Nghiên cứu chế tạo bê tông tự lèn cường độ cao sử dụng cát mịn và hỗn hợp phụ gia khoáng xỉ lò cao tro trấu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

Trần Đức Trung

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG TỰ LÈN CƯỜNG ĐỘ CAO SỬ DỤNG
CÁT MỊN VÀ HỖN HỢP PHỤ GIA KHOÁNG XỈ LÒ CAO - TRO TRẤU

Chuyên ngành: Kỹ thuật Vật liệu
Mã số: 9520309
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ

Hà nội - 2019


Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Xây dựng

Người hướng dẫn khoa học 1: TS. Bùi Danh Đại
Người hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS. Vũ Đình Đấu

Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:

Trường Đại học Xây dựng
Vào hồi

giờ

ngày

tháng

năm 2019

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện Quốc Gia và thư viện Trường Đại


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

Trần Đức Trung

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG TỰ LÈN CƯỜNG ĐỘ CAO SỬ DỤNG
CÁT MỊN VÀ HỖN HỢP PHỤ GIA KHOÁNG XỈ LÒ CAO - TRO TRẤU

Chuyên ngành: Kỹ thuật Vật liệu
Mã số: 9520309
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ

Hà nội - 2019


Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Xây dựng

Người hướng dẫn khoa học 1: TS. Bùi Danh Đại
Người hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS. Vũ Đình Đấu

Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:

Trường Đại học Xây dựng
Vào hồi

giờ

ngày

tháng

năm 2019

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện Quốc Gia và thư viện Trường Đại


-1MỞ ĐẦU
1. Giới thiệu
Khái niệm bê tông tự lèn xuất hiện đầu tiên tại Nhật Bản năm 1983, đánh
dấu một hướng nghiên cứu cũng như khả năng ứng dụng mới của loại bê tông
này. Do những tnh năng và hiệu quả tuyệt vời mà loại bê tông này mang
lại nên những năm sau đó việc nghiên cứu và ứng dụng bê tông tự lèn cho
các công trình xây dựng không ngừng phát triển và hoàn thiện. Sử dụng bê
tông tự lèn giúp giảm thời gian thi công, tiết kiệm đáng kể nhân công, đảm
bảo độ đặc chắc tại những vùng khó đầm chặt, giảm tiếng ồn và sự rung động
do quá trình đầm bê tông tạo ra, kết cấu sau khi thi công có bề mặt phẳng
nhẵn từ đó giảm chi phí nhân công cũng như chi phí vật tư để hoàn thiện
bề mặt. Sử dụng bê tông tự lèn cường độ cao ngoài những hiệu quả của bê
tông tự lèn mang lại nó còn giúp giảm đáng kể tiết diện của kết cấu cũng
như tăng đáng kể khả năng chịu lực của công trình. Bê tông tự lèn cường độ
cao sử dụng đặc biệt hiệu quả với những công trình yêu cầu tải trọng lớn

trong khi công tác thi công tạo hình gặp nhiều khó khăn như: công trình có hình
dạng và kết cấu phức tạp, các công trình hầm ngầm, công trình có mật độ cốt
thép dày, các kết cấu tấm mỏng...
2. Lý do lựa chọn đề tài
Ở Việt Nam những năm trở lại đây, các công trình nhà cao tầng, siêu cao tầng,
cầu có khẩu độ lớn, các công trình hầm ngầm kiên cố...được xây dựng
trên khắp cả nước. Các công trình này thường có tải trọng lớn, yêu cầu về kỹ
thuật và tnh thẩm mỹ cao, đòi hỏi kết cấu chịu lực phức tạp, mật độ cốt
thép dày đặc, khối lượng thi công lớn...Vì vậy, việc nghiên cứu và ứng dụng
bê tông tự lèn cường độ cao cho các công trình này ở Việt Nam mang tnh cấp
thiết.
Phối hợp sử dụng tro trấu nghiền mịn (RHA) và xỉ lò cao hạt hoá nghiền mịn
(GBFS) với hiệu ứng tương hỗ làm phụ gia khoáng trong bê tông tự lèn cường
độ cao, có thể giúp thay thế xi măng với hàm lượng lớn mà không cần sử dụng
silica fume (là phụ gia nhập khẩu có giá thành cao) sẽ giúp giảm đáng kể giá
thành, đồng thời làm giảm nhiệt thuỷ hoá cũng như biến dạng co ngót trong bê
tông, góp phần thiểu ô nhiễm môi trường từ việc giảm lượng dùng xi
măng cũng như sử dụng nguồn phế thải tro trấu, xỉ lò cao có trữ lượng lớn ở Việt
Nam. Theo ACI 363.R-92, cốt liệu nhỏ sử dụng trong bê tông cường độ cao
phải có mô đun độ lớn cao (≥2,5). Ở Việt Nam cát thô có sẵn dưới dạng cát
vàng tự nhiên, tuy nhiên đây là loại cát không được phân bố đều trên toàn lãnh
thổ Việt Nam, giá thành cao, trữ lượng ít hơn nhiều so với các loại cát mịn.
Đặc biệt tại các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long. Theo TCVN 7570:2006, cát mịn
là loại cát có mô đun độ lớn nằm trong khoảng 0,7 ÷ 2,0. Theo TCVN
10796:2015 cát mịn có mô đun độ lớn nằm trong khoảng 1,1÷1,2 chỉ nên sử
dụng để chế tạo bê tông có cấp độ bền đến B25. Việc nghiên cứu các giải pháp
để sử dụng cát mịn làm cốt liệu nhỏ cho bê tông có cấp độ bền cao hơn B25


-2nhằm tận dụng nguồn vật liệu địa phương, tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên là

một vấn đề cấp thiết.


