Nghiên cứu bê tông tự lèn cốt liệu eps để ứng dụng trong công trình xây dựng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KIỀU THỊ KIM HỊA

NGHIÊN CỨU BÊ TƠNG TỰ LÈN CỐT LIỆU EPS ĐỂ ỨNG
DỤNG TRONG CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG

Chun ngành:

Vật liệu và công nghệ vật liệu xây dựng

Mã số:

605880

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 6 năm 2015


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................

................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................

Tp. HCM, ngày tháng 6 năm 2015
Giáo viên hướng dẫn


NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG XÉT DUYỆT

................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................

Tp. HCM, ngày tháng 6 năm 2015
Hội đồng xét duyệt

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG – TP. HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học:

PGS. TS. NGUYỄN VĂN CHÁNH

Cán bộ chấm nhận xét 1: ............................................................

Cán bộ chấm nhận xét 2: ............................................................

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày ______ tháng ______ năm 2015.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. ………………………………………..
2. ………………………………………..
3. ………………………………………..
4. ………………………………………..
5. ………………………………………..
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được chỉnh sửa.

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: ................................. Kiều Thị Kim Hòa.
Ngày tháng năm sinh: ..................................... 01/06/1981.
Chuyên ngành: .................. Vật liệu và Công nghệ VLXD.

MSHV: .................... 11190724
Nơi sinh: ................... An Giang
Khóa: ................................ 2011

I. TÊN ĐỀ TÀI:
Nghiên cứu bê tông tự lèn cốt liệu EPS để ứng dụng trong cơng trình xây dựng.

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. Tổng quan các nghiên cứu trước liên quan đến đề tài,
2. Xây dựng cơ sở khoa học và phương pháp nghiên cứu,
3. Thử nghiệm các tính chất kỹ thuật của hệ nguyên vật liệu; Lựa chọn và thiết kế cấp
phối bê tơng tự lèn.
4. Nghiên cứu các tính chất kỹ thuật của bê tông tự lèn nhẹ với các tỉ lệ khác nhau
của hạt xốp EPS.
5. Kết luận và kiến nghị.

II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

Tháng năm 2014

III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

Tháng năm 2015

IV. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

PGS.TS. Nguyễn Văn Chánh

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

PGS.TS. Nguyễn Văn Chánh

PGS.TS. Nguyễn Văn Chánh

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG


LỜI CẢM ƠN

Em xin được bày tỏ lòng biết ơn với tất cả quý Thầy Cô trường Đại học Bách Khoa,
khoa Kỹ thuật Xây dựng đặc biệt là quý Thầy Cơ bộ mơn Vật liệu Xây dựng đã hết
lịng truyền đạt kiến thức cho em trong suốt những năm học Cao Học vừa qua.
Em xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến Thầy PGS.TS. Nguyễn Văn Chánh, Chủ
nhiệm bộ môn Vật liệu Xây dựng và cũng là giáo viên hướng dẫn chính của em.
Bằng tấm lịng nhiệt huyết cộng với một phương pháp giảng dạy rất riêng và đặc
biệt, Thầy đã mang đến cho em niềm say mê vật liệu xây dựng, Thầy cũng chỉ cho
em phương pháp luận sâu sắc trong cách thức đặt vấn đề, hướng giải quyết vấn đề;
Thầy ln giúp đỡ và động viên em hồn thành đề tài.
Xin cảm ơn các bạn phịng thí nghiệm bê tông phụ gia Grace, cảm ơn các bạn công

ty bê tông Holcim, cảm ơn Phạm Lê Duy và Nguyễn Quốc Tuấn, đã ln bên cạnh
và giúp đỡ Hịa thực hiện thử nghiệm luận văn.
Hòa cũng muốn cảm ơn Ba Mẹ, Người luôn nhắc nhở, hỗ trợ và động viên Hịa cố
gắng học tập, hồn thành luận văn.
Mặc dù luận văn đã được hoàn thành với tất cả sự nỗ lực của bản thân nhưng chắc
chắn không tránh khỏi thiếu sót. Kính mong nhận được sự cảm thơng và chỉ bảo
của q Thầy Cơ để em ngày càng hồn thiện kiến thức của mình.

Ngày 1 tháng 6 năm 2015
Học viên thực hiện: Kiều Thị Kim Hòa


TĨM TẮT
Được biết đến như một sản phẩm bê tơng chất lượng cao, bê tông tự lèn không
những được ứng dụng cho các cấu kiện có hình dáng phức tạp, các cấu trúc trong
môi trường khắc nghiệt và những cấu kiện đòi hỏi khắc khe về sản lượng và chất
lượng; bê tông tự lèn ngày càng đến gần hơn với xây dựng như một vật liệu đang
được sử dụng để tiết kiệm chi phí, thời gian thi cơng nhanh, bê tơng bền, có tính
đồng nhất cao hơn bê tơng cổ điển.
Đề tài tập trung nghiên cứu bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu mịn gồm hỗn hợp cát
mịn và cát nghiền.Trên cơ sở đó, nghiên cứu bê tơng tự lèn nhẹ từ việc thay thế hàm
lượng cát mịn bằng các hàm lượng khác nhau của hạt xốp EPS.
Kết quả nghiên cứu cho thấy chế tạo được bê tông tự lèn nhẹ chịu lực có khối lượng
thể tích 1560 – 1940kg/m3 và cường độ nén 15 – 35MPa tương ứng với hàm lượng
hạt EPS được sử dụng để thay thế thể tích cát mịn từ 20% đến 80%.

