Bê tông cao su – vật liệu mới cho kết cấu xây dựng đặc biệt

THÔNG BÁO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ* SỐ 1-2012

54

BÊ TÔNG CAO SU – VẬT LIỆU MỚI CHO KẾT CẤU XÂY DỰNG ĐẶC BIỆT

Phó tr ởng Phòng KH&HTQT, tr

ng

TS. Nguyễn Phan Duy
i học X y d ng Miền Trung

Tóm tắt: Trong bài báo này tác giả đề cập đến vật liệu x y d ng mới – bê tông cao su. Tỉ lệ
cốt liệu, ph ơng pháp chế t o, các tính chất cơ–lý, hóa và lĩnh v c sử dụng của bê tông cao su
đ ợc trình bày cụ thể. Các nghiên cứu khoa học trong lĩnh v c bê tông cao su đã chứng minh
rằng, vật liệu này có thể sử dụng để chế t o những kết cấu x y d ng có khả năng chịu l c lớn
và chống ăn mòn cao, đồng th i có thể sử dụng để chế t o lớp bảo vệ cho kết cấu bê tông
đ ợc sử dụng trong môi tr ng có tính ăn mòn.

Từ khóa: Polyme bê tông, vật liệu mới, bê tông cao su, vật liệu chống ăn mòn
1 Đặt vấn đề
Một trong những bài toán cấp bách
của khoa học x y d ng trong th i điểm hiện
nay là nghiên cứu chế t o ra những vật liệu
mới dùng để chế t o ra những kết cấu và sản

– L u huỳnh kỹ thuật – có màu vàng
sáng, khối l ợng riêng 2070 kg/m3, nhiệt độ
nóng chảy 114 0C;
– Chất xúc tiến l u hóa – Thiuram-D

d ng bột màu trắng xám, có khối l ợng riêng

phẩm x y d ng theo yêu cầu x y d ng hiện
đ i, đặc biệt là trong th i kỳ phát triển v ợt
bậc của nhà cao tầng. Một trong những vật

1300…1400 kg/m3 và nhiệt độ nóng chảy
140…154 0C;
– Chất ho t hóa cho s l u hóa –

liệu mới đó phải kể đến là bê tông cao su [1].
Bê tông cao su là vật liệu phức hợp đ ợc
nghiên cứu và thí nghiệm t i tr ng i học
tổng hợp quốc gia kiến trúc – x y d ng
Voronezh d ới s h ớng dẫn của giáo s

Kẽm ôxít ZnO có d ng bột màu trắng và
khối l ợng riêng 5600…5700 kg/m3;
– Canxi ôxít CaO – bột màu trắng,
khối l ợng riêng 2500…2900 kg/m3 dùng để
khử n ớc có trong hỗ hợp vữa.

Potapov Yuri Borisovich. Khác với bê tông
xi măng, trong bê tông cao su sử dụng chất
kết dính là cao su tổng hợp (thay cho xi
măng và n ớc) trên cơ sở l u hóa cao su.
2 Vật liệu sử dụng và ph ơng pháp chế t o
bê tông cao su
T ơng t nh bê tông xi măng, đối
với bê tông cao su chúng ta cũng sử dụng cốt

– Cốt liệu mịn là tro thải của các nhà
máy nhiệt điện.
Nhiều nhà nghiên cứu đã tiến hành thí
nghiệm vật liệu và kết cấu bê tông cao su với
những tỉ lệ cấp phối khác nhau, kết quả họ
đã đ a ra đ ợc tỉ lệ cấp phối tối u cho bê
tông cao su, tỉ lệ này đ ợc thể hiện trong
bảng 1.

liệu thô (cát, sỏi), cốt liệu mịn và chất kết
dính. Ngoài ra để quá trình l u hóa cao su
xảy ra thuận lợi cần sử dụng thêm những hóa
chất phụ gia sau:

Quá trình trộn và đổ bê tông cao su
đ ợc tiến hành nh sau: ầu tiên ta tiến
hành trộn cao su với hỗn hợp hóa chất
(Thiuram-D, ZnO, CaO), sau đó bổ sung cốt


THÔNG BÁO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ* SỐ 1-2012

55

liệu mịn, và cuối cùng là bổ sung cốt liệu thô

hợp đã đ ợc trộn đều tiến hành đổ hỗ hộp

và trộn đều. Trong quá trình trộn vữa cần

vào khuôn (ván khuôn). Sau khi khi hoàn tất

phải đảm bảo s hòa tan của tất cả các hóa

việc đổ bê tông cao su ván khuôn cùng với

chất trong cao su lỏng (không bị bón viên).

hỗn hợp vữa trong nó đ ợc nun nóng ở nhiệt

L u ý rằng, bê tông cao su kị n ớc nên tất cả
các cốt liệu thô và mịn phải đ ợc đảm bảo
khô và không còn hơi n ớc. Sử dụng hỗn

độ 120 5 0C để bê tông cao su khô cứng,
th i gian nun cần thiết là 12 gi [1, 4].