-33. Mục đích nghiên cứu
Mục đích của luận án là: Nghiên cứu chế tạo bê tông có khả năng tự lèn,
cường độ nén cao (Rn>60MPa ở tuổi 28 ngày), sử dụng cát mịn, hỗn hợp phụ
gia khoáng xỉ lò cao - tro trấu và một số nguyên vật liệu có sẵn ở Việt Nam.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
4.1 Đối tượng nghiên cứu
- Cát mịn, phụ gia khoáng xỉ lò cao hạt hoá và tro trấu đốt công nghiệp
- Bê tông tự lèn cường độ cao sử dụng cát mịn và hỗn hợp xỉ lò cao - tro
trấu.
4.2 Phạm vi nghiên cứu
- Sử dụng cát mịn có mô đun độ lớn 1,0÷1,2, hàm lượng bụi bùn sét <1,5%.
- Tro trấu đốt công nghiệp bằng lò Torbed, xỉ lò cao hạt hoá nghiền mịn.
- Sử dụng hỗn hợp phụ gia khoáng xỉ lò cao, tro trấu.
- Hỗn hợp bê tông có khả năng tự lèn cao (được đánh giá thông qua ĐCL từ
660÷750mm, PJ đạt ≤10mm, VS2/VF2 từ 9÷25s, h1/h2 ≥ 0,8, SR2 ≤15%).
- Cường độ nén của bê tông ở tuổi 28 ngày đạt lớn hơn
60MPa
5. Cơ sở khoa học của luận án
- Thuyết lưu biến của Bingham, thuyết cân bằng độ nhớt của Bonen và Shah.
- Lý thuyết của Feret về mối quan hệ giữa tỷ lệ N/CKD với số lượng, kích
thước lỗ rỗng trong đá xi măng, lý thuyết về ảnh hưởng của tỷ lệ N/CKD và
phụ gia khoáng mịn đến cấu trúc vùng chuyển tiếp (ITZ) của Massazza.
- Kết quả nghiên cứu về cát mịn của tác giả Dương Đức Tín, Nguyễn Mạnh
Kiểm. Kết quả nghiên cứu sử dụng hỗn hợp phụ gia khoáng xỉ lò cao - tro
trấu trong chế tạo bê tông tnh năng siêu caocủa tác giả Văn Viết Thiên Ân.
6. Phương pháp nghiên cứu
- Sử dụng hệ thống tiêu chuẩn ASTM, EN, TCVN để nghiên cưu các tnh chất

cơ lý của nguyên vật liệu, một số tnh chất của hỗn hợp bê tông và bê tông.
- Sử dụng một số phương pháp phi tiêu chuẩn khi nghiên cứu cấu trúc hạt,
độ
nhớt của hồ, độ chảy loang của hỗn hợp vữa, độ ẩm tương đối trong bê
tông...
- Phương pháp quy hoạch thực nghiệm thành phần - tnh chất của
Scheffe.
7. Những đóng góp mới của luận án
- Luận án đã nghiên cứu, chế tạo thành công bê tông tự lèn cường độ cao
trên cơ sở sử dụng cát mịn, hỗn hợp hợp phụ gia khoáng xỉ lò cao - tro
trấu, phụ gia siêu dẻo và một số nguyên vật liệu sẵn có tại Việt Nam. Hỗn
hợp bê tông chế tạo có khả năng tự lèn tốt, cường độ nén đạt ≥60MPa ở
tuổi 28 ngày.
- Luận án đã chứng minh tro trấu đốt bằng lò Torbed có thể được sử dụng
như


-4là một loại phụ gia khoáng cho bê tông tự lèn với chỉ số hoạt tnh cao. Đồng
thời nó có khả năng nội dưỡng hộ giúp giảm đáng kể co ngót của bê tông.
- Luận án đã chứng minh được tác dụng tương hỗ giữa GBFS-RHA cho phép
sử dụng chúng làm phụ gia khoáng để thay thế xi măng đến 60% theo khối
lượng mà không làm giảm chất lượng của chất kết dính, đồng thời cải
thiện đáng kể khả năng tự lèn cũng như cường độ nén, co ngót của bê
tông...


-5CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG TỰ LÈN CƯỜNG ĐỘ CAO
1.1. Bê tông tự lèn cường độ cao
1.1.1. Khái niệm về bê tông tự lèn
Bê tông tự lèn (Self-Compacting Concrete hay Self - Consolidating Concrete SCC) là loại bê tông khi chưa đóng rắn có khả năng chảy dưới tác dụng của

trọng lực bản thân và có khả năng tự điền đầy vào mọi góc cạnh của ván khuôn
ngay cả những nơi có mật độ cốt thép dày đặc mà không cần bất cứ tác
động cơ học nào nhưng vẫn đảm bảo tnh đồng nhất.
1.1.2. Quan điểm về bê tông cường độ cao
Tại Mỹ, theo tiêu chuẩn ACI 363.2R-11, bê tông cường độ cao là loại bê tông có
cường độ nén ở tuổi 28 ngày lớn hơn hoặc bằng 55MPa (tương đương 8000
psi). Theo CEB.FIP (Uỷ ban soạn thảo các khuyến cáo cho bê tông dự ứng lực):
bê tông cường độ cao là loại bê tông có cường độ nén sau 28 ngày đạt
≥60MPa. Theo TCVN 10306:2014, bê tông cường độ cao là loại bê tông có
cường độ nén xác định trên mẫu trụ 150x300mm đạt 55MPa hoặc lớn hơn ở
tuổi 28 ngày
1.2. Phân loại bê tông tự lèn
1.2.1. Phân loại theo đặc tnh tự lèn của hỗn hợp bê tông
Bảng 1.4: Phân loại bê tông tự lèn theo đặc tnh tự lèn của hỗn
hợp
STT

Phân loại theo

Đơn vị

1

Độ chảy loang

mm

2

Thời gian chảy T500

s

3

Thời gian chảy qua Vbox

s

4

Khả năng chảy qua J-ring

mm

5

Khả năng vượt qua Lbox
trong trường hợp cửa xả có

≥ 0,8

6

Phân loại theo độ đồng nhất

%

Loại
ĐCL1

ĐCL1
ĐCL1
VS1
VS2
VF1
VF2
PJ
PA1
PA2
SR1
SR2

Giá trị giới hạn
550 đến 650
660 đến 750
760 đến 850
≤2
>2
≤8
9÷25
≤10
2 thanh chắn
3 thanh chắn
≤ 20
≤ 15

1.2.2. Phân loại theo thành phần của bê tông
Theo cách phân loại này, bê tông tự lèn được chia làm ba loại như sau:
- Bê tông tự lèn dựa trên hiệu ứng của bột mịn
- Bê tông tự lèn sử dụng phụ gia biến tnh độ nhớt (VMA)

- Bê tông tự lèn sử dụng hỗn hợp cả hiệu ứng của bột mịn và VMA.


-61.3. Đặc tnh của bê tông tự lèn cường độ cao
1.3.1. Vật liệu sử dụng trong chế tạo bê tông tự lèn cường độ cao
- Xi măng: Các loại xi măng phù hợp EN197-1 đều có thể được sử dụng để
chế tạo bê tông tự lèn. Tuy nhiên hàm lượng C3A không nên lớn hơn 10%.
- Cốt liệu lớn: Theo EFNARC, cốt liệu lớn sử dụng cho bê tông thông thường
đều có thể được sử dụng để chế tạo bê tông tự lèn, tuy nhiên đường kính
cỡ
hạt lớn nhất nên từ 16÷20mm. Cần chú ý đến đặc tnh bề mặt hạt của cốt
liệu
- Cốt liệu nhỏ: Đặc tnh bề mặt của hạt cốt liệu nhỏ ảnh hưởng lớn đến ma sát
trượt giữa các hạt từ đó ảnh hưởng đến khả năng chảy của hỗn hợp bê
tông. Bên cạnh đó, mô đun độ lớn của cốt liệu nhỏ cũng ảnh hưởng đến
khả năng chảy của hỗn hợp bê tông do nó làm thay đổi đáng kể lượng nước
sử dụng.
- Phụ gia hoá dẻo: Sử dụng phụ gia hoá dẻo hoặc siêu dẻo trong bê tông tự
lèn cường độ cao nhằm tăng tnh linh động của hỗn hợp, giảm tỷ lệ N/CKD.
- Phụ gia khoáng (PGK): Sử dụng phụ gia khoáng hoạt tnh với độ mịn cao
làm tăng cường độ và độ bền của bê tông. Một số loại phụ gia khoáng khi sử
dụng với hàm lượng hợp lý có thể cải thiện tnh công tác của hỗn hợp bê
tông.
1.3.2. Hàm lượng vật liệu sử dụng trong hỗn hợp bê tông tự lèn cường độ cao
- Bê tông tự lèn sử dụng hàm lượng bột lớn hơn so với bê tông thông thường.
- Sử dụng phụ gia siêu dẻo với hàm lượng hợp lý.
- Hàm lượng cốt liệu lớn nhỏ hơn so với các loại bê tông thông thường.
- Tổng lượng vữa sử dụng lớn hơn so với bê tông thông thường
- Có thể có hoặc không có phụ gia biến tnh độ nhớt (VMA)
1.4. Ưu nhược điểm của bê tông tự lèn cường độ cao

- Ưu điểm: sử dụng SCHSC rút ngắn thời gian xây dựng, tiết kiệm được nhân
công, đảm bảo độ đặc chắc của kết cấu, giảm tiếng ồn, kết cấu có bề
mặt phẳng nhẵn, giảm kích thước tiết diện của kết cấu, tăng độ bền công
trình...
- Nhược điểm: giá thành tương đối cao so với bê tông thông thường, rất
nhạy cảm với sự thay đổi tnh chất của vật liệu, công nghệ chế tạo nghiêm
ngặt, tại Việt Nam chưa có tiêu chuẩn thiết kế, thi công, đánh giả bê tông tự
lèn.
1.5. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng bê tông tự lèn cường độ cao trên thế giới
1.5.1. Tình hình nghiên cứu về bê tông tự lèn cường độ cao trên thế giới
Mẫu bê tông tự lèn đầu tiên được chế tạo vào năm 1988 tại Nhật Bản. Liên
tục những năm sau đó, việc nghiên cứu về bê tông tự lèn không ngừng được
phát
triển trên thế giới. Năm 2012, tác giả Le Thanh Ha đã sử dụng cốt liệu lớn có


-7Dmax=16mm, cát tự nhiên có cỡ hạt đến 2mm, hỗn hợp phụ gia khoảng FA RHA, để chế tạo bê tông tự lèn có cường độ nén đạt đến 123MPa ở tuổi 28 ngày
1.5.2. Tình hình ứng dụng bê tông tự lèn cường độ cao trên thế giới
Công trình Fukuaka Dome là một trong những công trình đầu tiên được xây
3
dựng vào năm 1993 tại Nhật Bản sử dụng bê tông tự lèn. Khoảng 10.000m
0
bê tông tự lèn để thi công mái vòm có độ dốc 45 và khung chịu lực với mật độ
cốt thép dầy đặc. Hiện nay bê tông tự lèn được sử dụng rộng rãi trên thế giới.


