Mô phỏng số dự báo hệ số truyền nhiệt của bê tông khi chịu nén

Bài báo "Mô phỏng số dự báo hệ số truyền nhiệt của bê tông khi chịu nén" giới thiệu mô hình đánh giá định lượng ảnh hưởng của hiện tượng nứt đến hệ số truyền nhiệt của bê tông. Mô hình dựa trên phương pháp phần tử rời rạc, trong đó phần tử truyền nhiệt được xem là các ống dẫn nhiệt và hệ số truyền nhiệt của mỗi phần tử phụ thuộc vào trạng thái phá hủy của phần tử đó. Mô hình được áp dụng đánh giá hệ số truyền nhiệt của kết cấu bê tông khi chịu nén. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mô phỏng số dự báo hệ số truyền nhiệt của bê tông khi chịu nén HỘI NGHỊ TOÀN QUỐC KHOA HỌC TRÁI ĐẤT VÀ TÀI NGUYÊN VỚI PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG (ERSD 2022) Mô phỏng số dự báo hệ số truyền nhiệt của bê tông khi chịu nén Nguyễn Lê Đạt*, Phạm Đức Thọ, Đặng Trung Thành Trường Đại học Mỏ - Địa chấtTÓM TẮT Hệ số dẫn nhiệt là thông số quan trọng trong việc đánh giá ứng xử Nhiệt – cơ của kết cấu bê tông khichịu hỏa hoạn. Dưới tác dụng của hỏa hoạn, cấu trúc của bê tông sẽ thay đổi, đồng thời ứng suất nhiệt sẽgây nứt bê tông và do đó gây ra sự phân bố lại của nhiệt độ. Việc xác định chính xác hệ số truyền nhiệttrong bê tông cho phép mô tả sự phân bố trường nhiệt độ trong kết cấu bê tông cốt thép. Bài báo này giớithiệu mô hình đánh giá định lượng ảnh hưởng của hiện tượng nứt đến hệ số truyền nhiệt của bê tông. Môhình dựa trên phương pháp phần tử rời rạc, trong đó phần tử truyền nhiệt được xem là các ống dẫn nhiệtvà hệ số truyền nhiệt của mỗi phần tử phụ thuộc vào trạng thái phá hủy của phần tử đó. Mô hình được ápdụng đánh giá hệ số truyền nhiệt của kết cấu bê tông khi chịu nén.Từ khóa: Hệ số truyền nhiệt; nứt nhiệt; mô hình lưới; ứng xử Nhiệt – cơ.1. Đặt vấn đề Trường nhiệt độ trong bê tông là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự vận chuyển độẩm (Liu and Weyers, 1998) cũng như quá trình cacbonat hóa (Saetta et al., 1993, 1993) , sự xâm nhập củaion clorua (Bažant and Najjar, 1972; Djerbi et al., 2008; Liu and Weyers, 1998) và sự ăn mòn của cốtthép (Živica et al., 1997) dẫn đến suy giảm độ bền của kết cấu bê tông. Nhiệt độ bê tông cũng ảnh hưởngđến phân tích khả năng giữ năng lượng tòa nhà, thiết kế bức xạ lá chắn trong nhà máy điện hạt nhân, phântích cấu trúc của cầu cũng như các kết cấu khác dưới tác dụng của tải trọng nhiệt. Hệ số dẫn nhiệt của bê tông là thông số biểu thị khả năng truyền nhiệt của bê tông và xác định trườngnhiệt độ trong bê tông. Các nghiên cứu trước đây cho thấy rằng tỷ lệ nước-xi măng, loại và phần thể tíchcủa cốt liệu, phụ gia, độ ẩm và nhiệt độ không đáng kể về tính dẫn nhiệt của bê tông. Trên cơ sở này, mộtmô hình đề xuất để dự báo đã được hệ số dẫn nhiệt của bê tông có tính đến tỷ lệ cốt liệu lớn, nhiệt độ vàtỷ lệ nước/xi măng Kim et al., 2003 (Kim et al., 2003). Trong nghiên cứu này nhóm nghiên cứu đã chỉ rarằng khả năng dẫn nhiệt của bê tông cũng đồng thời không phụ thuộc vào độ tuổi. Mặt khác, bê tông đượcxem như một