Tóm tắt luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu thành phần, tính chất cơ học của bê tông cường độ siêu cao và ứng dụng trong kết cấu cầu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO<br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI<br /> <br /> NGUYỄN LỘC KHA<br /> <br /> NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT CƠ HỌC<br /> BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ SIÊU CAO VÀ ỨNG DỤNG<br /> TRONG KẾT CẤU CẦU<br /> <br /> CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG CẦU HẦM<br /> MÃ SỐ: 62.58.25.01<br /> <br /> TÓM TẮC LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT<br /> <br /> NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:<br /> 1. GS-TS. Phạm Duy Hữu<br /> 2. PGS-TS. Nguyễn Ngọc Long<br /> <br /> HÀ NỘI - 2013<br /> <br /> 2<br /> MỞ ĐẦU<br /> Bê tông cường độ siêu sao là một loại vật liệu mới, được nghiên cứu<br /> và ứng dụng thử nghiệm ở các nước tiên tiến trên thế giới trong vài thập kỷ<br /> gần đây. Đặc tính của loại bê tông này là có cường độ chịu nén rất cao có thể<br /> lên đến từ 100 -:- >200MPa, khả năng chịu kéo khi uốn lên đến 40MPa, khả<br /> năng chịu cắt tăng cao, khả năng chịu tác động va chạm, chịu tải trọng lặp rất<br /> lớn và đặc biệt là có độ bền và sự ổn định lâu dài. Hiện nay trên thế giới đang<br /> từng bước ứng dụng thử nghiệm trong nhiều công trình cầu, nhà cao tầng, các<br /> công trình đặc biệt khác nhằm nâng cao khả năng chịu lực và độ bền của kết<br /> cấu công trình.<br /> Ở Việt Nam, đang phát triển cơ sở hạ tầng, nhiều công trình cầu,<br /> đường hiện đại đang được xây dựng, nên việc nghiên cứu phát triển một loại<br /> vật liệu bê tông mới có cường độ siêu cao để tăng khả năng chịu lực, độ bền<br /> của công trình là vấn đề cần thiết.<br /> Chúng ta có thể nghĩ đến khả năng nghiên cứu chế tạo và ứng dụng<br /> bê tông cường độ siêu cao từ các vật liệu ở Việt Nam để có thể áp dụng thay<br /> thế cho một số dạng kết cấu cầu, đường bộ hiện nay và từng bước nghiên cứu<br /> ứng dụng bê tông cường độ siêu cao này trong thiết kế một số các kết cấu của<br /> công trình cầu, đường, các nhà cao tầng, các công trình đặc biệt khác.<br /> Đó chính là lý do Nghiên cứu sinh chọn đề tài để nghiên cứu.<br /> Tên đề tài “Nghiên cứu thành phần, tính chất cơ học của bê tông cường độ<br /> siêu cao và ứng dụng trong kết cấu cầu”.<br /> Mục đích nghiên cứu:<br /> Hướng lý thuyết: Lý thuyết thành phần hạt đạt độ chặt tối ưu đã được Larard<br /> trình bày. Các hướng dẫn tính toán thành phần theo cấp phối tối ưu của Fuller<br /> năm 1997. Các nghiên cứu thực nghiệm định lượng được thực hiện bỡi<br /> SETRA/AFGC năm 2002; phương pháp thiết kế theo DIN; phương pháp thiết<br /> kế theo ACI-544… Các lý thuyết này nghiên cứu sinh sử dụng trong nghiên<br /> cứu của mình<br /> Hướng thực nghiệm: Định lượng lại thông qua thực nghiệm và từ thực<br /> nghiệm xác định lại các hệ số của các công thức. Đây cũng là một hướng<br /> được một số nước như Hàn Quốc, Mỹ thực hiện. Hướng và mục đích của<br /> nghiên cứu sinh thực hiện; tức là tiến hành theo hướng định lượng lại mô<br /> hình vật liệu từ các điều kiện vật liệu ở Việt Nam thông qua các thí nghiệm<br /> và cũng từ các thí nghiệm xác định lại công thức tính cường độ chịu kéo khi<br /> uốn nhằm tạo ra các thông số phục vụ tính toán kết cấu.