NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHẢ NĂNG CHỊU UỐN CỦA DẦM BÊ TƠNG CỐT THÉP CĨ TRO BAY THAY THẾ XI MĂNG

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN HOÀNG DI

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHẢ NĂNG
CHỊU UỐN CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ
TRO BAY THAY THẾ XI MĂNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình dân dụng và cơng nghiệp
Mã số: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Ng

ih

ng d n h

h c: TS NGUYỄN VĂN CH NH

Đà Nẵng - Năm 2019


LỜI CAM ĐOAN
Đề tài “Nghiên cứu thực nghiệm khả năng chịu uốn của dầm bê tơng cốt thép
có tro bay thay thế xi măng” dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Văn Chính được
Hiệu trưởng trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng Quyết định giao nhiệm vụ tại Quyết
định số 1528/QĐ-ĐHBK, ngày 14 tháng 9 năm 2018.
Tôi cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả

nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình
nào khác./.

Tác giả luận văn

Nguyễn Hồng Di


TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN
Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHẢ NĂNG CHỊU UỐN
CỦA DẦM BÊ TƠNG CỐT THÉP CĨ TRO BAY THAY THẾ XI MĂNG
Học viên: Nguyễn Hoàng D - Chun ngành: Kỹ thuật Xây dựng cơng trình DD và CN
Mã số: 60.58.02.08 - Khóa: K34, Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN

Tóm tắt:
Đề tài nghiên cứu thực nghiệm khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép khi tro bay
nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân được sử dụng để thay thế xi măng với các thành phần tỉ lệ tương
ứng là 0%, 10%, 20% và 40%. 12 dầm BTCT kích thước tiết diện ngang là 100x150 và chiều
dài là 1000mm được đúc và dưỡng hộ trong môi trường nước. Các dầm được thí nghiệm uốn
theo sơ đồ 4 điểm lần lượt tại các thời điểm 28 ngày, 56 ngày và 90 ngày.
Kết quả cho thấy rằng khi sử dụng tro bay Vĩnh Tân thay thế một phần xi măng, hình
dạng đường cong quan hệ lực chuyển vị của dầm bê tông cốt thép dường như không đổi
nhiều. Tro bay góp phần suy giảm rất ít khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép dù tỉ lệ
tro bay thay thế xi măng lên đến 40%. Trong giới hạn tỉ lệ tro bay thay thế xi măng từ 10%,
20% và 40% tất cả các dầm bê tông cốt thép đều phá hoại uốn. Trong giới hạn nghiên cứu của
luận văn có thể kết luận rằng tro bay có thể được sử dụng để thay thế một phần xi măng trong
dầm bê tông cốt thép. Những nghiên cứu sâu hơn cần được thực hiện với các tỉ lệ thay thế
khác nhau và với các loại tro bay tại các nhà máy nhiệt điện khác nhau.

Từ hó : Tro bay, dầm bê tông cốt thép, khả năng chịu uốn, lực, chuyển vị.
Project title:
EXPERIMENTAL STUDY OF BENDING RESISTANCE OF REINFORCED
CONCRETE BEAMS WITH FLY ASH REPLACING CEMENT
Abstract:
The project studied the flexural performance of reinforced concrete beams in which fly ash
from Vinh Tan power station was used to replace cement in the proportions of 0%, 10%, 20%
and 40%. Twelve reinforced concrete beams, dimensions of 100x150mm in cross section and
1000mm in longitudinal were cast and cured in water. These beams were flexurally tested
under 4 points bending at 28 days, 56 days and 90 days respectively.
The results show that fly ash does not affect the load and deflection curves. Fly ash reduced
slightly the flexural loads of reinforced concrete beams even when 40% was used to replace
cement. Whithin the range of proportion replacement from 10% to 40%, all beams were failed
in flexure. With in the range of investigation, fly ash can be used to replace cement in RC
beams. Further research should be conducted at varied proportions of fly ash replacement and
for different sources of fly ash.
Key words: fly ash, reinforced concrete beam, flexural performance, load, deflection.


MỤC LỤC
TRANG BÌA
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
TRANG TĨM TẮT LUẬN VĂN
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ......................................................................................1
2. Mục tiêu của đề tài ..............................................................................................2
. Đối tượng nghiên cứu .........................................................................................2

4. Phạm vi nghiên cứu. ...........................................................................................2
5. Bố cục của luận văn ............................................................................................3
CHƯƠNG 1. T NG UAN V B T NG, TRO BAY VÀ DẦM BÊ TÔNG
CỐT THÉP ...................................................................................................................... 4
1.1. B T NG VÀ B T NG CỐT THÉP ....................................................................4
1.1.1. Khái niệm thành phần, cấu trúc và phân loại bê tông ...................................4
1.1.2. Cường độ của bê tông. ..................................................................................5
1.1. . Cốt thép. ........................................................................................................8
1.1.4. Bê tông cốt thép ............................................................................................9
1.2. T NG UAN VÀ PH M VI NG DỤNG C A TRO BAY TRONG X Y
DỰNG .............................................................................................................................9
1.2.1. Khái nệm chung ............................................................................................9
1.2.2. Phân loại .......................................................................................................9
1.2. . Thành phần hóa học ....................................................................................11
1.2.4. Ảnh hưởng của tro bay đến một số đặc tính của bê tơng ...........................12
1.2.5. Một số cơng trình ứng dụng tro bay ở Việt Nam.......................................14
1.2.6. ng dụng tro bay trong một số lĩnh vực và cơng trình trên thế giới ..........15
1. . SỰ LÀM VIỆC C A DẦM B T NG CỐT THÉP ............................................16
1. .1. Sự làm việc của dầm BTCT ........................................................................16
1. .2. Các hình thức phá hoại của dầm .................................................................17
1. . . Trạng thái ứng suất biến dạng tại tiết diện thẳng góc dầm BTCT ..............18
1.4. KẾT LUẬN ............................................................................................................20
CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU SỬ DỤNG VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM .......................... 21
2.1. VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG THÍ NGHIỆM ...................................................21
2.1.1. Cát (Cốt liệu nhỏ) .......................................................................................21


2.1.2. Đá dăm (Cốt liệu lớn) .................................................................................22
2.1. . Xi măng.......................................................................................................24
2.1.4. Nước............................................................................................................25

2.1.5. Tro bay ........................................................................................................27
2.1.6. Cốt thép .......................................................................................................31
2.2. THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG THÍ NGHIỆM .....................................................32
2.2.1.Ván khn ....................................................................................................32
2.2.2. Đầm bê tơng ................................................................................................32
2.2.3. Máy nén ......................................................................................................32
2.2.4. Phòng dưỡng hộ mẫu ..................................................................................33
2.2.5. Máy trộn bê tơng: sử dụng máy trộn dung tích 00l ..................................34
2.2.6. Thiết bị uốn dầm bê tông: ...........................................................................34
2. KẾT LUẬN .............................................................................................................35
CHƯƠNG . NGHI N C U THỰC NGHIỆM KHẢ NĂNG CHỊU UỐN C A DẦM
B T NG CỐT THÉP CÓ TRO BAY THAY THẾ XI MĂNG ................................. 36
.1. GIỚI THIỆU CHUNG ...........................................................................................36
.2. CHƯƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM .........................................................................36
.2.1. Vật liệu sử dụng trong thí nghiệm ..............................................................36
.2.2. Chi tiết về chương trình thí nghiệm. ...........................................................36
.2. . Chi tiết về mẫu dầm BTCT sử dụng trong thí nghiệm. ..............................37
.2.4. Đúc mẫu và dưỡng hộ mẫu .........................................................................37
.2.5. Xác định độ sụt của các thành phần cấp phối .............................................39
.2.6. Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của bê tơng .................................40
.2.7. Thí nghiệm uốn dầm BTCT ........................................................................42
. . KẾT UẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................................43
. .1. Độ sụt của hỗn hợp bê tông tươi .................................................................43
. .2. Cường độ chịu nén của bê tông ..................................................................43
. . . uan hệ lực uốn- chuyển vị giữa dầm của các dầm BTCT ........................44
. .4. Hình dạng vết nứt .......................................................................................48
.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG ...........................................................................................49
KẾT LUẬN CHUNG VÀ KİẾN NGHỊ ........................................................................ 50
TÀI LIỆU THAM KHẢO
UYẾT ĐỊNH GIAO Đ TÀI LUẬN VĂN TH C SĨ (BẢN SAO)

BẢN SAO KẾT LUẬN C A HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT C A CÁC
PHẢN BIỆN.


