Nghiên cứu dùng muội than đen và xỉ lò cao nghiền mịn trong việc cải thiện khả năng tự cảm biến của bê tông tính năng cao

Thông qua thực nghiệm, bài báo cung cấp thông tin hữu ích khi dùng muội than đen và xỉ lò cao nghiền mịn cải thiện khả năng tự cảm ứng của bê tông tính năng cao (high performance fiber-reinforced concretes, HPFRC) trong giai đoạn đàn hồi lẫn trong quá trình tăng cứng cơ học (strain hardening).

Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng NUCE 2019 13 (4V): 151–158 NGHIÊN CỨU DÙNG MUỘI THAN ĐEN VÀ XỈ LÒ CAO NGHIỀN MỊN TRONG VIỆC CẢI THIỆN KHẢ NĂNG TỰ CẢM BIẾN CỦA BÊ TƠNG TÍNH NĂNG CAO Nguyễn Duy Liêma , Vũ Thị Bích Ngàb,∗, Đỗ Xuân Sơna , Trần Minh Phụngc a Khoa Xây dựng, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh, 01 Võ Văn Ngân, quận Thủ Đức, Hồ Chí Minh, Việt Nam b Khoa Xây dựng, Trường Đại học Quốc tế Hồng Bàng, 215 Điện Biên Phủ, quận Bình Thạnh, TP Hồ Chí Minh, Việt Nam c Khoa Kiến trúc - Xây dựng Mỹ thuật, Trường Đại học Thủ Dầu Một, 06 Trần Văn Ơn, Phú Hoà, Thủ Dầu Một, Bình Dương, Việt Nam Nhận ngày 07/08/2019, Sửa xong 04/09/2019, Chấp nhận đăng 06/09/2019 Tóm tắt Thơng qua thực nghiệm, báo cung cấp thơng tin hữu ích dùng muội than đen xỉ lò cao nghiền mịn cải thiện khả tự cảm ứng bê tông tính cao (high performance fiber-reinforced concretes, HPFRC) giai đoạn đàn hồi lẫn trình tăng cứng học (strain hardening) Ba loại vữa bê tơng tính cao sử dụng gồm: cấp phối đối chứng (M1), cấp phối dùng muội than đen thay 1% khối lượng xi măng (M2), cấp phối dùng xỉ lò cao nghiền mịn thay 25% khối lượng xi măng (M3) Ba cấp phối gia cường cốt sợi thép loại đầu móc, hàm lượng 1,5% theo thể tích So sánh với cấp phối M1 sơ đồ kéo trực tiếp, kết thí nghiệm cho thấy cấp phối M2 M3 cải thiện đáng kể khả tự cảm biến cường độ kéo Từ khoá: bê tơng tính cao; hệ số cảm biến; tự cảm biến; vật liệu thông minh; muội than đen; xỉ lò cao nghiền mịn USING CARBON BLACK AND GROUND GRANULATED BLAST FURNACE SLAG FOR IMPROVEMENT OF SELF-SENSING CAPACITY OF HIGH PERFORMANCE FIBER-REINFORCED CONCRETES Abstract This paper provides useful information about using carbon black (CB) and ground granulated blast furnace slag (GGBS) for improvement of self-sensing capacity of high performance fiber-reinforced concrete (HPFRC) in both elastic and strain hardening stages Some HPFRC types were experimented as follows: controlled matrix containing no fibers (M1), amount wt.% of cement was partly replaced by carbon black (M2), or amount 25 wt.% of cement was partly replaced by ground granulated blast furnace slag (M3) All investigated HPFRC types contained the same amount of hooked steel fibers with 1.5% volume fraction The self-sensing capacities of M2 and M3 under direct tension were observed to be significantly higher than that of the controlled matrix, M1 Keywords: high-performance fiber-reinforced concretes; gauge factor; self-sensing; smart materials; carbon black; ground granulated