Nghiên cứu ứng dụng bê tông chất lượng cao sử dụng các vật liệu địa phương phía nam trong kết cấu cầu

24
• Công nghệ chế tạo bê tông chất lượng cao khác với bê tông thường ở
chỗ nó được chế tạo với thành phần được chọn lọc một cách cẩn thận,
thiết kế hỗn hợp tối ưu và được cân đong, trộn đặc biệt, đầm, bảo dưỡng
theo những tiêu chuẩn công nghiệp cao nhất.
• Tõ c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu trªn thÕ giíi vµ kÕt qu¶ nghiªn cøu thùc
nghiƯm víi c¸c vËt liƯu s½n cã ë khu vùc Nam bé ®· ®đ c¬ së khoa häc cho
viƯc øng dơng bª t«ng chÊt l−ỵng cao trong x©y dùng nãi chung vµ trong
x©y dùng cÇu ®−êng nãi riªng. C¸c d¹ng kÕt cÊu ®Ĩ ¸p dụng bê tông chất
lượng cao cho các công trình giao thông ở khu vực Nam bộ rÊt phong phó
vµ hứa hẹn một hiệu quả to lớn về kỹ thuật, kinh tế xã hội.
KiÕn nghÞ:
• Nªn sư dơng bª t«ng chÊt l−ỵng cao (HPC) vµo nh÷ng c«ng tr×nh lín,
quan träng, ®ßi hái chÊt l−ỵng, ®é bỊn cao ®Ỉc biƯt lµ nh÷ng c«ng tr×nh
lµm viƯc trong m«i tr−êng kh¾c nghiƯt ë TP. Hå ChÝ Minh vµ khu vùc Nam
bé nh−: cÇu, hÇm, c¸c tun Metro, hƯ thèng tho¸t n−íc mỈt vµ n−íc th¶i
• CÇn ®Èy m¹nh viƯc s¶n xt phơ gia trong n−íc ®Ĩ gi¶m gi¸ thµnh s¶n
phÈm.
H−íng nghiªn cøu ph¸t triĨn cđa ln ¸n:
• TiÕp tơc nghiªn cøu vỊ mỈt øng dơng c¸c lo¹i bª t«ng chÊt l−ỵng cao sư
dơng vËt liƯu trong n−íc, ®Ỉc biƯt trong m«i tr−êng ¨n mßn m¹nh.
• §Èy m¹nh nghiªn cøu c«ng nghƯ hiƯn ®¹i ®Ĩ chÕ t¹o c¸c s¶n phÈm, c«ng
tr×nh sư dơng bª t«ng chÊt l−ỵng cao.
• Sư dơng bª t«ng chÊt l−ỵng cao x©y dùng mét c«ng tr×nh cÇu thư nghiƯm
®Ĩ cã c¬ së chÝnh x¸c so s¸nh víi kiÕn nghÞ cđa ln ¸n.
• Hoµn chØnh quy tr×nh tÝnh to¸n, thiÕt kÕ, thi c«ng bª t«ng chÊt l−ỵng cao
t¹i ViƯt Nam.

1
PhÇn më ®Çu
Ngµy nay, bª t«ng chÊt l−ỵng cao ®· ®−ỵc nghiªn cøu vµ øng dơng
réng r·i ë nhiỊu n−íc trªn thÕ giíi, mang l¹i hiƯu qu¶ lín vỊ c¸c mỈt kinh
tÕ, kü tht vµ x· héi. §i ®Çu trong lÜnh vùc nµy lµ c¸c n−íc Mü, NhËt,
Canada, Hµ Lan Bª t«ng chÊt l−ỵng cao lµ mét c¶i tiÕn to lín, ®−ỵc chÕ t¹o
b»ng c¸c vËt liƯu trun thèng kÕt hỵp víi c¸c phơ gia hiƯn ®¹i vµ vËt liƯu
kÕt dÝnh bỉ sung. Trong hÇu nh− tÊt c¶ c¸c d¹ng x©y dùng, bª t«ng chÊt
l−ỵng cao cho mét gi¶i ph¸p tèt h¬n, cã gÝa thµnh hỵp lý h¬n so víi bª t«ng
th«ng th−êng nÕu xem xÐt tíi c¶ c¸c vÊn ®Ị ti thä kÕt cÊu, chi phÝ duy tu
b¶o d−ìng…
NhiỊu n−íc trªn thÕ giíi ®· nghiªn cøu vµ øng dơng bª t«ng chÊt
l−ỵng cao thµnh c«ng, tuy nhiªn c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu nµy ®−ỵc thùc hiƯn
dùa vµo nh÷ng mơc ®Ých, ®iỊu kiƯn khÝ hËu, thêi tiÕt (®a sè ë vïng cã b¨ng
gi¸), nguyªn vËt liƯu sư dơng…lµ hoµn toµn kh¸c. Kh«ng thĨ ¸p dơng nh÷ng
kÕt qu¶ cã s½n ë c¸c qc gia nµy vµo ®iỊu kiƯn cơ thĨ ë ViƯt Nam. §Ỉc biƯt
khu vùc Nam bé chÞu ¶nh h−ëng nhiỊu vµ kh¾c nghiƯt cđa khÝ hËu nhiƯt ®íi
(nhiƯt ®é cao vµ Èm). NhiỊu c«ng tr×nh biĨn vµ cÇu, cèng ph¶i lµm viƯc
trong ®iỊu kiƯn m«i tr−êng n−íc mỈn, n−íc lỵ vµ m«i tr−êng kh¾c nghiƯt
nh−: axÝt, sun ph¸t hµm l−ỵng cao. Nam bé cã ngn cung cÊp nguyªn vËt
liƯu ®a d¹ng, phong phó kĨ c¶ vËt liƯu t¹i chç vµ ngo¹i nhËp…Víi sù ph¸t
triĨn m¹nh mÏ cđa c«ng nghƯ x©y dùng: ngµy cµng nhiỊu lo¹i cÇu ®ßi hái
v−ỵt khÈu ®é lín h¬n, mü tht cao h¬n… viƯc nghiªn cøu chÕ t¹o vµ øng
dơng bª t«ng chÊt l−ỵng cao b»ng c¸c nguyªn vËt liƯu cã s½n trong khu vùc
cã ý nghÜa thùc tiƠn rÊt lín, c¶ trong giai ®o¹n thi c«ng vµ giai ®o¹n khai
th¸c.
Do vËy, t¸c gi¶ ®· chän ®Ị tµi ln ¸n cđa m×nh víi tªn “Nghiªn cøu
øng dơng bª t«ng chÊt l−ỵng cao sư dơng c¸c vËt liƯu ®Þa ph−¬ng khu
vùc Nam bé trong kÕt cÊu cÇu“. §©y lµ mét ®Ị tµi cã c¬ së thùc tiƠn vµ cã
ý nghÜa khoa häc.

