Nghiên cứu bê tông siêu tính năng (Ultra High Performance Concrete- UHPC) ứng dụng cho kết cấu xây dựng là lĩnh vực nghiên cứu được nhiều sự quan tâm trên thế giới cũng như ở Việt Nam. Bài viết trình bày những nghiên cứu về UHPC và đề xuất dạng mặt cắt dầm Double Tee nhịp tải trọng 0,45 HL93 ứng dụng cho cầu giao thông nông thôn tại khu vực Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL).
Nghiên cứu ứng dụng bê tơng siêu tính xây dựng dầm cầu cho giao thông nông thôn Đồng sông Cửu Long Research on the application of Ultra High Performance Concrete in the construction of rural traffic bridges in Mekong Delta > TRẦN BÁ VIỆT1, NGÔ VĂN THỨC2, LƯƠNG THẾ HÙNG3 Hội Bê tông Việt Nam Email: vietbach57@yahoo.com; Tel: 0903406501 Phòng Khoa học Hợp tác quốc tế, Trường Đại học Xây dựng Miền Tây Email: ngovanthuc@mtu.edu.vn; Tel: 0939423461 Công ty CP Sáng tạo CGCN Việt Nam TĨM TẮT: Nghiên cứu bê tơng siêu tính (Ultra High Performance Concrete- UHPC) ứng dụng cho kết cấu xây dựng lĩnh vực nghiên cứu nhiều quan tâm giới Việt Nam UHPC công nghệ mới, cho phép chế tạo dầm cầu với kích thước mỏng, nhẹ, kháng ăn mòn, tuổi thọ cao, hạn chế mức tối đa bảo trì cho phép đẩy nhanh tiến độ thi cơng Bài viết trình bày nghiên cứu UHPC đề xuất dạng mặt cắt dầm Double Tee nhịp tải trọng 0,45 HL93 ứng dụng cho cầu giao thông nông thôn khu vực Đồng sông Cửu Long (ĐBSCL) Từ khóa: UHPC, độ dẻo dai; đường cong ứng suất biến dạng; dầm UHPC; dầm Double Tee ABSTRACT: Research on Ultra High Performance Concrete (UHPC) applied to building structures is a research field of great interest in the world and Vietnam UHPC is a new technology that allows the manufacturing of bridge girders with thin, light dimensions, corrosion resistance, long life, minimum maintenance, and accelerates the construction progress This paper presents the researches on UHPC and proposes a cross-section of the Double Tee girder loaded of 0.45 HL93 to be applied to rural traffic bridges in the Mekong Delta region Keywords: UHPC; toughness; stress and deformation relationship curve; UHPC beam; Double Tee beam ĐẶT VẤN DỀ Trong khoảng 30 năm gần đây, nước tiến tiến Việt nam nghiên cứu bê tông cường độ siêu cao có cường độ lên đến 150 MPa Trên bê tông bổ sung sợi thép, sợi tổng hợp, hay sợi lai Hybrid để tạo bê tông siêu tính (UHPC) UHPC khơng có cường độ chịu nén siêu cao mà cịn có tính vượt trội khác cường độ chịu kéo, môdul đàn hồi, độ dẻo dai khả chống ăn mòn Theo nghiên cứu Kim Jee-sang cộng (2014), chất lượng cấu trúc UHPC vô đặc Kết nghiên cứu loại bê tơng có cường độ chịu nén tuổi 28 ngày 120 MPa ăn mòn sợi thép giới hạn bề mặt bên ngồi bê tơng Kể sợi thép bề mặt kết cấu bị ăn mịn, khơng có lan truyền ăn mịn sâu tới mm phía bề mặt Các thí nghiệm mức độ thấm Clo thực loại bê tông thường (NC), bê tông chất lượng cao (HPC) bê tơng tính siêu cao nhà nghiên cứu giới (Shah 2005, Voort 2008), kết nhận thấy UHPC có mức độ thấm ion Clo nhỏ so với bê tông thường Hệ số thấm Clo nhỏ 45 lần so với bê tông thường Hay nói cách khác khả bảo vệ cốt thép bê tông UHPC