(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu bê tông cường độ cao có mác tới 65(MPa) cho công trình thủy lợi ở Việt Nam dùng xi măng Pooc lăng hỗn hợp PCB 40

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện luận văn “Nghiên cứu BTCĐC có mác tới 65
(MPa) cho cơng trình thủy lợi ở Việt Nam dùng xi măng Pooc lăng hỗn
hợp PCB 40” học viên đã nhận được sự giúp đỡ của các thầy, cô giáo trường
Đại Học Thủy Lợi, đặc biệt là sự hướng dẫn trực tiếp của GS-TSKH Nguyễn
Thúc Tuyên. Đến này học viên đã hoàn thành luận văn thạc sĩ theo đúng kế
hoạch đã đề ra.
Mong muốn của học viên là góp phần nhỏ bé vào việc nghiên cứu thiết kế
thành phần bê tơng cho các cơng trình bê tơng tại Việt Nam nói chung và các
cơng trình thủy lợi nói riêng. Tuy nhiên vì sự hiểu biết của bản thân và thời
gian thực hiện luận văn có hạn cùng với sự thiếu thốn về trang thiết bị nên nội
dung của luận văn không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được
những ý kiến đóng góp, chỉ bảo của các thầy, cô để nâng cao sự hiểu biết và có
điều kiện phát triển thêm nội dung nghiên cứu của luận văn sau này.
Học viên xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến GS-TSKH Nguyễn Thúc
Tuyên, người đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình, cung cấp các kiến thức
khoa học cho tôi trong suốt thời gian qua. Qua đây tôi gửi lời cảm ơn chân
thành đến các thầy, cô giáo trong bộmôn Vật liệu xây dựng, Khoa cơng trình,
Phịng đào tạo Đại học và Sau đại học trường Đại học Thủy Lợi đã giúp đỡ và
tạo mọi điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn thạc sĩ này.
Hà nội, ngày…….tháng
Học viên

Tạ Biên Cương

năm 2015


LỜI CAM ĐOAN
Tôi là Tạ Biên Cương, học viên cao học lớp 20C21 - Trường Đại học
Thủy lợi.

Tôi là tác giả của luận văn này, tôi xin cam đoan đây là cơng trình
nghiên cứu của riêng tơi. Các nội dung và kết quả nghiên cứu là trung thực,
chưa từng được cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tác giả

Tạ Biên Cương


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU...........................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài............................................................................ 1
2. Mục đích nghiên cứu đề tài.......................................................................1
3. Cơ sở khoa học..........................................................................................1
4. Điểm mới của đề tài.................................................................................. 2
5. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu............................................... 2
6. Nội dung của LV....................................................................................... 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG BTCĐC
Ở VIỆT NAM VÀ THẾ GIỚI...........................................................................4
1.1 Định nghĩa BTCĐC.................................................................................4
1.2 Khái niệm và phân loại BTCĐC.............................................................4
1.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng BTCĐC trên thế giới và ở Việt
Nam...............................................................................................................5
1.3.1 Trên thế giới.....................................................................................5
1.3.2 Ở Việt Nam......................................................................................6
1.4 Vật liệu dùng cho BTCĐC......................................................................7
1.4.1 Xi măng............................................................................................7
1.4.2 Cốt liệu.............................................................................................7
1.4.3 Phụ gia khống hoạt tính có độ mịn cao..........................................7
1.4.3.1 Tro bay.........................................................................................8
1.4.3.2 Silica fume (muội silic):..............................................................9

1.4.3.3 Tro trấu.......................................................................................11
1.4.4 Phụ gia hóa học..............................................................................12
1.5 Hiệu quả của việc sử dụng BTCĐC......................................................14


1.6 Một số tính chất cơ bản của BTCĐC.................................................... 15
1.6.1 Cường độ........................................................................................15
1.6.2 Cường độ bám dính........................................................................16
1.6.3 Mơ đun đàn hồi..............................................................................17
1.7 Thiết kế thành phần BTCĐC.................................................................17
1.7.1 Phương pháp thiết kế thành phần BTCĐC của Mỹ dùng tro bay:. 18
1.7.2 Phương pháp thể tích tuyệt đối dùng cơng thức Bolomey Skramtaev................................................................................................23
1.8 Kết luận chương 1.................................................................................28
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI........................................30
2.1 Độ rỗng và độ đặc của bê tông..............................................................30
2.2 Thành phần hạt tối ưu của cốt liệu........................................................ 31
2.2.1 Phương pháp tra bảng lập sẵn........................................................32
2.2.2 Dựa trên công thức lý thuyết..........................................................33
2.2.3 Phương pháp đồ biểu......................................................................34
2.2.4 Phương pháp thực nghiệm.............................................................34
2.3 Vai trò của phụ gia khống hoạt tính siêu mịn (PGKHTSM)...............35
2.3.1 Phản ứng puzơlanic (Pozzolanic reaction).....................................35
2.3.2 Hiêu ứng tăng độ đặc chắc vi cấu trúc của đá xi măng (Increased
packing density)......................................................................................36
2.3.3 Hiệu ứng tường vách (wall effect).................................................36
2.3.4 Hiệu ứng ổ bi (ball bearing effect).................................................38
2.3.5 Hiệu ứng phân tán (Dispersion effect)...........................................38
2.3.6 Khảnăng giảmđộ co.....................................................................38
2.4 Vai trò của phụ gia siêu dẻo (PGSD).................................................... 38
2.4.1 Tác dụng hóa dẻo do làm giảm sức căng bề mặt...........................38