Bảng 1 – Tỉ lệ cấp phối tối u cho bê tông cao su
Tên thành phần
Cao su lỏng tổng hợp
L u huỳnh kỹ thuật
Thiuram–D
ZnO
CaO
Tro thải mịn của nhà máy nhiệt điện
Cát
Sỏi

Tỉ lệ % khối l ợng các thành phần

8,0
4,0
0,4
1,6
0,5
7,0
24,0
Còn l i (54,5)

3 Tính chất cơ-lý và hóa của bê tông cao su

cứu đã chứng tỏ rằng, bê tông cao su có độ

Các nhà khoa học đã tiến hành nghiên
cứu bê tông cao su với những lo i cao su
tổng hợp khác nhau về độ sệt riêng, điển

bền ăn mòn rất cao, các tính chất cơ-lý thuận
lợi cho các kết cấu chịu l c lớn. Những tính
chất cơ-lý và hóa của bê tông cao su với tỉ lệ

hình là cao su lỏng tổng hợp mác SKDN-N,
ECKDP-N và PBN. Các thí nghiệm nghiên

cấp phối tối u (bảng 1) đ ợc trình bày trong
bảng 2 [1].

Bảng 2 – Tính chất cơ-lý và hóa của bê tông cao su
Tính chất
C ng độ chịu nén, MPa

C ng độ chịu kéo, MPa
Mô đun đàn hồi Е10–4, MPa
Hệ số dài h n khi nén
Hệ số Poisson
ộ chịu nhiệt, 0С
ộ hút ẩm, tỉ lệ % khối l ợng
ộ sụt, mm/m

Mác cao su lỏng tổng hợp
PBN
SKDN-N ECKDP-N
60,0…120,0 76,9…100,3
25,5
8,0…25,0
13,0…18,0
5,5
1,2…3,5
1,5…1,8
–
0,77…0,78
0,72…0,76
–
0,18…0,35
0,20…0,30
–
90…100
100…110
–
0,05
0,05

1,50
0,17…0,21
–
0


THÔNG BÁO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ* SỐ 1-2012

Hệ số độ bền ăn mòn trong các môi tr
n ớc
Dung dịch axít sunfurit 30 %
Dung dịch axít clohiđric 5%
Dung dịch axít nitrơ 3%
Dung dịch axít lactic 10%
Dung dịch natri hidroxit 10%

56

ng:
1,00
0,95
0,81
0,81
0,95
0,97

1,00
0,95
–
0,80

–
0,95

–
–
–
–
–
–

tông cao su có độ bền ăn mòn rất cao, vì vậy

của bê tông cao su trong bảng 2 chúng ta dễ
dàng nhận thấy rằng, bê tông cao su có
c ng độ chịu kéo và nén rất cao so với bê

rất thích hợp cho việc chế t o những kết cấu
hoặc chế t o lớp bảo vệ cho kết cấu bê tông
cốt thép làm việc trong môi tr ng có tính

tông th ng, đặc biệt là bê tông cao su từ
cao su tổng hợp PBN. Vì vậy nó thích hợp
cho việc chế t o những kết cấu x y d ng có
khả năng chịu l c lớn, dặc biệt là kết cấu
chịu tải trọng động. Ngoài ra những tính chất

ăn mòn.
D a và kết quả thí nghiệm nén mẩu
thử chuẩn các nhà nghiên cứu đã x y d ng
biểu đồ quan hệ ứng suất và biến d ng của

bê tông cao su PBN với tỉ lệ tối u đuợc thể

hóa học của bê tông cao su đ ợc trình bày
trong bảng 2 cũng chứng minh đ ợc rằng, bê

hiện trên hình vẽ [1].

