Bê tông cường độ rất cao

o
a
c
t
ấ
r
ộ
đ
g
n
ờ
Bê tông cư
Nhóm 3 – VL & CNXD


Danh sách thành viên nhóm

1.
2.
3.
4.
5.

Vũ mạnh hùng
Phạm hải hưng
Thái văn hung
Nguyễn văn hòa
Nguyễn văn mạnh


I. Khái quát UHPC

Nội Dung
II. Thành phần cấu tạo

III. Nguyên tắc và vật liệu chế tạo

IV. Lợi ích - ứng dụng


i. Khái quát về uhpc
•Có độ lưu động rất lớn
•Cường độ nén thường ≥ 150 MPa (gấp6-8lần BT thường )
•Cường độ uốn lớn (10-35MPa) (gấp10lần BT thường )
•Độ đặc chắc rất cao (độrỗngdưới10%)
•Độ bền lớn(gấp100-1000lần BT thường )
•Mô đun đàn hồi 40-60PGa
•Độ bền va đập và mài mòn rất tốt (gấp10lần BT thường )


UHPC sử dụng trong một loạt các ứng dụng cơ sở hạ tầng cầu – đường cao tốc ở Hoa Kỳ.


ii. Thành phần cấu tạo
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.

Xi măng
Nước
Cốt liệu
Phụ gia siêu dẻo
Phụ gia muội silic
Các bột khoáng có độ cứng lớn
Cốt sợi thép


ii. Thành phần cấu tạo
Thành phần của bê tông cường độ rất cao có thể biến đổi trong phạm visau:
Xi măng: 800 -1000 kg ;
Silicafume:170 -200 kg;
Cát (0.5mm): 1000 -1050 kg;
Sợi thép: 200 -250 kg;
Bột quắc:160 -200 kg;
Chất siêu dẻo:35 -45 kg;
Nước: 190 -220 lít;
Tỷ lệ N/XM:0.2-0.22.


iii. Nguyên tắc chế tạo
- Tăng độ đặc của vữa xi măng và cải thiện vùng tiếp giáp gi ữa đá xi măng và h ạt c ốt li ệu
- Tỉ lệ N/X từ 0.2 – 0.22
- Tuy nhiên do lượng xi măng sử dụng quá lớn nên cần hạn chế co ngót của bê tông bằng cách d ưỡng h ộ nhi ệt ở nhi ệt đ ộ 80 -90oC ở th ời
gian thích hợp.
- Để tăng độ dẻo của bê tông trong thành phần có thêm các sợi thép dài 13 -15 mm,đ ường kính 0,2 mm,c ường đ ộ ch ịu kéo 2500 MPa. T ỉ l ệ
theo thể tích của sợi thép khoảng 5 - 7% .

-

Chất kết dính của bê tông UHPC bao gồm xi măng, muội silic và dần được thay thế bằng các bột quartz có đường kính trung bình là 10 μm. Cốt liệu lớn thường
được dùng là cát quartz có cỡ hạt lớn nhất từ 0.5 đến 1mm .

- Nâng cao tính đồng nhất của bê tông bằng cách giới hạn lượng cốt liệu thô. Chúng ta đã biết rằng vùng chuyển tiếp giữa đá xi măng và các hạt cốt liệu thường la nơi

bắt đầu các vết vi nứt do sự khác nhau về các tính chất cơ học và vật lý của chúng. Kích thước lớn nhất của cốt liệu trong UHPC đã được khuyến cáo là cần phải nhỏ
hơn 600µm.

- Nâng cao tính đồng nhất của bê tông bằng cách giới hạn lượng cốt liệu thô. Chúng ta đã biết rằng vùng chuyển tiếp giữa đá xi măng và các hạt cốt liệu thường la nơi
bắt đầu các vết vi nứt do sự khác nhau về các tính chất cơ học và vật lý của chúng. Kích thước lớn nhất của cốt liệu trong UHPC đã được khuyến cáo là cần phải nhỏ
hơn 600µm.


3.1 xi măng
-

-

Xi măng thường được phân loại theo tiêu chuẩn ASTM, được chia ra làm 5 loại.
Thông thường UHPC thường sử dụng xi măng nhóm I với cấp xi măng là 42,5 hoặc 52,5 Mpa.
Ở Việt Nam thường chỉ chế tạo được xi măng PC40 cho nên vật liệu được lựa chọn sẽ là xi măng PC40.

Xi măng Pooc Lăng là chất kết dính vô cơ rắn trong nước và khi cứng rắn có thể bền nước, chứa 70- đến 80% silicat canxi và 15% aluminat
canxi, là sản phẩm thu được từ quá trình nghiền mịn của clinker.