ABSTRACT
Known as a high quality concrete, self-compacting concrete is used not only for
components with complex shapes, structures in harsh environments and the
demands of quality and quantity of constructional product; self-compacting

concrete is increasingly closer to the building as a material has been applied for
low costs, high speed pouring, high quality and homogeneity, and higher durability
than conventional concrete.
The studies research on the self-compacting concrete based on a mixture of sand
and manufactured sand/ crushed sand; and development into the lightweight selfcompacting concrete by replacing the volume of sand with different volume of EPSExpanded Polystyrene Beads.
In this research, we studied the structural lightweight self-compacting concrete with
a density in 1560 - 1940kg/m3 and compressive strength of 15 - 35MPa according
to 20 – 80% replaced volume of EPS by fine sand aggregate.


LỜI CAM ĐOAN
Luận văn tốt nghiệp là thời gian nghiên cứu khoa học của bản thân dưới sự hướng
dẫn của giáo viên. Các số liệu và những kết quả thử nghiệm trong luận văn được
đúc kết từ quá trình thử nghiệm trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Cơ sở lý
thuyết của luận văn có tham khảo, được dịch thuật và được sử dụng từ các tài liệu,
thông tin đều được ghi nhận lại trong danh mục tài liệu tham khảo của luận văn.

TP.HCM, ngày 01 tháng 06 năm 2015
Kiều Thị Kim Hòa


MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC HÌNH ẢNH
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ................................................................................. 1
I.

Tổng quan về bê tông tự lèn nhẹ cốt liệu EPS ..................................................... 1
a. Tổng quan về bê tông tự lèn ............................................................................. 1
i.

Lịch sử phát triển của bê tông tự lèn ........................................................... 1

ii. Ứng dụng và lợi ích của bê tông tự lèn ....................................................... 1
b. Tổng quan về bê tông tự lèn cốt liệu EPS........................................................ 6
II.

Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài ........................................................................... 8
a. Mục tiêu của đề tài ............................................................................................ 8
b. Nhiệm vụ của đề tài........................................................................................... 8
c. Tính mới của đề tài............................................................................................ 9

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC..................................................................... 10
I.

Lý thuyết bê tông tự lèn....................................................................................... 10
a. Yêu cầu chung của bê tông tự lèn .................................................................. 10
b. Yêu cầu về thành phần cấp phối của bê tông tự lèn – SCC.......................... 12
c. Phương pháp thử nghiệm tính chất của bê tông tự lèn – SCC ..................... 14
i.

Phương pháp đo độ chảy xòe thời gian T500 ............................................. 14

ii. Phương pháp đo phễu chữ V ...................................................................... 15
iii. Phương pháp đo bằng hộp chữ L ............................................................... 15
iv. Phương pháp đo độ phân tầng.................................................................... 16
d. Các yếu tố ảnh hưởng đến bê tông tự lèn ...................................................... 16
i.

Yếu tố ảnh hưởng đến độ chảy của bê tông tự lèn.................................... 19

ii. Yếu tố ảnh hưởng đến tính chảy qua của bê tơng tự lèn .......................... 20
iii. Yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chống phân tầng.................................... 20
II.

Bê tông tự lèn EPS ............................................................................................... 22
a. Ảnh hưởng của đặc tính hạt EPS.................................................................... 22
i.

Tăng độ nhớt và giảm kích thước hạt ........................................................ 23

ii. Giảm độ nhớt và tăng kích thước hạt ........................................................ 23
iii. Sự phân bố thành phần hạt và độ nhớt ...................................................... 24
iv. Kích thước hạt, sự phân bố thành phần hạt và độ nhớt ............................ 24


v. Thế năng và hành vi của hạt có kích thước micro .................................... 25
vi. Thế năng và hành vi của hạt có kích thước lớn hơn micro ...................... 25
vii. Hạt có hình dạng trịn và độ nhớt – shear viscosity .................................. 26
viii.Ảnh hưởng của hình dạng hạt đến độ nhớt ............................................... 27
ix. Sự thay đổi hình dạng hạt và độ nhớt ........................................................ 27
b. Phụ gia điều chỉnh độ nhớt SBR .................................................................... 28
i.

Lý thuyết về phụ gia hóa học cho bê tông ................................................ 28

ii. Phụ gia điều chỉnh độ nhớt SBR – Styren Butadien Rubber ................... 32
CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT TÍNH CHẤT KỸ THUẬT CỦA BÊ TÔNG TỰ
LÈN CỐT LIỆU EPS .......................................................................................... 45
I.

Hệ nguyên vật liệu ............................................................................................... 45
a. Xi măng............................................................................................................ 45
b. Cát sông ........................................................................................................... 46
c. Đá mi bụi – cát nghiền .................................................................................... 47
d. Hạt xốp – EPS ................................................................................................. 49
e. Phụ gia siêu hóa dẻo và phụ gia điều chỉnh độ nhớt SBR ............................ 53

II.

Lựa chọn tỉ lệ thành phần cho cấp phối bê tông tự lèn cốt liệu EPS ................ 54
a. u cầu về đặc tính kỹ thuật của bê tơng tự lèn cốt liệu EPS ...................... 54
b. Thiết kế thành phần cấp phối bê tông tự lèn.................................................. 56
c. Khảo sát cấp phối bê tông tự lèn không cốt liệu EPS ................................... 58

III. Khảo sát tính chất kỹ thuật của bê tơng tự lèn cốt liệu EPS ............................. 61
a. Tính chất kỹ thuật hỗn hợp bê tông tự lèn 0% hạt EPS ................................ 61
b. Ảnh hưởng của hàm lượng hạt EPS đến các tính chất của bê tơng tự lèn ... 62
i.

Ảnh hưởng của hàm lượng hạt EPS đến lượng nước nhào trộn .............. 62

ii. Ảnh hưởng của hàm lượng hạt EPS đến độ chảy xòe .............................. 63
iii. Ảnh hưởng của hàm lượng hạt EPS đến khối lượng thể tích bê tông
(KLTT) ............................................................................................................... 65
iv. Ảnh hưởng của hàm lượng hạt EPS đến các tính chất của bê tơng đóng
rắn ...................................................................................................................... 71
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ ......................................................... 77
I.