 Mơc tiªu cđa ®Ị tµi: sư dơng vËt liƯu khu vùc Nam bé ®Ĩ chÕ t¹o bª


2
tông chất lợng cao (HPC) có cờng độ 80 MPa. Nghiên cứu các tính
năng cơ học; độ bền chống thấm nớc, chống thấm clorit, độ co ngót;
nghiên cứu thực nghiệm trên dầm và ống cống bê tông cốt thép chế tạo bằng
bê tông chất lợng cao (cờng độ 80 MPa) sử dụng vật liệu địa phơng;
nghiên cứu công nghệ chế tạo và hớng ứng dụng bê tông chất lợng cao
trong xây dựng cầu và các công trình trên đờng tại khu vực Nam bộ.
Nội dung luận án: gồm phần mở đầu và năm chơng, tiếp đến là các
phần kết luận, kiến nghị, những nghiên cứu tiếp theo, danh mục tài liệu
tham khảo và phụ lục.
chơng 1
tổng quan về bê tông chất lợng cao (Hpc), ứng dụng
của nó trong xây dựng cầu v kết cấu công trình
1.1. Khái niệm bê tông chất lợng cao (HPC):
1.1.1. Định nghĩa:
Bê tông chất lợng cao có các tính năng cao theo yêu cầu sử dụng
nh: cờng độ cao, độ chống thấm cao, sức chịu mài mòn tốt, mô đun đàn
hồi cao, độ bền chống ăn mòn hóa học cao v.v Có rất nhiều định nghĩa
khác nhau về bê tông chất lợng cao trên thế giới. Theo tác giả, đề nghị
chọn định nghĩa đơn giản: bê tông chất lợng cao là loại bê tông thỏa mãn
các tính năng cơ học cao, độ bền cao, co ngót và từ biến thấp so với các loại
bê tông truyền thống.
Dới đây là một số cải tiến đạt đợc trong các nghiên cứu ở Việt Nam
và trên thế giới những năm gần đây theo sự phân tích hệ thống: cấu trúc -
tính năng - kết cấu và khả năng ứng dụng.
*/ Cấu trúc vi mô:
Các nghiên cứu ở nớc ngoài và Việt Nam đã xây dựng đợc quan hệ

giữa các tính năng đợc cải thiện trong bê tông với độ chặt của vữa, cũng
nh cấu trúc ở vùng chuyển tiếp giữa vữa xi măng - cốt liệu. Trong bê tông
thông thờng do cấu trúc ở vùng chuyển tiếp là yếu nhất nên các vết nứt
xuất hiện đầu tiên ở vùng này và đi vòng quanh biên của cốt liệu.


23
Bê tông chất lợng cao B80 có sử dụng phụ gia khoáng oxit silíc hoạt tính
siêu mịn (5%, 10%) đã cho độ co ngót thấp hơn rất nhiều so với độ co ngót
của bê tông thông thờng B40 không sử dụng phụ gia của mẫu đối chứng.
Độ co ngót của bê tông cờng độ cao phát triển rất mạnh trong 3 ngày đầu
tiên, bằng 69% so với độ co ngót của bê tông tuổi 28 ngày. Điều này phù
hợp với các nghiên cứu trên thế giới và trong nớc.
Quan hệ giữa độ co ngót của bê tông chất lợng cao ở tuổi 28 ngày với tỷ
lệ N/CKD, Đ, N đợc biểu diễn bằng phơng trình sau:
(4.15)

5. Chế tạo, thí nghiệm các kết cấu dầm và ống cống bê tông cốt thép sử
dụng bê tông chất lợng cao (cờng độ 80 MPa) bằng vật liệu khu vực Nam
bộ, so sánh với kết cấu đối chứng cho thấy các u điểm vợt trội nh sau:
Bê tông chất lợng cao đã làm tăng khả năng chịu tải trọng của dầm so
với bê tông thông thờng cùng kích thớc (tăng khoảng 14%). Bê tông chất
lợng cao không có hiệu quả nhiều đối với dầm bê tông cốt thép thờng và
chỉ phát huy mạnh mẽ với bê tông dự ứng lực. Dầm bê tông chất lợng cao
B80 có số lợng vết nứt ít hơn và có bề rộng khe nứt nhỏ hơn so với dầm bê
tông cờng độ 40 Mpa.
Với cùng kích thớc hình học và hàm lợng cốt thép, bê tông chất lợng
cao tăng khả năng chịu lực của cống (khoảng 61%) và có số lợng vết nứt ít
hơn (khoảng 85%) so với cống bê tông thông thờng cờng độ 40 MPa. Bề
rộng khe nứt trong cống bê tông chất lợng cao B80 nhỏ hơn (khoảng 68%)

so với cống bê tông cờng độ 40 MPa. Bê tông chất lợng cao B80 cải thiện
khá nhiều khả năng chống thấm của cống (hơn 2 lần so với bê tông B40).
So sánh về mặt vật liệu, bê tông B80 có giá thành cao hơn bê tông B40
khoảng 35%. Tuy nhiên, thiết kế công trình có kết cấu sử dụng bê tông chất
lợng cao sẽ đợc cải tiến (kích th
ớc nhỏ hơn ) nên tổng giá thành toàn
bộ công trình chỉ tăng khoảng 5-10% và có thời gian khai thác dài hơn.
22
28
.0072.0.0029.0.0101.00708.0 N
CKD
N
+++=



22
thức thành phần, vật liệu chế tạo, các tính năng cơ học của bê tông có f

c

80 MPa phục vụ cho thiết kế cầu và các công trình trên đờng ô tô.

Về tốc độ phát triển cờng độ: cờng độ nén ở tuổi 3 ngày đạt đợc 75%
còn cờng độ ở 7 ngày đạt trên 90% so với cờng độ nén 28 ngày; cờng độ
chịu kéo uốn ở 3, 7, 28 ngày đạt 74%; 85%; 100%. Nh vậy, nên thi công
kéo cốt thép dự ứng lực ở tuổi 7 ngày mới đảm bảo cờng độ chịu kéo uốn
và cờng độ chịu nén của bê tông.
Về quan hệ giữa cờng độ bê tông và cờng độ đá làm cốt liệu: với đá gốc
làm thí nghiệm có cờng độ 120 MPa có thể chế tạo đợc bê tông có cờng

độ 80 MPa. Nh vậy, cờng độ đá gốc ở trạng thái bão hòa chỉ nên quy định
lớn hơn cờng độ của bê tông khoảng 1.5 lần (không cần phải lớn hơn 2 lần
nh lý thuyết bê tông truyền thống quy định đối với bê tông B30).
Quan hệ giữa cờng độ nén của bê tông cờng độ cao ở tuổi 28 ngày với
tỷ lệ N/CKD, Đ, N đợc biểu diễn bằng phơng trình sau:
(3.36)

Mặc dù có nhiều yếu tố ảnh hởng nhng kết quả thực nghiệm phù
hợp với các nghiên cứu lý thuyết cho thấy: tỷ lệ N/CKD ảnh hởng lớn nhất
đến cờng độ bê tông.
4. Độ bền bê tông chất lợng cao B80 sử dụng vật liệu khu vực Nam bộ:
Các kết quả nghiên cứu về quan hệ giữa hàm lợng muội silic và khả năng
thấm clorit cho thấy độ bền chống thấm clo của bê tông chất lợng cao B80
ở mức độ dới 1000culông. Loại bê tông này tơng đơng với bê tông chất
lợng cao cấp độ 1 của Hoa Kỳ có tuổi thọ khai thác từ 75-100 năm, sử
dụng thích hợp với các công trình xây dựng cần độ bền cao. Khả năng
chống lại các tác động hóa học và thấm của bê tông chất lợng cao lớn hơn
bê tông thông th
ờng. Bê tông sử dụng cốt liệu Nam bộ với phụ gia muội
silic, tro bay trong thí nghiệm đã chứng tỏ đảm bảo độ bền dới tác dụng
của ion clo.
22
2
28
.3380.1.3294.2.8449.0.0347.31763.88 N
CKD
N
CKD
N
R