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Hệ số chất lượng vật liệu A và A1...................................................................8
Bảng 1.2. Tiêu chuẩn tro bay theo ASTM ....................................................................10
Bảng 1. . Thành phần hóa học của tro bay theo vùng miền [4]....................................11
Bảng 1.4. Thành phần hóa học tro bay ở Ba Lan từ các nguồn nguyên liệu khác nhau
.................................................................................................................12
Bảng 2.1. Thành phần hạt của cát..................................................................................21
Bảng 2.2. Hàm lượng ion Cl- trong cát .........................................................................21
Bảng 2. . Thành phần hạt của cốt liệu lớn ....................................................................22
Bảng 2.4. Mác của đá dăm từ đá thiên nhiên theo độ nén dập ......................................23
Bảng 2.5. Yêu cầu về độ nén dập đối với sỏi và sỏi dăm ..............................................23
Bảng 2.6. Các chỉ tiêu chất lượng của xi măng poóc lăng ............................................24
Bảng 2.7. So sánh chỉ tiêu chất lượng của Xi măng Sông Gianh PCB40 với TCVN ...25
Bảng 2.8. Hàm lượng tối đa cho phép của muối hịa tan, ion sun at, ion clorua và cặn
khơng tan trong nước trộn vữa ................................................................26
Bảng 2.9. Hàm lượng tối đa cho phép của muối hòa tan, ion sun at, ion clorua và cặn
không tan trong nước dùng để rửa cốt liệu và bảo dưỡng bê tông ..........26
Bảng 2.10. Các yêu cầu về thời gian đông kết của xi măng và cường độ chịu nén của
vữa ...........................................................................................................27
Bảng 2.11. Chỉ tiêu chất lượng tro bay dùng cho bê tông và vữa xây ..........................28
Bảng 2.12. Kết quả thí nghiệm tro bay..........................................................................29
Bảng 2.1 . Kết quả kéo thép .........................................................................................32
Bảng .1. Chương trình thí nghiệm ...............................................................................37
Bảng .2. Tỉ lệ thành phần cấp phối của bê tông đúc dầm ............................................37
Bảng . . Kết quả độ sụt ...............................................................................................43
Bảng .4. Kết quả cường độ chịu nén của bê tông ........................................................43

Bảng .5. Kết quả uốn dầm bê tông cốt thép ................................................................44


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Cấu trúc của bê tơng ........................................................................................4
Hình 1.2. Đồ thị tăng cường độ theo thời gian ................................................................6
Hình 1. . Sự phụ thuộc của cường độ bê tơng vào lượng nước nhào trộn ................7
Hình 1.4. Các dạng khe nứt trong dầm đơn giản ...........................................................16
Hình 1.5. Phá hoại ở dầm ..............................................................................................17
Hình 1.6. Các giai đoạn của trạng thái ứng suất - biến dạng trên tiết diện thẳng góc. ..19
Hình 2.1. Cát đúc bê tơng, mỏ cát Túy Loan ................................................................22
Hình 2.2. Đá 1x2, mỏ đá Phước Tường.........................................................................22
Hình 2. . Xi măng Sơng Gianh PCB 40 ........................................................................24
Hình 2.4. Tro bay Vĩnh Tân 4 .......................................................................................27
Hình 2.5. Hình về chứng thư của tro bay ......................................................................29
Hình 2.6. Hình về chứng thư của tro bay ......................................................................30
Hình 2.7. Thép

8 trịn trơn - Việt Mỹ (VAS) ............................................................31

Hình 2.8. Thí nghiệm kéo thép ......................................................................................31
Hình 2.9. Ván khn đúc mẫu nén và đo độ sụt bê tơng...............................................32
Hình 2.10. Máy nén bê tơng ..........................................................................................33
Hình 2.11. Khu Thí nghiệm và bể ngâm bảo dưỡng mẫu .............................................33
Hình 2.12. Lắp đặt dầm vào gối để thực hiện uốn dầm ................................................34
Hình 2.1 . Thiết bị đo lực và đọc số liệu ......................................................................34
Hình 2.14. Thiết bị đo chuyển vị ...................................................................................35
Hình .1. Chi tiết dầm BTCT ........................................................................................37
Hình .2. Cân, đo các thành phần cấp phối và trộn bê tơng ..........................................38
Hình . . Dưỡng hộ mẫu dầm BTCT ............................................................................39

Hình .4. Đo độ sụt ........................................................................................................39
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình

.5. Tiến hành đo độ sụt .......................................................................................40
.6. uá trình nén mẫu .........................................................................................40
.7. Mẫu nén sau gia tải ........................................................................................41
.8. Kết quả từ phần mềm R = P/A ......................................................................41
.9. Hình vẽ thí nghiệm uốn dầm 4 điểm .............................................................42
.10. Hệ thống thí nghiệm uốn dầm bốn điểm .....................................................42
.11. Thí nghiệm uốn dầm theo sơ đồ 4 điểm ......................................................42
3.12. Biểu đồ quan hệ lực uốn và chuyển vị giữa dầm của các dầm nhóm 1 (28
ngày) ........................................................................................................45


Hình .1 . Biểu đồ quan hệ lực uốn và chuyển vị giữa dầm của các dầm nhóm 2
(56 ngày) ..................................................................................................46
Hình 3.14. Biểu đồ quan hệ lực uốn và chuyển vị giữa dầm của các dầm nhóm
(90 ngày) ..................................................................................................47
Hình .15. Dạng phá hoại của dầm và hình ảnh vết nứt nhóm 1(28 ngày) ...................48
Hình .16. Dạng phá hoại của dầm và hình ảnh vết nứt nhóm 2 (56 ngày). .................48
Hình .17. Dạng phá hoại của dầm và hình ảnh vết nứt nhóm (90 ngày) ..................49

1
MỞ ĐẦU
1 Tính cấp thiết củ đề tài
Trong nhiều thế kỷ qua, con người ln tìm kiếm một vật liệu xây dựng thỏa mãn
các yêu cầu về sử dụng, chịu lực, độ bền và hiệu quả kinh tế. Cùng với sự phát triển
của khoa học nhiều loại vật liệu mới đã được nghiên cứu và chế tạo thành cơng trong
đó có tro bay để thay thế xi măng. Tro bay là sản phẩm được tạo ra từ quá trình đốt
than của các nhà máy nhiệt điện. Các hạt bụi tro được đưa ra qua các đường ống khói
sau đó được thu hồi từ phương pháp kết sương tĩnh điện hoặc bằng phương pháp lốc
xoáy. Tro bay là những tinh cầu tròn siêu mịn được cấu thành từ các hạt silic có kích
thước hạt là 0,05 micromet, nhờ bị thiêu đốt ở nhiệt độ rất cao trong lị đốt nên có tính
puzzolan là tính hút vơi rất cao [13].
Nhờ độ mịn cao, độ hoạt tính lớn cộng với lượng silic tinh rịng (SiO2) có rất
nhiều trong tro bay, nên khi kết hợp với ximăng puzzolan hay các loại chất kết dính
khác sẽ tạo ra các sản phẩm bê tơng có khả năng tăng mác bê tông, giảm khả năng xâm
thực của nước, chống chua mặn; chống rạn nứt, giảm co gãy, cải thiện bề mặt sản
phẩm và có tính chống thấm cao; tính chịu lực cao của bê tơng; chống được sự xâm
nhập của acid sul uric của bê tông hiện đại; tạo tính bền sul at cho bê tơng của xi măng
portland; hạ nhiệt độ cho bê tông [14].
Bê tông cốt thép là sự kết hợp giữa bê tông và cốt thép, bê tơng là một loại đá
nhân tạo, giịn có cường độ chịu nén (Rb) tốt, cường độ chịu kéo (Rbt) kém. Thép là
loại vật liệu đàn hồi có độ dẻo tương đối lớn có cường độ chịu nén và cường độ chịu
kéo khá cao. Bê tông và cốt thép là sự kết hợp hợp lý giữa hai loại vật liệu có tính chất
cơ học khác nhau để tạo nên một loại vật liệu mới có nhiều ưu điểm. Bê tơng và cốt
thép có thể cùng cộng tác chịu lực là do lực dính, chúng có thể truyền lực từ bê tơng
sang cốt thép hoặc ngược lại. Lực dính có tầm quan trọng hàng đầu đối với bê tơng cốt
thép, nhờ lực dính mà cường độ cốt thép mới được khai thác triệt để, giảm bề rộng vết
nứt ở miền bê tông chịu kéo, [4].
Khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép (BTCT) phụ thuộc chủ yếu vào
cường độ chịu nén, kéo của bê tông, cường độ chịu kéo, nén của cốt thép và lực dính