Kết luận ................................................................................................................ 77

II.

Kiến nghị .............................................................................................................. 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 79


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1-0-1: Yêu cầu đặc tính kỹ thuật của bê tông tự lèn để sản xuất dầm Super-T 3
Bảng 1-0-2: Thành phần cấp phối bê tông tự lèn để sản xuất dầm Super-T .............. 3
Bảng 2-0-1: Phân loại bê tơng tự lèn theo các thí nghiệm khác nhau ..................... 11
Bảng 2-0-2: Các polymer hòa tan được sử dụng làm VMA (Khayat 1998) ............ 31
Bảng 2-0-3: Phân loại các phụ gia điều chỉnh độ nhớt ........................................... 33
Bảng 2-0-4: Cơng thức hóa học của Polymers dùng với xi măng Portland ............. 33
Bảng 2-0-5: Thành phần cấp phối bê tông dùng trong nghiên cứu co ngót ............. 42
Bảng 3-0-1: Kết quả thử nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của xi măng PCB40 ................ 45
Bảng 3-0-2: Kết quả thử nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của cát sông ............................ 46
Bảng 3-0-3: Thành phần cỡ hạt của cát sông.......................................................... 46
Bảng 3-0-4: Kết quả thử nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của cát nghiền ......................... 47
Bảng 3-0-5: Thành phần cỡ hạt của cát nghiền ...................................................... 48
Bảng 3-0-6: Mô đun độ lớn của cốt liệu mịn khi phối trộn ..................................... 48
Bảng 3-0-7: Biểu đồ thành phần hạt của cát, cát nghiền, hỗn hợp 72%cát & 28% cát
nghiền, hỗn hợp 65% cát & 35% cát nghiền và hỗn hợp 55% cát & 45% cát nghiền
.............................................................................................................................. 49
Bảng 3-0-8: Tính chất của hạt xốp polystyrene ...................................................... 50
Bảng 3-0-9: Tỉ lệ độ rỗng kín và hở trong cấu trúc của chất dẻo chứa khí .............. 51
Bảng 3-0-10: Tính chất cơ lý của một số loại chất dẻo chứa khí ............................ 51
Bảng 3-0-11: Nhiệt độ làm việc của chất dẻo chứa khí .......................................... 52

Bảng 3-0-12: Phân loại bê tơng nhẹ theo khối lượng thể tích ................................. 55
Bảng 3-0-13: Dự đốn cường độ mất đi của bê tơng tương ứng với % hạt EPS được
sử dụng .................................................................................................................. 56
Bảng 3-0-14: Kết quả thử nghiệm tìm liều phụ gia phù hợp với cấp phối .............. 58
Bảng 3-0-15: Kết quả thử nghiệm bê tơng trên mẻ trộn 35 lít ................................ 59
Bảng 3-0-16: Tương quan lượng nước điều chỉnh và hàm lượng hạt EPS sử dụng. 62
Bảng 3-0-17: Tương quan lượng nước nhào trộn và hàm lượng hạt EPS sử dụng .. 63
Bảng 3-0-18: Tương quan độ chảy xòe và hàm lượng hạt EPS sử dụng ................. 64


Bảng 3-0-19: Tương quan độ chảy xòe & Lượng nước nhào trộn & Hàm lượng hạt
EPS sử dụng .......................................................................................................... 64
Bảng 3-0-20: Tương quan khối lượng thể tích bê tơng và hàm lượng hạt EPS sử
dụng ...................................................................................................................... 65
Bảng 3-0-21: Kết quả thử nghiệm bê tông tự lèn sử dụng 20% hạt EPS ................. 65
Bảng 3-0-22: Kết quả thử nghiệm bê tông tự lèn sử dụng 30% hạt EPS ................. 66
Bảng 3-0-23: Kết quả thử nghiệm bê tông tự lèn sử dụng 40% hạt EPS ................. 67
Bảng 3-0-24: Kết quả thử nghiệm bê tông tự lèn sử dụng 60% hạt EPS ................. 69
Bảng 3-0-25: Kết quả thử nghiệm bê tông tự lèn sử dụng 80% hạt EPS ................. 70
Bảng 3-0-26: Kết quả thử nghiệm tính chất kỹ thuật của bê tơng tự lèn cốt liệu EPS
đóng rắn ................................................................................................................ 71
Bảng 3-0-27: Tương quan cường độ nén và Khối lượng thể tích ............................ 74
Bảng 3-0-28: Tương quan Cường độ nén và Cường độ uốn ................................... 74
Bảng 3-0-29: Kết quả thử nghiệm Mô đun đàn hồi bê tông tự lèn cốt liệu EPS...... 75
Bảng 3-0-30: Tương quan cường độ nén & Cường độ kéo ép chẻ của bê tông tự lèn
cốt liệu EPS ........................................................................................................... 75

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1-0-1: Dầm Super-T của cơng trình Higashi-Oozu Viaduct, Nhật Bản ............ 2
Hình 1-0-2: Bê tơng tự lèn mác 75MPa được dùng để thi công cấu kiện nằm bên

dưới các kết cấu có sẵn tại khu vực tầng hầm dự án Sài Gịn M&C Tower, Q.1,
Tp.HCM .................................................................................................................. 4
Hình 1-0-3: Ứng dụng bê tông tự lèn trong cấu kiện có hình dáng phức tạp............. 5
Hình 2-0-1: So sánh thể tích thành phần vật liệu bê tơng tự lèn và bê tơng cổ điển 13
Hình 2-0-2: Thiết bị đo độ chảy xịe bê tơng tự lèn ................................................ 14
Hình 2-0-3: Thiết bị đo phễu chữ V ....................................................................... 15
Hình 2-0-4: Thiết bị đo hộp chữ L ......................................................................... 15
Hình 2-0-5: Thiết bị đo phân tầng .......................................................................... 16
Hình 2-0-6: Lý thuyết bê tơng tự lèn...................................................................... 17
Hình 2-0-7: Cơ chế hạt cốt liệu bị ghìm chặt ......................................................... 18


