Tài liệu Mô phỏng quá trình cơ nhiệt trong kết cấu bê tông dựa trên thí nghiệm mô hình nhiệt hydrat hóa

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA DƯƠNG LỊCH MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH CƠ – NHIỆT TRONG KẾT CẤU BÊ TÔNG DỰA TRÊN THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH NHIỆT HYDRAT HÓA Chuyên ngành : Vật Liệu Và Công Nghệ Vật Liệu Xây Dựng Mã số : 60 58 80 LUẬN VĂN THẠC SỸ Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08.2013 Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa- ĐHQG-HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: ....................................................................................... Cán bộ hướng dẫn khoa học: ....................................................................................... Cán bộ chấm nhận xét 1: ............................................................................................. Cán bộ chấm nhận xét 2: ............................................................................................. Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM Ngày ….. tháng ….. năm ….. Thành phần hội đồng đánh giá luận văn thạc sỹ gồm: 1. …………………………………………….. 2. …………………………………………….. 3. …………………………………………….. 4. …………………………………………….. 5. …………………………………………….. CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: D Ư Ơ N G L Ị C H MSHV: 10190717 Ngày, tháng, năm sinh: 07/09/1983 Nơi sinh: BẮC KẠN Chuyên ngành: Vật Liệu và CN Vật Liệu Xây Dựng Mã số : 605880 I. TÊN ĐỀ TÀI: Mô phỏng quá trình cơ – nhiệt trong kết cấu bê tông dựa trên thí nghiệm mô hình nhiệt hydrat hóa. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:  Đo nhiệt hydrat hóa trên mô hình bê tông và đo các thông số cơ học khác phục vụ cho bài toán mô phỏng .  Mô phỏng quá trình nhiệt hydrat hóa của bê tông bằng phương pháp phần tử hữu hạn . II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 02/07/2012 III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 21/06/2013 IV. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS.BÙI ĐỨC VINH Tp. HCM, ngày . . . . tháng .. . . năm 2013 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) TRƯỞNG KHOA….……… (Họ tên và chữ ký) LỜI CẢM ƠN Với đề tài luận văn theo hướng thực nghiệm, trong quá trình thực hiện tôi đã gặp rất nhiều trở ngại tưởng chừng bản thân mình không thể vượt qua. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến những người đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua. Trước tiên tôi xin gửi lời cảm ơn đến cha và mẹ tôi, những người luôn chăm lo và khuyến khích tôi cố gắng phấn đấu trong cuộc sống. Và tôi cũng chân thành gởi lời cảm ơn đến thầy Bùi Đức Vinh đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Chương trình thí nghiệm đòi hỏi nhiều công đoạn cũng như máy móc thiết bị phức tạp, bản thân tôi đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của các nhân viên phòng thí nghiệm thuộc công ty Hoàng Vinh T.R.C.C, tôi xin cảm ơn tất cả mọi người đặc biệt là Mạnh, Trí và Hoàng những người đã giúp đỡ tôi trong quá trình thí nghiệm . Tôi cũng xin gởi lời cảm ơn đến công ty xi măng Sài Gòn đã giúp đỡ về mặt nguyên liệu phục vụ cho quá trình thí nhiệm. Xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô bạn bè, những người đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập tại trường, và những người luôn quan tâm động viên tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu. ---------- TÓM TẮT LUẬN VĂN Trong quá trình đóng rắn và phát triển cường độ của bê tông, xi măng tác dụng với nước tạo thành phản ứng nhiệt thuỷ hoá (hydrat hóa) và phát sinh một lượng nhiệt lớn, và gây nên ứng suất nhiệt bên trong khối bê tông. Đối với các kết cấu bê tông khối lớn hay bề mặt rộng thường có nguy cơ nứt do nhiệt rất cao, điều này làm giảm chất lượng công trình. Luận văn tập trung vào thí nghiệm mô hình phát nhiệt từ khối bê tông và mô phỏng quá trình thay đổi ứng suất của kết cấu bê tông do nhiệt hydrat gây ra trong suốt quá trình đóng rắn và phát triển cường độ. Nguồn nhiệt theo yêu cầu của bài toán truyền nhiệt được xác định từ thí nghiệm đo nhiệt độ trực tiếp trên khối bê tông với thành phần cấp phối cụ thể, thay vì xác định từ thành phần khoáng của xi măng. Đề tài đã thực hiện đo nhiệt