I. Giới thiệu về bê tông siêu cao
Bê tông siêu cao (UHPC) là một loại vật liệu mới với nhiều tính năng vượt trội, đặc biệt là khả năng chịu lực và độ bền trong môi trường khắc nghiệt. Nghiên cứu này tập trung vào việc phát triển và tối ưu hóa thành phần của tấm bê tông UHPC, nhằm ứng dụng cho các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp chịu tải trọng đặc biệt như tải trọng va đập. Việc sử dụng vật liệu xây dựng có sẵn trong nước không chỉ giúp giảm chi phí mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm. Theo nghiên cứu, cường độ nén của mẫu bê tông đạt từ 130-150 MPa, cho thấy khả năng chịu lực tốt của loại vật liệu này.
1.1. Tính năng và ứng dụng của UHPC
UHPC có khả năng chịu tải trọng va đập tốt, nhờ vào cấu trúc vi mô đặc biệt và thành phần vật liệu được tối ưu hóa. Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng xỉ lò cao trong thành phần bê tông không chỉ cải thiện cường độ mà còn giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường. Các ứng dụng của UHPC rất đa dạng, từ các công trình dân dụng như cầu, tường đến các công trình công nghiệp yêu cầu tính bền vững cao.
II. Phương pháp nghiên cứu và thí nghiệm
Nghiên cứu này sử dụng phương pháp thí nghiệm để đánh giá các đặc trưng cơ học của tấm bê tông UHPC. Các mẫu thí nghiệm được chế tạo với các tỉ lệ sợi thép khác nhau, từ đó tiến hành các thí nghiệm nén, uốn và kéo. Kết quả cho thấy rằng việc tăng hàm lượng sợi thép trong bê tông giúp tăng khả năng hấp thụ và lan truyền năng lượng, từ đó cải thiện khả năng chịu lực va đập của tấm. Các thí nghiệm được thực hiện trên hơn 120 mẫu, cho thấy cường độ chịu nén và kéo của bê tông đạt được các giá trị cao, từ 118-151 MPa.
2.1. Thiết kế thí nghiệm
Thiết kế thí nghiệm bao gồm việc chế tạo mẫu tấm UHPC có kích thước 500x500x80 mm, với hàm lượng sợi thép 1.0%. Các thí nghiệm va đập được thực hiện với các vật nặng khác nhau, từ 16kg đến 33kg. Kết quả cho thấy rằng sự gia tăng hàm lượng sợi thép làm giảm bề rộng vết nứt và tăng cường khả năng chịu lực của tấm. Điều này chứng tỏ rằng sợi thép đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện tính năng của bê tông.
III. Kết quả và phân tích
Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng tấm bê tông UHPC có khả năng chịu tải trọng va đập tốt, với sự gia tăng diện tích hấp thụ xung lực và giảm bề rộng vết nứt trên bề mặt tấm. Phân tích mô phỏng số bằng phần mềm ANSYS-AUTODYN cho thấy sự tương quan giữa kết quả thí nghiệm và mô phỏng, giúp dự đoán được vùng bê tông bị phá hoại khi chịu tải trọng va đập. Điều này không chỉ khẳng định tính chính xác của mô hình mà còn mở ra hướng nghiên cứu mới cho các ứng dụng trong xây dựng.
3.1. Đánh giá khả năng chịu lực
Khả năng chịu lực của tấm UHPC được đánh giá thông qua các thí nghiệm va đập và mô phỏng số. Kết quả cho thấy rằng tấm UHPC có thể chịu được tải trọng lớn mà không bị phá hoại nghiêm trọng. Sự phân bố ứng suất trong tấm cũng được phân tích, cho thấy rằng việc tối ưu hóa thành phần vật liệu có thể nâng cao đáng kể khả năng chịu lực của tấm bê tông trong các công trình xây dựng.