Hình 2-0-8: Cơ chế bê tơng tự lèn.......................................................................... 18
Hình 2-0-9: So sánh thành phần nguyên vật liệu bê tông tự lèn và bê tơng khác .... 18
Hình 2-0-10:Tương quan giữa cốt liệu lớn và cốt liệu mịn của bê tông tự lèn và bê
tơng khác ............................................................................................................... 19
Hình 2-0-11: Ảnh hưởng của kích thước hạt và hình dạng hạt đến tính chất đầm lèn
của vật liệu ............................................................................................................ 22
Hình 2-0-12: Tăng độ nhớt và giảm kích thước hạt................................................ 23
Hình 2-0-13: Giảm độ nhớt và tăng kích thước hạt ................................................ 23
Hình 2-0-14: Sự phân bố thành phần hạt và độ nhớt .............................................. 24
Hình 2-0-15: Kích thước hạt, sự phân bố thành phần hạt và độ nhớt ...................... 24
Hình 2-0-16: Thế năng và hành vi của hạt có kích thước micro ............................. 25
Hình 2-0-17: Thế năng và hành vi của hạt có kích thước lớn hơn micro ................ 26
Hình 2-0-18: Hạt có hình dạng trịn và độ nhớt – shear viscosity ........................... 26
Hình 2-0-19: Ảnh hưởng của hình dạng hạt đến độ nhớt........................................ 27
Hình 2-0-20: Sự thay đổi hình dạng hạt và độ nhớt................................................ 27
Hình 2-0-21: Cấu trúc gốc lignosulfonate .............................................................. 29
Hình 2-0-22: Mơ hình biến đổi của hỗn hợp Polymer – xi măng ............................ 35
Hình 2-0-23: Mơ hình hình thành mảng liên kết Polymer trên lớp thủy hóa xi măng

.............................................................................................................................. 36
Hình 2-0-24: Vi cấu trúc của bê tông Latex và bê tông không Latex...................... 38
Hình 2-0-25: Tính cơng tác của vữa dùng SBR...................................................... 39
Hình 2-0-26: Ảnh hưởng của hàm lượng SBR đến tỉ lệ nước/xi măng khi cố định độ
sụt. ........................................................................................................................ 40
Hình 2-0-27: Thời gian ninh kết của hỗn hợp bê tông Latex – SBR ....................... 41
Hình 2-0-28: Co ngót và thời gian bảo dưỡng của bê tông SBR trong nghiên cứu
của Ohama & Kan 1982 ........................................................................................ 42
Hình 2-0-29: Thời gian ngâm trong NaHCO3 và chiều sâu cacbonat hóa của vữa
SBR ....................................................................................................................... 43
Hình 2-0-30: Thời gian tiếp xúc với CO2 và chiều sâu cacbonat hóa của bê tơng
SBR ....................................................................................................................... 43


Hình 2-0-31: Hàm lượng SBR/ xi măng và chiều sâu thấm Clo ............................. 44
Hình 3-0-1: Kiều hoạt động của phụ gia hóa dẻo ................................................... 54
Hình 3-0-2: Tính chất của phụ gia điều chỉnh độ nhớt SBR ................................... 54
Hình 3-0-5: Kết quả thử nghiệm Holcim Cone mẫu B5 ......................................... 60
Hình 3-0-3: Kết quả thử nghiệm Holcim Cone mẫu B3 ......................................... 60
Hình 3-0-4: Kết quả thử nghiệm Holcim Cone mẫu C2 ......................................... 60
Hình 3-0-6: Hỗn hợp bê tơng SCC với 20% hạt EPS, 40% hạt EPS và 80% hạt EPS
.............................................................................................................................. 62
Hình 3-0-7: Kết quả thử nghiệm đo độ chảy xòe của bê tơng tự lèn cốt liệu EPS ... 66
Hình 3-0-8: Thử nghiệm đo thời gian bê tông tự lèn cốt liệu EPS chảy qua thiết bị
chữ V .................................................................................................................... 67
Hình 3-0-9: Thử nghiệm bê tông tự lèn cốt liệu EPS chảy qua thiết bị L Box ........ 68
Hình 3-0-10: Thử nghiệm khối lượng thể tích bê tơng tự lèn cốt liệu EPS ............. 69
Hình 3-0-11: Thử nghiệm độ phân tầng bê tơng tự lèn cốt liệu EPS....................... 71
Hình 3-0-12: Chuẩn bị mẫu thử nghiệm tính chất kỹ thuật của bê tơng tự lèn cốt liệu
EPS đóng rắn ......................................................................................................... 73

Hình 3-0-13: Thử nghiệm tính chất kỹ thuật của bê tơng tự lèn cốt liệu EPS đóng
rắn ......................................................................................................................... 76


Trang 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
I.

Tổng quan về bê tông tự lèn nhẹ cốt liệu EPS

a.

Tổng quan về bê tông tự lèn

i.

