Tên luận án:
NGHIÊN CỨU ĐỘ BỀN THẤM NƯỚC VÀ THẤM ION CLO CỦA BÊ TÔNG CỐT LIỆU NHẸ ỨNG DỤNG TRONG DỰ ĐOÁN TUỔI THỌ KẾT CẤU CẦU
Ngành:
Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Luận án này tập trung vào nghiên cứu độ bền thấm nước và thấm ion clo của bê tông cốt liệu nhẹ (BTCLN) ứng dụng trong dự đoán tuổi thọ kết cấu cầu. Đề tài xuất phát từ thực tiễn ứng dụng BTCLN tại Việt Nam còn hạn chế, đặc biệt trong các công trình giao thông, và sự cần thiết phải đánh giá tuổi thọ bền lâu của loại vật liệu này trong điều kiện khí hậu và tải trọng thực tế.
Nghiên cứu được thực hiện với mục tiêu xác định đặc tính độ thấm nước và thấm ion clo của BTCLN, xây dựng mô hình dự báo tuổi thọ kết cấu và đánh giá tuổi thọ khai thác của kết cấu mặt cầu sử dụng BTCLN. Đối tượng nghiên cứu là bê tông sử dụng cốt liệu nhẹ keramzit và các đặc tính bền thấm nước, thấm ion clo, cùng tuổi thọ của chúng. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào tác động ăn mòn thép do ion clo, đặc tính bền của BTCLN sản xuất tại Việt Nam dưới các điều kiện môi trường và dự báo tuổi thọ của kết cấu bê tông cốt thép sử dụng BTCLN.
Các kết quả thực nghiệm cho thấy, độ thấm nước và thấm ion clo của BTCLN cấp C30 tăng đáng kể khi tăng cấp tải trọng nén, đặc biệt khi ứng suất nén vượt ngưỡng 0.5-0.6 cường độ chịu nén tối đa, dẫn đến phá hủy cấu trúc vi mô. Mô hình thí nghiệm thấm nước và thấm ion clo có xét đến tải trọng nén trực tiếp đã được thiết kế và thử nghiệm với các cải tiến về đo đạc tự động. Luận án đã đề xuất mối quan hệ giữa hệ số khuếch tán ion clo và hệ số thấm nước của BTCLN, cùng với công thức tính toán Kw = 29.05 S^0.5 D, có xét đến ảnh hưởng của ứng suất.
Mô hình dự báo tuổi thọ theo lý thuyết xác suất đã được xây dựng và áp dụng cho kết cấu bản mặt cầu đường sắt BTCLN. Kết quả chỉ ra rằng, chiều dày lớp bê tông bảo vệ có ảnh hưởng lớn nhất đến xác suất sự cố ăn mòn, tiếp đến là các tham số như hệ số tuổi n, nồng độ clorua tới hạn Ccr, nồng độ clorua bề mặt Cs và hệ số khuếch tán D. Để tăng tuổi thọ, cần tăng n, Ccr và giảm D, Cs, đồng thời lựa chọn chiều dày lớp bê tông bảo vệ hợp lý.
Mục lục chi tiết:
- Mở đầu
- Chương 1: Tổng quan về bê tông nhẹ, các nghiên cứu liên quan đến độ bền của bê tông nhẹ và các kết cấu sử dụng bê tông nhẹ.
- Chương 2: Thí nghiệm phân tích độ thấm nước và thấm ion clo của bê tông nhẹ.
- Chương 3: Xây dựng mô hình dự báo tuổi thọ của kết cấu sử dụng bê tông cốt liệu nhẹ.
- Chương 4: Tính toán dự báo tuổi thọ kết cấu bê tông cốt thép cốt liệu nhẹ có xét đến ảnh hưởng đồng thời của hiệu ứng tải trọng và tác động của môi trường. Kết luận và kiến nghị
- 2. Mục tiêu của luận án
- Xác định đặc tính độ thấm nước và thấm ion clo của bê tông nhẹ.
- Xây dựng các mô hình tính toán dự báo tuổi thọ kết cấu sử dụng bê tông nhẹ.
- Đánh giá tuổi thọ khai thác của kết cấu mặt cầu sử dụng bê tông nhẹ.
- 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- 3.1. Đối tượng nghiên cứu
- 3.2. Phạm vi nghiên cứu
- 4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp tổng hợp, phân tích và so sánh.
- Phương pháp nghiên cứu chủ yếu là phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm. Sử dụng các lý thuyết tiên tiến về độ bền của bê tông để xác định các tương quan (công thức) thực nghiệm và triển khai nghiên cứu thực nghiệm với vật liệu và kết cấu bê tông nhẹ để kiểm chứng.
- Mô hình hóa để dự báo tuổi thọ sử dụng của cầu bê tông cốt thép sử dụng bê tông nhẹ.
- 5. Những đóng góp mới của luận án
- Luận án đã tiến hành các nghiên cứu thực nghiệm, phân tích tính thấm nước và thấm ion clo qua bê tông nhẹ C30 chịu ảnh hưởng của tải trọng.
- Kết quả nghiên cứu cho thấy khi tăng cấp tải trọng nén thì độ thấm nước của bê tông tăng đáng kể; đặc biệt sau khi trong bê tông bắt đầu có thay đổi cấu trúc rỗng do tác động của tải trọng nén trước hoặc nén trực tiếp. Một mô hình thí nghiệm thấm nước có xét đến tải trọng nén trực tiếp đã được thiết kế, chế tạo và thử nghiệm dựa trên các kết quả nghiên cứu trên thế giới gần đây; thiết bị thí nghiệm này đã có các cải tiến để quá trình đo đạc được thuận lợi hơn, đặc biệt là quá trình khống chế tải trọng và ghi nhận số liệu hoàn toàn tự động.
- Kết quả nghiên cứu cho thấy ảnh hưởng đáng kể của tải trọng nén đến độ thấm ion clo của bê tông nhẹ. Một mô hình thí nghiệm thấm ion clo có xét đến tải trọng nén trực tiếp đã được thiết kế, chế tạo và thử nghiệm dựa trên các kết quả nghiên cứu trên thế giới gần đây; thiết bị thí nghiệm này đã có các cải tiến để quá trình đo đạc được thuận lợi hơn, đặc biệt là quá trình kiểm soát lực nén trong bê tông nhẹ.
- Luận án đã đề xuất được mối quan hệ giữa hệ số khuếch tán ion clo và hệ số thấm nước của bê tông nhẹ. Xác định được hệ số Ck để tính toán hệ số khuếch tán ion clo từ hệ số thấm nước của cùng loại bê tông nhẹ. Từ đó đề xuất công thức tính toán quan hệ giữa hệ số thấm nước và hệ số khuếch tán ion clo của bê tông nhẹ có xét đến ảnh hưởng của ứng suất trong bê tông cho loại bê tông nhẹ xem xét.
- Luận án xây dựng được mô hình tính toán dự báo tuổi thọ sử dụng của các kết cấu công trình bê tông nhẹ trong điều kiện Việt Nam có xét đến ảnh hưởng của tải trọng thường xuyên và tải trọng khai thác.