NGHIÊN CỨU VỀ BÊ TÔNG SIÊU CƯỜNG ĐỘ

MỤC LỤC
CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU.....................................................................................1
CHƯƠNG II: TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ BÊ TÔNG SIÊU ........................1
2.1.

TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG SIÊU CƯỜNG ĐỘ (UHPFRC).................................1

2.2.

VẬT LIỆU CHẾ TẠO BÊ TÔNG SIÊU CƯỜNG ĐỘ............................................3

2.2.1.

Nguyên tắc chế tạo.................................................................................3

2.2.2.

Xi măng...................................................................................................4

2.2.3.

Cốt liệu lớn.............................................................................................. 5

2.2.4.

Sợi thép...................................................................................................6

2.2.5.

Muội silic (micro silica)............................................................................6

2.2.6.

Bột khoáng..............................................................................................7

2.2.7.

Phụ gia siêu dẻo......................................................................................8

2.3.

ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA BÊ TÔNG SIÊU CƯỜNG ĐỘ..................................9

2.3.1.

Cường độ nén uốn...................................................................................9

2.3.2.

Modun đàn hồi.......................................................................................11

2.3.3.

Độ bền của UHPFRC..............................................................................11

CHƯƠNG III: PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ MỘT VÀI ỨNG DỤNG UHPFRC CHO KẾT
CẤU CÔNG TRÌNH ĐẶC BIỆT.........................................................................13
3.1.

Cầu WILD – Völkermarkt ( Áo )...................................................................13

3.2.

Cầu Log Čezsoški – Soča river, Slovenia....................................................17

3.3.

Một số công trình khác trên thế giới sử dụng UHPFRC...............................20

CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN...............................................................................21

CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU
Ngày nay, cùng với sự tiến bộ vượt bậc của khoa học và kỹ thuật nói chung, khoa
học và công nghệ vật liệu cũng đang trên đà chiếm lĩnh đỉnh cao của trí tuệ loài
người. Những thành tựu của khoa học và công nghệ vật liệu đang có những bước
phát triển quan trọng tạo ra nhiều loại vật liệu có tính ưu việt ứng dụng trong mọi
lĩnh vực của đời sống.Việc sử dụng vật liệu như thế nào cho thích hợp với yêu cầu
và điều kiện làm việc là vấn đề hết sức quan trọng. Mỗi loại vật liệu lại có những
đặc điểm riêng về tính chất và giá thành do đó để có thể lựa chọn vật liệu cho
phù hợp, đáp ứng được các yêu cầu đặt ra là vấn đề không hề đơn giản.
Các nhà khoa học vật liệu liên tục nghiên cứu tìm tòi và đã phát minh ra rất
nhiều loại vật liệu mới làm biến đổi sâu sắc các loại vật liệu truyền thống, làm
cho chúng ưu việt hơn, kinh tế hơn. Có những loại vật liệu được biến tính để áp
dụng trong những chi tiết, các kết cấu làm việc trong những điều kiện khắc
nghiệt đòi hỏi độ bền cao dưới tác động của nước biển, của phóng xạ, và các
chất ăn mòn đặc biệt…Song song với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công
nghệ vật liệu thép, vật liệu composit, v..v...công nghệ vật liệu bê tông cũng đang
có những bước tiến vượt bậc. Một trong những thành tựu đáng chú ý và có thể là
giải pháp vật liệu cho tương lai đó chính là công nghệ BÊ TÔNG SIÊU CƯỜNG ĐỘ
(UHPFRC).