hydrat hoá của 06 mẫu bê tông kích thước 500 mm × 500 mm × 500mm với các thành phần cấp phối khác nhau, hai loại xi măng PCB50 (xi măng xá) và xi măng toả nhiệt thấp (LH PCB50) đã được sử dụng. Kết quả của thí nghiệm đo nhiệt độ và xác định các tính chất chơ học đã được sử dụng cho bài toán mô phỏng bằng phương pháp phần tử hữu hạn. Phần mô phỏng của đề tài đã xây dựng được các mô hình tổng quát mô phỏng bài toán cơ-nhiệt cho kết cấu bê tông bất kỳ bằng phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng phần mềm ANSYS. Các khảo sát ảnh hưởng của kích thước của khối đổ cơ bản đến nhiệt độ, ứng suất nhiệt, và khả năng bị nứt của bê tông của bê tông đã được thực hiện trên các loại. Phần cuối của luận văn đã nêu lên hai ứng dụng thực tế phân tích ứng suất nhiệt và lựa chọn phương án thi công trong kết cấu bê tông khối lớn. Từ khóa: nhiệt hydrat hóa ,mô phỏng quá trình cơ nhiệt, phương pháp phần tử hữu hạn, Ansys . SUMARY During the hydration process of cement in concrete, the reaction generate heat, which causes thermal stress in concrete. Especially in the massive concrete structures are often subjected to high potential of thermal stress. Based on temperature data obtained from of hydration test of small concrete block, and mechanical properties determined from on concrete samples. This study focused on simulation heat and developement of stress during hydration process by finite element method. From basic model, this work have been extended to investigation real strucutre with any size and geometry. The affect of different factor such as cement dosage, fly ash, and construction methods on temperature and thermal stress are takan into account. The case study mentioned to two practical applications are thermal stress calculations and execution plans selection of massive concrete structures. Keywords: Thermal of hydration , modeling thermomechanical processing, finite element method, ANSYS. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu thực sự do cá nhân tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Bùi Đức Vinh. Các số liệu, kết quả được trình bày trong luận văn này là trung thực và chưa từng được công bố dưới bất kỳ hình thức nào. Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình. Học viên Dương Lịch i MỤC LỤC MỤC LỤC .................................................................................................... i DANH MỤC BẢN VẼ ................................................................................. iv DANH MỤC BẢNG ................................................................................. viii CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ........................................................................ 1 1.1. Hiện tượng nhiệt hydrat hóa của xi măng.........................................................1 1.2. Đối tượng nghiên cứu .......................................................................................1 1.3. Giới hạn đề tài:..................................................................................................4 1.4. Cấu trúc luận văn: .............................................................................................4 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN ....................................................................... 6 2.1. Giới thiệu ..........................................................................................................6 2.2. Ảnh hưởng của nhiệt hydrat hóa đến đến tính chất của bê tông.......................6 2.3. Sự tỏa toả nhiệt của xi măng.............................................................................8 2.4. Mô hình nhiệt hydrat hóa. ...............................................................................11 2.5. Phương pháp số cho bài toán cơ nhiệt. ...........................................................13 2.6. Kiểm soát nứt trong bê tông khối lớn .............................................................14 2.7. Phương pháp đánh giá khả năng bị nứt do nhiệt ............................................15 CHƯƠNG 3 NHIỆT HYDRAT HÓA VÀ CƠ CHẾ HÌNH THÀNH VẾT NỨT TRONG KẾT CẤU BÊ TÔNG ......................................................... 