Lựa chọn bê tông cốt sợi thi công cống khu 6, 7 đô thị phía nam, thành phố Bắc Giang (Luận văn thạc sĩ file word)

LỜI CAM ĐOAN
Tên đề tài luận văn: “Lựa chọn bê tông cốt sợi thi công cống khu 6,7 - Đô thị phía
Nam, thành phố Bắc Giang”.
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi. Những nội dung và kết
quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ cơng
trình khoa học nào. Nếu vi phạm tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm, chịu bất kỳ các
hình thức kỷ luật nào của Nhà trường.
Học viên

Hoàng Văn Hoan

i


LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian học tập, nghiên cứu và làm luận văn, được sự nhiệt tình giúp đỡ của các
thầy, cô giáo trong Trường Đại học Thuỷ lợi và sự cố gắng nỗ lực của bản thân, đến
nay đề tài “Lựa chọn bê tông cốt sợi thi công cống khu 6,7 - Đơ thị phía Nam, thành
phố Bắc Giang” đã được hoàn thành.
Các kết quả trong luận văn là những đóng góp nhỏ về việc lựa chọn bê tơng cốt sợi thi
cơng cống khu 6,7 - Đơ thị phía Nam, thành phố Bắc Giang. Do thời gian và kinh
nghiệm hạn chế nên trong khuôn khổ một luận văn thạc sỹ kỹ thuật còn tồn tại một số
vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu. Tác giả mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các
thầy cơ giáo và các bạn đồng nghiệp.
Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Hồng Phó Un
người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và cung cấp các thơng tin khoa học cần thiết
trong q trình thực hiện luận văn.
Xin cảm ơn Nhà trường, các thầy cô giáo trong Trường Đại học Thủy Lợi, Phòng Đào
tạo Đại học và sau Đại học, Viện thủy công, Trung tâm Quy hoạch xây dựng Bắc
Giang đã tạo điều kiện giúp đỡ tác giả về tài liệu, thơng tin và đóng góp nhiều ý kiến
quý báu cho bài luận văn.

Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 01 năm 2018
Học viên

Hoàng Văn Hoan


MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ...................................................................................... v
DANH MỤC BẢNG BIỂU..............................................................................viii
MỞ ĐẦU.............................................................................................................. 1
1. Tính cấp thiết của đề tài............................................................................................. 1
2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu........................................................................ 2
3. Kết quả đạt được........................................................................................................ 2

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TƠNG CỐT SỢI....................................3
1.1. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng bê tơng cốt sợi trên Thế giới...............................3
1.2. Nghiên cứu và ứng dụng bê tông cốt sợi tại Việt Nam............................................ 9
1.3. Đặc điểm về Bê tông cốt sợi.................................................................................. 13
1.3.1. Khái niệm.......................................................................................................... 13
1.3.2. Các loại cốt sợi.................................................................................................. 13
1.3.3. Phân loại bê tông cốt sợi................................................................................... 20
1.3.4. Những đặc trưng cơ bản của bê tông cốt sợi..................................................... 21
1.4. Sự phá hoại bê tơng các cơng trình Thủy lợi và giải pháp khắc phục.......................22
1.4.1. Sự phá hoại bê tông các cơng trình Thủy lợi..................................................... 22
1.4.2. Một số giải pháp khắc phục sự phá hoại bê tơng các cơng trình Thủy lợi.........27
* Kết luận Chương 1.................................................................................................... 29

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ CƠ SỞ NGHIÊN CỨU BÊ TÔNG CỐT SỢI
............................................................................................................................. 30

2.1. Tiêu chuẩn về vật liệu xây dựng............................................................................ 30
2.2. Tiêu chuẩn về thí nghiệm chỉ tiêu cơ lý của bê tơng.............................................. 30
2.3. Các loại vật liệu sử dụng trong bê tông cốt sợi...................................................... 31
2.3.1. Xi măng............................................................................................................. 31
2.3.2. Tro bay............................................................................................................... 31
2.3.3. Cốt liệu mịn (Cát).............................................................................................. 32
2.3.4. Cốt liệu thô ( Đá dăm )...................................................................................... 33
2.3.5. Nước.................................................................................................................. 33


2.3.6. Phụ gia hóa học........................................................................................ 33
2.3.7. Cốt sợi thủy tinh........................................................................................ 34
2.4. Thiết kế thành phần bê tông cốt sợi...................................................................... 34
2.5. Thí nghiệm các tính chất cơ lý của bê tơng cốt sợi......................................... 34
2.5.1. Thí nghiệm kiểm tra độ lưu động (độ sụt) của hỗn hợp bê tơng................34
2.5.2. Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của bê tơng................................36
2.5.3. Thí nghiệm xác định cường độ kéo khi uốn của bê tông............................ 37
* Kết luận Chương 2..................................................................................................... 39

CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN BÊ TÔNG CỐT SỢI M30 THI CÔNG CỐNG
KHU 6,7 – ĐÔ THỊ PHÍA NAM, THÀNH PHỐ BẮC GIANG....................40
3.1. Tổng quan về dự án và cơng trình cống khu 6,7- Đơ thị phía Nam, thành phố Bắc
Giang
40
3.1.1. Điều kiện tự nhiên.............................................................................................. 40
3.1.2. Điều kiện về hạ tầng kỹ thuật............................................................................. 42
3.1.3. Đánh giá chung về địa điểm xây dựng dự án..................................................... 43
3.3. Phân tích kết quả thí nghiệm bê tơng cốt sợi........................................................... 44
3.3.1. Kết quả thí nghiệm độ lưu động......................................................................... 44
3.3.2. Kết quả thí nghiệm cường độ nén...................................................................... 45

3.3.3. Kết quả thí nghiệm cường độ kéo khi uốn.......................................................... 46
3.4. Tính tốn kết cấu cho cống khu 6,7 – Đơ thị phía Nam – Thành phố Bắc Giang.....48
3.4.1. Sơ đồ bố trí lực lên cống.................................................................................... 48
3.4.2. Phương pháp tính tốn...................................................................................... 52
* Kết luận chương 3:..................................................................................................... 60

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................................... 61
1. Kết luận.................................................................................................................... 61
2. Kiến nghị.................................................................................................................. 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................ 63
PHỤ LỤC TÍNH TỐN................................................................................... 65


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Cầu đi bộ Sherbrooke ở Sherbrooke, Quebec, Canada................................... 7
Hình 1.2. Cầu Bourg-les-Valence ở Đơng nam nước Pháp............................................ 7
Hình 1.3. Thi cơng đường sân bay ở Bỉ......................................................................... 8
Hình 1.4. Thi cơng mặt đường bến cảng tại Tây Ban Nha............................................. 8
Hình 1.5. Thi cơng hầm đường sắt tại Anh.................................................................... 8
Hình 1.6. Kênh bê tơng cốt sợi thành mỏng đúc sẵn.................................................... 10
Hình 1.7. Bờ kè kênh Tham Lương, TP Hồ Chí Minh sử dụng sản phẩm BTCS trong
dự án chống ngập, ứng phó thiên tai, biến đổi khí hậu................................................. 10
Hình 1.8. Thủ tướng Nguyễn Xuân Phúc thăm quan các sản phẩm bê tông cốt sợi đúc
sẵn, thành mỏng như các loại mương máng thủy lợi, hào kỹ thuật, hố ga thu nước mưa
và ngăn mùi kiểu mới, các loại cấu kiện lắp ghép bảo vệ bờ sông, hồ và đê biển........11
Hình 1.9. Thép polyme được sử dụng tại một hạng mục thuộc khu tưởng niệm Đại
tướng Võ Nguyên Giáp, Vũng Chùa - Quảng Bình..................................................... 11
Hình 1.10. Tuyến kênh tưới Nam Gò Đậu, hệ thống tưới Tháp Mão thuộc xã Phước Hưng,
huyện Tuy Phước, tỉnh Bình Định sử dụng công nghệ bê tông cốt sợi thành mỏng đúc sẵn. 12

Hình 1.11. Cơng trình Hầm đường bộ Hải Vân là cơng trình nổi bật tại Việt Nam ứng
dụng cơng nghệ bê tơng cốt sợi................................................................................... 12
Hình 1.12. Thi cơng đổ bê tơng sợi thép sàn cơng nghiệp tại Visip Bắc Ninh.............12
Hình 1.13. Sợi thủy tinh trong sản xuất bê tông cốt sợi Thủy tinh...............................15
Hình 1.14. Mơ phỏng sợi cacbon phóng to.................................................................. 18
Hình 1.15. Sợi bazan dạng xắt nhỏ dùng cho sản xuất bê tơng cốt sợi bazan BFRC.. .19
Hình 1.16. Khả năng chịu kéo của bê tơng cốt sợi....................................................... 21
Hình 1.17. Tính dẻo dai của bê tơng cốt sợi................................................................. 21
Hình 1.18. Khả năng chống nứt của bê tơng cốt sợi.................................................... 22
Hình 1.19. Thẩm tiết vôi tại nhà máy Thủy điện Thác Bà (hình ảnh do viện thủy cơng
cung cấp)..................................................................................................................... 24


