Báo cáo khoa học: "Công nghệ bê tông tự đầm" pptx

Công nghệ bê tông tự đầm

ThS. Hoàng thị thanh thuỷ
Bộ môn Kết cấu
Khoa Công trình - Trờng ĐHGTVT

Tóm tắt: Bê tông tự đầm (BTTĐ)đợc chế tạo lần đầu tiên ở Nhật bản vo khoảng 10
năm trớc đây. Thuộc tính đặc biệt của loại bê tông (BT) ny l khả năng tự thoát khí v chảy
tới mức cân bằng chỉ dới tác dụng của trọng lợng bản thân. Cơ sở của BTTĐ l sử dụng hm
lợng chất bột v phụ gia siêu dẻo cao với hm lợng xi măng v tỉ lệ nớc/ xi măng thông
thờng. BTTĐ có u thế đặc biệt khi cốt thép đặt dy đặc hoặc chi tiết cấu kiện có hình dạng
phức tạp gây khó khăn cho công tác đầm. Bi viết ny giới thiệu tóm tắt các bớc thiết kế hỗn
hợp BTTĐ, các thí nghiệm đối với vữa v BT cũng nh đánh giá, so sánh đặc tính của BTTĐ v
BT thông thờng.
Summary: Self Compacting Concrete (SCC) was first produced about 10 years ago in
Japan. The unset concrete has a special property that is it deaerates just under the influence of
its iron weight and flows to a uniform level. The basis of this concrete is a high content of
ultrafines and super-plasticizer with a normal cement content and water/cement ratio. This
concrete can be especially advantageous where vibration compaction is particularly difficult
because of heavy reinforcement or unfavourably shaped components. This article introduces
briefly the design process for mixture of SCC, the experiments for SCC and the evaluation,
comparison of characteristics of SCC and normal concrete.
i. Giới thiệu chung
Yêu cầu đặt ra đối với BTTĐ là chỉ dới
tác dụng của trọng lợng bản thân, vữa BT
đợc lấp đầy ván khuôn theo hình dạng mong
muốn, bao bọc hoàn toàn cốt thép, tự thoát
khí và không bị phân tầng. Để đạt đợc những
phẩm chất này, BT tơi trớc hết phải có độ
chảy đặc biệt lớn. Mặt khác, BT phải có độ ổn

định cấu trúc cao, tức là vữa BT phải có độ
nhớt cần thiết chống lại sự lắng của cốt liệu
thô để tránh sự phân tầng của BT. Trên hình
1, giới thiệu nguyên tắc cơ bản để chế tạo
BTTĐ theo Okamura (Nhật).
Điều kiện không thể thiếu đợc để chế
tạo thành công BTTĐ với độ chảy lớn là phụ
gia siêu dẻo hoạt tính cao. Đặc biệt, sự ra đời
của phụ gia siêu dẻo thế hệ mới (thí dụ nh
Polycarbocylate) đã tạo ra một bớc tiến trong
công nghệ BTTĐ.
II. Thiết kế hỗn hợp bê tông
1. Vật liệu thành phần
BTTĐ
Đ
ộ nhớt của vữa và
BT đủ lớn
Khả năng chống
phân tầng cao
Hạn chế hàm lợng
cốt liệu
Sử dụng phụ gia siêu dẻo
hoạt tính cao
Giảm tỉ lệ nớc/ xi măng

Hình 1: Nguyên tắc cơ bản chế tạo BTTĐ theo Okamura
Vật liệu để chế tạo BTTĐ nói chung tơng tự
nh đối với BT thông thờng, tham gia vào
hỗn hợp chất
bột ngoài xi