17 3.1. Quá trình nhiệt hydrat hóa trong bê tông. .......................................................17 3.2. Mô hình nhiệt hydrat hóa:...............................................................................18 3.3. Ứng suất nhiệt và cơ chế hình thành vết nứt nhiệt trong bê tông ...................19 3.3.1. Ứng suất nhiệt ..........................................................................................19 3.3.2 Cơ chế hình thành vết nứt trong bê tông ...................................................21 ii 3.4. Phương trình chủ đạo của bài toán truyền nhiệt .............................................22 3.5. Công thức phần tử hữu hạn cho quá trình truyền nhiệt ..................................23 3.6. Bài toán phân tích ứng suất (bài toán cơ) .......................................................24 3.7. Phương pháp phần tử hữu hạn cho bài toán cơ...............................................26 3.8. Mô phỏng bằng phần mềm phần tử hữu hạn ..................................................28 3.9. Các thông số đầu vào cho bài toán mô phỏng ................................................31 3.9.1. Các thông số về tính chất của bê tông ......................................................31 3.9.2. Tính chất của cốp pha và lớp bảo dưỡng bê tông.....................................34 CHƯƠNG 4 KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH NGUỒN NHIỆT VÀ TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA BÊ TÔNG ............................................. 36 4.1. Xây dựng thí nghiệm mô hình ........................................................................36 4.2. Thí nghiệm đo nhiệt hydrat hóa ......................................................................36 4.2.1.Mô hình thí nghiệm ...................................................................................36 4.2.2. Kết quả thí nghiệm đo nhiệt .....................................................................41 4.2.3. Nhiệt lượng và tốc độ phát nhiệt ..............................................................46 4.2.4.Nhận xét đánh giá ......................................................................................51 4.3.1. Thí nghiệm cường độ chịu nén Rn ...........................................................54 4.3.2. Mô đun đàn hồi E .....................................................................................57 4.3.3. Thí nghiệm cường độ chịu kéo Rk (theo thí nghiệm ép bửa): .................58 CHƯƠNG 5 MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH CƠ NHIỆT ............................ 60 5.1. Thiết lập mô hình mô phỏng:..........................................................................60 5.1.1. Bài toán nhiệt: ..........................................................................................60 5.1.2. Bài toán cơ:...............................................................................................60 5.1.3. Ví dụ minh họa. ........................................................................................61 iii 5.2. Đánh giá khả năng bị nứt do nhiệt hydrat hóa của bê tông. ...........................63 5.3. Khảo sát ảnh hưởng của kích thước khối đổ ..................................................65 5.4. Khảo sát đánh giá ảnh hưởng của việc cải tiến vật liệu và biện pháp thi công. ...............................................................................................................................68 5.5. Nhận xét ..........................................................................................................73 CHƯƠNG 6 ÁP DỤNG THỰC TẾ ......................................................... 75 6.1. Bài toán kết cấu dầm sàn bê tông khối lớn .....................................................75 6.1.1. Yêu cầu của bài toán ................................................................................75 6.1.2. Mô hình phần tử hữu hạn hệ dầm sàn ......................................................76 6.1.3. Nguồn nhiệt và tính chất cơ học của vật liệu ...........................................77 6.1.4. Các điều kiện ban đầu và tiếp xúcvới môi trường....................................77 6.1.5. Kết quả mô phỏng ....................................................................................77 6.2. Tính toán ứng suất nhiệt cho