Nghiên cứu thiết kế thành phần cấp phối bê tông mác tới 70 mpa sử dụng trong xây dựng công trình thủy lợi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI TRỊNH BÁ BIỂN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI BÊ TÔNG MÁC TỚI 70 MPA SỬ DỤNG TRONG XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY LỢI LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội, 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI TRỊNH BÁ BIỂN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI BÊ TÔNG MÁC TỚI 70 MPA SỬ DỤNG TRONG XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY LỢI Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy Mã số: 60 – 58 – 40 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Hồng Phó Uyên Hà Nội, 2013 LỜI CẢM ƠN Sau thời gian thu thập tài liệu, nghiên cứu thực hiện, đến Luận văn thạc sĩ chuyên nghành xây dựng cơng trình thuỷ “Nghiên cứu thiết kế thành phần cấp phối bê tông mác tới 70MPa sử dụng xây dựng cơng trình thủy lợi” hồn thành theo đề cương duyệt Trước hết tác giả bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Thầy, cô giáo Trường Đại học Thủy lợi, giúp đỡ nhiệt tình Khoa Cơng trình, Bộ mơn Vật liệu Xây dựng quan tâm giúp đỡ, tạo điều kiện cho tác giả trình học tập thực luận văn Tác giả xin trân trọng cảm ơn PGS TS Hồng Phó Un trực tiếp tận tình hướng dẫn, cung cấp tài liệu, thông tin khoa học cần thiết cho luận văn Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đến cán bộ, nhân viên phịng thí nghiệm nghiên cứu vật liệu xây dựng – Viện Thủy Cơng giúp đỡ nhiệt tình hiệu suốt thời gian thực luận văn Tác giả xin cảm ơn Gia đình, bạn bè đồng nghiệp giúp đỡ động viên tinh thần vật chất để tác giả đạt kết hôm Trong trình nghiên cứu để hồn thành luận văn, tác giả khó tránh khỏi thiếu sót mong nhận góp ý, bảo Thầy, cán đồng nghiệp luận văn Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 16 tháng 05 năm 2013 Tác giả Trịnh Bá Biển LỜI CAM ĐOAN Tên Trịnh Bá Biển, xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Những nội dung kết trình bày luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khoa học Tác giả Trịnh Bá Biển MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU …………………………… …………………………… I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI …………………………………… II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI ……………… III CƠ SỞ KHOA HỌC………………………………………………… IV CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU………… V DỰ KIẾN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC………………………………… CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BÊ TƠNG CƯỜNG ĐỘ CAO TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT NAM 1.1.Khái niệm bê tông cường độ cao……………………………… 1.2.Tình hình nghiên cứu ứng dụng bê tơng cường độ cao giới……… 1.3.Tình hình nghiên cứu ứng dụng bê tông cường độ cao Việt Nam……… 13 1.4 Ưu, nhược điểm bê tông cường độ cao………………………… 15 1.5.Thành phần cấu trúc bê tông cường độ cao ………………… 17 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU……… 20 2.1.Phương pháp nghiên cứu…………………………………………… 20 2.1.1.Các phương pháp nghiên cứu tính chất vật liệu sử dụng ………… 20 2.1.2.Các phương pháp nghiên cứu tính chất hỗn hợp bê tơng bê tông cường độ cao……………………………………………………… 21 2.2.Lựa chọn nguyên vật liệu sử dụng nghiên cứu……………… 26 2.2.1 Xi măng………………………………………………………… 26 2.2.2.Cốt liệu nhỏ…………………………… 27 2.2.3.Cốt liệu lớn……………………………… 29 2.2.4.Phụ gia khống hoạt tính ………………… 30 2.2.5.Phụ gia siêu dẻo…………………………………………………… 35 2.2.6.Nước ……………………… 37 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU……………………………… 38 3.1.Yêu cầu chất lượng vật liệu………………………………… 38 3.1.1.Yêu cầu chất lượng xi măng……………………………… 38 3.1.2.Yêu cầu chất lượng cốt liệu……………………………… 39 3.1.3.Yêu cầu chất lượng phụ gia siêu dẻo 46 3.2.Nghiên cứu ảnh hưởng lượng dùng phụ gia siêu dẻo đến tính cơng tác hỗn hợp bê tông …………………………………… 47 3.3.Thiết kế thành phần bê tông cường độ cao Dmax=10 mm……… 51 3.3.1.Khảo sát thiết kế thành phần bê tông cường độ cao……………… 51 3.3.2.Thiết kế thành phần BTCĐC với Dmax = 10mm theo ACI 211.4R08………………………………………………………………………… 3.4.Các tính chất, tiêu lý hỗn hợp bê tông bê tông cường 58 độ cao…………………………………………………………………… 77 3.4.1.Nghiên cứu tính cơng tác hỗn hợp bê tông cường độ cao…… 77 3.4.2.Nghiên cứu tính chất bê tơng cường độ cao rắn chắc… 79 3.4.3.Nghiên cứu công nghệ chế tạo bê tông cường độ cao…………… 81 3.5.Đề xuất phương án sử dụng bê tông cường độ cao xây dựng thủy lợi………………………………………………………… 84 KẾT LUẬN CHUNG…………………………………………………… 85 KIẾN NGHỊ…………………………………………………………… 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………… 87 DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1: Một số cơng trình sử dụng bê tơng cường độ cao…………… Bảng 1.2: Một số cơng trình sử dụng bê tông cường độ cao…………… 10 Bảng 1.3: Một số cầu thi công bê tông cường độ cao Nhật Bản……………………………………………………………………… 11 Bảng 1.4: Một số cầu thi công bê tông cường độ cao Mỹ……… 11 Bảng 1.5: Một số cầu cơng bê tông cường độ cao Pháp…… 12 Bảng 1.6: Một số cầu thi công bê tông cường độ cao Na Uy…… 12 Bảng 2.1: Các thí nghiệm theo tiêu chuẩn sử dụng nghiên cứu tính chất vật liệu…………………………………………………………………… 20 Bảng 2.2: Các thí nghiệm theo tiêu chuẩn nghiên cứu tính chất hỗn hợp bê tơng bê tơng………………………………………………… 21 Bảng 2.3: Kết thí nghiệm tính chất lý Xi măng………… 26 Bảng 2.4: Kết tính chất cát vàng Sơng Lơ……………… 28 Bảng 2.5: Kết thí nghiệm tính chất lý đá dăm………… 29 Bảng 2.6: Tính chất thành phần hạt Silicafume………………… 33 Bảng 2.7: Thành phần hạt tro bay nhiệt điện……………………… 35 Bảng 2.8: Một số tính chất Glenium® ACE 388 SureTec sử dụng… 37 Bảng 3.1 Sự phụ thuộc độ xốp vào kiểu xếp hạt……………… 44 Bảng 3.2: Sự phụ thuộc độ rỗng vào phối hợp cấp hạt…… 45 Bảng 3.3 : Kết khảo sát điểm bão hòa PGSD vữa……………… 48 Bảng 3.4 :Cỡ hạt lớn đề xuất cốt liệu thơ…………………… 51 Bảng 3.5: Thể tích đề nghị cốt liệu thơ đơn vị thể tích