Nghiên cứu thực nghiệm khả năng chịu tác động tải trọng nổ của vật liệu bê tông chất lượng siêu cao (UHPC)

Bài viết này trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm khả năng chịu tác động tải trọng nổ của bê tông chất lượng siêu cao (Ultra-High Performance Concrete - UHPC). Bê tông UHPC sử dụng trong nghiên cứu được chế tạo sử dụng các vật liệu sẵn có ở Việt Nam.

Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng NUCE 2019 13 (3V): 12–21 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHẢ NĂNG CHỊU TÁC ĐỘNG TẢI TRỌNG NỔ CỦA VẬT LIỆU BÊ TÔNG CHẤT LƯỢNG SIÊU CAO (UHPC) Lê Bá Danha,∗, Phạm Duy Hòaa , Nguyễn Cơng Thắngb , Ngơ Đức Linhc , Bùi Thị Thùy Dungc , Bùi Thị Lộcd , Đỗ Văn Đạta a Khoa Cầu đường, Trường Đại học Xây dựng, 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam b Khoa Vật liệu Xây dựng, Trường Đại học Xây dựng, 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam c Viện Thiết kế Bộ Quốc phòng, 21 đường Lê Văn Lương, Hà Nội, Việt Nam d Nhà máy Z113, Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng, Bộ Quốc phòng, Thị trấn Tân Bình, huyện Yên Sơn, Tuyên Quang, Việt Nam Nhận ngày 12/06/2019, Sửa xong 05/07/2019, Chấp nhận đăng 22/07/2019 Tóm tắt Bài báo trình bày kết nghiên cứu thực nghiệm khả chịu tác động tải trọng nổ bê tông chất lượng siêu cao (Ultra-High Performance Concrete - UHPC) Bê tông UHPC sử dụng nghiên cứu chế tạo sử dụng vật liệu sẵn có Việt Nam Các bê tơng UHPC bê tơng thường có kích thước (chiều dài 1000 mm, chiều rộng 800 mm chiều dày 120 mm) chế tạo thí nghiệm nổ để so sánh Tải trọng nổ sử dụng thuốc nổ nhũ tương Sự hư hại phá hủy mặt trên, mặt mẫu thí nghiệm thành phần hạt mãnh vỡ bắn tác động tải trọng nổ phân tích so sánh bê tơng UHPC bê tơng thường Từ khố: bê tơng chất lượng siêu cao; bê tông thường; tải trọng nổ; thực nghiệm EXPERIMENTAL STUDY OF ULTRA-HIGH PERFORMANCE CONCRETE SLABS UNDER CONTACT EXPLOSIONS Abstract This paper presents an experimental study of Ultra-High Performance Concrete (UHPC) slabs under contact explosions The UHPC material is fabricated in lab using the material available in Vietnam The UHPC slabs and Normal Concrete slabs with the same dimensions (1000 mm in length, 800 mm in width and 120 mm in thickness) are fabricated and tested The Emulsion Explosive has been used The concrete crater and spall damage under contact explosions are considered and compared between UHPC slabs and Normal Concrete slabs Keywords: ultra-high performance concrete, normal concrete, blast loads, experiment https://doi.org/10.31814/stce.nuce2019-13(3V)-02 c 2019 Trường Đại học Xây dựng (NUCE) Giới thiệu Bê tông cốt thép (BTCT) vật liệu xây dựng sử dụng phổ biến Nó tạo nên kết cấu chịu lực cơng trình xây dựng BTCT ứng dụng ∗ Tác giả Địa e-mail: danhlb@nuce.edu.vn (Danh, L B.) 12 Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE 2019 gây rahọc pháCơng hoại nghệ đó, làm bước đầu nghiên cứu lý thuyết phá Danh, L B cs / Tạp chí Khoa Xâycăn dựng hoại nổ [5, 6] Kot cs [7, 8] đề xuất phương pháp lý thuyết nhiên, bê tông đối dướivới tác dụngcông tải trọng nổ, nhiên phá hoạiTuy rộng rãi cơng trình dân dụng cơngsựnghiệp trình quốc phòng, dựa số giả định đơn giản làm ảnh hưởng phương pháp đặc biệt cơng sự, ngồi u cầu bê tơng có cường độ cao khả hấp thụ làm đến xác phép tính Vào cuối năm 1980, loạt thử triệt tiêu lượng áp lực nổ gây cũngtính quan tâm lớn Một vụ nổ dù vô tình hay cố ý nghiệm nổ bê tơng McVay [9] tóm tắt, thơng số ảnh hưởng đến gần cơng trình, xác suất xảy thấp để lại hậu thảm khốc Tải trọng nổ phá hoại bê tông như: khoảng cách, trọng lượng chất nổ, độ dày với cường độ cao thời gian diễn nhanh giảicường phóng nguồn lượng lớn lượng cốt dạng độ bê tông, phụ gia bê tông hàm thépcác tường, sóng nổ Áp lực sóng nổ tác động trực tiếp lên cơng trình gây phá hoại nghiên cứu Wang cs [10] tiến hành thử nghiệm nổ tiếpvật xúc liệu kết cấu, từ dẫn đến sụp đổcác hoàn Tảilượng trọngthuốc nổ lên cơngnhau, trìnhkếtđược BTCTcơng vngtrình