<br /> Đối tượng nghiên cứu: Từ vật liệu trong nước, nghiên cứu thực nghiệm xác<br /> định mô hình vật liệu và chế tạo ra bê tông cường độ siêu cao có cường độ<br /> 120 -:- 140MPa và ứng dụng trong kết cấu cầu.<br /> <br /> 3<br /> Phạm vi nghiên cứu: Định lượng lại mô hình vật liệu thông qua thí nghiệm,<br /> Phân tích thực nghiệm ứng xử uốn của dầm để tìm công thức t, phân tích<br /> ứng xử uốn dầm cầu để xác định chiều cao mới của dầm cầu. Nghiên cứu<br /> sinh chỉ nghiên cứu dầm cầu dưới tác dụng của tải trọng tỉnh, các tải trọng<br /> động, tải trọng lặp chưa đề cập trong luận án này.<br /> Ý nghĩa khoa học và thực tiển của đề tài:<br /> - Về lý thuyết: Nghiên cứu ứng dụng các lý thuyết tính toán về độ đặc tối ưu<br /> để thiết kế cấp phối bê tông cường độ siêu cao. Phân tích ứng xử uốn của<br /> dầm và dầm cầu để tìm ra công thức tính cường độ chịu kéo khi uốn t và<br /> chiều cao dầm cầu.<br /> - Về thực nghiệm: Tìm kiếm vật liệu, chế tạo ra cấp phối vật liệu bê tông<br /> cường độ siêu cao từ 120 -140MPa với vật liệu trong nước. Từ thực nghiệm<br /> nêu lên các đặc trưng cơ học của bê tông cường độ siêu và đề xuất công thức<br /> tính cường độ chịu kéo khi uốn t; phân tích ứng xử uốn của dầm cầu và đề<br /> xuất chiều cao dầm cầu<br /> Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG BÊ<br /> TÔNG CƯỜNG ĐỘ SIÊU CAO TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM<br /> 1.1.Các công trình nghiên cứu liên quan mật thiết đến đề tài luận án đã<br /> được công bố trên thế giới<br /> Bê tông cường độ siêu cao là một loại vật liệu mới được nghiên cứu<br /> và phát triển trên thế giới từ năm 1990. Các ứng xử cơ học, các công thức về<br /> tính toán cũng như các hướng dẫn thiết kế và kỹ thuật xây dựng đã được công<br /> bố ở Pháp, Mỹ và Đức. Một số ứng dụng đầu tiên ở Cananda, Châu Âu, Châu<br /> Á và ở Mỹ đã chứng minh những lợi ích của loại vật liệu mới này về chi phí,<br /> tính bền vững và nhiều tính năng ưu việt khác.<br /> Với những ưu điểm vượt trội của bê tông này, cho phép chúng ta có<br /> những suy nghĩ về việc nghiên cứu bê tông cường độ siêu cao từ các vật liệu<br /> thành phần trong nước, trên cơ sở tham khảo những kết quả nghiên cứu của<br /> các nước trên thế giới, sẽ mở ra một hướng đi mới trong ngành vật liệu xây<br /> dựng và kết cấu công trình<br /> 1.2. Các nghiên cứu về bê tông cường độ siêu cao ở Hoa Kỳ, ở Châu Âu<br /> và Châu Á<br /> Các lý thuyết mới về thành phần hạt theo độ đặc tối ưu đã được<br /> Larrard trình bày<br /> Các lý thuyết về cấp phối hạt tối ưu đã được Schmidt và Fuller trình<br /> bày. Các hướng dẫn thiết kế đã được SETRA / AFGC công bố<br /> Các hướng dẫn thiết kế và công nghệ chế tạo đã được nghiên cứu và<br /> khuyến cáo bởi RILEM, DIN;<br /> Các thí nghiệm về định lượng lại mô hình vật liệu đã được FHWA<br /> (Hoa Kỳ) và Hàn Quốc thực hiện.