măng ra phần
lớn có thêm
tro bay và bột
đá vôi. Cũng
có thể sử
dụng bụi silic

và các chất độn BT dạng mịn khác. Trong
cùng một điều kiện, việc sử dụng tro bay làm
tăng độ chảy của BTTĐ, trong khi việc đa
vào bột đá nghiền làm tăng độ ổn định cấu
trúc và do đó có tác dụng chống phân tầng
trong BT.
Cần đặc biệt chú ý đến tác động tơng
hỗ giữa xi măng, các chất bột khác và phụ gia
siêu dẻo. Phụ gia siêu dẻo trên cơ sở
Polycarboxylate khi phối hợp tốt có thể cho
BT thời gian chảy rất dài, trong khi ở các
trờng hợp khác quá trình chảy thờng kết
thúc sau một thời gian ngắn.
2. Thiết kế hỗn hợp và nhào trộn
Tuỳ theo thành phần chế tạo, BTTĐ đợc
phân biệt theo ba dạng: dạng bột (Poder -
Typ), dạng nhớt (Viscosity Agent - Typ), và
dạng tổ hợp (Combination - Typ).
Trong dạng bột, BT đợc chế tạo với hàm
lợng bột cao. Theo phơng pháp OKA-
MURA, thành phần nhào trộn đợc quyết định
trên cơ sở thí nghiệm theo từng bớc. Các
nghiên cứu cần thiết đợc tiến hành đối với

hồ, vữa và cuối cùng là BT. Sau đây là
phơng pháp chế tạo BTTĐ dạng bột loại I
theo OKAMURA.
Bớc 1: Xác định độ rỗng.
Độ rỗng của BTTĐ đợc đánh giá dao
động trong một khoảng khá lớn, thờng
4 ữ 7%. Sử dụng giá trị nào là tuỳ thuộc vào
kinh nghiệm của ngời thi công. Sau khi chế
tạo xong BT, cần kiểm tra xem độ rỗng giả
thiết có phù hợp với giá trị trong thực tế không.
Bớc 2: Xác định hm lợng cốt liệu thô.
Hàm lợng cốt liệu thô đợc chọn sao
cho thể tích của chúng bằng khoảng 50% thể
tích BT đã trừ lỗ rỗng. Nh vậy, ta có công
thức tính thể tích cốt liệu thô:
V
g,s
= 0,5.(1- V
1
) [m
3
/m
3
]
và công thức tính khối lợng cốt liệu thô cho
1 m
3
bê tông:
g = .0,5.(1 - V
1

) [kg/m
3
]
Bớc 3: Xác định hm lợng cốt liệu nhỏ
(hm lợng cát)
Thể tích cát cho 1 m
3
BT đợc tính bằng
40% thể tích vữa và đợc xác định theo công
thức sau:
V
s,s
= 0,4.(1- V
1
-V
g,s
) [m
3
/m
3
]
Bớc 4: Xác định thnh phần hỗn hợp
bột
Sự phù hợp của hỗn hợp các chất bột
đợc đánh giá qua nghiên cứu về khả năng
hấp thụ nớc của chúng. ở đây, ngời ta
nghiên cứu 3 đến 5 hỗn hợp có tỉ lệ nhào trộn
nớc/chất bột khác nhau (V
w
/V

m
~ 1,1 đến 1,4)
để xác định độ chảy theo phơng pháp chảy
tràn. Trên hình 2 biểu diễn độ chảy tràn
1
thu
đợc từ thí nghiệm. Giao điểm của trục tung
với đoạn biểu đồ thẳng nghiêng góc so với
trục hoành cho giá trị
p
, đợc dùng để đánh
giá độ hấp thụ nớc của hỗn hợp. Nói chung,
giá trị
p
nằm trong khoảng 0,8 ữ 1,1.

Hình 2: Đánh giá hỗn hợp chất bột theo
khả năng hấp thụ nớc
Bớc 5: Xác định hm lợng nớc v
lợng phụ gia siêu dẻo
ở bớc này vữa đợc nhào trộn từ lợng
chất bột đã xác định ở trên và 40% về thể tích
những hạt đá tơi nhỏ, thí dụ tới 4 mm). Lợng

nớc trớc tiên đợc chọn sao cho tỉ lệ thể
tích nớc/chất bột (V
w
/V
m
) vào khoảng