với khối nổ khác tồn kết sử dụng minhtrên mơ hình số nghiên minh họa Hình [1] Khi vụ nổ quan gần sát, tiếpcứu xúcquavới cấu để bêxác tông, bề mặt đốichúng Dựa lượng lớn sở liệu từ thử nghiệm nổ diện với vụ nổ, bê tông chịu nén phá hoại theo nhiều dạng khác tùy vào đương lượngsàn cs [11] phát triển thuật toán nứt tác nổ, sinh hố lõm [2], dẫn đến mấttường hoànBTCT, toàn Marchand khả năngvàchịu lực kết cấu dẫn đến công dụng tải trọng nổ sàn tường BTCT Các nghiên cứu trình bị sụp đổ [3, 4] Các mảnh vụn bê tông sinh sau nổ có tốc độ cao gây thương cho thấy, ứng xử học bê tông chịu tác động tải trọng nổ phức vong thiệt hại người tài sản Để hạn chế tối đa phá tải trọng nổ, việc nghiên cứusự phá tạp Khả năngsựchịu táchoại động tải trọng nổ BTCT không cao, ứng xử học bê tông tác động củahoại tải xuất trọng này, đósựthiết kèmtừ theo phát kế triểnthành nhanh phần cáccấp vết phối nứt làm cho công dễ bị trình tạo loại bê tơng có khả chịu áp lựcrấtnổ tốtphá hoại cần thiết Các nghiên cứu ứng xử học bê tông tác dụng tải trọng nổ thực vài thập kỷ qua Một vài nghiên cứu định dạng cấu trúc tải trọng thiệt hại nổ để đưa tải trọng tương đương gây phá hoại đó, làm bước đầu nghiên cứu lý thuyết phá hoại nổ [5, 6] Kot cs [7, 8] đề xuất phương pháp lý thuyết phá hoại bê tông tác dụng tải trọng nổ, nhiên phương pháp dựa số giả định đơn giản làm ảnh hưởng đến Hình Tải trọng nổ lên tòa nhà [1] tính xác phép tính Vào cuối Hình Tải trọng nổ lên tòa nhà [1] Bê tơng chất lượng siêu cao, hay gọi bê tơng siêu tính năm 1980, loạt thử nghiệm nổ bê tông (Ultra High Performance Concrete - UHPC) bước ngoặt cơng nghệ McVay [9] tóm tắt, thông số ảnh hưởng đến phá hoại bê tông như: khoảng cách, trọng lượng chất nổ, độ dày tường, cường độ bê tông, phụ gia bê tông hàm lượng cốt thép nghiên cứu Wang cs [10] tiến hành thử nghiệm nổ tiếp xúc BTCT vuông với khối lượng thuốc nổ khác nhau, kết quan sát, nghiên cứu qua sử dụng để xác minh mơ hình số chúng Dựa lượng lớn sở liệu từ thử nghiệm nổ sàn tường BTCT, Marchand cs [11] phát triển thuật toán nứt tác dụng tải trọng nổ sàn tường BTCT Các nghiên cứu cho thấy, ứng xử học bê tông chịu tác động tải trọng nổ phức tạp Khả chịu tác động tải trọng nổ BTCT không cao, phá hoại xuất kèm theo phát triển nhanh vết nứt làm cho cơng trình dễ bị phá hoại Bê tơng chất lượng siêu cao, hay gọi bê tơng siêu tính (Ultra High Performance Concrete - UHPC) bước ngoặt công nghệ bê tông xi măng Đây bê tơng có cường độ chịu nén cao (≥ 120 MPa) độ dẻo dai lớn, cường độ kéo uốn lên tới 40 MPa; khả chịu tác động va chạm chịu tải trọng lặp cao; độ bền độ ổn định lâu dài Các nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm giới chứng minh bê tơng UHPC có khả chống nổ tốt [12–15] Ở Việt Nam, nghiên cứu vật liệu UHPC thực khoảng 10 năm gần [16, 17] Các nghiên cứu áp dụng bê tông UHPC thực cho số cơng trình xây dựng cừ biển, cầu dân sinh, ốp Việc nghiên cứu ứng dụng UHPC cho cơng trình đặc biệt chịu tác 13 Danh, L B cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng động tải trọng nổ chưa công bố Mục tiêu đề tài nghiên cứu thực nghiệm khả chịu tải trọng nổ vật liệu UHPC sản xuất vật liệu sẵn có Việt Nam, từ phân tích ưu điểm UHPC so với bê tông thường (Normal Concrete - NC) làm sở cho việc nghiên cứu ứng dụng bê tơng cho cơng trình đặc biệt Việt Nam Các bê tông UHPC bê tơng thường có kích thước chế tạo thí nghiệm nổ để so sánh Tải trọng nổ sử dụng thuốc nổ nhũ tương có đương lượng nổ tương đương thuốc nổ TNT Bài báo bắt đầu mơ tả q trình chế tạo mẫu thí nghiệm Cơng tác thí nghiệm nổ bê tông thường bê tông UHPC giới thiệu Mục Mục phân tích so sánh kết thí nghiệm nổ bê tơng thường bê tông UHPC Mục kết luận kiến nghị kết thúc báo Công tác chế tạo mẫu UHPC thí nghiệm 2.1 Vật liệu sử dụng Vật liệu dùng nghiên cứu gồm: bê tông thường M30 sử dụng cốt liệu mịn (cát vàng) có mơ đun độ lớn Mđl = 2,5; cốt liệu thô đá dăm với cỡ hạt 5–20 mm Với bê tông chất lượng siêu cao M120, cốt liệu cát quắc có đường kính cỡ hạt trung bình