vật liệu composite hai pha được tạo thành từ xi măng vữa (pha liên tục) và cốt liệu lớn (phaphân tán trong cấp độ mesoscale (Campbell-Allen and Thorne, 1963), và các mô hình lý thuyết về hệ sốdẫn nhiệt có hiệu của bê tông được phát triển dựa trên lý thuyết bằng vật liệu tổng hợp, chẳng hạn nhưCampbell-Allen và Thorne’s mô hình (Campbell-Allen and Thorne, 1963) và mô hình của Harmathy(Harmathy, 1970). Sau đó, Khan (Khan, 2002) nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần các loại cốt liệu vàđộ ẩm về tính dẫn nhiệt của bê tông bằng cách áp dụng mô hình CampbellAllen và mô hình của Thorne(Campbell-Allen and Thorne, 1963). Bên cạnh đó, một mô hình song song đơn giản đối với tính dẫn nhiệtcủa bê tông tro bay xét tuổi, vật liệu và tỷ lệ hỗn hợp được đề xuất bởi Choktaweekarn và nnk(Choktaweekarn et al., 2009). Ngoài các yếu tố trên ảnh hưởng đến hệ số truyền nhiệt, kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấyrằng, sau khi xảy ra nứt bê tông, hệ số truyền nhiệt nhiệt giảm rõ ràng. Do đó, hiểu được ảnh hưởng củahiện tượng nứt đối với nhiệt độ dẫn điện của bê tông có tầm quan trọng thiết yếu để dự báo sự phát triểncủa ứng suất nhiệt trong bê tông lớn. Các nghiên cứu gần đây cho thấy sự xuất hiện nứt trong bê tông đã có tác động lớn đến hệ số truyềnnhiệt. Tải trọng bên ngoài là một trong những nguyên nhân chính gây ra hiện tượng nứt trong bê tông rờitrong suốt thời gian sử dụng. Sự hình thành của các vết nứt rõ ràng là thay đổi cấu trúc vi mô của bê tông,do đó ảnh hưởng đến tất cả các tính chất của vật liệu. Bary (Benoît Bary et al., 2000) đã nhấn mạnh vềmặt lý thuyết rằng tính chất đẳng hướng của vết nứt trong vữa xi măng ngậm nước gây ra sự giảm dẫnnhiệt ở điều kiện không bão hòa. Perkowski (Zbigniew Perkowski, n.d.) đã phân tích sự biến đổi của độdẫn nhiệt do hư hỏng giòn trong bê tông chịu tải trọng nén và thấy rằng, độ dẫn nhiệt giảm trung bình* Tác giả liên hệEmail: nguyenledat@gmail.com 75520% đối với mẫu bê tông cường độ cao. Trong nghiên cứu thực nghiệm của Vejmelkova et al.(Vejmelková et al., 2008),ở nhiệt độ 600 C, các vết nứt xuất hiện ngẫu nhiên trong bê tông và hệ sốtruyền nhiết giảm tới 40%. Thực tế, dưới tác dụng của tải trọng hay các tác nhân khác, các vết nứt xuất hiện ngẫu nhiên do tínhkhông đồng nhất của bê tông. Trong nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu trình bày ảnh hưởng của nứt donén và xét đến sự phân bố ngẫu nhiên của cốt liệu lớn trong bê tông.2. Mô hình số2.1. Mô hình truyền nhiệt trong bê tông Phương trình truyền nhiệt trong vật liệu nói chung và bê tông nói riêng được xác định : T ρc CT + divq = Q (1) t Trong đó CT là nhiệt dung riêng của vật liệu, ρc là khối lượng riêng của vật liệu, T là nhiệt độ, t là thờigian, Q là nguồn bên trong. Nhiệt lượng q truyền qua vật liệu được xác định theo định luật Fourier: T q = − T (2) t Trong đó λT là độ dẫn nhiệt. Thay phương trình (1) vào (2) và bỏ qua ảnh hưởng của nguồn bên trongQ ta thu được phương trình: T ρc CT ( + div T gradT = 0 ) ...