Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu thành phần, tính chất của bê tông cốt liệu nhẹ dùng trong xây dựng cầu ở Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Đặng Thùy Chi

NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT CỦA BÊ
TÔNG CỐT LIỆU NHẸ DÙNG TRONG XÂY DỰNG
CẦU Ở VIỆT NAM

Ngành:

Kỹ thuật Xây dựng công trình giao thông

Chuyên ngành: Xây dựng Cầu hầm
Mã số:

62.58.02.05

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2017

- 25 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

[1].

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

[2].

1: GS.TS. Phạm Duy Hữu
2: GS. Eric Garcia-Diaz

Phản biện 1: GS.TSKH. Nguyễn Thúc Tuyên

[3].

[4].

Phản biện 2: GS.TSKH. Nguyễn Như Khải
Phản biện 3: GS.TSKH. Nguyễn Đông Anh

Luận án sẽ bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận án cấp Trường theo

[5].

[6].

Quyết định Số …/QĐ-ĐHGTVT ngày tháng 11 năm 2017
họp tại: Trường Đại học Giao thông Vận tải,
vào hồi

ngày tháng năm

Có thể tìm hiểu Luận án tại thư viện:
1. Thư viện Quốc gia
2. Thư viện Trường Đại học Giao thông Vận tải

[7].

Đặng Thùy Chi (2013), “Thực trạng phát triển và nhu cầu sử
dụng bê tông cốt liệu nhẹ trong xây dựng cầu ở Việt Nam”,
Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, số 42, 6/2013.
Đặng Thùy Chi (2014), Nghiên cứu thành phần và tính chất
của bê tông cốt liệu nhẹ sử dụng trong kết cấu cầu, Đề tài
NCKH cấp trường mã số T2014-VKTXD-06, Chủ nhiệm đề
tài
Đặng Thùy Chi, Phạm Duy Hữu, Thái Khắc Chiến (2015),
“Nghiên cứu thiết kế thành phần bê tông cốt liệu nhẹ chịu lực
để ứng dụng trong kết cấu cầu ở Việt Nam”, Tạp chí Giao
thông vận tải, số 5/2015.
Thái Khắc Chiến, Phạm Duy Hữu, Đặng Thùy Chi (2016),
“Ảnh hưởng của keramzit đến cường độ chịu nén của bê tông
nhẹ”, Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, số 50, 2/2016
Đặng Thùy Chi (2016), Nghiên cứu thực nghiệm xác định ứng
xử nén của bê tông keramzit, Đề tài NCKH cấp trường mã số
T2016-VKTXD-15, Chủ nhiệm đề tài
Chi Thuy Dang, Huu Duy Pham, Ha Thanh Le, Eric GarciaDiaz (2016), “A study on high strength lightweight aggregate
concrete”, The 7th International Conference of Asian Concrete
Federation (ACF), Hanoi, 11/2016
Thuy Chi Dang, Duy Huu Pham (2016), “Effiency of type and
content of lightweight aggregates on strength of lightweight
aggregate concretes”, The International Conference on
Sustainable in Civil Engineering (ICSCE), Hanoi, 11/2016

- 24 -

-1-

cầu giản đơn mặt cắt chữ T, nhịp 18m bằng bê tông cốt thép; qua đó,

MỞ ĐẦU

đánh giá sơ lược hiệu quả kỹ thuật khi thay thế bê tông nặng thông
thường bằng BTCLN có cùng cường độ nén.

1. Đặt vấn đề nghiên cứu
Bê tông truyền thống là vật liệu có khối lượng thể tích lớn

2. Những đóng góp về mặt thực tiễn
Trên cơ sở kết quả về vật liệu, thành phần của BTCLN, chế tạo

(khoảng 2200 – 2600 kg/m3), tùy theo loại và lượng cốt liệu sử dụng.

thành công BTCLN chịu lực có cường độ đặc trưng lên tới hơn 60

Nếu giảm trọng lượng của bê tông đi khoảng 25%, có thể giảm bớt

MPa, độ chảy cao, đáp ứng yêu cầu sử dụng trong các kết cấu chịu

trọng lượng bản thân của kết cấu một cách đáng kể. Bê tông cốt liệu

lực nói chung và công trình cầu nói riêng.

nhẹ có khối lượng thể tích dưới 1900 kg/m3, có cường độ tương



đương bê tông thường có thể khắc phục hạn chế của bê tông truyền



Kết hợp các mô hình cơ học của phương pháp đồng nhất hóa vật

liệu composit xây dựng một phương pháp dự báo cường độ bê tông

thống và đem lại hiệu quả kinh tế cao.

cốt liệu nhẹ. Từ đó, đề xuất phương pháp thiết kế thành phần bê tông

Trên thực tế, bê tông cốt liệu nhẹ đã được sử dụng thành công và

cốt liệu nhẹ.

phổ biến trong xây dựng nói chung và xây dựng cầu nói riêng từ hơn



70 năm qua trên thế giới [2], tuy nhiên vẫn hoàn toàn mới mẻ trên thị

Đề tài đã đề xuất các công thức tính các đặc trưng cơ học của bê

tông cốt liệu nhẹ thông qua cường độ chịu nén của BTCLN.