blast furnace slag https://doi.org/10.31814/stce.nuce2019-13(4V)-14 c 2019 Trường Đại học Xây dựng (NUCE) ∗ Tác giả Địa e-mail: ngavtb@hiu.vn (Ngà, V T B.) 151 volume fraction Electrical resistances of tested specimens were measured during tensile loading to investigate their self-sensing capacities The self-sensing capacities of M2 and M3 were observed to be significantly higher than that of the controlled matrix, M1 Giới thiệu Liêm, N D., cs /Fiber-Reinforced Tạp chí Khoa họcConcretes, Cơng nghệ Xây dựngFactor, SelfKeywords: High-Performance Gauge sensing, Smart materials, Carbon Black, Ground Granulated Blast Furnace Slag Những năm1.gần Giớiđây, thiệubê tơng tính cao cốt sợi (high performance fiber-reinforced concrete, HPFRC) nhà nghiên cứu tìm hiểu, phát triển sâu rộng Vật liệu có tính vượt trội Những năm gần đây, bê tơng tính cao cốt sợi (high performance fiberso với bê tông truyền thống HPFRC) cường độ nén cường reinforced concrete, cáccao nhà(nén nghiên cứu90 tìmMPa), hiểu, phát triểnđộ sâukéo rộng.đạt 10 MPa tính so với bê tơng độ nén Tại cao Việt Nam, nhờ cốt sợi liênVật kếtliệu cácnàyvếtcónứt, khả vượt năngtrội chịu biến dạngtruyền độthống bềnnhư rấtcường cao [1–3] (nén 90 MPa), cường độ kéo đạt 10 MPa nhờ cốt sợi liên kết vết nứt, khả chưa phổ biến bê tông truyền thống, song bê tơng tính cao (hay siêu cao) quan chịu biến dạng độ bền cao [1-3] Tuy chưa phổ biến bê tông truyền tâm nghiên cứu,thống, ứng song dụngbêngày mộtnăng nhiều Hình mơ cầungày extradosed tuyến metro số tơng tính cao[4–6] ứng tả dụng nhiều.của Ví dụ cầu extradosed tuyến trơ tính số (Bến Thành – Suối sử cấu dụngtrụ bê tháp tơng tính (Bến Thành – Suối Tiên) sử dụng bê mê tông cao cốt sợi Tiên) kết dây văng cao cốt sợi kết cấu trụ tháp dây văng (mô tả Hình 1) Hình Trụ tháp sử dụng bê tơng tính cao trộn sợi thép Hình Trụ tháp sử dụng bê tơng tính cao trộn sợi thép Ngồi khả chịu tải lớn, HPFRC có tính chất đặc biệt khả tự cảm biến [2,3] để phục vụ quan trắc chất lượng cơng trình khai thác Công tác quan trắc nàytải rấtlớn, quanHPFRC trọng giúp đánh khảchất năngđặc chịubiệt tải kết cấu sau biến [2, 3] để Ngoài khả chịu cógiá tính khả tự cảm khoảng gian khai thác, từ có biện pháp Cơng tu, nângtác cấpquan hay hạn tải trọng phục vụ quan trắc chấtthời lượng cơng trình khai thác trắcchếnày quan trọng giúp đảm bảo an toàn khai thác [4] Phương cách quan trắc chất lượng cơng trình truyền đánh giá khả chịu tải cảm biến kết cấu sauchơn khoảng thời gian khaiphương thác, từ đónày có biện pháp thống dùng hệ thống (sensor) hay gắn vào kết cấu; pháp có hạn nhược điểm làđảm giá thành cao,tồn tuổi thọ khơng chơn sensor vào trắc chất lượng tu, nâng cấp hay chế tải trọng bảo an khai tháclâu, [7].việc Phương cách quan kết thống cấu giảm cảm chịu tải (sensor) cơng trình chơn [5] Vật liệugắn xây vào dựngkết tự cảm cơng trình truyền làlàm dùng hệkhả thống biến hay cấu; phương pháp biến giúp khắc phục nhược điểm kể Khả tự cảm biến vật có