CHƯƠNG II: TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ BÊ TÔNG SIÊU CƯỜNG
ĐỘ

2.1.Tổng quan về bê tông siêu cường độ (UHPFRC)
Bê tông siêu cường độ (Ultra High Performance Fibre Reinforced Concrete
-UHPFRC) là một loại vật liệu mới được nghiên cứu và phát triển trên thế giới từ
năm 1990, UHPFRC có cường độ rất cao từ 100 ÷ 200 MPa, độ bền cao và sự ổn
định lâu dài. Bê tông siêu cường độ (UHPFRC) có thành phần là xi măng, cát


quarzt, sợi thép, bột quarzt và chất siêu dẻo. Phân loại bê tông theo cường độ và
tỷ lệ N/X:
-

Bê tông thường (NC): cấp cường độ nhỏ hơn hoặc bằng 40 MPa, N/X =
0,40,6.
Bê tông cường độ cao, chất lượng cao (HSC/HPC): cấp cường độ nhỏ hơn
hoặc bằng 100 MPa, tỷ lệ N/X = 0,30,4.
Bê tông chất lượng rất cao (UHPC): cấp cường bằng 200 MPa, tỷ N/X =
0,20,25.
Bê tông siêu cường độ cốt sợi thép (UHPFRC): cấp cường độ nhỏ hơn hoặc
bằng 200MPa, tỷ lệ N/X = 0,20,25 hàm lượng cốt sợi thép từ 12%.
Bảng 2.1: Các tính năng của UHPFRC và bê tông thường

Tính năng

Đơn vị

UHPFRC

Bê tông thường

Cường độ nén

MPa

160÷250

~ 40

Mô đun đàn hồi

GPa

48÷60

~ 35

Cường độ kéo

MPa

9÷20

~3

Biến dạng

%

0,05÷0,2

Vết nứt đề tiên

MPa

7÷16

0
~3

Để chế tạo ra được loại vật liệu có tuổi thọ cao, tìm kiếm các loại kết cấu

mới có chiều cao thấp so với các kết cấu cũ nên việc nghiên cứu thành phần
vật liệu của bê tông là hết sức quan trọng. Thành phần chủ yếu bao gồm 7

thành phần: Xi măng, nước, cốt liệu nhỏ, phụ gia siêu dẻo, muội silic, các bột
khoáng có độ cứng lớn và các cốt sợi thép cường độ cao.
Hình 1: hình ảnh về bê tông siêu cường độ UHPFRC
Hình 2: hình ảnh thành phần sợi thép khi mẫu bị phá hoại
Phân tích đánh giá một số kết quả nghiên cứu ứng dụng bê tông siêu cường
độ cho kết cấu công trình đặc biệt.
Bê tông UHPFRC được sử dụng trong các công trình trên thế giới chủ yếu là
các công trình cầu, nhà cao tầng và các công trình đòi hỏi độ bền cao dưới
tác động của những yếu tố môi trường khắc nghiệt.
2.2. Vật liệu chế tạo bê tông siêu cường độ UHPFRC
2.2.1. Nguyên tắc chế tạo
Nguyên tắc cơ bản để cải thiện các tính chất của bê tông là tăng độ đặc của
vữa xi măng và cải tiến vùng tiếp giáp giữa đá xi măng và hạt cốt liệu. Với
bê tông UHPFRC tỷ lệ N/X có thể từ 0.2 đến 0.25. Với RPC tỷ lệ N/X là từ 0.17

Trang 1


đến 0.19. Chất kết dính của bê tông UHPFRC 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.

- Cải thiện các tính chất của vữa bằng cách
cho thêm phụ gia puzzolan, ví dụ như muội
silic. Hiệu quả thay đổi của muội silic trong
bê tông được cho là do các pu zơ lan của nó
phản ứng với Ca(OH)2 và lấp đầy vào các lỗ
rỗng giữa các hạt xi măng hoặc các hạt vật
liệu thành phần khác. Với bê tông sử dụng
các loại xi măng pooclăng thông thường,
lượng muội silic 18%, so với khối lượng, xi
măng là đủ để phản ứng hết với Ca(OH)2
được tạo ra do xi măng thủy hóa. Tuy nhiên,
để chèn kín các lỗ rỗng thì muội silic tối ưu
là khoảng 30% so với lượng xi măng

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
UHPFRC đã được khuyến cáo là cần phải nhỏ hơn 600µm.