2.4.2 Tác dụng hóa dẻo do phân tán hạt xi măng, chống kết tụ..............39


2.4.3 Tác dụng hóa dẻo do cuốn khí.......................................................39
2.5 Kết luận chương 2.................................................................................40
CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG
PHÁP NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM................................................................ 41
3.1 Vật liệu..................................................................................................41
3.1.1 Xi măng PCB 40 Hoàng Thạch......................................................41
3.1.2 Cốt liệu nhỏ - Cát vàng sơng Lơ....................................................43
3.1.2.1 Thí nghiệm xác định khối lượng riêng của cát (ρc)...................43
3.1.2.2 Thí nghiệm xác định khối lượng thể tích xốp của cát...............43
3.1.2.3 Thí nghiệm xác định khối lượng thể tích ở trạng thái đầm chặt
theo tiêu chuẩn của Mỹ ASTM C 29 [41].............................................44
3.1.2.4 Thí nghiệm xác định hàm lượng bùn, bụi, sét...........................44
3.1.2.5 Thí nghiệm xác định tạp chât hữu cơ........................................44
3.1.2.6 Thí nghiệm xác định hàm lượng mi ca trong cát.......................44
3.1.2.7 Thí nghiệm xác định thành phần hạt của cát vàng sông Lô......44
3.1.2.8 Mô đun độ lớn............................................................................46
3.1.3 Cốt liệu lớn.....................................................................................47
3.1.3.1 Thí nghiệm xác định khối lượng riêng của đá dăm...................47
3.1.3.2 Thí nghiệm xác định khối lượng thể tích đầm chặt của đá theo
tiêu chuẩn của Mỹ ASTM C 29 [41].....................................................47
3.1.3.3 Thí nghiệm xác định khối lượng thể tích ở trạng thái xốp........47
3.1.3.4 Thí nghiệm xác định hàm lượng chất bột..................................48
3.1.4 Phối hợp cát và đá để đạt tỷ lệ tối ưu.............................................49
3.1.5 Silica fume.....................................................................................53
3.1.6 Phụ gia siêu dẻo.............................................................................54

3.2 Các phương pháp thí nghiệm................................................................ 54
3.3 Kết luận chương 3.................................................................................55
CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ
CHẾ TẠO BTCĐC MÁC 65 MPa......................................................................57
4.1 Thiết kế thành phần BTCĐC.................................................................57
4.2 Cường độ nén và phát triển cường độ nén theo thời gian của BTCĐC.
..................................................................................................................... 61
4.3 Xác định cường độ kéo của BTCĐC.................................................... 62
4.4 Đánh giá sơ bộ khả năng chống thấm của BTCĐC.............................. 64
4.5 Đề xuất công nghệ chế tạo BTCĐC......................................................65
4.6 Kết luận chương 4.................................................................................67
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.........................................................................69
1. Các kết quả đạt được...............................................................................69
2. Các vận dụng mới trong LV.................................................................... 69
3. Các hạn chế của đề tài nghiên cứu.......................................................... 70
4. Kiến nghị.................................................................................................71
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................72
TIẾNG VIỆT...................................................................................................72
TIẾNG ANH................................................................................................... 74
CÁC TIẾNG KHÁC....................................................................................... 75
PHỤ LỤC 1: PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG THỂ TÍCH XỐP
CỦA CỐT LIỆU ĐƯỢC ĐẦM CHẶT...............................................................76
PHỤ LỤC 2: PHỤ GIA PA - 2003..................................................................79
PHỤ LỤC 3: MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRONG PHỊNG THÍ NGHIỆM........80


DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ BIỂU ĐỒ
Hình 1.1:Hình dạng các hạt tro bay..............................................................9
Hình 1.2: Hình dạng các hạt silica fume.....................................................10
Hình 1.3: Hình dạng các hạt tro trấu sau khi nghiền...................................11

Hình 1.4: Cấu tạo phân tử của một số loại PGSD.......................................14
Hình 1.5: Biểu đồ xác định lượng nước trộn..............................................25
Hình 1.6: Biểu đồ xác định hệ số trượt.....................................................26
Hình 2.1: Quan hệ giữa độ rỗng và cường độ nén của bê tơng...................31
Hình 2.2: Các hạt PGKHTSM nhét khe kẽ giữa các hạt xi măng...............36
Hình 2.3: Cấu trúc vùng chuyển tiếp trong bê tơng....................................37
Hình 2.4: Mô tả vùng chuyển tiếp giữa xi măng và cốt liệu.......................37
Hình 3.1: Biểu đồ thành phần hạt của cát vàng sơng Lơ.............................45
Hình 3.2: Quan hệ giữa khối lượng thể tích của hỗn hợp đá và tỷ lệ phối hợp
2 cỡ đá.........................................................................................................51
Hình 3.3: Quan hệ giữa độ hổng của hỗn hợp đá và tỷ lệ cỡ hạt I trong hỗn
hợp...............................................................................................................51
Hình 3.4: Biểu đồ quan hệ giữa khối lượng thể tích của hỗn hợp cát đá và tỷ
lệ cát đá trong hỗn hợp.................................................................................52
Hình 3.5: Thành phần hạt của silica fume...................................................53
Hình 3.6: Thành phần hạt của tro tuyển Phả LạiError!