<br /> <br /> 4<br /> Các hình ảnh từ 1.1 -:-1.6 giớ thiệu các kết cấu cầu, nhà và các ứng<br /> ới<br /> dụng trong quân sự điển hình<br /> <br /> Hình 1.1: So sánh về trọng lượng và chiều cao c dầm bê tông cường độ siêu cao và<br /> u<br /> của<br /> bê tông truy thống<br /> truyền<br /> <br /> Hình 1.2: Các cầu sử dụng bê tông cường đ siêu cao mặt cắt dầm chữ T và chữ  ở<br /> ng độ<br /> Mỹ<br /> M<br /> <br /> Hình 1.3:Cầu người đi bộ ở Seoul Hàn<br /> Quốc năm 2002<br /> <br /> Hình 1.5: Cầu Bourg –lès – Valence,<br /> France năm 2004<br /> <br /> Hình 1.4: Mái nhà cửa sổ Millau năm<br /> 2004<br /> <br /> Hình 1.6: Thử nghiệm khả năng chịu<br /> công phá sử dụng trong quân sự Iran<br /> <br /> 5<br /> 1.3.Các công trình nghiên cứu liên quan mật thiết đến đề tài luận án đã<br /> được công bố ở Việt Nam<br /> Ở Việt Nam: bê tông cường độ siêu cao là một đề tài còn khá mới.<br /> Đến năm 2008 mới được một số nhà khoa học ở các trường ĐH Giao thông<br /> Vận tải; ĐH Xây dựng; ĐH Bách Khoa TP Hồ Chí Minh… bắt đầu nghiên<br /> cứu về bê tông này. Các nghiên cứu nêu trên được xem là những nghiên cứu<br /> ban đầu về bê tông siêu cường độ ở Việt Nam.<br /> Như vậy bê tông cường độ siêu cao đối với Thế giới và Việt Nam<br /> vẫn còn mang tính thời sự rất lớn, cần thiết có nhiều nghiên cứu để chế tạo ra<br /> bê tông này từ vật liệu trong nước góp phần bổ sung hoàn thiện hệ thống lý<br /> luận, tính toán và từng bước đưa vào ứng dụng thử nghiệm cho một số công<br /> trình xây dựng.<br /> 1.4.Mục tiêu của đề tài<br /> Từ vật liệu trong nước, theo các hướng dẫn của thế giới; nghiên cứu<br /> chế tạo ra bê tông cường độ siêu cao từ 120 -:- 140MPa. Nghiên cứu thực<br /> nghiệm uốn của dầm bê tông cốt thép sử dụng bê tông cường độ siêu cao để<br /> xác định hệ số K trong công thức tính cường độ chịu kéo khi uốn. Phân tích<br /> ứng xử uốn của dầm cầu sử dụng bê tông cường độ siêu cao từ đó đề xuất<br /> chiều cao của dầm cầu.<br /> 1.5.Nội dung và phương pháp nghiên cứu<br /> Nghiên cứu lựa chọn vật liệu, thiết kế thành phần, thí nghiệm các<br /> tính chất cơ học của bê tông cường độ siêu cao từ 120 – 140MPa. Phân tích<br /> uốn kết cấu dầm, dầm cầu và từ đó định hướng sử dụng trong kết cấu. Sử<br /> dụng phương pháp lý thuyết và thực nghiệm để xác định về thành phần, các<br /> tính năng cơ học của bê tông cường độ siêu cao và công thức tính cường độ<br /> chịu kéo khi uốn và chiều cao dầm cầu.<br /> Chương 2: VẬT LIỆU CHẾ TẠO VÀ THIẾT KẾ THÀNH PHẦN<br /> BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ SIÊU CAO<br /> 2.1 Vật liệu chế tạo:<br /> 2.1.1/ Xi măng, phụ gia siêu dẻo và muội Silic<br /> Nghiên cứu sinh sử dụng xi măng PC40-Bút Sơn loại I phù hợp với<br /> quốc tế và thực tế xi măng ở Việt nam<br /> Luận án sử dụng phụ gia Policacbol silat của hãng Sika Việt Nam với<br /> kí hiệu 3000-20 các tính năng phù hợp tiêu chuẩn ASTM C494 loại C<br /> Luận án sử dụng muội Silic do Sika Việt Nam bán trên thị trường<br /> cũng có tính năng đảm bảo các tiêu chuẩn ASTM 1230-95a, hình 2.1<br /> <br />