3.1 xi măng

-

Nhóm 1 và 2 là xi măng tiêu chuẩn,chế độ nhiệt bình thường
Nhóm 3 là nhóm cần lưu ý về chế độ nhiệt
Nhóm 4 và 5 dùng cho kết cấu bê tông đặc biệt (ít tỏa nhiệt)


-

Chất kết dính có vai trò chủ chốt trong việc liên kết các loại vật liệu rời rạc thành khối bê tông đồng nhất. Tuy vậy quá nhiều chất
kết dính sẽ làm bê tông có cường độ thấp và độ bền không tốt, ảnh hưởng đến môi trường. Việc sản xuất bê tông cường độ cao
gắn liền với việc giảm lượng chất kết dính trong hỗn hợp và thay vào đó là những phụ gia khoáng với cỡ hạt nhỏ.


3.2 cốt liệu
•Để chế tạo bê tông cường độ rất cao, từ năm 1999 đến nay người ta thường sử dụng
cát quartz.

• Việc sử dụng cát quart với kích thước hạt nhỏ sẽ làm cho tính đặc chắc của bê tông
được tăng
cao, không những vậy cường độ của bê tông đồng thời cũng được cải thiện đáng kể
và giảm được hàm lượng chất kết dính.


Tính chất của cát Quarzt: Cát quarzt dùng đ ể chế t ạo UHPC là lo ại cát có đ ường kính nh ất đ ịnh sau khi nghi ền m ịn đá quarzt g ốc và sàng v ới kích th ước nh ỏ tùy theo
từng yêu cẩu của mỗi thí nghiệm mà người ta có kích thước hạt cát quart riêng

Bảng :Cấp phối của cốt liệu cát (% lọt sang)

T(um)

Sand S125

Sand S250

Sand S4000

63

0

0

0

80

13

0

0

100

56

0

0

125

100

2

2

160

100

19

16

200

100

53

43

250

100

100

80

315

100

100

96

400

100

100

100


3.3 – sợi thép

•Theo báo cáo về thành phần UHPC ở châu Âu cho thấy rằng sợi thép sẽ làm tăng
tính dẻo và dai của UHPC, hấp thụ năng lượng do các tải trọng va chạm và tăng
cường khả năng chịu lực sau vết nứt đầu tiên. Người ta khuyến cáo sử dụng các sợi
thép có đường kính 0.25 mm và chiều dài 17 mm, giới hạn chảy là 200Mpa


Theo các nghiên cứu ở Thổ Nhĩ Kỳ thì đề nghị sử dụng sợi thép L = 6mm và D = 0,15 mm, khối lượng riêng là 7,85g/cm3, giới hạn chảy là 2250 Mpa. Theo các nghiên cứu ở
Thuỵ Sỹ thì đề nghị sử dụng sợi thép L = 25 mm và đường kính là D = 0,16 mm. Theo tài liệu của uỷ ban đường cao tốc hoa kỳ vào tháng 5 năm 2005 sợi thép được sử dụng

do công ty Bekaert có đường kính là 0,2 mm, dài 12,7 mm và có giới hạn chảy là 2600 Mpa.

Sợi thép loại Dramix kí hiệu là OL13-20 có đường kính D = 0,2 mm chiều dài L = 13 mm, thuộc loại chất lượng cao. Giới hạn chảy là 2000 Mpa. Sợi thép được chế tạo
phù hợp với tiêu chuẩn ISO 9001 với giá thành là 2,2 USD/kg. Hàm lượng sợi thép cho UHPC 200 là 2/1000 theo thể tích. Với UHPC 500-800 thì hàm lượng sợi thép là
6% theo thể tích


Bảng : Thành phần hóa học của sợi thép
Thành phần hoá học

Carbon

≤

Hàm lượng (%)

0,69-0.79

Silicon

0.15-0.30

Mangan

0.40-0.60

Phot pho

0.025

Sulfur

0.025

Chromium

0.08

Aluminum

0.003


3.4 – muội silic
•

Muội silic vì có hàm lượng oxit silic và độ mịn cực cao nên là vật liệu có hiệu quả

tính Pozzolanic cao.

•

Khói oxit silic phản ứng với đá vôi trong quá trình hydrat hóa

xi măng để tạo ra hợp chất kết dính bền vững-CSH (can xi oxit silic hydrat).

•

Tính sẵn có của hỗn hợp khử nước phạm vi cao đã làm thuận tiện việc sử dụng

khói oxit silic như là một vật liệu kết dính trong bê tông để tạo ra cường độ cao.

•

Hàm lượng khói oxit silic thông thường nằm trong phạm vi từ 5-15% lượng xi măng.


-

Cơ chế lấp đầy lỗ rỗng của hạt xi măng và độ rỗng trong các gel đá xi măng thể hiện qua đường kính hạt của phụ gia khoáng siêu
mịn. Ở đây, có đường kính hạt nhỏ d <0.1µm, Microsilica có hiệu quả nhất.