trường Việt Nam. Việc nghiên cứu thành phần, tính chất bê tông cốt



Nghiên cứu thực nghiệm ứng xử uốn của dầm bê tông cốt thép

liệu nhẹ chịu lực để ứng dụng trong kết cấu cầu có ý nghĩa khoa học

chế tạo bằng bê tông cốt liệu nhẹ chịu lực và bước đầu đánh giá khả

và thực tiễn hết sức to lớn, mở ra hướng mới trong việc tìm kiếm vật

năng ứng dụng vật liệu này trong kết cấu cầu.

liệu thay thế cốt liệu bê tông truyền thống cũng như khả năng ứng

3. Hướng nghiên cứu tiếp

dụng các kết cấu nhẹ hơn, vượt được khẩu độ dài hơn trong kết cấu



cầu.

Mở rộng chương trình nghiên cứu thực nghiệm trên nhiều loại

cốt liệu nhẹ để khẳng định các kết luận về các tính chất cơ học của

2. Những nội dung cần giải quyết

BTCLN chịu lực.



Nghiên cứu tổng quan về bê tông cốt liệu nhẹ;



Nghiên cứu một số tính chất khác của BTCLN chịu lực như khả



Nghiên cứu vật liệu, phương pháp chế tạo;

năng dính bám với cốt thép, quan hệ ứng suất – biến dạng khi chịu



Nghiên cứu thiết kế thành phần của BTCLN;

nén



Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hai đặc tính quan trọng



Cần nghiên cứu sức kháng cắt, khả năng chịu va chạm của cấu

nhất của BTCLN là khối lượng thể tích và cường độ chịu nén;

kiện bê tông cốt thép nhằm hoàn thiện các hiểu biết về ứng xử trong



Nghiên cứu các tính chất cơ học và độ bền của BTCLN chịu lực;

kết cấu chịu lực của vật liệu này.



Nghiên cứu ứng xử uốn của dầm bê tông cốt thép sử dụng

-2-

BTCLN chịu lực. Qua đó, đánh giá khả năng ứng dụng vật liệu

- 23 -

5.4.2.2 Kiểm tra độ võng của mặt cắt giữa nhịp

này trong công trình cầu.
3. Phương pháp nghiên cứu

Kết quả tính toán độ võng ở mặt cắt giữa nhịp do hoạt tải gây ra
được tổng hợp trong bảng 5.15.

Nghiên cứu lý thuyết để định hướng và dự kiến kết quả đạt được,

Bảng 5. 3. Tổng hợp độ võng

dùng thực nghiệm để kiểm chứng.

Độ võng (mm)

4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu

Độ võng do hoạt tải

Kết quả nghiên cứu đã bước đầu làm rõ tính khả thi về mặt chế
tạo bê tông cốt liệu nhẹ chịu lực có cường độ tới 60 MPa và phân tích

Dầm T18-T145

Dầm T18-N128

4,5

6,7

Độ võng cho phép [fv] = L/800 = 22,25mm. Cả hai dầm đều đạt
yêu cầu về độ võng.

một số tính chất cơ học của BTCLN chịu lực. Ngoài ra, kết quả

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP

nghiên cứu đã góp phần xây dựng một phương pháp mới thiết kế

1. Những đóng góp của Luận án về mặt khoa học

thành phần BTCLN. Các kết quả có được của luận án có khả năng áp



dụng vào thực tế xây dựng các công trình giao thông ở Việt Nam.

sét nở keramzit. Loại bê tông nhẹ chế tạo được có KLTT nhỏ hơn

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG CỐT LIỆU NHẸ

Đề tài đã nghiên cứu chế tạo BTCLN chịu lực trên cơ sở vật liệu

2000 kg/m3 và đạt được cường độ chịu nén từ 30 - 60 MPa.

1.1. Khái quát về bê tông nhẹ



1.1.1 Sơ lược về lịch sử phát triển

cũng như khối lượng thể tích của bê tông nhẹ; đồng thời đề xuất công

Bê tông nhẹ đã được sử dụng từ thời cổ đại. Sau khi đế chế La Mã

Luận án đã phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến đến cường độ

thức thực nghiệm mô tả quan hệ giữa hai đại lượng này.

sụp đổ, việc sử dụng bê tông nhẹ trở nên hạn chế cho đến thế kỷ 20



khi cốt liệu nhân tạo mới được sử dụng phổ biến. BTCLN cường độ

công thức dự báo cường độ của BTCLN trên cơ sở các mô hình cơ

cao đã được sử dụng trong nhiều công trình từ nhà cao tầng, cầu lớn

học. Từ đó đề xuất một phương pháp thiết kế thành phần BTCLN.

cho đến các công trình ở ngoài khơi [25], [45], [57], [62].