Lịch sử phát triển của bê tông tự lèn

Bê tông tự lèn được ứng dụng đầu tiên vào thập niên 1980 ở Nhật với mục đích tăng
độ bền của bê tông và phục vụ nhu cầu cuộc sống. Bê tông tự lèn sau đó được thi
cơng với lợi ích giảm thời gian thi cơng và tiết kiệm chi phí. Các nghiên cứu sớm
nhất về bê tơng tự lèn có thể kể đến: Tanaka et al. (1993); Hayakawa et al. (1993,
1995); Miura et al. (1993); Okamura & Ozawa (1994)….
Bê tông tự lèn gần đây được ứng dụng để sửa chữa các cấu kiện ở Canada và Thụy
Sĩ như sửa chữa cầu, mố trụ cầu, các bộ phận của đường hầm, tường dẫn,…. Ứng
dụng này phải kể đến Jacobs & Hunkeler 2001; Khayat and morin 2002.
Và kể từ sự phát triển sớm nhất ở Nhật, ứng dụng về bê tông đúc sẵn tự lèn chất
lượng cao được ứng dụng ở nhiều quốc gia như Rilem 2000, Khayat and Aitcin
1998, Skarendahl 2001; Walraven 2001, Ouchi 2001.

Sự ứng dụng của bê tông tự lèn ở khu vực Nam Mỹ và các tiểu ban của Mỹ đã lên
đến vượt bật, đặc biệt trong sản phẩm đúc sẵn kể từ năm 2000. Sản lượng dự đoán ở
nước Mỹ kể từ năm 2000 là: 135.000 m3 năm 2000; 1,8 triệu m 3 năm 2003;
ii.

Ứng dụng và lợi ích của bê tông tự lèn

Bê tông tự lèn là bê tơng có độ chảy cao mà khơng có bất kỳ sự phân tầng hay tách
nước nào. Bê tông tự lèn có khả năng chảy dưới trọng lượng bản thân và làm đầy
hồn tồn cốp pha thậm chí trong cả những nơi dày đặc cốt thép mà không cần bất
cứ tác động cơ học nào của sự đầm lèn hoặc gia cơng chấn động nào mà vẫn đảm
bảo tính đồng nhất.
Bê tơng tự lèn có thể được thi cơng dễ dàng và nhanh chống với số lượng nhân công
giảm. Độ chảy cao khơng phân tầng tạo cho bê tơng có một bề mặt chất lượng ngay
cả khi bê tông dày đặc cốt thép. Do đó, bê tơng tự lèn cịn có khi được gọi là bê tơng
tự đầm chặt hoặc bê tông tự phẳng.


Trang 2



Ứng dụng:

Bê tông tự lèn thường được sử dụng trong những kiến trúc phức tạp với yêu cầu bề
mặt hồn hảo. Bê tơng tự lèn cũng thường được sử dụng cho các cấu kiện đúc sẵn
đòi hỏi khắc khe về sản lượng và chất lượng.
Bê tông tự lèn cũng thường được sử dụng cho sàn với thời gian thi công tiết kiệm
hơn hoặc được sử dụng cho vách nơi mà bê tông tự lèn được bơm từ đáy của ván
khuôn. Với độ đồng nhất cao, bê tông tự lèn cịn phát huy trong các cấu trúc trong

mơi trường khắc nghiệt.


Lợi ích:

Lợi ích chính nhận thấy từ bê tơng tự lèn là tiết kiệm chi phí, thời gian thi cơng
nhanh, bê tơng có chất lượng, độ bền, độ đồng nhất cao hơn bê tông cổ điển.


Các ứng dụng và lợi ích trong các ngành công nghiệp:



Trong ngành công nghiệp đúc sẵn:

Cho sản lượng cao:

- Tạo nhiều mẫu đúc sẵn trong
một ngày

- Nhân cơng u cầu ít hơn trong
cùng một ngày
Bề mặt bê tông chất lượng hơn:

Cải thiện điều kiện làm việc cho nhân
viên:

- Giảm tiếng ồn do đầm lèn,
rung ván khuôn.

- Giảm lao động chân tay
- Làm việc trong tư thế đứng,

- Cấu kiện có bề mặt láng mịn

hạn chế các chứng đau lưng,

- Sản phẩm ít bị lỗi

giãn dây chằng, đau khớp,…

Hình 1-0-1: Dầm Super-T của cơng trình Higashi-Oozu Viaduct, Nhật Bản


Trang 3

Dầm dự ứng lực Super –T được sử dụng chính cho các rầm cầu của cơng trình
Higashi-Oozu Viaduct, Nhật Bản. Ban đầu, để chuẩn bị cho sản xuất, người ta chọn
bê tơng cổ điển có độ sụt thấp (80mm). Khi sản xuất, nhiều vấn đề khó khăn phát
sinh: bề mặt sù sì, khơng đồng nhất do kích thước của dầm quá lớn, và tiếng ồn
trong quá trình đầm chặt bê tơng gây phiền lịng hàng xóm xung quanh trạm bê
tông. Để giải quyết vấn đề này, bê tông tự lèn được chọn để sản xuất dầm Super-T.
Bảng 1-0-1: Yêu cầu đặc tính kỹ thuật của bê tơng tự lèn để sản xuất dầm Super-T
Đặc tính bê tơng

Đơn vị

Tiêu chuẩn kỹ thuật

Độ chảy xòe

(mm)

600 – 650

Độ chảy xòe ở T500

(giây)

3 – 15

Khả năng chảy qua thiết bị chữ U

(mm)

>= 300

Thời gian chảy qua thiết bị chữ V

(giây)

8 – 15

(%)

<= 4.5

(kg/m3)

<= 0.3

MPa

>= 50

Bê tơng tươi

Hàm lượng bọt khí
Hàm lượng Clo
Bê tơng đóng rắn
Cường độ nén 28 ngày

Bảng 1-0-2: Thành phần cấp phối bê tông tự lèn để sản xuất dầm Super-T
Khối lượng tính trên 1m3 (kg/m 3)
Chất kết dính (B)
Xi măng

Tro bay

457

118

Nước

Cốt liệu mịn

Cốt liệu thô

175

840

744

Phụ gia
(B*%)
1.0

Việc sử dụng bê tông tự lèn giúp cơng trình khắc phục được những nhược điểm bề
mặt gồ ghề, khó đầm lèn do kích thước và hình dáng phức tạp của dầm T. Ngồi ra,
cũng giải quyết được phàn nàn do việc tạo nên tiếng ồn trong q trình đổ bê tơng
cũng như đầm lèn.