Hình 3: Cấu trúc đặc chắc
của UHPFRC

thì muội silic tối ưu là khoảng 30% so với lượng xi măng. Do đó hàm lượng
muội silic trong UHPFRC thường khoảng 25-30% so với khối lượng xi măng.
- Nâng cao độ đặc của hỗn hợp bột. Hỗn hợp có sự phân bố kích thước rộng
có độ rỗng giữa các hạt nhỏ. Điều này có nghĩa là hỗn hợp bột được phối hợp
từ một số các loại bột.
- Cải thiện tính chất của vữa bằng cách giảm tỉ lệ N/CKD.
- Nâng cao cấu trúc vi mô của bê tông bằng cách xử lý nhiệt sau khi ninh
kết. Từ năm 1994 các nghiên cứu mạnh mẽ đã được thực hiện ở Pháp và
Canada. Lượng dùng xi măng trong loại bê tông UHPFRC đầu tiên nằm trong
khoảng 900 – 1000 Kg/m3.
- Nâng cao độ đặc của bê tông bằng các tối ưu hóa thành phần hỗn hợp và
kết hợp việc sử dụng công nghệ trộn và bảo dưỡng thích hợp.
- Tăng cường độ dẻo độ dai của bê tông bằng cách sử dụng các sợi thép chất
lượng cao và kích thước nhỏ (d, l) và hàm lượng hợp lý 2 -6 % theo thể tích.
2.2.2.
Xi măng
-Xi măng thường được phân loại theo tiêu chuẩn ASTM, được chia ra làm 5
loại.Thông thường UHPFRC 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.
-Xi măng có thành phần hóa khoáng theo ASTM như sau :

Bảng 2.2: Thành phần khoáng vật (%) theo ASTM
ASTM

Nhóm
N1
N2
N3
N4

C3S

C2S

C3A

C4AF

55
44
63
25

16
26
10
47

11
5
10
4

7

15
8
15

Trong đó: 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

Trang 2


trong hỗn hợp và thay vào đó là những phụ gia khoáng với cỡ hạt nhỏ.
2.2.3.
Cốt liệu lớn

Tính chất của cát Quarzt: Cát quarzt
dùng để chế tạo UHPFRC là loại cát có
đường kính nhất định sau khi nghiền
mịn đá quarzt gốc và sàng với kích
thước nhỏ tùy theo từng yêu cẩu của
mỗi thí nghiệm mà người ta có kích
thước hạt cát quart riêng. Ví dụ như
với nghiên cứu của F. de Larard và
T.Sedran thì cát quarzt gồm 3 loại nằm
trong cỡ sàng như sau :

Để chế tạo bê tông siêu cường độ, 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.
Hình 4: Cát quarzt dùng để
chế tạo UHPFRC
Bảng 2.3:Cấp phối của cốt liệu cát (% lọt sang)
T(um
San
San
Sand
)
d
d
S400
S12
S25
0
5
0
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
Cát quarzt ở trên có tỉ trọng khối là 2680 kg/m3.
2.2.4.
Sợi thép

Theo báo cáo về thành phần
UHPFRC ở châu Âu cho thấy rằng sợi thép sẽ
làm tăng tính dẻo và dai của UHPFRC, 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
Hình 5: Sợi thép cốt liệu chế tạo
UHPFRC

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

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 UHPFRC 200 là 2/1000 theo thể

Trang 3


tích. Với UHPFRC 500-800 thì hàm lượng sợi thép là 6% theo thể tích. Thành phần
hoá học của sợi thép được giới thiệu theo bảng sau :
Bảng 2.3: Thành phần hóa học của sợi thép
Thành phần hoá học
Hàm lượng (%)

Carbon
Silicon
Mangan
Phot pho

0,69-0.79
0.15-0.30
0.40-0.60

�0.025
�0.025
�0.08
�0.003

Sulfur
Chromium
Aluminum

2.2.5.

Muội silic (micro silica)

Là một sản phẩm phụ được lấy ra từ quá trình nung thạch anh
với than đá trong các lò hồ quang điện trong ngành sản xuất silicon và
các hợp kim thép silicon khói này có hàm lượng dioxit silicon vô định
hình cao và chứa các tinh thể hình cầu rất mịn thu được từ khí thoát ra
khỏi lò.
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 <0.1m, 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.

