Thí nghiệm đánh giá khả năng giảm sóng của cấu kiện bê tông rỗng

Bê tông rỗng là bê tông có cấu trúc rỗng thông nhau được tạo lên từ các cấp phối hạt cốt liệu gián đoạn. Ở một số nước, vật liệu này đã được áp dụng cho các công trình bảo vệ bờ biển do khả năng hấp thụ năng lượng sóng theo cơ chế chủ động. Bài viết này trình bày nghiên cứu khả năng sử dụng bê tông rỗng phục vụ xây dựng đê chắn sóng ngầm – một dạng công trình bảo vệ bờ biển được đánh giá là phù hợp đối với điều kiện Việt Nam.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thí nghiệm đánh giá khả năng giảm sóng của cấu kiện bê tông rỗng Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, NUCE 2021. 15 (3V): 44–54 THÍ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG GIẢM SÓNG CỦA CẤU KIỆN BÊ TÔNG RỖNG Lê Hải Trunga , Nguyễn Văn Tuấnb,∗, Trần Thanh Tùnga , Đặng Thị Linhc , Nguyễn Trường Duyc , Bạch Dươngd a Trung tâm Tư vấn và Kỹ thuật biển và phát triển cảng, Trường Đại học Thủy lợi, 175 đường Tây Sơn, quận Đống Đa, Hà Nội, Việt Nam b Khoa Vật liệu Xây dựng, Trường Đại học Xây dựng, 55 Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam c Viện Kỹ thuật công trình, Trường Đại học Thủy Lợi, 175 đường Tây Sơn, quận Đống Đa, Hà Nội, Việt Nam d Khoa Công trình thủy, Trường Đại học Xây dựng, 55 Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 02/05/2021, Sửa xong 21/06/2021, Chấp nhận đăng 23/06/2021 Tóm tắt Bê tông rỗng là bê tông có cấu trúc rỗng thông nhau được tạo lên từ các cấp phối hạt cốt liệu gián đoạn. Ở một số nước, vật liệu này đã được áp dụng cho các công trình bảo vệ bờ biển do khả năng hấp thụ năng lượng sóng theo cơ chế chủ động. Bài báo này trình bày nghiên cứu khả năng sử dụng bê tông rỗng phục vụ xây dựng đê chắn sóng ngầm – một dạng công trình bảo vệ bờ biển được đánh giá là phù hợp đối với điều kiện Việt Nam. Thí nghiệm mô hình vật lý được thực hiện trên các mẫu cấu kiện bê tông rỗng có dạng hình hộp, được chế tạo với các kích thước đá (5-10, 10-20 và 20-40 mm) và độ rỗng khác nhau (15-25%). Kết quả đo đạc cho thấy chiều cao sóng giảm từ 21% đến 56% khi đi qua đê ngầm dạng thành đứng xếp bằng các mẫu cấu kiện. Từ khoá: bê tông rỗng; cấp phối hạt gián đoạn; giảm sóng; bảo vệ bờ biển; đê ngầm. EXPERIMENTAL ASSESSMENT OF WAVE REDUCTION POSSIBILITY OF POROUS CONCRETE BLOCKS Abstract Porous concrete, a special type of concrete with a porous structure, consists of a gap-graded aggregate system. In some countries, this material has been applied to coastal protection works due to its ability to absorb wave energy by active mechanism. This paper presents a study on the possibility of using porous concrete for the construction of submerged breakwaters - a type of coastal protection work that is considered suitable for Viet- namese conditions. Physical modeling experiments were conducted using porous concrete samples made with different crushed stone sizes and different designed porosities. The measurements show that the wave heights were decreased significantly from 21% to 56% when propagating through a vertical breakwater constructed of the porous concrete