Bê tông siêu tính năng trong xây dựng dầm cầu cho giao thông nông thôn

admin

*****istrator

Tham gia ngày: Dec 2004
Bài gởi: 99

cách đây 4 tuần

Nghiên cứu ứng dụng bê tông siêu tính năng trong xây dựng dầm cầu cho giao thông nông thôn tại Đồng bằng sông Cửu Long

Trần Bá Việt, Ngô Văn Thức, Lương Tiến Hùng

TÓM TẮT:
Nghiên cứu bê tông siêu tính năng (Ultra High Performance Concrete- UHPC) ứng dụng cho kết cấu xây dựng là lĩnh vực nghiên cứu được nhiều sự quan tâm trên thế giới cũng như ở Việt Nam. UHPC là công nghệ mới, cho phép chế tạo dầm cầu với kích thước mỏng, nhẹ, kháng ăn mòn, tuổi thọ cao, hạn chế mức tối đa bảo trì và cho phép đẩy nhanh tiến độ thi công. Bài viết trình bày những nghiên cứu về UHPC và đề xuất dạng mặt cắt dầm Double Tee nhịp tải trọng 0,45 HL93 ứng dụng cho cầu giao thông nông thôn tại khu vực Đồng bằng sông Cửu Long.

TỪ KHÓA: UHPC, độ dẻo dai, đường cong ứng suất biến dạng, chịu cắt, dầm UHPC, Double Tee beam.
Trần Bá Việt
Hội Bê tông Việt Nam, Ngõ 235 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội.
Email: vietbach57@yahoo.com
Tel: 0903406501
Ngô Văn Thức
Phòng Khoa học và Hợp tác quốc tế, Trường Đại học Xây dựng Miền Tây, số 20B Phó Cơ Điều, Phường 3, Thành phố Vĩnh Long, Vĩnh Long.
Email: ngovanthuc@mtu.edu.vn
Tel: 0939423461
1. Đặt vấn đề
Trong khoảng 30 năm gần đây, các nước tiến tiến cũng như Việt nam đã nghiên cứu bê tông cường độ siêu cao có cường độ lên đến 150 MPa. Trên nền bê tông này sẽ bổ sung sợi thép, sợi tổng hợp, hay sợi lai Hybrid để tạo ra bê tông siêu tính năng (UHPC). UHPC không chỉ có cường độ chịu nén siêu cao mà còn có các tính năng vượt trội khác như cường độ chịu kéo, môdul đàn hồi, độ dẻo dai và khả năng chống ăn mòn. Theo nghiên cứu của Kim Jee-sang và cộng sự (2014),chất lượng cũng như cấu trúc của UHPC là vô cùng đặc chắc. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng nếu một loại bê tông có cường độ chịu nén ở tuổi 28 ngày trên 120 MPa thì sự ăn mòn sợi thép sẽ được giới hạn ở bề mặt bên ngoài của bê tông. Kể cả khi những sợi thép trên bề mặt kết cấu bị ăn mòn, không có sự lan truyền ăn mòn sâu tới 5 mm phía dưới bề mặt.
Các thí nghiệm về mức độ thấm Clo đã được thực hiện trong các loại bê tông thường (NC), bê tông chất lượng cao (HPC) và bê tông tính năng siêu cao bởi các nhà nghiên cứu trên thế giới (Shah 2005, Voort 2008), kết quả có thể nhận thấy UHPC có mức độ thấm ion Clo rất nhỏ so với bê tông thường. Hệ số thấm Clo nhỏ hơn 45 lần so với bê tông thường. Hay nói cách khác là khả năng bảo vệ cốt thép trong bê tông UHPC cao hơn rất nhiều so với bê tông thường. Điều đó có nghĩa là nếu so với bê tông thường tuổi thọ của bê tông UHPC tăng lên nhiều lần. Và với cường độ trên 150 MPa tuổi thọ của kết cấu UHPC trong môi trường biển, với chiều dày lớp bảo vệ > 20mm có thể đạt trên 150 năm.
Đồng Bằng sông Cửu Long (ĐBSCL), với vùng ảnh hưởng của triều, là vùng có nguy cơ môi trường nước nhiễmmặn và nhiễm phèn. Cùng với đó là nhu cầu xây dựng hạ tầng giao thông nông thôn rất lớn, vì vậy Ngân hàng Thế giới - với viện trợ ODA 3 bên qua WB của chính phủ Nhật Bản, thông qua chương trình tài trợ LRAMP- hệ thống cầu Nông Thôn cho các tỉnh của Việt Nam, đã chọn Cầu Từ Ô tỉnh Trà Vinh để hỗ trợ xây cầu theo công nghệ UHPC, thông qua đó đánh giá khả năng thiết kế, chế tạo, xây dựng, sử dụng, bảo trì cầu sử dụng UHPC.
Bài viết trình bày kết quả nghiên cứu ứng dụng UHPC trong xây dựng cầu giao thông nông thôn tại ĐBSCL. Kết quả nghiên cứu là cơ sở nhân rộng mô hình có hiệu quả kinh tế kỹ thuật, cho các dự án tài trợ tiếp theo của WB, không chỉ cho Việt Nam, mà còn cho các nước trong khu vực.
2. Vật liệu chế tạo UHPC
Xi măng: 40 MPa/50MPa phù hợp với TCVN 2682: 2009.
Silica fume: nghiên cứu sử dụng Silica Fume phù hợp tiêu chuẩn ASTM C1240.
Quazt: SiO₂> 92%
Quazt nghiền: SiO₂ > 92%
Sợi thép: Có độ bền kéo> 2400MPa. Tỷ lệ hướng sợi là 65-125.
[IMG]file:///C:/Users/MAIVAN~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image008.jpg[/IMG]