bê tơng……………………………………………………………………… 52 Bảng 3.6: Lượng dùng nước sơ hàm lượng khí hỗn hợp bê tơng sử dụng cốt liệu nhỏ có độ rỗng 35% 52 Bảng 3.7: Tỷ lệ N/XM lớn khuyến cáo cho bê tông cường độ cao 53 Bảng 3.8: Thể tích hồ hỗn hợp bê tông 58 Bảng 3.9: Cấp phối thăm dị thành phần bê tơng Dmax=10……………… 60 Bảng 3.10: Kết thí nghiệm thăm dị bê tơng Dmax=10 cm………… 60 Bảng 3.11: Bảng mã hoá giá trị thí nghiệm bậc hai mức tối ưu 61 Bảng 3.12: Kế hoạch thực nghiệm bậc hai mức tối ưu…………… 62 Bảng 3.13: Cấp phối thí nghiệm bậc hai mức tối ưu……………… 62 Bảng 3.14: Kết thí nghiệm bậc hai mức tối ưu………………… 63 Bảng 3.15: Thí nghiệm tìm miền dừng………………………………… 66 Bảng 3.16: Kế hoạch thí nghiệm bậc hai tâm xoay 66 Bảng 3.17 : Ma trận kế hoạch thí nghiệm bậc hai tâm xoay…………… 67 Bảng 3.18: Cấp phối bê tơng theo kế hoạch thí nghiệm bậc hai tâm xoay 68 Bảng 3.19: Kết thí nghiệm bậc hai tâm xoay……………………… 68 Bảng 3.20: Kết thí nghiệm thành phần cấp phối hợp lý bê tông CĐC……………………………………………………………………… 76 Bảng 3.21: Thành phần cấp phối độ sụt hỗn hợp bê tông Dmax=10mm……………………………………………………………… 77 Bảng 3.22: Tính chất bê tơng cường độ cao Dmax=10 mẫu đối chứng……………………………………………………………………… 79 DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1: Các giai đoạn phát triển công nghệ bê tơng giới [2, 7]…………………………………………………………………… Hình 2.1: Dụng cụ để xác định độ chảy xòe hỗn hợp bê tơng tự đầm 22 Hình 2.2: Sơ đồ phương pháp xác định độ chảy bê tông hạt mịn… 25 Hình 2.3: Hình dạng silicafume……………………………………… 31 Hình 2.4: Vùng chuyển tiếp bê tơng có silicafume……………… 32 Hình 2.5: Vùng chuyển tiếp bê tơng khơng có silicafume……… 32 Hình 3.1: Các kiểu xếp hạt cốt liệu 43 Hình 3.2: Biểu đồ quan hệ độ chảy vữa với lượng dùng phụ gia siêu dẻo……………………………………………………………… 48 Hình 3.3: Biểu đồ quan hệ độ chảy vữa với tỷ lệ C/CKD…… 49 Hình 3.4.: Cơn thử độ chảy loang……………………………………… 50 Hình 3.5: Đo độ chảy loang vữa…………………………………… 50 Hình 3.6: Máy trộn Ele………………………………………………… 50 Hình 3.7: Giao diện phần mềm Design-Expert® 7.1………… 70 Hình 3.8: Nội dung kế hoạch bậc tâm xoay………………………… 71 Hình 3.9: Điền thơng tin hàm mục tiêu………………………………… 71 Hình 3.10: Điền giá trị hàm mục tiêu…………………………………… 72 Hình 3.11 : Phương trình hồi quy……………………………………… 72 Hình 3.12: Kiểm tra tính tương hợp mơ hình……………………… 73 Hình 3.13: Mặt biểu diễn quan hệ R28 tỷ lệ N/CKD, C/CL…… 74 Hình 3.14: Đường đồng mức biểu diễn quan hệ R28 tỷ lệ N/CKD, C/CL…………………………………………………………… 74 Hình 3.15: Ảnh hưởng N/CKD đến cường độ R28 C/CL = 0.35 75 Hình 3.16: Ảnh hưởng C/CL đến cường độ R28 N/CKD = 0.22 75 Hình 3.17: Thí nghiệm tính cơng tác HHBT…………………………… 78 Hình 3.18: Nén mẫu xác định cường độ………………………………… 80 Hình 3.19: Mẫu sau nén…………………………………………… 80 Hình 3.20: Thiết bị đo mài mịn………………………………………… 80 Hình 3.21: Thùng cánh khuấy……………………………………… 80 Hình 3.22: Mẫu trước mài mịn…………………………………… 81 Hình 3.23: Mẫu sau mài mịn……………………………………… 81 Hình 3.24: Sơ đồ dây chuyền cơng nghệ chế