cao nhiều so với bê tơng thường Điều có nghĩa so với bê tông thường tuổi thọ bê tông UHPC tăng lên nhiều lần Và với cường độ 150 MPa tuổi thọ kết cấu UHPC môi trường biển, với chiều dày lớp bảo vệ > 20mm đạt 150 năm Hình Khả chống ăn mòn Clo UHPC so với NC HPC (Voort 2008) ISSN 2734-9888 10.2021 159 PHÁT TRIỂN X ÂY DỰNG BỀN VỮNG TRONG ĐIỀU KIỆN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SƠNG CỬU LONG 3.1.1 Ảnh hưởng hàm lượng sợi thép đến tính cơng tác hỗn hợp UHPC Bảng Ảnh hưởng hầm lượng sợi thép đến độ chảy xòe Cấp Phối (% Sợi thép) Độ chảy xịe (mm) Hình So sánh mức độ thấm Clo UHPC so với NC HPC (Shah 2005) ĐBSCL, với vùng ảnh hưởng triều, vùng có nguy mơi trường nước nhiễm mặn nhiễm phèn Cùng với nhu cầu xây dựng hạ tầng giao thông nông thôn lớn, Ngân hàng Thế giới - với viện trợ ODA bên qua WB phủ Nhật Bản, thơng qua chương trình tài trợ LRAMP- hệ thống cầu Nông thôn cho tỉnh Việt Nam, chọn Cầu Từ Ô tỉnh Trà Vinh để hỗ trợ xây cầu theo cơng nghệ UHPC, thơng qua đánh giá khả thiết kế, chế tạo, xây dựng, sử dụng, bảo trì cầu sử dụng UHPC Bài viết trình bày kết nghiên cứu ứng dụng UHPC xây dựng cầu giao thông nông thôn ĐBSCL Kết nghiên cứu sở nhân rộng mơ hình có hiệu kinh tế kỹ thuật, cho dự án tài trợ WB, không cho Việt Nam, mà cho nước khu vực CP CP 0.5 CP 1.0 256 258 261 CP 1.5 255 CP 2.0 250 CP 3.0 206 CP 4.0-4,0% 180 Hình Ảnh hưởng hàm lượng sợi thép đến độ chảy xòe hỗ hợp UHPC VẬT LIỆU CHẾ TẠO UHPC Xi măng: 40 MPa/50MPa phù hợp với TCVN 2682: 2009 Silica fume: nghiên cứu sử dụng Silica Fume phù hợp tiêu chuẩn ASTM C1240 Quazt: SiO2> 92% Hình Cát quazt Cam Ranh Quazt nghiền: SiO2 > 92% Sợi thép: Có độ bền kéo> 2400MPa Tỷ lệ hướng sợi 65-125 Hình Thử nghiệm độ chảy xịe 3.1.2 Ảnh hưởng hàm lượng sợi thép đến phát triển cường độ nén theo thời gian Bảng Ảnh hưởng hàm lượng sợi thép đến phát triển cường độ nén theo thời gian, mẫu D10xH20cm Sợi 14 28 60 Cấp phối thép, ngày ngày % CP0 73,3 88,6 105,7 126,5 145,4 146,6 CP1 93,6 124,3 138,7 148,3 151,4 154,3 CP2 103,5 136,9 148,3 159,6 164,7 165,7 CP3 104,6 138,9 156,7 162,6 170,0 173,5 CP4 110,6 145,6 159,5 168,5 173,5 175,4 Hình Sợi thép (2400-2850MPa) Phụ gia siêu dẻo: theo ASTM C494 loại F, hàm lượng chất rắn> 45% Khả giảm nước 40% Nước: phù hợp TCVN: 4506: 2012 CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Các kết nghiên cứu bê tông UHPC:56 03 160 10.2021 ISSN 2734-9888 Hình Ảnh hưởng hàm lượng sợi thép đến cường độ nén theo thời gian - mẫu D10xH20cm 3.1.3 Ảnh hưởng hàm lượng sợi thép đến phát triển cường độ uốn theo thời gian Bảng Ảnh hưởng hàm lượng sợi thép đến phát triển cường độ uốn, mẫu 10x10x 40 cm theo thời gian Sợi Cấp phối ngày 14 ngày 28 ngày 60 ngày thép, % CP0 4,9 10,2 10,3 11,9 13,1 13,5 CP1 10,2 12,3 14,8 17,9 18 18,9 CP2 18,6 21,4 26,3 27,9 30,1 32,8 CP3 19,1 27,9 28,7 31,2 33,8 36,1 CP4 20,3 26,4 31,6 33,5 36,8 37,6 Modul ®μn håi, GPa 60 50 40 30 20 10 Hình Ảnh hưởng hàm lượng sợi thép đến phát triển cường độ uốn, mẫu 10x10x40cm 28 ngày 3.1.4 Ảnh hưởng hàm lượng sợi thép đến phát triển cường độ chịu kéo trực