khoảng 300 µm, độ rỗng chưa lèn chặt 44,9%; xi măng Pooclăng PC40, có đường kính cỡ hạt trung bình khoảng 11,4 µm; Silica fume (SF) dạng hạt rời hãng Elkem, có đường kính hạt trung bình khoảng 0,15 µm, hàm lượng SiO2 92,3%, số hoạt tính với xi măng 113,5%; tro bay (FA) sử dụng nghiên cứu có đường kính cỡ hạt trung bình khoảng 5,83 µm, hàm lượng oxit (SiO2 + Al2 O3 + Fe2 O3 ) 84,4%; sợi thép sử dụng đề tài hãng Dramix với chiều dài 13 mm, đường kính 0,2 mm cường độ kéo đứt 2750 MPa; phụ gia siêu dẻo (PGSD) sử dụng hãng BASF có gốc polycarboxylate, với hàm lượng chất khơ 30% 2.2 Cấp phối bê tông sử dụng Trong nghiên cứu, tác giả sử dụng hai loại bê tông bê tông thường (NC) mác M30 bê tông chất lượng siêu cao (UHPC) mác M120 sử dụng sợi thép với hàm lượng 2% (theo thể tích) (UHPCF2) Thành phần cấp phối bê tông sử dụng thể Bảng Bảng Cấp phối bê tông sử dụng nghiên cứu Kí hiệu NC UHPC-F2 Cát (Kg) Đá (Kg) XM (Kg) FA (Kg) SF (Kg) PGSD (Kg) Nước (Kg) Sợi (Kg) 626 1108 1210 395 831 166 111 36,9 183 164 157 2.3 Công tác chế tạo mẫu Các mẫu bê tơng thí nghiệm chế tạo dạng với kích thước: chiều dài 1000 mm, chiều rộng 800 mm chiều dày 120 mm Các mẫu thí nghiệm gia cố thép chịu lực, với cốt thép dọc gồm Φ12a110 cốt thép ngang gồm Φ8a190 Cốt thép bố trí công tác lắp đặt ván khuôn thể Hình Quá trình trộn đổ bê tông UHPC vào ván khuôn thể Hình 14 chí Khoa học Cơng NUCE Tạp Tạp chí Khoa học Cơng nghệnghệ Xây Xây dựngdựng NUCE 20192019 1000 1000 Tạp Cơng 25 nghệ 25Cơng Tạpchí chíKhoa Khoahọc học nghệXây Xâydựng dựngNUCE NUCE2019 2019 190 190 25 Danh, L B cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Ø8 1000 Ø12 Ø12 1000 ØØ 12 12 800 15 15 ØØ 88 15 800 110 800 15 110 800 12015 120 80 80 15 Ø8 190 25 190 25 15 15 110 110 6Ø8@190 190 190 6Ø8@190 Bốcốt trí thép cốt thép (a) (a) Bố trí 190 190 6Ø 8@190 6Ø 8@190 25 25 8Ø12@110 8Ø12@110 8Ø12@110 8Ø12@110 120 80 120 80 25 (b) Lắp đặt ván khuôn tạo mẫu (b) Lắp đặt ván khuôn chế chế tạo mẫu nghiệm thử thử nghiệm (a) Bốthép trí cốt thép Hình (b)Lắp Lắp đặt ván khn chế tạo mẫutạo thửmẫu nghiệm Công tác ván khuôn đặt ván khuôn chế Công tác(b) ván khuôn (a) (b) Lắp đặt ván khn chế tạo mẫu (a) Bố Bốtrítrícốt cốt thép Hình thử nghiệm thử nghiệm Hình Cơng tác ván khn Hình Hình2.2.Cơng Cơngtác tácván vánkhn khn tác trộn (a) Công tácCông trộn (a) Công tác(a)trộn (b) Đổ bê tông UHPC (b) bê Đổtông bê tông UHPC (b) Đổ UHPC Hình 3.3.Cơng tácbê bêtơng tơng mẫu thí nghiệm Cơng tác mẫu thí nghiệm Hình 3.Hình Cơng tác bê tơng mẫu thí nghiệm (a) (b) (a)Cơng Cơngtác táctrộn trộn (b)Đổ Đổbê bêtơng tơngUHPC UHPC Cơng tácHình thí nghiệm xác định cường độthí bênghiệm tơng 2.4 2.4.Cơng tác thí nghiệm xác định cường độ bê tơng 3.3.Cơng tác bê mẫu Hình Cơng tác bêtơng tơng mẫu thí nghiệm 2.4 Cơng tác thí nghiệm xác định cường độ bê tơng độbêchịu bê tông M30 TCVN Cường độcủa chịu nén nén của bê tông M30theo xác xác địnhđịnh theotheo TCVN Cường Cường nén tông M30 xác định TCVN 2.4.độ chịu Cơng tácthí thínghiệm nghiệm xác định cường độbê bê tơng3118-1993 [18] mẫu có 2.4 Cơng tác xác định cường độ tơng kích 3118-1993 150 3118-1993 × 150 × 150 mm Cường chịu nénkích củakích bê tơng UHPC M120 xác định tiêu chuẩn [18] mẫu có 150×150×150 mm Cường độ chịu [18] độ mẫu có 150×150×150 mm.được Cường độ theo chịu độ chịu nén bê tông M30 xác định theo TCVN Cường độ chịu nén bê tông M30 xác định theo TCVN Cường ASTM C39M [19] mẫu trụ có kích 100 × 200 mm bê tơng UHPC M120 chuẩn ASTM C39M bê tông UHPC M120 xác xác địnhđịnh theotheo tiêutiêu chuẩn ASTM C39M nénnén của Cường độ uốn bê tông xác định theo tiêu chuẩn ASTM mm C1609M [20], độ đó, bê tơng [18] mẫu có kích 150×150×150 mm Cường độ chịu 3118-1993 [18] mẫu có kích 150×150×150 Cường chịu 3118-1993 trụkích có kích 100×200 [19][19] trêntrên các mẫumẫu trụ có 100×200 mm.mm M30 xác định mẫu lăng trụ có kích 150 × 150 × 600 mm Với mẫu bê tông UHPC M120 xác tôngUHPC UHPCM120 M120được đượcxác xácđịnh địnhtheo theotiêu tiêuchuẩn chuẩnASTM ASTM C39M C39M néncủa