Nghiên cứu bê tông chất lượng cao dùng muội silic và nano silic cho kết cấu cầu ven biển

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI LÊ HỒNG LAM NGHIÊN CỨU BÊ TÔNG CHẤT LƯỢNG CAO SỬ DỤNG MUỘI SILIC VÀ NANO SILIC CHO KẾT CẤU CÔNG TRÌNH CẦU TRONG MÔI TRƯỜNG XÂM THỰC LUẬN ÁN TIẾN SỸ Hà Nội, 08 - 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI LÊ HỒNG LAM NGHIÊN CỨU BÊ TÔNG CHẤT LƯỢNG CAO SỬ DỤNG MUỘI SILIC VÀ NANO SILIC CHO KẾT CẤU CÔNG TRÌNH CẦU TRONG MÔI TRƯỜNG XÂM THỰC NGÀNH : Kỹ thuật Xây dựng Công trình Đặc biệt MÃ SỐ : 958.06 LUẬN ÁN TIẾN SỸ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS. ĐÀO DUY LÂM GS. PHẠM DUY HỮU Hà Nội, 08 - 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Tác giả luận án Lê Hồng Lam LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu, được sự giúp đỡ của quý thầy cô, Trường Đại học Giao thông vận tải, tôi đã hoàn thành luận án tiến sĩ kỹ thuật: “NGHIÊN CỨU BÊ TÔNG CHẤT LƯỢNG CAO SỬ DỤNG MUỘI SILIC VÀ NANO SILIC CHO KẾT CẤU CÔNG TRÌNH CẦU TRONG MÔI TRƯỜNG XÂM THỰC”. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng đào tạo Sau đại học, Khoa Công trình, Bộ môn, các cán bộ và toàn thể quý thầy cô tham gia giảng dạy đã tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận án. Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, đến quý thầy hướng dẫn GS. Phạm Duy Hữu và PGS.

Đào Duy Lâm đã tận tình hướng dẫn tác giả trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thiện Luận án. Tôi xin gởi lời cảm ơn đến Trung tâm Nghiên cứu Hóa học Ứng dụng-Trường Đại học Thủy lợi đã hỗ trợ trong chế tạo vật liệu Nano silic để thực hiện luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Thị Tuyết Trinh đã giúp đỡ và chỉ dẫn trong quá trình học tập và nghiên cứu. Tôi trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Giao thông vận tải TP.HCM và bộ môn Cầu đường đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu.

Xin cảm ơn quý Giáo sư, nhà khoa học, chuyên gia trong và ngoài trường, quý thầy cô và các đồng nghiệp, đã đóng góp nhiều ý kiến thiết thực để tác giả hoàn thiện luận án. Xin trân trọng cảm ơn! Tác giả luận án Lê Hồng Lam MỤC LỤC MỞ ĐẦU. 1 TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU BÊ TÔNG MUỘI SILIC-NANO SILIC. Tổng quan bê tông chất lượng cao sử dụng vật liệu Nano.

Ảnh hưởng nano silic đến tính chất bê tông. Tính năng cơ học của bê tông. Tính công tác của cấp phối bê tông. Tính chất ảnh hưởng đến độ bền bê tông.

Nghiên cứu bê tông chất lượng cao sử dụng muội silic và nano silic. Các nghiên cứu bê tông sử dụng phụ gia muội silic. Nghiên cứu bê tông xi măng có phụ gia nano silic trên thế giới. Nghiên cứu bê tông xi măng có phụ gia nano silic trong nước.

Nghiên cứu kết cấu sử dụng bê tông nano silic và độ bền bê tông. Nghiên cứu kết cấu và độ bền bê tông chất lượng cao sử dụng nano silic. Độ bền bê tông chất lượng cao và xâm nhập ion clo. Kết luận chương 1 .24 VẬT LIỆU VÀ QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM BÊ TÔNG CHẤT LƯỢNG CAO MUỘI SILIC-NANO SILIC.

Lựa chọn vật liệu nghiên cứu. Muội silic và nano silic. Cốt liệu lớn. Cốt liệu nhỏ.