nhược điểm giá thành cao, tuổi thọ không lâu, việc chôn sensor vào kết cấu làm giảm khả chịu tải công trình [8] Vật liệu xây dựng tự cảm biến giúp khắc phục nhược điểm kể Khả tự cảm biến vật liệu HPFRC phụ thuộc nhiều vào loại cốt sợi [2], hàm lượng cốt sợi [3] hay loại bê tông [9] Cơ chế tính tự cảm biến hư hỏng diễn giải sau: ứng suất, biến dạng, hình thành vết nứt HPFRC có mối liên hệ với điện trở suất (electrical resistivity) Do xác định điện trở suất để xác định thông số học Mặc dù HPFRC có khả tự cảm biến, nhiên việc nâng cao tính cần thiết Bài báo trình bày nghiên cứu việc sử dụng muội than đen xỉ lò cao nghiền mịn để nâng cao khả tự cảm biến tính chất học HPFRC Kết nghiên cứu đóng góp cho việc ứng dụng tính chất tự cảm biến HPFRC việc phát triển xây dựng sở hạ tầng hướng đến bền vững, đô thị thông minh Thí nghiệm 2.1 Vật liệu phương pháp chế tạo mẫu nghiên cứu Bảng cung cấp thành phần cấp phối loại vữa bê tơng tính cao sử dụng gồm: cấp phối đối chứng (M1), cấp phối dùng muội than đen thay 1% khối lượng xi măng (M2), cấp phối dùng xỉ lò cao nghiền mịn thay 25% khối lượng xi măng (M3) Cường độ nén loại vữa bê tơng (khơng có cốt sợi) 89 MPa (M1), 92 MPa (M2) 109 MPa (M3) Hình thể ảnh chụp vật 152 2.2.Thí Thínghiệm nghiệm 2.1 2.1.Vật Vậtliệu liệuvàvàphương phươngpháp phápchế chếtạo tạomẫu mẫunghiên nghiêncứu cứu Bảng Bảng1.1.Thành Thànhphần phầnvữa vữabêbêtông tôngtheo theokhối khốilượng lượngvàvàcường cườngđộđộnén nén Liêm, N D., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng rrm m Phụ Phụ f f'c 'c Cấp Cấp XiXi Silica Silica Cát Cát Tro Tro gia hóa CB GGBS Nước Bảng Thành phần vữa bêgia tơnghóa theo CB khối lượng cường GGBS Nước độ nén (kΩ (kΩ- phối phối măng măng fume fumetrắng trắng bay bay (MPa) (MPa) dẻo dẻo cm) cm) (MPa) Cấp phối M1 Xi măng Silica fume Cát trắng Tro bay Phụ gia hóa dẻo CB GGBS Nước f c - - 0.26 M1 0.800 0.800 0.07 0.07 1.00 1.00 0.20 0.20 0.04 0.04 - 0.26 8989 168.11 168.11ρm (kΩ - cm) M1 M2 0,800 1,00 0,20 0.04 -0.26 0,26 89 0.792 0.07 0.008 9292 150.30 M2 0.7920,07 0.07 1.00 1.00 0.20 0.20 0.040,04 0.008 - 0.26 150.30 168,11 M2 0,792 0,07 1,00 0,20 0,04 0,008 0,26 92 150,30 M3 0.640 0.07 1.00 0.20 0.04 0.16 0.26 109 155.94 M3 0.640 0.07 1.00 0.20 0.04 0.16 0.26 109 155.94 155,94 M3 0,640 0,07 1,00 0,20 0,04 0,16 0,26 109 than đen(CB) (CB) (a)(a)Muội than (a)Muội Muội thanđen đen (CB) (b) cao nghiền mịn (GGBS) (b) XỉXỉXỉ lòlò cao mịn (GGBS) (b) lò caonghiền nghiền mịn (GGBS) Hình2.2.Vật Vậtliệu liệumuội muộithan thanđen đenvàvàxỉxỉlòlòcao caonghiền nghiềnmịn mịn Hình Hình Vật liệu muội than đen xỉ lò cao nghiền mịn Bảng1 1cung cungcấp cấpthành thànhphần phầncấp cấpphối phối3 3loại loạivữa vữabêbêtơng tơngtính tínhnăng năngcao caosửsửdụng dụng Bảng Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng NUCE 2019 gồm:cấp cấpphối phốiđối đốichứng chứng(M1), (M1),cấp cấpphối phốidùng dùngmuội muộithan thanđen đenthay thaythế thế1% 1%khối khốilượng lượng gồm: liệu muội than đen xỉ lò cao nghiền mịn sử dụng nghiên cứu Bảng cung cấp thơng tin măng(M2), (M2),cấp cấpphối phốidùng dùngxỉxỉlòlòcao caonghiền nghiềnmịn mịnthay thaythế thế25% 25%khối khốilượng lượngxiximăng măng xiximăng tính chất vật lý số vật liệu thành phần đen xỉ lò cao nghiền mịn sửcủa dụng Bảng cungcó cấp thơng tinlần (M3) Cường nén của3trong 3loại loạinghiên vữabêcứu bêtơng tơng (khơng cócốt cốtsợi) sợi) lầnlượt lượtlàlà8989MPa MPa (M3) Cường độđộ nén vữa (không Trong loại HPFRC, sử dụng sợi thép hai đầu móc (hooked) đường kính tương đương 0,375 mm, tính chất vật lý số vật liệu thành phần (M1), 92MPa MPa (M2) và109 109 MPa (M3) Hình 2thể thể hiệntin ảnh chụpchất vậtliệu liệu muội thanSợi thép (M1), (M2) MPa Hình ảnh vật than hàm lượng921,5% theo thểvà tích Bảng (M3) cung cấp một2 số thơng vềchụp tính lýmuội sợi thép Tronglượng loại HPFRC, sử 3dụng sợi đun thépđàn hai hồi đầu 200 mócGPa (hooked) đường có khối riêng 7,9 g/cm mơ Cát sử dụngkính nghiên cứu cát mịn, tương đương 0.375 mm, hàm lượng 1.5 % theo thể tích Bảng cung cấp số đường kính hạt từ 0,15 đến 0,7 mm thơng tin tính chất lý sợi thép Sợi thép có khối lượng 3 riêng 7.9 g/cm3 mơ đun Tínhcứu chấtlàvật củađường sốkính vật liệu thành đàn hồi 200 GPa Cát sử dụng Bảng nghiên cátlýmịn, hạt từ 0.15 phần đến 0.7 mm Tính Xi măng Silica Bảngchất Tính chất vật lý số vật liệu thànhfume phần Tro bay Khối lượng riêng (g/cm3 ) 3,15 Silica Tính chất Xi măng fume Độ mịn (cm2 /g) 4450 2,31 Tro 2,24 CB GGBS bay 163000 3637 Khối lượng riêng (g/cm3) 3.15 2.24 2.31 2.04 2.90 Độ mịn (cm2/g) 4450 163000 3637 5410 4287 Bảng Tính chất lý sợi thép Bảng Tính chất lý sợi thép Hình dáng Hình dáng Đường ChiềuChiều Tỉ lệ dài hình Cường độ Điện Cường trở suấtđộ kéo Đường kính Tỉ lệ hình kính dài dạng kéo đứt r f (kW-cm) (mm) (mm) (mm) dạng (L/D) đứt (MPa) (mm) (L/D) (MPa) 0.375 0,375 30 3080 2311 80 1.94×10-82311 CB GGBS 2,04 5410 2,90 4287 Điện trở suất ρ f (kΩ - cm) 1,94 ×10−8 Hỗn hợp trộn máymáy trộn trộn cưỡngcưỡng cóbức dung thùng Hỗn hợp vật vậtliệu liệuđược trộn cótích dung tíchtrộn thùng trộn 20 lít Xi măng, 20cát, lít Xi măng, cát, silica fume, tro bay muội than đen (hoặc xỉ lò cao nghiền silica fume, tro bay muội than đen (hoặc xỉ lò cao nghiền mịn)mịn) trộn khô khoảng trộn khơ khoảng 10 phút, sau nước thêm vào trộn tiếp khoảng 10 phút, sau nước thêm vào trộn tiếp khoảng phút Phụ gia siêu dẻo bổ sung từ từ phút Phụ gia siêu dẻo bổ sung từ từ thêm vào đợt để điều chỉnh 153 Mẫu vữa dưỡng hộ đạt độ dẻo phù hợp Sau sợi thép cho vào trộn 14 ngày nước 25 °C, sau mẫu vớt làm khơ khoảng 12 lò sấy nhiệt độ 70 °C Tất mẫu thí nghiệm tuối 18 ngày Liêm, N D., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng thêm vào đợt để điều chỉnh đạt độ dẻo phù hợp Sau sợi thép cho vào trộn Mẫu vữa dưỡng hộ 14 ngày nước 25◦C, sau mẫu vớt làm khơ khoảng 12 lò sấy nhiệt độ 70◦C Tất mẫu thí nghiệm tuối 18 ngày 2.2 Thiết lập thí nghiệm Hình thể kích thước mẫu kéo