Nghiên cứu chế tạo bê tông cốt sợi thép cường độ chịu uốn cao trong điều kiện Việt Nam

bộ giáo dục v đo tạo Bộ xây dựng

Viện Khoa học công nghệ Xây dựng

oOo




Nguyễn Thanh Bình



Nghiên cứu chế tạo

bê tông cốt sợi thép cờng độ chịu uốn cao
trong điều kiện Việt Nam



Chuyên ngành: Vật liệu và Công nghệ Vật liệu Xây dựng
Mã số: 62.58.80.01



tóm tắt luận án tiến sỹ kỹ thuật










h nội, 2007
Công trình đợc hoàn thành tại : Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng.




Ngời hớng dẫn khoa học:

1. TS. Trần Bá Việt - Viện KHCN Xây dựng

2. TS. Trần Minh Đức - Viện KHCN Xây dựng



Phản biện 1: GS.TSKH. Phừng Văn Lự

Phản biện 2: GS.TSKH. Nguyễn Thúc Tuyên

Phản biện 3: GS.TS. Dơng Đức Tín



Luận án sẽ đợc bảo vệ trớc Hội đồng chấm luận án cấp Nhà
nớc họp tại Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng vào hồi:
14 giờ ngày 03 tháng 08 năm 2007



Có thể tìm hiểu luận án tại:
1. Th viện - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng.
2. Th viện Quốc gia.
Các ti liệu đ công bố
1. Nguyễn Thanh Bình, Trần Bá Việt (2007),
ả
nh hởng của sợi thép
phân tán đến tính chất của bê tông mác cao trong điều kiện
khí hậu nóng ẩm việt nam,
T/c Khoa học Công nghệ Xây dựng,
Viện KHCN Xây dựng, quý I/2007, trang 22-29, 15.
2. Nguyễn Thanh Bình, Trần Bá Việt (2006), ảnh hởng của sợi thép

đến tính chất của bê tông cờng độ cao, T/c Xây dựng, Bộ Xây
dựng, Hà Nội 07/2006, trang 48-51.
3. Nguyễn Thanh Bình, Trần Bá Việt (2006), Bê tông trang trí cốt sợi
thép phân tán để tu bổ lớp mặt đờng công trình di tích, T/c Ngời
Xây dựng, Cơ quan Tổng hội Xây dựng Việt Nam, Hà Nội 07/2006,
trang 47-49.
4. Nguyễn Thanh Bình, Trần Bá Việt (2006), Nghiên cứu ảnh hởng
của tỷ lệ hớng sợi đến cờng độ của bê tông cốt sợi thép, T/c Khoa
học Công nghệ Xây dựng, Viện KHCN Xây dựng, quý III/2006,
trang 40-43.



24
sợi thấp với cùng mác BT.
- Sợi thép có tỷ lệ hớng sợi càng cao thì hệ số bền nứt của BTCST càng
cao. ở tuổi 1 năm: Hệ số bền nứt của BT không sợi mác 700 là 0,97 và
mác 500 là 1,07; Hệ số bền nứt của BTCST từ 1,4ữ2 với cả mác 500 và
700.
Đây là kết quả mới của luận án.
7. Đã ứng dụng thử nghiệm BTCST làm lớp mặt công trình, đạt đợc
những kết quả tốt, kiểm chứng công nghệ thi công, các tính chất trong
điều kiện thực, mở ra triển vọng sử dụng rộng rãi BTCST làm lớp mặt
công trình chịu tải trọng trong điều kiện khí hậu Việt Nam. BTCST đáp
ứng đợc các yêu cầu kỹ thuật mà bê tông thờng không đáp ứng đợc.
Từ yêu cầu về cờng độ chịu kéo khi uốn của công trình đã tính toán
cho phép lựa chọn loại sợi thép, tỷ lệ hớng sợi, hàm lợng sợi và mác
bê tông gốc cho BTCST hiệu quả nhất về kỹ thuật - kinh tế. Khi sử
dụng BTCST đúng mục đích sẽ đem lại hiệu quả về kinh tế, kỹ thuật
cho công trình.

Kiến nghị
1. BTCST có cờng độ chịu kéo khi uốn cao có thể dùng làm lớp mặt
vừa chịu lực vừa phải kháng nứt, có độ bền dẻo dai cao, chống bào
mòn, bề mặt chịu tác động trực tiếp của điều kiện nóng ẩm Việt Nam,
tăng tuổi thọ, cho phép giảm chiều dày lớp mặt.
2. Cần biên soạn chỉ dẫn thiết kế và thi công BTCST cờng độ chịu kéo
khi uốn cao làm mới và sửa chữa lớp mặt kết cấu từ kết quả nghiên
cứu luận án.



1
Phần mở đầu
Tính cấp thiết của đề tài: Các công trình xây dựng hạ tầng giao thông,
công nghiệp nh: cầu, đờng cao tốc, cầu cảng, đờng băng sân bay, sàn
nhà công nghiệp v.v đang và sẽ đợc xây dựng nhiều. Lớp mặt các công
trình này thờng đợc thiết kế, thi công bằng bê tông (BT) có cờng độ
chịu kéo khi uốn từ 30-50 daN/cm
2
[14, 22], với chiều dày 20-40cm,
khoảng cách giữa các khe co dãn bị hạn chế. Khi chịu tác động của tải
trọng (biến đổi, va đập v.v ) và tác động của điều kiện khí hậu (ĐKKH)
nóng ẩm, bề mặt BT thờng: xuất hiện các vết nứt; các vết nứt có xu
hớng tăng dần về số lợng, chiều rộng và chiều sâu, BT bị bong tróc
v.v làm giảm tuổi thọ công trình. Những hạn chế này là do BT có cờng
độ chịu kéo khi uốn không thể tăng cao, độ bền dẻo dai thấp, tính kháng
nứt thấp. Sử dụng bê tông cốt sợi thép (BTCST) cờng độ chịu kéo khi
uốn cao sẽ làm tăng khả năng chịu tải trọng, tăng độ bền dẻo dai, tăng
khả năng kháng nứt, tăng bền khí hậu, giảm chiều dày BT lớp mặt, tăng
khoảng cách khe co dãn và kéo dài tuổi thọ công trình. Đề tài "Nghiên

cứu chế tạo bê tông cốt sợi thép cờng chịu uốn cao trong điều kiện Việt
Nam" sẽ góp phần làm rõ cơ chế ảnh hởng của hàm lợng sợi thép, tỷ lệ
hớng sợi và ảnh hởng của ĐKKH nóng ẩm Việt Nam tới các tính chất
của BTCST (cờng độ chịu kéo khi uốn, cờng độ chịu nén, độ bền dẻo
dai, chống ăn mòn, Modun đàn hồi, hệ số Poatxong, bền nứt, bền khí
hậu ) và góp phần giải quyết nhu cầu xây dựng ở Việt Nam hiện nay.
Mục tiêu nghiên cứu:
Chế tạo đợc BTCST cờng độ chịu kéo khi uốn
(R
k.uốn
) cao từ lựa chọn vật liệu sẵn có kết hợp vật liệu nhập ngoại, lựa
chọn thành phần BTCST đáp ứng yêu cầu thiết kế, xác định tính chất và
thông số công nghệ chế tạo BTCST dùng cho thi công mới và sửa chữa
lớp mặt công trình chịu tải trọng trong ĐKKH nóng ẩm Việt Nam.
Nhiệm vụ nghiên cứu: Luận án cần giải quyết các nhiệm vụ sau:
- Tổng quan về tình hình nghiên cứu và ứng dụng BTCST nhằm xác định
hớng nghiên cứu.
- Thiết kế, lựa chọn thành phần BT gốc và BTCST mác 500 và 700, BTCST

2
có cờng độ chịu kéo khi uốn cao (R
k.uốn
100 daN/cm
2
) từ ứng dụng
một số loại sợi thép chế tạo công nghiệp với vật liệu tại Việt Nam dùng
cho làm mới và sửa chữa lớp mặt công trình chịu tải trọng.
- Xác định nguyên tắc lựa chọn loại cốt sợi thép, hàm lợng sợi hợp lý,
tỷ lệ hớng sợi hợp lý với BT mác cao đáp ứng yêu cầu của thiết kế sao
cho hiệu quả nhất.

