Ảnh hưởng của kích thước mẫu đến khả năng chịu uốn của bê tông chất lượng siêu cao

Bài viết trình bày kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của hàm lượng sợi thép và kích thước mẫu thử đến khả năng chịu uốn của UHPC. Ba nhóm UHPC với hàm lượng sợi khác nhau, tương ứng là 0%, 1% và 2% theo thể tích đã được thử nghiệm với các mẫu thí nghiệm hình dầm (hai loại kích thước khác nhau là 40×40×160 mm và 100×100×350 mm), chịu tải trọng tác động theo sơ đồ thí nghiệm uốn 3 điểm và uốn 4 điểm.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ảnh hưởng của kích thước mẫu đến khả năng chịu uốn của bê tông chất lượng siêu cao KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG ẢNH HƯỞNG CỦA KÍCH THƯỚC MẪU ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU UỐN CỦA BÊ TÔNG CHẤT LƯỢNG SIÊU CAO Lê Trung Thành1* Tóm tắt: Bê tông chất lượng siêu cao (Ultra High Performance Concrete - UHPC) thường có cường độ chịu nén lớn hơn 150 MPa và cường độ chịu uốn trong khoảng 15 - 40 MPa là một loại bê tông thế hệ mới có tính năng vượt trội so với các loại bê tông cường độ cao. Tuy nhiên, việc ứng dụng UHPC trong thực tế cần phải tính đến độ sai khác về khả năng chịu uốn khi hàm lượng sợi thép sử dụng và kích thước kết cấu thay đổi. Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của hàm lượng sợi thép và kích thước mẫu thử đến khả năng chịu uốn của UHPC. Ba nhóm UHPC với hàm lượng sợi khác nhau, tương ứng là 0%, 1% và 2% theo thể tích đã được thử nghiệm với các mẫu thí nghiệm hình dầm (hai loại kích thước khác nhau là 40×40×160 mm và 100×100×350 mm), chịu tải trọng tác động theo sơ đồ thí nghiệm uốn 3 điểm và uốn 4 điểm. Kết quả thử nghiệm khẳng định khi tăng hàm lượng sợi lên thì cường độ uốn của bê tông tăng và khi tăng kích thước mẫu lên thì cường độ uốn của UHPFRC giảm. Từ khóa: Bê tông chất lượng siêu cao (UHPC); ảnh hưởng của kích thước mẫu. Effect of specimen size on flexural behaviour of UHPC Abstract: Ultra High Performance Concrete (UHPC) having over 150 MPa compressive strength and 15-40 MPa flexural strength is considered as the latest generation of concrete technology and highly advanced performance compared with high strength concrete. However, the application of UHPC in reality needs to consider the change of flexural behaviour when the fibre content and structures’ size are varired. This research is to investigate the effect of fibre content and specimen size on the flexural behaiour of UHPC. Three series of UHPC with different fibre content varied from 0%, 1% to 2% in volume are experimented with beam specimens (two different sizes of 40×40×160 mm and 100×100×350 mm) under 3 point and 4 point bending loads. The experimental results confirm that increasing fibre content increases the flexural strength and increasing specimen size reduces the flexural strength. Keywords: Ultra-High Performance Concrete (UHPC); size effect. Nhận ngày 15/6/2017; sửa xong 11/8/2017; chấp nhận đăng 26/9/2017 Received: June 15th, 2017; revised: August 11th, 2017; accepted: September 26th, 2017 1. Giới thiệu Bê tông chất lượng siêu cao (UHPC) là loại bê tông có độ chảy cao, cường độ nén rất cao (thường lớn hơn 150 MPa), cường độ uốn lớn có giá trị trong khoảng 15 - 40 MPa (khi sử dụng cốt sợi thép), độ thấm thấp và độ bền cao [1-6]. Sự ra đời của UHPC đã đánh dấu một bước phát triển mới mang tính đột phá cả về lý thuyết và thực tiễn áp dụng trong công nghệ bê tông hiện đại. Các nghiên cứu phát triển và ứng dụng loại bê tông này được bắt đầu từ năm 90 của thế kỷ XX và kể từ đó loại bê tông này đã được áp dụng ở một số nước phát triển để chế tạo các cấu kiện dầm cầu đúc sẵn, tấm lát mặt cầu, kết cấu bền vững với môi trường biển, bể chứa phế thải hạt nhân... Khả năng chịu uốn của UHPC là đặc điểm cơ học quan trọng bậc nhất để phân biệt UHPC với các loại bê tông khác. Khả năng chịu uốn của UHPC không chỉ đánh giá tức thời tại một thời điểm như là cường độ chịu uốn mà nó được đánh giá thông qua một số chỉ số cơ học thể hiện quá trình chịu tác động của tải trọng uốn. Các chỉ số này bao gồm cường độ chịu uốn, năng lượng nứt và độ bền dẻo dai. TS, Vụ Khoa học Công nghệ & Môi trường, Bộ Xây dựng. * Tác giả chính. E-mail: letrungthanh.moc@gmail.com. 1 TẬP 11 SỐ 5 09 - 2017 37 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG Ứng xử cơ học điển hình của UHPC khi chịu uốn được minh họa tại Hình 1, đường cong ứng suất uốn có thể chia ra làm ba giai đoạn đánh dấu tại các điểm O, A, B và C. Giai đoạn 1 (O-A) có quan hệ ứng suất uốn - biến dạng (võng giữa nhịp) là tuyến tính, ứng suất uốn tại điểm A gọi là cường độ uốn tại vết nứt đầu tiên. Giai đoạn 2 (A-B) là giai đoạn đàn hồi dẻo, khi tăng tải trọng ứng suất kéo tại vùng dưới bụng dầm tăng nhanh và đạt ứng suất kéo uốn Hình 1. Ứng xử cơ học của UHPC khi chịu uốn lớn nhất chính là thời điểm tính cho cường độ chịu uốn của UHPC. Ứng suất uốn tại điểm B gọi là cường độ uốn lớn nhất. Sau điểm B, tải trọng tăng sẽ làm cho các sợi bị kéo tuột, ứng suất kéo giảm dần. Giai đoạn 3 (B-C) là giai đoạn mềm, các sợi bị kéo tuột ra do cường độ bám dính của bê tông vào sợi bị suy giảm dưới tác dụng của tải trọng uốn. Các vết nứt lớn xuất hiện, tăng nhanh và làm cho mẫu dầm bị phá hoại hoàn toàn, không còn khả năng chịu lực. Một số nghiên cứu trước đây (liệt kê tại Bảng 1) đã chỉ ra cường độ chịu uốn (lớn nhất) của UHPC phụ thuộc đáng kể vào thành phần cấp phối, hình dạng và kích thước mẫu thử, sơ đồ gia tải. Bảng 1. Cường độ chịu uốn của UHPC trong một số nghiên cứu Tác giả Richard và các cộng sự [7] Chanvillard và các cộng sự [8] Orgass và các cộng sự [9] Năm 1994 2003 2004 Fehling và các cộng sự [10] 2004 Reineck và các cộng sự [11] 2004 Kích thước mẫu Sơ đồ gia tải Cường độ chịu uốn 40×40×160 mm cắt khía bụng dầm Uốn 3 điểm 25 - 50 MPa 70×70×280 mm cắt khía bụng dầm Uốn 3 điểm 25 - 50 MPa 70×70×280 mm Uốn 4 điểm 46.0 MPa 70×70×280 mm, cắt khía sâu 10 mm Uốn 3 điểm 36.0 MPa 40×40×160 mm Uốn 3 điểm 21.3 MPa 100×100×500 mm Uốn 4 điểm 16.4 MPa 150×150×700 mm Uốn 4 điểm 12.1 MPa 40×40×160 mm Uốn 3 điểm 34.0 MPa 150×150×700 mm Uốn 4 điểm 22.1 MPa 100×100×530 mm Uốn 4 điểm 16 - 26 MPa Cường độ chịu uốn của UHPC dường như đạt được giá trị lớn hơn đối với mẫu có kích thước nhỏ. Lý giải ở đây được cho là có ảnh hưởng của kích thước mẫu thử và sơ đồ gia tải [8-11], ví dụ các kết quả của Reineck [11] minh họa tại Hình 2. Đồng thời, các kết quả thử nghiệm cũng cho thấy khả năng chịu uốn của UHPC có sự biến động khá lớn. Fehling [10] cho rằng các giá trị đo khả năng chịu uốn của UHPC biến động là do hướng của sợi thép phâ ...