CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG SỢI POLYPROPYLENE VÀ SILICA FUME

CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG
SỢI POLYPROPYLENE VÀ SILICA FUME
COMPRESSIVE STRENGTH OF CONCRETE USING
POLYPROPYLENE FIBER AND SILICA FUME
TS. Phan Đức Hùng – Khoa Xây Dựng và Cơ học ứng dụng, ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

TÓM TẮT

silica fume with cement replacement of 5,

Bài báo xem xét ảnh hưởng của sợi

10 and 15% by weight in addition to

polypropylene và silica fume đến cường

reference mix. The study revealed that the

độ chịu nén của bê tông. Các cấp phối kết

use of waste material like silica fume

hợp sử dụng sợi polypropylene với hàm

improved the compressive strength of

lượng 0.5 và 1% theo thể tích và silica

concrete as a partial replacement of

fume thay thế xi măng với tỷ lệ 5, 10 và

cement about 5-10% by weight. Besides,

15% theo khối lượng và cấp phối đối

the results showed that the compressive

chứng. Nghiên cứu chỉ ra việc sử dụng

strength decreases by about 5-12% when

phụ phẩm như silica fume thay thế từ 5

adding

đến 10% khối lượng xi măng giúp cải

However, results show that the use of 5%

thiện cường độ chịu nén của bê tông.

or 10% silica fume combined with 0.5%

Ngoài ra, kết quả cho thấy cường độ chịu

fiber volume fraction results in higher

nén giảm từ 5 đến 12% khi thêm từ 0.5

compressive

đến 1% sợi polypropylene. Tuy nhiên,

comparing to reference mix.

nghiên cứu cho thấy việc sử dụng 5 hoặc

Keywords: Polypropylene fiber, silica

10% silica fume kết hợp với hàm lượng

fume, concrete, compressive strength.

0.5-1%

polypropylene

strength

of

fibers.

concrete

sợi 0.5% theo thể tích cho cường độ chịu
nén cao hơn so với mẫu đối chứng.

1. GIỚI THIỆU

Từ khóa: Sợi polypropylene, silica fume,

Sự phát triển của nền kinh tế đòi hỏi sự

bê tông, cường độ chịu nén.

phát triển đồng bộ của cơ sở hạ tầng, trong

ABSTRACT

đó các loại bê tông sử dụng cho các công

The

paper

considers

the

effect

of

trình cần có tính năng cao như khả năng

polypropylene fibers and silica fume on

chịu kéo, va đập, chịu tải trọng động, hạn

compressive strength of concrete. Many

chế khe nứt,… Bê tông truyền thống có

mixes have been studied by combination

cường độ chịu nén tốt nhưng khả năng

between polypropylene fibers with the

chịu kéo và khả năng chống va đập kém.

fractions of 0.5 and 1% by volume and

Việc sử dụng sợi gia cường giúp tăng khả


năng chịu lực và nâng cao tuổi thọ kết cấu

phù hợp với tình hình Việt Nam, giúp gia

thông qua khả năng chịu uốn và chịu kéo

tăng hiệu quả kinh tế, hạn chế gây ô nhiễm

tốt hơn bê tông thông thường. Do đó bê

môi trường. Murahari và Rao [3] đã

tông cốt sợi được ứng dụng nhiều trong

nghiên

lĩnh vực xây dựng như, mặt đường ôtô,

polypropylene trong bê tông tro bay với

mặt đường sân bay, bản mặt cầu đường

hàm lượng sợi thấp kết luận cường độ chịu

hầm, giữ ổn định mái dốc, sàn nhà công

nén tăng lên với hàm lượng sợi 0.15% đến

nghiệp, kết cấu chịu tải trọng động.... Tính

0.3%.

dẻo của sợi gia cường phụ thuộc vào đặc

Bài báo nghiên cứu ảnh hưởng của hàm

tính bắc cầu khi vết nứt xuất hiện và khả

lượng sợi polypropylene trong bê tông sử

năng biến dạng của sợi [1]. Ngoài ra sợi

dụng silica fume thay thế một phần xi

poly-propylene không phản ứng với vác

măng. Từ đó tìm ra loại, hàm lượng sợi và

chất hóa học nên khi có sự tác động của

silica fume thích hợp và tính chất của bê

các chất hóa học, bê tông luôn bị phá hoại

tông này.

trước sợi. Vai trò chính của sợi trong bê

2. NGUYÊN

tông là kiểm soát vết nứt, tăng cường khả

cứu

ảnh

hường

VẬT

của

LIỆU

sợi

VÀ

PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

năng chịu kéo, độ cứng và biến dạng, tuy

2.1.Nguyên vật liệu

nhiên chúng còn phụ thuộc vào loại sợi sử

2.2.1. Cốt liệu

dụng. [2]

Cốt liệu nhỏ sử dụng cát tự nhiên sạch, có

Khi kết hợp với các phụ gia khoáng như

khối lượng riêng 2.67g/cm3, khối lượng

tro bay, silica fume, xỉ hạt lò cao,… bê

thể tích 1.7g/cm3. Thành phần hạt thể hiện

tông sợi có khả năng tạo nên vật liệu rất

trong Bảng 1.