tạo bê tơng Dmax = 10 82 Hình 3.25: Quy hoạch thực nghiệm theo phương pháp leo dốc………… 90 84 3.5 Đề xuất phương án sử dụng bê tông cường độ cao xây dựng thủy lợi Sử dụng bê tông cường độ cao cho kết cấu cửa van, cửa van file phao cho cống ngăn mặn ven biển, sử dụng bê tơng thường chiều dầy lớp bảo vệ cốt thép tối thiểu a ≥ 5cm chống xâm thực Vấn đề đặt là: kết cấu yêu cầu lớp bảo vệ cốt thép không đảm bảo chiều dày thiết kế ví dụ cửa van cống bê tông cốt thép, thành đập xà lan di động, có chiều dày từ 10 đến 15 cm Các kết cấu chống mài mòn, chống xâm thực đập tràn, mố tiêu năng, cống ngầm, cống đê, cống ngăn mặn, kè sông, kè biển, bê tơng sửa chữa, kết cấu bố trí dày cốt thép tai van 85 KẾT LUẬN CHUNG Từ kết nghiên cứu đề tài rút số kết luận sau: Sử dụng nguyên vật liệu sẵn có Việt Nam hồn tồn chế tạo bê tông cường độ cao đạt mác 70 Mpa Khi sử dụng hàm lượng Tro bay tới (60% khối lượng xi măng) nguyên liệu thông thường khác cát vàng, xi măng Pooclăng kết hợp với việc sử dụng phụ gia khoáng hoạt tính silicafume phụ gia siêu dẻo chế tạo bê tông cường độ cao (bê tông có Dmax = 10 mm) đạt cường độ Rn28 ≥ 70 MPa, có khả tự lèn phục vụ cho việc sửa chữa xây cơng trình yêu cầu sử dụng bê tông cường độ cao Việc sử dụng Tro bay với hàm lượng lớn bê tơng mang lại nhiều lợi ích kinh tế, kỹ thuật môi trường 86 KIẾN NGHỊ Tiếp tục nghiên cứu tính chất khác bê tông cường cao với Dmax lớn sử dụng cho cơng trình thủy lợi, nghiên cứu khả chịu lực va đập, tính chống thấm Tiến hành nghiên cứu thêm tính chất hỗn hợp bê tông cường độ cao bê tông cường độ cao sử dụng hàm lượng tro bay tới > 60% Nghiên cứu công nghệ sản xuất bê tông cường độ cao phục vụ cho công tác sửa chữa xây cơng trình thủy lợi đưa từ phịng thí nghiệm thi cơng sản xuất thực tế 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.TIẾNG VIỆT [1] Bazenov Iu.M Bạch Đình Thiên, Trần Ngọc Tính Cơng nghệ bê tông [2] Bùi Văn Bội Xu phát triển công nghệ bê tông giới yêu cầu Việt Nam Thông tin phát triển khoa học Công nghệ Bê tông VIệt Nam ICD 2003 Hội thảo khoa học toàn quốc 2003 Nhà in Thủy Lợi 2003 [3] Chỉ dẫn kỹ thuật ngành xây dựng “Chọn thành phần bê tông loại”, NXB Xây dựng 2000, 58tr [4] Vũ Đình Đấu, Bùi Danh Đại (2006), Giáo trình cơng nghệ CKD, Nhà xuất Xây Dựng [5] Nguyễn Tiến Đích cộng tác viên Bảo dưỡng bê tơng điều kiện khí hậu nóng ẩm Việt Nam Báo cáo tổng kết đề tài Hà nội, 1985 [6] Nguyễn Tiến Đích cộng tác viên Nghiên cứu số phương pháp phương tiện kỹ thuật thích họp điều kiện Việt Nam để tăng nhanh q trình đóng rắn bê tơng nhằm tiêu thụ lượng xi măng Báo cáo tổng kết đề tài 26.03.04.08, Hà Nội, 1985, 83tr [7] Trần Minh Đức Nghiên cứu chế tạo bê tông cường độ cao nước ta Tạp chí Xây dựng 2004, No2 [8] PGS.TS Phạm Hữu Hanh, Bê tông cường độ cao, chất lượng cao, Bài giảng cao học ngành Vật Liệu Xây Dựng, Trường ĐH Xây Dựng [9] Phạm Duy Hữu Vật liệu xây dựng NXB Giao thông Vận tải, 2002 [10] Phạm Duy Hữu, Nguyễn Long Bê tông