công tác quan trắc sức khoẻ công trình xây dựng, đặc biệt là các công trình cầu có khẩu độ nhịp lớn…

CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ THÍ NGHIỆM 3.1 Sơ đồ thực hiện thí nghiệm

Tất cả các công việc thí nghiệm và nghiên cứu trong luận văn này được trình bày chi tiết trong Hình 3.1 Theo Hình 3.1, có hai mục tiêu chính của đề tài nghiên cứu này là: (1) làm rõ ứng xử cơ-điện của bê tông tính năng cao (HPFRC) dưới tải trọng lặp và (2) khám phá ảnh hưởng của yếu tố nhiệt độ đến tính chất thông minh tự cảm biến của HPFRC Vật liệu HPFRC bao gồm 04 loại: bê tông không gia cường sợi thép (gọi tắt là HPFRC0), bê tông được gia cường sợi thép to với hàm lượng 1,5% theo thể tích (gọi tắt là HPFRC1), bê tông được gia cường sợi thép nhỏ với hàm lượng 1,5% theo thể tích (gọi tắt là HPFRC2) và 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 là HPFRC3) Trong mục tiêu (1), bốn loại bê tông HPFRC0, HPFRC1, HPFRC2 và HPFRC3 lần lượt được áp tải với ba cấp tỉ lệ ứng suất fmax / fMOR như sau: mức 1 vớifmax / fMOR =0,15, mức 2 với

max / MOR 0,30

nhiệt độ được sử dụng để đánh giá mức độ ảnh hưởng đến tính chất thông minh tự

a) Mục tiêu 1

HPFRC0(không sợi)

Điện trở suất

Điện trở suất

HPFRC1(Sợi to, 1.5%)

HPFRC2(Sợi nhỏ, 1.5%)

HPFRC3(Sợi hỗn hợp, 1.5%)

Ảnh hưởng nhiệt độ ?

b) Mục tiêu 2

Hình 3 1 Sơ đồ thể hiện quy trình thí nghiệm trong luận văn này

Thành phần vật liệu để chế tạo bê tông HPFRC được định hướng chọn vật liệu sẵn có và được thương mại hóa tại Việt Nam để nâng cao khả năng ứng dụng thực tế tại nước ta Mặt khác, do tính chất cơ học - tự cảm biến của mẫu thí nghiệm HPFRC sẽ chịu tác động lớn chất lượng các thành phần vật liệu cấu thành Chính vì thế, các

thành phần vật liệu cần tuân thủ các tiêu chuẩn hiện hành Chi tiết cấp phối cho việc

Bảng 3 1 Cấp phối vật liệu HPFRC theo tỉ lệ trọng lượng

Ghi chú: giá trị cường độ nén dùng mẫu lăng trụ tròn có đường kính × chiều cao là 100 × 200 mm [2]

Theo Bảng 3.1, thiết kế thành phần cấp phối bê tông HPFRC có chứa thành phần xi măng, muội silic, cát thạch anh, tro bay, kết hợp với phụ gia hóa dẻo, nước Vai trò và yêu cầu của tất cả thành phần vật liệu chế tạo HPFRC sẽ được trình bày chi tiết và được mô tả qua ảnh chụp thực tế ở phần dưới

3.1.1 Xi măng

Xi măng trong bê tông giữ một vị trí quan trọng, chiếm khoảng 10 – 25% khối lượng cho mỗi m3 bê tông Chức năng chính của nó là kết nối các vật liệu cốt với nhau và giúp bê tông đông cứng Khi pha với nước, xi măng tạo ra một hỗn hợp vữa có khả năng linh hoạt và dẻo dai, giúp tạo ra khối bê tông cụ thể Hơn nữa, vữa này khi kết hợp với cốt thép tạo nên các cấu kiện đa dạng Dựa trên loại xi măng, có thể tạo ra nhiều dạng bê tông khác nhau, ví dụ như xi măng Portland Trong thực tế xây dựng, mỗi công trình cần sử dụng các loại bê tông với tính chất khác nhau, điều này dẫn đến nhu cầu về nhiều chủng loại xi măng Trong bài nghiên cứu này, loại xi măng được chọn để tạo HPFRC là INSEE PC40, được trình bày chi tiết trong Hình 3.2 Bảng 3.5 cung cấp tính chất cơ lý của xi măng INSEE PC40 tuân thủ theo TCVN 2682: 2009 [26]

Hình 3 2 Ảnh chụp xi măng INSEE PC40 sử dụng trong nghiên cứu Bảng 3 2 Tính chất cơ lý của xi măng INSEE PC40