giữa bê tơng và cốt thép. Các lý thuyết tính tốn cấu kiện dầm bê tông cốt thép thường
giả thiết bỏ qua khả năng chịu kéo của bê tơng, tồn bộ lực kéo do cốt thép chịu, và
lực dính giữa bê tơng và cốt thép phải lớn để đảm bảo biến dạng của cốt thép và bê
tông tại bề mặt tiếp xúc với cốt thép là như nhau. Tuy nhiên thực tế làm việc của dầm
bê tơng cốt thép khơng hồn tồn như các giả thiết nêu trên, khả năng chịu lực của
dầm bê tông cốt thép chịu ảnh hưởng của lực dính giữa bê tơng và cốt thép cũng như
khả năng chịu kéo của bê tông miền kéo.


2
Các nghiên cứu trước đó chỉ ra rằng khi tro bay được sử dụng để thay thế xi
măng thì cường độ chịu nén, kéo của bê tông sẽ giảm ở giai đoạn trước 28 ngày nhưng
sau đó sẽ tăng, thời gian và mức độ tăng cường độ phụ thuộc vào tỉ lệ thành phần tro
bay thay thế xi măng và loại tro bay [5]. Tuy nhiên chưa có nghiên cứu thực nghiệm
cụ thể nào về ảnh hưởng của tro bay đối với sự làm việc chung của bê tông và cốt thép
cũng như khả năng chịu uốn của dầm BTCT.
Đây chính là lý do tác giả làm đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu thực nghiệm khả
năng chịu uốn của dầm bê tơng cốt thép có tro bay thay thế xi măng”.
2 Mục tiêu củ đề tài
- Nghiên cứu thực nghiệm khả năng chịu uốn của dầm BTCT khi bê tông sử
dụng đúc dầm có tro bay thay thế xi măng. Các tỉ lệ tro bay thay thế xi măng lần lượt
là 10%, 20% và 40%.
- Xem xét sự ảnh hưởng của tro bay đối với sự làm việc chung giữa bê tông và
cốt thép trong dầm BTCT thông qua các thơng số đo được từ thực nghiệm như trình
bày ở mục .
Đối t ng nghiên c u
- Các loại vật liệu địa phương: Cát k lam (huyện Điện Bàn tỉnh uảng Nam), đá
Phước Lý (tp Đà N ng), xi măng sơng Gianh; cốt thép trịn trơn Ф8;
- Dầm bê tơng cốt thép có kích thước tiết diện 100x150mm và chiều dài dầm là
1000mm, trong đó bê tơng đúc dầm có tro bay được sử dụng để thay thế xi măng với

các tỉ lệ là 10%, 20% và 40%. Cốt thép trong dầm có cốt dọc chịu lực dùng thép Ф8
trịn trơn.
- Thí nghiệm khả năng chịu lực của dầm bê tông cốt thép tại các thời điểm 28,
56, 90 ngày.
- Các thông số cần đo đạc và đánh giá: Biểu đồ quan hệ giữa lực - chuyển vị
đứng tại vị trí giữa dầm; hình dánh, chiều dài và bề rộng của vết nứt trên dầm bê tông
cốt thép.
4 Phạm vi nghiên c u.
- Nghiên cứu tổng quan về sự làm việc của dầm bê tông cốt thép và các nhân tố
ảnh hưởng đến khả năng chịu uốn của dầm bê tơng cốt thép.
- Nghiên cứu tổng quan về vai trị của tro bay đối với sự phát triển cường độ chịu
nén, kéo của bê tơng.
- Thực hiện các thí nghiệm dựa trên tiêu chuẩn: TCVN 105:199 : Hỗn hợp bê
tông nặng và bê tông nặng - Lấy mẫu, chế tạo và bảo dưỡng mẫu thử; TCVN
106:199 : Hỗn hợp bê tông nặng - Phương pháp thử độ sụt; TCVN 118:199 : Bê
tông nặng - Phương pháp xác định cường độ nén.
- Thí nghiệm uốn dầm bê tơng cốt thép dựa vào phương pháp uốn 4 điểm theo


3
tiêu chuẩn TCVN 119 : 199 .
- Phân tích các kết quả thí nghiệm về khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt
thép dựa vào biểu đồ quan hệ lực – chuyển vị giữa dầm và vết nứt của dầm bê tông cố
thép.
- Đánh giá sự ảnh hưởng của tro bay thay thế xi măng đến khả năng chịu uốn của
dầm bê tông cốt thép dựa vào việc phân tích kết quả trên.
5 Bố cục củ luận văn
Chương 1: Tổng quan về bê tông, dầm bê tông cốt thép và tro bay, ứng dụng của
tro bay trong xây dựng.
Chương 2: Vật lıệu sử dụng và thıết bị thí nghıệm.

Chương : Thí nghiệm xác định ảnh hưởng của tro bay đến khả năng chịu uốn
của dầm bê tông cốt thép.


4

T NG

CHƯƠNG 1
UAN V BÊ TÔNG TRO BAY VÀ DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP

1.1. BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP
1 1 1 Khái niệm thành phần cấu trúc và phân l ại bê tông
Bê tông là một loại đá nhân tạo được chế tạo từ các vật liệu rời (cát, đá, sỏi) và
chất kết dính (thường là xi măng), nước và có thể thêm phụ gia. Vật liệu rời cịn gọi là
cốt liệu, cốt liệu có 2 loại bé và lớn. Loại bé là cát có kích thước (1-5)mm, loại lớn là
sỏi hoặc đá dăm có kích thước (5-40)mm. Chất kết dính là xi măng trộn với nước hoặc
các chất dẻo khác [4].
Phụ gia nhằm cải thiện một số tính chất của bê tơng trong lúc thi cơng cũng như
trong q trình sử dụng. Có nhiều loại phụ gia như phụ gia nâng cao độ dẻo của hỗn
hợp bê tông, tăng nhanh hoặc kéo dài thời gian đông kết của bê tông, nâng cao cường
độ của bê tông trong thời gian đầu, chống thấm…[4].
Nguyên lý tạo nên bê tông là dùng các cốt liệu lớn làm thành bộ khung, cốt liệu
nhỏ lấp đầy các khoảng trống và dùng chất kết dính liên kết chúng lại thành một thể
đặc chắc có khả năng chịu lực và chống lại các biến dạng.
Bê tơng có cấu trúc khơng đồng nhất vì hình dáng, kích thước cốt liệu khác nhau,
sự phân bố của cốt liệu và chất kết dính khơng thật đồng đều, trong bê tơng vẫn cịn lại
một ít nước thừa và những lỗ rỗng li ti (do nước thừa bốc hơi).
uá trình khơ cứng của bê tơng là q trình thủy hóa của xi măng, q trình thay
đổi lượng nước cân bằng, sự giảm keo nhớt, sự tăng mạng tinh thể của đá xi măng.