tiếp UHPC theo thời gian Sử dụng khn có kích thước kéo 5x10x50 cm, kết thể qua bảng biểu đồ sau Bảng Ảnh hưởng hàm lượng sợi thép đến cường độ kéo theo thời gian Cấp Sợi 60 ngày 14 ngày 28 ngày phối thép, % ngày CP0 1,9 3,4 3,7 4,2 4,4 4,5 ,5 CP1 2,0 3,8 5,8 6,9 7,1 CP2 5,1 6,3 7,4 8,2 9,4 9,6 CP3 5,7 6,9 8,2 8,9 11,2 11,6 CP4 8,1 9,6 10,3 11,5 13,6 14,2 Hình Ảnh hưởng hàm lượng sợi thép đến phát triển cường độ chịu kéo 3.1.5 Ảnh hưởng hàm lượng sợi thép đến modul đàn hồi Bê tơng sợi có mơ dul đàn hồi thể khả biến dạng tải trọng khác biệt lớn so với bê tông thường Bảng Ảnh hưởng hàm lượng sợi đến mô dul đàn hồi Modul đàn hồi ( K-UHPC) Tên mẫu thử CP0 CP1 CP2 CP3 CP4 Cường độ nén (MPa) 108 110 130 136 136 ε1(mm/mm) 0.00005 0.00005 0.00005 0.00005 0.00005 ε2(mm/mm) 0.00103 0.00104 0.00104 0.001041 0.001041 S1(MPa) 1.98 2.41 2.55 2.55 2.61 S2 (MPa) 43.16 44.32 52.28 54.52 59.08 Modul GPa 42.02 42.33 50.13 52.44 56.98 2,1 2,97 Sỵi thÐp,% Hình 10 Ảnh hưởng hàm lượng sợi đến modul đàn hồi 3.1.7 Ảnh hưởng hàm lượng sợi thép đến khả chống mài mòn bê tông Các kết thử nghiên cứu độ mài mịn bê tơng UHPC với hàm lượng sợi thép khác trình bày bảng (mỗi cấp phối thử mẫu, kết cho Bảng kết trung bình) Bảng Ảnh hưởng hàm lượng sợi thép đến độ mài mòn Số TT Tên mẫu Hàm lượng sợi thép,( %) Độ mài mòn (g/ cm2) UHPC-0 0.17 UHPC-2 0.13 UHPC-3 0.11 UHPC cho thêm sợi thép từ đến 3%, khả chống mài mòn tăng lên từ 18% đến 23% Còn so với bê tơng thường độ mài mịn khoảng 0.4 g/cm2, khả chống mài mòn tăng khoảng 300% đến 350% 3.1.8 Khả chống thấm UHPC Bảng Kết xác định khả chống thấm UHPC Áp lực thí Kết quan sát tượng thấm mẫu nghiệm Mẫu Mẫu Mẫu Mẫu Mẫu Mẫu MPa Không Không Không Không Không Không 14 thấm thấm thấm thấm thấm thấm Không Không Không Không Không Không 18 thấm thấm thấm thấm thấm thấm Không Không Không Không Không Không 20 thấm thấm thấm thấm thấm thấm Kết Bảng thể UHPC chịu 20MPa Cấp chống thấm đạt >20 MPa, cho thấy bê tông UHPC chống xâm nhập Clo tốt, có nghĩa khả chống ăn mòn clo cao 3.2 Đề xuất mặt cắt dạng Double Tee UHPC áp dụng cho cầu nông thôn ĐBSCL 3.2.1 Tiêu chuẩn áp dụng NF P 18- 470: 2017 Concrete-Ultra-high performance fibrereinforced concrete - Specifications, performance, production and conformity NF P 18- 710: 2016 National addition to Eurocode 2-Design of concrete structures: specific rules for Ultra-High Performance Fibre-Reinforced Concrete (UHPFRC) NF P18-451: 2018 Concrete - Execution of concrete structures Specific rules for UHPRFC TCVN 11823-3:2017: Thiết kế cầu đường 3.2.2 Phương pháp thiết kế Theo Cơ quan Quản lý Đường cao tốc Liên bang (FHWA), báo cáo FHWA-HRT-14-028, nghiên cứu phát triển họ dầm Pi UHPC (tương tự Double Tee), cho phép bố trí cáp ISSN 2734-9888 10.2021 161 PHÁT TRIỂN X ÂY DỰNG BỀN VỮNG TRONG ĐIỀU KIỆN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG tập trung tiết kiệm vật liệu hơn, dùng cho tải trọng lớn HL 93, nhịp từ 20-41m Trên sở này, để thuận tiện cho chế tạo khuôn, dự án LRAM chọn thiết kế mặt cắt dầm Tee/Double Tee cho cầu có tải trọng nhỏ 0,65HL93 nhịp