-81.6. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng bê tông tự lèn cường độ cao ở Việt Nam
1.6.1. Tình hình nghiên cứu về bê tông tự lèn cường độ cao tại Việt Nam
Trong những năm gần đây, bê tông tự lèn đã được nghiên cứu tại Trường
Đại học Xây dựng, Đại học Giao thông Vận tải, Đại học Thủy lợi, Đại học

Đà
Nẵng, Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh và tại các viện nghiên cứu
như: Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng, Viện Khoa học và Công nghệ Giao
thông vận tải, Viện Thuỷ công...Tuy nhiên số lượng đề tài chưa nhiều, việc
nghiên cứu chủ yếu trong phòng thí nghiệm và chưa được công bố rộng rãi.
1.6.2. Tình hình ứng dụng bê tông tự lèn cường độ cao tại Việt Nam
Năm 2007 công trình đập xà lan di động để ngăn nước mặn lấn vào vùng nước
ngọt ở Cà Mau đã được ứng dụng thi công bằng bê tông tự lèn. Năm
2008 khoa Xây dựng cầu đường thuộc trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng
đã nghiên cứu ứng dụng thành công bê tông tự lèn sử dụng cho công trình
xây dựng cảng Cái Mép Thị Vải tại tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu. Tại Viện Khoa học
Công nghệ Xây dựng đã nghiên cứu, sử dụng tro bay, cát thô để chế tạo
bê tông tự lèn có cường độ nén đạt 50MPa, kết quả nghiên cứu này đã được
ứng dụng thi công tại vị trí dầm chuyển của tại tòa nhà T34 - Trung Hòa. Có
thể thấy số lượng công trình được ứng dụng bê tông tự lèn tại Việt Nam
còn rất khiêm tốn, cường độ nén của bê tông ở tuổi 28 ngày thường nhỏ hơn
60MPa.
1.7. Một số khảo sát về cát mịn tại Việt Nam
Cát mịn được phân bố rộng rãi trên toàn lãnh thổ Việt Nam. Tại miền Bắc, cát
mịn được phân bố chủ yếu tại vùng đồng bằng Bắc Bộ dọc theo các con sông
lớn. Cát mịn tại Sông Hồng có chất lượng tương đối ổn định. Tại vùng Đồng
bằng sông Cửu Long, chỉ tnh riêng con sông Mê Kông đã cung cấp một lượng
3
cát ước tnh lên đến 850 triệu m (chưa kể lượng cát bồi đắp hàng năm),
trong
đó Bến Tre (29,89%), Đồng Tháp (24,60%), Vĩnh Long (15,20%), Tiền Giang
(11,29%), Sóc Trăng (10,47%), An Giang (9,9%), Cần Thơ (2,94%), Trà Vinh
(2,11%), Cà Mau (1,41%)...Tuy nhiên cát đạt yêu cầu dùng cho bê tông lại
khan hiếm. Do đó việc nghiên cứu sử dụng cát mịn để chế tạo bê tông là
rất cần thiết, đáp ứng được nhu cầu tại địa phương, giảm giá thành công trình.

1.8. Tình hình nghiên cứu sử dụng cát mịn trong bê tông và bê tông tự lèn
cường độ cao trên thế giới và ở Việt Nam
Cát mịn Dơ - Nhiếp, Ba - zơ - khan đã được nghiên cứu sử dụng để chế tạo bê
tông cho một số công trình thuỷ công và xây dựng tại Liên Xô. Cát mịn sa mạc
(Mđl = 1,85) cũng được Zeghichi sử dụng để chế tạo bê tông tự lèn. Cường độ
nén của mẫu bê tông sử dụng cát mịn sa mạc đạt giá trị 45MPa ở 28 ngày tuổi.
Tại Việt Nam, những nghiên cứu đầu tiên về việc sử dụng cát mịn làm cốt liệu
cho bê tông đã được tiến hành từ năm 1967 bởi tác giả Nguyễn Văn Đốc
và Hoàng Phủ Lan. Những năm sau đó, tác giả Dương Đức Tín (1972) và tác
giả Nguyễn Mạnh Kiểm (1975) cũng đã nghiên cứu sử dụng cát mịn trong chế


-9tạo bê tông có cường độ thấp hơn 30MPa. Năm 1993, tác giả Dong Van An
đã sử


-10dụng cát mịn có mô đun độ lớn 1,72 để chế tạo bê tông có cường độ đạt
50MPa ở tuổi 28 ngày. Theo tm hiểu của tác giả hiện nay trên thế giới
cũng như ở Việt Nam, cát mịn chưa được sử dụng trong chế tạo bê tông tự lèn
cường độ cao.
1.9. Tình hình nghiên cứu sử dụng hỗn hợp phụ gia khoáng xỉ lò cao-tro trấu
trong bê tông và bê tông tự lèn cường độ cao trên thế giới và ở Việt Nam
Một số nghiên cứu trên thế giới cũng như tại Việt Nam đều khẳng định có
thể sử dụng GBFS hay RHA làm phụ gia khoáng cho bê tông và bê tông tự
lèn cường độ cao. Trên thế giới cũng như ở Việt Nam đã có một số tác giả
nghiên cứu sử dụng hỗn hợp GBFS - RHA làm phụ gia khoáng cho bê tông.
Theo nghiên cứu của tác giả Van Viet Thien An, RHA đã được sử dụng thay
thế hoàn toàn SF, kết hợp với GBFS để chế tạo bê tông chất lượng siêu cao.
Mẫu bê tông chế tạo có cường độ nén ở tuổi 28 ngày đạt lớn hơn 160MPa. Tại
Việt Nam, theo nghiên cứu của tác giả Ngọ Văn Toản, hỗn hợp GBFS - RHA

