Bê tông UHPC (bê tông siêu tính năng hoặc bê tông cường độ siêu cao) sử dụng trong nghiên cứu được chế tạo sử dụng các vật liệu sẵn có ở Việt Nam. Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm khả năng chịu tác động tải trọng nổ của bê tông chất lượng siêu cao (Ultra-High Performance Concrete - UHPC). Tải trọng nổ sử dụng là thuốc nổ nhũ tương. Sự hư hại và phá hủy ở mặt trên, mặt dưới của các mẫu thí nghiệm và thành phần hạt của các mãnh vỡ bắn ra dưới tác động của tải trọng nổ được phân tích và so sánh giữa bê tông UHPC và bê tông thường.
Bê tông cốt thép (BTCT) là một trong những vật liệu xây dựng được sử dụng phổ biến nhất hiện nay. Nó tạo nên các kết cấu chịu lực chính của các công trình xây dựng. BTCT đã được ứng dụng rất rộng rãi trong các công trình dân dụng và công nghiệp. Tuy nhiên, đối với các công trình quốc phòng, đặc biệt là các công sự, ngoài yêu cầu bê tông có cường độ cao thì khả năng hấp thụ cũng như làm triệt tiêu năng lượng do áp lực nổ gây ra cũng được quan tâm rất lớn. Một vụ nổ dù vô tình hay cố ý ở gần các công trình, mặc dù xác suất xảy ra thấp nhưng sẽ để lại hậu quả rất thảm khốc.
Tải trọng nổ với cường độ cao và thời gian diễn ra nhanh sẽ giải phóng một nguồn năng lượng lớn dưới dạng các sóng nổ. Áp lực của các sóng nổ này sẽ tác động trực tiếp lên công trình gây ra sự phá hoại của vật liệu và kết cấu, từ đó có thể dẫn đến sự sụp đổ hoàn toàn công trình. Tải trọng nổ lên công trình được minh họa trong Hình 1 [1]. Khi một vụ nổ ở gần hoặc tiếp xúc với kết cấu bê tông, trên bề mặt đối diện với vụ nổ, bê tông chịu nén và có thể phá hoại theo nhiều dạng khác nhau tùy vào đương lượng nổ, hoặc sinh ra hố lõm [2], hoặc dẫn đến mất hoàn toàn khả năng chịu lực của kết cấu dẫn đến công trình bị sụp đổ [3, 4].
Các mảnh vụn bê tông sinh ra sau khi nổ sẽ có tốc độ cao có thể gây ra thương vong và thiệt hại về người và tài sản. Để hạn chế tối đa sự phá hoại của tải trọng nổ, việc nghiên cứu ứng xử cơ học của bê tông dưới tác động của tải trọng này, từ đó thiết kế thành phần cấp phối hoặc tạo ra các loại bê tông mới có khả năng chịu áp lực nổ tốt là hết sức cần thiết.
Các nghiên cứu về ứng xử cơ học của bê tông dưới tác dụng của tải trọng nổ đã được thực hiện trong vài thập kỷ qua. Một vài nghiên cứu định dạng cấu trúc tải trọng và thiệt hại do nổ để đưa ra tải trọng tương đương cùng gây ra phá hoại đó, làm căn cứ bước đầu nghiên cứu lý thuyết về phá hoại do nổ [5, 6]. Kot và cs. [7, 8] đã đề xuất các phương pháp lý thuyết về sự phá hoại của bê tông dưới tác dụng của tải trọng nổ, tuy nhiên các phương pháp này chỉ dựa trên một số giả định đơn giản làm ảnh hưởng đến tính chính xác của phép tính.
Dựa trên lượng lớn các cơ sở dữ liệu từ các thử nghiệm nổ trên tấm sàn và tường BTCT, Marchand và cs. [11] đã phát triển thuật toán về nứt dưới tác dụng của tải trọng nổ đối với tấm sàn và tường BTCT. Các nghiên cứu trên cho thấy, ứng xử cơ học của bê tông chịu tác động của tải trọng nổ rất phức tạp. Khả năng chịu tác động tải trọng nổ của BTCT không được cao, sự phá hoại xuất hiện kèm theo sự phát triển nhanh của các vết nứt làm cho công trình rất dễ bị phá hoại.
Bài báo đã trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm về khả năng chịu tác động tải trọng nổ của vật liệu bê tông chất lượng siêu cao và mẫu bê tông thường. Kết quả thí nghiệm đã cho thấy:
- Bê tông chất lượng siêu cao có khả năng chịu tác động của tải trọng nổ tốt hơn rất nhiều so với bê tông cốt thép thường. Việc sử dụng cốt sợi thép trong bê tông UHPC làm cho các vết nứt xuất hiện trên vật liệu này do tải trọng nổ xuất hiện ít, phát triển chậm.
- Với cùng đương lượng nổ, khối lượng và kích thước các mảnh vỡ của mẫu UHPC nhỏ hơn rất nhiều so với các cỡ hạt bắn ra sau khi nổ từ mẫu bê tông cốt thép thường. Với mẫu bê tông thường, khối lượng mảnh vỡ bị bắn ra có khối lượng lớn nhất tập trung ở thành phần hạt từ 2,5 mm đến 20 mm. Trong khi đó, với bê tông UHPC cấp hạt này thu được sau khi nổ rất ít.
Từ những lý do nêu trên, nghiên cứu cũng đề xuất áp dụng bê tông chất lượng siêu cao cho các công trình đặc biệt, chịu tác động của tải trọng nổ, đặc biệt là các công trình trong quốc phòng.
Xem chi tiết Bài nghiên cứu TẠI ĐÂY:
BuilData