80 ữ 90% giá trị

Trong bảng 1 giới thiệu thành phần của
hai loại BTTĐ dạng bột (Poder-Typ) từ các vật
liệu khác nhau và thành phần của một BT thông
thờng cấp cờng độ C30/37 để so sánh.
p
xác định ở bớc trên.
Tiếp theo ngời ta trộn phụ gia siêu dẻo
vào và kiểm tra đặc tính của vữa. ở đây sẽ
xác định độ chảy tràn và thời gian chảy qua
phễu của hỗn hợp vữa. Luợng phụ gia sẽ
đợc chọn sao cho độ chảy tràn vào khoảng

m
= 5 (tơng ứng với a ~ 24,5 cm), đồng thời
thời gian chảy qua phễu R
m
= 1 (t ~ 10 s). Nếu
với luợng nớc đã chọn và phụ gia đã sử dụng
mà không thể thu đợc kết quả nêu trên thì có
thể điều chỉnh hàm lợng nớc và phụ gia để
thay đổi thành phần vữa. Nếu vẫn không
đợc, phải chọn thành phần chất bột khác.
Bớc 6: Trộn cốt liệu thô v đánh giá độ
chảy của BT tơi
Trong bớc này, sẽ đánh giá xem với thành
thành phần vữa đợc xác định từ bớc 1 đến
bớc 5 có chế tạo đợc BT có độ chảy cao
hay không. ở đây, các cốt liệu thô đợc nhào

trộn vào vữa theo tỉ lệ đã xác định. Việc đánh
giá đợc tiến hành sau một số thí nghiệm đối
với BT. Nếu hỗn hợp tạo thành không đạt
đợc khả năng tự đầm thì có thể cố gắng thay
đổi thành phần nớc và phụ gia siêu dẻo
trong một phạm vi nhỏ để nâng cao khả năng
này. Nếu vẫn không đợc thì phải tìm công
thức khác.
Iii. Các phơng pháp thí nghiệm
Ngời ta phân biệt các thí nghiệm đối với
hồ hoặc vữa và các thí nghiệm đối với BT.
1. Các thí nghiệm đối với hồ hoặc vữa
1.1. Thí nghiệm xác định độ chảy rộng
Thí nghiệm này nhằm xác định độ chảy
của vữa cũng nh của hồ. ở đây sử dụng
phơng pháp Haegermann, đợc biểu diễn
trên hình 3. Khuôn hình côn đợc đặt trên một
bề mặt sạch, nhẵn và hơi ẩm, đợc đổ đầy hồ
hoặc vữa tới mép trên. Sau đó, khuôn đợc
nhấc lên để cho khối vữa chảy tràn ra chỉ dới
tác dụng của trọng lợng bản thân. Độ rộng
của bánh vữa thu đợc là đại lợng đánh giá
độ chảy của vữa.

Hình 3. Thí nghiệm xác định độ chảy rộng
của hồ v vữa bê tông
Bảng 1
Thí dụ so sánh thnh phần của hai BTTĐ v một BT đầm thông thờng
BTTĐ 1 BTTĐ 2 BT đầm
Xi măng CEM I 42,5 R (kg/m

3
)
Tro bay (kg/m
3
)
Bột đá vôi (kg/m
3
)
Nớc (kg/m
3
)
Cát 0/2 (kg/m
3
)
Cát 2/4 (kg/m
3
)
Cát 4/8 (kg/m
3
)
Sỏi 8/16 (kg/m
3
)
Phụ gia siêu dẻo (Polycarboxylate)
Cờng dộ chịu nén f
cm
(N/mm
2
)
300

250
0
170
460
306
306
460
1,15% lợng XM
67
300
0
300
182
460
306
306
460
1,60% lợng XM
39
300
0
0
165
453
273
544
545
0
45

Hình 4. Thí nghiệm xác định thời gian chảy qua
phễu của hồ v vữa BT
ở Nhật Bản, ngời ta không sử dụng giá
trị đờng kính bánh vữa mà xác định quan hệ
giữa diện tích bánh vữa thu đợc và diện tích
đáy dới của khuôn hình côn có đờng kính
tơng ứng là r
o
. Nếu gọi r là đờng kính trung
bình của bánh vữa r = (r
1
+ r
2
)/2 [mm] thì độ
chảy tràn tơng đối đợc tính bằng công
thức sau:
= (r/r
o
)
2
1
Trong chế tạo BTTĐ theo OKAMURA
ngời ta cố gắng đạt tới giá trị = 5. Giá trị
này tơng ứng với đờng kính bánh vữa
khoảng 24,5 cm khi sử dụng khuôn hình côn
theo Haegermann.
1.2. Thí nghiệm xác định thời gian vữa
chảy qua phễu (hình 4)
Thí nghiệm này nhằm đánh giá độ nhớt