Trang 4



Trong môi trường xây dựng công cộng

Phù hợp với xây dựng cấu kiện dày đặc cốt thép

- Cho bề mặt láng mịn
- Tiết kiệm thời gian thi công
- Độ bám dính cao giữa bê tơng
và cốt thép

- Sản phẩm có thể có màu do
hàm lượng hạt mịn cao.

- Ít khuyết tật bề mặt liên quan
đến bọt khí, tổ ong hoặc phân
tầng.

Phù hợp với các cấu kiện có hình dạng phức tạp nơi mà bê tơng khơng thể đổ vào:
có thể thi cơng cho các cấu kiện mỏng.

Hình 1-0-2: Bê tông tự lèn mác 75MPa được dùng để thi công cấu kiện nằm bên dưới
các kết cấu có sẵn tại khu vực tầng hầm dự án Sài Gòn M&C Tower, Q.1, Tp.HCM

Dự án cao ốc Sài Gòn M & C Tower tọa lạc trên khu đất giữa quận 1, trung tâm của
thành phố Hồ Chí Minh. Đây là khu phức hợp thương mại và căn hộ gồm 180 căn
hộ cao cấp, khu trung tâm thương mại dịch vụ cao 6 tầng, một khối văn phòng đạt
tiêu chuẩn quốc tế cao 34 tầng và các dịch vụ khác do đơn vị Bouygues Batiment


Trang 5

International (BBI) làm tổng thầu. Cùng với nhà thầu chính BBI, cơng ty Holcim
Beton đã phát triển các dịng sản phẩm đặc biệt để đáp ứng các yêu cầu khắc khe về
chất lượng sản phẩm cũng như hỗ trợ nhà thầu hồn thành tiến độ thi cơng như dự
định và luôn là đối tác đồng hành cùng xây dựng các giải pháp kỹ thuật mới. Sản
phẩm Super beton tự lèn 75MPa đã mang lại nhiều lợi ích đáng kể cho dự án cũng
như cho nhà thầu xây dựng:

-

Tiết diện cột giảm đến 45%, do

tiết kiệm được chi phí, đồng thời

đó tăng diện tích sử dụng và tiết

có thể thu hồi vốn sớm.

kiệm chi phí ngun vật liệu. Cấu

-

-

Thi cơng cùng lúc phần thân và

trúc cột gọn nhẹ tăng tính thẩm

phần hầm, đặc biệt phù hợp cho

mỹ kiến trúc.

thi công cấu kiện nằm bên dưới

Đặc tính cường độ sớm cao của

các kết cấu có sẵn tại khu vực

bê tơng giúp đẩy nhanh tiến độ

tầng hầm.

thi cơng. Từ đó, chủ đầu tư có thể


Ứng dụng trong cơng trình xây dựng dân dụng:

- Cho phép tiết kiệm thời gian
thi công: thi công nhanh hơn và
ít nhân cơng hơn cho cùng một
cơng việc

- Cho chất lượng bề mặt cấu kiện
đẹp hơn

- Cấu kiện có độ gắn kết giữa bê
tơng và cốt thép tốt hơn.
Hình 1-0-3: Ứng dụng
bê tơng tự lèn trong cấu
kiện có hình dáng phức
tạp
Bê tơng tự lèn được thực
hiện theo phương thức
bơm từ dưới lên thay vì
phải bơm từ trên xuống
như bê tông cổ điển.


Trang 6

b.

Tổng quan về bê tông tự lèn cốt liệu EPS

Bê tông nhẹ là một trong những vật liệu quan trọng cho cơng nghiệp xây dựng vì
những thuận lợi của ứng dụng và giá trị kinh tế. Những đặc tính cơ bản của bê tông
nhẹ được tạo ra trên cơ sở lỗ rỗng và khối lượng thể thấp có thể giúp giảm tải trọng
cơng trình xây dựng. Và xa hơn nữa, bê tơng nhẹ có thể giúp giảm chi phí cho việc
sử dụng ván khuôn và thép cũng như thúc đẩy nhanh q trình thì cơng. Ngồi ra,
bê tơng nhẹ có hiệu quả trong việc cách âm, cách nhiệt hơn so với bê tông cổ điển.
Nhiều sản phẩm của bê tông nhẹ được sản xuất trên cơ sở sử dụng cốt liệu nhẹ và
cốt liệu nhân tạo như: tro bay, xỉ, đá núi lửa, và hầu hết đều tốn khá nhiều chi phí
cho việc sản xuất do máy móc phức tạp hoặc quá đắc. Và đi đầu cho nghiên cứu này
là việc sử dụng cốt liệu nhẹ polystyrene có khối lượng thể tích khoảng 16 - 35kg/m3
dùng cho ứng dụng cách âm và cách nhiệt. Một số nghiên cứu điển hình như:


Kuhail, Z., “polystyrene lightweight concrete”, An-Najah university năm
2001.



Ismail, I., Saim, AA. And Saleh, A.L., “properties of hardened concrete
bricks containing expanded polystyrenebeads”, APSEC 2003.

Không những thế, bê tông polystyrene cũng được nghiên cứu trên các cấu kiện tấm
panel, dầm và sàn. Các đề tài cũng đã khảo sát các tính chất của bê tông nhẹ
polystyrene này như khối lượng thể tích, cường độ nén, cường độ uốn, modun đàn
hồi, hệ số cách nhiệt. Các nghiên cứu phải được kể đến, đó là:


Parton, G.M., “polystyrene beads concrete properties and mix design”, tạp

chí bê tơng năm 1982.