Phụ gia hóa học. Quy hoạch thực nghiệm ảnh hưởng tỷ lệ N/CKD và hàm lượng Nano silic đến cường độ nén và độ thấm ion clo. Chọn thông số nghiên cứu. Lập kế hoạch thực nghiệm tương quan giữa mã thực và biến mã hóa.

Thiết kế cấp phối bê tông xi măng theo Tiêu chuẩn ACI211. Trộn bê tông. Kiểm tra độ sụt. Chế tạo và bảo dưỡng mẫu thử.

Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén. Thí nghiệm độ thấm ion clo. Thực nghiệm thiết kế thành phần bê tông xi măng- muội silic- nano silic. Kết quả thực nghiệm tính chất bê tông.

Độ sụt của các cấp phối bê tông. Cường độ nén của các cấp phối bê tông. Độ thấm Ion Clo bằng phương pháp thấm nhanh. Tính toán theo quy hoạch thực nghiệm.

Hàm mục tiêu. Yếu tố ảnh hưởng. Thí nghiệm xác định các tính chất cơ lý của bê tông muội silic nano silic theo cấp phối tối ưu theo quy hoạch thực nghiệm. Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của bê tông theo thời gian.

Thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo uốn bê tông 28 ngày tuổi. Thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi. Kết luận chương 2 .62 NGHIÊN CỨU KẾT CẤU DẦM CHỊU UỐN SỬ DỤNG BÊ TÔNG CHẤT LƯỢNG CAO MUỘI SILIC-NANO SILIC. Cơ sở nghiên cứu khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép với bê tông cường độ cao 65 3.

Phương pháp nghiên cứu. Cơ sở xác định mô men tới hạn theo tiêu chuẩn ACI318-14 cho cấu kiện chịu uốn cốt thép đơn tiết diện chữ nhật. Xây dựng quan hệ giữa mô men và góc xoay trong dầm chịu uốn. Thí nghiệm dầm và thu thập số liệu.

Chuẩn bị mẫu dầm thí nghiệm. Sản xuất mẫu dầm thí nghiệm. Phương pháp và trình tự thí nghiệm dầm. Thiết bị thí nghiệm.

Quá trình thí nghiệm. Thu thập kết quả thí nghiệm dầm. Biểu đồ tải trọng và độ võng. Tính toán mô men tới hạn theo lý thuyết và kết quả thực nghiệm.

Xác định mô men tới hạn uốn theo ACI318. Tính toán mô men tới hạn Mu với các tiêu chuẩn khác. Xác định mô men tới hạn của dầm theo kết quả thí nghiệm. So sánh kết quả xác định mô men tới hạn theo thực nghiệm và các tiêu chuẩn liên quan 82 3.

Xây dựng cơ sở lý thuyết và tính toán sức kháng theo thực nghiệm có xét đến vùng chịu kéo của bê tông. Xây dựng cơ sở lý thuyết xác định chiều cao vùng tham gia chịu kéo của bê tông. Xây dựng phương trình quan hệ giữa x và a. Xây dựng đường cong quan hệ mô men và góc xoay.

Xây dựng đường quan hệ mô men và góc xoay lý thuyết. Xác định mô men tới hạn và góc xoay theo công thức thực nghiệm có xét đến vùng bê tông chịu kéo. Giá trị góc xoay thực nghiệm. Biểu đồ góc xoay thực nghiệm và lý thuyết.

Tính dẻo của dầm nghiên cứu. Kết luận chương 3 .97 ỨNG DỤNG BÊ TÔNG CHẤT LƯỢNG CAO MUỘI SILIC-NANO SILIC. Kết cấu dầm chịu uốn U38m. Mô tả mặt cắt ngang dầm nghiên cứu.

Kích thước, các đặc trưng hình học và bố trí cáp. Kích thước và các đặc trưng hình học mặt cắt ngang của dầm. Nội dung và kết quả tính toán. Tính toán dự báo tuổi thọ của kết cấu vùng biển do ăn mòn clo.