các phương án thi công móng bè. ....................81 6.2.1. Yêu cầu của bài toán: ...............................................................................81 6.2.2. Phân tích bài toán .....................................................................................83 6.2.3. Mô hình phần tử hữu hạn của móng bè và đất .........................................84 6.2.4.Nguồn nhiệt và tính chất cơ học của vật liệu ............................................86 6.2.5. Kết quả - đánh giá ....................................................................................86 CHƯƠNG 7 KẾT LUẬN ........................................................................ 91 TÀI LIÊU THAM KHẢO .......................................................................... 93 PHẦN PHỤ LỤC ....................................................................................... 96 iv DANH MỤC BẢN VẼ Hình 2.1. Vết nứt bê tông do nhiệt [4] ........................................................................7 Hình 2.2. Đập St. Fracis (Los Angles) ........................................................................8 Hình 2.3. Tốc độ hydrat hóa của các thành phần khoáng trong xi măng [5] ..............8 Hình 2.4. nhiệt độ của các loại xi măng trong môi trường đoạn nhiệt........................9 Hình 2.5. ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ hydrat hóa của xi măng .......................9 Hình 2.6. Ảnh hưởng của lượng tro bay thay thế cho xi măng đến tốc độ sinh nhiệt của xi măng. ..............................................................................................................10 Hình 2.7. Ảnh hưởng của lượng N/X đến tốc độ sinh nhiệt của xi măng.................10 Hình 3.1. Cơ chế phát sinh ứng suất, và vết nứt do sự trênh lệch nhiệt độ giữa các vùng của kết cấu bê tông [23] ...................................................................................20 Hình 3.2. Cơ chế phát sinh ứng suất do sự cản trơ biến dạng nhiệt từ bên ngoài [23] ...................................................................................................................................21 Hình 3.3. Tương quan chỉ số nứt nhiệt và xác suất nứt nhiệt. ..................................22 Hình 3.4. Đặc trưng hình học của SOLID70 ............................................................29 Hình 3.5. Đặc trưng hình học của SOLID65 ............................................................29 Hình 3.6.Sơ đồ thuật giải bài toán Nhiệt-Cơ trong trong theo phương pháp phần tử hữu hạn của Ansys. ...................................................................................................30 Hình 4.1. Chi tiết cấu tạo thùng cánh nhiệt (mặt cắt ngang).....................................37 Hình 4.2. Cấu tạo thùng cánh nhiệt ...........................................................................37 v Hình 4.3. thiết bị đo và ghi nhiệt độ Squirrel Data Logger - Type 1025 ..................38 Hình 4.4. Bố trí các thiết bị cảm biến đo nhiệt .........................................................40 Hình 4.5. Tiến hành đổ mẫu bê tông và găn thiết bị Data Bloger ............................40 Hình 4.6. Biểu đồ nhiệt độ của mẫu M1 ...................................................................41 Hình 4.7. Biểu đồ nhiệt độ của mẫu M2 ...................................................................42 Hình 4.8. Biểu đồ nhiệt độ của mẫu M3 ...................................................................42 Hình 4.9. Biểu đồ so sánh nhiệt độ của Mẫu M1, Mẫu M2, Mẫu M3 ......................43 Hình 4.10. Biểu đồ nhiệt độ của mẫu M4 .................................................................44 Hình 4.11. Biểu đồ nhiệt độ của mẫu M5 .................................................................44 Hình 4.12. Biểu đồ nhiệt độ của mẫu M6 .................................................................45 Hình 4.13. So sánh biến đổi nhiệt độ của Mẫu M4, Mẫu M5, Mẫu M6 ...................45 Hình 4.14. Tổng Nhiệt lượng theo thời gian của Mẫu M1, M2, M3 ........................50 Hình 4.15. Tốc độ phát nhiệt lượng theo thời gian của Mẫu M1, M2, M3 ..............50 Hình 4.16. Tổng Nhiệt lượng theo thời gian của Mẫu M4, M5, M6 ........................51 Hình 4.17. Tốc