đã được sử dụng để thay thế đến 50% khối lượng xi măng trong chế tạo bê tông
cường độ cao. Cường độ nén của bê tông ở tuổi 28 ngày đạt 92MPa. Tuy nhiên
theo tm hiểu của tác giả hiện tại trên thế giới cũng như ở Việt Nam, hỗn hợp
GBFS - RHA chưa được nghiên cứu trong chế tạo bê tông tự lèn cường độ cao.
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ KHOA HỌC TRONG VIỆC CHẾ TẠO BÊ TÔNG
TỰ LÈN CƯỜNG ĐỘ CAO
2.1. Cơ sở khoa học chế tạo bê tông tự lèn
Để có thể tự lèn chặt dưới tác động của tải trọng bản thân thì hỗn hợp bê
tông phải có khả năng tự chảy, với nội ma sát giữa các thành phần trong
hỗn hợp thấp. Để đạt được điều đó, hỗn hợp bê tông phải có độ linh động
cao nhưng không bị tách nước, phân tầng. Năm 2003, Nielsson và Wallervik
đã nghiên cứu và khẳng định giả thuyết cho rằng: khả năng tự lèn của hỗn
hợp bê tông chủ yếu là do vai trò của hồ chất kết dính. Ở trạng thái ban
đầu, hồ chất kết dính có thể được coi như một dạng chất lỏng nên việc
nghiên cứu về đặc trưng lưu biến, trong đó thông số độ nhớt của hồ chất kết
dính mang tnh quyết định.
2.2. Cơ sở khoa học chế tạo bê tông cường độ cao
2.2.1. Nâng cao cường độ đá xi măng
Để nâng cao cường độ đá xi măng thì cần phải cải thiện các yếu tố ảnh
hưởng:
- Độ rỗng: Để giảm số lượng cũng như kích thước của các lỗ rỗng trong đá xi
măng ta có giảm đến mức tối đa có thể lượng không khí cuốn vào và tỷ lệ N/X.
- Giảm kích thước của hạt tnh thể: Giảm tỷ lệ N/X sẽ thúc đẩy sự hình thành
sản phẩm thuỷ hoá trong, là những sản phẩm có cấu trúc hạt mịn, cường độ
cao.
- Tăng độ đồng nhất: Sử dụng phụ gia siêu dẻo một cách hợp lý ngoài việc


-11giúp giảm tỷ lệ N/CKD nó còn đóng vai trò phân tán các hạt xi măng, tăng
mức độ đồng nhất cho hỗn hợp bê tông. Sử dụng chế độ lèn chặt thích

hợp cũng là một trong những biện pháp làm giảm thể tch bọt khí, tăng độ đồng
nhất.


-122.2.2. Nâng cao cường độ vùng chuyển tiếp giữa đá xi măng và cốt liệu
Giảm tỷ lệ N/X và sử dụng phụ gia khoáng hoạt tnh siêu mịn là biện pháp
hiệu quả giúp cải thiện cấu trúc của vùng chuyển tiếp, giảm chiều dày và làm
tăng cường độ của vùng chuyển tiếp (ITZ) giữa đá xi măng và bề mặt cốt liệu.
2.2.3. Lựa chọn cốt liệu có cường độ cao
Lựa chọn đá gốc có cấu trúc đặc chắc, cường độ cao để sản xuất cốt liệu như
:
đá đolomit, đá vôi có cường độ nén dập cao, đá granite, gabro, điabaz,
bazan...
2.3. Cơ sở khoa học của việc sử dụng phụ gia khoáng xỉ lò cao và tro trấu trong
chế tạo bê tông tự lèn cường độ cao
2.3.1. Vai trò của phụ gia khoáng trong bê tông tự lèn cường độ cao
2.3.1.1. Ảnh hưởng của phụ gia khoáng đến khả năng tự lèn của hỗn hợp bê tông
Phụ gia khoáng được sử dụng trong thành phần bê tông tự lèn nhằm đảm
bảo yêu cầu cần lượng hồ lớn mà không phải dùng quá nhiều xi măng. Với mỗi
loại
phụ gia khoáng khác nhau sẽ ảnh hưởng đáng kể đến tnh chất của hồ chất
kết
dính. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng tự lèn của hỗn hợp bê
tông.
2.3.1.2. Vai trò của phụ gia khoáng trong bê tông cường độ cao
- Hiệu ứng hoá học của phụ gia khoáng trong bê tông cường độ cao: thể
hiện thông qua phản ứng giữa oxit silic và silicat-aluminat có trong phụ gia
khoáng với canxi hydroxit (CH) khi thuỷ hoá xi măng theo phương trình sau:
SiO2 + CH + H → CSH; Al2O3.2SiO2 + CH + H → CSH + C4AH13 & C3AH6 + C2ASH8