cường độ cao NXB Xây dựng 2004 [11] Phùng Văn Lự, Phạm Duy Hữu, Phan Khắc Trí Vật liệu xây dựng NXB Giáo dục, Hà Nội [12] Nguyễn Tấn Quý, Nguyễn Thiện Ruệ Công nghệ bê tông xi măng NXB Giáo dục, Hà Nội, 2002 [13] Nguyễn Thiện Ruệ Công nghệ bê tông NXB Xây dựng, Hà Nội 88 [14] Nguyễn Đức Thắng Tình hình sử dựng phụ gia khống hoạt tính cao Việt Nam Hội thảo khoa học tình hình sử dụng phụ gia khống hoạt tính cao dùng chế tạo bê tơng cường độ cao Việt Nam Hà Nội, 2004 [15] Nguyễn Minh Tuyển, Phạm Văn Thiêm Kỹ thuật hệ thống cơng nghệ hóa học Tập NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 1997 [16] GS.TSKH Nguyễn Minh Tuyển, Quy hoạch thực nghiệm, NXB Khoa học kỹ thuật TIẾNG ANH [17] ACI 211.4 - 98.Guide for selecting Proportions for High - Strength Concrete with Portland Cement and Fly Ash American Concrete Instirute, Michigan, 1998 [18] ACI 363.2R-98.Guide to Quality Control and Testing of High-Strength Concrete American Concrete Institute, Michigan, 1998 [19] ACI 234R-96 Guide for the Use of Silica Fume in concrete [20] ACI 363R-92 State-of-the-Art Report on High- Strength Concrete American Concrete Institute, Michigan, 1997; ACI 116R-00, Cement and Concrete Terminology; ACI 210R-93, Erosion of Concrete in Hydraulic Structures, Reported by ACI Committee 2010; ACI 2114R.08 Guide for selecting proportions for highstrength concrete using portland cement and other cementitious materials [21] Edward G Nawy, Fundamentals of high-performance concrete [22] QHigh performance concrete: Properties and applications Edited by S P Shah, S H Ahmad, 1994 by McGraw- Hill, Inc 403p [23] Jeagermann C., Ravina D Effect of some admixtures on early shrinkage and other subjected to high evaporation RILEM, Brussels, 1967, pp.319-350 [24] Kumar Mehta Advancement in Concrete Technology 1999 [25] Kumar Mehta, Pierre-Claude C Aitcin Principles Underlying Production of High Performance Concrete Cement, concrete and Aggregate, CCAGDP, Vol 12, NO.2, 1990 [26] Myers J.J, Carasquillo R.L Mix Proportioning For High-Strength HPC Bridge Beams ACI, Detroi, MI, Special Publication 189, Fall 1999, p.37-54 89 [27] Mehta, P.K and Monteiro, Concrete: Struture, Properties, and Meterials, Prentice Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey, (1986), pp 450 [28] Neville A.M Properties of concrete London, Pitman publishing Ltd, 1981 [29] Ravina D., Shalon R Plastic shrinkage craking JACI, 1968, V.65, No1, pp.282-291 [30] Shalon R., Ravina D., Jaegermann C Hot dry climate effect on stress development in shrikage compensating concrete JACI, 1977, V.74, No3, pp.109113 [31] V.M.Malhotra, P.K Mehta, HIGH-PERFORMANCE, HIGH VOLUME FLY ASH CONCRETE for building sustainable and durable structures [32] V.S Ramanchandran, Concrete Admixture Handbook PHỤ LỤC PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM Hình 3.23: Quy hoạch thực nghiệm theo phương pháp leo dốc Chọn điểm xuất phát A tiến hành thí nghiệm