Bookmark

not

defined.
Hình 4.1: Quan hệ giữa cường độ nén và hàm lượng CKD trong BTCĐC.
..................................................................................................................... 61
Hình 4.2: Sơ đồ cơng nghệ chế tạo BTĐC trong nhà máy.........................65
Hình 4.3: Sơ đồ cơng nghệ chế tạo BTCĐC ở ngồi cơng trường.............66


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Phân loại bê tông theo cường độ nén............................................5

Bảng 1.2: Phân loại BTCĐC.........................................................................5
Bảng 1.3: Thành phần hóa học (%) của phụ gia silica fume......................10
Bảng 1.4: Thành phần hóa của tro trấu.......................................................11
Bảng 1.5 Phát triển cường độ của BTCĐC theo thời gian..........................16
Bảng 1.6: Dmax của cốt liệu lớn....................................................................19
Bảng 1.7: Tỷ lệ N/CKD đối với BTCĐC có PGSD....................................19
Bảng 1.8: Hàm lượng nước dự kiến cho 1 m3 hỗn hợp BTCĐC................20
Bảng 1.9: Thể tích xốp của đá ở trạng thái đầm chặt trong 1 m3 BTCĐC. 21
Bảng 1.10: So sánh đối chiếu hai phương pháp thiết kế thành phần BTCĐC
..................................................................................................................... 27
Bảng 2.1: Mức ngậm cát thích hợp, %........................................................32
Bảng 3.1: Thành phần khống của clanhke và PCB40 Hồng Thạch.........42
Bảng 3.2: Các tính chất của PCB40 Hồng Thạch.....................................42
Bảng 3.3: Kết quả thí nghiệm khối lượng riêng của cát.............................43
Bảng 3.4: Kết quả thí nghiệm khối lượng thể tích xốp của cát...................43
Bảng 3.5: Kết quả thí nghiệm hàm lượng bùn-bụi-sét của cát....................44
Bảng 3.6: Thành phần hạt của cát vàng sông Lô........................................45
Bảng 3.7: Các chỉ tiêu tính chất vật lý của cát vàng sơng Lơ.....................46
Bảng 3.8: Kết quả thí nghiệm khối lượng riêng của đá dăm......................47
Bảng 3.9: Kết quả thí nghiệm khối lượng thể tích xốp của đá dăm............48
Bảng 3.10: Hàm lượng bụi (bột mịn) trong đá dăm....................................48
Bảng 3.11: Các chỉ tiêu tính chất vật lý của đá dăm Hòa Thạch.................49


Bảng 3.12: Khối lượng thể tích và độ hổng của các hỗn hợp 2 cỡ đá........50
Bảng 3.13: Khối lượng thể tích của các hỗn hợp cát và đá.........................52
Bảng 3.14: Thành phần hóa của silica fume Elkem....................................53
Bảng 3.15: Lượng lọt qua sàng của silica fume Elkem..............................53
Bảng 3.16: Tính chất vật lý của SF Elkem.................................................54
Bảng 3.17: Chỉ tiêu tính chất cơ - lý - hóa của tro tuyển Phả Lại........Error!

Bookmark not defined.
Bảng 3.18: Thành phần hóa học của tro tuyển Phả Lại.Error!

Bookmark

not defined.
Bảng 3.19: Thành phần hóa học của xỉ Phả LạiError!

Bookmark

not

defined.
Bảng 3.20: Một số tính chất vật lý của xỉ Phả LạiError! Bookmark not
defined.
Bảng 4.1: Kết quả thí nghiệm độ sụt và cường độ nén BTCĐC.................60
Bảng 4.2: Thành phần BTCĐC nghiên cứu................................................61
Bảng 4.3: Phát triển cường độ nén của BTCĐC theo thời gian..................62
Bảng 4.4: Cường độ kéo khi bửa của BTCĐC nghiên cứu, MPa...............64
Bảng 4.5: Tương quan cường độ nén và độ chống thấm nước của bê tông 64


BẢNG CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT
BTCĐC

: Bê tông cường độ cao

BTT

: Bê tông thường

BTCLC

: Bê tông chất lượng

cao BTTNC

: Bê tơng tính năng cao

CĐC

: Cường độ cao

PGSD

: Phụ gia siêu dẻo

PGKHT

: Phụ gia khống hoạt tính

PGKHTSM

: Phụ gia khống hoạt tính siêu mịn

PGKHTNM

: Phụ gia khống hoạt tính nghiền

mịn

ACI

: American concrete institute (Viện bê tông Mỹ)