=


3
Trong bê tông cờng độ cao có thêm muội silic, vữa hoàn toàn đồng
nhất, ở trạng thái vô định hình. Các hạt muội silic phân bố đều giữa các hạt
xi măng chính là nhân của các hydrat. Lỗ rỗng mao quản giảm và không
liên tục, trong khi ở các loại bê tông khác, chúng thông nhau. Các hạt muội
silic đóng vai trò bụi và puzơlan, làm đặc vùng chuyển tiếp giữa xi măng -
cốt liệu. Sự phá hủy khi đó là xuyên qua các hạt cốt liệu. Hơn nữa, muội
silic hấp thụ phần lớn các phân tử nớc di chuyển về phía các hạt cốt liệu.
Do không tách nớc nên vùng chuyển tiếp trở nên không bị yếu.
*/ Sự cải tiến công nghệ bê tông
Việc loại bỏ giới hạn cắt của vữa xi măng tơi bằng cách thêm phụ
gia hóa dẻo tạo thành một loại bê tông dễ chảy, mặc dù có bề mặt nhớt và
dính. Việc có đợc cờng độ rất cao ngay sau những giờ, những ngày đầu
tiên hoặc có thể làm chậm sự ninh kết hàng chục giờ mà không ảnh hởng
đến tính công tác của vữa sẽ đa đến yêu cầu cải tiến công nghệ bê tông tại
công trờng.
*/ ứng xử cơ học: ngoài việc tăng cờng độ chịu nén, cần chú ý tăng cờng
độ chịu kéo và chịu cắt. Vấn đề sức chịu cắt của bê tông cờng độ cao và
kết cấu sử dụng bê tông cờng độ cao còn là vấn đề mở cần đợc nghiên
cứu tiếp. Việc tăng mô đun đàn hồi cần đợc phân tích và xem xét, liên
quan đến việc tăng cao các đặc tính dính bám giữa thép và bê tông. Bê tông

cờng độ cao có từ biến ít hơn khoảng 40% so với bê tông thờng B40.
*/ Độ bền: bê tông cờng độ cao và rất cao chống xâm thực hóa học tốt hơn
bê tông truyền thống. Độ bền chống lại chu trình tạo gen - hủy gen đợc
nghiên cứu cho thấy ứng xử tốt của bê tông cờng độ cao và rất cao.
1.1.2. Biện pháp tăng cờng độ bê tông:
Để cải thiện các tính chất của bê tông, cần tìm biện pháp giảm hàm
lợng nớc. Đồng thời, nhiều nhà nghiên cứu khác đã tìm cách tạo ra một
loại đá khối nhận đợc từ hỗn hợp có độ chặt rất cao bằng công nghệ rung
ép với áp lực cao.


4
Sự không vón cục của các hạt xi măng đợc giải quyết bằng cách sử
dụng các chất siêu dẻo. Bằng cách này có thể giảm mạnh lợng nớc cần
dùng vì phần lớn nớc trong bê tông truyền thống nằm giữa các hốc xi măng
và do vậy ít tạo ra tính công tác. Với bê tông cờng độ cao, tỷ lệ N/X là 0.3
- 0.2, với bê tông truyền thống tỷ lệ này từ 0.4 - 0.6.
Tăng dải hạt bằng cách sử dụng các chất hoạt tính siêu mịn
(silicafume, tro nhẹ) nhằm lấp đầy lỗ rỗng vi mô giữa các cụm hạt, đồng
thời cải thiện độ chặt của hỗn hợp, tất cả đều làm tăng tính lu biến của bê
tông tơi. Mặt khác các khoáng hoạt tính siêu mịn (d=0.1-10àm) có phản
ứng puzơlan hóa với hydroxit canxi trong hồ xi măng.
1.1.3. Vật liệu mới, thiết kế mới cho công trình:
Các mặt cắt kết cấu công trình đợc tính toán với bê tông thông thờng
có kích thớc tơng ứng với mật độ cốt thép thờng và cốt thép dự ứng lực
nhất định. Khi tăng cờng độ, độ bền của bê tông chúng ta có thể tạo ra một
thế hệ kết cấu mới có cờng độ và độ bền cao hơn, sẽ tạo ra sự bố trí giữa bê
tông và thép khác. Theo Giáo s Yves Malier (Pháp), để có hiệu quả về kỹ
thuật cũng nh kinh tế, phơng pháp thiết kế mới cần toàn diện và cần tổng
hợp các dữ liệu liên quan: về vật liệu mới, kết cấu mới, phơng pháp thi

công, các hình dáng kiến trúc công trình, các giai đoạn bảo dỡng
1.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng một số bê tông chất lợng cao
(HPC) trên thế giới:
Bê tông cờng độ cao: bê tông cờng độ cao ngày càng đợc áp dụng
rộng rãi trong các công trình lớn chủ yếu ở ba lĩnh vực: nhà cao tầng, công
trình biển và các công trình giao thông nh cầu đờng, hầm Mỹ là quốc
gia sử dụng bê tông cờng độ cao sớm và nhiều nhất.
Bê tông cờng độ cao sớm l bờ tụng t c cng ch nh t
i
tui sm hn so vi bờ tụng bỡnh thng. Bờ tụng cng cao sm c
s dng cho kt cu bờ tụng d ng lc, cho phộp cng cỏp sm
Bê tông chất lợng cao có sức chịu mài mòn lớn: sử dụng đặc biệt có
hiệu quả cho các đập nớc và các bể tiêu năng, mặt đờng bê tông


21
tiếp xúc trực tiếp với nớc lợ và nớc mặn; hầm, đờng xe điện ngầm
Sử dụng bê tông có cờng độ cao sớm để rút ngắn tiến độ thi công; đúc
dầm và cọc ống bê tông cốt thép dự ứng lực rất có hiệu quả.
Các công trình có khối lợng bê tông lớn nh dầm, mố trụ cầu lớn có
thể sử dụng phụ gia nhiệt thủy hóa thấp để đảm bảo chất lợng bê tông.
Kết luận
Việc nghiên cứu áp dụng bê tông chất lợng cao (về các tính năng cơ
học, tính năng bền ) sử dụng vật liệu khu vực Nam bộ vào xây dựng cầu và
công trình trên đờng là cần thiết, có ý nghĩa thực tiễn và ý nghĩa khoa học.
Các kết quả nghiên cứu trong luận án có thể áp dụng trong thiết kế, thi công
các công trình cầu, cảng, hầm và hệ thống thoát nớc trong khu vực.
Những đóng góp khoa học chính của luận án là:
1. Luận án đã tổng hợp tình hình nghiên cứu và ứng dụng bê tông chất lợng
cao ở Việt Nam và trên thế giới. Đã trình bày các định nghĩa, giới thiệu một

số loại bê tông chất lợng cao và những tính năng u việt của nó. Nêu bật
đợc các nội dung cơ bản đạt đợc trong các nghiên cứu ở Việt Nam và trên
thế giới những năm gần đây. Qua khảo sát tình hình cụ thể về nghiên cứu,
ứng dụng bê tông chất lợng cao tại khu vực Nam bộ đã xác định đợc tính
cấp thiết, mục tiêu, phơng pháp, nội dung nghiên cứu chính của luận án.
2. Các loại vật liệu xi măng, đá, cát, phụ gia tại khu vực Nam bộ có chất
lợng đáp ứng đợc các tiêu chuẩn kỹ thuật của Việt Nam cũng nh quốc
tế (TCVN, ASTM ) dùng để chế tạo bê tông chất lợng cao. Luận án đã
kiến nghị một số giải pháp khắc phục tình trạng thiếu cát xây dựng có thể
sử dụng để tham khảo cho việc thiết kế, thi công công trình.
3. áp dụng các tiêu chuẩn của ngành GTVT, tiêu chuẩn ASTM và các
hớng dẫn của ACI từ cốt liệu, xi măng Nam bộ, các phụ gia siêu dẻo và
phụ gia khoáng hoạt tính siêu mịn chế tạo đợc bê tông có các đặc tính cơ
học phù hợp với bê tông chất lợng cao. Mô đun đàn hồi, cờng độ chịu kéo
uốn, cờng độ chịu kéo và dạng phá hoại mẫu thỏa mãn các yêu cầu cơ học
cho bê tông làm cầu theo khuyến cáo của CEB-FIP. Luận án đề nghị công