độ phát nhiệt lượng theo thời gian của Mẫu M4, M5, M6 ..............51 Hình 4.18. Biểu đồ so sánh quá trình tăng nhiệt của bê tông trong môi trường đoạn nhiệt của xi măng LH-PCB50. ..................................................................................53 Hình 4.19. Biểu đồ so sánh quá trình tăng nhiệt của bê tông trong môi trường đoạn nhiệt của xi măng PCB50..........................................................................................53 vi Hình 4.20. Cường độ chịu nén theo thời gian tình theo MC2010 và kết quả thí nghiệm xi măng LH-PCB50......................................................................................56 Hình 4.21. Cường độ chịu nén theo thời gian tình theo quy trình Nhật Bản và kết quả thí nghiệm của xi măng PCB50..........................................................................56 Hình 4.22. Thí Nghiêm Mô Đun Đàn Hồi ................................................................57 Hình 4.23. Thí nghiệm ép bửa theo ASTM C496 - M11 ..........................................59 Hình 5.1. Mô hình khối bê tông lập trong Ansys......................................................62 Hình 5.2. Phân bố nhiệt độ và sự thay đổi nhiệt độ tại tâm của khối đổ ..................62 Hình 5.3. Sự phân bố ứng suất trên khối bê tông, ứng suất tại 1 điểm theo thời gian ...................................................................................................................................63 Hình 5.4. Ứng suất kéo và cường độ chịu kéo theo thời gian ...................................64 Hình 5.5. Xác xuất bị nứt P( I cr ) theo thời gian. .......................................................64 Hình 5.6. Mô hình khối đổ cơ bản ............................................................................66 Hình 5.7. Quan hệ giữa kích thước khối đổ và nhiệt độ lớn nhất của khối. .............66 Hình 5.8. Quan hệ giữa kích thước khối đổ và ứng suất kéo σ kp .............................67 Hình 5.9. Quan hệ giữa kích thước khối đổ và xác suất nưt P( I cr ) ..........................67 Hình 5.10. Nhiệt độ tại tâm khối theo thời gian của xi măng LH-PCB50................70 Hình 5.11. Nhiệt độ tại tâm khối theo thời gian của xi măng PCB50 ......................70 Hình 5.12. Ứng suất đặc trưng vùng bị kéo σ kp của xi măng LH-PCB50 ..............72 vii Hình 5.13. Ứng suất đặc trưng vùng bị kéo σ kp của xi măng PCB50 .....................72 Hình 5.14. Khả năng bị nứt theo thời gian P ( I rc ) của xi măng LH-PCB50 ............73 Hình 5.15. Khả năng bị nứt theo thời gian P ( I rc ) của xi măng PCB50. .................73 Hình 6.1. Sơ đồ hình học kết cấu dầm sàn-Bài toán 1. .............................................76 Hình 6.2. Sơ đồ hình học và lưới PTHH ...................................................................76 Hình 6.3. biểu đồ phân bố nhiệt trên kết cấu nhìn từ bên trên và bên dưới sàn........78 Hình 6.4. biểu đồ phân bố ứng suất trên kết cấu nhìn từ bên trên và bên dưới sàn ..79 Hình 6.5. Nhiệt độ lớn nhất theo thời gian................................................................79 Hình 6.6. Ứng suất đặc trưng vùng bị kéo σ kp theo thời gian .................................80 Hình 6.7. Khả năng bi nứt theo thời gian P ( I rc ) theo thời gian ..............................81 Hình 6.8. Các phương án thi công cần tính toán ứng suất nhiệt. ..............................82 Hình 6.9. Mô hình phân tích móng và đất nền ..........................................................84 Hình 6.10. Năm mô hình phân tích ứng suất được lập trên Ansys. ..........................85 Hình 6.11. ứng suất nhiệt phân bố của 5 phương án thi công...................................87 Hình 6.12. Nhiệt độ lớn nhất theo thời gian..............................................................88 Hình 6.13. Ứng suất đặc trưng vùng bị kéo σ kp theo thời gian ...............................88 Hình 6.14. Khả năng bi nứt theo thời gian P ( I rc ) theo thời gian. ...........................89 viii DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1. Nhiệt lượng đóng góp của các khoáng trong xi măng khi hydrat hóa......18 Bảng 3.2. Hệ số dẫn nhiệt của một số loại bê tông thông dụng ................................31 Bảng 3.3. Hệ số giãn nở nhiệt