của vữa. Phễu đợc làm sạch và ẩm ở mặt
trong rồi đợc đổ đầy vữa tới miệng. Tiếp theo
sẽ xác định khoảng thời gian tính bằng giây
để vữa chảy hết khỏi phễu sau khi mở nắp
phễu phía dới. Vữa sẽ có độ nhớt càng cao
nếu tốc độ chảy khỏi phễu của nó càng nhỏ.
Trong các tài liệu của Nhật, độ nhớt đợc
đánh giá bằng giá trị R
m
xác định theo thời
gian chảy qua phễu đo đợc t tính bằng giây:
R
m
= 10/t
Trong chế tạo BT theo phơng pháp
OKAMURA, ngời ta cố gắng đạt tới độ nhớt
của vữa ứng với giá trị R
m
= 1. Giá trị này tơng
ứng với khoảng thời gian là 10 giây để vữa
chảy hết khỏi phễu.
2. Các thí nghiệm đối với BT
Để đánh giá độ chảy và độ nhớt của BT,
ngời ta cũng tiến hành hai thí nghiệm cơ bản
tơng tự nh đối với hồ và vữa đã đợc trình
bày ở trên. Ngoài ra, còn có một loạt thí
nghiệm độc lập và tổng hợp khác nhằm đánh
giá khả năng cân bằng nằm ngang sau khi BT
ngừng chảy, độ lắng, độ tắc nghẽn cốt liệu,
khả năng phân tầng, độ rỗng cũng nh độ

chảy và độ nhớt của BT.
IV. Đặc tính của BT cứng
Những đặc tính của BTTĐ đợc trình bày
sau đây là đối với BT có lợng chất bột trong
khoảng 500 ữ 650 kg/m
3
.
- Cờng độ chịu nén
Cờng độ chịu nén của BTTĐ tơng
đơng với cờng độ chịu nén của BT đầm có
tỉ lệ nớc/ xi măng thông thờng và cờng độ
xi măng theo quy chuẩn. Cờng độ của BTTĐ
có thể đạt tới 70 N/mm
2
hoặc hơn nữa.
- Cờng độ chịu kéo
Theo một số tác giả, cờng độ chịu kéo
của BTTĐ có giá trị bằng 8 ữ 10% cờng độ
chịu nén, giống nh trong BT thông thờng.
Những nghiên cứu khác lại cho biết, con số
này bằng khoảng 10 ữ 15%.
- Mô đun đn hồi
Với cùng một cờng độ của đá xi măng,
BTTĐ nói chung có mô đun đàn hồi nhỏ hơn
trong BT thông thờng có cùng cờng độ.
- Cờng độ dính bám
Hiện vẫn cha có những nghiên cứu có
tính hệ thống về cờng độ dính bám trong
BTTĐ và khó có thể so sánh các kết quả khác

nhau đợc đa ra do các BT đợc nghiên cứu
có thành phần và cuờng độ khác nhau.
- Co ngót v từ biến
Biến dạng co ngót của BTTĐ lớn hơn của
BT thông thờng và sau 90 ngày đạt 11% độ
co ngót lớn nhất. Độ co ngót cuối cùng của
BTTĐ có phụ gia tăng nhớt có thể lớn hơn tới
50% giá trị tơng ứng trong BT cấp phối thông
thờng có cờng độ tơng đơng.
Một số tác giả cho biết, từ biến của BTTĐ
lớn hơn khoảng 10% so với BT đầm thông
thờng.
- Quan hệ ứng suất - biến dạng
Trên cơ sở những nghiên cứu so sánh
đờng cong ứng suất - biến dạng của BTTĐ
và BT thông thờng, có thể thấy rõ ở nhánh đi
lên của biểu đồ - BTTĐ làm việc giống nh
BT thờng, còn nhánh đi xuống nói chung dốc
hơn. Điều này thể hiện rõ trên hình 5 khi so
sánh đờng cong - của ba BTTĐ và một
BT thông thờng. Tất cả các BT đều có tỉ lệ
nớc/ xi măng là 0,55. Các BTTĐ có hàm
lợng bột là 600, 575 và 500 kg/cm
2
. Các BT
này có cờng độ khác nhau do sử dụng lợng
tro bay khác nhau. Với cờng độ chịu nén tăng
lên, biến dạng khi phá hoại cũng tăng lên.
V. Kết luận
Trong gần mời năm kể từ khi ra đời đến

