Luận án tiến sĩ nghiên cứu tính năng bê tông cát sử dụng tro bay, xỉ lò cao cho kết cấu công trình trong môi trường biển miền trung

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI NGUYỄN TẤN KHOA NGHIÊN CỨU TÍNH NĂNG BÊ TƠNG CÁT SỬ DỤNG TRO BAY, XỈ LỊ CAO CHO KẾT CẤU CƠNG TRÌNH TRONG MƠI TRƯỜNG BIỂN MIỀN TRUNG LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI NGUYỄN TẤN KHOA NGHIÊN CỨU TÍNH NĂNG BÊ TƠNG CÁT SỬ DỤNG TRO BAY, XỈ LỊ CAO CHO KẾT CẤU CƠNG TRÌNH TRONG MƠI TRƯỜNG BIỂN MIỀN TRUNG CHUN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH ĐẶC BIỆT MÃ SỐ: 95.80.206 LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Thanh Sang PGS.TS Nguyễn Viết Thanh HÀ NỘI - 2021 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT iii DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC HÌNH ix MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết luận án Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu 3.2 Phạm vi nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn Bố cục luận án CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan mơi trường biển dạng cơng trình bê tơng bê tông cốt thép môi trường biển 1.1.1 Định nghĩa môi trường biển 1.1.2 Đặc trưng môi trường biển Miền Trung Việt Nam 1.1.3 Một số dạng cơng trình bê tơng bê tông cốt thép môi trường biển .8 1.1.4 Sư phá hoại kết cấu bê tông, kết cấu bê tông cốt thép môi trường biển 11 1.1.5 Yêu cầu bê tông dùng cho kết cấu bê tông, kết cấu bê tông cốt thép môi trường biển giải pháp tăng cường độ bền bê tông 13 1.2 Tổng quan bê tông cát ứng dụng bê tông cát xây dựng Việt Nam giới 18 1.2.1 Giới thiệu chung bê tơng cát 18 1.2.2 Các tính chất bê tông cát 21 1.2.3 Các phương pháp thiết kế thành phần bê tông cát 31 1.2.4 1.3 Các ứng dụng bê tông cát 34 Hệ số hiệu phụ gia khoáng sử dụng hệ số hiệu phụ gia khoáng thiết kế thành phần bê tông cát 37 1.3.1 Khái niệm hệ số hiệu phụ gia khoáng 37 1.3.2 Các nghiên cứu tổng quan hệ số hiệu tro bay 37 1.3.3 Các nghiên cứu tổng quan hệ số hiệu xỉ lò cao 39 1.3.4 Hệ số hiệu loại phụ gia khoáng thiết kế thành phần bê tông cát theo cường độ 40 1.4 Kết luận chương định hướng nghiên cứu luận án 41 1.4.1 Kết luận 41 1.4.2 Định hướng nghiên cứu luận án 42 1.4.3 Phương pháp nghiên cứu 44 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH HỆ SỐ HIỆU QUẢ CỦA TRO BAY VÀ XỈ LÒ CAO TRONG THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG CÁT 45 2.1 Phương pháp xác định hệ số hiệu tro bay xỉ lị cao thiết kế thành phần bê tơng cát 45 2.2 Thiết lập quan hệ hệ số hiệu phụ gia khống với tỷ lệ N/CKD, PGK /CKD thơng qua Công thức Feret cải tiến áp dụng cho bê tông cát 45 2.3 Giới thiệu vật liệu chế tạo bê tông cát 48 2.3.1 Xi măng 48 2.3.2 Tro bay 50 2.3.3 Xỉ lò cao nghiền mịn 50 2.3.4 Cát nghiền 51 2.3.5 Cát mịn 51 2.3.6 Hỗn hợp cốt liệu 52 2.3.7 Nước 54 2.3.8 Phụ gia siêu dẻo 55 2.4 Công tác chuẩn bị mẫu thí nghiệm 55 2.5 Hệ số hiệu tro bay thiết kế thành phần bê tông cát 56 2.5.1 Kế hoạch thí nghiệm xác định hệ số hiệu tro bay 56 2.5.2 Kết thí nghiệm xác định hệ số hiệu tro bay 57 2.5.3 Xác định hệ số hiệu tro bay thiết kế thành phần bê tông cát 58 2.6 2.6.1 Hệ số hiệu xỉ lị cao thiết kế thành phần bê tơng cát 61 Kế hoạch thí nghiệm xác định hệ số hiệu xỉ lò cao 61 2.6.2 Kết thí nghiệm xác định hệ số hiệu xỉ lò cao 62 2.6.3 Xác định hệ số hiệu xỉ lò cao thiết kế thành phần bê tông cát 63 2.7 Hệ số hiệu hỗn hợp tro bay xỉ lò cao thiết kế thành phần bê tông cát 65 2.7.1 Kế hoạch thí nghiệm xác định hệ số hiệu hỗn hợp tro bay xỉ lò cao 65 2.7.2 Kết thí nghiệm xác định hệ số hiệu hỗn hợp tro bay xỉ lò cao 66 2.7.3 Xác định hệ số hiệu hỗn hợp tro bay xỉ lò cao thiết kế thành phần bê tông cát 67 2.8 Kết luận chương 69 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH NĂNG CƠ HỌC VÀ ĐỘ BỀN CỦA BÊ TƠNG CÁT SỬ DỤNG TRO BAY, XỈ LỊ CAO VÀ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TƠNG CÁT CĨ XÉT ĐẾN ĐỘ BỀN 71 3.1 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm để nghiên cứu tính chất học độ bền bê tông cát 71 3.1.1 Giới thiệu quy hoạch thực nghiệm Taguchi 71 3.1.2 Các bước lập quy hoạch thực nghiệm theo phương pháp Taguchi 72 3.2 Ứng dụng quy hoạch thực nghiệm Taguchi nghiên cứu tính chất học độ thấm ion clo bê tông cát 73 3.2.1 Xác định thông số đầu vào đầu quy hoạch thực nghiệm Taguchi 73 3.2.2 Vật liệu chế tạo kế hoạch thí nghiệm kết 75 3.2.3 Phân tích kết cường độ chịu nén hỗn hợp bê tơng cát 79 3.2.4 Phân tích cường độ ép chẻ hỗn hợp bê tông cát 84 3.2.5 Phân tích độ thấm ion clo hỗn hợp bê tông cát 87 3.2.6 Mối quan hệ độ sụt hỗn hợp bê tông cát với thông số đầu vào 92 3.3 Phương pháp thiết kết thành phần bê tơng cát có xét đến độ bền 95 3.4 Tính học độ bền bê tông cát sử dụng tro bay, xỉ lị cao cho kết cấu bê tơng bê tơng cốt thép môi trường biển 99 3.4.1 Yêu cầu thiết kế 99 3.4.2 Thiết kế thành phần bê tông cát kế hoạch thí nghiệm 99 3.4.3 Tính chất học bê tông cát 104 3.4.4 Tính chất độ bền bê tông cát 107 3.4.5 3.5 Kiểm chứng phương pháp thiết kế thành phần bê tơng cát có xét đến độ bền 113 Kết luận chương 115 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ, KỸ THUẬT, MÔI TRƯỜNG KHI SỬ DỤNG CÁC LOẠI BÊ TƠNG CÁT MỚI cho CƠNG TRÌNH TRONG MƠI TRƯỜNG BIỂN MIỀN TRUNG 117 4.1 Giới thiệu Cảng Vũng Áng kết cấu đê chắn sóng Cảng Vũng Áng 117 4.1.1 Điều kiện tự nhiên khu vực Cảng Vũng Áng 117 4.1.2 Giới thiệu kết cấu đê chắn sóng Cảng Vũng Áng 118 4.2 Đánh giá khả đáp ứng yêu cầu kỹ thuật loại bê tơng cát dùng làm kết cấu đê chắn sóng Cảng Vũng Áng 121 4.3 Tuổi thọ sử dụng kết cấu bê tơng cốt thép thùng chìm bê tơng cát cơng trình đê chắn sóng Cảng Vũng Áng 122 4.3.1 Xác định thơng số mơ hình dự báo tuổi thọ 124 4.3.2 Tính tốn tuổi thọ kết cấu ứng với loại bê tông nghiên cứu 126 4.3.3 Tính tốn chiều dày lớp bê tơng bảo vệ tối thiểu kết cấu sử dụng loại bê tông cát nghiên cứu 127 4.4 Đánh giá hiệu kinh tế sử dụng loại bê tông cát dùng làm kết cấu bê tơng thùng chìm cơng trình đê chắn sóng Cảng Vũng Áng 128 4.5 Hiệu môi trường việc sử dụng loại bê tông cát dùng làm kết cấu bê tông cốt thép cơng trình biển 129 4.6 Thử nghiệm chế tạo cấu kiện Tetrapod bê tông cát 130 4.6.1 Cấu tạo khối phá sóng Tetrapod 130 4.6.2 Thi công thử nghiệm khối Tetrapod bê tông cát 131 4.7 Kết luận chương 134 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 135 I Các kết đạt Luận án 135 II Những đóng góp Luận án 136 III Kiến nghị 137 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 138 TÀI LIỆU THAM KHẢO 139 LỜI CAM ĐOAN Tôi Nguyễn Tấn Khoa, xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các nội dung kết nghiên cứu Luận án trung thực chưa công bố cơng trình khoa học TÁC GIẢ Nguyễn Tấn Khoa i KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Qua kết nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm phòng thi công kết cấu thử nghiệm trường tính chất chủ yếu bê tơng cát sử dụng tro bay, xỉ lị cao xây dựng cơng trình biển rút số kết luận sau: I Các kết đạt Luận án 1) Qua thực nghiệm, luận án xác lập mối tương quan hệ số hiệu tro bay, hệ số hiệu xỉ lò cao, hệ số hiệu hỗn hợp tro bay - xỉ lò cao với N/CKD, TB/CKD, XN/CKD để ứng dụng dự đoán cường độ chịu nén thiết kế thành phần bê tông cát thông qua công thức (2.15), (2.16) (2.17); 2) Luận án xây dựng mối quan hệ cường độ chịu nén, cường độ ép chẻ, độ thấm ion clo BTC 28 ngày với yếu tố N/CKD hq, XN/CKDhq, TB thông qua Cơng thức (3.3), (3.4) (3.5) Từ xây dựng quy trình thiết kế thành phần bê tơng cát sử dụng tro bay xỉ lị cao có xét đến độ bền ứng dụng cho cơng trình biển; 3) Đề xuất thành phần bê tông cát sử dụng tro bay xỉ lò cao cấp B45, có độ thấm ion clo