Tại Việt Nam, công nghệ bê tông siêu tính năng (UHPC) ngày càng nhận được nhiều sự quan tâm và được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng kết cấu hạ tầng xây dựng chung, cũng như hạ tầng giao thông (cầu đường bộ). Nhưng do chưa ban hành được bộ Tiêu chuẩn Quốc gia về UHPC cũng như sự khác biệt giữa các tiêu chuẩn nước ngoài nên việc nghiên cứu, thiết kế kết cấu và nghiệm thu đánh giá vẫn gặp phải khó khăn nhất định. Điển hình là việc quy đổi giá trị cường độ nến trên các kích thước mẫu thử khác nhau như mẫu trụ và mẫu lập phương. Bài viết sẽ trình bày những nghiên cứu về sự ảnh hưởng của kích thước khuôn cũng như hệ số quy đổi kết quả thử nghiệm cường độ chịu nén của UHPC.
1. Đặt vấn đề
Mặc dù đã được ứng dụng tại các nước phát triển trong khoảng gần 30 năm nay, nhưng UHPC đối với Việt Nam vẫn là một công nghệ vẫn còn mới với triển vọng ứng dụng cao vì có nhiều tính năng vượt trội hơn so với bê tông thông thường. Theo tiêu chuẩn NF P470-18 thì sử dụng khuôn trụ kích thước là d110 x h220 mm nhưng theo các tiêu chuẩn đã sử dụng ở Việt Nam (cụ thể là ACI - Hội Bê tông châu Á và ASTM 1851:2018) thì sử dụng khuôn trụ kích thước d100 x h200 mm. Hay theo TCVN thì các mẫu bê tông được thử nghiệm kiểm tra bằng khuôn lập phương kích thước 15 x 15 x 15cm hoặc 10 x 10 x 10cm. Vì vậy, khi không có hệ số quy đổi sẽ gây ra khó khắn cho công tác thiết kế kết cấu hay đánh giá nghiệm thu.
Mặc dù đã được ứng dụng tại các nước phát triển trong khoảng gần 30 năm nay, nhưng UHPC đối với Việt Nam vẫn là một công nghệ vẫn còn mới với triển vọng ứng dụng cao vì có nhiều tính năng vượt trội hơn so với bê tông thông thường. Theo tiêu chuẩn NF P470-18 thì sử dụng khuôn trụ kích thước là d110 x h220 mm nhưng theo các tiêu chuẩn đã sử dụng ở Việt Nam (cụ thể là ACI - Hội Bê tông châu Á và ASTM 1851:2018) thì sử dụng khuôn trụ kích thước d100 x h200 mm. Hay theo TCVN thì các mẫu bê tông được thử nghiệm kiểm tra bằng khuôn lập phương kích thước 15 x 15 x 15cm hoặc 10 x 10 x 10cm. Vì vậy, khi không có hệ số quy đổi sẽ gây ra khó khắn cho công tác thiết kế kết cấu hay đánh giá nghiệm thu.
2. Tài liệu, tiêu chuẩn áp dụng
- TCVN 2682:2009, xi măng Poóc lăng - yêu cầu kỹ thuật.
- TCVN 4506:2012, nước cho bê tông và vữa - yêu cầu kỹ thuật.
- TCVN 8826:2011, phụ gia hoá học cho bê tông.
- TCVN 8827:2020, phụ gia khoáng hoạt tính cao dùng cho bê tông và vữa - Silica Fume và tro trấu nghiền mịn.
- TCVN 9036:2011, nguyên liệu để sản xuất thuỷ tinh - cát - yêu cầu kỹ thuật.
- TCVN 11586:2016, xỉ hạt lò cao nghiền mịn dùng cho bê tông và vữa.
- TCVN 12392:2018, sợi cho bê tông.
- TCCS 02:2017/IBST, bê tông tính năng siêu cao UHPC - hướng dẫn thiết kế kết cấu.
- NF P18-470:2017, concrete - ultra-high performance fibrereinforced concrete - specifications, performance, production and conformity.
- NF P18-451:2018, concrete - execution of concrete structures - specific rules for ultra-high performance fibre-reinforced concrete.
- ACF 04:2020, materials UHPC - technicals specification.
- K/UHPC:2014, design guidelines for UHPC.
3. Vật liệu thành phần
a) Xi măng PC50
b) Phụ gia khoáng (Silica fume và GGBS)
c) Cát thạch anh
d) Sợi thép 2D
e) Phụ gia dẻo
f) Nước trộn
4. Cấp phối, chế tạo và bảo dưỡng mẫu
a) Thiết kế cấp phối UHPC
Để đánh giá hệ số quy đổi khuôn thì chúng tôi đã tiến hành thiết kế, thực hiện trộn và đúc với mẫu cấp phối có dử dụng 2% sợi thép như bảng sau.
a) Thiết kế cấp phối UHPC
Để đánh giá hệ số quy đổi khuôn thì chúng tôi đã tiến hành thiết kế, thực hiện trộn và đúc với mẫu cấp phối có dử dụng 2% sợi thép như bảng sau.
b) Chế tạo mẫu
Sử dụng máy trộn cưỡng bức hai trục ngang để trộn 2 mẻ hỗn hợp UHPC thử nghiệm (60 lít/mẻ). Để đảm bảo sự khách quan và giảm thiểu sai số, mỗi mẻ trộn dự kiến đúc mỗi loại mẫu trên với số lượng là 6 viên/loại.
c) Chế độ bảo dưỡng mẫu
- Sau khi đúc, các mẫu thử được dán nylon kín bề mặt và bảo dưỡng ẩm tự nhiên tại điều kiện phòng thí nghiệm trong thời gian 24 giờ.