củabêbêtông nén định mẫu lăng trụ có kích 100 × 100 × 400 mm [19]trên trêncác cácmẫu mẫutrụ trụ cókích kích100×200 100×200mm mm Mơ[19] đun đàn hồi bê tơngcóđược xác định theo tiêu chuẩn ASTM C469M [21], với bê mm Với mẫu bê tơng UHPC M120 xác định × 300 tơng M30 xác định mẫu trụ có kích 150 mẫu trụ có kích 100 × 200 mm 66 cứu thu sau q trình thí nghiệm thể Tính chất lý bê tơng sử dụng nghiên Bảng 15 Danh, L B cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Bảng Tính chất lý bê tơng sử dụng nghiên cứu Kí hiệu Cường độ chịu nén (MPa) Cường độ chịu uốn (MPa) Mô đun đàn hồi (GPa) NC UHPC-F2 30 120 15 30 48 Cơng tác thí nghiệm nổ 3.1 Cơng tác chuẩn bị thuốc nổ Thuốc nổ sử dụng cho thí nghiệm thuốc nổ nhũ tương có đương lượng nổ tương đương thuốc nổ TNT Căn vào nghiên cứu khuyến cáo từ đơn vị cung cấp thuốc nổ, đề tài sử dụng hai khối nổ hình trụ có khối lượng 0,5 kg 1,22 kg (Hình 4) Các thơng số Tạptrong chí học nghệnghệ Xây Xây dựngdựng NUCE 20192019 TạpKhoa chí Khoa học Công NUCE hai khổi nổ thể Bảng Công (a) Khối nổKhối 0,5kg (a) Khối nổ 0,5kg (a) nổ 0,5 kg (b) Khối nổ(b)1,22kg (b) Khối nổ 1,22kg Khối nổ 1,22 kg Hình nổdụng sử dụng HìnhHình Hình ảnh ảnh khốikhối nổ sử Hình Hình ảnh khối nổ sử dụng 3.3.Các sốbản cơbản nổ sử dụng Bảng 3.Bảng Các thông số khối nổsửsử dụng Bảng Cácthông thông số củacủa cáccác khốikhối nổ dụng Năng VậnVậnTrọng Trọng lượngĐường Đường Chiều Chiều Khối Khối Năng lượng Năng lượng Vận tốc Trọng lượng riêng Đường kính cao Chiều Khối lượng lượng riêng cao cao lượng lượng riêng kínhkính lượng tốc tốc (kJ/kg) (m/s) (g/cm3 ) (mm) 3 g/cm g/cm 1,15 mmmm 80 4095 4095 45004500 4095 1,15 1,15 1,15 80 80120 3.2 Công tác nghiệm nổ 4500 4500 40954095 KhốiKhối nổthí 2nổ 1,151,15 120120 kJ/kg m/s m/s 4500kJ/kg 4095 Khối nổ Khối nổ 2Khối nổ 4500 Khối nổ (mm) (kg) kg mmmm 86,5 kg 0,5 94 1,22 86,586,5 0,5 0,5 94 94 1,221,22 Để thực thí nghiệm nổ, bê tơng thí nghiệm kê lên giá sắt đặt trực tiếp Công tác thí nghiệm mặt (Hình 5(a)) Ở giá sắt 3.2.đất3.2 Cơng tác thí nghiệm nổ sẽnổđược đặt bạt để thu hồi mãnh vụn bê tông bắn sau nổ (Hình 5(b)) Độ phẳng kiểm tra kĩ trước đặt khối thuốc nổ Để thực nghiệm thí nghiệm nổ, bê tơng thí nghiệm kê thực bê tơng thí nghiệm lên Thuốc nổ Để đặt trựcthí tiếp tâmnổ, mặtcác trêntấm Kíp gá cố định, vngkêgóc với khối lêndây giávào sắt điểm đặt trực đất nổ (Hình 5(a)) Ở sắt lên đấu giáđiện sắt đặt trực tiếp mặt đất (Hình 5(a)) Ở giá giá sắt thuốc nổ, hỏa.tiếp Dâytrên điệnmặt nối kíp treo cọcsẽ tređược đặtđược dựa vào đặt bạt để thu hồi mãnh vụn bê tơng bắn sau nổ (Hình bê tơngđặt saomột chotấm dây và vng góc với khối 5(b)) bạtkíp đểthẳng thu hồi mãnh vụn bêthuốc tơng nổ bắn(Hình sau nổ (Hình Thí5(b)) nghiệm nổ thực bê tông gồm 02 UHPC 02 bêthuốc tông thường 5(b)) Độ phẳng tratrước kĩ trước khối Độ phẳng của tấm đượcđược kiểmkiểm tra kĩ khi đặt đặt các khối thuốc NC với khối nổ cóThuốc khối lượng kg kgtiếp (Bảng nổ lên nổ sẽ0,5 đặt1,22 trực tại4) tâm mặt Kíp nổ lên Thuốc nổ đặt trực tiếp tâm mặt Kíp gáđịnh, cố định, vng thuốc điểm gá cố vng góc góc với với khốikhối thuốc nổ, nổ, đấu đấu dây dây điệnđiện vàovào điểm hỏa.hỏa DâyDây nối nổ kípđược nổ tre dựa đặt dựa bê tơng điệnđiện nối kíp treotreo bằngbằng mộtmột cọc cọc tre đặt vàovào tấmtấm bê tông sao chocho 16 thẳng kíp thẳng vng thuốc nổ (Hình 5(b)) dây dây kíp vng góc góc với với khốikhối thuốc nổ (Hình 5(b)) Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE 2019 Danh, L B cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng NUCE 2019 (a) Kích thước giá sắt (b) Hình ảnh thí nghiệm (b) Hình ảnh thí nghiệm (b) Hình ảnh thí nghiệm (a) Kích thước giá sắt Hình 5.Hình Cơng thítácnghiệm nổ nổ tác Cơng thí nghiệm (a) Kích thước giá sắt Hình Cơng tác thí nghiệm nổ Thí nghiệm nổ gồmnổ02 UHPC Bảngthực Nội dung chi4tiết cácbêthítơng nghiệm 02 UHPC nổ tấmlượng bê tơng gồm 02Thí tấmnghiệm bê tơng thường NCthực với 2hiện khối nổ có4khối 0,5kg 1,22kg Tấm thí nghiệm Khối lượng nổ thuốc (kg)lượng 0,5kg Kí hiệuvàthí1,22kg