3.1.2 Tro bay

Trong nghiên cứu hiện tại, phụ gia tro bay sử dụng là sản phẩm của nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân, nằm ở Bình Thuận, phù hợp với tiêu chuẩn TCVN 10302-2014 [27] Tro than, sau khi qua quy trình nhiệt điện, thường được chia thành hai loại chính: tro thô và tro mịn Tro thô bắt nguồn từ việc đốt than ở đáy lò của nhà máy nhiệt điện Còn tro bay, với hạt siêu mịn và cấu trúc tròn, tạo ra bằng cách thổi dòng khí mạnh

Giới hạn bền nén 28 ngày không nhỏ hơn

% cm2/g

qua lượng tro, loại bỏ hạt thô và giữ lại phần mịn Khi tro bay đạt chất lượng (với tỷ lệ mất khi nung < 6%), nó có thể kết hợp với xi măng để tạo nên dạng xi măng tro bay, thích hợp cho việc xây lắp các cấu trúc bê tông lớn Tro bay, bên cạnh việc lấp đầy các không gian trống trong bê tông, còn giúp tăng tính linh hoạt của bê tông và giảm lượng nước cần thiết do kích thước nhỏ và dạng hạt tròn hoàn hảo của nó Thêm vào đó, tro bay giúp kiểm soát nhiệt độ trong quá trình kết cứng, giảm sự phân lớp và thẩm thấu nước Đặc biệt, khi sử dụng cho bê tông khối lớn, thay thế 15%-30% xi măng trong hỗn hợp bằng tro bay giúp giảm rủi ro nứt nẻ và tăng cường độ Đối với các công trình ngầm hoặc các kết cấu có tiềm năng tiếp xúc với axit, việc thêm tro sẽ

phần vật liệu tro bay sử dụng để chế tạo HPFRC trong nghiên cứu này Bảng 3.3 tóm tắt tính chất của tro bay (tính chấy hoá học và vật lý) Theo Bảng 3.3, thành phần

1,41 g/cm3

Hình 3 3 Ảnh chụp tro bay

Bảng 3 3 Tính chất của tro bay

Trong đề tài luận văn này, phụ gia muội silic có nguồn gốc mua từ công ty Vi Khanh,

có tác dụng như một chất Pozzolan trong hoá học Phản ứng Pozzolan là một quá trình hóa học diễn ra giữa dioxyt silic (SiO2) (có nồng độ cao >85%) trong muội silic

thành gel CSH, một vật liệu có khả năng liên kết chặt chẽ với cốt liệu, đồng thời giảm

góp phần tăng cường độ cho bê tông và làm tăng nguy cơ bị ăn mòn và tác động hoá học trong điều kiện có axit Trong khi đó, CSH giúp gia tăng cường độ cho bê tông, đặc biệt là trong những ngày đầu sau khi trộn Một nghiên cứu từ Na uy và Canada đã chỉ ra rằng, khi tỷ lệ N/X ≤ 0,55, muội silic có thể thay thế cho xi măng với hệ số hiệu quả (3 đến 4) Do đó, với mức thay thế từ 0% đến 10%, 1 kg muội silic có thể

thay thế cho 3 đến 4 kg xi măng nhưng ít tác động đến thông số cường độ chịu nén của bê tông Ở khía cạnh vật lý, muội silic hoạt động như một chất kết dính, chủ yếu là do kích thước hạt của nó nhỏ hơn hạt xi măng từ 100 đến 150 lần Muội silic với tính chất siêu mịn của nó có thể chui vào và lấp đầy những không gian rỗng nhỏ trong matrix xi măng, nơi mà nước tự do có thể tồn tại Điều này giúp giảm khả năng của nước tự do trong việc tạo ra lỗ rỗng và ngăn chặn việc thoát nước, từ đó làm giảm

silic, nó có thể đi vào những lỗ rỗng vi mô giữa các hạt xi măng, làm giảm khả năng thấm và tăng cường độ bám dính giữa cốt liệu và hồ xi măng Điều này dẫn đến việc tăng khả năng liên kết giữa vùng chuyển tiếp giữa cốt liệu và hồ xi măng, làm tăng độ bền và độ dẻo của bê tông Như vậy, việc sử dụng muội silic không chỉ cải thiện tính chất kỹ thuật của bê tông mà còn giúp kéo dài tuổi thọ và độ bền của nó Hình 3.4 thể hiện ảnh chụp thành phần vật liệu muội silic sử dụng để đúc mẫu HPFRC trong nghiên cứu này Bảng 3.4 tóm tắt tính chất kỹ thuật của muội silic Theo Bảng