- Xác định quy trình chế tạo và bảo dỡng BTCST trong điều kiện khí
hậu nóng ẩm Việt Nam.
- ảnh hởng của loại sợi thép, hàm lợng sợi, tỷ lệ hớng sợi, ảnh hởng
của điều kiện khí hậu nóng ẩm Việt Nam đến các tính chất của BTCST.
- Khả năng ứng dụng của BTCST có R
k.uốn
cao làm lớp mặt công trình
chịu tải trọng trong ĐKKH nóng ẩm Việt Nam.
ý nghĩa khoa học của luận án:
- Đã luận cứ về hớng nghiên cứu BTCST có R
k.uốn
cao trên nền BT gốc
mác cao, tính công tác tốt trong điều kiện Việt Nam.
- Bằng nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm đã đề xuất việc thiết
kế, lựa chọn thành phần BTCST, lựa chọn hàm lợng sợi và loại sợi phù
hợp cho BT có cờng độ chịu kéo khi uốn cao theo yêu cầu thiết kế
trong điều kiện Việt Nam.
- Xác định đợc các tính chất quan trọng của BTCST trong điều kiện tiêu
chuẩn và điều kiện thực tiễn khí hậu Việt Nam.
- Kết quả nghiên cứu của luận án dựa trên các nghiên cứu so sánh giữa
BTCST và BT không sợi đối chứng và sự làm việc của chúng trong điều
kiện tiêu chuẩn với điều kiện thực tiễn khí hậu Việt Nam.
- Kết quả nghiên cứu đã chỉ rõ sợi thép có tỷ lệ hớng hớng sợi cao sẽ
phát huy khả năng càng lớn khi sử dụng với BT mác càng cao.
Những đóng góp mới của luận án
- Chế tạo đợc BTCST mác 500 và 700 có cờng độ chịu kéo khi uốn cao
cao (R
k.uốn
100 daN/cm
2

) từ vật liệu sẵn có tại Việt Nam kết hợp một số
loại sợi thép sản xuất công nghiệp; lựa chọn thành phần BTCST, quy trình
chế tạo với thiết bị thi công sẵn có tại Việt Nam.

23
R
k.uốn
cao từ 100ữ150 daN/cm
2
. Đã xác định quy trình chế tạo và bảo
dỡng BTCST trong ĐKKH nóng ẩm Việt Nam. Đây là kết quả nghiên
cứu của luận án.
4. Đã luận cứ đợc yếu tố quan trọng quyết định R
k.uốn
của BTCST là tỷ
lệ hớng sợi, hàm lợng sợi thép hợp lý với mỗi mác BT:
- Đối với BT mác càng cao, sợi thép càng làm tăng cờng độ chịu kéo khi
uốn. Mức tăng R
k.uốn
đồng biến với mức tăng của tỷ lệ hớng sợi. Trong
vùng nghiên cứu mức tăng R
k.uốn
của BTCS thép tuyến tính tơng đối với
tỷ lệ hớng sợi theo biểu thức:

R
k.uốn
= ax + b; trong đó: x là mức tăng
của tỷ lệ hớng sợi (từ 29ữ60; x = 0ữ31); hệ số a và b xác định trong
bảng 4.5.

- Sợi thép có tỷ lệ hớng sợi càng cao càng làm tăng độ bền dẻo dai của
BTCST. Bê tông mác cao cho phép đồng thời sử dụng sợi thép có tỷ lệ
hớng sợi cao và hàm lợng sợi thép hợp lý cao; làm tăng cao cờng độ
chịu kéo khi uốn và cải thiện nhiều nhất quan hệ ứng suất - độ võng,
tăng cao chỉ số bền dẻo dai.
Đây là kết quả mới của luận án về nghiên cứu sử dụng sợi thép trên
nền bê tông mác cao.
5. Mô đun đàn hồi và hệ số Poatxong của BTCST ít chịu ảnh hởng của
sợi thép khi hàm lợng sợi dới 2% theo thể tích. Trong điều kiện mài
mòn ma sát khô, khả năng chống mài mòn của BTCST mác cao đợc
quyết định bởi cờng độ của BT gốc. Sợi thép không ảnh hởng đến khả
năng ăn mòn Cl
-
của BTCST.
6. Đã luận cứ đợc những vấn đề mới về sự phù hợp của BTCST cờng độ
chịu kéo khi uốn cao dùng làm mới và sửa chữa lớp mặt công trình
trong điều khí hậu Việt Nam:
- Sợi thép không làm ảnh hởng tới độ mất nớc, song lại làm giảm co
mềm. Với cùng hàm lợng sợi, sợi thép có tỷ lệ hớng sợi cao, tiết diện
sợi nhỏ làm giảm co mềm và tăng lớn nhất kháng nứt do co mềm.
- Sợi thép luôn làm tăng hệ số bền khí hậu của BTCST. Sợi có tỷ lệ hớng
sợi cao cho hệ số bền khí hậu của BTCS thép cao hơn sợi có tỷ lệ hớng

22
thành rẻ hơn nếu sử dụng đá tấm Thanh Hoá, công trình sau 3 năm sử
dụng BT lớp mặt vẫn đảm bảo chất lợng tốt.
- Làm lớp mặt đờng chịu tải trọng của xe tải nặng, va đập của thiết bị
khi cẩu tại Viện KHCN Xây dựng, đáp ứng đợc với các yêu cầu kỹ
thuật khác nhau (khu vực1 và khu vực 2), chiều dày lớp mặt 10 và 20
cm, khoảng cách giữa các khe co dãn 7 và 12 m, sau khi thi công 3

ngày đa vào sử dụng bình thờng.
5.3. Đánh giá hiệu quả kinh tế, kỹ thuật đối với ứng dụng BTCST làm
lớp mặt công trình trong điều kiện khí hậu nóng ẩm Việt Nam
ứng dụng BTCST có R
k.uốn
cao sẽ giả quyết đợc các vấn đề kỹ
thuật mà BT thông thờng không đáp ứng đợc. Đã phân tích các chỉ tiêu
kinh tế-kỹ thuật đối với yêu cầu về R
k.uốn
của BTCST (R
k.uốn
: 100ữ150
daN/cm
2
), để lựa chọn loại sợi thép, tỷ lệ hớng sợi, hàm lợng sợi và
mác bê tông gốc sao cho hiệu quả nhất về kỹ thuật - kinh tế. Khi sử dụng
đúng mục đích BTCST sẽ đem lại hiệu quả về mặt kinh tế, kỹ thuật cho
công trình.
kết luận chính của luận án
1. Đã luận chứng về yêu cầu thiết kế thành phần BTCSTcó cờng độ chịu
kéo khi uốn cao đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật, cho phép giảm chiều dày
cần thiết của BT lớp mặt dùng làm mới và sửa chữa lớp mặt công trình
chịu tải trọng dới tác động trực tiếp của ĐKKH nóng ẩm Việt Nam.
2. Đã lựa chọn vật liệu và thiết kế, lựa chọn thành phần BT gốc và

BTCST
mác 500 và 700, hỗn hợp BT đảm bảo phân tán tốt 4 loại sợi thép với
hàm lợng hợp lý trong khoảng 50 kg/m
3
và 75 kg/m

3
tơng ứng với mác
500 và 700. BTCST có cờng độ chịu kéo khi uốn cao (R
k.uốn
100
daN/cm
2
). Sợi thép đã làm tăng R
k.uốn
cao nhất đạt 70ữ80% so với BT
gốc không sợi. Tỷ số (R
k.uốn
/R
nén
) của BTCSTở tuổi 28 ngày cao nhất
đạt 20ữ21%. Đây là kết quả nghiên cứu của luận án.
3. Đã xác định nguyên tắc thiết kế, lựa chọn thành phần BTCST (lựa
chọn hợp lý: loại sợi, tỷ lệ hớng sợi, hàm lợng sợi và mác BT gốc) có