20
So sánh về mặt vật liệu, bê tông B80 có giá thành cao hơn bê tông B40
khoảng 35%. Tuy nhiên, thiết kế công trình có kết cấu sử dụng bê tông chất
lợng cao sẽ đợc cải tiến (kích thớc nhỏ hơn ) nên tổng giá thành toàn
bộ công trình chỉ tăng khoảng 5-10% và có thời gian khai thác dài hơn.
5.7. Lu ý về Qui trình công nghệ chế tạo bê tông chất lợng cao:
*/ Việc định lợng và trộn bê tông:
Bê tông chất lợng cao có sử dụng các loại phụ gia đồng thời nên việc
cân đong phụ gia phải hết sức chính xác và phải tuân thủ chỉ dẫn trong
chứng chỉ của nhà sản xuất. Cần sử dụng mỏy trn cng bc, c bit i
vi bờ tụng cú cng cao hn 80MPa. Độ sụt của bê tông tơi tại trạm
trộn thờng từ 18-20 cm; tại nơi thi công từ 14-16 cm.

*/ Đổ, đầm và bảo dỡng bê tông:
Hu nh bờ tụng chất lợng cao c ỳc vi st t 14 ữ 16 cm.
Ngay c ti st ny, vic m vn c yờu cu m b
o cht. Cần
phải bảo dỡng bê tông ngay sau khi thi công và khi bê tông rắn chắc để
đảm bảo quá trình thủy hóa và rắn chắc của xi măng.
5.8. Hớng sử dụng bê tông chất lợng cao:
Dới đây là một số dạng kết cấu sử dụng bê tông chất lợng cao
(cờng độ 80 MPa) có khả năng đạt hiệu quả lớn:
Dầm bê tông cốt thép dự ứng lực (kể cả kéo trớc và kéo sau).
Dầm dự ứng lực loại nhỏ với nhiều kích thớc định hình khác nhau
phục vụ cho giao thông nông thôn, vùng sâu vùng xa
Các cầu bê tông cốt thép dự ứng lực vợt khẩu độ lớn.
Trụ, tháp, dầm cầu bê tông cốt thép cầu treo, cầu dây văng.
Dầm thép liên hợp với bản bê tông cốt thép
.
Cầu vợt trong thành phố hoặc các xa lộ.
Một số dạng kết cấu công trình khu vực Nam bộ có thể áp dụng bê tông
chất lợng cao (về tính năng bền, cờng độ cao sớm ):
Sử dụng bê tông chất lợng cao về chống thấm, chống ăn mòn clorit cho
các hệ thống thoát nớc thải; kết cấu phần dới của công trình cầu, cảng


5
Một số tính năng bền vợt trội của bê tông chất lợng cao: tính thấm rất
thấp đối với không khí, nớc và chloride ions; khả năng chống cacbonnat
hóa, chống lại sự tấn công hóa học của bê tông chất lợng cao rất tốt, chịu
đợc nhiều sun phát khác nhau.
1.3. Tình hình nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng bê tông chất lợng cao
(HPC) tại Việt Nam.

Đi đầu trong vấn đề này là các trờng Đại học xây dựng, Đại học
GTVT, Viện KHCN GTVT, Viện KHCN VLXD Một số công trình cầu
trong ngành GTVT thuộc các dự án ODA của Nhật Bản, úc, đã tăng
cờng độ bê tông lên 50-60 MPa nh các cầu Mỹ Thuận, cầu Rạch Miễu,
cầu Cần Thơ (phía Nam) và cầu Bãi Cháy, Cầu Thanh trì(phía Bắc).
1.4. Bê tông chất lợng cao (HPC) trong xây dựng cầu và các công trình
giao thông khu vực Nam bộ:
Các cầu trên tuyến đờng cao tốc Sài gòn - Trung Lơng, Xa lộ Đông
Tây đang đợc thi công đã sử dụng bê tông cờng độ cao sớm để rút ngắn
thời gian chờ căng cáp. Những công trình tiếp xúc với môi trờng xâm thực
cao nh: các hệ thống thoát và xử lý nớc thải, các công trình cầu, cảng ở
vùng nớc mặn, nớc lợ đều sử dụng loại bê tông bền sun phát và clorit.
chơng 2
Nghiên cứu đặc tính các vật liệu khu vực Nam bộ
dùng chế tạo bê tông chất lợng cao (hpc) trong
xây dựng cầu v các công trình trên đờng.
2.1. Đặt vấn đề: mục tiêu nghiên cứu của Chơng 2 là thống kê, phân tích,
thí nghiệm xác định một số chỉ tiêu cơ lý và hóa học của các loại vật liệu
địa phơng: xi măng, đá dăm, cát, nớc, các loại phụ gia, các chất bổ trợ. So
sánh với các tiêu chuẩn, quy trình của Việt Nam và quốc tế xem các vật liệu
này có đáp ứng đợc yêu cầu chế tạo bê tông chất lợng cao không? Kiến
nghị một số giải pháp khắc phục trong trờng hợp thiếu nguyên vật liệu.
2.2. Nghiên cứu các loại vật liệu:
2.2.1.Xi măng.


6
*/ Các tiêu chuẩn về xi măng đang sử dụng: Tiêu chuẩn TCVN (Việt Nam);
Tiêu chuẩn ASTM (Mỹ); Tiêu chuẩn Châu âu; Tiêu chuẩn úc.
*/ Các loại xi măng sử dụng cho công trình cầu, đờng khu vực Nam bộ: xi

măng Hà Tiên, Holcim, Nghi Sơn, Chinh Phong, Hoàng Thạch Trong đó,
xi măng Holcim và Nghi Sơn có nhiều tính năng cơ lý phù hợp với xi măng
loại I (xi măng poóc lăng có phụ gia khoáng) ký hiệu PCB40.
2.2.2. Đá dăm:
*/ Nguồn cung cấp đá dăm cho các công trình cầu ở Nam bộ:
- Khu vực Miền Đông Nam bộ: các mỏ đá tập trung nhiều ở tỉnh Đồng Nai,
sau đó là Vũng Tàu, Bình Dơng, Bình Phớc.
- Khu vực Miền Tây Nam bộ: đây là khu vực đồng bằng, chỉ có một số tỉnh
giáp giới Campuchia có núi đá nh: Kiên Giang, An Giang còn nguồn
cung cấp đá xây dựng chủ yếu là từ khu vực Miền Đông chở về.
*/ Kết quả thí nghiệm xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của một số loại đá
dăm: hiện nay tại khu vực Nam bộ, đá Hóa An đợc sử dụng nhiều nhất do
chất luợng cao và ổn định.
2.2.3. Cát dùng để sản xuất bê tông khu vực Nam bộ:
*/Kết quả thí nghiệm phân tích chất lợng một số mỏ cát:
Bảng 2.6: Kết quả thí nghiệm một số chỉ tiêu chính
TT Tên mỏ cát
Hạt
<0.14
mm
KL thể
tích
xốp
KL
riêng
Hàm
lợng
sét, bẩn
Tạp chất
hữu cơ

Mô
đun
hạt

%
kg/m
3

g/cm
3
% %

1
2
3
4
5
6
7
Cát Tân Ba
Cát Đồng Nai
Cát Sài Gòn-Cát Lái
Cát Trị An
Cát sông La Ngà
Cát sông Thị Tính
Cát Vàm Cỏ Đông
1.8
5.5
1.5
2.1