Hình 3 4 Ảnh chụp muội silic

Bảng 3 4 Tính chất của muội silic

3.1.4 Cát thạch anh

Đối với thành phần bê tông HPFRC, cát trắng được xem như là cốt liệu lớn trong khi muội silic và tro bay đóng vai trò là cốt liệu nhỏ Cần chú ý rằng, cát cho bê tông yêu cầu không bị nhiễm mặn, nhiễm phèn, ít lẫn tạp chất Cát chứa nhiều tạp chất như bụi, bùn, sét… sẽ làm giảm tính kết dính dẫn đến làm giảm cường độ của bê tông do những tạp chất này tạo nên một màng mỏng trên bề mặt cốt liệu ngăn cản sự tiếp xúc giữa xi măng và các cốt liệu khác Trong luận văn này, cát trắng được sử dụng có nguồn gốc Cam Ranh – tỉnh Khánh Hòa của công ty UHPC Việt Loại cát này không lẫn tạp chất, đáp ứng quy định hiện hành Hình 3.5 minh họa cát trắng sử dụng để chế tạo HPFRC Bảng 3.5 cung cấp các chỉ tiêu cơ lý của cát trắng Theo Bảng 3.5, cát

Hình 3 5 Ảnh chụp cát trắng

(%)

H% (độ ẩm)

LMKN

(lượng mất khi nung) (%)

Tỷ diện (m2/g)

(15-30)

3.1.5 Phụ gia siêu dẻo

Trong đề tài luận văn này, phụ gia giảm nước và nhanh ninh kết cao cấp (siêu dẻo) loại ADVA CAST 512 của công ty Vi Khanh được dùng trong thí nghiệm, tuân thủ

gia ADVA CAST 512 giúp làm giảm lượng nước nhào trộn, tăng cường tính linh động của vữa bê tông và đặc biệt không gây ra tác động tiêu cực về mặt cơ học của bê tông Hình 3.6 thể hiện phụ gia ADVA CAST 512 sử dụng trong luận văn này để chế tạo HPFRC Bảng 3.6 tóm tắt các thông số kỹ thuật của phụ gia ADVA CAST 512 Theo Bảng 3.6, phụ gia dùng trong thực nghiệm có khối lượng thể tích thay đổi

Bảng 3 6 Tính chất của phụ gia ADVA CAST 512

(Naphtalen Formadehyt Sulfonat)

3.1.6 Nước

Nước dùng trong luận văn này là nước thủy cục, đáp ứng tiêu chuẩn nêu trong Bảng

hồ vữa bê tông không lẫn tạp chất vượt quá giới hạn cho phép Độ bền và độ kết dính của hồ vữa và các cốt liệu hoặc thời gian tĩnh định và đóng rắn của bê tông có thể bị ảnh hưởng khi sử dụng nước có lẫn nhiều tạp chất Hình 3.7 thể hiện ảnh chụp của nước sử dụng để trộn vật liệu HPFRC Hàm lượng tối đa cho phép của muối hòa tan

3.7

Hình 3 7 Ảnh chụp nước sử dụng trong luận văn

Bảng 3 7 Tiêu chuẩn về tính chất nước sử dụng trong thí nghiệm

Hàm lượng lớn nhất Muối hòa

tan

Ion sunfat (SO4-2)

Ion clo (Cl-)

Cặn không tan Nước trộn dùng trong bê tông và vữa

bơm giúp bảo vệ cốt thép của các kết cấu bê tông được ứng lực trước

Nước dùng để trộn bê tông và vữa sử dụng trong việc chèn mối nối của các kết cấu bê tông cốt thép

Nước được sử dụng để trộn bê tông dành cho các kết cấu không sử dụng cốt thép Nước dùng trong việc trộn vữa cho công việc xây dựng và trát bề mặt

3.1.7 Sợi thép gia cường

Sợi thép gia cường sử dụng trong nghiên cứu này đảm bảo yêu cầu theo TCVN

nhau được gia cường trong vật liệu HPFRC bao gồm sợi thép nhỏ và sợi thép to Sợi thép nhỏ là loại sợi thẳng có hàm lượng trộn 1.5 % theo thể tích như thể hiện ở Hình 3.8a Sợi thép to có hai đầu móc với hàm lượng trộn 1.5% theo thể tích như mô tả trong Hình 3.8b Bảng 3.8 và 3.9 lần lượt cung cấp tính chất của hai loại sợi này

Hình 3 8 Ảnh chụp sợi thép dùng trong luận văn