tiến thẳng tới miền tối ưu tìm thấy điểm B vùng tối ưu, điểm có kết cao Phương pháp leo dốc: - Bước 1: Điểm xuất phát A(0) (x1(0), , xn(0), Chọn giá trị εy>0 εx>0 sau xác định y(X(0)) - Bước 2: Xác định véc tơ gradient điểm X(0) - Bước 3: Chọn số λ dương: Từ điểm X(0) xác định X(1): x1(1) = x1( ) ± λ x 2(1) = x 2( ) ± λ ∂y ∂x1 ∂y ∂x X =X X =X x n(1) = x n( ) ± λ ∂y ∂x n X =X ( dấu ‘+’ tìm max, dấu ‘-‘ tìm ) Từ xác định y(X(1)) - Bước 4: So sánh y(X(1)) với y(X(0)) + Nếu y(X(1)) tốt y(X(0)) → tiếp tục lặp lại bước để leo dốc tới X(2), X(2), , X(k) + Nếu y(X(k)) xấu y(X(k-1)) → thực phép ghán X(1) = X(k-1) y(1) = y(X(k-1)), sau chuyển sang bước - Bước 5: Kiểm tra điều kiện dừng y (1) − y ( 0) ≤ ε y hoặc/và ( x1(1) − x1( 0) ) + + ( x n(1) − x n( 0) ) ≤ ε x + Nếu phương trình khơng thỏa mãn chọn X(1) làm điểm xuất phát ( nói cách khác: thực phép ghán X(0) = X(1) y(0) = y(1) sau quay lại bước + Nếu phương trình thỏa mãn → kết luận: y đạt giá trị tối ưu X(1) Để xác định đại lượng (đối tượng nghiên cứu) phải có hiểu biết Vì phải thí nghiệm để thu thập thơng tin đối tượng nghiên cứu Số thí nghiệm cần thiết phụ thuộc vào nhân tố ảnh hưởng Các nhân tố ảnh hưởng mã hóa mức mức chênh lệch với mức trung tâm thí nghiệm khoảng δ gọi khoảng quy hoạch Sau có bảng quy hoạch hóa ma trận thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm để thu kết Từ kết thí nghiệm, tiến hành tính tốn xây dựng mơ hình tốn học biểu thị mối quan hệ đối tượng nghiên cứu nhân tố ảnh hưởng Mơ hình có dạng: Y = Y(X1, X2,…, Xk) Trong : Y : Đối tượng nghiên cứu X1, X2, …, Xk : Các nhân tố ảnh hưởng Từ hàm mơ tả hệ hàm nhiều biến, phân tích thành chuỗi Taylo, tức hàm hồi quy lý thuyết: k Y = β0 + ∑ β j X j + j =1 k ∑β j , u =1 k ju X j X u + + β 12 k X X X k + ∑ β jj X 2j j =1 Trong đó: β0 hệ số hồi quy lý thuyết βj hệ số hồi quy tuyến tính lý thuyết βju, β12 k hệ số hồi quy tương tác kép, tương tác k lý thuyết βjj hệ số hồi quy phi tuyến (bình phương) lý thuyết Nhưng muốn xác định hệ số hồi quy lý thuyết cần phải có vô số thực nghiệm Trong thực tế số thực nghiệm hữu hạn nên xuất hệ số hồi quy thực nghiệm (hệ số b mơ hình thống kê) b0, bj, bju, bjj Vì hàm tốn mô tả hàm hồi quy thực nghiệm (tức mô hình thống kê) k Y = b0 + ∑ b j X j + j =1 k k j , u =1 j =1 ∑ b ju X j X u + + b12 k X X X k + ∑ b jj X 2j Các hệ số bj tham số mô tả thống kê, xác định phương pháp sai số bình phương bé Gauss Phương trình dạng tổng qt mơ hình thống kê mơ tả đối tượng nghiên cứu Trong trường hợp chưa có thơng tin đầy đủ để khẳng định vùng nghiên cứu hệ vùng dừng (vùng tối ưu hay vùng phi tuyến) mơ hình thống kê chọn khơng nên có hệ số bình phương bjj hệ số phi tuyến bậc cao Khi ta gọi quy hoạch bậc hai mức tối ưu k nhân tố NỘI DUNG PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH BẬC HAI MỨC TỐI ƯU VÀ BẬC TÂM XOAY Quy hoạch thực nghiệm sử dụng để nghiên cứu nhiều đối tượng khác nhau, có thành phần đối tượng ảnh hưởng đến tính chất