nay, công nghệ BTTĐ đã đợc nghiên cứu và
ứng dụng rộng rãi ở Nhật Bản, cũng nh bớc
đầu áp dụng ở Canađa, Mỹ và ở nhiều nớc
châu Âu.
Ưu điểm của công nghệ này thể hiện rõ
rệt ở những mặt sau:
- Tiết kiệm nhân công cho công tác đầm.
- Rút ngắn thời gian thi công.
- Cải thiện chất lợng bề mặt cấu kiện
BT, tăng mỹ quan công trình.
- Đảm bảo chất lợng đổ BT ngay cả khi
cốt thép đặt dày đặc hoặc chi tiết cấu kiện có
hình dạng góc cạnh.
- Nâng cao tuổi thọ công trình.
- Giảm độ ồn trên công trờng và trong
nhà máy sản xuất bê tông.
Về khả năng ứng dụng công nghệ BTTĐ
ở Việt nam, xin có một số ý kiến nh sau:
Về vật liệu: Với nguồn sản xuất trong
nớc và cung cấp của các công ty nớc ngoài,
ở nớc ta có đủ điều kiện để sản xuất BTTĐ.
Cần chú ý đến vai trò quyết định của phụ gia
siêu dẻo hoạt tính cao gốc Polycarbocylate.
Về thiết bị thí nghiệm: các thí nghiệm
nhằm xác định và điều chỉnh thành phần nhào
trộn cũng nh các tính chất cơ lý của BT cứng
có thể đợc tiến hành trong phòng thí nghiệm
, các trờng đại học.
Về trình độ n
ở các viện nghiên cứu

gời
thi công: Cần trang bị tốt
kiến thức cho ngời sản
xuất vì thành công của
BTTĐ chỉ có thể đạt
đợc khi tất cả những
ngời tham gia vào quá
trình chuẩn bị vật liệu,
thiết kế, chế tạo và đổ
BT hiểu biết về công
việc của mình và các
công đoạn liên quan.
Hình 5. Quan hệ ứng suất- biến dạng của BTTĐ v BT đầm thông thờng

Về khả năng chế tạo lắp ghép: Ưu thế
của BTTĐ sẽ đợc nâng cao nếu rút ngắn
đợc các công đoạn (do đó giảm bớt các tác
động). Do vậy, việc áp dụng công nghệ mới
này trong chế tạo cấu kiện lắp ghép có thể
cho sự thành công nhanh chóng hơn khi thi
công tại công trờng.

Tài liệu tham khảo
[1]. Gruebl, P., Weigler, H. v Karl, S. Beton -
Arten, Herstellung und Eigenschaften (Bê
tông- phân loại, chế tạo và đặc điểm). Nhà
xuất bản Ernst & Sohn, CHLB Đức, 2001.
[2]. Koenig, G., Nguyen Viet Tue v Zink, M.
Hochleistungsbeton - Bemessung, Herstellung
und Anwendung (Bê tông tính năng cao- tính

toán, chế tạo và sử dụng). Nhà xuất bản
Ernst & Sohn, CHLB Đức, 2001.
[3]. Grube, H. v Rickert, J. Selbstverdichtender
Beton - ein weiterer Entwicklungsschritt des 5 -
Stoff - Systems Beton (Bê tông tự đầm - bớc
phát triển tiếp theo của vật liệu bê tông 5 thành
phần). Tạp chí Bê tông, CHLB Đức, 1999