Bảng 1. Thành phần hạt của cát
Cỡ sàng (mm)

5

2.5

1.25

0.63

0.315

0.14

Đáy sàng

Lượng sót riêng biệt (%)

0

42

483

630

525

210

105

Cốt liệu thô sử dụng đá sạch, có khối

hợp với các tiêu chuẩn TCVN 2682-91 và

lượng riêng 2.78g/cm3, khối lượng thể tích

TCVN 2682-89 với các đặc tính cơ lý của

1.5g/cm3, Dmax bằng 15mm.

xi măng như khối lượng riêng 3.1g/cm3.

2.2.2. Xi măng

3.3.2 Silica fume

Sử dụng xi măng pooclăng PC40 trở lên

Silica fume sử dụng trong bê tông nhằm

với thành phần hóa học, độ mịn phải phù

tăng cường khả năng chịu lực, giảm độ


thấm nước có đặc tính được thể hiện trong

Bảng 2.

Bảng 2. Thành phần hóa học của silicafume
Hàm lượng SiO2 (%)

Độ ẩm (%)

Lượng mất khi nung (%)

Tỷ diện (m2/g)

> 85

<3

<6

15-30

2.2.3. Sợi

chiều dài trên đường kính sợi (l/d) là 150

Trong nghiên cứu này, sử dụng loại sợi

và các thông số kỹ thuật theo nhà sản xuất

tổng hợp poly-propylene (PP) có tỷ lệ

được trình bày trong Bảng 3.

Bảng 3. Các chỉ tiêu kỹ thuật của sợi polymer
Đường

KL riêng

Mođun đàn

Cường độ chịu

Độ dãn dài

Kháng kiềm,

kính (mm)

(tấn/m3)

hồi (GPa)

kéo (GPa)

tương đối (%)

muối, axit

0.3

0.9

3.5

(0.55-0.76)

15-25

Cao

Hình 1. Sợi poly-propylene gia cường trong bê tông
2.2.Cấp phối

đổi là 0, 5, 10, 15%. Cấp phối và cường độ

Các cấp phối bê tông có sử dụng sợi

chịu nén ở 28 ngày tuổi được trình bày

polypropylene với hàm lượng thay đổi là 0,

trong Bảng 4.

0.5, 1% và silica fume với hàm lượng thay
Bảng 4. Cấp phối và cường độ chịu nén (MPa)
Nước
STT
(kg/m3)
S1
S2
S3

S4
S5
S6

172
172
172
172
172
172

Xi măng
(kg/m3)
382.2
382.2
382.2
364
364
364

Đá
Cát
3
(kg/m ) (kg/m3)
1042
1042
1042
1042
1042
1042

840.6
872.8
859.4
831.2
819.7
806.4

Silica fume

Sợi

%

kg/m3

%

kg/m3

0
0
0
5
5
5

0.0
0.0
0.0

19.2
19.2
19.2

0
0.5
1
0
0.5
1

0
4.75
9.5
0
4.75
9.5

Cường độ
chịu nén
(MPa)
35.0
33.2
30.8
36.4
35.7
32.3


S7

S8
S9
S10
S11
S12

172
172
172
172
172
172

344
344
344
324.8
324.9
324.9

1042
1042
1042
1042
1042
1042

825.6
812.2
798.9

818
804.7
791.3

10
10
10
15
15
15

38.2
38.2
38.2
57.3
57.3
57.3

0
0.5
1
0
0.5
1

0
4.75
9.5
0
4.75

9.5

36.9
36.3
32.2
36.1
34.0
31.0

3. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

và 10%. Tuy nhiên khi hàm lượng silica

3.1.

fume tăng lên 15% thì cường độ chịu nén

Ảnh hưởng của hàm lượng silica

của cấp phối bê tông này lại giảm xuống

fume đến cường độ chịu nén
Kết quả biểu diễn trên Hình 2 cho thấy sự

2.2% so với cấp phối sử dụng hàm lượng

ảnh hưởng của phụ gia khoáng silicafume

silica fume 10%.