sơ đồ thí nghiệm kéo-cảm biến Mẫu có hình dạng tạ với tiết diện đoạn làm việc 50 × 25 mm2 , dài 100 mm [2, 3] Thí nghiệm tiến hành phòng có nhiệt độ 25 ± 3◦C độ ẩm 50 ± 6% Điện trở (R) đo sau quy điện trở suất (ρ) công thức (1): A ρ=R· (1) L Tạp chí Khoa nghệ dài Xây dựng 2019 A L diện tích mặt cắthọcvàCông chiều hoạtNUCE động mẫu, R điện trở ρ điện trở suất Mẫu kéo WI RE 40 0.050000 mW 100 Fluke 8846A V 40 A Đơn vị: mm Ứng suất kéo ρ/ρo Sơ thí đồ thí nghiệmkéo-cảm kéo-cảm biến biến HìnhHình Sơ3 đồ nghiệm Hình thể ứng xử kéo-cảm biến HPFRC Trong đường nét liền thể mối quan Tuyến tính đường nét đứt thể mối quan hệ điện trở suất tương đối – biến hệ ứng suất – biến dạng Đi ngang Chưa xuất vết nứt dạng Giá trị ρ/ρ0 , điện trở suất tương đối (ĐTSTĐ), lớn giai đoạn đầu sau giảm dần; qua khỏi Phi tuyến vết nứt sau cùng, ĐTSTĐ ngang (không thay đổi) Hệ số cảm biến (gauge factor, GF) dùng để đánh giá khả cảm biến vật liệu Hệ số cảm biến trung bình phạm vi vết nứt đầu (GFcc ) B (e , spc ) cứng(GF ) thể quapcphương phạm vi vết nứtTăng cuối trình (2) (3) pc Xuất nhiều vết nứt vi mô (ecc , scc ) (R0 − Rcc ) (R0 − Rcc )/R0 (ρ0 − ρcc ) ∆R/R0 GFcc Tuyến = tính = = = (ε − 0) ∆ε R · ε ρ0 · εcc cc cc Chưa nứt Nứt đầu Nứt cuối A GF pc C R0w− R pc ∆R/R0 ecc R0 − R pcepc R0 = = = Đàn ∆ε hồi tuyến Tăng ε cứng − Mở rộng R0 · ε pc pc tính phi tuyến vết nứt = ρ0 − ρ pc ρ0 · ε pc ρ/ρo: Điện trở suất tương đối (ĐTSTĐ) (2) (3) ĐTSTĐ sợi điện trở suất) lúc bắt R0 (hay ρ0 ), Rcc (hay ρcc ) R pc (hay ρ pc ) điện trởdùng (hay không dẫn điện đầu gia tải, vết nứt đầu vết nứt sau ĐTSTĐ dùng sợi dẫn điện Hình Biểu đồ ứng xử kéo-cảm biến HPFRC Hình thể ứng xử kéo-cảm biến HPFRC Trong đường nét liền thể 154 mối quan hệ ứng suất – biến dạng đường nét đứt thể mối quan hệ Đơn vị: mm Tuyến tính Chưa xuất vết nứt Đi ngang Ứng suất kéo ρ/ρo Liêm, N D., cs / Tạp Khoa học Cơng nghệbiến Xây dựng Hình Sơ chí đồ thí nghiệm kéo-cảm Phi tuyến B (epc , spc ) Xuất nhiều vết nứt vi mô (ecc , scc ) A Nứt đầu Tuyến tính Chưa nứt Nứt cuối Tăng cứng ecc Đàn hồi tuyến tính C epc Tăng cứng phi tuyến w Mở rộng vết nứt ρ/ρo: Điện trở suất tương đối (ĐTSTĐ) ĐTSTĐ dùng sợi không dẫn điện ĐTSTĐ dùng sợi dẫn điện Biểu đồ ứng xử kéo-cảm biến HPFRC Hình Hình Biểu đồ ứng xử kéo-cảm biến HPFRC Hình thể ứng xử kéo-cảm biến HPFRC Trong đường nét liền thể mối quan hệ ứng suất – biến dạng đường nét đứt thể mối quan hệ Kết nghiên cứu bàn luận Hình cung cấp biểu đồ ứng xử kéo-cảm biến ba loại HPFRC sử dụng cấp phối M1, M2 M3 Trong biểu đồ này, đường nét đứt thể mối quan hệ ứng suất – biến dạng đường nét liền thể mối quan hệ độ giảm ĐTSTĐ – biến dạng Theo Hình ba cấp phối tạo hiệu ứng tăng cứng học (strain hardening behaviors) liền với giảm điện trở suất Trong đó, loại M2 có ĐTSTĐ giảm rõ rệt ứng suất kéo tăng đáng kể Bảng cung cấp thông số ứng xử kéo-cảm biến ba loại HPFRCs thời điểm bắt đầu xuất vết nứt thời điểm kết thúc Bảng Thông số ứng xử kéo-cảm biến loại HPFRC