Nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm trong dự đoán cường độ chịu nén và vết nứt bê tông với tro bay và bột đá

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

GIỚI THIỆU

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

1.1. Tổng quan các nghiên cứu về mô phỏng lan truyền sóng siêu âm trong bê tông

1.2. Phương pháp sai phân hữu hạn

1.3. Phương pháp phần tử hữu hạn

1.4. Tổng quan nghiên cứu dự đoán cường độ chịu nén bê tông dựa trên phương pháp siêu âm

1.5. Các nghiên cứu ngoài nước

1.6. Mô hình hồi quy một biến

1.7. Mô hình hồi quy đa biến

1.8. Mô hình mạng nơ-ron nhân tạo

1.9. Các nghiên cứu trong nước

1.10. Tổng quan nghiên cứu về dự đoán kích thước vết nứt trong bê tông bằng phương pháp siêu âm

1.11. Phương pháp tác động tiếng vang (Impact-Echo Method)

1.12. Phương pháp lan truyền sóng bề mặt (Surface Wave Transmission Method)

1.13. Phương pháp siêu âm khuếch tán (Diffusion method)

1.14. Phương pháp xác định thời gian nhiễu xạ lan truyền (Time of Flight Diffraction Method)

1.15. Kết luận nghiên cứu tổng quan

2. CHƯƠNG 2: MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH LAN TRUYỀN SÓNG SIÊU ÂM VÀ DỰ ĐOÁN CHIỀU SÂU VẾT NỨT TRONG BÊ TÔNG

2.1. Phương trình mô tả sự lan truyền sóng

2.2. Mô phỏng số sự lan truyền sóng siêu âm bằng phương pháp phần tử hữu hạn

2.3. Xác định các ma trận đặc trưng của phương pháp phần tử hữu hạn

2.4. Ma trận độ cứng và khối lượng

2.5. Ma trận cản

2.6. Giải phương trình bằng phương pháp tích phân số Newmark

2.7. Thuật toán giải phương trình chuyển động

2.8. Kết quả mô phỏng số lan truyền sóng siêu âm trong các mẫu bê tông

2.9. Hình ảnh lan truyền sóng siêu âm trong các mẫu

2.10. Phân tích chuyển vị tại các điểm nhận sóng

2.11. Đánh giá kết quả mô phỏng thông qua thực nghiệm

2.12. Mô phỏng xác định chiều sâu vết nứt bê tông

2.13. Kết quả mô phỏng

2.14. Kết luận chương 2

3. CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM DỰ ĐOÁN CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN, HỆ SỐ CẢN RAYLEIGH VÀ CHIỀU SÂU VẾT NỨT CỦA BÊ TÔNG

3.1. Vật liệu thí nghiệm

3.2. Thực nghiệm dự đoán cường độ chịu nén của bê tông

3.3. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ chịu nén

3.4. Xây dựng quy trình và bộ dữ liệu thực nghiệm

3.5. Xây dựng quy trình thực nghiệm

3.6. Xây dựng bảng cấp phối cho các mẫu thực nghiệm

3.7. Chế tạo mẫu thử và dưỡng hộ

3.8. Xây dựng bộ dữ liệu thực nghiệm

3.9. Đo vận tốc xung siêu âm UPV

3.10. Xác định tỉ lệ suy giảm biên độ sóng siêu âm

3.11. Xác định khối lượng riêng của các mẫu bê tông

3.12. Xác định mô-đun đàn hồi của các mẫu bê tông

3.13. Xác định cường độ chịu nén của các mẫu bê tông

3.14. Xây dựng mô hình dự đoán cường độ chịu nén của bê tông

3.15. Mô hình hồi quy tuyến tính đa biến

3.16. Kết quả mô hình dự đoán

3.17. Đánh giá mô hình dự đoán

3.18. Dự đoán cấp phối chế tạo bê tông

3.19. Mô hình mạng nơ-ron nhân tạo

3.20. Cấu trúc mạng nơ-ron nhân tạo

3.21. Phân tích kết quả các mô hình

3.22. So sánh các mô hình dự đoán cường độ chịu nén

3.23. Hệ số cản Rayleigh của bê tông

3.24. Phương pháp và quy trình thực nghiệm xác định hệ số cản Rayleigh

3.25. Phát và nhận xung qua mẫu bê tông, xác định hệ số kw

3.26. Lưu đồ thuật toán xác định hệ số kR

3.27. Xác định các hệ số cản Rayleigh

3.28. Xây dựng mô hình dự đoán hệ số cản Rayleigh của bê tông

3.29. Thực nghiệm dự đoán chiều sâu vết nứt mở vuông góc bề mặt bê tông

3.30. Xác định quy trình thực nghiệm

3.31. Chế tạo mẫu

3.32. Xác định vận tốc lan truyền xung siêu âm

3.33. Xác định thời gian lan truyền xung

3.34. Kết quả thực nghiệm

3.35. Đánh giá kết quả dự đoán chiều sâu vết nứt bằng thực nghiệm và mô phỏng

3.36. Kết luận chương 3

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU CẦN PHÁT TRIỂN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu

Nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm trong dự đoán cường độ chịu nén và vết nứt bê tông với tro bay và bột đá là một lĩnh vực quan trọng trong ngành xây dựng. Bê tông là vật liệu chủ yếu trong các công trình xây dựng, và việc đảm bảo chất lượng bê tông là rất cần thiết. Cường độ chịu nén là thông số quan trọng nhất để đánh giá chất lượng bê tông. Việc sử dụng tro bay và bột đá như là vật liệu thay thế cho các thành phần truyền thống trong bê tông đang ngày càng phổ biến. Tuy nhiên, việc dự đoán cường độ chịu nén của bê tông sử dụng các vật liệu này vẫn còn nhiều thách thức. Nghiên cứu này nhằm xây dựng mô hình dự đoán cường độ chịu nén và chiều sâu vết nứt trong bê tông, từ đó giúp các kỹ sư xây dựng có thể thiết kế cấp phối hợp lý và đánh giá chất lượng bê tông một cách hiệu quả.

II. Tổng quan nghiên cứu

Trong chương này, các nghiên cứu trước đây về sóng siêu âm trong bê tông được tổng hợp. Các phương pháp như mô phỏng sự lan truyền sóng siêu âm, dự đoán cường độ chịu nén và chiều sâu vết nứt được phân tích. Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng mạng nơ-ron nhân tạo (ANN) để dự đoán cường độ chịu nén là một hướng đi tiềm năng. Các nghiên cứu trong nước chủ yếu dựa vào các tiêu chuẩn như TCVN 9357:2012 để đánh giá chất lượng bê tông. Tuy nhiên, chưa có nhiều nghiên cứu áp dụng sóng siêu âm để dự đoán cường độ chịu nén cho bê tông sử dụng tro bay và bột đá. Điều này cho thấy sự cần thiết phải phát triển các mô hình dự đoán mới, có thể áp dụng cho các loại bê tông này.

III. Mô phỏng quá trình lan truyền sóng siêu âm

Chương này tập trung vào việc mô phỏng quá trình lan truyền sóng siêu âm trong bê tông. Các phương trình mô tả sự lan truyền sóng được thiết lập và giải bằng phương pháp phần tử hữu hạn. Kết quả mô phỏng cho thấy sự ảnh hưởng của tro bay và bột đá đến đặc tính lan truyền sóng. Việc xác định các ma trận đặc trưng như ma trận độ cứng và khối lượng là rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác của mô phỏng. Kết quả cho thấy rằng sự suy giảm biên độ sóng siêu âm có thể được sử dụng để dự đoán cường độ chịu nén và chiều sâu vết nứt trong bê tông. Điều này mở ra hướng nghiên cứu mới trong việc ứng dụng sóng siêu âm để đánh giá chất lượng bê tông.

IV. Thực nghiệm dự đoán cường độ chịu nén

Chương này trình bày quy trình thực nghiệm để dự đoán cường độ chịu nén của bê tông sử dụng tro bay và bột đá. Các mẫu bê tông được chế tạo và dưỡng hộ theo quy trình nghiêm ngặt. Việc đo vận tốc xung siêu âm (UPV) và xác định tỉ lệ suy giảm biên độ sóng là các bước quan trọng trong quy trình. Kết quả thực nghiệm cho thấy mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và vận tốc xung siêu âm có thể được mô hình hóa bằng các phương pháp hồi quy và ANN. Điều này chứng tỏ rằng sóng siêu âm không chỉ là công cụ để đánh giá chất lượng bê tông mà còn có thể dự đoán chính xác cường độ chịu nén của bê tông sử dụng vật liệu phế phẩm.

V. Dự đoán chiều sâu vết nứt

Chương này tập trung vào việc dự đoán chiều sâu vết nứt trong bê tông sử dụng sóng siêu âm. Các phương pháp như Impact-Echo Method và Time of Flight Diffraction Method được áp dụng để xác định chiều sâu vết nứt. Kết quả cho thấy rằng việc sử dụng sóng siêu âm có thể giúp xác định chính xác kích thước và chiều sâu của các vết nứt trong bê tông. Điều này rất quan trọng trong việc đánh giá khả năng chịu lực và độ bền của công trình. Việc phát triển các phương pháp dự đoán chiều sâu vết nứt sẽ giúp các kỹ sư có thêm công cụ để đảm bảo chất lượng công trình.

VI. Kết luận và hướng nghiên cứu cần phát triển

Luận án đã đạt được những kết quả quan trọng trong việc ứng dụng sóng siêu âm để dự đoán cường độ chịu nén và chiều sâu vết nứt của bê tông sử dụng tro bay và bột đá. Các mô hình hồi quy và ANN đã được xây dựng và chứng minh tính hiệu quả. Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc mở rộng mô hình để áp dụng cho các loại bê tông khác và nghiên cứu sâu hơn về ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến chất lượng bê tông. Việc phát triển các phương pháp mới trong ứng dụng sóng siêu âm sẽ góp phần nâng cao chất lượng công trình xây dựng tại Việt Nam.

Nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm để dự đoán cường độ chịu nén và vết nứt của bê tông sử dụng tro bay và bột đá