ASTM

: American society of testing materials (Hội thí nghiệm
vật liệu của Mỹ)

TCVN

: Tiêu chuẩn Việt Nam

CKD

: Chất kết dính

X

: Xi măng

N/X

: Tỷ lệ nước / xi măng

N/CKD

: Tỷ lệ nước / chất kết dính

C

: Cát

D

: Đá

D1

: Đá cỡ I (5 - 10 mm)

D2

: Đá cỡ II (10 - 20 mm)

SF

: Silica fume

TB

: Tro bay


TX

: Tro xỉ

VLXD

: Vật liệu xây dựng

Rx

: Cường độ nén của xi măng

Rb

: Cường độ nén của bê tông

Rkb

: Cường độ kéo khi bửa của bê tông

B

: Hệ số thấm nước của bê tông

LV

: Luận văn


1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài.
Trên thế giới BTCĐC (mác 60 MPa và cao hơn) đã được dùng khá phổ
biến trong các cơng trình giao thơng, cơng trình xây dựng và cả các cơng trình
thủy. Ở nước ta trong những năm gần đây đã nghiên cứu và sử dụng BTCĐC
cho một số cơng trình như cầu và nhà cao tầng. Trong xây dựng thủy lợi từ

trước đến nay thường dùng bê tông mác thường (mác  50 MPa), do đó một
số cơng trình khơng bền, nhất là trong mơi trường có tính ăn mịn. Cơng trình
thủy lợi thường tiếp xúc với nước và cả những mơi trường có tính chất ăn
mịn như nước biển, nước lợ, nước chua phèn,… có khi cịn chịu tác động mài
mịn của dịng nước. Sau một số năm khai thác, cơng trình thủy lợi bị hư
hỏng, phải bỏ ra kinh phí lớn để duy tu sửa chữa. BTCĐC có độ đặc chắc cao;
nên ngồi cường độ lớn, cịn có các tính chất khác cũng cao như: tính chống
thấm, chống ăn mịn, mài mịn và độ bền cao. Để nâng cao chất lượng và kéo
dài tuổi thọ cơng trình, cần dùng BTCĐC trong một số trường hợp đặc biệt
khi cơng trình có tiếp xúc với mơi trường ăn mịn và nước xói mịn. Vì vậy đề
tài nghiên cứu BTCĐC có ý nghĩa cấp thiết.
2. Mục đích nghiên cứu đề tài.
Lựa chọn nguyên vật liệu thích hợp có sẵn và đang được sản xuất ở
nước ta để chế tạo BTCĐC đạt mác 65 MPa, cụ thể là xi măng pooc lăng hỗn
hợp PCB40 (có chứa sẵn phụ gia khoáng), kết hợp với phụ gia khoáng siêu
mịn silica fume, phụ gia siêu dẻo nội để đạt được hiệu quả về kỹ thuật và cả
về kinh tế.
3. Cơ sở khoa học.
- Các phụ gia tro xỉ trong PCB 40 và silica fume có tác dụng hỗ trợ (bù
trừ) cho nhau trong bê tông tăng độ đặc chắc của bê tông đặc biệt cải thiện


vùng tiếp giáp giữa chất kết dính và cốt liệu; do đó làm tăng cường độvà khả
năng chống ăn mịn.
- Phụ gia siêu dẻo có tác dụng làm giảm lượng nước trộn, giảm tỷ lệ
N/X (N/CKD) tăng độ đặc chắc, do đó cũng làm tăng cường độ của bê tơng.
4. Điểm mới của đề tài.
Tiêu chuẩn ngành giao thông vận tải 22 TCN 276 - 01 [1] quy định
dùng PC 40 và tro bay, hoặc silica fume để chế tạo BTCĐC mác 60 đến 80
MPa. Một số đề tài nghiên cứu về BTCĐC ở nước ta cũng đã dùng xi măng

PC 40. Trong LV này không dùng xi măng PC 40, mà dùng xi măng PCB 40
với một tỷ lệ nhỏ silica fume. Trong xi măng PCB 40 Hoàng Thạch đã có một
phần phụ gia khống hoạt tính là tro xỉ Phả Lại. Như vậy thực chất đề tài đã
dùng xi măng PC và hỗn hợp phụ gia tro xỉ và silica fume trong bê tông.
5. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu.
- Nghiên cứu lý thuyết về BTCĐC thơng qua các tài liệu tham khảo
trong và ngồi nước để viết phần tổng quan.
- Tìm hiểu các phương pháp thiết kế thành phần BTCĐC, từ đó lựa
chọn một phương pháp thích hợp để sử dụng trong nghiên cứu.
- Thí nghiệm BTCĐC mác 65 - 70 MPa trong phịng thí nghiệm dùng
xi măng PCB 40 và các phụ gia thích hợp.
- Các thí nghiệm ngun vật liệu và bê tơng được tiến hành chủ yếu
theo các phương pháp được quy định trong các TCVN liên quan.
6. Nội dung của LV.
LV gồm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về nghiên cứu và ứng dụng BTCĐC ở Việt Nam
và thế giới;
Chương 2: Cơ sở lý thuyết của đề tài;


Chương 3: Vật liệu sử dụng và các phương pháp nghiên cứu, thí
nghiệm;
Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm và đề xuất công nghệ chế tạo
BTCĐC mác 65 MPa;
Kết luận và kiến nghị.
Tài liệu tham khảo.
Phụ lục.