3
- Xác định ảnh hởng của loại sợi, hàm lợng sợi, tỷ lệ hớng sợi và ảnh
hởng của điều kiện khí hậu nóng ẩm Việt Nam tới các tính chất của
BTCST (cờng độ chịu kéo khi uốn, cờng độ chịu nén, ăn mòn, bền
dẻo dai, bền nứt, bền khí hậu v.v ).
- Đã ứng dụng thử nghiệm BTCST làm lớp mặt công trình ở miền Bắc và
miền Trung, đạt đợc những kết quả tốt, kiểm chứng công nghệ thi
công, các tính chất trong điều kiện thực, cho thấy triển vọng ứng dụng
rộng rãi BTCST làm mới và sửa chữa lớp mặt công trình chịu tải trọng
trong điều kiện khí hậu nóng ẩm Việt Nam.
Nội dung chính của luận án đã đợc báo cáo trong các hội thảo: Hội

thảo khoa học Sản phẩm mới, công nghệ mới ngành XD trong hội nhập
và phát triển Triển lãm Quốc tế Vietbuild 2 lần là năm 2006 và 2007 tại
Hà Nội, Hội nghị Khoa học cán bộ trẻ lần thứ XI-Viện KHCNXD, 8/2006
và đăng trên các tạp chí chuyên ngành.
Kết cấu luận án: Luận án gồm phần mở đầu, 5 chơng, kết luận chính
và tài liệu tham khảo đợc trình bày trong 156 trang A4 với các kết quả
nghiên cứu đợc minh họa trong 60 bảng, 56 đồ thị và hình ảnh.
Chơng 1. tổng quan về bê tông cốt sợi thép
BTCST đã đợc ứng dụng ở nhiều nớc trên thế giới và đem lại
hiệu quả cao trong các ứng dụng đòi hỏi cờng độ chịu kéo khi uốn cao,
độ bền dẻo dai cao, chịu va đập, chống nứt và các tính năng khác. Để làm
lớp mặt chịu tải trọng và có thể giảm chiều dày BT lớp mặt yêu cầu quan
trọng nhất là tăng cao cờng độ chịu kéo khi uốn của BT.
Đặc điểm nguồn vật liệu, thiết kế, lựa chọn thành phần
BTCST theo
các chỉ tiêu của thiết kế BT lớp mặt, quy trình chế tạo và ảnh hởng của
ĐKKH nóng ẩm Việt Nam tới tính chất của hỗn hợp BTCST và BTCST
hiện tại cha có nghiên cứu về vấn đề này. Nghiên cứu về
BTCST ở Việt
Nam hiện nay cha thành hệ thống, nhất là trên nền BT gốc mác cao có
tính công tác tốt cùng lúc với 4 loại sợi và tạo ra BTCST
có cờng độ chịu
kéo khi uốn cao (R
k.uốn
100 daN/cm
2
). Nhu cầu ứng dụng BTCST có

4
R

k.uốn
cao dùng cho làm mới và sửa chữa lớp mặt công trình trong điều
kiện khí hậu nóng ẩm Việt Nam nh: mặt cầu, mặt đờng cao tốc, mặt
cầu cảng, mặt đờng băng, mặt sàn công nghiệp v.v ở Việt Nam hiện
tại và trong tơng lai là cấp thiết. Vì vậy ảnh hởng của loại sợi thép, tỷ
lệ hớng sợi, hàm lợng sợi, ảnh hởng của ĐKKH nóng ẩm Việt Nam
đến các tính chất của BTCS thép (cờng độ chịu kéo khi uốn, cờng độ
chịu nén, ăn mòn, độ bền dẻo dai, bền nứt, bền khí hậu v.v ) cần đợc
nghiên cứu để làm chủ ở Việt Nam.
ứng dụng
BTCST có cờng độ chịu kéo khi uốn cao trong điều kiện
Việt Nam có tính khả thi cao. Với vật liệu và thiết bị thi công trong nớc
có thể chế tạo đợc
BTCST đáp ứng yêu cầu kỹ thuật đề ra.
Chơng 2. Vật liệu v phơng pháp nghiên cứu
2.1. Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu
Xi măng: PCB 40 Nghi Sơn, đáp ứng TCVN 6260:1997;
Cát: Cát sông Lô có mô đun độ lớn là 2,72, đáp ứng TCVN 7570:2006;
Đá dăm: Đá Hoà Bình có d
max
= 20mm, tỷ lệ cỡ hạt: d= 5ữ10mm và
d=10ữ20mm là 45% và 55% theo [27] đáp ứng TCVN 7570:2006;
Phụ gia siêu dẻo: Glenium SP 51 của hãng MBT-Degussa;
Phụ gia khoáng mịn:
- Phụ gia khoáng hoạt tính mạnh: Tro trấu đáp ứng TCXDVN 311: 2004;
- Chất độn mịn: Tro tuyển Phả Lại theo ASTM C618-00;
Sợi thép: 4 loại sợi theo ASTM A820-01;
Nớc: Theo TCXDVN 302: 2004.
2.2. Phơng pháp nghiên cứu
Phơng pháp nghiên cứu áp dụng là kết hợp giữa nghiên cứu lý

thuyết và nghiên cứu thực nghiệm trong phòng thí nghiệm với điều kiện
tiêu chuẩn và điều kiện khí hậu về tính chất của hỗn hợp
BTCST và
BTCST, kiểm chứng qua áp dụng thử nghiệm. Cơ sở khoa học của phơng
pháp luận là sự làm việc đồng thời giữa sợi thép và vật liệu nền. Các
phơng pháp thí nghiệm áp dụng gồm: phơng pháp thí nghiệm tiêu
chuẩn và phơng pháp thí nghiệm không tiêu chuẩn.

21
Bảng 4.23. Hệ số bền nứt của BT và BTCST
trong ĐKKH nóng ẩm Việt Nam
Bê tông mác 500 Bê tông mác 700
Chỉ
tiêu
Ngày
CP50 CP52A CP52C CP52D CP70 CP72A CP72C CP72D
28 1,66 21,0 2,72 2,98 1,46 2,07 2,56 2,82
Hệ số
bền nứt
360 1,07 1,36 1,87 2,01 0,96 1,36 1,76 1,90
BTCST có khả năng bền nứt rất tốt. Hệ số bền nứt của BTCST cao
hơn rất nhiều hệ số bền nứt của BT gốc không sợi:
- ở tuổi 1 năm: Hệ số bền nứt của BT gốc không sợi là 1,07 với BT mác
500 và 0,97 với BT mác 700; Hệ số bền nứt của BTCS thép từ 1,4 ữ 2
với cả mác 700 và 500, tuỳ theo loại sợi .
- Sợi thép có tỷ lệ hớng sợi cao thì hệ số bền nứt của BTCST cao.
- Chiều dài tối thiểu với sợi dẹt (đờng kính tơng đơng 1,31mm) phải
là 24 mm và 33 mm tơng ứng với mác 500 và 700.
Chơng 5. ứng dụng BTCS thép lm lớp mặt công
trình trong điều kiện việt nam

5.1. Khả năng ứng dụng BTCST làm lớp mặt công trình trong điều
kiện khí hậu nóng ẩm Việt Nam
BTCST có cờng độ chịu kéo khi uốn cao, chịu tải trọng nén cao,
có độ bền dẻo dai cao khi chịu tác tải trọng (biến đổi, va đập), khi làm
việc trong ĐKHK nóng ẩm Việt Nam có khả năng kháng nứt tốt, bền khí
hậu cao từ đó làm tăng tuổi thọ của công trình, đồng thời cho phép giảm
chiều dày lớp mặt và tăng khoảng cách giữa các khe co dãn.
5.2. ứng dụng BTCST làm lớp mặt công trình trong điều kiện khí
hậu nóng ẩm Việt Nam
Kết quả nghiên cứu của luận án đã ứng dụng thử nghiệm làm lớp mặt
đờng chịu tại trọng dới tác động trực tiếp của ĐKKH nóng ẩm Việt
Nam ở hai vùng khí hậu miền Bắc và miền Trung:
- Làm lớp mặt đờng giao thông khu vực Lăng Thiên Thọ (Lăng Gia
Long) trên BT gốc mầu trang trí sử dụng sợi thép phân tán thay thế đá
tấm Thanh Hoá. Đáp ứng đợc yêu cầu kỹ thuật của công trình với giá

