I. Tổng quan về hiệu ứng nhiệt của bê tông sử dụng chất kết dính bổ sung trong kết cấu cầu
Bê tông xi măng là vật liệu chủ yếu trong xây dựng cầu. Quá trình thủy hóa của xi măng tạo ra nhiệt, dẫn đến sự phân bố nhiệt độ không đồng đều trong kết cấu bê tông. Sự chênh lệch nhiệt độ giữa lõi và bề mặt bê tông có thể gây ra ứng suất kéo, làm tăng nguy cơ nứt ở bê tông tuổi sớm. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng nứt nhiệt là một vấn đề nghiêm trọng trong các công trình bê tông khối lớn, đặc biệt là trong các công trình đập thủy điện. Việc kiểm soát nhiệt độ giữa lõi và bề mặt bê tông là rất quan trọng để giảm thiểu nứt nhiệt. Các phụ gia khoáng như silica fume (SF) được sử dụng để giảm lượng xi măng, từ đó giảm nhiệt tỏa ra và cải thiện cường độ bê tông. Nghiên cứu này sẽ đánh giá ảnh hưởng của SF đến tính chất nhiệt và khả năng chống nứt nhiệt của bê tông.
1.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt thủy hóa của xi măng
Nhiệt thủy hóa của xi măng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tỷ lệ nước/xi măng, loại xi măng và các phụ gia khoáng. Tỷ lệ nước/xi măng cao có thể làm tăng nhiệt độ thủy hóa, trong khi việc sử dụng silica fume giúp cải thiện tính chất cơ học và giảm nhiệt tỏa ra. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc thay thế một phần xi măng bằng SF có thể làm giảm đáng kể nhiệt độ tối đa trong quá trình thủy hóa, từ đó giảm nguy cơ nứt nhiệt. Sự phát triển nhiệt và ứng suất nhiệt trong bê tông cần được phân tích kỹ lưỡng để đảm bảo tính bền vững của kết cấu cầu.
II. Cơ sở lý thuyết về ứng xử cơ nhiệt của bê tông kết cấu ở tuổi sớm có sử dụng phụ gia khoáng silica fume
Cơ sở lý thuyết về ứng xử cơ - nhiệt của bê tông ở tuổi sớm rất quan trọng trong việc thiết kế và thi công cầu. Phương trình truyền nhiệt và sự truyền nhiệt qua đối lưu là những yếu tố chính ảnh hưởng đến sự phát triển nhiệt trong bê tông. Việc sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn và phần tử hữu hạn giúp mô phỏng ứng xử nhiệt của bê tông, từ đó đánh giá được ứng suất nhiệt và khả năng nứt nhiệt. Các mô hình số cho thấy rằng việc sử dụng silica fume có thể cải thiện đáng kể khả năng chịu lực và giảm thiểu nứt nhiệt trong các kết cấu cầu. Nghiên cứu này sẽ cung cấp những thông tin cần thiết để tối ưu hóa thiết kế bê tông cho các công trình cầu.
2.1. Ứng xử đàn nhớt của bê tông tuổi sớm dưới tải trọng nhiệt
Ứng xử đàn nhớt của bê tông tuổi sớm dưới tải trọng nhiệt là một vấn đề phức tạp. Nhiệt độ tăng cao trong quá trình thủy hóa có thể dẫn đến ứng suất kéo lớn, gây ra nứt nhiệt. Việc sử dụng silica fume không chỉ giúp giảm nhiệt tỏa ra mà còn cải thiện tính chất cơ học của bê tông. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng bê tông có chứa SF có khả năng chịu lực tốt hơn và ít bị nứt hơn so với bê tông truyền thống. Điều này cho thấy rằng việc áp dụng SF trong thiết kế bê tông là một giải pháp hiệu quả để kiểm soát ứng suất nhiệt và nâng cao độ bền của kết cấu cầu.
III. Thực nghiệm xác định đặc trưng nhiệt và cường độ của bê tông sử dụng phụ gia khoáng silica fume trong công trình cầu
Thực nghiệm là một phần quan trọng trong nghiên cứu này. Các thí nghiệm được thực hiện để xác định cường độ và đặc trưng nhiệt của bê tông có sử dụng silica fume. Kết quả cho thấy rằng việc thay thế xi măng bằng SF từ 10% đến 15% giúp giảm nhiệt độ tối đa trong quá trình thủy hóa và cải thiện cường độ chịu nén của bê tông. Các phương pháp đo nhiệt thủy hóa và cường độ bê tông đã được áp dụng để thu thập dữ liệu chính xác. Kết quả thực nghiệm sẽ cung cấp cơ sở cho việc đánh giá khả năng chống nứt nhiệt của bê tông trong các kết cấu cầu.
3.1. Kết quả thí nghiệm đo nhiệt thủy hóa
Kết quả thí nghiệm đo nhiệt thủy hóa cho thấy rằng các hỗn hợp bê tông có chứa silica fume có độ tăng nhiệt độ thấp hơn so với các hỗn hợp không có SF. Cụ thể, độ tăng nhiệt độ đoạn nhiệt của các mẫu bê tông chứa 0%, 5%, 10% và 15% SF lần lượt là 56,1°C, 54,9°C, 53,2°C và 52,0°C. Sự chênh lệch nhiệt độ giữa các mẫu là không lớn, cho thấy rằng việc sử dụng SF có tác dụng tích cực trong việc kiểm soát nhiệt độ trong quá trình thủy hóa. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc giảm thiểu nguy cơ nứt nhiệt trong các kết cấu cầu.
IV. Phân tích ứng xử cơ nhiệt của kết cấu cầu sử dụng bê tông có phụ gia khoáng silica fume ở tuổi sớm
Phân tích ứng xử cơ - nhiệt của kết cấu cầu sử dụng bê tông có silica fume là một phần quan trọng trong nghiên cứu này. Các tham số đầu vào như cường độ bê tông và từ biến của bê tông đã được phân tích để đánh giá sự phát triển nhiệt và khả năng nứt nhiệt. Kết quả cho thấy rằng bê tông có chứa SF có khả năng chống nứt nhiệt tốt hơn so với bê tông không có SF. Việc so sánh khả năng nứt nhiệt giữa các mẫu bê tông có SF và tro bay cũng cho thấy sự khác biệt rõ rệt. Nghiên cứu này sẽ cung cấp những thông tin cần thiết để tối ưu hóa thiết kế bê tông cho các công trình cầu.
4.1. So sánh khả năng nứt nhiệt của trụ cầu ở tuổi sớm
So sánh khả năng nứt nhiệt của trụ cầu sử dụng bê tông có silica fume và tro bay cho thấy rằng bê tông có SF có khả năng chống nứt tốt hơn. Các thí nghiệm cho thấy rằng bê tông có SF có độ bền cao hơn và ít bị nứt hơn trong điều kiện nhiệt độ cao. Điều này cho thấy rằng việc sử dụng silica fume là một giải pháp hiệu quả để kiểm soát nứt nhiệt trong các kết cấu cầu. Kết quả này có thể được áp dụng để cải thiện thiết kế và thi công các công trình cầu trong tương lai.