Hình 4. Sợi thép (2400-2850MPa)
Phụ gia siêu dẻo: theo ASTM C494 loại F, hàm lượng chất rắn> 45%. Khả năng giảm nước 40%.
Nước: phù hợp TCVN: 4506: 2012
3. Các kết quả nghiên cứu

3.1 Các kết quả nghiên cứu về bê tông UHPC:56 03
3.1.1 Ảnh hưởng của hàm lượng sợi thép đến tính công tác của hỗn hợp UHPC

Bảng 1. Ảnh hưởng của hầm lượng sợi thép đến độ chảy xòe

Cấp Phối (% Sợi thép)	Độ chảy xòe (mm)
CP 0	256
CP 0.5	258
CP 1.0	261
CP 1.5	255
CP 2.0	250
CP 3.0	206
CP 4.0-4,0%	180

3.1.2 Ảnh hưởng của hàm lượng sợi thép đến phát triển cường độ nén theo thời gian.

Bảng 2. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi thép đến phát triển cường độ nén theo thời gian, mẫu D10xH20cm

Cấp phối	Sợi thép, %	1 ngày	3 ngày	7 ngày	14 ngày	28 ngày	60 ngày
CP0	0	73,3	88,6	105,7	126,5	145,4	146,6
CP1	1	93,6	124,3	138,7	148,3	151,4	154,3
CP2	2	103,5	136,9	148,3	159,6	164,7	165,7
CP3	3	104,6	138,9	156,7	162,6	170,0	173,5
CP4	4	110,6	145,6	159,5	168,5	173,5	175,4

3.1.3. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi thép đến phát triển cường độ uốn theo thời gian

Bảng 3. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi thép đến phát triển cường độ uốn, mẫu 10x10x 40 cm theo thời gian

Cấp phối	Sợi thép, %	1 ngày	3 ngày	7 ngày	14 ngày	28 ngày	60 ngày
CP0	0	4,9	10,2	10,3	11,9	13,1	13,5
CP1	1	10,2	12,3	14,8	17,9	18	18,9
CP2	2	18,6	21,4	26,3	27,9	30,1	32,8
CP3	3	19,1	27,9	28,7	31,2	33,8	36,1
CP4	4	20,3	26,4	31,6	33,5	36,8	37,6

3.1.4. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi thép đến phát triển cường độ chịu kéo trực tiếp của UHPC theo thời gian.