20
độ chịu nén và giảm 6 ữ 6,4% với cờng độ chịu kéo khi uốn).
- BTCS thép: ở tuổi 60 ngày hệ số bền khí hậu K
KH
1. Từ tuổi 60 đến
360 ngày, hệ số bền khí hậu của BTCST luôn cao hơn so BT không sợi
cùng cấp mác ở từng tuổi mẫu.
- Sợi có tỷ lệ hớng sợi cao cho hệ số bền khí hậu của BTCST lớn hơn
loại sợi có tỷ lệ hớng sợi thấp với cùng cấp mác BT. Hệ số bền khí hậu
của BTCST mác 500 và 700, sử dụng sợi có tỷ lệ hớng sợi 60 với hàm
lợng sợi hợp lý ở tuổi 1 năm là K
KH
1.
4.8. ảnh hởng điều kiện khí hậu nóng ẩm Việt Nam đến khả năng

kháng nứt của BTCST theo thời gian
4.8.1. Biến dạng cứng
Từ kết quả nghiên cứu, có thể thấy rằng:
- Sợi thép cải thiện không nhiều biến dạng cứng của BTCST. Sợi thép đã
làm giảm biến dạng cứng khoảng 8-9% (với sợi có tỷ lệ hớng sợi 60) ở
hàm lợng hợp lý với BT mác 500 và 700;
- Khi tăng tỷ lệ hớng sợi thép thì biến dạng cứng của BTCST giảm, song
mức độ chênh lệch giữa các loại sợi là không nhiều.
4.8.2. Hệ số bền nứt
2,0
1,4
1,6
1,2

29

40

50

60
Tuổi 360 ngày
Tuổi 28 ngày
Hệ số bền nứt của bê tông
2,8
3,2
0,8

20
3,0

1,0
2,6
1,8
2,2
2,4

Tỷ lệ hớng sợi của sợi thép
BT v BTCST (sợi 50kg/m
3
) mác 500
1,2
1,0
0,8
0 20 29 40
50 60
Tuổi 28 ngày
Tuổi 360 ngày
3,2
Hệ số bền nứt của bê tông
3,0
2,6
2,8
2,0
1,8
2,2
2,4
1,4
1,6

Tỷ lệ hớng sợi của sợi thép

BT v BTCST (sợi 75kg/m
3
) mác 700
Hình 4.31: ảnh hởng của sợi thép đến hệ số bền nứt của BTCST trong
điều kiện khí hậu nóng ẩm Việt Nam

5
Chơng 3. Nghiên cứu thiết kế thnh phần BTCS thép
3.1 Yêu cầu kỹ thuật của BTCST làm lớp mặt công trình
BTCST có cờng độ chịu kéo khi uốn cao dùng làm mới và sửa
chữa lớp mặt chịu tải trọng trong điều kiện khí hậu nóng ẩm Việt Nam.
Yêu cầu đối với hỗn hợp BTCST: Cần có tính công tác cao, với tỷ lệ
N/X không cao, đảm bảo phân tán sợi đồng đều. Chọn độ sụt của hỗn hợp
BTCST cần đạt 16-18cm.
Yêu cầu đối với BTCST:

Cờng độ chịu kéo khi uốn (R
k.uốn
): Đảm bảo khả năng chịu tải
trọng (biến đổi, va đập v.v ), giảm chiều dày lớp mặt, tác động trực
tiếp của ĐKKH nóng ẩm, phát huy hiệu quả của sợi thép, tăng tuổi
thọ, chọn R
k.uốn
của BTCST cần đạt 100 daN/cm
2
.

Cờng độ chịu nén: Chọn BT gốc với hai mác 500 và 700.

Tỷ số cờng độ chịu kéo khi uốn/cờng độ chịu nén (R
k.uốn
/R
nén
):
Cao nhất ở mức có thể, nhng phải đảm bao yêu cầu phân tán sợi và giá
thành, tỷ số này cần đạt 16-20%.
3.2. Thiết kế thành phần BTCST
3.2.1. Thiết kế thành phần bê tông gốc (không sợi)
Thành phần của BT gốc mác 500 và 700, với hàm lợng xi
xăng (XM) tối thiểu đảm bảo đạt mác, hàm lợng bột mịn đảm bảo
đủ cho hỗn hợp BT phân tán cốt sợi thép với giới hạn hàm lợng dự
kiến.Tỷ lệ cát/cốt liệu chọn theo
ACI 544.1R-96 [27] là: 45%. Kết quả
nghiên cứu thành phần BT gốc mác 500 và 700 cho trong bảng 3.6.
Bảng 3.6. Thành phần bê tông gốc mác 500 và 700
Số
tt
Ký
hiệu
XM
(kg)
Tro trấu
(kg)
Tro ba
y

(kg)
SD

(lít)
Cát
(kg)
Đá
(kg)
N
(lít)
Sợi thé
p

(kg)
Độ sụt
(cm)
1 CP50 380 38,0 95,0 2,2 717 920 172,0 0 20
2 CP70 480 48,0 48,0 3,0 699 897 171,5 0 20
3.2.2. Lựa chọn thành phần BTCST
Hàm lợng sợi thép trong nghiên cứu từ 25-75kg/m
3
cho BT mác
500 và 50-100kg/m
3
cho BT mác 700. Trên cơ sở thành phần BT gốc mác

6
500 (CP50) và mác 700 (CP70), đa 4 loại sợi thép (tỷ lệ hớng sợi: 29;
39,7; 50 và 60) vào hỗn hợp BT. Điều chỉnh lợng phụ gia siêu dẻo đạt
tính công tác cho hỗn hợp BTCST, giữ nguyên tỷ lệ N/X, đảm bảo hỗn
hợp BTCST không tách nớc, không phân tầng. Thành phần BTCST sau
khi điều chỉnh có độ sụt của hỗn hợp BTCST đạt từ 16-18cm. Ký hiệu các
cấp phối BTCST nghiên cứu cho trong bảng 3.8.

Bảng 3.8. Ký hiệu các cấp phối BTCST nghiên cứu
Bê tông mác 500 Bê tông mác 700
Số
tt
Loại sợi
Ký
hiệu
Sợi thép
,
kg/m
3

Loại BT Ký
hiệu
Sợi thép,
kg/m
3
Loại BT
1
không sợi
CP50
0
BT gốc CP70
0
BT gốc
2 CP51A 25 BTCS thép CP71A 50 BTCS thép
3 CP52A 50 BTCS thép CP72A 75 BTCS thép
4
S
ợi dẹt lợn sóng,

dài 38mm, tỷ lệ
hớng sợi 29
CP53A 75 BTCS thép CP73A 100 BTCS thép
5 CP51B 25 BTCS thép CP71B 50 BTCS thép
6 CP52B 50 BTCS thép CP72B 75 BTCS thép
7
S
ợi dẹt lợn sóng,
dài 52mm, tỷ lệ
hớng sợi 39,7
CP53B 75 BTCS thép CP73B 100 BTCS thép
8 CP51C 25 BTCS thép CP71C 50 BTCS thép
9 CP52C 50 BTCS thép CP72C 75 BTCS thép
10
S
ợi tròn 2đầu neo
SF-35/0,7 (mm),
tỷ lệ hớng sợi 50
CP53C 75 BTCS thép CP73C 100 BTCS thép
11 CP51D 25 BTCS thép CP71D 50 BTCS thép
12 CP52D 50 BTCS thép CP72D 75 BTCS thép
13
S
ợi tròn 2 đầu neo
SF-30/0,5 (mm),
tỷ lệ hớng sợi 60
CP53D 75 BTCS thép CP73D 100 BTCS thép
3.2.2.1. ảnh hởng của loại sợi và hàm lợng sợi thép tính chất của
hỗn hợp BTCST

ảnh hởng của loại sợi và hàm lợng sợi thép đến tính công tác của
hỗn hợp BTCST:
- Cùng mác BT, cùng thành phần và cùng hàm lợng sợi, tính công tác
của hỗn hợp BT giảm khi tỷ lệ hớng sợi tăng.
- Tính công tác của hỗn hợp BTCST giảm khi tăng hàm lợng sợi. Hàm
lợng sợi thép hợp lý sẽ càng cao khi tăng mác BT gốc càng cao.
ảnh hởng của loại sợi và hàm lợng đến khả năng phân tán sợi
thép trong hỗn hợp bê tông:
- Cùng hàm lợng sợi, loại sợi thép có tỷ lệ hớng sợi cao, số lợng sợi
lớn có khả năng phân tán đồng đều hơn sợi có tỷ lệ hớng sợi thấp, số