Baun, G., “styropore concrete technology properties and application”, năm
1974.



Maura cũng đã thiết kế bê tông styrene với khối lượng thể tích 220 – 460
kg/m 3 và cường độ nén 0.7 – 2.3 MPa.



Và Kuhail cũng đá thử nghiệm bê tông nhẹ styrene cường độ 20 MPa với
khối lượng thể tích thấp. Kuhail cũng đã tìm ra bê tơng nhẹ styrene với tính
cơng tác cao và tỉ lệ nước/ xi măng cao (<0.35)


Trang 7

Trong khi đó, ở Việt Nam bê tơng nhẹ styrene là một sản phẩm khá mới mẻ đối với
thị trường nước ta. Công ty Cổ phần Bê tông 620 - Châu Thới đã phối hợp với Công
ty TNHH Phát triển Kỹ nghệ ADAGE triển khai sản xuất bê tông polystyrol theo
công nghệ nhập ngoại của CH Pháp. Các sản phẩm bao gồm các loại tấm panel tiền
chế có thể vận chuyển thủ công (khối lượng mỗi tấm dưới 160kg) phục vụ nhu cầu
cải tạo và sửa chữa cơng trình. Tuy nhiên, giá thành sản phẩm bê tông polystyrol
của Công ty Cổ phần Bê tơng 620 - Châu Thới cịn cao do cốt liệu polystyrol của
hãng ADAGE là sản phẩm nhập ngoại.
Tại miền bắc, một số ứng dụng thử bê tông polystyrol đã được triển khai với quy

mô nhỏ trên cơ sở các nghiên cứu tiến hành tại Viện KHCN Xây dựng - Bộ Xây
dựng. Các nghiên cứu về bê tông polystyrol trong thời gian qua ở nước ta đã cho
thấy có thể chế tạo bê tơng polystyrol đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật sử dụng hạt
polystyrol thương phẩm có sẵn trên thị trường. Viện khoa học kỹ thuật Xây dựng
cũng đã có cơng trình nghiên cứu chế tạo loại bê tơng này với khối lượng thể tích từ
400 - 700 kg/m3, cường độ nén từ 1,0 - 6,5 MPa. Các sản phẩm đề xuất ứng dụng
gồm: tấm lát cách nhiệt hay chống nồm, khối lượng thể tích 500 - 600 kg/m 3, kích
thước 300x400mm độ dày tối thiểu 80 - 100mm; viên xây nhẹ khối lượng thể tích
600 - 700kg/m3, kích thước phù hợp TCVN 1451 : 1998; panel tường lắp nhanh,
khối lượng thể tích 700 - 800kg/m3; kết cấu đổ tại chỗ chống nồm cho sàn, chống
nóng cho mái phẳng khơng cốt thép, mái dốc có cốt thép. Đây là cơ sở để hạ giá
thành sản phẩm nhằm mục tiêu mở rộng sản xuất, ứng dụng các sản phẩm bê tông
polystyrol trong điều kiện Việt Nam.
Các nghiên cứu trong nước về bê tông nhẹ styrene ở Việt Nam cũng cần phải ghi
nhận sự đóng góp của các tác giả như:


Nguyễn Văn Chánh năm 2001 “Bê tông nhẹ trên cơ sở xi măng và sợi hữu cơ
cho công trình xây dựng trên nền đất yếu vùng đồng bằng sông Cửu Long.
Luận văn tiến sĩ kỹ thuật – ĐHXD.



Công nghệ sản xuất và sử dụng bê tông đặc biệt năm 2004. Hội thảo khoa
học toàn Quốc 2004 – Hội Công nghệ bê tông Việt Nam.


Trang 8



Nguyễn Như Quý (2002): Công nghệ vật liệu cách nhiệt. Nhà xuất bản Xây
dựng.



Kim Huy Hoàng, Đỗ Kim Kha, Trương Văn Việt, Bùi Đức Vinh, Nguyễn
Văn Chánh 2010 “Khảo sát tối ưu thành phần của bê tông nhẹ tạo rỗng bằng
hạt EPS để sản xuất panel tường và panel sàn dùng cho cơng trình nhà ở lắp
ghép”.

II.

Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài

a.

Mục tiêu của đề tài

Nghiên cứu bê tông tự lèn cốt liệu EPS để ứng dụng trong cơng trình xây dựng.

b.

Nhiệm vụ của đề tài

Luận văn tiến hành nghiên cứu trong phịng thí nghiệm với các vật liệu phổ biến
trên thị trường TP.HCM. Đề tài được xác định các nhiệm vụ ngay từ ban đầu như
sau:

- Tổng quan về bê tông tự lèn, bê tông tự lèn cốt liệu EPS: định nghĩa, thành

phần cấu tạo, các đặc tính đặc biệt và phương pháp thử phù hợp.

- Tổng quan cơ sở khoa học của bê tông tự lèn cốt liệu EPS.
- Khảo sát tính chất của hệ nguyên vật liệu: xi măng, cát, cát nghiền, phụ gia,
hạt EPS.

- Yêu cầu của bê tông tự lèn nhẹ cốt liệu EPS. Từ đó, giới hạn hướng nghiên
cứu và thử nghiệm của đề tài. Trên cơ sở đó thiết kế thành phần cấp phối bê
tông tự lèn nhẹ phù hợp với nội dung của đề tài.

- Khảo sát các tính chất cơ lý của bê tông tươi và bê tông đóng rắn tự lèn
khơng có cốt liệu EPS.

- Nghiên cứu ảnh hưởng của sự thay thế hàm lượng hạt xốp EPS đến các tính
chất của bê tơng tự lèn cốt liệu EPS.

