I. Tổng quan đề tài
Nghiên cứu ứng xử của bê tông tính năng cao dưới tải trọng nén đa trục là một lĩnh vực quan trọng trong ngành xây dựng. Bê tông tính năng cao (HPFRC) được biết đến với cường độ nén cao, thường từ 70-100 MPa, và khả năng chống nứt tốt. Việc sử dụng vỏ thép và vỏ nhựa bao quanh mẫu bê tông đã cho thấy hiệu quả rõ rệt trong việc nâng cao sức chịu tải và khả năng biến dạng của lõi bê tông. Kết quả nghiên cứu cho thấy, sức chịu tải của mẫu bê tông có vỏ thép tăng lên từ 1,4 đến 1,7 lần so với mẫu không có vỏ, trong khi vỏ nhựa chỉ tăng từ 1,3 đến 1,5 lần. Điều này chứng tỏ rằng việc sử dụng vỏ thép là một giải pháp hiệu quả để cải thiện tính chất cơ học của bê tông dưới tải trọng nén đa trục.
1.1 Tình hình nghiên cứu
Tình hình nghiên cứu trong nước và quốc tế về bê tông tính năng cao cho thấy sự phát triển mạnh mẽ trong việc ứng dụng các loại vật liệu mới. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc kết hợp giữa bê tông cốt sợi và vỏ thép có thể nâng cao đáng kể khả năng chịu lực của kết cấu. Các nghiên cứu trong nước như của Lê Hoàng An và cộng sự đã chỉ ra rằng bê tông tính năng siêu cao có thể đạt được cường độ nén cao mà không cần sử dụng sợi thép. Trong khi đó, các nghiên cứu quốc tế đã chứng minh rằng việc sử dụng vỏ thép có thể làm tăng sức kháng nén của lõi bê tông lên đến 3 lần dưới tải trọng nén đa trục. Điều này mở ra hướng đi mới cho việc thiết kế và thi công các công trình xây dựng hiện đại.
II. Cơ sở khoa học
Cơ sở khoa học của nghiên cứu này dựa trên việc phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến ứng xử của bê tông tính năng cao dưới tải trọng nén. Các yếu tố như tính chất cơ học của vật liệu, cơ chế truyền lực giữa vỏ và lõi bê tông, và trạng thái ứng suất của vỏ là những điểm quan trọng cần được xem xét. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng vỏ thép không chỉ giúp tăng cường sức chịu tải mà còn cải thiện khả năng chống nứt của bê tông. Việc sử dụng vỏ nhựa cũng có tác dụng nhất định, nhưng không hiệu quả bằng vỏ thép. Các mô hình hóa lý thuyết đã được thiết lập để giải thích mối quan hệ giữa vỏ và lõi, từ đó giúp dự đoán khả năng chịu nén của bê tông trong các điều kiện khác nhau.
2.1 Tác dụng của sợi gia cường trong HPFRC
Sợi gia cường đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao tính chất cơ học của bê tông tính năng cao. Việc sử dụng sợi thép hoặc sợi tổng hợp trong hỗn hợp bê tông giúp tăng cường khả năng chịu kéo và chống nứt. Nghiên cứu cho thấy rằng, khi kết hợp sợi với bê tông cốt sợi, cường độ nén có thể tăng lên đáng kể, từ đó cải thiện khả năng chịu lực của kết cấu. Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng, với hàm lượng sợi thích hợp, bê tông có thể đạt được cường độ nén cao hơn 20% so với bê tông thông thường. Điều này chứng tỏ rằng việc ứng dụng sợi gia cường là một giải pháp hiệu quả trong thiết kế và thi công các công trình xây dựng hiện đại.
III. Kết quả thí nghiệm và thảo luận
Kết quả thí nghiệm cho thấy ứng xử nén của các mẫu bê tông có vỏ nhựa và vỏ thép khác nhau rõ rệt. Mẫu bê tông có vỏ thép cho thấy khả năng chịu nén cao hơn, với sức kháng nén tăng lên từ 1,4 đến 1,7 lần so với mẫu không có vỏ. Ngược lại, mẫu có vỏ nhựa chỉ tăng từ 1,3 đến 1,5 lần. Điều này cho thấy rằng vỏ thép có tác dụng lớn hơn trong việc hạn chế nở hông và tăng cường cường độ lõi bê tông. Bên cạnh đó, khả năng chịu biến dạng của lõi bê tông cũng tăng lên từ 2 đến 3,5 lần tùy thuộc vào loại vỏ sử dụng. Những kết quả này không chỉ khẳng định tính hiệu quả của việc sử dụng bê tông tính năng cao mà còn mở ra hướng đi mới cho việc thiết kế kết cấu chịu lực trong xây dựng.
3.1 Ứng xử nén các mẫu thí nghiệm
Các mẫu thí nghiệm được thực hiện với nhiều kích thước và loại vỏ khác nhau. Kết quả cho thấy rằng, mẫu có vỏ thép có khả năng chịu nén tốt hơn so với mẫu có vỏ nhựa. Đặc biệt, mẫu có chiều cao lớn hơn cho thấy sự khác biệt rõ rệt trong khả năng chịu nén. Các thí nghiệm cũng chỉ ra rằng, việc tăng bề dày của vỏ thép có thể làm tăng đáng kể sức kháng nén của mẫu. Điều này cho thấy rằng, việc tối ưu hóa thiết kế vỏ có thể mang lại hiệu quả cao trong việc nâng cao khả năng chịu lực của bê tông. Những phát hiện này có thể được áp dụng trong thực tiễn xây dựng, đặc biệt là trong các công trình yêu cầu tính chịu lực cao.