Sử dụng khuôn có kích thước kéo 5x10x50 cm, kết quả được thể hiện qua bảng và biểu đồ sau.
Bảng 4. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi thép đến cường độ kéo tại theo thời gian

Cấp phối	Sợi thép, %	1 ngày	3 ngày	7 ngày	14 ngày	28 ngày	60 ngày
CP0	0	1,9	3,4	3,7	4,2	4,4	4,5
CP1	1	2,0	3,8	5,8	6,5	6,9	7,1
CP2	2	5,1	6,3	7,4	8,2	9,4	9,6
CP3	3	5,7	6,9	8,2	8,9	11,2	11,6
CP4	4	8,1	9,6	10,3	11,5	13,6	14,2

3.1.5. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi thépđến modul đàn hồi

Bê tông sợi có mô dul đàn hồi thể hiện khả năng biến dạng dưới tải trọng khác biệt lớn so với bê tông thường.
Bảng 5. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến mô dul
đàn hồi

Modul đàn hồi ( K-UHPC)
Tên mẫu thử	CP0	CP1	CP2	CP3	CP4
Cường độ nén (MPa)	108	110	130	136	136
ε1(mm/mm)	0.00005	0.00005	0.00005	0.00005	0.00005
ε2(mm/mm)	0.00103	0.00104	0.00104	0.001041	0.001041
S1(MPa)	1.98	2.41	2.55	2.55	2.61
S2 (MPa)	43.16	44.32	52.28	54.52	59.08
Modul GPa	42.02	42.33	50.13	52.44	56.98

3.1.7 Ảnh hưởng của hàm lượng sợi thép đến khả năng chống mài mòn của bê tông
Các kết quả thử nghiên cứu độ mài mòn của bê tông UHPC với các hàm lượng sợi thép khác nhau được trình bày trong bảng 6 (mỗi cấp phối thử 3 mẫu, kết quả cho trong Bảng 6 là kết quả trung bình).
Bảng 6. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi thép đến độ mài mòn

Số TT	Tên mẫu	Hàm lượng sợi thép,( %)	Độ mài mòn (g/ cm²)
1	UHPC-0	0	0.17
2	UHPC-2	2	0.13
3	UHPC-3	3	0.11

UHPC khi cho thêm sợi thép từ 2 đến 3%, khả năng chống mài mòn tăng lên từ 18% đến 23%. Còn nếu so với bê tông thường độ mài mòn khoảng 0.4 g/cm², thì khả năng chống mài mòn tăng khoảng 300% đến 350%.

3.1.8 Khả năng chống thấm của UHPC
Bảng 7. Kết quả xác định khả năng chống thấm của UHPC

Áp lực thí nghiệm MPa	Kết quả quan sát hiện tượng thấm trên từng mẫu
Mẫu 1	Mẫu 2	Mẫu 3	Mẫu 4	Mẫu 5	Mẫu 6
14	Không thấm	Không thấm	Không thấm	Không thấm	Không thấm	Không thấm
18	Không thấm	Không thấm	Không thấm	Không thấm	Không thấm	Không thấm
20	Không thấm	Không thấm	Không thấm	Không thấm	Không thấm	Không thấm

Kết quả trong Bảng 7 thể hiện UHPC có thể chịu được trên 20MPa. Cấp chống thấm đạt được >20 MPa, cho thấy bê tông UHPC có thể chống xâm nhập Clo rất tốt, có nghĩa là khả năng chống ăn mòn clo rất cao.
3.2 Đề xuất mặt cắt dạng Double Tee UHPC áp dụng cho cầu nông thôn tại ĐBSCL
3.2.1 Tiêu chuẩn áp dụng
NF P 18- 470: 2017 Concrete-Ultra-high performance fibre-reinforced concrete - Specifications, performance, production and conformity.
NF P 18- 710: 2016 National addition to Eurocode 2-Design of concrete structures: specific rules for Ultra-High Performance Fibre-Reinforced Concrete (UHPFRC).
NF P18-451: 2018 Concrete - Execution of concrete structures - Specific rules for UHPRFC
TCVN 11823-3:2017: Thiết kế cầu đường bộ.
3.2.2 Phương pháp thiết kế
Theo Cơ quan Quản lý Đường cao tốc Liên bang (FHWA), tại báo cáo FHWA-HRT-14-028, đã nghiên cứu phát triển một họ dầm Pi bằng UHPC (tương tự Double Tee), nhưng cho phép bố trí cáp tập trung và tiết kiệm vật liệu hơn, dùng cho tải trọng lớn HL 93, nhịp từ 20-41m.
Trên cơ sở này, để thuận tiện cho chế tạo khuôn, dự án LRAM chọn thiết kế mặt cắt dầm Tee/Double Tee cho các cầu có tải trọng nhỏ hơn hoặc bằng 0,65HL93 và nhịp <24m. Cụ thể là 2 cầu thiết kế 2x 16m, và 1 cầu 3x20m đã được thiết kế và xây dựng trong năm 2018 tại 3 tỉnh là Thái Nguyên, Nghệ An và Trà Vinh( ĐBSCL).