Tính chất học Khả cảm biến biến dạng (strain sensing) Tại thời điểm bắt đầu xuất vết nứt εcc (%) σcc (MPa) ρ0 (kΩ-cm) ρcc /ρ0 (%) GFcc M1-Đối chứng M2-CB M3-GGBS 0,020 0,027 0,017 3,94 3,97 4,52 269,87 257,01 335,08 93,73 82,41 93,79 309,47 651,48 365,29 Tính chất học Khả cảm biến hư hỏng (damage sensing) Tại thời điểm kết thúc xuất vết nứt ε pc (%) σ pc (MPa) ρ0 (kΩ-cm) ρ pc /ρ0 (%) GF pc M1- Đối chứng M2-CB M3-GGBS 0,420 0,291 0,220 6,72 7,18 6,92 269,87 257,01 335,08 64,84 56,76 77,71 88,50 148,59 101,32 155 hợp với bêbêtơng khối lớn, chống thấm tốt, v.v…Do xỉxỉlòlòcao nghiền mịn hợpcó với tơng khối lớn,biệt chống tốt, vậynước cao nghiền mịn được mịn có nhiều tínhchất chấtđặc đặc biệt nhưthấm bềntrong trongv.v…Do mơitrường trường nướcbiển, biển,ít íttoả toảnhiệt, nhiệt, phù mịn nhiều tính bền mơi phù khuyến khích sử dụng, dù hệ số cảm biến HPFRC có thêm vật liệu khuyến khích dụng, dùchống hệ sốthấm cảm biến HPFRC thêm vật liệu hợp với bê bê tôngsửkhối khối lớn, chống thấmtốt, tốt,v.v…Do v.v…Do vậyxỉ xỉlòcó lòcao cao nghiền mịn hợp với tông lớn, nghiền mịn tăng mức 15%, cường độ kéo tăng mức 15% cho s cc 3% cho s pc khuyến khích15%, sửdụng, dụng, dù hệ cảmởbiến biến củaHPFRC HPFRC cóthêm thêm vật liệunày nàychỉ khuyến sử dù sốsốtăng cảm vật tăng khích mức cường độhệ kéo mứccủa 15% cho scc vàcó 3% cho s pc.liệu tăngởởmức mức15%, 15%,cường cường độ kéo tăng ởmức mức 15% cho và3% 3%cho choss pc Liêm, N.kéo D., cs / Tạp chí Khoa họccho Cơng nghệ Xây dựng tăng độ tăng 15% ss ccccvà pc (a) a1) a1)M1, M1,biến biếndạng dạngtạitạithời thờiđiểm điểm bắt bắtđầu đầuxuất xuấthiện hiệnvết vếtnứt nứt M1, biến thờidạng điểm xuất vết nứt a1) M1, biến thời điểm a1)dạng M1,tại biến dạngbắt tạiđầu thời điểm bắt đầu xuất vết nứt bắt đầu xuất vết nứt (b) a2) a2)M1, M1,biến biếndạng dạngtại tạithời thờiđiểm điểm kết kếtthúc thúcxuất xuấthiện hiệnvết vếtnứt nứt M1,a2) biến dạng thời điểmtại kết thúc xuất vết nứt dạng a2)M1, M1,biến biến dạng tạithời thờiđiểm điểm kết thúc xuất vết nứt kết thúc xuất vết nứt Tạpchí chíKhoa Khoahọc họcCơng Cơngnghệ nghệXây Xâydựng dựngNUCE NUCE2019 2019 Tạp (c) M2, biến dạng thời điểm bắt đầu xuất vết nứt b1) M2, biến tạitại thời điểm b1) M2, biếndạng dạng thời điểm (d) M2,b2) biến dạng thời điểmtại kết thúc vết nứt dạng điểm b2)M2, M2,biến biến dạng tạithời thờixuất điểm bắt bắtđầu đầuxuất xuấthiện hiệnvết vếtnứt nứt b1) b1)M2, M2,biến biếndạng dạngtại tạithời thờiđiểm điểm bắt đầu xuất vết nứt bắt đầu xuất vết nứt kết kếtthúc thúcxuất xuấthiện hiệnvết vếtnứt nứt b2) b2)M2, M2,biến biếndạng dạngtạitạithời thờiđiểm điểm kết thúc xuất vết nứt kết thúc xuất vết nứt 77 (e) M3, biến dạng thờidạng điểm đầu xuất vết nứt c1) biến tạitại thời điểm c1)M3, M3,tại biến dạngbắt thời điểm 7 (f) M3,c2) biến dạng thời điểmtại kết thúc vết nứt dạng điểm c2)M3, M3,biến biến dạng tạithời thờixuất điểm kếtthúc thúcxuất xuấthiện hiệnvết vếtnứt nứt bắt vết bắtđầu đầuxuất xuấthiện vết nứt xử kéo-cảm biến kết Hình 5.nứt Ứng loại HPFRC Hình Hình5.5.