Cơ sở tính toán thiết kế kết cấu theo độ bền theo tiêu chuẩn TCVN 12041:2017. Mô hình dự báo tuổi thọ kết cấu bê tông do ăn mòn clo. Tính toán tuổi thọ kết cấu sử dụng bê tông chất lượng cao nano silic theo yêu cầu TCVN12041-2017. Kết luận chương 4 .110 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.

111 DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ. 114 TÀI LIỆU THAM KHẢO .145 iii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1-1. Kết quả thu được bởi Mondal và cộng sự [82]. Kết quả thí nghiệm thấm với bê tông xi măng có nano silic [65].

Một số kết quả nghiên cứu về nano silic trên thế giới và tại Việt Nam. Kết quả thực nghiệm nghiên cứu ứng xử uốn của dầm theo T. Kết quả thực nghiệm nghiên cứu ứng xử uốn của dầm theo J. Ảnh hưởng nano silic đến kết quả đo điện lượng nghiên cứu [1].

Các tính chất cơ lý của xi măng Bút Sơn PC40. Muội silic và nano silic. Thành phần hạt của đá dăm Kim Bảng-Hà Nam. Tính chất cơ lý của đá dăm Kim Bảng-Hà Nam.

Thành phần hạt của cát Sông Lô và yêu cầu ASTM C33. Chỉ tiêu cơ lý của cát Sông Lô. Tính chất của phụ gia siêu dẻo. Giá trị và khoảng biến thiên của các yếu tố ảnh hưởng.

Kế hoạch thực nghiệm tương quan giữa mã thực và biến mã hóa. Kế hoạch thực nghiệm tại tâm. Ma trận thực nghiệm bổ sung bậc 2. Dự tính lượng nước trộn cần thiết và hàm lượng không khí của bê tông tươi trên cơ sở sử dụng cát có độ rỗng 35% (ACI211,4R).

Giá trị tối đa N/CKD khuyên dùng đối với bê tông được sản xuất có chất giảm nước cao theo ACI211,4R. Đường kính lớn nhất của cốt liệu lớn (đá)(ACI211. Thể tích của đá được đầm chặt trên một đơn vị thể tích bê tông, m3/1m3 bê tông (Vđ)(ACI211. Qui định độ sụt cho bê tông trong tiêu chuẩn ACI211.

Qui định cỡ hạt lớp nhất của cốt liệu lớn. Qui định thể tích cốt liệu lớn trong tiêu chuẩn ACI211. Hàm lượng nước ban đầu của cấp phối và độ rỗng bê tông tươi căn cứ trên độ rỗng cát là 35%. Thành phần cấp phối bê tông 1.

Thành phần cấp phối bê tông theo quy hoạch thực nghiệm. Kết quả độ sụt của các cấp phối bê tông theo quy hoạch thực nghiệm. Kết quả cường độ chịu nén của bê tông 28 ngày tuổi. Kết quả thí nghiệm độ thấm nhanh ion Clo.

Giá trị và khoảng biến thên của 2 yếu tố ảnh hưởng. Bảng kết quả kế hoạch thực nghiệm tương quan giữa mã thực và biến mã hóa. Kết quả kế hoạch thực nghiệm tại tâm. Ma trận kết quả thực nghiệm bổ sung bậc 2.

Cường độ chịu nén bê tông C70-0NS và C70-2NS theo tuổi. Cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông 28 ngày tuổi. Mô đun đàn hồi của bê tông 28 ngày tuổi. Thành phần vật liệu cấp phối 6.

Cấu tạo, diện tích và tỉ lệ hàm lượng cốt thép chịu kéo. Số liệu thu thập điển hình dầm 2D12-1. Mô men tới hạn của dầm xác định theo ACI318 (Bỏ qua bê tông chịu kéo). Thông số khối ứng suất hình chữ nhật quy đổi cho các tiêu chuẩn khác nhau.

Bảng giá trị mô men tới hạn uốn theo các tiêu chuẩn khác nhau. Giá trị mô men tới hạn xác định từ kết quả thí nghiệm .