Các quá trình này làm cho bê tơng trở thành vật liệu vừa có tính đàn hồi vừa có tính
dẻo.

Hình 1.1. Cấu trúc của bê tơng


5

Bê tông được phân loại như sau:
Theo cấu trúc: Bê tơng đặc chắc, bê tơng có lỗ rỗng (dùng ít cát), bê tông tổ ong,
bê tông xốp.
Theo dung trọng: bê tơng nặng (γ = 2200 ÷ 2500 daN/m3); bê tơng nặng cốt liệu
bé (γ = 1800 ÷ 2200 daN/m3); bê tông nhẹ (γ < 1800 daN/m3); bê tông đặc biệt nặng (
γ > 2500 daN/m3).
Theo chất kết dính: bê tơng xi măng, bê tông nhựa, bê tông chất dẻo, bê tông
thạch cao, bê tông xỉ, bê tông sillicat.
Theo phạm vi sử dụng: bê tông làm kết cấu chịu lực, bê tơng chịu nóng, bê tơng
cách nhiệt, bê tơng chống xâm thực v.v…
Theo thành phần hạt: bê tông thông thường, bê tông cốt liệu bé, bê tông chèn đá
hộc.
1.1.2. C ng độ củ bê tông.
Cường độ của bê tông là chỉ tiêu quan trọng thể hiện khả năng chịu lực của vật
liệu. Cường độ của bê tông phụ thuộc vào thành phần và cấu trúc của nó. Với bê tơng
cần xác định cường độ chịu nén và cường độ chịu kéo.
Cường độ chịu nén được xác định dựa và việc thí nghiệm nén mẫu. Mẫu có thể
chế tạo bằng các cách khác nhau như lấy hỗn hợp bê tông đã được nhào trộn để đúc
mẫu hoặc dùng thiết bị chuyên dùng khoan lấy mẫu từ kết cấu có s n. Mẫu đúc từ hỗn
hợp bê tơng có hình dáng là khối vng cạnh a (a = 100; 150; 200mm), khối hình trụ
có đáy vng hoặc trịn, được thực hiện theo điều kiện chuẩn trong thời gian 28 ngày.
Bê tông thông thường có R= 5÷ 0 Mpa. Bê tơng có R> 40Mpa là loại cường độ cao.

Hiện nay, người ta đã chế tạo được các loại bê tơng đặc biệt có R≥ 80Mpa [3].
Cường độ chịu kéo được đo trên cơ sở uốn dầm bê tông. Thông thường cường độ
chịu kéo bằng khoảng 10-20% cường độ chịu nén của bê tông, tùy thuộc vào kích
thước, hình dạng của các loại cốt liệu. Tuy nhiên việc xác định mối quan hệ giữa
cường độ chịu uốn và cường độ chịu nén của bê tông một cách chính xác nhất là thơng
qua việc thực hiện thí nghiệm mẫu [3].
Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ của bê tông bao gồm:
+Thành phần và công nghệ chế tạo: Cường độ của BT lớn hay bé là do thành
phần và công nghệ chế tạo quyết định. Một số yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến cường độ
BT như Chất lượng và số lượng xi măng; Độ cứng, độ sạch và cấp phối cốt liệu; Tỷ lệ
giữa nước và xi măng; Chất lượng của việc nhào trộn, đổ, đầm và điều kiện bảo dưỡng
BT. Nói chung các nhân tố trên ảnh hưởng quyết định đến R, Rt nhưng mức độ có
khác nhau. Ví dụ tỷ lệ nước trên ximăng N/XM có ảnh hưởng rất lớn đến R và có phần


6
ít hơn đối với Rt; độ sạch cốt liệu ảnh hưởng lớn đến R và rất lớn đối với Rt cũng như
khả năng chịu cắt của BT [3].
+ Tuổi của bê tơng: Tuổi là thời gian t (ngày) tính từ lúc chế tạo BT đến khi nó
chịu lực. Cường độ của bê tông tăng theo thời gian. Thời gian đầu cường độ tăng
nhanh, sau chậm dần. Với BT dùng xi măng pooclăng chế tạo và bảo dưỡng trong điều
kiện bình thường, cường độ tăng nhanh trong 28 ngày đầu [3]. Để biểu diễn sự tăng
của R theo t có thể dùng một số công thức thực nghiệm. Công thức của B.G.
XKramtaep (1935) theo qui luật logarit, với t = 7÷ 00 ngày:

R
R28
Rt
0

28

t

Hình 1.2. Đồ thị tăng cường độ theo thời gian
Trong môi trường thuận lợi (nhiệt độ dương, độ ẩm cao) sự tăng cường độ có thể
kéo dài trong nhiều năm. Cịn trong điều kiện khơ hanh hoặc nhiệt độ thấp sự tăng
cường độ trong thời gian sau này là khơng đáng kể.
Dùng hơi nước nóng để bảo dưỡng BT làm cho cường độ tăng rất nhanh trong
vài ngày đầu, nhưng sẽ làm cho BT trở nên dòn hơn và có cường độ cuối cùng thấp
hơn so với BT được bảo dưỡng theo điều kiện tiêu chuẩn [3].
+Ảnh hưởng của tốc độ gia tải và thời gian tác dụng của tải trọng
Tốc độ gia tải khi thí nghiệm cũng ảnh hưởng đến cường độ của mẫu. Tốc độ gia
tải qui định bằng 2kg/cm2/giây và cường độ đạt được là R. Khi gia tải rất chậm, cường
độ BT chỉ đạt khoảng (0,85-0.90)R. Khi gia tải nhanh, cường độ BT có thể đạt (1,151,20)R.
Thí nghiệm nén mẫu bê tơng đến ứng suất 0,90 đến 0,95R, rồi giữ nguyên lực
nén trong thời gian dài thì một lúc nào đó mẫu cũng bị phá hoại. Đó là hiện tượng bê
tơng bị giảm
+Ảnh hưởng của tỉ lệ N/X đến cường độ chịu nén, chịu uốn của bê tông
Đá xi măng (mác xi măng và tỷ lệ X/N ) có ảnh hưởng lớn đến cường độ của bê


7
tông. Sự phụ thuộc của cường độ bê tông vào tỷ lệ X/N thực chất là phụ thuộc vào
thể tích rỗng tạo ra do lượng nước dư thừa. Hình 1.3 biểu thị mối quan hệ giữa cường
độ bê tông và lượng nước nhào trộn.
Độ rỗng tạo ra do lượng nước thừa có thể xác định bằng cơng thức:
r=

N

x
.100(%)
1000

Trong đó:
- N, X : Lượng nước và lượng xi măng trong 1m bê tơng (kg).
: Lượng nước liên kết hóa học tính bằng % khối lượng xi măng. Ở tuổi

-

28 ngày lượng nc liờn kt húa hc khong 15 - 20%.
40

bê tông khi nén, mpa

C-ờng độ giới hạn của

a

b

c

d

30

20

1

0
110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

l-ợng n-ớc nhào trộn, kg/m3

Hình 1.3. Sự phụ thuộc của cường độ bê tơng vào lượng nước nhào trộn
Ghi chú:
a-Vùng hỗn hợp bê tông cứng khơng đầm chặt được;
b-Vùng hỗn hợp bê tơng có cường độ và độ đặc cao;
c-Vùng hỗn hợp bê tông dẻo;
d-Vùng hỗn hợp bê tông chảy

Mối quan hệ giữa cường độ bê tông với mác xi măng, tỷ lệ X/N được biểu thị
qua công thức Bolomey-Skramtaev sau:
Đối với bê tông có X/N = 1,4 2,5 thì:
Rb = A. Rx ( – 0,5)
Đối với bê tơng có X/N > 2,5 thì:
Rb = A1. Rx ( + 0,5)


8

Trong đó:
- Rb: Cường độ nén của bê tơng ở tuổi 28 ngày (kG/cm2).
- Rx: Mác của xi măng (cường độ) (kG/cm2).
- A, A1 là hệ số được xác định theo chất lượng vật liệu và phương pháp xác định
mác xi măng (bảng 1-1).
- X/N là Tỉ lệ Xi măng/nước.
Bảng 1.1. Hệ số chất lượng vật liệu A và A1
Hệ số A và A1 ứng với
Chất
lượng
vật liệu

Chỉ tiêu đánh giá

phương pháp thử mác xi măng.
TCVN
TCVN
6016:95
4032:85
A1

A1
A
A

- Xi măng hoạt tính cao khơng trộn phụ
Tốt

gia thuỷ.