-

Các hỗn hợp khoáng chất và xi măng cần được đánh giá thông qua các mẻ trộn trong phòng thí nghiệm để xác định các đường cong
dùng cho việc lựa chọn khối lượng xi măng và hỗn hợp khoáng chất cần thiết để đạt được mong muốn.


3.5- bột khoáng
-

Bột thạch anh với đường kính trung bình từ4μm đến 3μm đã được sử dụng để lấp đầy các lỗ rỗng cực nhỏ.

-

Khái niệm về bột : bao gồm xi măng cộng với bột mịn và muội silic theo. của trường đại học Kassel Đức đã tổng kết cho thấy rằng có
thể sử dụng bột đá vôi, bột quartz hoặc bột tro bay, tuy nhiên các nghiên cứu trên thế giới cho thấy rằng bột đá vôi là ít có hiệu quả nhất
mà chủ yếu là sử dụng bột quarzt.

-

Có thể sử dụng 2 loại bột quarzt là Q1 hoặc Q2 :
- Bột quarzt Q1 có đường kính trung bình 2,92 μm và có độ đặc là 47% theo thể tích tỷ diện tích 18000 cm2/g .
- Bột quartz Q2 có đường kính trung bình 42 μm và có độ đặc là 48.6% theo thể tích tỷ diện tích 3590 cm2/g.

-

Nếu như độ đặc của muội silic bình thường là 0,64 thì sau khi sử dụng thêm bột thạch anh thì độ đặc có thể tăng lên dến 0,716. Vì tỷ lệ của N/X
thấp nên chỉ có một phần của xi măng được thuỷ hoá, các hạt xi măng không thuỷ hoá nằm trong hỗn hợp và có cai trò như cốt liệu. Các hạt xi
măng có độ cứng thấp vì vậy nếu chúng ta thay thế bằng bột thạch anh trơ, cứng thì chúng ta sẽ bớt được hàm lượng xi măng trong bê tông và
phần bột này sẽ đóng đúng vai trò của cốt liệu hơn bột xi măng .


3.6 – Phụ gia siêu dẻo
- A1- Ligno Sul phonates (LS)
- B1-Polime gốc sulphonated melamine (MFS)
- B2

-

-

– Naphthalene Sulphonate Polycondesate ( BMS)

B3 – Chất siêu dẻo thế hệ thứ hai: Vinglcopolymers VC
C – Chất siêu dẻo thế hệ ba: PolyCarboxylates – (PC)


+ A1- Ligno Sul phonates (LS):

-

Là phụ gia siêu dẻo thế hệ 1 từ các chất cao phân tử tự nhiên Lignin (từ gỗ và senlulo) độ giảm nước tối đa là 10%, có thể làm chậm ninh
kết, độ sụt giảm 30% sau 30 phút. Lượng dùng 2,5% xi măng
+ B1-Polime gốc sulphonated melamine (MFS):

-

Phụ gia siêu dẻo gốc URE và Phormadehyde có tác dụng giảm nước tối đa đến 25% lượng dùng 1,5-2,5 Xi măng giảm độ sụt đến 50% sau
40 phút và cho cường độ sớm (R3 = 0,85R28), thời gian thi công ngắn, tỷ lệ N/X < 0,4 và phù hợp với khí hậu nóng.


+ B2 – Naphthalene Sulphonate Polycondesate : BMS

-

Nguồn gốc từ than đá, giảm nước tối đa 25% - Lượng dùng 1,5-2,5%X, giảm độ sụt đến 50% sau 50 phút.
+ B3 – Chất siêu dẻo thế hệ thứ hai: Vinglcopolymers VC:

-

Thành phần chính là : Sunfonated Vinylcopolymers ( dầu thô)
Giảm nước tối đa đến 30% lượng dùng 1,5-2% Xi măng (lít). giảm độ sụt ban đầu đến 50% sau 100 phút, tạo ra độ sụt đến 22 cm, kéo dài
thời gian thi công


+ C – Chất siêu dẻo thế hệ ba: PolyCarboxylates – (PC):

-

Gốc Polyme cao phân tử tổng hợp, giảm muội tới 40 % (tỷ lệ N/X có thể đến 0,27), bê

tông có thể đạt đến độ sụt 22 cm, cho cường

độ cao. Duy trì được tính công tác trong thời gian dài.

-

Loại phụ gia đặc biệt này có thể thay đổi cấu tạo phân tử để phụ gia phù hợp với các yêu cầu đặc biệt. Với bê tông cường độ cao thường
dùng chất siêu dẻo, loại PC, với bê tông tự đầm có thể dùng loại cải tiến là: Polyme Viscocrete (PV)