Hình 6: Muội silic dùng để
chế tạo UHPFRC
2.2.6.
Bột khoáng
Bột thạch anh với đường kính trung bình từ 4μm đến 3μm đã
được sử dụng để lấp đầy các lỗ rỗng cực nhỏ. Cát hạt của nó lấp đầy các

khoảng trống giữa các hạt xi măng và muội silic làm cho đường biểu
diễn thành phần hạt của cốt liệu trở nên liên tục. Mặt khác nó làm cho
độ đặc của hỗn hợp được tăng lên. 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

Trang 4


vai trò của cốt liệu hơn bột xi măng.
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.
Trong báo cáo tổng quan về sử dụng bột thì có thể sử dụng từ
xỉ lò cao nghiền mịn, thuỷ tinh mịn, các hỗn hợp tro bay có gốc từ than
đá và các loại bụi chất lượng cao được sản xuất từ đá bazan. Thành
phần bột đá vôi do độ cứng thấp nên không được sử dụng. Các nghiên
cứu xa hơn vào năm 2009, 2010 về sự ảnh hưởng của ống nano để cải
thiện đặc tính lưu biến và cường độ của UHPFRC. Bột mịn thông thường

hiện nay được sử dụng là bột quazrt có đường kính trung bình từ 5 – 30

m

với liều lượng thêm vào từ 0-30 %, tương ứng với nó thì giảm
lượng xi măng từ 30 – 0 % .
2.2.7.
Phụ gia siêu dẻo
Có 5 loại phụ gia siêu dẻo là Thế hệ 1 là A và thế hệ 2: B thế hệ 3 là C.
+ 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)
Các phụ gia siêu dẻo có thể thí nghiệm theo tiêu chuẩn Anh – BS 5075,
ASTM – C494. ở Việt Nam có thể chọn các chất siêu dẻo chế tạo trong nước
và các sản phẩm của Sika, của Đức, Ý, của Mỹ. Cần tổ chức tuyển chọn với
số lượng các chất siêu dẻo ít nhất là 3 loại để có một chất siêu dẻo tối ưu.
2.3. Đặc tính kỹ thuật của bê tông siêu cường độ
2.3.1.
Cường độ nén uốn
- Cường độ chịu nén cao nằm giữa 150 MPa và 250 MPa chủ yếu phụ thuộc
vào tỷ lệ N/XM, thể tích nước trên cốt liệu mịn hệ số N/Fv = N/ tổng thể tích
(Xi măng + silica + chất độn) của vữa và kích thước hạt của cốt liệu dẫn đến
một biến dạng đàn hồi tuyến tính lên đến khoảng 95% tổng tải trọng phá
hoại. Điều đó có nghĩa là UHPFRC không có cốt sợi thì nó giống như vật liệu
giòn rất dễ gãy, mô đun đàn hồi tương đối cao, cường độ chịu kéo của vữa
tinh khiết là khoảng 8 MPa. Sử dụng những sợi thép với mô đun đàn hồi đủ
cao, cường độ vữa không đổi hoặc tăng, trong khi cường độ chịu kéo được
cải thiện đáng kể. Bornemann et al, 2001; Fehling và Bunje, 2004 đã cho
thấy cường độ chịu kéo khi uốn của mẫu dầm 40/40/160mm được làm từ
những hạt mịn UHPFRC (M1Q) với 2,5% thể tích hàm lượng sợi thép ngắn
(chiều dài 6–9mm, đường kính 0,15mm) đã lên đến 36 MPa, mà của mẫu
dầm 150/150/700mm được làm từ UHPFRC không có sợi thép thì cường độ
chịu kéo khi uốn chỉ đạt 22 MPa. Điều đó có nghĩa cường độ chịu kéo khi uốn

Trang 5


của UHPFRC tăng khi tăng cường cốt sợi được đưa vào tính toán trong kết

cấu. Cường độ chịu kéo khi uốn chủ yếu phụ thuộc vào cường độ bê tông,
loại và số lượng sợi được sử dụng.
Hình 7: Thí nghiệm uốn tấm tròn UHPFRC
- Sự định hướng và phân bố của các sợi bên trong vữa và hình dạng mẫu thử
sử dụng, các yếu tố kết cấu sản phẩm với bê tông cụ thể có thể bị ảnh
hưởng đáng kể. Theo quy định các kết quả thí nghiệm của hỗn hợp UHPFRC
không có cốt sợi đáng kể cũng được chấp nhận. Do đó số kết quả thí nghiệm
đặc trưng phải được tăng lên để cho phép tính toán chính xác độ lệch
chuẩn.