samples. Keywords: porous concrete; gap-graded concrete; wave reduction; coastal protection; submerged breakwater. https://doi.org/10.31814/stce.nuce2021-15(3V)-04 © 2021 Trường Đại học Xây dựng (NUCE) 1. Đặt vấn đề Trong những năm gần đây, tình trạng biến đổi khí hậu đang có diễn biến rất phức tạp, ngày càng xuất hiện nhiều hiện tượng thời tiết cực đoan, đặc biệt là ở vùng ven biển. Do vậy, các giải pháp bảo vệ bờ biển, phòng chống lũ lụt đang được quan tâm nghiên cứu mạnh mẽ. Đối với các công trình bảo ∗ Tác giả đại diện. Địa chỉ e-mail: tuannv@nuce.edu.vn (Tuấn, N. V.) 44 Trung, L. H., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng vệ bờ biển, bê tông (BT) và bê tông cốt thép (BTCT) là hai loại vật liệu đang được sử dụng phổ biến hiện nay. Độ bền lâu thực tế của kết cấu BTCT phụ thuộc vào mức độ xâm thực của môi trường và chất lượng vật liệu sử dụng thể hiện ở cường độ bê tông, mác chống thấm, khả năng chống ăn mòn, chủng loại xi măng, phụ gia, loại cốt thép, chất lượng thiết kế, thi công và biện pháp quản lý, sử dụng công trình... Trong môi trường không có tính xâm thực, kết cấu BTCT có thể làm việc bền vững trên 100 năm. Tuy nhiên đối với các công trình biển, hiện tượng ăn mòn cốt thép và bê tông dẫn đến làm nứt vỡ và phá huỷ kết cấu bê tông và BTCT có thể xuất hiện sau 10 - 30 năm sử dụng [1]. Nguyên nhân chính của thực trạng này là do tác động xâm thực mạnh của môi trường biển đối với BT và BTCT ở hai dạng chính gồm tác dụng về mặt hóa học và cơ học như gây ăn mòn và xói mòn kết cấu, đặc biệt khi có tác dụng của sóng biển. Để khắc phục sự ăn mòn BT và BTCT của các công trình bảo vệ bờ biển, một số biện pháp thường được áp dụng như tăng chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép, tăng mác bê tông so với quy phạm, sử dụng phụ gia (khoáng, hóa), bọc lớp vật liệu chống ăn mòn hoặc giảm sóng ở bề mặt kết cấu, hoặc thay thế cốt thép thành cốt phi kim, . . . Xét về mặt tương tác thì đây là cách tiếp cận bị động và mang tính phòng bị, tức là tăng khả năng chống chịu của kết cấu bê tông. Một cách tiếp cận khác là chủ động giảm năng lượng hay giảm tác động cơ học của sóng, dòng chảy tới các công trình biển nói chung và kết cấu bê tông nói riêng. Về mặt không gian – thời gian, sóng cần được tiêu tán một phần trước và trong quá trình tương tác với công trình. Theo Viện bê tông Mỹ (ACI), bê tông rỗng (BTR) là loại bê tông không có độ sụt, dùng cấp phối hạt gián đoạn gồm có xi măng pooc lăng, cốt liệu lớn, một lượng nhỏ hoặc không cốt liệu nhỏ, nước và phụ gia. Sau khi rắn chắc từ hỗn hợp vật liệu trên, bê tông sẽ có hệ thống lỗ rỗng thông nhau cho phép nước chảy qua dễ dàng. Tính chất kỹ thuật, công nghệ thi công và bảo dưỡng BTR đã được nghiên cứu một cách rộng rãi và hệ thống. Một số vấn đề đã được đánh giá như ảnh hưởng của lỗ rỗng đến tính thấm của bê tông rỗng [2], quan hệ giữa độ rỗng và cường độ trong bê tông rỗng [3], khả năng sử dụng cốt liệu tái chế như như bê tông nghiền, tường xây nghiền làm bê tông rỗng thoát nước [4], tính chất của thoát nước sử dụng cốt liệu tái chế và chất kết dính geopolymer [5]. Độ rỗng của bê tông ...