0.54

0.34

0.6

0.38

0.5

0.32

0.55

0.35

- Cốt liệu: Đá có 1chỉ tiêu chưa phù hợp 0.45

0.29

0.5

0.32

- Cốt liệu: Đá sạch, cường độ cao, cấp phối
hạt tốt. Cát sạch, Mdl = 2.4 2.7

- Xi măng hoạt tính trung bình, xi măng
pc lăng hỗn hợp chứa 10 15% phụ gia
Trung
bình

thuỷ.

- Cốt liệu: Đá có chất lượng phù hợp
TCVN1771:1987. Cát phù hợp TCVN
1770:1986, có Mdl = 2 2.4

- Xi măng hoạt tính thấp, xi măng poóc
lăng hỗn hợp chứa trên 15% phụ gia thuỷ.
Kém

TCVN 1771:1987. Cát nhỏ Mdl<2.
1.1.3. Cốt thép.
Cốt thép có Φ ≥ 10mm được sản xuất thành thanh có chiều dài thường khơng quá
1 m (thường là 11,7m). Cốt thép có Φ < 10mm được sản xuất thành cuộn, mỗi cuộn
có trọng lượng dưới 500kg.
Sau khi sản xuất cốt thép bằng phương pháp cán nóng, cốt thép được đem dùng
để xây dựng cơng trình. Một số cốt thép cịn có thể được gia công nguội (kéo nguội,
dập nguội) hoặc gia công nhiệt (tôi) [6].
Thép kéo nguội được thực hiện bằng cách kéo các cốt thép sao cho ứng suất vượt

quá giới hạn chảy của nó, làm như vậy sẽ tăng cường độ của thép nhưng làm giảm độ


9
dẻo. Dây thép kéo nguội cịn có thể được chuốt qua các khn có đường kính nhỏ dần
để nâng cường độ lên cao hơn nữa. Dây thép kéo nguội thường có đường kính ÷ 8
mm. Thép được gia cơng nhiệt bằng cách nung nóng đến nhiệt độ 950oC trong khoảng
một phút rồi tơi nhanh vào nước hoặc dầu, sau đó nung trở lại đến 400oC và để nguội
từ từ. Làm như vậy sẽ nâng cao cường độ của cốt thép và giữ được độ dẻo cần thiết
[6].
Về hình thức cốt thép được sản xuất thành các thanh có tiết diện trịn, mặt ngồi
nh n (cốt thép trịn trơn) hoặc mặt ngồi có gờ (cốt thép có gờ hoặc cốt thép vằn). Các
gờ trên bề mặt cốt thép có tác dụng nâng cao khả năng dính bám của nó với bê tơng.
Để làm cốt cho bê tơng cũng có thể dùng các thanh thép hình như thép góc, thép chữ
U, chữ I. Đó là cốt thép cứng có khả năng chịu lực khi thi công.
1.1.4. Bê tông cốt thép
Bê tông là vật liệu đá nhân tạo giịn có cường độ chịu nén Rb tốt, nhưng cường
độ chịu kéo Rbt kém, thép là loại vật liệu đàn hồi có độ dẻo tương đối lớn có cường độ
chịu nén và cường độ chịu kéo khá cao. Bê tông và cốt thép là sự kết hợp hợp lý giữa
hai loại vật liệu có tính chất cơ học khác nhau để tạo nên một loại vật liệu mới có
nhiều ưu điểm. Bê tơng cốt thép có thể cùng cộng tác chịu lực là do [6]:
- Bê tơng và cốt thép dính chặt với nhau nhờ lực dính nên có thể truyền lực từ bê
tơng sang cốt thép, hoặc ngược lại. Lực dính có tầm quan trọng hàng đầu đối với bê
tông cốt thép, nhờ lực dính mà cường độ cốt thép mới được khai thác triệt để, giảm bề
rộng vết nứt ở miền bê tông chịu kéo… Chính vì thế ta phải tìm ra các biện pháp để
tăng cường lực dính giữa bê tơng và cốt thép.
- Giữa bê tông và cốt thép không xảy ra phản ứng hóa học, đồng thời bê tơng cịn
bảo vệ cốt thép chống lại các tác dụng ăn mòn của mơi trường.
- Cốt thép và bêtơng có hệ số giãn nở nhiệt α gần bằng nhau (αbt = 0,000010 đến
0,000015; αct = 0,000012). Do đó khi nhiệt độ thay đổi trong phạm vi thông thường

(dưới 100oC) trong cấu kiện không xuất hiện nội ứng suất đáng kể, không làm phá
hoại lực dính giữa bêtơng và cốt thép.
1.2. T NG UAN VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA TRO BAY TRONG X Y
DỰNG
1 2 1 Khái nệm chung
Tro bay là phế thải sinh ra khi đốt các nguyên liệu hóa thạch như than đá, than
nâu….Trong các Nhà máy nhiệt điện nơi sử dụng lượng lớn nhiên liệu hóa thạch để
sản xuất điện năng thì ngồi lượng tro xỉ nằm lại dưới lò những hạt tro rất nhỏ được
cuốn theo các luồn khí trong các ống khói của nhà máy thải ra bên ngoài.
1 2 2 Phân l ại
Trước đây ở châu u cũng như ở Vương quốc Anh phần tro này thường được


10
cho là tro của nhiên liệu đốt đã được nghiền mịn . Nhưng ở Mỹ, loại tro này được gọi
là tro bay bởi vì nó thốt ra cùng với khí ống khói và “bay” vào trong khơng khí. Và
thuật ngữ tro bay ( ly ash) được dùng phổ biến trên thế giới hiện nay để chỉ phần thải
rắn thoát ra cùng các khí ống khói ở các nhà máy nhiệt điện.
Ở một số nước, tùy vào mục đích sử dụng mà người ta phân loại tro bay theo các
loại khác nhau. Theo tiêu chuẩn DBJ08-230-98 của thành phố Thượng Hải, Trung
uốc, tro bay được phân làm hai loại là tro bay có hàm lượng canxi thấp và tro bay có
hàm lượng canxi cao. Tro bay có chứa hàm lượng canxi 8% hoặc cao hơn (hoặc CaO
tự do trên 1%) là loại tro bay có hàm lượng canxi cao. Do đó, CaO trong tro bay hoặc
CaO tự do được sử dụng để phân biệt tro bay có hàm lượng canxi cao với tro bay hàm
lượng canxi thấp. Theo cách phân biệt này thì tro bay có hàm lượng canxi cao có màu
hơi vàng trong khi đó tro bay có hàm lượng canxi thấp có màu hơi xám.
Theo cách phân loại của Canada, tro bay được chia làm ba loại:
- Loại F : Hàm lượng CaO ít hơn 8%
- Loại CI : Hàm lượng CaO lớn hơn 8% nhưng ít hơn 20%
- Loại C : Hàm lượng CaO lớn hơn 20%

Trên thế giới hiện nay, thường phân loại tro bay theo tiêu chuẩn ASTM C618.
Theo cách phân loại này thì phụ thuộc vào thành phần các hợp chất mà tro bay được
phân làm hai loại là loại C và loại F [11].
Bảng 1.2. Tiêu chuẩn tro bay theo ASTM [5]
Các yêu cầu the tiêu chuẩn ASTM Đơn L n nhất
Nhóm Nhóm
C618
vị
/nhỏ nhất
F
C
Yêu cầu hóa học
SiO2 + Al2O3 + Fe2O3