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG

BTCĐC Ở VIỆT NAM VÀ THẾ GIỚI
1.1 Định nghĩa BTCĐC.
Theo Tiêu chuẩn Mỹ ACI 116R - 00 [36], BTCĐC (high strength
concrete) là bê tơng có cường độ bằng hoặc lớn hơn 6000 psi (41 MPa) được
xác định theo mẫu hình trụ có kích thước đường kính × chiều cao = 15 × 30
cm (Nếu quy đổi ra mẫu lập phương theo TCVN 3118 : 1993 [30] với hệ số
tăng là 1,2 sẽ được 41 × 1,2 = 49,2 MPa, coi như 50 MPa). Quy định đó cũng
phù hợp với quy định của Liên Xô cũ [46].
1.2 Khái niệm và phân loại BTCĐC.
Trong những năm 70 của thế kỷ 20 BTT có độ dẻo nhất định được chế
tạo với 4 thành phần cơ bản (xi măng, cát, đá và nước) và tỷ lệ N/X  0,4; nên
cường độ bê tông chỉ đạt được không quá 50 MPa. Về sau để xây dựng những
cơng trình quan trọng u cầu bê tơng có cường độ cao hơn bằng cách giảm
lượng nước trộn (giảm tỷ lệ N/X) và chế tạo được bê tông cứng (khô). Khi đó
phải áp dụng cơng nghệ đầm đặc biệt mới đảm bảo bê tông đặc chắc. Về sau
nhờ sự ra đời của các loại phụ gia siêu dẻo: Naptalen focmaldehit sunfonat và
Melamin focmaldehit sunfonat (ở Nhật và ở Đức vào thập kỷ 70 của thế kỷ
20) và phụ gia khoáng siêu mịn silica fume (ở Na uy vào thập kỷ 80 của thế
kỷ20), người ta đã chế tạo được BTCĐC với độ dẻo yêu cầu và với tỷ lệ
N/CKD thấp. Theo thời gian mác bê tông sử dụng ngày càng cao hơn. Theo
ACI 363 [39] bê tông được phân theo cường độ chịu nén như trong bảng 1.1.


Bảng 1.1: Phân loại bê tông theo cường độ nén

Các yếu tố

Bê tông
thông
thường

Cường độ nén, MPa
Tỷ lệ N/X (hoặc
N/CKD)
Phụ gia hóa
Phụ gia khống



BTCĐC

Bê tơng
cường độ
rất cao

Bê tơng
cường độ
siêu cao

 41

41 – 100

100 – 150

 150

0,4

0,3 – 0,4

0,25 – 0,3

 0,25

Không nhất
thiết

Siêu dẻo Siêu dẻo Siêu dẻo

Không nhất Tro bay, xỉ lị
thiết
cao hoặc Silica
fume

Silica fume

Siliaca
fume

Thơng báo của hội thảo khoa học quốc tế ở Ryan Megeredy phân ra 5
loại BTCĐC theo cường độ nén như trong bảng 1.2.
Bảng 1.2: Phân loại BTCĐC.
Loại bê tơng

I

II

III

IV

V

Cường độ nén, MPa

50

75

100

125

150

BTCĐC thường có các tính chất khác cũng cao như tính chống thấm,
chống ăn mịn, xói mịn,… Khi đó được gọi là bê tơng chất lượng cao
(BTCLC) hoặc bê tơng tính năng cao (BTTNC - High performance concrete) .
1.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng BTCĐC trên thế giới và ở Việt
Nam.
1.3.1 Trên thế giới:
Trên thế giới BTCĐC đã bắt đầu được nghiên cứu và ứng dụng vào đầu
những năm 70 của thế kỷ trước. Năm 1980 ở Pháp có chương trình nghiên
cứu quốc gia về BTCĐC, sau đó có nhiều chương trình nghiên cứu tầm cỡ
khác ở