7.1
3.9
5.12
1450
1495
1340
1350
1495
1390
1631
2.63
2.69
2.6
2.62
2.65
2.61
2.61
0.95
0.95
1
0.85
0.61
0.9
3.05
m.chuẩn
mầu số 1
m.chuẩn
nt
mầu số 1
mầu số 2

nt
3.15
2.83
2.85
2.89
2.49
1.95
2.282


19
5.5. Thử nghiệm kết cấu cống bê tông cốt thép sử dụng bê tông B80:
5.5.1. Lựa chọn các tham số của ống cống thí nghiệm:
- Cng c thit k v thớ nghim kim tra theo TCXDVN 372: 2006
quy nh v ng bờ tụng ct thộp thoỏt nc; tiết diện hình tròn, đờng
kính trong 600, dầy 85 mm, dài 2500 mm; cốt thép kéo nguội Ra =
3800kg/cm2; sử dụng bê tông chất lợng cao B80.
Tổ hợp cống thí nghiệm gồm 03 cống bê tông chất lợng cao (B80) và
03 cống bê tông thông thờng (B40) đối chứng.
5.5.2. Chế tạo ống cống:
5.5.3. Thí nghiệm trên
ống cống:
a. Kh nng chu ti ca
ng cng:



Hình 5.10: Cấu tạo cống Jacking 600
Bng 5.7: So sỏnh kt qu vi cp ti v lc ộp theo TCXDVN 372: 2006
Ti trng th theo phng phỏp ộp 3 cnh (KN/m)

Cp ti thp (T) Cp ti tiờu chun (TC) Cp ti cao (C)
S
T
T
ng kớnh
danh nh mm
Lc
khụng
nt
Lc
lm
vic
Lc
cc
i
Lc
khụng
nt
Lc
lm
vic
Lc
cc
i
Lc
khụng
nt
Lc
lm
vic

Lc
cc
i
600 12 20 25 29 46 58 34 54 68
1 Bờ tụng B40 22.67 38.84 52.92
2 Bờ tụng B80 55.901 66.894 85.66
b. Kt qu th thm nc ca ng cng 600:
- Bờ tụng cht lng cao B80 t chng thm B16.
- Bờ tụng cht lng cao B40 t chng thm B8.
5.6. So sánh hiệu quả kinh tế sử dụng bê tông chất lợng cao (cờng độ
cao) về mặt chịu lực:



18
x 4200mm; chiều dài tính toán của nhịp là 4000 mm. Sử dụng bê tông chất
lợng cao (cờng độ 80 MPa).





Hình 5.3: Cấu tạo dầm bê tông cốt thép thí nghiệm
Dầm đợc thiết kế theo Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN - 272 - 05; các
tính toán chi tiết theo Phụ lục 1 đính kèm.
5.4.2. Chế tạo dầm: Cấp phối bê tông; Vật liệu xem Chơng 2 và 3.
5.4.3. Thí nghiệm trên dầm:
Thí nghiệm xác định: tải trọng phá
hoại thực tế của dầm; chuyển vị (độ
võng) tại giữa nhịp; sự xuất hiện và

mở rộng vết nứt. Hình 5.4: Sơ đồ thí nghiệm dầm
a/ Tải trọng thí nghiệm: theo tính toán thiết kế, ngoài tải trọng bản thân dầm
phải chịu hai lực tập trung đặt tại 1/4 và 3/4 nhịp.
Bảng 5.3: So sánh kết quả thí nghiệm dầm
Kết quả thí
nghiệm
Đơn vị Bê tông
thờng B40
Bê tông chất
lợng cao B80
So sánh
M giữa nhịp KN.m 144,032,000 163,532,000 Tăng 14%
Q gối KN 96,265.3 128,846 Tăng 33%
Độ võng giữa nhịp
cấp tải VI
mm 19.76 15.87 Giảm 20%
Chiếu rộng vết nứt
lớn nhất tại cấp tải VI

mm 0.44 0.2 Giảm 55%
b/ Chất tải thí nghiệm: mỗi cấp của tải trọng thí nghiệm đợc chọn là
2x2000 kg (không tính tải trọng bản thân). Tải trọng sẽ đợc chất từng cấp
theo quy định cho đến cấp mà dầm bị phá hoại.


7
*/Một vài giải pháp khắc phục tình trạng thiếu cát: cần đẩy mạnh nghiên
cứu sử dụng cát biển mịn để đổ bê tông cấp thấp; đầu t công nghệ sản xuất
bê tông bằng cát nghiền từ đá; xây dựng kế hoạch chiến lợc và qui định
thật chặt chẽ cho việc khai thác, sử dụng cát, tránh lãng phí.

2.2.4. Phụ gia:
Mục đích của việc thêm phụ gia là để cải thiện các tính chất của bê tông
khi cha hóa cứng và khi đã hóa cứng sao cho phù hợp với các yêu cầu của
ngời sử dụng nhằm tiết kiệm xi măng, dễ thi công hoặc đem lại hiệu quả
cao về kỹ thuật, kinh tế.
Một số loại phụ gia thông dụng: phụ gia điều chỉnh tốc độ đông cứng
của bê tông; giảm nớc thờng; giảm nớc bậc cao (siêu dẻo); phụ gia hoạt
tính puzơlan; xỉ lò cao; tro bay; muội Silic; tro trấu
Tại khu vực Nam bộ nguồn cung cấp chính: các cơ sở sản xuất của nớc
ngoài tại Việt Nam.
2.2.5. Nớc trộn bê tông: tại các tỉnh Miền Tây đều nằm trong khu vực
nớc mặn, nớc lợ hoặc nớc phèn. Nh vậy, trong khu vực này hầu nh
nớc không đủ tiêu chuẩn để đổ bê tông, phải sử dụng bằng nớc máy.
Chơng 3
Nghiên cứu các tính năng cơ học của bê tông chất
lợng cao (cờng độ 80 MPa) sử dụng vật liệu khu
vực Nam bộ trong xây dựng cầu.
3.1. Đặt vấn đề: Chơng này nghiên cứu phơng pháp thiết kế thành phần
cấp phối bê tông chất lợng cao có cờng độ 80 MPa sử dụng vật liệu địa
phơng khu vực Nam bộ. Thí nghiệm xác định một số tính năng cơ học của
8
9
10
11
12
13
Cát Hồng Ngự
Cát Tân Châu
Cát Lộc An
Cát Oxama

Cát Banam-CPC
Cát Niếc luông-CPC
4.8
26.6
5.2
1.1
0.3
1.4
1340
1380
1378
1340
1350
1380
2.64
2.62
2.69
2.59
2.6
2.61
1.1
1.48
1.16
1.2
0.8
1.01
m.chuẩn
mầu số 1
m.chuẩn
nt

nt
nt
2.27
1.62
2.30
2.53
3.25
2.59


8
bê tông; đánh giá mối quan hệ giữa bê tông thông thờng và bê tông cờng
độ cao. Nghiên cứu quan hệ giữa yếu tố vật liệu và cờng độ của bê tông
chất lợng cao bằng phơng pháp Quy hoạch thực nghiệm. Đa ra bảng tính
năng bê tông chất lợng cao sử dụng vật liệu địa phơng dùng làm cầu và
các công trình trên đờng khu vực Nam bộ.
3.2. Phơng pháp thiết kế thành phần bê tông chất lợng cao B80:
Trong luận án, áp dụng phơng pháp thiết kế thành phần bê tông chất
lợng cao của Viện bê tông Hoa Kỳ; Tiêu chuẩn 22TCN 272-05 Bộ GTVT-
Việt Nam. Các bớc thiết kế cụ thể nh sau:
*/ Cờng độ yêu cầu: ACI khuyên sử dụng cờng độ yêu cầu Ryc đợc xác
định theo công thức sau:
MPa (mẫu trụ)(3.1); MPa (mẫu lập
phơng) (3.2).
*/ Lựa chọn tuổi của bê tông khi thiết kế: lựa chọn thành phần bê tông có
thể bị ảnh hởng bởi tuổi bê tông. Tuổi bê tông đợc lựa chọn khác nhau
phụ thuộc các yêu cầu của công trình, thờng đợc qui định sau 28 ngày.
*/ Xác định thành phần cốt liệu thô (đá): lợng đá cho 1m
3
bê tông đợc