19
4.7.2. ảnh hởng của sợi thép đến cờng độ chịu kéo khi uốn và hệ số
bền khí hậu khi uốn của BTCST theo thời gian
40
60
80
100
120
140
160
180
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
Tuổi mẫu, ngy
Cờng độ chịu kéo khi uốn, daN/cm
2
CP50(c) CP50(tn)
CP52A(c) CP52A(tn)
CP52D(c) CP52D(tn)
60

80
100
120
140
160
180
200
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
Tuổi mẫu, ngy
Cờng độ chịu kéo khi uốn, daN/cm
2
CP70(c) CP70(tn)
CP72A(c) CP72A(tn)
CP72D(c) CP72D(tn)

Bê tông v BTCST mác 500 Bê tông v BTCST mác 700
Hình 4.30: Sự phát triển cờng độ chịu kéo khi uốn của BT và BTCST
theo thời gian trong điều kiện chuẩn và trong điều kiện tự nhiên
Bảng 4.21. ảnh hởng của sợi thép đến hệ số bền khí hậu đối với cờng
độ chịu kéo khi uốn của BTCST theo thời gian
Hệ số bền khí hậu đối với cờng độ chịu kéo khi uốn K
KH
,
Bê tông mác 500 Bê tông mác 700
Loại sợi thép
60 ngày 360 ngày 60 ngày 360 ngày
không sợi 0,976 0,940 0,969 0,936
Tỷ lệ hớng sợi 29 1,002 0,967 1,002 0,959
Tỷ lệ hớng sợi 60 1,024 1,020 1,027 1,011
Từ kết quả nghiên cứu sự phát triển cờng độ chịu nén, cờng độ

chịu kéo khi uốn và hệ số bền khí hậu của BTCST và BT gốc không sợi
thấy rằng dới tác động của ĐKKH nóng ẩm BT vẫn tiếp tục phát triển
cờng độ theo thời gian. Tuy nhiên BT thờng xuyên chịu các tác động
của co ngót, nở thể tích diễn ra trong suốt quá trình phát triển với chu kỳ
lặp lại nhiều lần, dẫn tới BT bị mỏi. Bằng sự liên kết và làm việc đồng
thời rất tốt giữa sợi thép và BT dẫn tới làm tăng khả năng chịu mỏi của
BTCST, từ đó làm tăng hệ số bên khí hậu của BTCST, cụ thể:
- BT gốc không sợi: ở tuổi 60 ngày hệ số bền khí hậu K
KH
<1. Từ tuổi 60
ngày trở đi hệ số bền khí hậu giảm dần theo thời gian (ở tuổi 1 năm,
K
KH
của BT gốc không sợi mác 500 và 700 giảm 4,6 ữ 5,5% với cờng

18
Trong điều kiện khí hậu nóng ẩm Việt Nam thời gian bảo dỡng
cần thiết T
BD
ct
của BTCST tơng tự nh bê tông gốc không sợi.
4.7. ảnh hởng điều kiện khí hậu nóng ẩm Việt Nam đến cờng độ
và độ bền khí hậu của BTCST theo thời gian
Các cấp phối nghiên cứu đợc bảo dỡng và đánh giá kết quả đồng
thời theo 2 điều kiện là: 1/ Bảo dỡng mẫu và kiểm tra kết quả cờng độ
(R
c
) của mẫu ở các tuổi trong điều kiện tiêu chuẩn; 2/ Bảo dỡng ẩm mẫu
ngoài tự nhiên (với T
BD

ct
), sau đó để ngoài tự nhiên trên nền cao 2m
không bảo dỡng và kiểm tra kết quả cờng độ (R
tn
) của mẫu ở các tuổi.
Hệ số bền khí hậu đợc đánh giá: K
KH
= R
tn
/R
c
.
4.7.1. ảnh hởng của sợi thép đến cờng độ chịu nén và hệ số bền khí
hậu khi nén của BTCST theo thời gian
300
350
400
450
500
550
600
650
700
750
800
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
Tuổi mẫu, ngy
C ờng độ chịu nén, daN/cm
2
CP50(c) CP50(tn)

CP52A(c) CP52A(tn)
CP52D(c) CP52D(tn)

500
550
600
650
700
750
800
850
900
950
1000
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
Tuổi mẫu, ngy
C ờng độ chịu nén, daN/cm
2
CP70(c) CP70(tn)
CP72A(c) CP72A(tn)
CP72D(c) CP72D(tn)
Bê tông v BTCST mác 500 Bê tông v BTCST mác 700
Hình 4.29: Sự phát triển cờng độ chịu nén của BT và BTCST theo thời gian
trong điều kiện chuẩn và trong điều kiện tự nhiên
Bảng 4.19. ảnh hởng của sợi thép đến hệ số bền khí hậu đối với cờng
độ chịu nén của BTCST theo thời gian
Hệ số bền khí hậu đối với cờng độ chịu nén K
KH
,
Bê tông mác 500 Bê tông mác 700

Loại sợi thép
60 ngày 360 ngày 60 ngày 360 ngày
không sợi
0,986 0,954 0,982 0,945
Tỷ lệ hớng sợi 29
1,019 0,978 0,988 0,972
Tỷ lệ hớng sợi 60
1,019 1,008 1,015 1,007

7
lợng sợi ít.
- Hàm lợng sợi thép hợp lý đảm bảo phân tán tốt trong cho hỗn hợp BT
trong khoảng 50 kg/m
3
với BT mác 500 và khoảng 75 kg/m
3
với BT
mác 700. ở hàm lợng 75 kg/m
3
với BT mác 500 và 100 kg/m
3
với BT
mác 700 khả năng vón cục sợi thờng dễ xảy ra.
- Hàm lợng sợi hợp lý đảm bảo phân tán tốt tăng cùng với tăng mác BT.
3.2.2.2. Lựa chọn cấp phối BTCST đáp ứng các chỉ tiêu cơ lý
Kết quả nghiên cứu cờng độ chịu nén, cờng độ chịu kéo khi uốn
và tỷ số R
k.uốn
/R
nén

của BT gốc không sợi và BTCST với 4 loại sợi, mỗi
loại sợi với 3 hàm lợng tơng ứng với từng cấp mác BT nh sau:
a. Lựa chọn cấp phối BTCST đáp ứng yêu cầu về cờng độ chịu nén
- Sợi thép đã làm tăng cờng độ chịu nén của BTCST so với BT gốc ở
tuổi 28 ngày, tăng từ 1,8-11% (10-57daN/cm
2
) với BT mác 500 và từ
3,5-11,1% (26- 80daN/cm
2
) với BT mác 700.
- Loại và hàm lợng sợi có ảnh hởng không nhiều đến mức độ tăng
cờng độ chịu nén của BTCST ở tuổi 28 ngày.
b. Lựa chọn cấp phối BTCST đáp ứng yêu cầu về cờng độ chịu kéo
khi uốn: Từ kết quả nghiên cứu có kết luận sau:
- Các cấp phối BTCST đều có cờng độ chịu kéo khi uốn (R
k.uốn
) ở tuổi
28 ngày cao hơn so với BT gốc ở cùng cấp mác. R
k.uốn
ở tuổi 28 ngày
của BTCST so với BT gốc tăng từ 7,2-70% (5,4-52,3daN/cm
2
) với BT
mác 500 và tăng từ 19,8- 80,4% (18-73,2 daN/cm
2
) với BT mác 700.
- Cùng 1 hàm lợng, sợi thép có tỷ lệ hớng sợi càng cao có mức tăng
cờng độ chịu kéo khi uốn càng cao.
- Hàm lợng sợi thép tăng, R
k.uốn

của BTCST tăng lên, hàm lợng sợi thép
hợp lý trong khoảng 50kg/m
3
với BT mác 500 và 75kg/m
3
với BT mác
700. Hàm lợng sợi hợp lý tăng khi tăng mác BT gốc.
Với BT mác 500 (sợi 50kg/m
3
) có 2 loại sợi (tỷ lệ hớng sợi: 50 và
60) và BT mác 700 (sợi 75kg/m
3
) cả 4 loại sợi đạt yêu cầu về R
k.uốn
đề ra.
Từ kết quả nghiên cứu đa ra bảng thiết kế, lựa chọn thành phần BTCST
(lựa chọn hợp lý: loại sợi, tỷ lệ hớng sợi và mác BT gốc) có R
k.uốn
cao từ