nghiệm vàTT 02 tơng thường NC với khối cónổ khối (Bảng 4).bê UHPC UHPC-M0,5 (Bảng 4) thí nghiệm nổ Bảng Nội dung chi tiết các0,5 TT TT NC Bảng Tấm thíUHPC nghiệm NC Tấm thí nghiệm 0,5 Nội dung chithuốc tiết1,22 Khối lượng nổ 1,22 (kg) NC-M0,5 thí Kí nghiệm UHPC-M1,22 hiệu thínổ nghiệm NC-M1,22 Khối lượng thuốc nổ Kí hiệu thí nghiệm UHPC 0,5(kg) UHPC-M0,5 Phân tích kết thí nghiệm NC 0,5 NC-M0,5 Kết hai UHPC (thí nghiệm (thí nghiệm NC-M0,5) ứng phá hoại UHPC 0,5 UHPC-M0,5) NCUHPC-M0,5 với khối 3nổ 0,5 kg thể Hình1,22 Đối với bê tông UHPC, khối nổ gây UHPC UHPC-M1,22 một2hố lõm có kích thước ngang 10 cm, sâu 1,5 cm mặt (Hình 6(a)); mặt bê tơng NC 0,5 NC-M0,5 bị bong lớp có kích thước ngang 33 cm (Hình 7(a)) Ngồi khơng xuất vết nứt NC 1,22 NC-M1,22 hai mặt Trong đó, bê tơng thường NC, lỗ thủng xuất vị trí đặt tải UHPC 1,22 UHPC-M1,22 trọng nổ, xuyên từ mặt xuống mặt dưới, với kích thước 26 cm mặt 35 cm mặt tíchbềkết nghiệm Ngồi4.ra,Phân hai mặt củathí NC xuất nhiều vết nứt tải trọng nổ gây (Hình 7(b)) NC 1,22 NC-M1,22 6(b), Hình Kết phá hoại hai UHPC (thí nghiệm UHPC-M0,5) Với khối nổ khối lượng 1,22 kg (thí nghiệm UHPC-M1,22 NC-M1,22), bê tông UHPC khối nổ kg thước thể trongnày Hình NCxuất (thíhiện nghiệm NC-M0,5) bắt đầu lỗ thủng vị tríứng đặtvới tải trọng nổ.0,5 Kích lỗ thủng theo phương ngang Hình kết Đối vớidưới bê(Hình tơng 8(a), UHPC, khối nổ Ngoài gây mộthiện hố thêm số vết 6trên Phân tích thílàbằng nghiệm mặt 16 cm mặt 30 cm Hình 9(a)) ra,raxuất lõm có kích thước ngang 10 cm, sâu 1,5 cm mặt (Hình 6(a)); mặt nứt hai mặt UHPC Trong đó, NC bị phá hủy hoàn toàn, lỗ thủng UHPC (thí 33 nghiệm UHPC-M0,5) códưới kíchKết thước 30bịphá cmbong hoại mặtmột hai 58 mặt dưới, kèm theo (Hình nhiều vết nứt lớn, cốtvàthép bị cm 7(a)) bê tơng lớp có cm kích thước ngang biến dạng 8(b), NC-M0,5) Hình ứng kg Hình NC (thí(Hình nghiệm Ngồi khơng xuất 9(b)) vếtvới nứt khối ởnổ 0,5 hai mặt Trongthể khihiện đó, đối hợp kích phá hoại mặt mặtUHPC, khối thínổ nghiệm nổ thể 6Tổng Hình thước Đối với ởbằng bê tông gây hố Hình 10 Dựa vào kết thí nghiệm thấy rằng, với kích thước, bê tơng UHPC có khả lõm cótải kích thước 10 cm, sâu mặtthường (Hình 6(a)); mặt chịu trọng nổ tốtngang nhiều so với bê 1,5 tôngcm cốt ởthép Với khốicòn lượng nổ, kích thước phábê hoại UHPC giảmmột gần với NC ngang Đặc biệt,33 cáccm vết (Hình nứt xuất 7(a)) bề tơng bị bong lớp có nửa kíchso thước mặt UHPC ít, có độ mở rộng bé so với vết nứt bề mặt NC (Hình 11) Điều Ngồi khơng xuất vết nứt hai mặt Trong đó, đối giải thích nhờ vào vai trò sợi thép UHPC Các sợi thép là cầu nối làm hạn 917 với tông NC, lỗ xuất tạitấm vịNC trí đặtcũng với bê tơng thường NC, lỗ thủng thủng xuất tải cm ởthường mặt Ngoài hai bề NC xuất 35 cm mặt Ngoài ra,ra, hai bềhiện mặtmặt củacủa xuất 35bê cm mặt trọng xuyên từtừ mặt xuống dưới, kích thước 26 trọng nổ, xuyên mặt xuống mặt dưới, với kích thước 6(b), Hình 7(b)) nhiều nứt trọng nổ ravới (Hình 6(b), Hình 7(b)) rấtnổ, nhiều vếtvết nứt dotrên tảitải trọng nổmặt gâygây (Hình cmởởmặt mặtdưới dưới.Ngoài Ngoài ra, ra, trên hai hai bề bề mặt mặt của NC xuất trênvàvà35 35cm L cs / Tạp chí học nghệ Xây dựngHình 6(b), nứt trọng nổ gây (Hình 6(b), Hình 7(b)) hiệnrất rấtnhiều nhiềuvết vếtDanh, nứtdo doB.tải tải trọng nổKhoa gây raCơng (Hình NC-M0,5 (b)(b) NC-M0,5 UHPC-M0,5 (a)(a) UHPC-M0,5 (a) UHPC-M0,5 (b) NC-M0,5 (b) NC-M0,5 Hình Kích thước hoại mặt tông nghiệm 6 Kích thước pháphá hoại mặt bê bê tơng sausau thíthí nghiệm (a)Hình UHPC-M0,5 (b) NC-M0,5 (a) UHPC-M0,5 Hình Kích thước phá hoại mặt bê tơng sau thí nghiệm Hình6.6.Kích Kíchthước thướcphá pháhoại hoạiởởmặt mặttrên 22 tấm bê bê tông tơng sau sau thí thí nghiệm nghiệm Hình Tạp Khoa Cơng nghệ Xây dựng NUCE 2019 Tạp chíchí Khoa họchọc Công nghệ Xây dựng NUCE 2019 (a)theo UHPC-M0,5 (b)dạng NC-M0,5 mặt dưới, kèm theo nhiều lớn, thép biến dạng (Hình 8(b), mặt dưới, kèm rấtrất nhiều vếtvết nứtnứt lớn, cốtcốt thép bị bị biến (Hình 8(b), UHPC-M0,5 (a)(a) UHPC-M0,5 (a) NC-M0,5 (b)(b) NC-M0,5 