Ứng suấ t σ, %

Sau khi ph n tích các tính chất cơ-lý

120
100
80
60
40
20
0
0

0,2

0,4

0,6

1,2
1,4
Biến dạng ε, %
Hình – Biểu đồ quan hệ ứng suất và biến d ng nén của bê tông cao su (PBN)

ến th i điểm hiện nay đã có nhiều
công trình nghiên cứu và thiết lập các lý

0,8

1,0

tuyết tính toán cho các kết cấu x y d ng trên
nền tảng bê tông cao su. Tuy vậy hiện nay bê


THÔNG BÁO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ* SỐ 1-2012

57

tông cao su vẫn ch a đ ợc sử dụng rộng rãi

Theo kiến nghị của các nhà nghiên

trong xây d ng. Tr ớc hết là do những tính

cứu bê tông cao su đặc biệt hiệu quả khi sử

chất cần thiết cho việc tính toán thiết kế của

dụng để chế t o kết cấu hoặc bảo vệ những

bê tông cao su vẫn ch a đ ợc chuẩn hóa,

chi tiết kết cấu làm việc d ới tác dụng của

còn nhiều đặc thù làm việc của các kết cấu
x y d ng từ bê tông cao su vẫn ch a đ ợc
nghiên cứu. Tuy nhiên với những tính chất

môi tr ng ăn mòn cao. Ngoài ra bê tông
cao su có thể sử dụng để làm mặt đ ng s n
bay, đ ng ô tô t i những nơi có l u l ợng

cơ-lý và hóa học v ợt trội so với bê tông từ
xi măng, bê tông cao su sẽ dễ dàng tìm đ ợc

giao thông lớn [2, 3, 4, 5].

vị trí của mình trong x y d ng hiện đ i. Nh
có c ng độ chịu kéo và nén cao nên sử

Kết luận
S ra đ i của vật liệu bê tông cao su
với những tính chất cơ-lý và hóa học thuận

dụng bê tông cao su cho kết cấu chịu l c sẽ

lợi đánh dấu một b ớc phát triển mới trong

làm giảm tiên tốn vật liệu và tải trọng của
toàn công trình. iều này sẽ làm giảm chi

lĩnh v c khoa học x y d ng và góp phần giải

quyết những vấn đề cấp bách về kết cấu x y

phí sản xuất và sử dụng. Vả l i vì trọng
l ợng bản th n của kết cấu giảm nên tải
trọng truyền xuống móng công trình giảm,

d ng, đặc biệt kết cấu cho nhà cao tầng và
kết cấu sử dụng trong môi tr ng có tính ăn
mòn cao. Liên hệ với điều kiện ở Việt Nam,

dẫm đến giảm chi phí x y d ng nền móng
cho công trình. ặc biệt với khả năng chống
ăn mòn rất cao nên kết cấu từ bê tông cao su
sẽ có tuổi thọ và độ bền cao. Tuy nhiên, vật
liệu bê tông cao su có giá thành rất cao so
với bê tông th ng, vì vậy cần phải c n nhắc
về hiệu quả kinh tế khi sử dụng lo i vật liệu
này.

n ớc ta có b biển trải dài khắp đất n ớc và
có rất nhiều công trình gần biển và công
trình trên biển, nơi mà có tính ăn mòn cao
thì việc sử dụng vật liệu bê tông cao su cho
những kết cấu này là một giải pháp tốt. Vì
vậy việc nghiên cứu và phát triển vật liệu
này trong điều kiện Việt Nam là một h ớng
phát triển có tính cấp bách cao.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1.] Borisov Y. M. Những vật liệu phức hợp hiệu quả từ cao su tổng hợp PBN. Luận án

tiến sĩ. Voronezh, 1998.
[2.] Chmykhov V. A. Sức bền của bê tông cao su d ới tác dụng của môi tr ng ăn mòn.
Luận án tiến sĩ. Voronezh, 2002.
[3.] Nguyễn Phan Duy. Khảo sát độ bền và khả năng chống nứt trên tiết diện thẳng góc
của phần tử chịu uốn từ bê tông cao su cốt sợi ph n tán. Luận án th c sỹ. Voronezh, 2007.
[4.] Nguyễn Phan Duy. Phần tử chịu uốn hai lớp của kết cấu x y d ng từ bê tông th ng
và bê tông cao su. Luận án tiến sĩ. Voronezh, 2010.
[5.] Polikutin A. E. ộ bền và khả năng chống nứt trên tiết diện nghiêng của phần tử chịu
uốn kết cấu x y d ng từ bê tông cao su. Luận án tiến sĩ. Voronezh, 2002.