Hình 8: ảnh chụp X-quang 3 mẫu có sự sắp xếp khác nhau giữa các
sợi thép

- Nếu UHPFRC có cường độ chịu kéo đáng kể mà không cần bất kỳ sự tăng
cường bổ sung cốt thép thường hỗ trợ như một số thí dụ ứng dụng của
Ductal thì hàm lượng sợi thép sử dụng cần đủ cao ( từ 6-7%) để ngăn chặn
những phá hoại đột ngột. Trong trường hợp hàm lượng sợi thép khoảng 2,5 –
3% thể tích vẫn đáp ứng được tính công tác của hỗn hợp bê tông tươi, cường
độ chịu uốn và tính dẻo. Đối với các ứng dụng khác hàm lượng sợi thép có
thể giảm 1% vẫn có thể đáp ứng các nhu cầu ví dụ với những tấm, dầm và
một số bộ phận khác làm từ UHPFRC vẫn đảm bảo đủ cường độ và hoặc có
đủ sự thụ động tăng cường. Và trong một số trường hợp sử dụng UHPFRC
thậm chí không có sợi thép hoặc các sợi thích hợp khác, ví dụ cho các cột
cao hay những ống thép mỏng được lấp đầy UHPFRC (Tue, Schneider, và
Schenk 2004). Qua đó cho thấy hỗn hợp gồm những sợi thép và những sợi
thích hợp khác với các loại khác nhau về chiều dài và đường kính sẽ kinh tế
hơn so với sử dụng một loại sợi thống nhất.
2.3.2.
Modun đàn hồi
- Theo những tài liệu đã nghiên cứu và kết quả đã thực nghiệm ở Việt Nam,

mô đun đàn hồi của UHPFRC biến đổi từ 46500 Mpa đến 49300 Mpa (46,5
Gpa đến 49,3 Gpa), với cường độ nén của bê tông từ 110 đến 150 Mpa. theo

Trang 6


các kết quả nghiên cứu ở Đức cũng thông báo là mô đun đàn hồi cũng biến
đổi từ 45 đến 50 Mpa
2.3.3.
Độ bền của UHPFRC
- Độ bền được cải tiến của UHPFRC để chống lại các loại khí độc hại, các chất
lỏng, clorua, sương giá hay đóng tan băng được cải thiện bởi độ đặc và cấu
trúc hạt của chất kết dính và vùng tiếp xúc giữa vữa và cốt liệu thô cũng như
cấu trúc đặc hơn của sản phẩm hydrat hóa.

- Các lỗ rỗng khí của UHPFRC được đặc trưng bởi những lỗ rỗng mao quản, là
một trong những loại lỗ rỗng có thể nhìn thấy được từ sự phân bố kích thước
lỗ rỗng được thể hiện trong Hình 9 và được thí nghiệm bởi sự xâm thực của
thủy ngân. Kết quả là, sức kháng cự để khuếch tán clorua được hiển thị trong
Hình 10.
Hình 9: Sự phân bổ kích thước lỗ rỗng của bê tông thường, HPC và UHPFRC