- Hiệu ứng điền đầy của phụ gia khoáng trong bê tông cường độ cao: Do
sử dụng tỉ lệ N/CKD thấp nên trong bê tông cường độ cao một phần xi măng
sẽ không thuỷ hoá hết. Phần xi măng chưa thuỷ hoá có thể được coi như là
một loại vi cốt liệu, vì vậy sử dụng phụ gia khoáng hoạt tnh có độ mịn cao hơn
xi măng còn đem lại hiệu quả cao do chúng cải thiện trong chính cấu trúc của
đá xi măng cũng như cấu trúc vùng chuyển tiếp (ITZ) giữa đá xi măng và cốt
liệu.
2.3.2. Cơ sở khoa học của việc sử dụng hỗn hợp phụ gia khoáng xỉ lò cao
và tro trấu trong bê tông tự lèn cường độ cao
2.3.2.1. Vai trò của tro trấu trong bê tông tự lèn cường độ
cao
RHA có cấu trúc rỗng xốp, có tỷ diện tch bề mặt sau khi nghiền mịn rất lớn,
hàm lượng SiO2 vô định hình cao (87÷96%). Với vai trò làm PGK trong bê
tông thì RHA thể hiện đồng thời cả hiệu ứng vật lý và hiệu ứng hoá học. Bên
cạnh đó sử dụng RHA còn làm tăng đáng kể độ nhớt của hồ chất kết dính từ


-13đó làm giảm hoặc thậm trí triệt tiêu hiện tượng tách nước trong hỗn hợp bê
tông.
2.3.2.2. Vai trò của xỉ lò cao trong bê tông tự lèn cường độ cao
GBFS chứa chủ yếu là pha thuỷ tinh (trên 95%) nên sau khi nghiền mịn chúng
có hoạt tnh thuỷ lực thấp. Hoạt tnh của GBFS được cải thiện đáng kể khi có
mặt của nhóm (OH ). Sử dụng GBFS làm tăng sự phân tán giữa các hạt, làm
giảm độ nhớt của hồ chất kết dính, kể cả khi có hay không có PGSD. Tuy
nhiên sử dụng GBFS với hàm lượng lớn, độ mịn thấp sẽ làm HHBT bị tách nước.


-142.3.2.3. Cơ sở khoa học của việc sử dụng hỗn hợp phụ gia khoáng xỉ lò cao và
tro trấu trong bê tông tự lèn cường độ cao
RHA hay GBFS hoàn toàn có thể được sử dụng làm PGK trong SCHSC, tuy

nhiên khi sử dụng đơn lẻ, các PGK này đều có những hạn chế nhất định. Phối
hợp sử dụng RHA và GBFS với tỷ lệ thích hợp sẽ giảm bớt nhược điểm của
mỗi loại đồng thời còn tạo ra hiệu ứng tương hỗ làm tăng hiệu quả của
chúng.
2.4. Cơ sở khoa học của việc phối hợp sử dụng cát mịn và hỗn hợp phụ gia
khoáng xỉ lò cao - tro trấu trong bê tông tự lèn cường độ cao
2.4.1. Ảnh hưởng của cát mịn đến tnh chất của bê tông tự lèn cường độ cao
Hàm lượng, đặc tnh bề mặt, mô đun độ lớn (Mđl) của cốt liệu nhỏ ảnh
hưởng đến khả năng chảy của hỗn hợp bê tông do nó làm thay đổi đáng kể
lượng cần nước. Hàm lượng hạt nhỏ hơn 0,125mm trong cát ảnh hưởng đến
tnh chất lưu biến cũng như khả năng chống phân tầng của hỗn hợp bê tông. Do
nhu cầu cần nước cao hơn so với cát thô nên để đảm bảo cường độ bê tông
không đổi thì lượng dùng xi măng phải tăng thêm từ 5÷15% tùy thuộc vào Mđl
của cát mịn.
2.4.2. Những tồn tại của việc sử dụng cát mịn trong SCHSC
- Sử dụng cát mịn sẽ tạo ra cấp phối gián đoạn do mất các cấp hạt từ
1,25÷
5mm, từ đó làm tăng nguy cơ hỗn hợp bê tông bị phân tầng, đặc biệt khi
hỗn hợp bê tông có độ chảy cao, lượng dùng phụ gia siêu dẻo lớn như
SCHSC.
- Hỗn hợp bê tông sử dụng cát mịn có lượng cần nước lớn hơn so với hỗn
hợp bê tông sử dụng cát thô. Do đó để đảm bảo cường độ bê tông là
không đổi thì lượng dùng xi măng trong bê tông cát mịn phải tăng thêm từ
5÷15%.
- Hàm lượng bụi bùn sét trong cát mịn thường lớn hơn so với cát
thô.
2.4.3. Cơ sở khoa học của việc phối hợp sử dụng cát mịn và hỗn hợp phụ
gia khoáng xỉ lò cao - tro trấu trong bê tông tự lèn cường độ cao
- RHA làm giảm hoặc triệt tiêu hiện tượng tách nước trong hỗn hợp bê
tông, đồng thời làm tăng độ nhớt của hồ xi măng. Phối hợp sử dụng

hỗn hợp GBFS-RHA với PGSD một cách hợp lý giúp tạo ra hỗn hợp bê tông
sử dụng cốt liệu nhỏ là cát mịn có khả năng tự lèn mà không bị tách nước,
phân tầng.
- Sử dụng PGSD thế hệ mới nhằm khắc phục nhược điểm cần nước lớn của
cát mịn, đồng thời cho phép chế tạo hỗn hợp bê tông có độ linh động
cao nhưng vẫn đảm bảo tỷ lệ N/CKD thấp. Phối hợp sử dụng cát mịn với
một lượng hồ lớn tạo thành từ hỗn hợp XM-RHA-GBFS, nước và PGSD


-15làm tăng thể tch vữa, làm giảm nội ma sát, đó làm tăng khả năng tự lèn của
HHBT
- Sự có mặt của GBFS trong thành phần CKD sẽ cải thiênh đáng kể khả năng
chảy của hỗn hợp bê tông do chúng làm giảm đáng kể độ nhớt của hồ CKD.
3

- Bê tông tự lèn sử dụng hàm lượng bột lớn (từ 550÷650kg/m ), mức ngậm cát
(C/CL) cao do đó theo nghiên cứu của tác giả Fu Jia Luo [77], điều này cho
phép chế tạo ra loại bê tông cát mịn có cường độ nén, kéo khi uốn, mô
đun đàn hồi, lực liên kết với cốt thép...tương đương với bê tông sử dụng cát
thô.