Hình 1.20. Hiện trạng xâm thực và phá huỷ kết cấu BTCT cống Bình Cát - Bến Tre
(hình ảnh do viện thủy cơng cung cấp)........................................................................ 24
Hình 1.21. Xâm thực BTCT do tác động tổng hợp của mực nước thay đổi, ăn mịn cốt
thép, ăn mịn bê tơng trong mơi trường nước biển (hình ảnh do viện thủy cơng cung
cấp).
.......................................................................................................................................
25
Hình 1.22. Xâm thực bê tông do ảnh hưởng của mực nước thay đổi tại cống C2 - Hải Phịng
.......................................................................................................................................
25
(Bê tơng ln ln trong trạng thái trương nở-co ngót).................................................. 25
(hình ảnh do viện thủy cơng cung cấp).......................................................................... 25
Hình 1.23. Hiện trạng ăn mịn rửa trơi và ăn mịn cơ học do sóng biển của bê tơng kè
biển Cát Hải - Hải Phịng (hình ảnh do viện thủy cơng cung cấp)..................................... 25
Hình 1.24. Xâm thực bê tơng do bị mài mịn, rửa trơi cống Vàm Đồn - Bến Tre...........26
(hình ảnh do viện thủy cơng cung cấp).......................................................................... 26
Hình 1.25. Xâm thực bê tơng do bị các vi sinh vật ăn mịn.............................................. 26

(hình ảnh do viện thủy cơng cung cấp).......................................................................... 26
Hình 1.26. Xâm thực bê tơng cửa ra bể tiêu năng do hiện tượng khí thực.......................26
(hình ảnh do viện thủy cơng cung cấp).......................................................................... 26
Hình 1.27. Xâm thực bê tông mũi phun tràn xả lũ do hiện tượng khí thực.....................27
Hình 2.1. Bộ cơn thử độ sụt bê tơng............................................................................ 35
Hình 2.2. Thiết bị máy nén bê tơng.............................................................................. 37
Hình 2.3. Thiết bị thí nghiệm kéo khi uốn................................................................... 37
Hình 3.1. Quy hoạch khu đô thị khu dân cư khu số 6,7 khu đơ thị phía Nam, thành phố
Bắc Giang.................................................................................................................... 40
Hình 3.3. Thí nghiệm kiểm tra độ lưu động của hỗn hợp bê tơng................................ 44
Hình 3.4. Thí nghiệm xác định cường độ nén của bê tơng........................................... 45
Hình 3.5. Thí nghiệm xác định cường độ kéo khi uốn của bê tông.............................. 47
Hình 3.6. Sơ đồ bố trí các lực tác dụng lên cống......................................................... 48
Hình 3.8. Phân bố ứng suất S22 bê tông cốt sợi............................................................ 57


Hình 3.9. Chuyển vị của cống bê tơng cốt sợi............................................................. 57
Hình 3.10. Kết quả ứng suất S22 với bê tơng thường.................................................... 58
Hình 3.11. Kết quả ứng suất S11 với bê tơng thường.................................................... 58
Hình 3.12. Kết quả chuyển vị bê tơng thường............................................................. 58
Hình A. Mơ hình tính tốn cống hộp bằng phần tử Shell............................................. 65
Hình B. Kết quả ứng suất S11 với bê tơng thường........................................................ 65
Hình C. Kết quả ứng suất S22 với bê tơng thường........................................................ 66
Hình D. Kết quả ứng suất Smax với bê tơng thường...................................................... 66
Hình E. Kết quả ứng suất Smin với bê tơng thường....................................................... 67
Hình F. Kết quả chuyển vị bê tơng thường.................................................................. 67
Hình G. Kết quả ứng suất S11 với bê tơng cốt sợi........................................................ 68
Hình H. Kết quả ứng suất S22 với bê tông cốt sợi........................................................ 68
Hình I. Kết quả ứng suất Smax với bê tơng cốt sợi........................................................ 69
Hình J. Kết quả ứng suất Smin với bê tơng cốt sợi........................................................ 69

Hình K. Kết quả chuyển vị bê tông cốt sợi.................................................................. 70


