NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG CỐT SỢI CHẤT LƯỢNG SIÊU CAO HÀM LƯỢNG TRO BAY LỚN SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU CÔNG TRÌNH Ở VIỆT NAM
Kỹ thuật vật liệu
Luận án tập trung nghiên cứu chế tạo và ứng dụng bê tông chất lượng siêu cao (UHPC) có hàm lượng tro bay lớn (HVFA UHPC) cho kết cấu công trình tại Việt Nam. Bê tông UHPC là một vật liệu thế hệ mới với các đặc tính vượt trội về tính công tác, cơ học và độ bền lâu, nhưng đòi hỏi lượng chất kết dính lớn. Việc thay thế xi măng bằng tro bay (FA) hàm lượng lớn giúp giải quyết đồng thời các mục tiêu kỹ thuật, kinh tế và môi trường, đặc biệt trong bối cảnh lượng tro bay nhiệt điện phát sinh nhiều ở Việt Nam.
Mục tiêu của luận án là chế tạo thành công HVFA UHPC có độ lưu động lớn, cường độ nén ≥ 120 MPa, cường độ uốn ≥ 15 MPa và mô đun đàn hồi ≥ 40 GPa. Các phương pháp nghiên cứu bao gồm lý thuyết, thực nghiệm và mô phỏng số, kết hợp phân tích thống kê. Đối tượng nghiên cứu là HVFA UHPC và ứng xử cơ học của cấu kiện dầm được chế tạo từ vật liệu này.
Những đóng góp chính của luận án bao gồm: chứng minh khả năng chế tạo UHPC sử dụng >50% tro bay từ nguyên liệu sẵn có tại Việt Nam; nghiên cứu tối ưu hóa cấp phối bê tông HVFA UHPC dựa trên mô hình De Larrard và thực nghiệm; xây dựng mô hình dự đoán cường độ bê tông HVFA UHPC theo thời gian với các chế độ bảo dưỡng khác nhau; và nghiên cứu ứng xử cơ học của cấu kiện dầm sử dụng HVFA UHPC thông qua mô phỏng số và kiểm chứng thực nghiệm.
Kết quả nghiên cứu cho thấy, HVFA UHPC có thể đạt cường độ nén trên 120 MPa, cường độ uốn trên 15 MPa và mô đun đàn hồi trên 40 GPa. Đặc biệt, sự kết hợp phụ gia khoáng silica fume (SF) và tro bay, cùng với chế độ dưỡng hộ nhiệt ẩm, đã nâng cao đáng kể chất lượng HVFA UHPC, đạt cường độ nén 127-135 MPa ở tuổi sớm 3-28 ngày với 50% FA và 10% SF. Luận án cũng đề xuất hệ số điều chỉnh Rk = 0,8 cho tính toán dầm UHPC cốt thép và khẳng định hiệu quả của mô hình mô phỏng ABAQUS trong việc dự đoán tải trọng phá hoại, giúp giảm chi phí thí nghiệm.
Nghiên cứu mang lại ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao, thúc đẩy phát triển xây dựng bền vững, bảo vệ môi trường và tối ưu hóa chi phí trong ngành xây dựng Việt Nam.
1. Lý do lựa chọn đề tài
2. Mục đích nội dung nghiên cứu
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
4. Cơ sở khoa học
5. Phương pháp nghiên cứu
6. Ý nghĩa khoa học của luận án
7. Những đóng góp mới của luận án
8. Bố cục của luận án
1.1 KHÁI NIỆM CHUNG
1.2 VẬT LIỆU CHẾ TẠO VÀ CẤP PHỐI ĐIỂN HÌNH
1.3 NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG BÊ TÔNG UHPC TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
1.3.1 Nghiên cứu và ứng dụng bê tông UHPC trên thế giới
1.3.2 Nghiên cứu và ứng dụng bê tông UHPC ở Việt Nam
1.4 TÍNH CHẤT CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG UHPC
1.4.1 Tính công tác
1.4.2 Tính chất cơ học
1.4.3 Co ngót
1.4.4 Độ bền lâu
1.5 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG UHPC SỬ DỤNG TRO BAY HÀM LƯỢNG LỚN
1.5.1 Phát triển bền vững bê tông
1.5.2 Tiềm năng sử dụng tro bay hàm lượng lớn chế tạo bê tông UHPC
1.6 ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN
2.1 NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG BÊ TÔNG HVFA UHPC
2.2 NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH DỰ BÁO CƯỜNG ĐỘ BÊ TÔNG HVFA UHPC THEO THỜI GIAN
2.3 NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CƠ HỌC CỦA CẤU KIỆN DẦM BÊ TÔNG HVFA UHPC
2.3.1 Một số lý thuyết tính toán dầm bê tông UHPC
2.3.2 Thiết lập công thức lý thuyết tính để tính toán tải trọng phá hoại dầm bê tông HVFA UHPC
2.3.3 Sử dụng phần mềm phân tích phần tử hữu hạn ABAQUS mô phỏng theo thí nghiệm thực để tính toán tải trọng phá hoại dầm bê tông HVFA UHPC
3.1 VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU
3.1.1 Cốt liệu (cát quắc)
3.1.2 Xi măng
3.1.3 Phụ gia khoáng
3.1.4 Phụ gia siêu dẻo
3.1.5 Cốt sợi thép
3.1.6 Nước
3.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU
3.2.1 Các phương pháp nghiên cứu tiêu chuẩn
3.2.2 Các phương pháp nghiên cứu phi tiêu chuẩn
3.3 NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CẤP PHỐI BÊ TÔNG HVFA UHPC
3.3.1 Phương pháp thiết kế tối ưu thành phần hạt bê tông HVFA UHPC
3.3.2 Phương pháp thiết kế thành phần bê tông HVFA UHPC
3.3.3 Tính toán thành phần bê tông HVFA UHPC
3.3.4 Quy trình trộn và bão dưỡng HVFA UHPC
3.3.5. Cấp phối bê tông HVFA UHPC
4.1 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PGK SF VÀ FA ĐẾN HÀM LƯỢNG Ca(OH)2 TRONG ĐÁ CKD CỦA BÊ TÔNG UHPC
4.1.1 Ảnh hưởng của SF đến hàm lượng Ca(OH)2 trong đá CKD
4.1.2 Ảnh hưởng của FA đến hàm lượng Ca(OH)2 trong đá CKD
4.1.3 Ảnh hưởng của hỗn hợp SF và FA đến hàm lượng Ca(OH)2 trong đá CKD
4.2 NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG HVFA UHPC
4.2.1 Tính công tác của hỗn hợp bê tông UHPC
4.2.2 Ảnh hưởng của hàm lượng SF đến cường độ nén của bê tông UHPC
4.2.3 Ảnh hưởng của hàm lượng FA đến cường độ nén của bê tông UHPC
4.2.4 Ảnh hưởng của sự kết hợp giữa SF và FA đến cường độ nén của bê tông UHPC
4.2.5 Ảnh hưởng của thời gian bảo dưỡng nhiệt từ 1 đến 7 ngày đến cường độ nén 28 ngày
4.2.6 Ảnh hưởng của kích thước mẫu đến cường độ nén của bê tông HVFA UHPC
4.2.7 Mô đun đàn hồi của bê tông HVFA UHPC
4.2.8 Cường độ ép chẻ của bê tông HVFA UHPC
4.2.9 Cường độ kéo khi uốn của bê tông HVFA UHPC
4.3 NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH DỰ BÁO CƯỜNG ĐỘ NÉN CỦA BÊ TÔNG HVFA UHPC THEO THỜI GIAN
4.3.1 Giới thiệu chung
4.3.2 Mô hình dự báo cường độ nén bê tông theo fib 2010
4.3.3 Phương trình thực nghiệm để phát triển cường độ nén
4.3.4 Hiệu chuẩn các mô hình được đề xuất
4.3.5 Phát thải CO2 của bê tông HVFA UHPC
4.3.6 Kết luận
5.1 GIỚI THIỆU CHUNG
5.2 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÔ HÌNH CẤU KIỆN DẦM BÊ TÔNG HVFA UHPC CỐT THÉP
5.3 THÍ NGHIỆM UỐN 4 ĐIỂM DẦM BÊ TÔNG UHPC ĐỂ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU LỰC, BIẾN DẠNG
5.4 CÔNG TÁC GIA TẢI THÍ NGHIỆM UỐN CÁC DẦM BÊ TÔNG UHPC CỐT THÉP
5.5 DỰ ĐOÁN TẢI TRỌNG THÍ NGHIỆM DẦM BÊ TÔNG UHPC CỐT THÉP THEO MÔ HÌNH LÝ THUYẾT ĐỀ XUẤT
5.6 DỰ ĐOÁN TẢI TRỌNG PHÁ HOẠI CỦA DẦM BÊ TÔNG HVFA UHPC BẰNG ABAQUS
5.6.1 Phương pháp phần tử hữu hạn FEM
5.6.2 Mô hình vật liệu
5.6.3 Loại phần tử, chia lưới mô hình, liên kết giữa bê tông và cốt thép
5.6.4 Kết quả mô phỏng số