Ứng Ứngxử xửkéo-cảm kéo-cảmbiến biếncủa củacác cácloại loạiHPFRC HPFRC 156 c2) dạng tại thời thời điểm điểm c2) M3, M3, biến biến dạng kết thúc xuất vết nứt kết thúc xuất vết nứt c1) c1)M3, M3,biến biếndạng dạngtại tạithời thời điểm điểm bắt đầu xuất vết bắt đầu xuất vếtnứt nứt Hình Hình5 5.Ứng Ứng xử xử kéo-cảm kéo-cảm biến biến của các loại loại HPFRC HPFRC Liêm, N D., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng NUCE 2019 a)Cường Cường độ (a) Cường độ a) độ biếndạng dạng (b)Khả Khả năng biến b) 88 c) biến (c)Hệ Hệsố số cảm cảm biến Hình So sánh số thông số ứng xử kéo-cảm biến loại HPFRC Hình So sánh số thơng số ứng xử kéo-cảm biến loại HPFRC Bảng Thông số ứng xử kéo-cảm biến loại HPFRC xuất vết nứt So sánh hệ số cảm biến HPFRC thể Hình 6(c) So với M1, Tính chất Khả cảm biến biến Tại thời cấp phối M2 chứa muội thanđiểm đen làm tăng hệ số cảm biến ấn tượng: GFcc tăng 2,1 lần, GF pc tăng học dạng (strain sensing) bắt đầu xuất 1,67 lần Cấp phối M3 chứa xỉ lò cao nghiền r hệ số s cc cải thiện e cc mịn giúp rcccảm / r0 biến, khơng nhiều so GFcccó xu hướng với M2: GFcc tăng 1,18vết lần,nứt GF pc tăng 1,14 lần Thông số cường độ chịu kéo (%) (MPa) (kW-cm) (%) cải thiện nhiên khả chịu biến dạng có xu hướng giảm, cụ thể sau: M1- Đối chứng 0.020 3.94 269.87 93.73 309.47 - Đánh giá cường độ chịu kéo trực tiếp (Hình 6(a)), so với M1, cấp phối M2 có σcc tăng 1,01 M2-CB 0.027 3.97 257.01 82.41 651.48 lần, σ pc tăng 1,07 lần Cấp phối M3 có σcc tăng 1,15 lần, σ pc tăng 1,03 lần 0.017 4.52 so với 335.08 93.79 365.29 - Đánh giá khảM3-GGBS chịu biến dạng (Hình 6(b)), M1, cấp phối M2 có εcc tăng 1,35 lần, Tính chất Khả cảm biến hư ε pc giảm 0,69 lần Cấp có εcc giảm 0,85 lần, ε pc giảm 0,52 lần Tại phối thời M3 điểm học hỏng (damage sensing) Muội than đen độ mịn lớnhiện xi măng nên thay phần xi măng, vật liệu có khả kếtcóthúc xuất e pc s pc r pc / r0 r0 GFpc vết nứt (%) 157 (MPa) (kW-cm) (%) M1- Đối chứng 0.420 6.72 269.87 64.84 88.50 M2-CB 0.291 7.18 257.01 56.76 148.59 M3-GGBS 0.220 6.92 335.08 77.71 101.32 Liêm, N D., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng giảm độ rỗng vữa giúp bê tông đặc dẫn đến cường độ kéo cao Mặt khác, muội than đen có độ dẫn điện tốt xi măng, điều giúp ĐTSTĐ thay đổi lớn tải trọng kéo dẫn đến hệ số cảm biến tăng mạnh, phần tăng có đóng góp từ biến dạng giảm Xi măng sử dụng xỉ lò cao nghiền mịn có nhiều tính chất đặc biệt bền mơi trường nước biển, toả nhiệt, phù hợp với bê tơng khối lớn, chống thấm tốt, v.v Do xỉ lò cao nghiền mịn khuyến khích sử dụng, dù hệ số cảm biến HPFRC có thêm vật liệu tăng mức 15%, cường độ kéo tăng mức 15% cho σcc 3% cho σ pc Kết luận - Cả ba loại HPFRC nghiên cứu gồm M1-đối chứng, M2-chứa muội than đen, M3-chứa xỉ lò cao nghiền mịn thể khả tự cảm biến giải đoạn đàn hồi lẫn giai đoạn tăng cứng học Muội than đen tạo hiệu ứng nâng cao tính tự cảm biến (2,1 lần GFcc , 1,67 lần GF pc ) làm tăng cường độ kéo (tăng 1,01 lần σcc , tăng 1,07 lần σ pc ) Tuy nhiên, muội than đen làm giảm biến dạng thời điểm kết thúc xuất vết nứt - Xỉ lò cao nghiền mịn nâng cao tính tự cảm biến mức độ nhẹ (1,18 lần GFcc , 1,14 lần GF pc ) làm tăng cường độ kéo (tăng 1,15 lần σcc , tăng 1,03 lần σ pc ) Xỉ lò cao nghiền mịn làm giảm biến dạng thời điểm bắt đầu xuất vết nứt thời điểm kết thúc xuất vết nứt Lời cảm ơn Tác giả chân thành cảm ơn hỗ trợ tài Đại học Quốc tế Hồng Bàng cho đề tài mã số GV1905 Tài liệu tham khảo [1] Naaman, A E., Reinhardt, H.-W (2006) Proposed classification of HPFRC composites based on their tensile response Materials and Structures, 39(5):547–555 [2] Nguyen, D L., Song, J., Manathamsombat, C., Kim, D J (2015) Comparative electromechanical damagesensing behaviors of six strain-hardening steel fiber-reinforced cementitious composites under direct tension Composites Part B: Engineering, 69:159–168 [3] Song, J., Nguyen, D L., Manathamsombat, C., Kim, D J (2015) Effect of fiber volume content on electromechanical behavior of strain-hardening steel-fiber-reinforced cementitious composites Journal of Composite Materials, 49(29):3621–3634 [4] Hà, N B., Hòa, P D., Tuấn, N Q., Danh, L B., Tuyển, N N., Bảo, N Q (2019) Phân tích đánh giá xu hướng ứng dụng vật liệu bê tông chất lượng siêu cao xây dựng cầu quy mô nhỏ trung bình Việt Nam Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng (KHCNXD)-ĐHXD, 13(3V):1–11 [5] Danh, L B., Hòa, P D., Thắng, N C., Linh, N Đ., Dung, B T T., Lộc, B T., Đạt, Đ V (2019) Nghiên cứu thực nghiệm khả chịu tác động tải trọng nổ vật liệu bê tông chất lượng siêu cao (UHPC) Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng (KHCNXD)-ĐHXD, 13(3V):12–21 [6] An, V V T (2018) Study on using maximum amount of fly ash in producing ultra-high performance concrete Journal of Science and Technology in Civil Engineering (STCE)-NUCE, 12(3):51–61 [7] Li, H., Ou, J (2016) The state of the art in structural health monitoring of cable-stayed bridges Journal of Civil Structural Health Monitoring, 6(1):43–67 [8] https://clevelandelectriclabs.in/index.php/bridge-health-monitoring/ [9] Kim, M K., Kim, D J., An, Y.-K (2018) Electro-mechanical self-sensing response of ultra-highperformance fiber-reinforced concrete in tension Composites Part B: Engineering, 134:254–264 158 ... 109 than đen( CB) (CB) (a)(a )Muội than (a )Muội Muội than en đen (CB) (b) cao nghiền mịn (GGBS) (b) XỉX Xỉ l lò cao mịn (GGBS) (b) lò caonghiền nghiền mịn (GGBS) Hình2.2.Vật Vậtliệu liệumuội muộithan... muộithan than en đenvàvàxỉxỉlòl cao caonghiền nghiềnmịn mịn Hình Hình Vật liệu muội than đen xỉ lò cao nghiền mịn Bảng1 1cung cungcấp cấpthành thànhphần phầncấp cấpphối phối3 3loại loạivữa vữabêbêtơng... nâng cao tính cần thiết Bài báo trình bày nghiên cứu việc sử dụng muội than đen xỉ lò cao nghiền mịn để nâng cao khả tự cảm biến tính chất học HPFRC Kết nghiên cứu đóng góp cho việc ứng dụng tính