tính nh sau: Đ = V
đ
.
đ
(kg/m
3
) (3.5); trong đó: V
đ
- Thể tích đầm chặt của
đá đợc thí nghiệm theo ASTM 39 đảm bảo
đ
= 1.602 - 1,634 g/cm
3
.
*/ Cốt liệu nhỏ: tỷ lệ đá/cát nên từ 1.5 ữ 1.9. Lợng cát (kg/m
3
bê tông)
đợc tính nh sau: V
ac
= 1000 - V
ađ
- V
an
- V
kk
- V
ax
- V
ak
(3.6)

C = V
ac
.
c
(3.7); trong đó :
c
- khối lợng riêng của cát.
*/ Xác định tỉ lệ Nớc/Xi măng (N/X) hoặc Nớc/Chất kết dính (N/CKD):
Tổng lợng xi măng và bột khoáng đợc qui định là lợng chất kết
dính (CKD). Bê tông chất lợng cao sử dụng chất phụ gia siêu dẻo có tỉ lệ
N/CKD = 0.22 ữ 0.35 và độ sụt cao từ 18 ữ 20 cm.
*/ Tính toán hàm lợng vật liệu kết dính:
Trọng lợng của vật liệu kết dính cần thiết trên m
3
bê tông có thể xác
định đợc bằng cách chia lợng nớc cho tỷ lệ N/CKD. Từ hàm lợng chất
kết dính xác định lợng xi măng tối u dùng cho bê tông.
9.0
65.9+
=
b
yc
R
R
9.0
6.11
+
=
b
yc

R
R


17
tông ở tuổi 28 ngày. Phơng trình hồi quy chung:

Trong đó: b
0
, b
1
, b
2
: là hệ số hồi quy; X
1
, X
2
, X
3
là các biến mã.
4.5.1. Kết quả thực nghiệm về co ngót bê tông:
Trong luận án đã sử dụng phần mềm thống kê STATISTICA để xác
định các hệ hồi quy. Sau khi kiểm tra tính tơng hợp của các hệ số bj theo
tiêu chuẩn Student và tiêu chuẩn Fisher ta có phơng trình độ co ngót của bê
tông phụ thuộc vào các giá trị biến mã nh sau:
(4.12)
4.5.2. Phân tích kết quả thí nghiệm:
Quan hệ giữa độ co ngót của bê tông cờng độ cao với tỷ lệ N/CKD,
Đ, N đợc biểu diễn:
(4.15)

Chơng 5
nghiên cứu thực nghiệm dầm v ống cống bê tông
cốt thép bê tông chất lợng cao (Hpc)
5.1. Đặt vấn đề: Chơng này nghiên cứu kết cấu dầm mặt cắt hình chữ nhật
và cống tròn bê tông cốt thép sử dụng bê tông chất lợng cao (cờng độ
80 MPa). Thí nghiệm, phân tích kết quả, so sánh với các nghiên cứu trong
và ngoài nớc; tính giá thành để so sánh hiệu quả kinh tế giữa bê tông chất
lợng cao và bê tông thông thờng; đa ra một số lu ý về quy trình công
nghệ chế tạo bê tông chất lợng cao; đề xuất, dự kiến một số hớng sử dụng
bê tông chất lợng cao trong kết cấu cầu.
5.4. Thử nghiệm dầm bê tông cốt thép sử dụng bê tông chất lợng cao
(cờng độ 80 MPa):
5.4.1. Lựa chọn các tham số của dầm thí nghiệm:
Dầm giản đơn, cốt thép thờng; chịu hai lực tập trung tại 1/4 và 3/4
chiều dài nhịp. Tiết diện mặt cắt ngang hình chữ nhật, kích thớc 200 x 400
32110
2
39
2
28
2
17326315
2143322110
XXXbXbXbXbXXbXXb
XXbXbXbXbby
+++++
+++++=
22
28

.0072.0.0029.0.0101.00708.0 N
CKD
N
+++=

(4.7)
2
3
2
21
0072.00029.00101.00708.0 XXXY +++=


16
Kết quả thực nghiệm cũng cho thấy tốc độ co ngót của bê tông cờng
độ cao phát triển rất mạnh trong 3 ngày đầu tiên, bằng 69% so với độ co
ngót của bê tông tuổi 28 ngày.
So sánh với các Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05, Tiêu chuẩn
CEB-FIP Model Code, ACI 209 kết quả nghiên cứu thực nghiệm về co ngót
của bê tông B80 là đảm bảo yêu cầu áp dụng với các cầu lớn (0.0002>
0.0000832) và phù hợp với nghiên cứu trớc đây tại Việt Nam và thế giới.
Thí nghiệm độ chống thấm của bê tông:
Kết quả thực nghiệm theo TCVN 3116:1993 cho thấy: bê tông cấp
B80 thử nghiệm với cùng một lợng xi măng và lợng dùng phụ gia thay
đổi sẽ có đợc độ chống thấm: bê tông sử dụng 10% MS: độ chống thấm 28
ngày đạt B16, bê tông sử dụng 5% MS có độ chống thấm đạt B12.
Bảng 4.7. Các chỉ tiêu về tính năng bền và co ngót bê tông B80
Kết quả thí nghiệm
theo tuổi (ngày)
Các chỉ tiêu bền Đơn vị

3 7 28
Độ thấm clorit của bê tông B80 sử dụng
MS=8%, tro bay=15%
culông 202
Độ co ngót bê tông B80 sử dụng
MS=5%XM
mm/m 0.079 0.11 0.116
Độ co ngót bê tông B80 sử dụng
MS=10%XM
mm/m 0.057 0.079 0.0832
Tốc độ phát triển co ngót
n
/
28
% 69 95 100
Độ chống thấm nớc bê tông B80, 28
ngày sử dụng MS=5%XM.
kg/cm
2
12
Độ chống thấm nớc bê tông B80, 28
ngày sử dụng MS=10%XM.
kg/cm
2
16
4.5. Nghiên cứu quan hệ giữa vật liệu và độ co ngót của bê tông chất lợng
cao bằng phơng pháp Quy hoạch thực nghiệm.
Hàm mục tiêu trong nghiên cứu này đợc chọn là độ co ngót của bê

9
*/ Xác định lợng muội silic:
Thành phần muội silíc trong bê tông chiếm từ 5 -15 % theo khối lợng
xi măng. Tổng khối lợng chất kết dính: CKD = X + MS. (3.9)
*/ Xác định công thức bê tông; thử nghiệm cờng độ, độ bền và tính công
tác; điều chỉnh thành phần theo mẻ trộn thử.
*/ Kết luận.
3.3. Thí nghiệm xác định một số tính năng cơ học của bê tông chất
lợng cao (cờng độ 80MPa):
3.3.1. Tính toán thành phần bê tông chất lợng cao B80:
Bảng 3.5. Kết quả tính toán thành phần bê tông cờng độ 80 Mpa
TT Thành phần Đơn vị Số đo
1 X kg 520
2 Đ kg 1150
3 C kg 612
4 Chất siêu dẻo 0.8kg/100kg XM kg 4.16
5 Muội silic (MS) =10% XM kg 52
6 N kg 156
7 D
cốt liệu
mm 10
8 Độ sụt cm 18-20
9 N/CKD 0,27
10 CKD kg 572
11 V
đá
m
3
0.69
12 Đ/C 1.88