8
100-150 daN/cm
2
cho trong bảng 3.16.
50
70
90
110
130
150

170
0 255075100
Hm lợng sợi thép, kg/m
3
C ờn
g
đ
ộ
ch
ị
u kéo uốn của BT
,
daN/cm
2
Sợi dẹt dài 38mm, tỷ lệ hớng sợi 29
Sợi dẹt dài 52mm, tỷ lệ hớng sợi 39,7
Sợi tròn SF-35/0,7(mm), tỷ lệ hớng sợi 50
Sợi tròn SF-30/0,5(mm), tỷ lệ hớng sợi 60

BT mác 500
50
70
90
110
130
150
170
0255075100
Hm lợng sợi thép, kg/m
3

C ờn
g
đ
ộ
ch
ị
u kéo uốn của BT
,
daN/cm
2
Sợi dẹt dài 38mm, tỷ lệ hớng sợi 29
Sợi dẹt dài 52mm, tủ lệ hớng sợi 39,7
Sợi tròn SF-35/0,7(mm), tỷ lệ huớng sợi 50
Sợi tròn SF-30/0,5(mm), tỷ lệ hớng sợi 60


BT mác 700
Hình 3.8: ảnh hởng của loại và hàm lợng sợi thép đến cờng độ chịu
kéo khi uốn của BTCST mác 500 và 700 ở tuổi 28 ngày

Bảng 3.16. Định hớng thiết kế thành phần BTCST theo cờng độ chịu
kéo khi uốn từ lựa chọn loại sợi, hàm lợng sợi và mác bê tông gốc
Cờng độ chịu kéo khi uốn (daN/cm
2
)
Mác BT Loại sợi
100 110 120 130 140 150
không sợi
Sợi A (tỷ lệ hớng sợi 29)
Sợi B (tỷ lệ hớng sợi 39,7)

Sợi C (tỷ lệ hớng sợi 50) 50
BT mác 500;
Hàm lợng
sợi (kg/m
3
)
Sợi D (tỷ lệ hớng sợi 60) 50 50
không sợi
Sợi A (tỷ lệ hớng sợi 29) 75 100
Sợi B (tỷ lệ hớng sợi 39,7) 50 75 100
Sợi C (tỷ lệ hớng sợi 50) 50 50 75 75 100
BT mác 700;
Hàm lợng
sợi (kg/m
3
)
Sợi D (tỷ lệ hớng sợi 60) 50 50 50 75 75 100
Ghi chú: Hệ số an toàn đối với cờng độ chịu kéo khi uốn của BTCST trong bảng
3.16 chọn K = 1,1 (tuỳ theo yêu cầu của thiết kế để lựa chọn hệ số an toàn).
Để phát huy hiệu quả về R
k.u
và hiệu quả sử dụng sợi thép, trong các
ứng dụng nên sử dụng với sợi thép có tỷ lệ hớng sợi 50 và 60.
c. Tỷ số cờng độ chịu kéo khi uốn/cờng độ chịu nén (R
k.u
/R
nén
)
Sợi thép đã làm tăng tỷ số R
k.uốn

/R
nén
của BTCST so với BT gốc. Sợi
thép có tỷ lệ hớng sợi cao cải thiện tỷ số R
kuốn
/R
nén
của BT là rõ rệt. Với
BT mác 500 (sợi 50kg/m
3
) và BT mác 700 (sợi 75kg/m
3
) tỷ số R
k.uốn
/R
nén


17
tăng khả năng kháng nứt do co mềm của BTCST. Sợi thép có tỷ lệ hớng
sợi cao, tiết diện sợi nhỏ làm giảm co mềm và tăng khả năng kháng nứt
do co mềm của BTCST nhiều hơn sợi thép có tỷ lệ hớng sợi thấp, tiết
diện sợi lớn.
0
10
20
30
40
50
60

70
80
0 60 120 180 240 300 360 420 480
(Thời gian, phút)
Nhiệt độ,
0
C
t, 0C
W, %
9h00 10h00 11h00 12h00 13h00 14h00 15h00 16h00 17h00
(g
iờtron
g
n
g
à
y)
70
80
60
50
40
30
20
10
0
Độ ẩm,
%

-2,8

-2,4
-2,0
-1,6
-1,2
-0,8
-0,4
0,0
Biến dạng mềm, mm/m
CP50 CP52A
CP52C CP52D

0 60 120 180 240 300 360 420 480 Thời
g
ian
,

p
hút

9h00 10h00 11h00 12h00 13h00 14h00 15h00 16h00 17h00
(g
iờ tron
g
n
g
à
y)

-2,8
-2,4

-2,0
-1,6
-1,2
-0,8
-0,4
0,0
Biến dạng mềm, mm/m
CP70 CP72A
CP72C CP72D

0 60 120 180 240 300 360 420 480 Thời
g
ian
,

p
hút

9h00 10h00 11h00 12h00 13h00 14h00 15h00 16h00 17h00
(g
iờ tron
g
n
g
à
y)

Hình 4.24: Biến dạng mềm của BT và BTCST mác 500, 700 (mùa hè)
Bảng 4.16. Kết quả xác định độ mất nớc và biến dạng mềm của BT và
BTCST sau 1 ngày đóng rắn (modun hở M

h
= 30m
-1
)
Bê tông mác 500 Bê tông mác 700
Chỉ tiêu
CP50 CP52A CP52C CP52D CP70 CP72A CP72C CP72D
Độ mất nớc, % 48,25 47,09 45,39 44,47 45,18 43,73 41,69 40,81
, mm/m
2,20 2,00 1,87 1,77 2,55 2,15 1,98 1,88
Biến dạn
g

mềm
/
0
, %
- -9,09 -15,00 -19,54 - -15,68 -22,35 -26,27

16
- BT mác càng cao thì hiệu quả cải thiện ứng suất - độ võng của BTCST
càng tốt hơn. BT mác cao cho phép sử dụng hàm lợng sợi hợp lý cao
với sợi thép có tỷ lệ hớng sợi cao sẽ làm tăng cao ứng suất chịu kéo
khi uốn, tăng cao biến dạng dẻo và chỉ số dẻo dai của BTCST.
4.3. Mô đun đàn hồi và hệ số Poatxong của BTCST
Với hàm lợng dới 2% theo thể tích, sợi thép đã làm tăng không
đáng kể mô đun đàn hồi và giảm không đáng kể hệ số Poatxong của
BTCST. Mô đun đàn hồi và hệ số Poatxong của BTCST chủ yếu phụ thuộc
vào mác của BT gốc.
4.4. Độ mài mòn

Hiện tại Việt Nam cha có thiết bị, tiêu chuẩn đánh giá mài mòn va
đập hay bào mòn thuỷ lực đối với BTCST, đã xác định độ mài mòn của BT
không sợi và BTCST theo TCVN 3114: 1993. Kết quả nghiên cứu đã cho
thấy trong điều kiện mài mòn ma sát khô không chấn động thì ảnh hởng
của sợi thép đến khả năng kháng mài mòn của BTCST là rõ rệt với BT mác
thấp và ít ảnh hởng đối với BT mác cao sử dụng cốt liệu có độ cứng cao.

CP30
CP30
A
CP30 C
CP30 D
CP50
CP52
A
CP52 C
CP50 D
CP70
CP71
A
CP71C
CP71 D
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
1
Cấp phối thí nghiệm

Độ mi mòn, g/cm
2

Hình 4.20: Độ mài mòn của BT không sợi và BTCST mác 300, 500 và 700,
sợi thép 50kg/m
3
với các loại sợi khác nhau
4.5. Khả năng ăn mòn Cl
-
đối với sợi thép trong BTCST
Sợi thép trong bê tông không ảnh hởng đến khả năng ăn mòn Cl
-

đối với sợi thép và ăn mòn đối với cốt thép trong BTCST.
4.6. ảnh hởng của điều kiện khí hậu nóng ẩm Việt Nam đến tính
chất của hỗn hợp BT và BTCST trong thời gian đầu đóng rắn
Kết quả nghiên cứu mất nớc, biến dạng mềm và khả năng kháng
nứt của BT và BTCST đã cho thấy Sợi thép không ảnh hởng tới quá trình
mất nớc và độ mất nớc, nhng sợi thép đã làm giảm co mềm và làm

9
là 16-20% (với sợi có tỷ lệ hớng sợi: 39,7; 50 và 60).
3. 3. Trình tự thiết kế, lựa chọn thành phần BTCST làm lớp mặt công
trình
Từ các kết quả nghiên cứu có thể đề xuất các bớc thiết kế, lựa
chọn thành phần BTCST nh sau:
Bớc 1:
Xác định yêu cầu kỹ thuật của hỗn hợp BT và BTCST

Yêu cầu đối với hỗn hợp BTCST

- Tính công tác: Chọn độ sụt của hỗn hợp BTCST 16-18cm.
- Khả năng phân tán sợi thép trong hỗn hợp BT: phân tán đồng đều sợi
thép trong hỗn hợp BT.

