- Trang Chủ
- Kiến trúc - Xây dựng
- Phương pháp xác định tốc độ phát triển vết nứt trong bê tông siêu tính năng gia cố cốt sợi dưới tác động của tải trọng va đập, nổ
Xem mẫu
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TỐC ĐỘ PHÁT TRIỂN
VẾT NỨT TRONG BÊ TÔNG SIÊU TÍNH NĂNG GIA CỐ
CỐT SỢI DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG VA ĐẬP, NỔ
Ngô Trí Thường
Trường Đại học Thủy lợi, email: trithuong@tlu.edu.vn.
1. GIỚI THIỆU CHUNG 2. CHƯƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM
Bê tông siêu tính năng gia cố cốt sợi thép 2.1. Vật liệu và mẫu thí nghiệm
(Ultra - high - performance fiber - reinforced 16 mẫu UHPFRCs gia cố 0% và 2% cốt
concrete - UHPFRCs) là một loại vật liệu bê sợi thép trơn, đường kính 0.2 mm và chiều
tông có cường độ chịu nén, cường độ chịu dài 19 mm, kích thước như Hình 1, được chế
kéo, khả năng hấp thụ năng lượng cao, và tạo và thí nghiệm. Thành phần cấp phối, quá
khả năng gia tăng cường độ khi tốc độ gia tải trình trộn và chuẩn bị mẫu có thể tham khảo
tăng [1]. Những tính năng đặc biệt này giúp trong các tài liệu [2].
vật liệu UHPFRCs phù hợp để sử dụng cho
các công trình hạ tầng kỹ thuật, công trình
quân sự chịu tác động của tải trọng cực đoan
như va đập, nổ. Ví dụ: Tường bê tông chống
đạn trong các công trình quân sự. Tuy nhiên,
việc hình thành và phát triển vết nứt trong vật
liệu UHPFRCs dưới tác động của tải trọng
tốc độ cao, là một quá trình phức tạp và quan Hình 1. Thí nghiệm uốn ba điểm, tải trọng tĩnh
trọng dẫn tới sự phá hủy kết cấu, vẫn còn rất 2.2. Thí nghiệm
hạn chế.
Thí nghiệm nén ba điểm (Three-point
Có nhiều phương pháp đã được áp dụng để bending test) có vết nứt tạo sẵn ở mẫu, với
khảo sát sự hình thành và phát triển vết nứt kích thước như Hình 1, được sử để sử dụng
của bê tông, sử dụng các kỹ thuật khác nhau để làm thí nghiệm đo tốc độ phát triển vết
như sóng âm (acoustic emission), máy quay nứt. Trong đó, thí nghiệm nén tĩnh được vận
tốc độ cao (high speed camera), phương pháp hành bằng máy thí nghiệm đa năng
ảnh số (digital image correlation). Tuy nhiên, (Universal Test Machine – UTM), như trong
nghiên cứu về tốc độ phát triển vết nứt trong Hình 2, còn thí nghiệm nén động được vận
bê tông gia cố cốt sợi (Fiber reinforced hành bằng máy kéo động sử dụng khung
concrete - FRC), đặc biệt là UHPFRCs vẫn năng lượng (I-SEFIM), như trong Hình 3.
còn hạn chế. Mẫu thí nghiệm, điều kiện biên, điều kiện gia
Mục đích của nghiên cứu này là nghiên tải được sử dụng đồng bộ cho cả thí nghiệm
cứu sự ảnh hưởng của cốt sợi đến tốc độ tĩnh và động để loại bỏ các ảnh hưởng khác
phát triển vết nứt trong UHPFRCs. Đồng đến kết quả thí nghiệm. Hệ thống camera tốc
thời, nghiên cứu sự ảnh hưởng của tốc độ độc cao với tần số 2.5000 ảnh/s và độ phân
gia tải đến tốc độ phát triển vết nứt trong giải 128 × 88 pixel ở tĩnh tải và 100.000
UHPFRCs. ảnh/s và độ phân giải 160 × 80 pixel ở tốc độ
98
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
cao được sử dụng để ghi lại quá trình phá hủy
của mẫu. Chi tiết về nguyên lý, cấu tạo thí
nghiệm có thể tham khảo tại [2].
SS00-S:705 ms SS00-S:707 ms SS00-S:712 ms
Hình 4. Sự hình thành vết nứt dưới tác dụng
Hình 2. Thí nghiệm uốn ba điểm, tải trọng tĩnh của tải trọng khác nhau
2.3.2. Tốc độ phát triển vết nứt trong mẫu
UHPFRCs
Tốc độ phát triển vết nứt (ν) trong mẫu
UHPFRCs phân tích bằng DIC và EDAs
được thống kê trong Bảng 1. Công thức tính
toán ν tham khảo [2].