13 Tổng khối lợng kg/m
3
2,494
3.3.2. Công tác thí nghiệm:
*/ Kế hoạch thí nghiệm:
Chế tạo bê tông tuơi theo công nghệ trộn quy định và xác định độ sụt
bằng côn Abram; chế tạo các mẫu thử; xác định cờng độ chịu nén, chịu
kéo khi uốn của bê tông ở các tuổi 3, 7 và 28 ngày; mối quan hệ giữa cờng
độ bê tông chất lợng cao với phụ gia khoáng siêu mịn; mô đun đàn hồi của


10
bê tông theo tuổi 3, 7, 28 ngày; phân tích các quy luật ứng xử cơ học của bê
tông để khẳng định sự phù hợp của loại bê tông này so với các định luật về
bê tông chất lợng cao theo các tài liệu nớc ngoài.
*/ Trộn vữa bê tông làm mẫu thí nghiệm: trộn theo 2 pha (hớng dẫn của
Châu Âu).
*/ Chế tạo mẫu: Tiêu chuẩn áp dụng ASTM C31M
*/ Phơng pháp thử nghiệm:
Thử nghiệm bê tông tơi: xác định độ sụt theo ASTM C143
Thử nghiệm tính năng cơ học của bê tông: theo ASTM C39.
Thí nghiệm mô đun đàn hồi : ASTM C496.
3.3.3. Kết quả thí nghiệm và phân tích:
*/ Cờng độ chịu nén và chịu kéo khi uốn của bê tông B80:
Về sự phát triển cờng độ nén theo thời gian: cờng độ trong những
ngày đầu rất cao và giai đoạn trớc 7 ngày tăng rất nhanh (đặc biệt là trớc
3 ngày). Từ 14 đến 28 ngày cờng độ bê tông tăng chậm và sau 28 ngày đồ
thị dần dần tiệm cận với đờng nằm ngang nh bê tông thông thờng.
Cờng độ kéo khi uốn của bê tông chất lợng cao B80:
- Giá trị cờng độ kéo khi uốn của bê tông chất lợng cao cũng tăng theo

cờng độ nén nhng tỷ lệ tăng không giống nhau và có xu hớng không
tăng thêm khi cờng độ nén tăng.
- Tỷ lệ
thuongkucdcku
RR
,
28
,
28
/
bình quân là 2.43. Nh vậy, R
ku
của bê tông chất
lợng cao B80 đã tăng lên đáng kể so với R
ku
của bê tông thông thờng.
- Sự phát triển R
ku
: ở giai đoạn trớc 7 ngày R
ku
phát triển khá nhanh; sau 14
ngày phát triển rất chậm. Trị số cờng độ R
ku
đạt đến 9.97 MPa là rất có ý
nghĩa về độ bền chống nứt (bê tông thông thờng R
ku
= 4.75 MPa).
*/ ảnh hởng của phụ gia siêu mịn đến cờng độ của bê tông:
Kết quả thí nghiệm bê tông B80 với hàm lợng phụ gia khoáng hoạt
tính siêu mịn (MS) thay đổi từ 5, 10, 15 đến 20% xi măng cho thấy: cờng

độ R
28
của bê tông B80 sử dụng MS với hàm lợng 15% xi măng là cao


15
Với bê tông thông thờng:
smD /10.3,6
212
=
(4.4)
Với bê tông 8% SF (MS) thì:
smD /10.2,1
212
=
(4.5)
Mức độ thấm clo phụ thuộc vào thời gian, chất lợng bê tông, chiều
dày lớp bê tông và nồng độ clorit.
Bê tông sử dụng tro bay, muội silic hoặc kết hợp giữa muội silic với tro
bay cho khả năng chống thấm nớc, chống thấm clo và chống ăn mòn sun
phat tăng lên khác nhau.
4.4. Nghiên cứu thực nghiệm với vật liệu Nam bộ:
4.4.1. Công tác thí nghiệm:
*/ Kế hoạch thí nghiệm: vật liệu đa vào thí nghiệm, phơng pháp trộn vữa,
chế tạo và bảo dỡng mẫu đã trình bầy trong Chơng 3.
*/ Phơng pháp thí nghiệm:
Thí nghiệm đo độ thấm Clorit của bê tông B80: theo ASTM C 1202.
Thí nghiệm độ co ngót của bê tông B80: theo TCVN 3117:1993.
Thí nghiệm độ chống thấm của bê tông B80: theo TCVN 3116:1993.
4.4.2. Phân tích kết quả thí nghiệm:

Thí nghiệm đo độ thấm
ion

Cl của bê tông B80, tuổi 28 ngày theo
tiêu chuẩn ASTM C1202: giá trị điện lợng là 205 culông < 1000 culông.
Nh vậy độ thấm clo ở mức độ rất thấp, chứng tỏ bê tông B80 có 8% muội
silic và 15% tro bay có độ bền chịu nớc biển cao. So sánh kết quả đo cho
thấy độ thấm clo thấp hơn 15 lần so với bê tông B40 không dùng muội silic
hoặc
tro bay hoặc kết hợp giữa muội silic với tro bay.
Thí nghiệm độ co ngót của bê tông: với sự tham gia của phụ gia siêu
dẻo và phụ gia khoáng hoạt tính siêu mịn có hiệu ứng Puzơlan mạnh đã làm
giảm đáng kể độ co ngót của bê tông B80. Điều này phù hợp với các nghiên
cứu tại Việt Nam và trên thế giới.
Nếu tăng lợng phụ gia hoạt tính siêu mịn thì độ co ngót cũng giảm
đáng kể:
MS
ngay
MS
ngay
%5
28
%10
28
.72.0

=

KhongPG
ngay

MS
ngay 3
%10
3
.416.0

=
KhongPG
ngay
MS
ngay 14
%10
14
.503.0

=
KhongPG
ngay
MS
ngay 28
%10
28
.501.0

=


14
Trong đó : Cx,t là nồng độ ion Cl
-

xâm thực trong bê tông tại thời điểm t ở
độ sâu x; Co là nồng độ ion Cl
-
hấp thụ trên bề mặt bê tông với giả thiết
không thay đổi và là một hằng số (kg/cm
3
); x là chiều sâu xác định nồng độ
ion Cl
-
(cm); Dc là hằng số xâm thực của nồng độ ion Cl
-
(cm
2
/năm); t là
thời gian khai thác công trình (năm).
*/ Xâm thực cacbonnat:
Một trong những nguyên nhân gây suy giảm chất lợng bê tông và gây
gỉ cốt thép là bê tông bị cacbonnat hóa. Theo Fick, mức độ xâm nhập
cacbonnat tuân theo quy luật căn bậc hai:
tKx
c
=
(4.2)
Trong đó: x là chiều sâu xâm thực cacbonnat (mm); Kc là hệ số
cacbonnat hóa (mm /(năm)
0.5
); t là thời gian (năm);
Hệ số cacbonnat hóa có thể dùng để đánh giá chất lợng bê tông.
- Nếu Kc<3 mm/(năm)
0.5

thì chất lợng bê tông đợc coi là tốt.
- Nếu Kc>6 mm/(năm)
0.5
thì chất lợng bê tông đợc coi là kém.
Nhận xét: việc thí nghiệm nghiên cứu độ xâm thực clo và cacbonnat
đòi hỏi thời gian dài, đề tài không có điều kiện thực hiện. Bê tông chất
lợng cao trong luận án đợc nghiên cứu theo phơng pháp nhanh (ASTM
1202).
4.2.3. Độ chống thấm nớc và Clorit của bê tông chất lợng cao:
Lý thuyết thấm đợc sử dụng trong việc xác định độ thấm k của nớc
qua vữa xi măng với công thức (độ thẩm thấu):