Yêu cầu đối với BTCST
- Cờng độ chịu kéo khi uốn: Chọn R
k.u
100 daN/cm
2

- Cờng độ chịu nén: Chọn BT gốc mác 500 và 700.
- Tỷ số R
k.u
/R
nén
: cần đạt khoảng16-20%.
Bớc 2:
Lựa chọn vật liệu chế tạo BTCST.
Bớc 3:
Lựa chọn thành phần BTCST đáp ứng yêu cầu về cờng độ
chịu kéo khi uốn của thiết kế cho trớc (tham khảo bảng 3.16 để lựa
chọn loại sợi, tỷ lệ hớng sợi hàm lợng sợi và mác BT gốc):
a. Lựa chọn thành phần BTgốc: Với hàm lợng XM tối thiểu để đạt
mác, hàm lợng bột mịn (XM + PG khoáng hoạt tính mạnh + PG
khoáng mịn) đảm bảo đủ phân tán sợi thép trong hỗn hợp BT.
b. Lựa chọn thành phần BTCST: Đa sợi thép vào hỗn hợp BT thì
hàm lợng của các vật liệu thành phần về cơ bản là không thay đổi.
Điều chỉnh làm lợng phụ gia siêu dẻo, giữ nguyên tỷ lệ N/X để hỗn
hợp BTCST đạt đợc tính công tác.
Bớc 4:

Thí nghiệm kiểm tra, điều chỉnh cấp phối BTCST

3.4. Nghiên cứu quy trình công nghệ chế tạo BTCST
Mục tiêu là phải phân tán đồng đều các sợi thép, ngăn ngừa sự vón
của sợi thép trong quá trình trộn.


10
3.4.1. Nghiên cứu, lựa chọn phơng pháp trộn BTCST
Đã nghiên cứu với 2 phơng án trộn BTCST trên cở sở điều kiện thí
nghiệm với các cấp phối nghiên cứu, kết hợp khả năng ứng dụng đối với
thiết bị trộn của BT thờng.
Phơng án 1: Sợi thép đa vào hỗn hợp BT trong máy trộn, khi hỗn
hợp BT đã đợc trộn đều đầy đủ các thành phần (bao gồm cả nớc).
Phơng án 2: Sợi thép đợc đa vào từ đầu trộn cùng với các thành
phần vật liệu của cấp phối BT trớc khi BT trộn thành hỗn hợp dẻo.
Từ kết quả nghiên cứu chọn phơng án 2, đảm bảo hiệu quả và
chất lợng trộn BTCST.
3.4. 2. Quy trình chế tạo BTCST
1-2 phút
Trộn 2
Trộn 1
Nuớc
Tro trấu
Tro tuyển
Định
luợng
Định
luợng
Định

luợng
PGSDXi măngCátĐá Sợi thép
Định
luợng
Trộn 3
1-2 phút
1-2 phút
Định
luợng
Định
luợng
Trộn 4
1-2 phút
Tạo hình
3-5 phút
Trộn 5
Bảo duỡng
BT thành phẩm
20% khối luợng
40-50% khối luợng
30-40% khối luợng

Hình 3.9: Sơ đồ công nghệ chế tạo BTCST

15
CP73D
CP72D
CP71D
CP73A
CP71A

Độ võng (mm)
CP70
17
16
12
14
6
4
8
10
ứng suất (MPa)
0,2
0,4
0,6
0,8

5

6

4

3

2

1

Hình 4.16: Biểu đồ ứng suất - độ võng của BT và BTCST mác 700
CP51

A
CP51
A
CP51
A
CP51
D
CP51
D
CP51
D
CP52
D
CP52
D
CP52
D
0
5
10
15
20
25
Chỉ số bền dẻo dai
I
5
I
10
I
20

CP71
A
CP71
A
CP71
A
CP71
D
CP71
D
CP71
D
CP72
D
CP72
D
CP72
D
0
5
10
15
20
25
Chỉ số bền dẻo dai

I
5
I

10
I
20

BTCST mác 500 BTCSt mác 700
Hình 4.19: ảnh hởng của tỷ lệ hớng sợi và hàm lợng sợi thép đến chỉ số
dẻo dai của BTCST
Kết quả nghiên cứu ứng suất- độ võng và chỉ số dẻo dai của BTCST:
- Với cùng hàm lợng sợi, cùng mác BT thì sợi thép có tỷ lệ hớng sợi
càng cao làm tăng ứng suất cực đại chịu kéo khi uốn càng nhiều, giá trị
biến dạng dẻo và chỉ số dẻo dai của BTCST cao hơn nhiều sợi thép có
tỷ lệ hớng sợi thấp.
- Hàm lợng sợi tăng thì làm tăng ứng suất cực đại chịu kéo khi uốn, giá
trị biến dạng dẻo và chỉ số dẻo dai của BTCST tăng. Sợi thép có tỷ lệ
hớng sợi thấp mức tăng này không đáng kể, sẽ không hiệu quả khi cải
thiện quan hệ ứng suất- độ võng và chỉ số dẻo dai của BTCST.
- Sợi tròn thép 2 đầu neo là loại sợi có tỷ lệ hớng sợi cao cải thiện quan
hệ ứng suất-độ võng và chỉ số dẻo dai của
BTCST tốt hơn sợi thép dẹt
lợn sóng.

14
29
39,7
50
60
29
39,7
50
60

29
39,7
50
60
29
39,7
50
60
50
70
90
110
130
150
170
25 35 45 55 65
Tỷ lệ hớng sợi của sợi thép
Cờng độ chịu kéo khi uốn của BTCS thép, daN/cm
2
BTCS thép mác 300
BTCS thép mác 500
BTCS thép mác 700
BTCS thép mác 800

29
39,7
50
60
29
39,7

50
60
29
39,7
50
60
29
39,7
50
60
0
10
20
30
40
50
60
25 35 45 55 65
Tỷ lệ hớng sợi của sợi thép
Mức tăng cờng độ chịu kéo khi uốn, daN/cm
2
BTCS thép mác 300
BTCS thép mác 500
BTCS thép mác 700
BTCS thép mác 800
36
4.13a: Cờng độ chịu kéo khi uốn của
BTCST tuổi 28 ngy
4.13b: Mức tăng cờng độ chịu kéo khi uốn của
BTCST so với BT không sợi tuổi 28 ngy

Hình 4.13: ảnh hởng của mác BT đến cờng độ chịu kéo khi uốn
của BTCST ở tuổi 28 ngày (sợi thép 50kg/m
3
)
4.2. Độ bền dẻo dai của BTCST
Để thấy rõ ảnh hởng của loại sợi thép đến độ bền dẻo dai của
BTCST đã nghiên cứu ứng suất - độ võng của BT gốc và BTCST, với sợi
thép có tỷ lệ hớng sợi thấp nhất (sợi A: 29) và cao nhất (sợi D: 60) trong
4 loại sợi, theo ASTM C1018 [35]. Biểu diễn quan hệ ứng suất độ-võng
trên hình 4.15 và 4.16, chỉ số bền dẻo của BTCST trên hình 4.19.