Hình 10: Những giá trị độ thấm clo đối với bê tông thường, HPC và UHPFRC

Trang 7


- Do UHPFRC có độ đặc cao, một áp lực lớn có thể được phát sinh khi UHPFRC

tiếp xúc với lửa. Điều này có thể dẫn đến sự thay đổi cấu trúc của bê tông,

làm giảm chất lượng của bê tông..Dưới đây là thử nghiệm với 5 Tấn TNT,
khoảng cách 30m, trên hai mẫu thử bê tông thường – NC và bê tông siêu
cường độ - UHPFRC :
Hình 11: Thử nghiệm với thuốc nổ TNT
- Tải trọng mỏi dưới tác dụng của lực nén, các thí nghiệm được thực hiện tại
trường đại học của Kassel cho thấy UHPFRC đã có một ứng xử bền mỏi khá
tốt.
CHƯƠNG III: PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ MỘT VÀI ỨNG DỤNG UHPFRC CHO KẾT
CẤU CÔNG TRÌNH ĐẶC BIỆT
3.1. Cầu WILD – Völkermarkt ( Áo )
Cầu WILD là một dự án thí điểm thi công theo phân đoạn kết hợp với xoay
kết cấu vòm lắp ghép từ hai phía. Vì vậy, các đặc tính ưu việt và công năng
của bê tông siêu cường độ (UHPFRC) đã được sử dụng: nhanh chóng đông kết
và cấu trúc bền vững.
Cây cầu dài 158m , trong đó khoảng 70m là kết cấu vòm. Hai nửa của kết
cấu vòm này được cấu tạo từ các dầm và khớp chế tạo sẵn, được liên kết với
nhau bằng các sợp cáp cường độ cao. Hai nửa được lắp ráp theo phương dọc

cầu và dễ dàng xoay quanh bản lề được bố trí tại chân vòm. Sau khi đã đưa
vòm vào đúng vị trí và tiến hành liên kết, các bộ phận khác như trụ, dầm,bản
mặt cầu…sẽ lần lượt được hoàn thành.
Hình 12: Kết cấu hình học cầu WILD
Dự án xây dựng cầu WILD là một bước đột phá trong việc phát triển kỹ
thuật xây dựng cầu ở Áo: Nguyên tắc thiết kế vẫn theo cách xây dựng truyền
thống nhưng thay đổi cấu trúc mảnh mai và sáng tạo của UHPFRC (Ultra High
Performance Fibre Reinforced Concreted).

Trang 8

Hình 13: Nét đặc biệt trong công nghệ thi công cầu WILD

Bên cạnh thế mạnh về nén, UHPFRC còn có độ rỗng rất thấp. Điều này là
yếu tố quyết định làm cho UHPFRC không thấm chất lỏng và làm tăng sức
kháng của bê tông đối với các yếu tố hóa học và yếu tố khắc nghiệt của khí
hậu. Vì vậy UHPFRC không chỉ có khả năng chịu áp lực cơ học mà còn có thể
hạn chế tối đa tác động hóa học và thời tiết. Độ bền của nó thường được so

với đá granit. Tuổi thọ của cầu WILD được dự đoán là 200 năm.
Các kỹ sư tạo dự ứng lực bằng cách sử dụng sợi cáp dự ứng lực chạy trong
không gian bên trong của các dầm. Như có thể thấy trong hình 3 sợi mono
được bố trí đồng đều dọc theo
ngoại vi của không gian bên trong:
Hình 14: Cấu tạo dầm 1 đến dầm 3 ( sử dụng vật liệu UHPFRC)

Hình 15: Bố trí các sợi cáp dự ứng lực
Nén để liên kết các thành phần dầm và khớp bằng cách tạo dự ứng lực lên
các sợi cáp đã bố trí, điều này sẽ là hoàn toàn vô nghĩa nếu như ta sử dụng
loại bê tông cốt thép thường. Ngược lại, cấu trúc làm bằng UHPFRC đã phát
huy được ưu điểm của mình ở cách nén như vậy: Cường độ nén của UHPFRC
là quá cao, vì thế nén căng với dự ứng lực có thể dễ dàng được thực hiện. Dự
ứng lực Cầu WILD là ít nhất 165 N / mm.