hỗn hợp bê tơng Các q trình xảy đối tượng hỗn hợp bê tông đặc trưng biến, chúng có quan hệ nguyên nhân - kết Các biến đóng vai trị ngun nhân, gọi biến vào, biến phản ánh kết nguyên nhân gây ra, gọi biến Biến vào kiểm sốt điều khiển Đối tượng cơng nghệ mơ tả sơ đồ sau: Trong đó: Biến vào x1, x2, xk biến điều khiển được, gọi nhân tố điều khiển Biến y1, y2,… ym biến bị điều khiển, gọi biến trạng thái Biến ngẫu nhiên Z (còn gọi nhiễu), tức không điều khiển Để xác lập mô tả thống kê đối tượng công nghệ ta cần thực năm bước: Xác định hệ; xác định cấu trúc hệ thống; xác định hàm tốn mơ tả hệ; xác định thơng số mơ hình mơ tả hệ; kiểm tra tính tương hợp mơ tả cải tiến cần Xác định hệ Số yếu tố độc lập tối đa ảnh hưởng lên hệ xác định theo công thức: F = FĐK + FH Trong đó: FĐK bậc tự điều khiển FH bậc tự hình học hệ Tùy theo yêu cầu người nghiên cứu ta cần chọn k yếu tố (k < F) ảnh hưởng lên hàm mục tiêu y nhiều hàm mục tiêu Yq Hàm mục tiêu tiêu kinh tế kỹ thụât, ví dụ giá thành sản phẩm, lợi nhuận thu Xác định cấu trúc hệ thống công nghệ: Hệ (hỗn hợp bê tông) hộp đen (một phần tử mà chủ thể khơng biết rõ cấu trúc tính chất bên trong) mơ tả sau: Xác định hàm tốn mô tả hệ công nghệ: Trong trường hợp cấu trúc hộp đen, hàm tốn mơ tả hệ hàm nhiều biến y = φ(x1, x2, xi, xk) phân tích thành dãy Taylor tức hàm hồi quy lý thuyết: k ∑ yq = β0 + k k j ,u =1 j ≠u j =1 ∑ β ju x j xu + ∑ β jj x 2j + βj xj + j =1 Nhưng muốn xác định hệ số hồi quy lý thuyết β0, βi, βiu cần phải có vơ hạn thực nghiệm mà thực tế số thực nghiệm hữu hạn, nên xuất hệ số hồi quy thực nghiệm (thông số mơ hình thống kê), b0, bj, bju, bjj hàm tốn mơ tả hàm hồi quy thực nghiệm (tức mơ hình thống kê): k yˆ q = b0 + ∑b x j =1 j k j + ∑b j , u =1 k 2 ju x j xu + ∑ b jj x j +…+… j =1 Phương trình dạng tổng quát mơ hình thống kê mơ tả đối tượng nghiên cứu Xác định thơng số mơ hình thống kê: Xác định hệ số hồi quy (các thông số) từ N thực nghiệm theo công thức (số N phải lớn hệ số) N ∑x bj = i =1 N ji ∀j = 1,n A ∑x i =1 yj E ji N ∑x bju = i =1 N ji ui ∑x i =1 x yj ∀j,u = 1,n ; j ≠ u A E A 2 ji ui x Hai công thức xuất phát từ điều kiện Φ= N ∑(y i =1 i − Yˆi ) → Kiểm tra có nghĩa hệ số bj theo công thức: tbj ≥ tp.f2 Trong đó: tp.f2: Là giá trị tra bảng chuẩn số Student mức có nghĩa p bậc tự f2 = m- tbj: Là chuẩn số Student hệ số bj xác định theo công thức: tbj = bj Sb j Giá trị độ lệch tiêu chuẩn Sb phân bố bj xác định theo công thức: j Sbj = Sll N ∑x ji i =1 Trong đó: Sll - Phương sai lặp xác định theo công thức: m Sll2 = ∑ (y a =1 oa − yo )2 m −1 yoa giá trị hàm mục tiêu thực nghiệm thứ α tâm kế hoạch yo giá trị trung bình m thực nghiệm tâm kế hoạch yo = m ∑ yoa m n =1 ∑x ji tổng số hạng bình phương vectơ cột xj ma trận thực nghiệm, với kế hoạch bậc hai mức tối ưu, ∑x ji =N N Số thí nghiệm kế hoạch Kiểm tra tính tương hợp mơ hình cải tiến mơ hình Tính tương hợp mơ hình với thực nghiệm kiểm tra theo công thức sau: F ≤ Fp,f1 ,f2 Trong