các nước Mỹ, Na Uy, Canada, Đức, Nhật Bản, Úc, Hàn Quốc, Trung Quốc,

Đài Loan,… Nhiều hội nghị quốc tế về BTCĐC đã được tổ chức và các thông
tin khoa học về BTCĐC được quảng bá rộng rãi. Theo tài liệu ACI 363 [39],
ban đầu BTCĐC sử dụng chủ yếu cho các cơng trình nhà cao tầng và cầu nhịp
lớn. Càng về sau BTCĐC càng được sử dụng rộng rãi hơn và cường độ đạt
được càng cao hơn. Những năm gần đây đã đạt được bê tông cường độ rất cao
và bê tông cường độ siêu cao. Năm 1994 ở Mỹ đã dùng bê tông đạt cường độ
131 MPa, ở Nhật Bản xây dựng cầu bằng bê tơng có cường độ 100 MPa, ở Bỉ
dùng bê tơng có cường độ 110 MPa. Còn ở Thụy Điển đã chế tạo dầm bê tông
cốt thép ứng suất trước với bê tông đạt cường độ 143 MPa. Năm 2001 ở
Canada xây dựng si lô chứa xi măng dùng bê tông đạt cường độ tới 220 MPa.
1.3.2 Ở Việt Nam:
Ở Việt Nam cho đến năm 1990 các kết cấu cơng trình bằng bê tơng cốt
thép vẫn chủ yếu dùng mác bê tông 30 MPa. Một vài cơng trình đặc biệt như
khu di tích Lăng Chủ tich Hồ Chí Minh, khách sạn Thăng Long 11 tầng, cầu
Thăng Long, cầu Chương Dương dùng bê tông mác tới 40 MPa. Về sau các
cầu lớn có khẩu độ từ 30 đến 50m như: cầu Phú Lương (Hải Dương), cầu Tân
Đệ (Thái Bình), cầu Sơng Gianh (Quảng Bình), cầu Tuần (Huế), cầu Tuyên
Sơn (Đà Nẵng), cầu Mỹ Thuận (Tiền Giang), cầu Rạch Miễu (Bến Tre), cầu
Cần Thơ (Cần Thơ),… cùng với các nút giao thông quan trọng và cầu vượt ở
đô thị đã dùng bê tông cường độ tới 50 – 60 MPa. Nhiều nhà máy xi măng ở
nước ta đã sản xuất được xi măng mác 40, 50 và có khả năng sản xuất mác
60, đã tạo điều kiện thuận lợi cho sản xuất BTCĐC. Trên đường Láng – Hịa
Lạc có trạm trộn BTCĐC của Tập đồn Nam Cường đã cung cấp bê tông tươi
cường độ cao cho một số cơng trình có nhu cầu.
Các cơng trình thủy lợi cho đến nay vẫn chủ yếu dùng bê tông mác
thường. Tuy nhiên trước xu hướng ngày càng sử dụng nhiều BTCĐC ở các


ngành giao thông, xây dựng ở nước ta, chắc chắn rằng trong tương lai ngành
thủy lợi sẽ sử dụng BTCĐC cho các kết câu, bộ phận cơng trình có u cầu

và đặc biệt cho các cơng trình ven biển chịu tác động ăn mòn của nước biển
và nước chua phèn.
Hiện nay ở nhiều viện nghiên cứu khoa học và trường đại học có liên
quan đến xây dựng ở nước ta đã và đang nghiên cứu BTCĐC, cả bê tông
cường độ rất cao, siêu cao và đạt được kết quả tốt.
1.4 Vật liệu dùng cho BTCĐC.
Nguyên vật liệu dùng để chế tạo BTCĐC gồm: Xi măng, cốt liệu, nước,
phụ gia dẻo cao hoặc siêu dẻo (giảm nước mức độ cao), phụ gia khống hoạt
tính chất lượng cao.
1.4.1 Xi măng:
Dùng xi măng mác cao từ mác 40 trở lên, có độ mịn cao. Ở nước ta đã
sản xuất xi măng mác 50 (MPa), trong tương lai sẽ sản xuất xi măng mác 60
(theo phương hướng phát triển khoa học công nghệ của Bộ Xây dựng), cịn ở
nước ngồi đã sản suất xi măng mác đến 80, thậm chí cịn cao hơn.
1.4.2 Cốt liệu:
Dùng cốt liệu lớn đặc chắc, cường độ cao. Tiêu chuẩn ACI 363 [39] đã
khuyến cáo như sau: nên chọn loại cốt liệu lớn có cường độ cao, nhưng kích
thước lớn nhất (đường kính danh nghĩa lớn nhất) - Dmax thường nhỏ hơn so
với cốt liệu trong BTT và thường khơng q 25 mm. Nên dùng cát hạt thơ, có
mơ đun độ lớn trong khoảng 2,6 – 3,5.
1.4.3 Phụ gia khống hoạt tính có độ mịn cao:
Do hàm lượng xi măng trong BTCĐC khá lớn có thể từ 400 – 595 kg/m3,
nên bê tơng co ngót nhiều và tốn xi măng. Để khắc phục điều đó, cần phải thay
thế một phần xi măng bằng phụ gia khống hoạt tính có độ mịn như xi măng hoặc
mịn


hơn như: tro bay, tro trấu, meta cao lanh hoặc silica fume. Có thể dùng kết hợp
hai trong số các loại phụ gia đó. Silica fume và tro bay là hai loại phụ gia
khống hoạt tính được dùng phổ biến nhất.