%

nhỏ nhất

70

50

SO3

%

lớn nhất

5

5

Hàm lượng ẩm

%

lớn nhất

3

3

Hàm lượng mất khi nung

%

lớn nhất

5

5

1,5

1,5

Yêu cầu hóa học khơng bắt buộc
Chất kiềm

%

Độ mịn (+ 25)

%

lớn nhất

34

34

Hoạt tính pozzolanic so với xi măng (7 ngày)

%

nhỏ nhất

75

75

Hoạt tính pozzolanic so với xi măng (28
ngày)

%

nhỏ nhất

75

75

%

lớn nhất

105

105

Yêu cầu vật lý

Lượng nước yêu cầu


11
Các yêu cầu the tiêu chuẩn ASTM
C618

Đơn
vị

L n nhất
/nhỏ nhất

Nhóm
F

Nhóm
C

Độ nở trong nồi hấp

%

lớn nhất

0,8

0,8

Yêu cầu độ đồng đều về tỷ trọng

%

lớn nhất

5

5

Yêu cầu độ đồng đều về độ mịn

%

lớn nhất

5

5

Phân loại theo tiêu chuẩn ASTM:
- Tro bay là loại F nếu tổng hàm lượng (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) lớn hơn 70%.
- Tro bay là loại C nếu tổng hàm lượng (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) nhỏ hơn 70%.
1 2 Thành phần hó h c
Tro của các nhà máy nhiệt điện gồm chủ yếu các sản phẩm tạo thành từ quá trình
phân hủy và biến đổi của các chất khống có trong than đá [1]. Thơng thường, tro ở
đáy lò chiếm khoảng 25% và tro bay chiếm khoảng 75% tổng lượng tro thải ra. Hầu
hết các loại tro bay đều là các hợp chất silicat bao gồm các oxit kim loại như SiO2,
Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, CaO,… với hàm lượng than chưa cháy chỉ chiếm một phần
nhỏ so với tổng hàm lượng tro, ngồi ra cịn có một số kim loại nặng như Cd, Ba, Pb,
Cu, Zn,... Thành phần hóa học của tro bay phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu than đá sử
dụng để đốt và điều kiện đốt cháy trong các nhà máy nhiệt điện.
Bảng 1.3. Thành phần hóa học của tro bay theo vùng miền [4]
Khoảng (% khối lượng)
Thành phần
Châu Âu
Mỹ
Trung uốc
Ấn Độ
Australia
SiO2
28,5-59,7
37,8-58,5
35,6-57,2
50,2-59,7
48,8-66,0
Al2O3
12,5-35,6
19,1-28,6

18,8-55,0
14,0-32,4
17,0-27,8
Fe2O3
2,6-21,2
6,8-25,5
2,3-19,3
2,7-14,4
1,1-13,9
CaO
0,5-28,9
1,4-22,4
1,1-7,0
0,6-2,6
2,9-5,3
MgO
0,6-3,8
0,7-4,8
0,7-4,8
0,1-2,1
0,3-2,0
Na2O
0,1-1,9
0,3-1,8
0,6-1,3
0,5-1,2
0,2-1,3
K2 O
0,4-4,0
0,9-2,6

0,8-0,9
0,8-4,7
1,1-2,9
P2O5
0,1-1,7
0,1-0,3
1,1-1,5
0,1-0,6
0,2-3,9
TiO2
0,5-2,6
1,1-1,6
0,2-0,7
1,0-2,7
1,3-3,7
MnO
0,03-0,2
0,5-1,4
SO3
0,1–12,7
0,1–2,1
1,0–2,9
0,1–0,6
MKN
0,8–32,8
0,2–11,0
0,5-5,0
Tùy thuộc vào loại nhiên liệu mà thành phần hóa học trong tro bay thu được khác
nhau. Các nhà khoa học Ba Lan tiến hành nghiên cứu thành phần hóa học của tro bay
với hai nguồn nguyên liệu sử dụng trong các nhà máy nhiệt điện của nước này là than

nâu và than đen [1]:


12
Bảng 1.4. Thành phần hóa học tro bay ở Ba Lan từ các nguồn nguyên liệu khác nhau
Thành phần (%)
Loại tro bay
SiO2
Al2O3
Fe2O3
TiO2
MgO
CaO
Than đen
ZS- 14
54,1
28,5
5,5
1,1
1,9
1,8
ZS- 17
41,3
24,1
7,1
1,0
2,0
2,7
Than nâu
ZS- 13

27,4
6,6
3,8
1,0
8,2
34,5
ZS-16
47,3
31,4
7,7
1,6
1,9
1,7
Kết quả trên cho thấy,thành phần của các loại tro bay có được sau quá trình đốt
cháy than đen (ZS-14 và ZS-17) và mẫu tro bay có được sau q trình đốt cháy than
nâu (ZS-16) là các nhơm silicat. Cịn mẫu tro bay có được sau quá trình đốt cháy than
nâu (ZS-1 ) là loại canxi silicat.
Các thí nghiệm khảo sát thành phần hóa học trong các mẫu tro bay ở các nước
khác cũng đã được tiến hành và thu được các kết quả tương tự. Đa số các mẫu tro bay
ở Trung uốc có thành phần chủ yếu là SiO2 và Al2O3, hàm lượng của chúng vào
khoảng 650 g/kg đến 850 g/kg. Các thành phần khác bao gồm lượng than chưa cháy,
Fe2O3, MgO và CaO. Tro bay Trung uốc chứa hàm lượng than chưa cháy cao là do
hệ thống lò đốt ở các nhà máy nhiệt điện ở Trung uốc. Theo tiêu chuẩn phân loại
ASTM C 618 thì tro bay Trung uốc thuộc loại C hay tro bay có chất lượng thấp.
Điều này ảnh hưởng lớn đến các ứng dụng của tro bay ở Trung uốc [1].
1.2.4 Ảnh h ởng củ tr b y đến một số đặc tính củ bê tơng
Bê tơng là một loại vật liệu nhân tạo được chế tạo từ các vật liệu rời ( cát, đá, sỏi)
và chất kết dính (thường là xi măng), nước và có thể thêm phụ gia. Trong q trình
thủy hóa lượng nước bốc hơi tạo ra các lỗ rỗng giữa các cốt liệu làm ảnh hưởng rất lớn
đến cường độ trong bê tông. Chính vì vậy để hạn chế các lổ rỗng giữa các cốt liệu ta

nên tăng cường độ kết dính.
- Tăng mác vữa xi măng: Tro bay khi trộn với xi măng Portland và cát sạch sẽ
tạo vữa xi măng có mác 10 hay 15 Mpa (N/mm2). Hơn nữa, thêm một ưu điểm của Tro
bay là nếu được sáy khô trong 12 giờ trở lại (gọi là lưu hóa) thì vữa xi măng có trộn
Tro bay sẽ đạt mác 20 hoặc cao hơn.
- Giảm khả năng xâm thực của nước, chống chua mặn: Nước mặn có Clo sẽ ăn
mịn cốt thép làm hỏng cơng trình qua các khe nứt hay lỗ châm kim. Phương pháp
khắc phục là trộn vữa Tro bay với xi măng để trám các khe nứt, hạn chế lỗ châm kim.
Đây là một giải pháp vừa hiệu quả, vừa kinh tế nhất cho các cơng trình ở vùng biển,
vùng nước mặn.
- Chống rạn nứt, giảm co gảy, cải thiện bề mặt sản phẩm và có tính chống thấm