1.1.2 Khái niệm và phân loại bê tông nhẹ

nghiên cứu và phân tích. Từ đó đề xuất các công thức thực nghiệm

Nhìn chung, bê tông được xem là nhẹ khi có khối lượng thể tích
3

Đề tài đã sử dụng phương pháp đồng nhất hóa vật liệu để đề xuất

Một số tính chất cơ học và độ bền của BTCLN chịu lực đã được

xác định mô đun đàn hồi, cường độ chịu kéo khi bửa, cường độ chịu

nhỏ hơn 2000 kg/m . Theo tiêu chuẩn châu Âu EN 206-2013 [48], bê

kéo khi uốn theo cường độ chịu nén của BTCLN. Đề tài cũng đánh

tông nhẹ được phân loại theo khối lượng thể tích thành 6 cấp từ D1,0

giá sơ lược về độ chống thấm và thấm ion clo của vật liệu BTCLN.

đến D2,0 hoặc theo cường độ chịu nén thành 14 cấp từ LC8/9 đến



LC80/88. Theo ACI 213R-87 [24], bê tông nhẹ được chia làm 3 loại

tạo từ BTCLN. Từ các kết luận ban đầu về ứng xử của kết cấu

Luận án đã nghiên cứu ứng xử uốn của dầm bê tông cốt thép chế

BTCLN. Đề tài cũng đã thực hiện phân tích số ứng xử uốn của dầm

- 22 -

-3-

b, bw là bề rộng bản cánh và sườn dầm, mm

bê tông nhẹ kết cấu, bê tông nhẹ cường độ thấp và bê tông nhẹ khối

hf là chiều dày cánh chịu nén, mm

lượng thể tích nhỏ.

ds là khoảng cách từ thớ nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu

1.2. Vật liệu chế tạo bê tông cốt liệu nhẹ

kéo, mm

1.2.1 Nguồn gốc và phương pháp sản xuất cốt liệu nhẹ

a là chiều cao khối ứng suất tương đương a = 1.c

Cốt liệu nhẹ có thể có nguồn gốc tự nhiên (đá bọt, đá núi lửa, xỉ

1 là hệ số chuyển đổi ứng suất khối

núi lửa, đá vôi, vỏ cọ...) hoặc nhân tạo bằng cách xử lý nhiệt các vật

c là khoảng cách từ mép trên của dầm đến trục trung hòa

liệu có tính nở (keramzit, aglôpôrit, peclit, vermiculite, thủy tinh, tro

Bảng 5. 13. Tổng hợp sức kháng uốn

bay, xỉ lò cao, tro đáy lò nở..).
1.2.2 Các tính chất cơ lý của cốt liệu nhẹ

Dầm T18-

Dầm T18-

T145

N128

- Độ rỗng và vi cấu trúc: độ rỗng cốt liệu nhẹ lớn hơn nhiều so với

Sức kháng uốn danh định Mn

4101,0

3594,5

cốt liệu thông thường. Kích thước và sự phân bố của các lỗ rỗng có

Sức kháng uốn tính toán Mr = Mn

3690,9

3235,0

ảnh hưởng đến khối lượng thể tích xốp và khả năng chịu lực của các

Mô men uốn (kNm)

Từ Bảng 5. 2 và Bảng 5. , cho thấy ở mặt cắt giữa nhịp cả hai
dầm T145 và N128 đều có sức kháng uốn danh định lớn hơn mô men

cốt liệu nhẹ nhân tạo, đặc biệt quyết định độ hút nước của cốt liệu.
- Khối lượng thể tích: khối lượng thể tích xốp của cốt liệu nhẹ

uốn tính toán. Cả hai dầm đều đạt yêu cầu về sức kháng uốn theo

thường biến đổi từ 350 – 1100 kg/m3 [89].

AASHTO 2007 và 22TCN 272-05.

- Độ hút nước: độ hút nước 24h của đá phiến sét nở dao động từ 10 –

Bảng 5.14. So sánh sức kháng uốn của hai dầm
Dầm T18-

Dầm T18-

T145

N128

Sức kháng uốn tính toán Mr

3690,9

3235,0

Mô men uốn do tĩnh tải

1732,6

1278,7

1958,2

1956,3

Mô men (kNm)

Mô men uốn cho phép do hoạt tải
[Mh] = Mr - Mt

Bảng 5.14 cho thấy hai dầm có sức kháng uốn dự trữ cho hoạt tải
[Mh] là xấp xỉ nhau.

20% theo khối lượng trong khi của cốt liệu từ sét nở biến đổi từ 15 31% [44].
- Tính chất cơ học: mô đun đàn hồi tương đương của cốt liệu nhẹ
biến đổi từ 2 đến 17GPa [71].
1.3. Các tính chất của bê tông cốt liệu nhẹ
- Khối lượng thể tích: ngoài KLTT của cốt liệu, KLTT của bê tông
còn phụ thuộc vào cấp phối cốt liệu, độ ẩm cốt liệu, hàm lượng khí,
hàm lượng xi măng, tỉ lệ N/CKD, phụ gia hóa học và phụ gia
khoáng… cũng như phương pháp đầm nén, điều kiện bảo dưỡng…
- Cường độ nén: phụ thuộc vào đặc trưng của cốt liệu, chất lượng của
vữa và sự tương thích về độ cứng giữa hai pha cốt liệu và vữa.