bê tông với theo các loại cốt liệu khác nhau ............32 Bảng 3.4. Hệ số dẫn nhiệt của các loại bề mặt bao phủ bê tông ...............................35 Bảng 4.1. Thành phần cấp phối cho 3 mẫu bê tông sử dụng xi măng LH-PCB50 ...39 Bảng 4.2. Thành phần cấp phối cho 3 mẫu bê tông sử dụng xi măng PCB50..........39 Bảng 4.3. Tóm tắt kết quả đo nhiệt độ (nhóm 1) ......................................................41 Bảng 4.4. Tóm tắt kết quả đo nhiệt độ (nhóm 2) ......................................................43 Bảng 4.5.Khoảng chia thời gian trong phân tích nhiệt .............................................49 Bảng 4.6. Cường độ chịu nén đo được của bê tông ..................................................55 Bảng 4.7. Mô dun đàn hồi của bê tông sử dụng xi măng LH-PCB50 và PCB50 .....57 Bảng 4.8. Cường độ chịu kéo của bê tông sử dụng xi măng HL- PCB50 và PCB50 ...................................................................................................................................58 Bảng 5.1. Thông số về nhiệt của bài toán mô phỏng ................................................61 Bảng 5.2. Các trường hợp khảo sát ảnh hưởng đến tính chất nhiệt ..........................69 Bảng 5.3. Tổng hợp các giá tri tính toán cho các trường hợp ...................................71 Bảng 6.1. Tổng hợp các giá tri tính toán cho 2 phương án .......................................77 Bảng 6.2. Các thông số tính toán của bài toán mô phỏng .........................................86 Bảng 6.3. Tổng hợp các giá tri tính toán cho 5 phương án .......................................86 1 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1.1. Hiện tượng nhiệt hydrat hóa của xi măng Chất kết dính xi măng đã được con người tìm thấy cách đây nhiều thế kỷ. từ xa xưa nhiều công trình xây dựng lớn đã sử dụng chất kết dính này và chúng còn tồn tại đến ngày nay. Khoảng hơn một thế kỷ trở lại đây công nghệ sản xuất xi măng đã được hoàn thiện đáng kể và có rất nhiều sản phẩm ra đời phục vụ các yêu cầu ngày càng đa dạng của công nghiệp xây dựng. Khi xi măng kết hợp với các cốt liệu có sẵn trong tự nhiên như cát, đá, nước … chúng trở thành một vật liệu mới được biết đến với tên gọi là bê tông với những tính năng rất đặc biệt, và gần như nó đã trở thành một trong những vật liệu chủ đạo để xây dựng các công trình hiện tại và cả tương lại. Trong quá trình xi măng kết hợp với cốt liệu để hình thành bê tông xuất hiện hiện tượng toả nhiệt sau một thời gian phối trộn, điều này làm khối bê tông nóng lên trong suốt quá trình đóng rắn và phát triển cường độ. Hiện tượng này gọi là quá trình nhiệt hydrat hóa (thủy hoá) của xi măng. Nhiệt lượng sinh ra trong quá trình hydrat hóa sẽ làm cho nhiệt độ trong khối bê tông tăng cao và tác động đến quá trình co ngót của bê tông. Nếu trong khối bê tông có sự chênh lệch nhiệt độ giữa các vùng nó gây ra sự giãn nở nhiệt và là thay đổi thể tích từ đó phát sinh ra ứng suất nhiệt (thermal stress). Nếu tổng ứng suất nhiệt và các thành phần lớn hơn lực liên kết của vật liệu thì nó có thể làm bê tông bị nứt. 1.2. Đối tượng nghiên cứu Hiện nay các công trình có quy mô càng lớn, việc thi công bê tông khối lớn ngày càng phổ biến. trong kết cấu bê tông khối lớn thì vấn đề nứt do nhiệt hydrat hóa là vấn đề rất đáng quan tâm và cần phải được kiểm soát. Vì vậy 2 việc nghiên cứu các vết nứt do nhiệt là một trong những đề tài quan trọng nhằm nâng cao chất lượng công trình xây dựng. Các vết nứt do nhiệt trong bê tông phụ thuộc vào ứng suất nhiệt sinh ra trong quá trình hydrat hóa. Vì vậy để kiểm soát được vết nứt do nhiệt cần tính toán mô phỏng được ứng suất nhiệt dựa trên số liệu thực nghiệm đo nhiệt hydrat hóa. Việc nghiên cứu ứng suất nhiệt là yếu tố quan trọng để dự đoán nứt, là cơ sở để kiểm soát vết nứt trong bê tông khi hydrat hóa. Đồng thời việc nghiên cứu mô phỏng quá trình cơ - nhiệt trong quá trình hydrat hóa trong điều kiện Việt Nam là tiền đề quan trọng để xây dựng Quy trình kiểm soát nứt bê tông khối lớn trọng điều kiện Việt Nam Luận văn này nghiên cứu về cách tính toán một cách định lượng các yếu tố nhiệt trong quá trình hydrat hóa, từ đo tính toán sự phân bố ứng suất trong kết cấu bê tông được sinh ra trong quá trình hydrat hóa trong bê tông khối lớn. kết