- Tiếp theo, các mẫu được bảo dưỡng nhiệt ẩm liên tục tại điều kiện 80°C trong thời gian 72 giờ.
- Tiếp theo, các mẫu thử đươc bảo dưỡng ẩm tự nhiên tại điều kiện phòng thí nghiệm trong thời gian 72 giờ.
5. Kết quả kiểm tra cường độ chịu nén
Bảng 11. Các kết quả kiểm tra cường độ chịu nén của UHPC (R28) trên mẫu trụ d10 x h20cm.
Từ Bảng 18 trên, có thể đưa ra công thức ứng dụng cho việc quy đổi cường độ như sau: Rqđ = a.Rc
- Rc : Cường độ chịu nén của mẫu kích thước chuẩn (*).
- Rqđ : Cường độ chịu nén của mẫu cần quy đổi từ mẫu kích thước chuẩn.
- a : Hệ số quy đổi.
6. Kết luận
1. Với cấp phối UHPC có 2% sợi thép, khi mẫu nén chuẩn là mẫu trụ d10 x h20cm có hệ số cường độ là 1, thì mẫu trụ d11 x h22cm (theo tiêu chuẩn Pháp NF P18-470) sẽ có cường độ nén thấp hơn 2,1%, còn mẫu lập phương 10 x 10 x 10cm có cường độ nén tương đương.
2. Các mẫu nén khác có hệ số quy đổi giá trị được xác định trong bảng 18.
3. Hệ số quy đổi cường độ chịu nén sẽ thay đổi theo hàm lượng sợi có trong cấp phối UHPC.
7. Kiến nghị
Tiếp tục nghiên cứu và thử nghiệm đánh gi, xác định hệ số quy đổi cường độ chịu kéo đối với các cấp phối UHPC sử dụng lần lượt 1,0%, 1,5%, 2,5% và 3,0% sợi thép.
Tài liệu tham khảo
1. TCVN 3118:20xx, Bê tông - phương pháp xác định cường độ chịu nén.
2. TCCS 02:2017/IBST, Bê tông tính năng siêu cao UHPC - hướng dẫn thiết kế kết cấu.
3. Báo cáo tổng kết đề tài “Nghiên cứu giải pháp kết cấu lắp ghép sử dụng bê tông tính năng cao cho công trình xây dựng trên đảo”.
4. Báo cáo tổng kết đề tài “Nghiên cứu cơ sở khoa học xây dựng tiêu chuẩn bê tông cốt sợi tính năng siêu cao (UHPC) - thi công và nghiệm thu”.
5. Các kết quả ứng dụng UHPC trong thực tiễn tại các dự án xây dựng, đặc biệt là cầu LRAMP và cầu Thăng Long.
6. FHWA HRT:11:038, Ultra high performance concrete.
7. FHWA HRT-18-036, Properties and behavior of UHPC-class material.
8. NF P18-710: National addition to Eurocode 2 - design of concrete structures, specific rules for Ultra high performance fibre reinforced concrete (UHPC).
9. ASTM A820/A820M-16, Standard specification for steel fibers for fiber reinforced concrete.
- Rc : Cường độ chịu nén của mẫu kích thước chuẩn (*).
- Rqđ : Cường độ chịu nén của mẫu cần quy đổi từ mẫu kích thước chuẩn.
- a : Hệ số quy đổi.
6. Kết luận
1. Với cấp phối UHPC có 2% sợi thép, khi mẫu nén chuẩn là mẫu trụ d10 x h20cm có hệ số cường độ là 1, thì mẫu trụ d11 x h22cm (theo tiêu chuẩn Pháp NF P18-470) sẽ có cường độ nén thấp hơn 2,1%, còn mẫu lập phương 10 x 10 x 10cm có cường độ nén tương đương.
2. Các mẫu nén khác có hệ số quy đổi giá trị được xác định trong bảng 18.
3. Hệ số quy đổi cường độ chịu nén sẽ thay đổi theo hàm lượng sợi có trong cấp phối UHPC.
7. Kiến nghị
Tiếp tục nghiên cứu và thử nghiệm đánh gi, xác định hệ số quy đổi cường độ chịu kéo đối với các cấp phối UHPC sử dụng lần lượt 1,0%, 1,5%, 2,5% và 3,0% sợi thép.
Tài liệu tham khảo
1. TCVN 3118:20xx, Bê tông - phương pháp xác định cường độ chịu nén.
2. TCCS 02:2017/IBST, Bê tông tính năng siêu cao UHPC - hướng dẫn thiết kế kết cấu.
3. Báo cáo tổng kết đề tài “Nghiên cứu giải pháp kết cấu lắp ghép sử dụng bê tông tính năng cao cho công trình xây dựng trên đảo”.
4. Báo cáo tổng kết đề tài “Nghiên cứu cơ sở khoa học xây dựng tiêu chuẩn bê tông cốt sợi tính năng siêu cao (UHPC) - thi công và nghiệm thu”.
5. Các kết quả ứng dụng UHPC trong thực tiễn tại các dự án xây dựng, đặc biệt là cầu LRAMP và cầu Thăng Long.
6. FHWA HRT:11:038, Ultra high performance concrete.
7. FHWA HRT-18-036, Properties and behavior of UHPC-class material.
8. NF P18-710: National addition to Eurocode 2 - design of concrete structures, specific rules for Ultra high performance fibre reinforced concrete (UHPC).
9. ASTM A820/A820M-16, Standard specification for steel fibers for fiber reinforced concrete.
ximang.vn (TH/ TC Xây dựng)