đó: Fp,f1 ,f2 giá trị tra bảng chuẩn số Fisher mức có nghĩa p bậc tự lặp f2, bậc tự dư f1 = N – F chuẩn số Fisher xác định theo công thức: F= S d2 S tt2 Trong Sdu phương sai dư xác định theo công thức: N ˆ )2 = S2 (Y − Y ∑ du N − l i=1 i i ˆ tương ứng giá trị thực nghiệm giá trị tính tốn Với: Y , Y i i N : số thí nghiệm l : số hệ số có nghĩa phương trình hồi quy Nếu điều kiện thoả mãn, mơ hình thống kê (hoặc làm hồi quỹ) tương hợp với tranh thực nghiệm; trường hợp ngược lại phải cải tiến mơ hình cách chuyển sang mơ tả hệ hàm hồi quy bậc hai (mơ hình thống kê phi tuyết bậc hai) thấy: t( b − y ) = b0 − y0 S (b0 − y0 ) = ∑β S ∑ ij ≥ t p, f2 β ij Kế hoạch thực nghiệm tâm xoay bậc hai Box - Hunter Phương trình hồi quy bậc hai có dạng sau: k k k ˆ = Y bo + ∑ b jx j + ∑ b ji x jx ii + ∑ b ji x 2j + q =j = j,u j≠1 = j,u Khi sử dụng mơ hình thống kê dạng hàm hồi quy bậc hai nhân tố biến thiên mức, quy hoạch tồn phần với số thí nghiệm N = 3n (n số nhân tố) không kinh tế số nhân tố từ trở lên Box Wilson cho thấy sử dụng quy hoạch thực nghiệm bậc 1, với nhân tố biến thiên hai mức, có bổ sung số điểm định khơng gian nhân tố, giảm số thí nghiệm so với kế hoạch dạng 3n Số thí nghiệm theo phương pháp Box Wilson xác định theo công thức: N = 2n + 2n + N0 Trong đó: 2n số thí nghiệm quy hoạch toàn phần bậc 2n số thí nghiệm điểm N0 số thí nghiệm tâm Box Hunter đề xuất phương pháp quy họch bậc hai tâm xoay, theo thơng tin chứa đựng phương trình hồi quy phân bố đồng không gian nhân tố Điều kiện để kế hoạch có tính tâm xoay là: N ∑x = u =1 N iu Nλ (i = 1, 2, 3, n) N 3∑ x iu2 x = 3Nλ (i ≠ j, i, j = 1, 2, , n) ∑ x= iu ju = u 1= u Trong a số nhân tố, N số thí nghiệm, λ2 λ4 số liên quan với điều kiện: λ2 n > λ4 n + Nếu đưa thêm số điểm vào không gian nhân tố với bán kính 0, tức điểm tâm kế hoạch no, tính λ4 theo cơng thức: n(N + N1 ) λ4 = (n + 2)N1 Trong đó: N1 = N - N0 Các điểm quy hoạch tâm xoay bậc hai lấy trục toạ độ nhân tố với giá trị tay địn α điểm xác định theo cơng thức: α = 22/4 Có thể chọn α, số điểm số điểm tâm kế hoạch theo số liệu bảng sau: Quy hoạch toàn phần dạng 2n n=2 n=3 n=4 n=5 Số thí nghiệp ma trận hạt nhân 22 = 23 = 24 = 16 25 = 32 Số điểm 10 Số điểm tâm 10 Cách tay đòn α 1,414 1,682 2,000 2,378 ... TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI TRỊNH BÁ BIỂN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI BÊ TÔNG MÁC TỚI 70 MPA SỬ DỤNG TRONG XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY LỢI Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy Mã số: 60 – 58... liệu, nghiên cứu thực hiện, đến Luận văn thạc sĩ chuyên nghành xây dựng cơng trình thuỷ ? ?Nghiên cứu thiết kế thành phần cấp phối bê tông mác tới 7 0MPa sử dụng xây dựng cơng trình thủy lợi? ?? hồn thành. .. độ bê tông Cường độ chịu nén tính chất lý quan trọng bê tông sở thiết kế kết cấu bê tông bê tông cốt thép Tính tốn lý thuyết thực tế sử dụng cho thấy nâng cao cường độ bê tông sử dụng kết cấu bê