13
cao: Tính cực mịn của Tro bay có hàm lượng Silic cao hay silic nano tạo ra được tính
dẻo của xi măng Portland trong quá trình tạo ra vữa xi măng. Chính tính dẻo làm cho
sản phẩm khơng cong vênh, rạn nứt, tạo hình linh động và giải phóng khn nhanh.
Ngồi ra Tro bay cịn trở thành chất xúc tác để tạo ra các sản phẩm cứng hơn và bền
hơn.
- Tính chịu lực cao của bê tơng tự nén với Tro bay: Xi măng portland được trộn
với cát và nước tạo ra được một bê tông không nung ở cấp trung bình và tự nén trong
thời gian khoảng 0 ngày, đó là điều đang được thực hiện trong ngành cơng nghiệp
xây dựng. Tuy nhiên, nếu trộn thêm Tro bay vào vữa hồ thì bê tơng sẽ có tính chịu lực
cao. Điều này xảy ra vì các hạt silic nano ðã len vào khe hổng của bê tông và cùng lúc
tạo ra một SiO3 nhờ độ PH kiềm của xi măng. Đó là một kết quả vừa được cơng bố của
của một công nghệ mới và tiên tiến của thế kỷ 21. Tro bay là một silic ưu việt, cần
được sử dụng rộng rãi trong ngành xây dựng.
- Chống được sự xâm nhập của ACID SULFURIC của bê tông hiện đại: Khi khói
của các nhà máy bay lên thì có lẫn cặn SO2 . Cặn này trộn lẫn với hơi nước của mây
tạo thành H2SO4 (Acid Sul uric), khi mưa sẽ có một lượng nước mưa có vị chua, gọi là

mưa acid. Mưa này làm cho bê tông portland bị rỗ mặt và sau đó bị rạn nứt theo thời
gian. Nếu là bê tơng cốt thép thì lượng thép nằm bên trong sẽ bị hen gỉ. Để chống lại
hiện tượng này, dùng Tro bay trộn vào bê tông portland, các hạt nhỏ li ti sẽ lấp đầy các
khe nứt và chống được sự xâm nhập của H2SO4 có thể phá hỏng cốt thép.
- Tạo tính bền Sul at cho bê tơng của xi măng Portland: Xi măng portland trộn
với cát và nước ngọt tạo ra một bê tơng có độ bền đến 50 năm, nhưng khi trộn với
nước mặn, độ bền lại khơng q 5 năm. Vì khi nung xi măng portland bằng đá vơi và
đất sét, bao giờ cũng có một lượng CaO tự do chiếm khoảng 6% trong xi măng. Đất
vơi này gặp nước lợ hay nước mặn có gốc sul at, gốc này kết hợp với vôi để tạo ra một
muối thạch cao có cơ tính đặc biệt là hút nước và trương nở. Sự trương nở đó làm khối
bê tông portland rạn nứt theo thời gian, và cuối cùng, phá tan cơ cấu bê tông. Muốn
cho cơ cấu bê tông portland chống lại sự rạn nứt ấy, gọi là chống sul at hay bền sul at,
cần pha tro bay nghèo vôi vào với một tỉ lệ rất thấp. Nhờ đó, có thể dùng nước mặn để
trộn với xi măng Portland đề làm vữa hồ và khi bêtông đơng cứng, có thể ngâm trong
nước mặn vẫn được
- Tác dụng của Tro bay đến vấn đề hạ nhiệt cho bê tơng: Khi thi cơng các cơng
trình bê tơng khối lớn một vấn để cấp thiết luôn luôn được ra là làm thế nào ðể giảm
được nhiệt độ trong lòng bê tơng. Nhiệt độ trong lịng bê tơng có thể lớn hơn 400C gây
nguy cơ nứt do ứng suất nhiệt. Nên rất cần giảm xi măng và bổ xung một lượng chất
độn mịn là tro bay để đảm bảo tính cơng tác, tính chống thấm và cường độ RCC. Như
vậy việc sử dụng tro bay làm chất độn cho RCC đạt được mục đích: Giảm được


14
lượng nhiệt sinh ra trong lịng bê tơng; giảm giá thành bê tơng một cách đáng kể; đảm
bảo tính dễ thi công và cường độ bê tông. ua kinh nghiệm của một số nước trên thế
giới thì hàm lượng dùng tro bay thay thế xi măng trong bê tông đầm lăn có phạm vi từ
30 – 60%.
Một số ứng dụng nổi bật của tro bay:
- Tận dụng giá thành thấp của tro bay, thay thế từ 5% - 15% lượng xi măng đang

sử dụng trong phối trộn bê tông làm giảm giá thành sản phẩm.
- Bê tơng có sử dụng tro bay làm phụ gia sẽ làm tăng cường độ lên từ 1,5-2 lần;
Làm tăng độ trơn của vữa giúp giảm chi phí bơm bê tơng lên các tầng cao của cơng
trình và làm cho bê tơng chui vào các khe lỗ dễ dàng hơn;
- "Khử vôi tự do CaO" trong xi măng (khoảng 6%) là thành phần gây "nổ" làm
giảm chất lượng bê tông trong môi trường nước; đặc biệt trong việc đổ những khối bê
tông cực lớn ở các cơng trình thủy điện, khi có phụ gia tro bay có thể đổ bê tơng gián
đoạn mà khơng phải đổ liên tục như bê tông thường;
- Khống chế nhiệt độ ban đầu, giảm ứng suất nhiệt trong khối bê tơng, tăng độ
bền, kéo dài tuổi thọ cơng trình, giá thành có thể rẻ hơn đến 0%, giảm 10% nước trộn
bê tông.
- Tro bay làm phụ gia sản xuất xi măng bền sul at, phụ gia cho bê tông tự lèn đối
với cơng trình địi hỏi chịu lực cao;
- Với vữa trát tường có thể thay thế 0%- 5% xi măng, tạo bề mặt mịn, tốt,
chống thấm;
- Sản xuất gạch block có sử dụng tro bay cịn có thể giảm lượng xi măng nhiều
hơn nữa.
1.2.5 Một số cơng trình ng dụng tr b y ở Việt N m
- Nước ta hiện đang trong quá trình phát triển xây dựng cầu cống, các cơng
trình thuỷ điện, các đê kè. Theo khảo sát thì các cơng ty bê tơng cung cấp cho thị
trường khoảng 15% là bê tông đúc s n, 85% còn lại là do các nhà máy xi măng bán
thẳng cho chủ đầu tư xây dựng. Tro bay được dùng làm phụ gia bê tơng khối lớn cho
các cơng trình đập thuỷ điện áp dụng công nghệ đổ bê tông đầm lăn như nhà máy thuỷ
điện Sơn La, Bản Vẽ, Sơng Tranh 2,… và một số cơng trình khác như đập Bái Thượng
(Thanh Hoá), đập Tân Giang (Ninh Thuận), đập Lịng Sơng (Bình Thuận),… [1]. Tác
giả Nguyễn Cơng Thắng và cộng sự đã nghiên cứu chế tạo bê tông chất lượng siêu cao
(BTCLSC) sử dụng hỗn hợp phụ gia khoáng silica và tro bay, cho thấy có thể sử dụng
tro bay Việt Nam thay thế một phần xi măng để chế tạo BTCLSC. Việc sử dụng tro
bay thay thế một phần xi măng sẽ cải thiện tính chất của hỗn hợp BTCLSC.
- Tro bay có hàm lượng mất khi nung nhỏ hơn 11% có thể dùng để trộn vào xi

