Dưới tác động của nhiệt độ cao và hỏa hoạn, bê tông xuất hiện nhiều biến đổi vật lý, hóa học và cơ học, như mất nước tự do và các sản phẩm thủy hóa, tính không tương thích giãn nở nhiệt giữa cốt liệu và hồ xi măng, sự hình thành và phát triển vi nứt tại vùng chuyển tiếp (ITZ), từ đó làm suy giảm đáng kể các tính chất cơ học của vật liệu.

Bài báo này trình bày mô hình lưới cơ nhiệt ở cấp độ trung bình để dự báo sự suy giảm mô đun đàn hồi, cường độ chịu nén và cường độ chịu kéo của bê tông khi  chịu nhiệt độ cao. Trong mô hình này, bê tông được lý tưởng hóa như vật liệu ba pha gồm đá xi măng, cốt liệu và vùng chuyển tiếp ITZ; quá trình rời rạc hóa được Đăng nhập tài khoản 28Bet trên lưới Voronoi-Delaunay và được phát triển trong phần mềm mã nguồn mở OOFEM.

Kết quả mô phỏng cho thấy mô đun đàn hồi suy giảm mạnh ngay từ vùng nhiệt độ thấp đến trung bình, trong khi cường độ chịu nén và cường độ chịu kéo giảm rõ rệt hơn khi nhiệt độ vượt khoảng 300 - 400°C. Các kết quả mô phỏng số thu được phù hợp tốt với thực nghiệm và một số mô hình như Eurocode và DTU, cho thấy mô hình đề xuất có khả năng mô tả ứng xử cơ - nhiệt và dự báo sự suy giảm tính chất cơ học của bê tông dưới tác dụng của nhiệt độ cao.

Từ khóa: Mô hình lưới lattice; bê tông nhiệt độ cao; ứng xử cơ - nhiệt; cấp độ trung bình.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Q. Ma, R. Guo, Z. Zhao, Z. Lin, and K. He, “Mechanical properties of concrete at high temperature-A review,” Constr. Build. Mater., vol. 93, pp. 371-383, Sep. 2015, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2015.05.131.
[2] V. Kodur, “Properties of Concrete at Elevated Temperatures,” Int. Sch. Res. Not., vol. 2014, no. 1, p. 468510, 2014, doi: 10.1155/2014/468510.
[3] A. Noumowé, R. Siddique, and G. Ranc, “Thermo-mechanical characteristics of concrete at elevated temperatures up to 310°C,” Nucl. Eng. Des., vol. 239, no. 3, Art. no. 3, Oct, 2020.
[4] Y. Anderberg and S. Thelandersson, “Stress and Deformation Characteristics of Concrete at High Temperatures. 1. General Discussion and Critical Review of Literature,” Bull. Div. Struct. Mech. Concr. Constr. Bull. 34, vol. Bulletin 34, 1973, Accessed: Jul. 13, 2017. [Online]. Available: https://lup.lub.lu.se/record/1245605.
[5] T. Z. Harmathy, “Thermal properties of concrete at elevated temperatures,” J. Mater., vol. 5, no. 1, Art. no. 1, 1970.
[6] M. Y. L. Chew, “The assessment of fire damaged concrete,” Build. Environ., vol. 28, no. 1, Art. no. 1, Jan. 1993, doi: 10.1016/0360-1323(93)90010-Z.
[7] P. Grassl and M. Jirásek, “Meso-scale approach to modelling the fracture process zone of concrete subjected to uniaxial tension,” Int. J. Solids Struct., vol. 47, no. 7, Art. no. 7, Apr. 2010, doi: 10.1016/j.ijsolstr.2009.12.010.
[8] H. Sadouki and J. G. M. van Mier, “Meso-level analysis of moisture flow in cement composites using a lattice-type approach,” Mater. Struct., vol. 30, no. 10, Art. no. 10, Dec. 1997, doi: 10.1007/BF02486899.
[9] G. Voronoi, “Nouvelles applications des paramètres continus à la théorie des formes quadratiques. Deuxième mémoire. Recherches sur les parallélloèdres primitifs.,” J. Für Reine Angew. Math., vol. 134, pp. 198-287, 1908.
[10] Peter Grassl, “A lattice approach to model flow in cracked concrete,” Cem. Concr. Compos., vol. 31, pp. 454-460, 2009.
[11] D.-T. Pham, M.-N. Vu, H. T. Trieu, T. S. Bui, and T. Nguyen-Thoi, “A thermo-mechanical meso-scale lattice model to describe the transient thermal strain and to predict the attenuation of thermo-mechanical properties at elevated temperature up to 800 °C of concrete,” Fire Saf. J., vol. 114, p. 103011, Jun. 2020, doi: 10.1016/j.firesaf.2020.103011.
[12] D. T. Pham, T. D. Nguyen, M. N. Vu, and A. Chinkulkijniwat, “Mesoscale approach to numerical modelling of thermo-mechanical behaviour of concrete at high temperature,” Eur. J. Environ. Civ. Eng., vol. 0, no. 0, pp. 1-20, Mar. 2019, doi: 10.1080/19648189.2019.1577762.
[13] D. Gawin, F. Pesavento, and B. A. Schrefler, “Modelling of hygro-thermal behaviour of concrete at high temperature with thermo-chemical and mechanical material degradation,” Comput. Methods Appl. Mech. Eng., vol. 192, no. 13-14, Art. no. 13-14, Mar. 2003, doi: 10.1016/S0045-7825(03)00200-7.
[14] B. Patzák, “OOFEM - an Object-oriented Simulation Tool for Advanced Modeling of Materials and Structures,” Acta Polytech., vol. 52, no. 6, Jan. 2012, doi: 10.14311/1678.
[15] R. de Borst and P. P. J. M. Peeters, “Analysis of concrete structures under thermal loading,” Comput. Methods Appl. Mech. Eng., vol. 77, no. 3, pp. 293-310, Dec. 1989, doi: 10.1016/0045-7825(89)90079-0.
[16] Eurocode 2, “Design of concrete structures - Part 1-2: General rules - Structural fire design,” 2004.
[17] C. Pearce, C. Nielsen, and N. Bicanic, “Gradient enhanced thermo‐mechanical damage model for concrete at high temperatures including transient thermal creep,” Int. J. Numer. Anal. Methods Geomech., vol. 28, pp. 715-735, Jun. 2004, doi: 10.1002/nag.376.
Xem bài báo tại đây