Trang 9


Hình 16: Các khớp liên kết ( sử dụng vật liệu UHPFRC)

Hình 17: Một số hình ảnh thi công cầu WILD
Hình 18: Một số hình ảnh thi công cầu WILD

Trang 10


Hình 19: Cầu sau khi đã hoàn thành
3.2. Cầu Log Čezsoški – Soča river, Slovenia
Cầu Log Čezsoški nằm về phía Tây – Bắc Slovenia, cầu có chiều dài 65m
(được xác định bằng khoảng cách giữa hai gối đặt tại hai mố cầu) được cấu
tạo bởi một dầm liên tục ba nhịp, mặt cắt ngang dạng hộp bản rỗng rộng
4,5m. Sau một khoảng thời gian dài được khai thác và sử dụng, dưới tác động

của xe cộ và khí hậu, kết cấu hiện hữu cấu tạo từ các dầm hộp bê tông cốt
thép thường (Nomal Concrete) đang dần dần xuống cấp cần thiết được nâng
cấp và cải tại. Các kỹ sư đã nghiên cứu và áp dụng một phương pháp mới,
thay thế các phương pháp tăng cường sửa chữa cổ điển đó là bằng cách sử
dụng vật liệu bê tông siêu cường độ UHPFRC.

Hình 20: Cầu Log Čezsoški, Soča river, Slovenia
Hình 21: Cầu Log Čezsoški hiện hữu

Trang 11


Với mục đích cải thiện và tăng khả năng chịu lực cho cầu, áp dụng công
nghệ vật liệu mới, các kỹ sư đã sử dụng bê tông siêu cường độ như một giải
pháp ưu việt nhất và chưa bao giờ được thực nghiệm. Theo đó sẽ có một lớp
UHPFRC dày 2,5 cm được bao phủ lên toàn bộ mặt cầu và phần lề người đi
bộ khác mức.
Hình 21: Phương pháp tăng cường bằng UHPFRC

Trang 12


Điều này sẽ tận dụng được khả năng chịu lực và chịu bào mòn của UHPFRC,
bảo vệ cầu khỏi chịu tác động của các yếu tố khí hậu. Để tăng cường cho
kết cấu dầm chủ, tiếp theo sẽ có một lớp bê tông siêu cường độ dày 2,5 cm
được gia cố vào phần đường xe chạy. Việc bố trí thêm một lớp UHPFRC lên
đúng vị trí chịu nén trong sơ đồ làm việc của dầm chủ là hoàn toàn hợp lý,
điều này sẽ làm cho thế mạnh về siêu cường độ của bê tông được phát huy
tối đa. Giữa các lớp bê tông mới, giữa bê tông mới với kết cấu bê tông cũ
được liên kết với nhau bởi các loại keo siêu cường độ, đảm bảo sự làm việc
liên hợp được hiệu quả.
Hình 22: Hình ảnh khi thi công lớp UHPFRC

Hình 23: Hình ảnh khi thi công lớp UHPFRC

Trang 13


Hình 24: Hình ảnh cầu Log Čezsoški sau khi tăng cường
Hình 25

3.3. Một số công trình khác trên thế giới sử dụng loại vật liệu mới

UHPFRC
3.3.1. Mái che nhà ga xe lửa tại Calgary, Alberta, Canada
Hình 26: Mái che nhà ga xe lửa tại Calgary, Alberta, Canada
3.3.2.
Cầu Glenmore/Legsby tại Calgary,Alberta, Canada
Hình 27: Cầu Glenmore/Legsby

3.3.3. Kết cấu mái tại nhà ga Milau - Pháp

Trang 14


3.3.4.

Hình 28: Hình dáng kiến trúc lạ mắt của mái nhà ga
Cầu đi bộ tại Seoul, Hàn Quốc
Hình 29: Nét thanh mảnh của vòm được chế tạo bằng UHPFRC

CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN
Như vậy bê tông UHSFRC là một bước đột phá trong công nghệ vật liệu xây dựng
nói chung và bê tông nói riêng. UHSFRC sẽ làm thay đổi quan điểm và triết lý
thiết kế về bê tông. Sản phẩm của nó sẽ được ứng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực
như thay thế các mặt sàn cầu cũ đã hư hõng, làm mặt cầu lắp ghép kết hợp với
dầm bê tông dự ứng lực để đẩy nhanh tiến độ thi công và tuổi thọ công công
trình; Sử dụng trong cột, sàn của các cao ốc, làm mặt đường cao tốc, mặt đường
băng sân bay, sử dụng trong các đê, đập thủy lợi, trong các môi trường có mức
độ xâm thực, ăn mòn lớn như các lò điện hạt nhân…
Bê tông UHSFRC cung cấp một sự kết hợp tuyệt vời của vật liệu và hiệu suất sử
dụng tạo ra sản phẩm với các đặc tính sau:
Siêu cường độ nén: cường độ nén có thể đạt được đến 200Mpa.
Tính dẻo: khả năng hỗ trợ sức chịu tải căng ngay cả sau khi xuất hiện
vết nứt.
Độ bền rất cao: nâng cao tuổi thọ lâu dài cho kết cấu, công trình.
Tính đồng nhất của vật liệu trong hỗn hợp rất cao tạo
Chất lượng bề mặt rất cao, tăng cường cao sức căng bề mặt.
Cường độ chịu kéo khi uốn tăng mạnh lên đến 40Mpa.
Khả năng chống thấm Chloride cao.

Khả năng chịu mài mòn, va đập và chịu lửa cao.
Giảm thiểu đến bỏ qua hàm lượng cốt thép thường và cốt thép cấu tạo
trong
kết cấu công trình.
Giảm thiểu đến mức tối đa từ biến và co ngót của kết cấu trong quá
trình bê tông ngưng kết hóa rắn.

Trang 15


Với những ưu điểm vượt trội của loại vật liệu mới này, cho phép chúng ta có
những suy nghĩ về việc nghiên cứu UHSFRC bởi các vật liệu thành phần từ vật
liệu địa phương. Việc nghiên cứu UHSFRC với vật liệu địa phương trên cơ sở tham
khảo những kết quả nghiên cứu của các nước trên thế giới sẽ mở ra một hướng đi
mới trong ngành vật liệu xây dựng.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]- Ultra High perfomance concrete : properties and applications S.P.Shah - 2005
[2]- State of the Report on high - Strength concrete (Báo cáo trình độ phát triển
khoa học kỹ thuật về bê tông cường độ cao ) - ACI - 363 - 92 – 1988
[3] Richard, P.; cheyrezy, M. : Composition of reactive powder concretes. In:
Cement and Concrete Research 25 (1995), H.7, S.1491-1500.
[4]- Ultra High Performance Fibre-Reinforced Concretes - AFGC Groupe de travail
BFUP
[5] Su-Tae Kang, Jung-Jun Park, Kyung-Taek Koh and Sung-Wook Kim “ The
Flexural Strength and Reinforcing Effect of Ultra High Performance cementitious
Composites” Structure Material Research Division Korea Institute of Construction
Technology Goyang 411-712 Korea
[6] Michael Schmidt, “ Methods for Modelling and Calculation of High Density
Packing for Cement and Fillers in UHSFRC “ University of Kassel Kassel , Germany
2002

[7] U.S. Department of Transportation Federal Highway Administration.; structural
Behavior of Ultra – High Performance Concrete Prestressed I- Girders.; August
2006
[8]. Neville, AM. (1995) Properties of concrete, Harlow, Longman.
[9]. M. Richardson, Fundamentals of durable reinforced Concrete.
[10]. Koichi Maekawa, Tetsuya Ishida and Toshiharu Kishi, Multi – scale Modeling
of Structural Concrete. (Taylor&Francis Group – London and Newyork).
[11] Phạm Duy Hữu, Phạm Duy Anh, Nguyễn Thanh Sang, Nguyễn Lộc Kha.
Nghiên cứu vật liệu chế tạo bê tông cường độ rất cao. Tạp chí Giao thông vận tải
7/2011
[12]. Phạm Duy Hữu, Nguyễn Ngọc Long, Đào Văn Đông , Phạm Duy Anh .” Bê
tông cường độ cao và bê tông chất lượng cao” Nhà xuất bản Giao Thông Vận Tải
năm 2009

Trang 16