1.4.3.1 Tro bay:
Tro bay là phụ gia khoáng thu được khi đốt than cám ở nhà máy nhiệt
điện. Tro bay bay lên, được lắng đọng bằng phương pháp tĩnh điện hoặc cơ
học ở ống khói. Đây là một loại phụ gia khống hoạt tính phổ biến nhất và
kinh tế nhất, vì là phế liệu dạng hạt mịn, nên khơng cần phải nghiền. Tro bay
được sử dụng từ rất sớm trong ngành sản xuất xi măng và bê tông. Hạt tro bay
có dạng hình cầu, kích thước tương tự hạt xi măng. Thành phần hóa học của
tro bay chủ yếu là các oxit SiO2, Al2O3 và một số oxit khác; ngoài ra, cịn có
một hàm lượng than chưa cháy lẫn trong tro bay. Hàm lượng than chưa cháy
có ảnh hưởng xấu đến chất lượng của tro bay, nên trong tiêu chuẩn Mỹ
ASTM C 618 [42] quy định hàm lượng than chưa cháy nhỏ hơn 6% (nhưng
cũng ghi chú là hàm lượng than chưa cháy có thể cao hơn, nếu qua thí
nghiệm thực tế trong bê tông thấy rằng vẫn dùng được). Ở nước ta mới ban
hành TCVN 10302 : 2014 về tro bay [17]. Hàm lượng tro bay trong BTT
khoảng 15 - 30% của khối lượng chất kết dính.
Khi tro bay lẫn xỉ nghiền mịn thì gọi là tro xỉ. Tro xỉ cũng được sản
xuất làm phụ gia cho bê tông và được sử dụng phụ gia khoáng cho xi măng ở
nhà máy xi măng Hồng Thạch…
Tro bay có hạt trịn dễ trơn trượt, nên làm tăng độ lưu động của hỗn
hợp bê tông hoặc giảm lượng nước trộn, nếu không u cầu tăng độ sụt. Tro
bay có hoạt tính trung bình do có một hàm lượng SiO 2 hoạt tính chỉ khoảng
70%. Hình ảnh các hạt tro bay được biểu thị trong hình 1.1.


Hình 1.1:Hình dạng các hạt tro bay.
Theo thành phần hóa học tro bay nhiệt điện chính là một loại puzơlan
nhân tạo. Trong tro bay chứa một hàm lượng lớn oxit silic và nhơm silic hoạt
tính có khả năng tương tác với Ca(OH)2 sinh ra sau khi các thành phần khoáng
của xi măng thủy phân thủy hóa. Khối lượng riêng của tro bay bằng khoảng
2,3 kg/dm3, nhỏ hơn khối lượng riêng của xi măng pooc lăng (khoảng 3,1

kg/dm3); vì vậy khi dùng tro bay thay thế một phần xi măng theo thể tích tuyệt
đối trong bê tơng, thì khối lượng thể tích của bê tơng có tro bay sẽ nhỏ hơn
một chút so với khối lượng thể tích của bê tơng chỉ có xi măng. Độ hút ẩm của
bê tơng có tro bay cao hơn và độ sụt của hỗn hợp bê tông cũng lớn hơn. Bê
tông pha tro bay tỏa nhiệt ít hơn và có tính bền sunfat cao hơn bê tơng dùng
tồn xi măng.
1.4.3.2 Silica fume (muội silic):
Silica fume là một loại phụ gia khống hoạt tính cao được dùng làm
phụ gia cho bê tông chất lượng cao. Đây là một loại phụ gia khoáng được
nghiên cứu và sử dụng nhiều ở nước ta [2, 3, 5, 7, 9, 43]. Về nguồn gốc, muội
silic là phế liệu của sản suất silic và ferosilic từ thạch anh có độ tinh khiết cao
và than đá trong lò cung lửa điện ngập. Khí SiO bay ra được oxi hóa và
ngưng tụ thành các hạt SiO2 hình cầu cực nhỏ ở dạng vơ định hình, nên có
hoạt tính rất cao và tác dụng với vôi rất mạnh. Như vậy độ mịn của muội
silic được


hình thành tự nhiên, chứ khơng phải do nghiền. Các hạt cực nhỏ xâm nhập
vào khoảng trống giữa các hạt xi măng làm cho cấu trúc của bê tông đặc chắc
hơn, chống thấm và chống ăn mòn tốt hơn. Hàm lượng SiO 2 trong muội silic
rất cao đạt trên 90%, nhưng lại rất xốp nhẹ, khối lượng thể tích bằng khoảng
200 - 300 kg/m3 và khối lượng riêng đạt khoảng 2,2 kg/dm 3. Độ lớn của hạt
nằm trong khoảng 0,03 - 0,3 µm, cỡ trung bình cũng nhỏ hơn từ 12 - 20 lần
cỡ hạt puzơlan nói chung và nhỏ hơn 100 lần hạt xi măng nói chung.
Silica fume được sản xuất ở dạng bột mịn và có thể ở dạng kết nén với
những hạt có kích thước lớn hơn. Hình ảnh các hạt silica fume được thể hiện
ở hình 1.2.