NC-M0,5 UHPC-M0,5 (b) 9(b)) Hình 9(b)) Hình Kích thước phá hoại mặt bê tơng sau thí nghiệm UHPC-M0,5 (a)Hình NC-M0,5 (b) Hình 7.7.7 Kích thước phá hoại mặt mặt 2tấm tơng sau thí nghiệm Hình Kích thước phá hoại mặt bê tơng sau thí nghiệm Hình Kích thước phá hoại bêbêtơng tơng sau thí nghiệm Hình Kích thước phá hoại ởởmặt 22 bê sau thí nghiệm kg(thí (thí(thí nghiệm UHPC-M1,22 NCVới khối nổ lượng 1,22 kg nghiệm UHPC-M1,22 và NCVới khối nổ22khối lượng 1,22 kg nghiệm UHPC-M1,22 NCVới khối 2khối khối lượng kg (thí nghiệm UHPC-M1,22 NCVới khối nổnổ khối lượng 1,221,22 M1,22), bêtông tông UHPC đầu xuất lỗ thủng vịtại trívị đặtđặt tải tải trọng M1,22), bê UHPC bắtbắt đầuđầu xuất thủng trọng M1,22), tông UHPC xuất lỗ thủng tải trọng M1,22), bêbê tông UHPC bắt đầu xuất lỗlỗthủng tạitại vị vị trítrí đặttrí tảiđặt trọng củalỗ lỗlỗ thủng theo phương ngang mặt 16 cmcm vàcm nổ Kích thước thủng nàynày theo phương ngang mặt nổ Kích thước thủng theo phương ngang mặt nổ Kích thước củacủa lỗ thủng theo phương ngang ởở mặt 16 16 cm16 và nổ Kích thước mặt là30 30cm cm(Hình (Hình 8(a), Hình 9(a)) Ngồi ra, xuất thêm sốmột mặt 8(a), Hình 9(a)) Ngồi xuất thêm mặt (Hình 8(a), Hình 9(a)) Ngoài ra, xuất thêm mặt là 3030 cmcm (Hình 8(a), Hình 9(a)) Ngồi ra,ra,xuất thêm mộtmột số số số đó, NC bịbị phá hủy hầuhầu vết nứtở ởhai mặtcủa củatấm UHPC UHPC Trong đó,tấm tấmtấm NC phá hủy nhưnhư vết nứt mặt Trong khiđó, đó, NC bịhủy phá hủynhư hầu vết nứt ởhai hai mặt UHPC Trong NC bị phá vết nứt hai mặt củacủa tấmtấm UHPC Trong cm mặt 58 cm hoàn toàn, lỗ thủng có kích thước 30 cmNC-M1,22 ởmặt mặt 58 cm ở hoàn toàn, lỗ thủng tấmtấm cókích kích thước cm mặt hồn tồn, thủng có kích thước 30 58và cm58 cm hoàn toàn, lỗ(a)lỗ thủng ởở có 3030cm UHPC-M1,22 (b) (b) thước NC-M1,22 (b) NC-M1,22 (a)(a) UHPC-M1,22 UHPC-M1,22 10 10trên 10 Hình 8 Kích phá hoại mặt tơng sau thíthí nghiệm 10 Hình Kích thước phá hoại mặt bê tơng nghiệm Hình 8.thước Kích thước phá hoại ởởmặt 22 bêbê tơng sau thí sau nghiệm 18 (b) (a) (b) NC-M1,22 NC-M1,22 (a)UHPC-M1,22 UHPC-M1,22 Hình nghiệm Hình8.8.Kích Kíchthước thướcphá pháhoại hoạiởởmặt mặt trên 22 tấm bê tơng sau thí nghiệm Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE 2019 Danh, L B cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng nối làm hạn chế xuất phát triển vết nứt Mặt khác, làm cho vết nứt phát triển chậm hơn, tăng khả làm việc vật liệu UHPC Trong với bê tông cốt thép thường NC khơng thể có tính chất Các mảnh vỡ sau nổ thu gom bạt đặt mẫu thí nghiệm (Hình 5(b)) Sau đó, tiến hành hành sàng để phân loại kích thước cỡ hạt mảnh vỡ Khối lượng mảnh vỡ thu sau nổ ứng với cỡ hạt khác thể Hình 12 Qua biểu đồ thấy rằng, đương lượng nổ, bê tông UHPC chịu tải trọng nổ tốt nhiều so với bê tông thường, thể khối lượng vụn nổ thu NC-M1,22 được(a) rấtUHPC-M1,22 Mặt khác, với bê tơng thường, khối lượng(b) mảnh vỡ bị bắn có (b) NC-M1,22 NC-M1,22 UHPC-M1,22 (a)UHPC-M1,22 (b) (a) khối lượng lớn tập trung thành phần hạt từ 2,5mm đến 20mm Cỡ hạt Hình thước phá hoại mặt dưới22 tấm bê sausau thí nghiệm Hình9.này 9.Kích Kích thước phását hoại mặt bêtơng tơng thí bắn sẽKích có phá tính thương lớn Hình thước hoại ởởmặt bê tơng sau thí nghiệm nghiệm Kích thước phá hoại (cm) Kích thước phá hoại mặt phá hoại mặt Tổng70 hợpkích kích thước phá phá hoại hoại ởở mặt mặt Kích trênthước mặt mặt Tổng hợp thước các thí thí nghiệm nổ thể Hình 10 Dựa vào kết thí nghiệm thấy 58 nghiệm nổ thể Hình 10 Dựa vào kết thí nghiệm thấy 60 rằng, với kích thước, bê tơng UHPC có khả chịu tải rằng, với 50 kích thước, bê tơng UHPC có khả chịu tải trọngnổnổtốt tốthơn nhiều sovới vớibê bêtông tông cốt cốt thép thường Với khối lượng trọng 40 nhiều so 35 thép thường Với khối lượng 33 30 với NC Đặc nổ,kích kíchthước thướcphá pháhoại hoạicủa củaUHPC UHPC giảm gần 30 nửa so 26 giảm gần nửa so với NC Đặc nổ, 30 biệt,các cácvết vếtnứt nứt xuất bề mặt UHPC ít, có độ mở rộng bé so 16và có độ mở rộng bé so biệt, 20 xuất bề mặt UHPC ít, 10 bề mặt NC (Hình 