-16CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU SỬ DỤNG VÀ
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1. Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu
3.1.1. Cốt liệu
3.1.1.1. Cốt liệu lớn
Cốt liệu lớn là loại đá vôi có nguồn gốc tại Kiện Khê - Hà Nam với hai cỡ hạt:
Dmax = 10mm và 20mm. Tính chất cơ lý của đá thoả mãn TCVN 7570:2006.
3.1.1.2. Cốt liệu nhỏ

Cát mịn (CM) sử dụng trong luận án có nguồn gốc từ cảng Phà Đen - Sông
Hồng (thuộc Hà Nội) với mô đun độ lớn là 1,1 và hàm lượng bụi bùn sét là
1,2%. Luận án còn sử dụng cát thô (CT) có nguồn gốc từ Sông Lô - Phú Thọ
trong nghiên cứu đối chứng với mô đun độ lớn là 2,58 và hàm lượng bụi
bùn sét là 0,6%. Các tnh chất cơ lý này thoả mãn theo tiêu chuẩn TCVN
7570:2006.
3.1.2. Xi măng
Trong nghiên cứu đã sử dụng xi măng PC40 của nhà máy Bút Sơn. Các tnh
chất cơ lý của xi măng thoả mãn TCVN 2682:2009. Kích thước hạt trung bình
đạt 14,61µm và cường độ nén của mẫu xi măng sau 28 ngày đạt 47,5MPa.
3.1.3. Phụ gia khoáng (PGK)
3.1.3.1. Tro trấu
Tro trấu đốt bằng lò công nghiệp Torbed (RHA-B) có cỡ hạt trung bình 6,95µm,
2
đường kính lỗ rỗng 9,64µm, tỷ diện tch là 143500 cm /g, chỉ số hoạt tnh
đạt
109%. Tro trấu đốt thủ công (RHA-B) có cỡ hạt trung bình 6,92µm, đường
2
kính lỗ rỗng 14,06µm, tỷ diện tch là 286000 cm /g, chỉ số hoạt tnh đạt 111%.
3.1.3.2. Xỉ lò cao
Xỉ lò cao hạt hoá sử dụng có nguồn gốc từ nhà máy gang thép Hoà Phát. Sau
khi nghiền chúng có cỡ hạt là 9,39 µm, chỉ số hoạt tnh sau 28 ngày đạt 102%.
3.1.3.3. Silica fume
Silica fume sử dụng trong luận án được sản xuất bởi hãng ELKEM với kích
thước hạt trung bình là 0,34 µm, chỉ số hoạt tnh với xi măng đạt 116%.
3.1.3.4. Tro bay
Tro bay sử dụng trong luận đã được tuyển nổi, có nguồn gốc từ nhà máy
nhiệt
điện Phả Lại, cỡ hạt trung bình là 7,87 µm, chỉ số hoạt tnh với xi măng đạt 83%
3.1.4. Phụ gia siêu dẻo

Luận án sử dụng phụ gia siêu dẻo HV298 của hãng Bif. Đây là loại phụ gia
gốc polymer, có tác dụng giảm nước, đồng thời kéo dài thời gian đông kết.


3.1.5. Nước

-17-

Nước sử dụng trong nghiên cứu thoả mãn theo tiêu chuẩn TCVN 4506:2012.


-183.2. Các phương pháp sử dụng trong nghiên cứu
Luận án đã sử dụng các phương pháp thí nghiệm tiêu chuẩn của Việt Nam,
một số tiêu chuẩn của Mỹ, Châu Âu...Bên cạnh đó luận án còn sử dụng một số
phương pháp thí nghiệm phi tiêu chuẩn nhưng được nghiên cứu khá phổ
biến trên thế giới cũng như tại Việt Nam. Phương pháp quy hoạch thực
nghiệm theo mô hình thành phần - tnh chất của Scheffe (kế hoạch bão hoà)
cũng được sử dụng trong nghiên cứu để lựa chọn thành phần hợp lý của chất
kết dính.
3.3. Phương pháp thiết kết thành phần hỗn hợp bê tông tự lèn
Luận án sử dung phương pháp thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông tự lèn được
thiết lập bởi giáo sư Okamura Hajime. Nội dung của phương pháp này như sau:
- Hàm lượng bọt khí: từ 4÷7% thể tch bê tông (khi sử dụng phụ gia cuốn khí)
- Thiết lập tỉ lệ dùng cát: hàm lượng cát sử dụng chiếm 40% thể tch vữa.
- Tỉ lệ nước trên xi măng (N/XM): theo thể tch từ 0,9÷1,0 tuỳ thuộc vào loại
xi măng, tương ứng với tỉ lệ theo khối lượng từ 0,29÷0,32.
- PGSD sử dụng trên cơ sở điều chỉnh hỗn hợp vữa nhằm đảm bảo yêu
cầu về độ chảy loang đạt 245mm và thời gian chảy qua phễu V chữ đạt 10
giây.
- Thiết lập quan hệ giữa thể tch cốt liệu nhỏ (CLN) và thể tch của cốt liệu

lớn (CLL): theo phương pháp thiết kế này, tỷ lệ CLN/CLL từ 0,82÷1,08.
CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ CHẤT KẾT DÍNH SỬ DỤNG
HỖN HỢP PHỤ GIA KHOÁNG XỈ LÒ CAO-TRO TRẤU
4.1. Lựa chọn kích thước hạt hợp lý của phụ gia khoáng xỉ lò cao - tro
trấu trong nghiên cứu thực nghiệm