quả tính toán ứng suất nhiệt sẽ là cơ sở để xác định rằng bê tông trong giai đoạn non tuổi có đủ khả năng chịu được ứng suất nhiệt hay không, có nguy cơ nứt cao hay thấp. Các vấn đề này sẽ được nghiên cứu dựa trên kết quả mô phỏng quá trình cơ – nhiệt và kết hợp với một số quy trình tính toán để xác định khả năng bị nứt do nhiệt hydrat hóa của kết cấu bê tông. Từ cơ sở nêu ở trên vấn đề tiếp theo của luận văn cần nghiên cứu là ảnh hưởng của các yếu tố lên kết cấu như sau: • Ảnh hưởng của tro bay ( thay thế một phần xi măng ) đến ứng suất nhiệt trong kết cấu bê tông. • Ảnh hưởng của các loại xi măng đến ứng suất nhiệt trong kết cấu bê tông. • Kích thước của các cấu kiện ảnh hưởng như thế nào đến ứng suất nhiệt trong quá trình hydrat hóa. • Phân tích tác dụng của các biện pháp kiểm soát ứng suất nhiệt trong bê tông như: o Dùng nước đá trộn vào bê tông để làm giảm nhiệt độ ban đầu của bê tông khi mới đổ. 3 o Dùng cốp pha và vật liệu che phủ có độ cách nhiệt cao để giảm thiểu độ mất nhiệt trong bê tông. Nội dung luận văn sẽ thực hiện theo các bước sau: • Tiến hành các thí nghiệm về nhiệt và cơ học kết hợp với các mô hình nhiệt và cơ học xây dựng nên mô hình phát triển nhiệt và cơ theo thời gian của mẫu bê tông thực tế • Từ mô hình phát triển các tính nhiệt và cơ của bê tông, sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để mô phỏng quá trình cơ nhiệt của bê tông, khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố như vật liệu, biện pháp thí công đến ứng suất nhiệt của kết cấu điển hình. • Xây dựng hoàn chỉnh quy trình từ thí nghiệm đến sử dụng phần mềm thực hiện bài toán mô phỏng cơ nhiệt cho một kết cấu bất kỳ và đánh giá các kết quả của nó. Như vậy, với các mục tiêu và phương pháp thực hiện nếu ở trên thì luận văn này có ý nghĩa thực tế như sau: • Kết quả nghiên cứu của luận văn có thể cung cấp một mô hình để các kỹ sư có thể phân tích được ứng suất nhiệt dự doán về các vết nứt do nhiệt trong kết cấu bê tông. • Phương pháp thực nghiệm của luận văn này có thể cung cấp cho các kỹ sư một phương pháp thực nghiệm đơn giản, kết quả gần với thực tế trong để xây dựng định nguồn nhiệt của bê tông trong quá trình hydrat hóa. • Khác với các đề tài sử dụng thí nghiệm nhiệt hydrat hóa trên vửa xi măng, Phương pháp thực nghiệm trong luân văn này là đo nhiệt trực tiếp từ bê tông để xây dựng mô hình nguồn nhiệt. Vì vậy đây là một hướng tiếp cận khác và hướng nhìn khác về nhiệt hydrat hóa trong bê tông. 4 1.3. Giới hạn đề tài: Trong đề tài này sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để mô hình hóa bài toán cơ – nhiệt trong kết cấu bê tông ở giai đoạn đầu (giai đoạn bê tông non tuổi). Trong đó các yếu tố chính như nhiệt lượng, cường độ chịu nén và chịu kéo, mô đun đàn hồi sẽ được xác định thông qua thực nghiệm kết hợp với lý thuyết từ các tiêu chuẩn-quy phạm. Một số các thông số khác như hệ số giãn nở nhiệt, nhiệt dung riêng sẽ được xác định theo các tiêu chuẩn. Bê tông cấp độ bền B25-B30 và hai loại xi măng: xi măng toả nhiệt thấp (HL –PCB50) và xi măng PCB50 (xi măng cho trạm trộn) được dụng trong nghiên cứu này, đây là các loại bê tông đang được sử dụng phổ biến trên thị trường. 1.4. Cấu trúc luận văn: Luận văn này được chia làm các phần chính như sau: • Chương 1: Giới thiệu về đề tài • Chương 2: Trình bày tổng quan về mô hình nhiệt hydrat hóa, phương pháp kiểm soát nứt do nhiệt hydrat hóa, phương pháp giải bài toán cơ nhiệt bằng phương pháp số. • Chương 3. Trình bày cơ sở lý thuyết của quá trình nhiệt hydrat hóa và mô hình nhiệt hydrat hóa, sự hình thành vết nứt trong bê tông. Lý thuyết về truyền nhiệt và cơ học để giải bài toán cơ nhiệt bằng phương pháp phần tử hữu hạn (PP PTHH). • Chương 4: Trình bày các thí nghiệm và kết quả thí nghiệm cần thiết để thiết lập thông số đầu vào của bài toán mô phỏng quá trình cơ nhiệt. • Chương 5: Trình bày trình tự thực hiện mô phỏng bài toán cơ-nhiệt bằng phần mềm Ansys. Khảo sát sảnh hưởng của các yếu tố như thành phần vật liệu, kích thước, và phương pháp thi công đến ứng suất nhiệt và nguy cơ gấy nứt. • Chương 6: Trình bày các ứng dụng kết quả thí nghiệm và mô phỏng trên kết cấu cụ thể như móng bè, khối sàn lớn. 5 • Chương 7: Các kết luận có được từ kết quả nghiên cứu và các hướng phát triển đề tài nghiên cứu.