11) Điều giải với vết nứt với vết nứt 10 bề mặt NC (Hình 11) Điều giải thích nhờ vào vai trò sợi thép UHPC Các sợi thép là cầu thích nhờ vào0vai trò sợi thép UHPC Các sợi thép là cầu UHPC-M0,5 NC-M0,5 UHPC-M1,22 11 11hiệu thí nghiệm Kí NC-M1,22 Hình 10 So sánh kích thước phá hoại mặt mặt thí Hình 10 So sánh kích thước phá hoại mặt nghiệm nổ mặt thí nghiệm nổ chế xuất phát triển vết nứt Mặt khác, làm cho vết nứt phát triển chậm hơn, tăng khả làm việc vật liệu UHPC Trong với bê tông cốt thép thường NC khơng thể có tính chất Các mảnh vỡ sau nổ thu gom bạt đặt mẫu thí nghiệm (Hình 5(b)) Sau đó, tiến hành hành sàng để phân loại kích thước cỡ hạt mảnh vỡ Khối lượng mảnh vỡ thu sau nổ ứng với cỡ hạt khác thể Hình 12 Qua biểu đồ thấy rằng, đương lượng nổ, bê tông UHPC chịu tải trọng nổ tốt nhiều so với bê tông thường, thể khối lượng vụn nổ thu rất12ít Mặt khác, với bê tông thường, khối lượng mảnh vỡ bị bắn có khối lượng lớn tập trung thành phần hạt từ 2,5 mm đến 20 mm Cỡ hạt bắn có tính sát thương lớn Kết luận, kiến nghị Bài báo trình bày kết nghiên cứu thực nghiệm khả chịu tác động tải trọng nổ vật liệu bê tông chất lượng siêu cao mẫu bê tông thường Kết thí nghiệm cho thấy: - Bê tơng chất lượng siêu cao có khả chịu tác động tải trọng nổ tốt nhiều so với bê tông cốt thép thường Việc sử dụng cốt sợi thép bê tông UHPC làm cho vết nứt xuất vật liệu tải trọng nổ xuất ít, phát triển chậm 19 Tạp Tạp chí Khoa học Cơng nghệnghệ Xây Xây dựngdựng NUCE 20192019 chí Khoa học Cơng NUCE Danh, L B cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE 2019 (a) UHPC-M1,22 (b) NC-M1,22 (a) UHPC-M1,22 (b) NC-M1,22 (a) (a) UHPC-M1,22 (b) NC-M1,22(b) NC-M1,22 UHPC-M1,22 Hình 11 Vết nứt bề mặt bê tơng UHPC bê tong thường NC Hình 11 Vết11 nứt ởnứt bềởởmặt của bê bê tông UHPC bê thường NC Hình 11 Vết bề bêtơng tơng UHPC vàtong bê tong thường Hình Vếtnứt bề mặt mặt UHPC bê tông thường NC NC UHPC-M0,5 NC-M0,5 NC-M0,5 UHPC-M1,22 UHPC-M1,22 UHPC-M1,22 NC-M1,22 NC-M1,22 NC-M1,22 Khối lượng (g) Khối lượng (g) Khối lượng (g) 10000 UHPC-M0,5 UHPC-M0,5 9000 10000 10000 8000 90009000 7000 80008000 6000 5000 70007000 4000 60006000 3000 50005000 2000 40004000 1000 30003000 NC-M0,5 20002000 10001000 0 Cỡ hạt (mm) Hình12 12.Khối Khốilượng lượngmãnh mãnhvỡvỡthu thuđược đượcsau saukhi khinổnổứng ứngvới vớicác cáccỡcỡhạt hạtkhác khácnhau Hình Kết luận, kiến nghị Cỡ hạt Cỡ(mm) hạt (mm) - Với đương lượng nổ, khối lượng kích thước mảnh vỡ mẫu UHPC nhỏ Bàilượng báo đãmãnh trình bày kết nghiên cứunổ thực cỡ khảhạt 12.cỡ Khối sautông ứng với khác 12 vỡ thu sau nổnghiệm ứng với hạtbêkhác nhiều soHình vớiHình hạtKhối bắn lượng sau mãnh khivỡnổthu từ mẫuđược bê cốt thép thường Với cỡ mẫu tông thường, chịu tác động tải trọng nổ vậtnhau liệu bê tông chất lượng siêu cao mẫu khối lượng mảnh vỡ bị bắn có khối lượng lớn tập trung thành phần hạt từ 2,5 mm đến 20 mm Trong bêluận, tông cấp hạt thu13được sau nổ đó, Kết luận, kiếnUHPC nghịnghị với Kết kiến Từ lý nêu trên, nghiên cứu đề xuất áp dụng bê tông chất lượng siêu cao cho Bài báo báo trìnhtrình bày kết kết nghiên cứu thựcthực nghiệm khả năngnăng nghiên khả cơng trình đặc biệt,Bài chịu tác động củabày tải trọngquả nổ, đặc biệt cứu cơngnghiệm trình quốc phòng chịuchịu tác động tải trọng nổ vật liệu bê tông chất lượng siêu cao mẫu tác động tải trọng nổ vật liệu bê tông chất lượng siêu cao mẫu Lời cảm ơn 13 13 Nhóm tác giả chân thành cảm ơn hỗ trợ tài trường Đại học Xây dựng Viện Thiết kế Bộ Quốc phòng cho đề tài khoa học công nghệ cấp trường trọng điểm mã số 234-2018/KHXD-TĐ, thực theo hợp đồng hợp tác nghiên cứu khoa học công nghệ trường Đại học Xây dựng Viện Thiết kế Bộ Quốc phòng 20 Danh, L B cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Tài liệu tham khảo [1] Ngo, T., Mendis, P., Gupta, A., Ramsay, J (2007) Blast loading and blast effects on structures–an overview Electronic Journal of Structural Engineering, 7(S1):76–91 [2] Li, J., Hao, H (2014) Numerical study of concrete spall damage to blast loads