Phân tích nhiệt thủy hóa xi măng trong kết cấu bê tông mới đổ dùng phần tử hữu hạn Hybrid

Bê tông mới đổ, dòng nhiệt, độ thủy hóa, phần tử Hybrid

Bài báo tập trung phát triển lời giải số dùng phần tử Hybrid cho bài toán truyền nhiệt trong kết cấu bê tông mới đổ, có kể đến nguồn nhiệt bên trong sinh ra bởi quá trình thủy hóa của xi măng (phản ứng giữa xi măng với nước). Mô hình toán học của bài toán dựa trên phương trình truyền nhiệt theo định luật Fourier. Sự truyền nhiệt giữa bê tông và môi trường bên ngoài thông qua các cơ chế đối lưu, bức xạ được kể đến trong mô hình bài toán. Nguồn nhiệt được mô hình dựa trên dạng định luật Arrhenius’s law đối với phản ứng hóa học trong đó tính đến độ thủy hóa của xi măng. Trường nhiệt độ và độ thủy hóa là hai biến kiểm soát xấp xỉ trên miền phần tử, trong khi dòng nhiệt (heat flux) xấp xỉ trên biên phần tử (biên Dirichlet). Sự xấp xỉ nhiều biến đồng thời này tạo ra tên gọi “Hybrid”. Đa thức xấp xỉ và hàm dạng là hoàn toàn độc lập. Các trường xấp xỉ không phụ thuộc lẫn nhau thông qua dạng và bậc đa thức. Kết quả của bài toán thu được với sự hội tụ cao khi dùng hệ lưới thô (số lượng phần tử rất thấp), trong khi linh hoạt được việc thay đổi bậc đa thức xấp xỉ. Bài toán áp dụng là một sàn bê tông cốt thép trên nền cọc nhồi với chiều dày 35 cm của nhà kho chứa sữa được lựa chọn phân tích với mô hình Hybrid. Lời giải Hybrid (nhiệt độ) với mô hình lưới thô (một phần tử) đạt được sự hội tụ đến kết quả đo, và có độ chính xác cao hơn lời giải tương ứng từ phần mềm Midas Civil khi dùng FEM thông thường. Sự khác biệt giữa nhiệt độ từ lời giải Hybrid và kết quả đo dưới 5%. Điều kiện biên được lời giải Hybrid mô hình rất tốt thông qua định luật Newton’s cooling law áp dụng cho các biên đối lưu.