- Khảo sát các tính chất cơ lý của bê tơng tự lèn cốt liệu EPS sau khi đóng rắn.
- Đánh giá kết quả thử nghiệm bê tông tự lèn và bê tông tự lèn nhẹ cốt liệu
EPS để phục vụ cho cơng trình xây dựng.


Trang 9

c.

Tính mới của đề tài

Với cấu trúc trịn và trơn láng, hạt EPS rất thuận lợi cho việc tạo rỗng nhưng lại
luôn là hiểm họa cho sự phân bố không đồng đều hoặc phân tầng (hạt EPS nổi trên
mặt bê tông). Do vậy, đa phần các khảo sát bê tông EPS ở Việt Nam chỉ mới dừng

lại ở bê tông cốt liệu EPS độ sụt thấp (độ sụt <= 100mm)
Để khắc phục hiện tượng phân tầng EPS trong bê tơng tự lèn, ngồi việc thiết kế
thành phần cấp phối bê tông với hàm lượng hạt mịn phù hợp, sử dụng thêm chất
chống phân tầng là điều cần thiết. Sử dụng chất chống phân tầng có nguồn gốc từ
cao su như là một hướng mới trong công nghệ sản xuất bê tông cũng như thúc đẩy
nền công nghiệp cao su trong nước phát triển.
Ngoài ra, đề tài cũng bắt kịp nhiều xu hướng mới của xã hội và kinh tế của Việt
Nam hiện nay:

-

Khả năng sử dụng EPS như cốt liệu nhằm thay thế cho cốt liệu mịn tự nhiên
đang ngày càng cạn kiệt.

-

Một hướng đi mới cho sản phẩm vật liệu xây dựng phù hợp với điều kiện khí
hậu, thân thiện với môi trường Việt Nam: sản phẩm nhẹ, cách âm, cách nhiệt,
tiêu tốn ít nguyên nhiên liệu.


Trang 10

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC
I.

Lý thuyết bê tông tự lèn

a.

Yêu cầu chung của bê tông tự lèn

Bê tông tự lèn cũng giống như bê tông cổ điển được chế tạo từ các vật liệu cấu
thành như chất kết dính xi măng, cốt liệu, nước và phụ gia. Sự khác nhau cơ bản
trong công nghệ thi công bê tông tự lèn là khơng có cơng đoạn tạo chấn động lèn
chặt bê tông. Để làm đầy cốp pha bằng trọng lượng bản thân, bê tông tự lèn cần đạt
khả năng chảy cao đồng thời khơng bị phân tầng. Vì vậy, đặc trưng cơ bản của loại
bê tông này là sự cân bằng giữa độ chảy và sự không phân tầng của hỗn hợp bê
tông. Khả năng lắp đầy và sự không phân tầng của hỗn hợp bê tông tự lèn được
định nghĩa qua bốn đặc tính sau:
Đặc tính

Phương pháp thử nghiệm

Khả năng chảy

Độ chảy xòe

Độ nhớt

T500 khi đo độ chảy xòe hoặc V box

Khả năng chảy qua

L box

Sự phân tầng

Qua sàng 4.75mm

Và để đạt được khả năng chảy cao – không phân tầng, yêu cầu kỹ thuật của bê tông
tự lèn thường được bổ sung thêm các yêu cầu đặc biệt bên cạnh các yêu cầu cơ bản
vốn có của bê tơng cổ điển.
 u cầu cơ bản: khơng có sự khác nhau giữa bê tông cổ điển và bê tơng tự lèn.
Các u cầu cơ bản có thể kể đến như cường độ nén, cỡ hạt lớn nhất của cốt liệu
lớn, tỉ lệ nước/ xi măng, hàm lượng xi măng,…
 Yêu cầu bổ sung được đề nghị như là sự cần thiết cho yêu cầu kỹ thuật của bê
tông tự lèn. Khi đó yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử được đề cập đến là:

- Giá trị T500 khi thử nghiệm độ chảy xòe hoặc phân loại theo phương pháp Vbox,

- Đánh giá theo phương pháp L-box,


Trang 11

- Đánh giá theo khả năng phân tầng,
- Yêu cầu về nhiệt độ của bê tông,
- Các yêu cầu đặc biệt khác.
Yêu cầu kỹ thuật của hỗn hợp bê tơng tự lèn tùy thuộc vào mục đích sử dụng, đặc
biệt kể đến là:

- Hình dạng cấu kiện, kích thước cấu kiện, đặc trưng cốt thép,….
- Thiết bị thi công: bơm, đổ xả trực tiếp, ống đổ,….
- Phương pháp thi cơng
- Phương pháp hồn thiện.
Tuy nhiên, dựa vào phân loại của bốn đặc tính cơ bản của bê tơng tự lèn cho phép
lựa chọn sự phù hợp của yêu cầu kỹ thuật bê tông. Bảng phân loại chi tiết 4 đặc tính
của bê tơng tự lèn như sau:
Khả năng chảy

Độ chảy xòe (SF)

3 cấp độ

Độ nhớt

Độ dẻo (T500 hoặc VF)

2 cấp độ

Khả năng chảy qua

L-box (LB)

2 cấp độ

Sự phân tầng

Qua sàng 4.75mm (SR)

2 cấp độ

Bảng 2-0-1: Phân loại bê tông tự lèn theo các thí nghiệm khác nhau
Property

Criteria

Slump-Flow class SF1

520mm, ≤ 700mm

Slump-Flow class SF2

640mm, ≤ 800mm

Slump-Flow class SF3

740mm, ≤ 900mm

Slump-Flow specified as a target value

± 80mm of target value

V-Funnel class VF1

≤ 10s

V-Funnel class VF2

7s, ≤ 27s

V-Funnel specified as a target value

± 3s

L-box class FA1

0.75

L-box class FA2

0.75