Fcdk
c
/
2
=
(4.3)
Trong đó: c = 1/226; d
c
= đờng kính tiêu chuẩn của lỗ rỗng
F = tác nhân cấu tạo
F: tỉ lệ giữa khả năng truyền dẫn của bê tông bão hòa và của dung dịch
đợc xác định hoặc từ phép đo độ thấm (ví dụ ion clo) hoặc khả năng dẫn
điện (đo tổng điện tích truyền qua bê tông theo ASTM C1202).
4.3. ứng xử của bê tông dùng muội silic và tro bay.
Mức độ thấm clo qua vùng bê tông bảo vệ và gây ra sự ăn mòn cốt
thép, hệ số khuyếch tán clo ký hiệu là D đợc tính theo công thức sau:

11
nhất. Nếu xét về mặt kinh tế thì sử dụng hàm lợng MS=10% xi măng là
phù hợp hơn cả
3.3.3.3. Mô đun đàn hồi của bê tông chất lợng cao B80:
Mô đun đàn hồi của bê tông chất lợng cao B80 đợc xác định trực
tiếp trên mẫu hình trụ 150 x 300 mm: E = 41.960 MPa. Bê tông thông
thờng B40 có giá trị trung bình E = 33.000 MPa. Nh vậy:
4080
27.1 EE =

Tổng hợp kết quả thử nghiệm và phân tích sự phù hợp với các quy luật
cơ học của các nghiên cứu quốc tế.
Bảng 3.13. Các chỉ tiêu cơ học bê tông B80 so sánh với Tiêu chuẩn châu Âu
Chỉ tiêu
Đơn
vị
Kết quả thí
nghiệm
Tiêu chuẩn
Châu Âu
So sánh
Cờng độ nén 3 ngày MPa 60.2 62 97%
Cờng độ nén 7 ngày MPa 74.5 75 99%
Cờng độ nén 28 ngày MPa 89.38 80 112%
Cờng độ kéo 28 ngày MPa 5.78 4.7 123%
Mô đun đàn hồi 28 ngày GPa 41.96 42 100%
Dạng phá hoại mẫu dạng 5 5 100%
Nhận xét: So sánh thấy các chỉ tiêu về tính năng cơ học của bê tông
chất lợng cao B80 tơng đối phù hợp với tiêu chuẩn Châu Âu.
3.4. Nghiên cứu quan hệ giữa vật liệu và cờng độ của bê tông chất

lợng cao bằng phơng pháp Quy hoạch thực nghiệm.
3.4.1. Lập kế hoạch thực nghiệm cho bê tông cờng độ cao:
*/ Xác định các nhân tố ảnh hởng:
Thành phần chính của bê tông chất lợng cao gồm: xi măng, đá, cát,
nớc (tỷ lệ N/CKD), phụ gia siêu dẻo, phụ gia khoáng hoạt tính siêu mịn
đợc tính toán theo mục 3.2.
- Phụ gia siêu dẻo: đợc chọn là 0.8% xi măng ; phụ gia khoáng hoạt
tính siêu mịn: 10% xi măng.
Ta có các biến số (thông số đầu vào) là:
CKD
N
=
1

: tỷ lệ nớc đối với chất kết dính (xi măng + phụ gia khoáng).


12

=
2

: hàm lợng đá dăm (0.5x1).

N
=
3

: hàm lợng nớc trộn bê tông.
- Hàm lợng cát đợc tính toán theo lý thuyết thể tích tuyệt đối bằng

công thức sau:

(3.27)

oX

;
oD

;
oB

;
oSD

;
oC

- là khối lợng riêng của xi măng, đá,
phụ gia khoáng hoạt tính siêu mịn, phụ gia siêu dẻo và cát.
Cát là biến phụ thuộc có thể xác định đợc thông qua (3.27). Nh vậy,
có thể xác định đợc R
28
theo hàm số phụ thuộc các biến đầu vào:
1
,
2
,
3
.

*/ Chọn hàm mục tiêu:
Hàm mục tiêu trong nghiên cứu này đợc chọn là cờng độ bê tông
chất lợng cao ở tuổi 28 ngày. Để xây dựng mô hình toán học biểu thị ảnh
hởng của tỷ lệ N/CKD, Đ và N đến các tính chất cơ lí của bê tông cờng
độ cao ta sử dụng phơng pháp quy hoạch thực nghiệm trực giao tâm xoay
hai mức bậc hai ba nhân tố. Phơng trình hồi quy chung là:

(3.28)
Trong đó: b
0
, b
1
, b
2
: là hệ số hồi quy; X
1
, X
2
, X
3
là các biến mã.
*/ Tìm phơng trình hồi quy:
Trong luận án đã sử dụng phần mềm thống kê STATISTICA để xác
định các hệ hồi quy. Sau khi kiểm tra tính tơng hợp của các hệ số bj tơng
ứng với các biến đầu vào X
1
, X
2
, X
3

theo tiêu chuẩn Student và tiêu chuẩn
Fisher ta có phơng trình biểu diễn cờng độ của bê tông phụ thuộc vào các
giá trị biến mã nh sau:

(3.33)
3.4.2. Phân tích kết quả thí nghiệm:
Quan hệ giữa cờng độ nén của bê tông chất lợng cao B80 với tỷ lệ
32110
2
39
2
28
2
17326
3152143322110
XXXbXbXbXbXXb
XXbXXbXbXbXbby
++++
++++++=
2
3
2
2
2
11
3380.13294.28449.00347.31763.88 XXXXY =
C
oSDoBDX
SDBNX

C
0
00
.
1
1000
















++++=


13
N/CKD, Đ, N đợc biểu diễn bằng phơng trình:
(3.36)

Mặc dù có nhiều yếu tố ảnh hởng, nhng kết quả thực nghiệm phù

hợp với các nghiên cứu lý thuyết cho thấy: tỷ lệ N/CKD ảnh hởng lớn nhất
đến cờng độ bê tông.
Chơng 4
Nghiên cứu độ bền v độ co ngót của bê tông
chất lợng cao (cờng độ 80 MPa) sử dụng vật liệu
khu vực Nam bộ trong xây dựng cầu
.
4.1. Đặt vấn đề: Chơng này tập trung nghiên cứu bê tông chất lợng cao
cờng độ 80 MPa về độ bền chống thấm nớc, độ co ngót; độ bền chống
thấm Clorít của bê tông chất lợng cao sử dụng muội silic, tro bay và cốt
liệu khu vực Nam bộ; quan hệ giữa yếu tố vật liệu với độ co ngót của bê
tông chất lợng cao bằng phơng pháp Quy hoạch thực nghiệm.
4.2. Cơ chế độ bền của bê tông chất lợng cao:
4.2.1. Các nguyên nhân phá hoại bê tông:








Hình 4.1. Sơ đồ về các tác động đến độ bền của bê tông
4.2.2. Độ xâm thực của các tác nhân hóa học:
*/ Xác định mức độ xâm thực clo:
Quá trình xâm thực ion Cl
-
trong bê tông có thể diễn tả bằng định luật
Fick: (4.1)
22

2
28
.3380.1.3294.2.8449.0.0347.31763.88 N
CKD
N
CKD
N
R






=








=
tD
x
erfCC
c
otx
2

1
,