Hình 1.2: Hình dạng các hạt silica fume.
Thành phần hóa của một số loại silica fume trên thế giới được trình bày

trong bảng 1.3.
Bảng 1.3: Thành phần hóa học (%) của phụ gia silica fume.
Nước sản xuất Đức

Na Uy Mỹ

Canada

SiO2

93,7

90,96

90,93

89,95

Al2O3

0,28

0,53

0,54

0,1 - 3,1

MgO

0,25

0,5 - 1,5

0,3 - 0,5

0,3 - 1,0

Fe2O3

0,58

0,2-8

3,4 - 4,5

0,1 - 3,1


CaO

0,27

0,1 - 0,5

0,5 - 0,8

0,1 - 1,0

Na2O

0,02

0,2 - 0,7

0,1 - 0,3

0,1 - 0,2

K2O

0,049

0,4 - 1,0

1,0 - 1,2

0,5 - 1,4

C

-

0,5 - 1,4

1,3 - 3,6

2,1 - 4,2

S

-

0,1 - 0,4

0,1 - 0,2

0,1 - 0,2

SO3

-

-

0,4-1,3

0,1 - 0,6

MKN

3,8

-

0-4,8

0 - 0,6

1.4.3.3 Tro trấu:

Tro trấu là sản phẩm thu được do đốt trấu ở chế độ nhiệt độ và thời gian phù
hợp, sau đó được nghiền càng mịn càng tốt. Tro trấu được đánh giá là phụ gia
có hoạt tính cao [8, 18, 34] có hàm lượng SiO2 hoạt tính từ 80% đến 95%. Hình
ảnh các hạt tro trấu được thểhiện ở trong hình 1.3.

Hình 1.3: Hình dạng các hạt tro trấu sau khi nghiền.
Thành phần hóa điển hình của tro trấu được thể hiện trong bảng 1.4.
Bảng 1.4: Thành phần hóa của tro trấu.
Thành phần hóa

SiO2

K2O MgO Al2O3

CaO

Tỷ lệ theo khối lượng
(%)

93,1

2,3

0,4

0,5

0,4

Fe2O3 Na2O

0,2

0,1


Trấu ở Việt Nam có rất nhiều, vì nước ta là một nước nơng nghiệp. Đã
có một số cơng trình nghiên cứu sản xuất tro trấu và sử dụng tro trấu trong bê
tông, nhưng cho đến nay tro trấu vẫn chưa được sản xuất quy mô công nghiệp
để sử dụng rộng rãi trong bê tơng. Trong khi đó silica fume chưa được sản
xuất ở nước ta, nhưng silica fume của một số nước ngồi đã có mặt trên thị
trường Việt Nam và phổ biến nhất là silica fume của Na Uy, nước sản xuất
silica fume đầu tiên trên thế giới.
1.4.4 Phụ gia hóa học:
Tài liệu [16] đề cập đến các loại phụ gia hóa học khác nhau như sau:
- Phụ gia hóa dẻo (giảm nước), ký hiệu A;
- Phụ gia chậm đông kết, ký hiệu B;
- Phụ gia đông rắn nhanh, ký hiệu C;
- Phụ gia hóa dẻo - chậm đơng kết, ký hiệu D;
- Phụ gia hóa dẻo - đóng rắn nhanh, ký hiệu E;
- Phụ gia siêu dẻo (giảm nước mức cao), ký hiệu F;
- Phụ gia siêu dẻo - chậm đơng kết, ký hiệu G.
Ngồi ra cịn có các phụ gia hóa học khác như: phụ gia đông cứng
nhanh, phụ gia đông cứng chậm, phụ gia cuốn khí, phụ gia kị nước, phụ gia
trương nở, phụ gia bền sunfat, phụ gia trợ bơm,v.v…
Đối với BTCĐC, sử dụng chủ yếu phụ gia siêu dẻo loại F hoặc G.
PGSD có mặt trên thị trường Việt Nam như: Naptalen focmaldehit Sunfonat
(NFS), Melamin Focmaldehit Sunfonat (MFS), Ligno sunfonat biến tính,
Amino sunfonat và Polycarboxilat Ether; trong đó phụ gia polycarboxilat
ether là phụ gia siêu dẻo cao cấp
Cấu tạo phân tử của một số loại PGSD được minh họa trong hình 1.4.

(1) Naptalen Focmaldehit Sunfonat – NFS

(2) Melamin Focmaldehit Sunfonat – MFS

(3) Polycarboxilat (Arcrylat 1)

(4) Polycarboxilat Ether (Arcrylat 2)

(5) Amino sunfonat polyme


(6) Polyme liên kết chéo (Arcrylat 3)

Hình 1.4: Cấu tạo phân tử của một số loại PGSD.
Đối với bê tông cường độ siêu cao thường dùng Polycarboxilat Ether,
còn đối với BTCĐC thường có thể dùng phụ gia NFS hoặc MFS. Các phụ gia
này có sẵn trên thì trường phụ gia ở nước ta và một vài loại đã được nghiên
cứu và sản xuất ở Việt Nam.
1.5 Hiệu quả của việc sử dụng BTCĐC.
So với việc sử dụng BTT, thì việc sử dụng BTCĐC có thể mang lại các
hiệu quả sau đây:
- Khả năng chịu lực cao (cả cường độ chịu nén, chịu kéo,…);
- Cường độ ban đầu cao;
- Mô đun đàn hồi lớn;
- Giảm được tải trọng chết;
- Nhanh chóng đạt được mức độ từ biến cuối cùng;
- Đạt hiệu quả kinh tế cao.
BTCĐC không những yêu cầu nguyên vật liệu có chất lượng cao, mà