3.2.3. Mặt cắt điển hình dầm UHPC cho cầu giao thông nông thôn

4. Kết luận
Đã nghiên cứu chế tạo một họ UHPC với cường chịu nén 120÷150 MPa và cường độ chịu kéo từ 7 MPa đến 11 MPa.
Đã đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng sợi thép đến các tính năng của UHPC. Kết quả thể hiện UHPC có thể sử dụng hàm lượng sợi thép lên đến 4% và cho kết quả cao nhất so với các hàm lượng khác.
Khả năng chống thấm của UHPC được xác định với kết quả trên 20MPa. Qua đó có thể khẳng định, UHPC đáp ứng các yêu cầu thiết kế kết cấu và độ bền lâu, chống chịu ăn mòn trong môi trường nước phèn, nước biển ở khu vực ĐBSCL.
Nghiên cứu đã đề xuất dạng mặt cắt dầm Double Tee sử dụng UHPC nhịp 16m và nhịp 20m ứng suất trước, đơn giản trong chế tạo, vận chuyển, rút ngắn thòi gian trong cẩu lắp và thi công mối nối UHPC tại hiện trường.

Tài liệu tham khảo

US. Department of Transportation Federal highway administration (FHWA), Material property characterization of Ultra-high performance Concrete, August, 2018.
Kim Jee-sang; Kim Byung-suk, Design Guidelines for K-UHPC, Korea Institute of construction technology, Feb., 2014.
Voort .V, Design and field testing of tapered H-shaped Ultra High Performance Concrete piles, Iowa State University 2008.
Shah .S.P, Untra High performance concrete, properties and applications.
Francoi TOUTLEMONDE and Jacques RESPLENDINO, Proceedings of the RILEM-fib-
Iowa State University, Design, construction, and field testing of an Ultra-high performance Concrete Pi-Girder bridge, Final report January, 2011.
Plank .J, New developments in admixtures for precast and ready-mix concrete. ICCX Middle East 2018 (International Concrete Conference & Exhibition), Sharjah (U.A.E.), November 25 – 26, 2018, Conference proceedings, p. 24-32.
NF P 18- 470: 2017 Concrete - Ultra-high performance fibre-reinforced concrete - Specifications, performance, production and conformity
NF P 18- 710: 2016 National addition to Eurocode 2 — Design of concrete structures: specific rules for Ultra-High Performance Fibre-Reinforced Concrete (UHPFRC).
NF P18-451: 2018 Concrete - Execution of concrete structures - Specific rules for UHPRFC
TCVN 11823-3:2017: Thiết kế cầu đường bộ
FHWA-HRT-09-069: October 2009: Structural Behavior of a 2nd Generation UHPC Pi-Girder.
FHWA-HRT-10-079:November2010: Finite Element Analysis of UHPC:Structural Performance of an AASHTO Type II Girder and a 2nd-Generation Pi-Girder.
ACI PRC-239-18: Ultra-High Performance Concrete: An Emerging Technology Report.
Benjamin Graybeal and Myint Lwin: UHPC: A Bridge of the Future – A Solution Today. ASPIRE Magazine, Spring 2010, pp. 47–48. 2010.
WB- DRVN. REPORT PILOTING AND SCALING UP BUILDING CLIMATE RESIDIENT BRIDGES IN POOR RURAL AREAS, 2019. Hanoi. Vietnam

Tags: None

Previous template Next

QUẢNG CÁO ĐẦU TRANG

Thông báo

Bê tông siêu tính năng trong xây dựng dầm cầu cho giao thông nông thôn

Bê tông siêu tính năng trong xây dựng dầm cầu cho giao thông nông thôn

Quảng cáo cuối trang