măng với tỷ lệ trung bình 10÷20%. Hiện tại, tro bay Phả Lại (SCL- FLY ASH) đã


15
được sử dụng làm nguyên liệu sản xuất tại Nhà máy xi măng Hoàng Thạch với tỷ lệ
trộn 14%, tại nhà máy xi măng Sông Gianh với tỷ lệ trộn 18%.
- Sử dụng gạch xây không nung từ tro bay cho nhà cao tầng có hiệu quả kinh tế
khá cao. Hỗn hợp vật liệu làm gạch gồm tro bay, xi măng, vơi, thạch cao và bột nhơm,
trong đó tro bay là thành phần chính, chiếm đến 70% khối lượng. Vì vậy nhu cầu tro
bay để cung ứng cho thị trường sản xuất gạch không nung, gạch bê tông nhẹ và bê
tông là rất lớn [1].
- Bộ môn Đường bộ, Trường Đại học Giao thông Vận tải đã tiến hành nghiên
cứu sử dụng tro bay làm chất liên kết để gia cố vật liệu cát, đá làm mặt đường. Kết quả
cho thấy, hỗn hợp 80% tro bay và 20% vôi dùng làm chất liên kết để gia cố đường sẽ
đạt được độ bền cơ học khá cao. Khi làm mặt đường có thể sử dụng các hỗn hợp sau:
đá+vơi+tro bay ẩm; tro bay ẩm+xi măng hoặc tro bay ẩm+vôi +thạch cao. Hiện đã có
dự án thử nghiệm xây dựng đường giao thông nông thôn huyện Kim Động, Hưng Yên.
Loại đất gia cố bằng tro bay sẽ có cường độ khá cao, loại vật liệu này hồn tồn có thể
sánh với gia cố bằng vơi và một số hố chất chất khác. Với loại đất gia cố này có thể
dùng làm móng đường hoặc gia cố lề, mái dốc ta luy sẽ cho hiệu quả cao.
- Ở nước ta, tro bay được ứng dụng chủ yếu trong lĩnh vực xây dựng, vấn đề sử
dụng tro bay làm vật liệu xử lý môi trường và cải tạo đất chưa được quan tâm nhiều.
Lê Thanh Sơn và Trần Kơng Tấu đã chuyển hóa tro bay thành zeolit có thể dùng để cải
tạo đất. Tác giả Tạ Ngọc Đôn và cộng sự đã nghiên cứu xử lý tro bay thành zeolit P1
và được sử dụng làm chất xử lý ô nhiễm môi trường. Tro bay được xử lý bằng dung
dịch NaOH ,5M có khả năng sử dụng làm chất hấp phụ trong phân tích mơi trường.
Sản phẩm tạo thành là một hỗn hợp các hạt rất nhỏ, hình cầu và tương đối đồng đều;
và trong đó có chứa chủ yếu là các hạt uartz, Mullite và Zeolit P1 (Na). Tro bay sau
khi xử lý được sử dụng để đánh giá khả năng hấp phụ và tách chất đối với hai hỗn hợp
M1 và M2. Hiệu suất thu hồi chất đối với M1 là 8 , đến 89,5%, đối với M2 là 51,28

đến 9 ,75%.
1.2.6 Ứng dụng tr b y tr ng một số lĩnh vực và cơng trình trên thế gi i
- Tro bay có thể dùng để phục hồi và cải tạo các vùng đất yếu bởi các hoạt động
khác. Tro bay được sử dụng cho phát triển các cơng trình cơng cộng như cơng viên,
bãi đậu xe, sân chơi,... Tro bay có độ bền đầm nén tương đương hoặc lớn hơn đất nên
thường được sử dụng trong các lĩnh vực bồi đắp.
- Tro bay cải thiện độ bền và kết cấu của bê tông dẫn đến tăng tuổi thọ của
đường. Thông thường, tro bay có thể thay thế từ 15 đến 0% xi măng portland [14].
Hiện nay, tro bay được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng với các mục đích khác nhau
như làm phụ gia cho bê tông xi măng [14], làm độn cho bê tơng asphalt [14]. Một số
cơng trình xây dựng nổi tiếng trên thế giới đã sử dụng tro bay trong bê tông như đập


16
Puylaurent ở Pháp, cây cầu Great Belt East nối Copenhagen (Đan Mạch) với những
vùng đất của trung tâm châu u.
- Tro bay cũng là phế liệu thân thiện môi trường [14]. Gạch tro bay được tạo
thành từ tro bay, cát và xi măng, trong đó tro bay là chất độn chính và cát là chất độn
thứ hai. Cịn xi măng làm chất kết dính tất cả các nguyên liệu với nhau. Ở Đức, tro bay
được ứng dụng để sản xuất gạch xây nhà. Các khối gạch này được tạo ra từ hỗn hợp
của tro xỉ, tro bay, đá vôi và nước được ép thành khuôn [14].
1.3 SỰ LÀM VIỆC CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP
1 1 Sự làm việc củ dầm BTCT
- Dầm bê tông cốt thép (BTCT) là cấu kiện bê tơng cốt thép chịu uốn, có chiều
cao và chiều rộng khá nhỏ so với chiều dài của nó.Tiết diện ngang của dầm có thể là
chữ nhật, chữ T, chữ I, hình thang, hình hộp…,
- Khi dầm chịu tải trọng sẽ phát sinh ra momen M và lực cắt . Khi tính tốn
thiết kế cấu kiện BTCT thường trước hết người ta xét các tính tốn về uốn, từ đó chọn
ra kích thước cơ bản của mặt cắt và bố trí cốt thép để tạo ra momen kháng cần thiết.
Một số yêu cầu giới hạn được nêu ra căn cứ trên số lượng cốt thép chịu uốn có thể sử

dụng để đảm bảo rằng khi tải trọng tăng đến mức phá hỏng kết cấu thì hiện tượng hư
hỏng sẽ từ từ phát triển và xuất hiện các dấu hiệu cảnh báo cho người sử dụng. Sau đó
kích thước mặt cắt dầm BTCT sẽ được kiểm tra tính tốn theo điều kiện về lực cắt. Sự
phá hỏng do lực cắt thường gây ra gãy đột ngột vì vậy các tính toán thiết kế chịu cắt
phải đảm bảo rằng độ bền chịu cắt bằng hoặc vượt quá độ bền chịu uốn ở mọi điểm
trong dầm.
- Đem thí nghiệm một dầm đơn giản với tải trọng tăng dần, khi tải trọng nhỏ,
dầm cịn ngun vẹn chưa có khe nứt. Khi tải trọng đủ lớn sẽ thấy xuất hiện những khe
nứt thẳng góc với trục dầm tại khu vực có mơ men lớn và những khe nứt nghiên ở khu
vực gần gối tựa là chổ có lực cắt lớn (hình 1.7) Khi tải trọng khá lớn thì dầm có thể bị
phá hoại tại tiết diện có khe nứt thẳng góc hoặc tại tiết diện có khe nứt nghiêng.
- Việc tính tốn dầm theo cường độ chính là đảm bảo cho dầm khơng bị phá hoại
trên tiết diện thẳng góc - tính tốn cường độ trên tiết diện thẳng góc, và khơng bị phá
hoại trên tiết diện nghiêng - tính tốn cường độ trên tit din nghiờng.

khe nứt thẳng góc

khe nứt nghiêng

Hỡnh 1.4. Cỏc dạng khe nứt trong dầm đơn giản


17

1.3.2. Các hình th c phá h ại củ dầm
- Các thực nghiệm và nghiên cứu chỉ ra rằng có 2 hình thức phá hoại của bê tơng
vùng nén trên vết nứt nghiêng. Hình thức phá hoại thứ nhất xảy ra trong quá trình phát
triển của vết nứt nghiêng, ứng suất của bê tông trên vết nứt nghiêng đạt đến cường độ
chịu nén của bê tơng. Hình thức phá hoại thứ hai được đặc trưng với ứng suất chính
đạt đến ứng suất giới hạn của bê tông [4]

- Dạng phá hoại thứ nhất xảy ra ở những vùng của cấu kiện có lực cắt lớn, cịn
giá trị mơ men nhỏ. Dạng phá hoại thứ hai xảy ra khi giá trị mô men và lực cắt đều lớn
đáng kể (phá hoại cắt - uốn). Phá hoại này bắt đầu từ các vết nứt do uốn và phát triển
theo phương nghiêng. Khi vết nứt phát triển lên vùng nén, ứng suất kéo chính do uốn
và cắt vượt quá khả năng chịu kéo của bê tơng và ứng suất nén chính của bê tơng giữa
các vết nứt có giá trị đáng kể. Vết nứt dạng này thường xuất phát từ thớ chịu kéo của
kết cấu. Ở dạng phá hoại cắt uốn, các vết nứt bắt đầu phát triển từ một vài vết nứt nhỏ
thẳng góc do uốn ở khoảng 1/4 nhịp của dầm, sau đó, phát triển thành vết nứt nghiêng
và mở rộng, phát triển lên vùng nén của dầm (hình 1.12) [4]
p

a. dạng phá hoại uốn

p

b. dạng phá hoại uốn - cắt

p

a. dạng phá hoại uốn

p

b. dạng phá hoại uốn - cắt

Hỡnh 1.5. Phá hoại ở dầm