-19-

4.2. Ảnh hưởng của xỉ lò cao - tro trấu đến tnh chất của chất kết dính
4.2.1. Ảnh hưởng của xỉ lò cao, tro trấu đến Ntc và thời gian đông kết
4.2.1.1. Ảnh hưởng của xỉ lò cao đến Ntc và thời gian đông kết

Chỉ$số$hoạt$tính$(%)$

Kích$thước$hạt$(mm)$

Kết quả nghiên cứu cho
25!
120!
thấy: kích thước hạt của
100!
20!
GBFS đạt 9,39µm và của
Kích!thước!hạt!GBFS!
80!
Kích!thước!hạt!RHA:B!
RHA-B đạt 6,95µm được
15!
Chỉ!số!hoạt!tnh!GBFS!

đánh giá là kích thước hợp
60!
Chỉ!số!hoạt!tnh!RHA:B!
10!
lý. Bởi để đạt được kích
40!
thước hạt nhỏ hơn thì
5!
20!
cần sử dụng thêm năng
0!
0!
lượng nghiền
rất lớn
trong khi
mức độ giảm kích thước
1.25!
2.5!
5!
7.5!
10!
15!
Năng$lượng$nghiền$(kWh/kg)$
hạt cũng như chỉ số hoạt
tnh của chúng đối với xi Hình 4.1: Mối quan hệ giữa năng lượng nghiền,
măng tăng không đáng kể
kích thước hạt và chỉ số hoạt tnh của PGK


-11-

350!

30!

300!

Thời&gian&(phút)&

Kết quả nghiên cứu có thể
đưa ra kết luận: khi tăng
hàm lượng GBFS thì Ntc
giảm, thời gian bắt đầu và
kết thúc đông kết tăng lên.
Với hàm lượng thay thế đến
30% thì GBFS không làm
biến đổi quá nhiều Ntc cũng
như thời gian đông kết. Tuy
nhiên khi hàm lượng thay
thế đến 70% thì Ntc giảm
15%, thời gian bắt đầu đông
kết tăng 80% và thời gian
kết thúc đông kết tăng 55%.

28!

250!

26!

200!
150!

24!

100!

Bắt!đầu!đông!kết!(phút)! Kết!
thúc!đông!kết!(phút)! Lượng!
nước!tiêu!chuẩn!(%)!

50!
0!
0!

10!

20!

30!

40!

50!

60!

70!

22!

Lượng&nước&tiêu&chuẩn&(%)&

-12-

20!

Hàm&lượng&GBFS&(%)&

Hình 4.2: Ảnh hưởng của GBFS đến Ntc và
thời gian đông kết của hồ CKD

4.2.1.2. Ảnh hưởng của tro trấu đến Ntc và thời gian đông kết
Bắt!đầu!đông!kết!(phút)! Kết!
thúc!đông!kết!(phút)! Lượng!
nước!tiêu!chuẩn!(%)!

300!

48!
45!
42!

250!

39!

200!

36!

150!

33!

100!

30!
27!

50!

24!

0!
0!

10!

15!

20!

25!

30!

35!

Lượng&nước&tiêu&chuẩn&(%)&

350!

Thời&gian&(phút)&

Từ kết quả nghiên cứu có
thể nhận định: khi tăng hàm
lượng phụ gia khoáng RHAB trong thành phần CKD thì
Ntc tăng lên. Giá trị này tăng
đột biến khi hàm lượng
RHA-B sử dụng lớn hơn
25% tổng hàm lượng CKD.
Đồng thời khi tăng hàm
lượng RHA-B làm giảm thời
gian bắt đầu đông kết, tuy
nhiên thời gian kết thúc
đông kết lại tăng lên đáng kể.

21!

Hàm lượng RHA-B

Hình 4.3: Ảnh hưởng của RHA-B đến Ntc và
thời gian đông kết của hồ CKD

4.2.2. Ảnh hưởng của xỉ lò cao và tro trấu đến độ nhớt của CKD
4.2.2.1. Ảnh hưởng của xỉ lò cao đến độ nhớt của hồ chất kết dính
300!

100%XM!
90%XM+10%GBFS!
70%XM+30%GBFS!
50%XM+50%GBFS!
30%XM+70%GBFS!

250!

Độ&nhớt&(mPa.s)&

Tỷ lệ GBFS trong thành
phần CKD chiếm từ 0÷70%
theo khối lượng Tỷ lệ
N/CKD = 0,3 theo khối
lượng, hàm lượng PGSD sử
dụng là 0,7% theo khối
lượng của CKD. Kết quả
nghiên cứu cho thấy: GBFS
làm giảm độ nhớt của hồ
CKD so với hồ XM. Mức
độ giảm độ nhớt tăng lên

200!
150!
100!
50!
0!

0!

30!

60!

90! 120! 150! 180! 210! 240!
Thời&gian&(phút)&

Hình 4.4: Ảnh hưởng của GBFS đến
độ nhớt của hồ