Bảng 1. Tốc độ phát triển vết nứt
Hình 3. Thí nghiệm uốn ba điểm, trong mẫu UHPFRCs
tải trọng động (I-SEFIM)
Tốc độ Tốc độ
Hình ảnh thu được từ hệ thống camera tốc Tốc độ vết nứt, vết nứt,
độ cao được phân tích để xem xét sự hình Loạt thí Số hiệu gia tải ν, ν,
nghiệm mẫu (DIC)
thành và phát triển của vết nứt bằng kỹ thuật m/s (EDA)
tương quan hình ảnh kỹ thuật số (Digital m/s m/s
Image Correlation - DIC) và phương pháp sử SP1 4.14 3.31
dụng thuật toán xác định cạnh vết nứt (Edge SP2 3.85 3.27
Detect Algorithm - EDA). Nguyên lý và chi 1.67×10-5
UHPC-s SP3 4.73 3.78
tiết của từng phương pháp, tham khảo tại [2]. SP4 9.85 7.88
2.3. Kết quả thí nghiệm và nhận xét Average 5.64 4.56
SP1 638.1 478.58
2.3.1. Trạng thái phá hủy
SP2 736.0 551.98
13.83
Sự phát triển vết nứt chủ đạo trong mẫu UHPC-h SP3 857.5 643.15
UHPFRCs dưới tác dụng của tải trọng được SP4 723.7 542.76
thể hiện trong Hình 4. Nhìn chung, các mẫu Average 738.82 554.12
thí nghiệm bị phá hủy bởi một vết nứt chủ SP1 0.0015 0.00
đạo, hình thành từ mép của vết cắt tạo sẵn, SP2 0.0029 0.00
UHPFR 1.67×10-5
phát triển đến mép đối diện của mẫu, mặc dù SP3 0.0023 0.00
C-s
hình dáng, đường đi của vết nứt là khác nhau SP4 0.0011 0.00
tùy theo hàm lượng cốt sợi và tốc độ gia tải. Average 0.0019 0.00
Mẫu UHPC phá hủy với chỉ một vết nứt SP1 484.5 436.05
chính, trong khi mẫu UHPFRCs hình thành SP2 516.2 464.55
UHPFR 13.83
các vết nứt nhỏ dọc theo đường đi của vết nứt SP3 603.9 543.52
C-h
lớn. Hơn nữa, các vết nứt chính thẳng hơn SP4 603.9 543.52
khi tốc độ gia tải tăng lên. Average 552.12 496.91
99
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
Nhìn chung, phương pháp phân tích bằng luận có thể được rút ra từ kết quả thí nghiệm
EDAs cho các kết quả tính toán nhỏ hơn như sau:
DIC. Điều này chủ yếu xuất phát từ việc khó Tốc độ phát triển vết nứt trong mẫu
xác định ranh giới vết nứt siêu nhỏ tại điểm UHPFRCs tăng khi tốc độ gia tải tăng.
đầu của vết nứt. Có thể thấy ở Bảng 1, tốc độ Cốt sợi có tác dụng đáng kể trong việc hạn
phát triển vết nứt trung bình của các mẫu chế tốc độ phát triển vết nứt trong mẫu
UHPC là 5.64 m/s dưới tác dụng của tải trọng UHPFRCs. Những tính chất này hứa hẹn việc
tĩnh và tăng lên 738.82 m/s ở tốc độ gia tải áp dụng vật liệu UHPFRCs vào công trình
cao. Trong khi đó, giá trị này của mẫu thực tế, chịu tải trọng động như động đất, va
UHPFRCs lần lượt là 0.0019 và 552.12 m/s. chạm, phá nổ…v.v.
Điều đó cho thấy, khi tốc độ gia tải tăng thì
tốc độ phát triển vết nứt tăng. Đồng thời, việc 4. TÀI LIỆU THAM KHẢO
gia cố cốt sợi có tác đụng đáng kể vào việc [1] Wille, K., Kim, D. J. and Naaman, A. E.
hạn chế tốc độ phát triển vết nứt trong mẫu (2011) ‘Strain-hardening UHP-FRC with
UHPFRCs. low fiber contents’, Materials and
Structures, pp. 583–598.
3. KẾT LUẬN [2] Ngo, T. T., Park, J. K. and Kim, D. J. (2019)
‘Loading rate effect on crack velocity in
Từ kết quả nghiên cứu cho thấy, có thể sử
ultra-high-performance fiber-reinforced
dụng phương pháp DIC và EDA kết hợp với concrete’, Construction and Building
hệ thống camera tốc độ cao để xác định tốc Materials. Elsevier Ltd, 197, pp. 548–558.
độ phát triển vết nứt trong mẫu bê tông
UHPFRCs, mặc dù phương pháp DIC cho
thấy hiệu quả và chính xác hơn. Một số kết
100
nguon tai.lieu . vn