56

43

2

1
0
2
12
14
6
4
8
10
ứng suất (MPa)
CP50
CP51A
CP53A

CP52D
CP51D
CP53D
Độ võng (mm)
0,2 0,4 0,6
0,8

Hình 4.15: Biểu đồ ứng suất - độ võng của BT và BTCST mác 500

11
Bảng 3.18. Thời gian trộn hỗn hợp BTCST theo loại sợi và hàm lợng
sợi thép (kèm theo sơ đồ công nghệ chế tạo BTCS thép)
Quá trình trộn, phút Thời gian trộn, phút Số
tt
Loại sợi Sợi thép
(kg/m
3
)
Trộn1 Trộn 2 Trộn 3 Trộn 4 Trộn5 có nớc Tổng cộng
25-50 1 1 1 1 3 6 7
1
Sợi dẹt , tỷ lệ hớng sợi
29 và 39,7
> 50-100 1 1 1 1,5-2 3,5-4 7-8 8-9
25-50 1,5 1 1 1,5-2 3 6,5-7 8-8,5
2
Sợi tròn 2 đầu neo, tỷ
lệ hớng sợi 50 và 60
> 50-100 2 1 1-2 2 3,5-4 7,5-9 9,5-11
Chơng 4. nghên cứu ảnh hởng của sợi thép đến các

tính chất của bê tông cốt sợi thép
4.1. ảnh hởng của sợi thép đến cờng độ của BTCST
Đề tài đã nghiên cứu so sánh đồng thời ảnh hởng của 4 loại sợi
thép đến cờng độ chịu nén (R
n
) và cờng độ chịu kéo khi uốn của
BTCST ở các tuổi khác nhau trong điều kiện tiêu chuẩn.
4.1.1. ảnh hởng của sợi thép đến cờng độ chịu nén của BTCST
Từ kết quả nghiên cứu có kết luận sau:
- Cờng độ chịu nén của BTCST đều tăng nhanh ở những ngày đầu tới 28
ngày, tăng chậm từ tuổi 28 trở đi giống nh đối với BT gốc.
- Cả 4 loại sợi thép nghiên cứu đều làm tăng R
n
của BTCST ở tất cả các
ngày tuổi so với BT gốc, tuy nhiên mức độ tăng này không nhiều.
4.1.2. ảnh hởng của sợi thép đến cờng độ chịu kéo khi uốn của BTCST
Từ kết quả nghiên cứu có một số kết luận về ảnh hởng của sợi thép đến
cờng độ chịu kéo khi uốn của BTCST:
- Sợi thép đã làm tăng R
k.uốn
của BT ở các tuổi một cách rõ rệt. Với BT
mác 500 mức tăng tối đa khoảng 70% (52,3 daN/cm
2
) ở tuổi 28ng và
68% (58,2 daN/cm
2
) ở tuổi 180ng; với BT mác 700 mức tăng tối đa
khoảng 80% (73,2 daN/cm
2
) ở tuổi 28 ng và 77% (81 daN/cm

2
) ở tuổi
180ng.
- Tỷ lệ hớng sợi của sợi thép ảnh hởng rất lớn đến R
k.uốn
của BT. Chênh
lệch về mức độ tăng R
k.uốn
của BTCST, với cùng hàm lợng sợi, cùng
mác BT giữa các loại sợi có tỷ lệ hớng sợi cao và sợi tỷ lệ hớng sợi

12
thấp là rất lớn.
- Khi tăng hàm lợng sợi thì cờng độ chịu kéo khi uốn của BTCST tăng
lên, mức độ tăng nhiều hay ít phụ thuộc vào hàm lợng sợi hợp lý đối
với từng mác bê tông.
- Mác BT càng cao thì hiệu quả tăng cờng độ chịu kéo khi uốn của sợi
thép càng tăng. BT mác cao cho phép đồng thời sử dụng sợi thép có tỷ
lệ hớng sợi cao và hàm lợng sợi thép hợp lý cao làm tăng rất cao
cờng độ chịu kéo khi uốn của BTCST. Hàm lợng sợi hợp lý trong
khoảng 50 kg/m
3
với BT mác 500 và 75 kg/m
3
với BT mác 700.
Có thể thấy rõ ảnh hởng của tỷ lệ hớng sợi, hàm lợng sợi và mác
BT đến cờng độ chịu kéo khi uốn của BTCST đợc biểu diễn trên các
đồ hình 4.9; 4.10 và 4.13.
Tuổi 28 ngày
29

39,7
50
60
29
39,7
50
60
29
39,7
50
60
0
10
20
30
40
50
60
70
80
25 35 45 55 65
Tỷ lệ hớng sợi của sợi thép
Mức tăng cờng độ chịu kéo khi uốn, daN/cm
2
Sợi 25 kg/m3
Sợi 50 kg/m3
Sợi 75 kg/m3
Tuổi 180 ngày
29
39,7

50
60
29
39,7
50
60
29
39,7
50
60
0
10
20
30
40
50
60
70
80
25 35 45 55 65
Tỷ lệ hớng sợi của sợi thép
Mức tăng cờng độ chịu kéo khi uốn, daN/cm
2
Sợi 25 kg/m3
Sợi 50 kg/m3
Sợi 75 kg/m3
Hình 4.9: ảnh hởng của tỷ lệ hớng sợi và hàm lợng sợi đến mức tăng cờng
độ chịu kéo khi uốn của BTCST so với BT gốc mác 500 ở tuổi 28 và 180 ngày
Coi rằng đồ thị trên hình 4.9 và hình 4.10 là tuyến tính tơng đối
trong vùng nghiên cứu, thì cờng độ chịu kéo khi uốn và mức tăng cờng

độ chịu kéo khi uốn của BTCST có thể biểu diễn tơng đối dới dạng:
R
k.uốnBTCST
= R
k.uốnBTgốc
+

R
k.uốn
(4.1);

R
k.uốn
= ax + b (4.2)
Trong đó:
+ R
k.uốnBTCST
: Cờng độ chịu kéo khi uốn của BTCST, daN/cm
2
;
+ R
k.uốnBTgốc
: Cờng độ chịu kéo khi uốn của BT gốc không sợi, daN/cm
2
;

13
+

R

k.uốn
: Mức tăng cờng độ chịu kéo khi uốn của BTCST, daN/cm
2
;
+ x : Mức tăng của tỷ lệ hớng sợi của sợi thép (từ 29 đến 60; x = 0 đến 31);
+ a = tg

: Hệ số biểu thị mức tăng R
k.uốn
tơng đối khi tăng tỷ lệ hớng sợi, phụ
thuộc vào hàm lợng sợi và mác BT;
+ b: Mức tăng của R
k.uốn
của BTCST so với BT gốc ở tỷ lệ hớng sợi 29, ứng với
từng hàm lợng sợi theo tuổi mẫu, daN/cm
2
.
(Với các hệ số a và b, xác định từ kết quả nghiên cứu thực nghiệm về R
k.uốn
của
BTCST mác 500 và 700).
Tuổi 28 ngày
29
39,7
50
60
29
39,7
50
60

29
39,7
50
60
0
10
20
30
40
50
60
70
80
25 35 45 55 65
Tỷ lệ hớng sợi của sợi thép
Mức tăng cờng độ chịu kéo khi uốn, daN/cm2
Sợi 50 kg/m3
Sợi 75 kg/m3
Sợi 100 kg/m3
Tuổi 180 ngày
29
39,7
50
60
29
39,7
50
60
29
39,7

50
60
0
10
20
30
40
50
60
70
80
25 35 45 55 65
Tỷ lệ hớng sợi của sợi thép
Mức tăng cờng độ chịu kéo khi uốn, daN/cm
2
Sợi 50 kg/m3
Sợi 75 kg/m3
Sợi 100 kg/m3

Hình 4.10: ảnh hởng của tỷ lệ hớng sợi và hàm lợng sợi đến mức tăng cờng
độ chịu kéo khi uốn của BTCST so với BT gốc mác 700 ở tuổi 28 và 180 ngày
Để thấy rõ ảnh hởng của mác BT đến hiệu quả của sợi thép làm
tăng R
k.uốn
của BTCS thép đã nghiên cứu với BTCST mác 300, 500, 700 và
800, biểu diễn trên đồ thị hình 4.13.
Từ kết quả nghiên cứu biểu dễn trên hình 4.13 đã cho thấy: Cùng
hàm lợng sợi, với BT mác trung bình (mác 300) khi tăng tỷ lệ hớng sợi
cờng độ chịu kéo của BTCST tăng không nhiều. Đối với BT mác càng
cao thì tăng tỷ lệ hờng sợi cờng chịu kéo khi uốn của BTCST càng tăng

cao. Hay nói cách khác sợi thép chỉ phát huy hiệu quả đối với BT mác
cao và BT mác càng cao sử dụng sợi thép có tỷ lệ hớng sợi cao, càng
tăng cao cờng độ chịu kéo khi uốn của BTCST.