đến cường độ chịu nén của bê tông với hàm

Theo Shanmugavalli [4], cấp phối sử dụng

lượng thay đổi từ 0 đến 15%. Cường độ

10% silicafume thay thế xi măng sẽ cải

chịu nén của bê tông đều có khuynh hướng

thiện đáng kể khả năng chịu nén của bê

tăng khi sử dụng phụ gia khoáng silica

tông do có hàm lượng pozzolanic tự nhiên

fume với hàm lượng từ 5 đến 10%. So với

cao, giúp phản ứng với calcium hydroxide

mẫu đối chứng, mức tăng cường độ tương

để hình thành thể gel calcium hydroxide

ứng là 4 và 5.4% khi thay thế xi măng bằng

hydrate tăng cường cơ tính cho bê tông.

silica fume với hàm lượng tương ứng là 5

36.9

37.0
36.4

Cường độ chịu nén (MPa)

36.5

36.1
36.0
35.5
35.0

35

34.5
34.0
0

5

10

15

Hàm lượng silica fume (%)

Hình 2. Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và hàm lượng silica fume

0% sợi

0.5% sợi

1% sợi

5% Silicafume

10% Silicafume

15% Silicafume

37

36

Cường độ chịu nén (MPa)

Cường độ chịu nén (MPa)

37

0% Silicafume

35
34
33
32
31

30

36
35
34
33
32
31
30

0

3
6
9
12
Hàm lượng Silicafume (%)

15

0

0.5
Hàm lượng sợi (%)

1

Hình 3. Mối quan hệ giữa hàm lượng sợi, hàm lượng silica fume và cường độ chịu nén
3.2.Xác định ảnh hưởng của hàm lượng
sợi đến cường độ chịu nén

khoáng với một hàm lượng nhất định
trong bê tông có khả năng làm tăng cường

Sự ảnh hưởng của sợi poly-propylene và

độ chịu nén cho bê tông so với mẫu đối

phụ gia khoáng silica fume đến cường độ

chứng không có sợi và phụ gia khoáng. Cụ

chịu nén của bê tông được trình bày trong

thể khi sử dụng hàm lượng sợi 0.5%, nên

Hình 3.

kết hợp với việc thay thế 5 hoặc 10% xi

Kết quả cho thấy khi kết hợp sử dụng sợi

măng bằng silica fume sẽ cho giá trị

polypropylene thì cường độ chịu nén của

cường độ chịu nén tăng tương ứng là 2.0

bê tông có sử dụng phụ gia khoáng silica

và 3.7% so với mẫu đối chứng.

fume có xu hướng thay đổi cường độ gần
giống nhau. Cường độ chịu nén càng giảm

4. KẾT LUẬN

khi hàm lượng sợi sử dụng càng tăng, so

Nghiên cứu sử dụng các loại phụ phẩm

với mẫu không sử dụng sợi (hàm lượng

công nghiệp như silica fume để chế tạo bê

sợi 0% - mẫu S1) cường độ chịu nén giảm

tông có khả năng cải thiện cơ tính của bê

5.1% và 12% tương ứng với cấp phối chứa

tông. Kết hợp với việc sử dụng sợi

0.5% và 1% hàm lượng sợi polypropylene.

polypropylene, một vài kết luận có thể rút

Trong nghiên cứu của mình, Zinkaah [5]

ra từ kết quả thí nghiệm như sau:

cũng chỉ ra sự giảm cường độ chịu nén khi

-

Có thể sử dụng silica fume thay thế từ

sử dụng sợi poly-propylene trong bê tông.

5 đến 10% hàm lượng xi măng, cường

Tuy nhiên kết quả thí nghiệm cũng cho

độ chịu nén đạt giá trị cao ứng với hàm

thấy khi kết hợp sử dụng sợi và phụ gia

lượng 10%.


-

-

Cường độ chịu nén của bê tông có

“Effect of hybrid micro steel-

khuynh hướng giảm khi chỉ thêm sợi

polypropylene

polypropylene vào cấp phối, giảm

strength concrete with micro silica

khoảng từ 5 đến 12% so với cấp phối

fume”, Journal for Engineering

không gia cường sợi.

Sciences, Vol.3(1), pp.90-102.

Tuy nhiên nếu kết hợp với hàm lượng
nhất định phụ gia khoáng silica fume
thay thế xi măng vẫn có thể đảm bảo
gia tăng về cường độ chịu nén.

5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Madhavi T.C, Raju L.S., Mathur D.
(2014),

“Polypropylene

Fiber

Reinforced Concrete- A Review”,
International Journal of Emerging
Technology

and

Advanced

Engineering, Vol. 4(4), pp.114-119.
[2] Don Wimpenny et al. (2010), “The
use of steel and synthetic fibres in
concrete under extreme conditions”,
Science Agenda Investment Fund.
[3] Murahari K., Rao R.M. (2013),
“Effects of Polypropylene fibres on
the strength properties of fly ash
based

concrete”,

International

Journal of Engineering Science
Invention, Vol.2(5), pp.13-19.
[4] Raj I.R.I, Shanmugavalli B. (2015),
“A study on the effect of silica
fume on the properties of recycled
aggregate concrete”, Journal of
Mechanical And Civil Engineering,
Vol.2(3), pp.5-15.
[5] Othman Hameed Zinkaah (2014),

fibers

on

high