International Journal of Impact Engineering, 68:41–55 [3] Baˇzant, Z P., Verdure, M (2007) Mechanics of progressive collapse: Learning from World Trade Center and building demolitions Journal of Engineering Mechanics, 133(3):308–319 [4] Szuladzi´nski, G., Szamboti, A., Johns, R (2013) Some Misunderstandings Related to WTC Collapse Analysis International Journal of Protective Structures, 4(2):117–126 [5] Li, J., Hao, H (2011) A two-step numerical method for efficient analysis of structural response to blast load International Journal of Protective Structures, 2(1):103–126 [6] Dragos, J., Wu, C (2014) Interaction between direct shear and flexural responses for blast loaded oneway reinforced concrete slabs using a finite element model Engineering Structures, 72:193–202 [7] Kot, C A., Valentin, R A., McLennan, D A., Turula, P (1978) Effects of air blast on power plant structures and components Technical report, Argonne National Lab., IL (USA) [8] Kot, C A (1978) Spalling of concrete walls under blast load Structural Mechanics in Reactor Technology, 31(9):2060–2069 [9] McVay, M K (1988) Spall damage of concrete structures Technical report, ARMY Engineer Waterways Experiment Station Vicksburg MS Structures LAB [10] Wang, W., Zhang, D., Lu, F., Wang, S.-c., Tang, F (2013) Experimental study and numerical simulation of the damage mode of a square reinforced concrete slab under close-in explosion Engineering Failure Analysis, 27:41–51 [11] Marchand, K A., Plenge, B T (1998) Concrete hard target spall and breach model Air Force Research Laboratory, Munitions Directorate, Lethality [12] Bibora, P., Drdlová, M., Prachaˇr, V., Sviták, O (2017) UHPC for blast and ballistic protection, explosion testing and composition optimization In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, IOP Publishing [13] Li, J., Wu, C., Hao, H., Su, Y (2015) Investigation of ultra-high performance concrete under static and blast loads International Journal of Protective Structures, 6(2):217–234 [14] Li, J., Wu, C., Hao, H (2015) Residual loading capacity of ultra-high performance concrete columns after blast loads International Journal of Protective Structures, 6(4):649–669 [15] Wu, C., Oehlers, D J., Rebentrost, M., Leach, J., Whittaker, A S (2009) Blast testing of ultra-high performance fibre and FRP-retrofitted concrete slabs Engineering Structures, 31(9):2060–2069 [16] Thắng, N C (2013) Nghiên cứu chế tạo bê tông chất lượng siêu cao sử dụng silica fume xỉ lò cao hạt hóa nghiền mịn Việt Nam Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, 7(1):83–92 [17] Thắng, N C., Tuấn, N V., Hanh, P H., Lâm, N T (2013) Nghiên cứu chế tạo bê tông chất lượng siêu cao sử dụng hỗn hợp phụ gia khoáng silica fume tro bay sẵn có Việt Nam Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng, (2):21–29 [18] TCVN 3118-1993 Bê tông nặng - Phương pháp xác định cường độ nén Bộ Khoa học Công nghệ, Việt Nam [19] ASTM C39M (2012) Standard test method for compressive strength of cylindrical concrete specimens Annual book of ASTM standards, [20] ASTM C1609 (2012) Standard test method for flexural performance of fiber-reinforced concrete (using beam with third-point loading) Annual book of ASTM standards, [21] ASTM C469M (2012) Standard test method for static modulus of elasticity and Poisson’s ratio of concrete in compression Annualbook of ASTM standards, 21 ... cứu thực nghiệm khả chịu tác động tải trọng nổ vật liệu bê tông chất lượng siêu cao mẫu bê tông thường Kết thí nghiệm cho thấy: - Bê tơng chất lượng siêu cao có khả chịu tác động tải trọng nổ. .. kết nghiên cứu thựcthực nghiệm khả năngnăng nghiên khả cơng trình đặc biệt,Bài chịu tác động củabày tải trọngquả nổ, đặc biệt cứu cơngnghiệm trình quốc phòng chịuchịu tác động tải trọng nổ vật liệu. .. sản Để hạn chế tối đa phá tải trọng nổ, việc nghiên cứusự phá tạp Khả năngs chịu táchoại động tải trọng nổ BTCT không cao, ứng xử học bê tông tác động củahoại tải xuất trọng này, đósựthiết kèmtừ