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi tổng hợp đối với các tính chất của
hỗn hợp bê tông ........................................................................................................... 4
Bảng 1.2. Kết quả nghiên cứu sử dụng BTCS cho cơng trình giao thơng ở Mỹ............5
Bảng 1.3. Một số loại sợi thép được sử dụng trên Thế giới......................................... 14
Bảng 1.4. Cường độ chịu uốn tối đa của bê tông cốt sợi tổng hợp theo các chu kỳ thử độ
bền.16 Bảng 1.5. Cường độ chịu uốn của bê tông cốt sợi cacbon................................17
Bảng 2.1. Tiêu chuẩn về vật liệu xây dựng.................................................................. 30
Bảng 2.2. Tiêu chuẩn thí nghiệm chỉ tiêu cơ lý của bê tơng........................................ 30
Bảng 2.3. Tính chất cơ lý của xi măng......................................................................... 31
Bảng 2.4. Tính chất kỹ thuật của tro bay Phả Lại........................................................ 31
Bảng 2.5. Tính chất cơ lý của cát................................................................................. 32
Bảng 2.6. Tính chất cơ lý của đá dăm.......................................................................... 33
Bảng 2.7. Thành phần vật liệu cho 1 m3 bê tơng cốt sợi.............................................. 34
Bảng 3.1. Kết quả thí nghiệm độ lưu động các hỗn hợp bê tông.................................45
Bảng 3.2. Kết quả cường độ nén ở 3, 7 và 28 ngày tuổi............................................. 46
Bảng 3.3. Kết quả thí nghiệm cường độ kéo khi uốn ở 3, 7 và 28 ngày tuổi...............47
Bảng 3.4. Thành phần vật liệu cho 1 m3 bê tông cốt sợi.............................................. 48
Bảng 3.4. Thông số vật liệu của bê tông thường và bê tông cốt sợi............................. 49
Bảng 3.5: Thông số hình học của cống........................................................................ 49
Bảng 3.6: Thơng số đất xung quanh cống.................................................................... 50
Bảng 3.7. Kết quả tính tốn tải trọng tác dụng lên cống.............................................. 51
Bảng 3.8: Kết quả tính tốn bê tơng cốt sợi và bê tơng thường................................... 59


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài

Từ khi ra đời đến nay, Bê tông cốt thép đã và đang trở thành loại vật liệu xây dựng phổ
biến trong thiết kế thi cơng các cơng trình xây dựng dân dụng, cơng trình giao thơng,
thủy lợi...đối với Việt Nam nói riêng và trên tồn Thế giới nói chung. Tuy nhiên, với
điều kiện khoa học công nghệ, vật liệu xây dựng và mơi trường ở Việt Nam hiện nay,
nhiều cơng trình hoặc bộ phận kết cấu bằng bê tông cốt thép đã phát sinh vết nứt ngay
trong giai đoạn thi công hoặc chỉ sau một thời gian ngắn sử dụng. Điều đó đặt ra câu
hỏi lớn cho các nhà khoa học về việc phịng tránh và xử lí các dạng vết nứt phát sinh
trong q trình thi cơng và khai thác các cơng trình bằng bê tơng cốt thép.
Có rất nhiều ngun nhân gây ra vết nứt đối với các cơng trình, cấu kiện bê tông như:
cường độ chịu nén của Bê tông cao nhưng khả năng chịu kéo kém, hiện tượng co ngót,
từ biến hoặc tại các vị trí đặc biệt trong kết cấu chịu ứng suất phức tạp làm cho vật
liệu bê tông thông thường không đủ khả năng chịu lực ví dụ như bản mặt cầu bằng bê
tơng cốt thép, ụ neo cáp của cầu dây văng; các mối nối quan trọng giữa các đốt dầm
trong các cầu ứng dụng công nghệ đúc hẫng hoặc lắp hẫng...vv.
Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu về Vật liệu xây dựng đã sử dụng rất
nhiều biện pháp như: căng kéo cốt thép dự ứng lực, dùng các chất phụ gia chống co
ngót, bố trí các loại cốt thép đặc biệt tại các vị trí cần thiết…vv. Tuy nhiên, sau khi áp
dụng, người ta nhận ra rằng các giải pháp này khơng phải trường hợp nào cũng có thể
phát huy được tác dụng của nó. Bên cạnh đó các nhà khoa học cịn tìm các giải pháp
để tăng cường khả năng chịu lực của bê tông thông qua việc thay đổi một số tính chất
của vật liệu này bằng việc cho thêm vào bê tông một số cốt liệu muội silic và đặc biệt
là việc chế tạo, thiết kế bê tông sử dụng cốt sợi.
Thiết kế và sử dụng Bê tông cốt sợi là một ý tưởng được các nhà nghiên cứu quan tâm
trên thế giới. Đây là giải pháp mới hiệu quả, giúp tăng cường độ kéo cho bê tông thông
qua các vật liệu dạng sợi. Đối với ngành xây dựng cơng trình nói chung và xây dựng
cơng trình Thủy lợi nói riêng ở Việt Nam thì nghiên cứu thiết kế, sử dụng Bê tông cốt
9


sợi trong các cơng trình là một vấn đề khá mới mẻ. Có khá nhiều đề tài nghiên cứu về

Bê tông cốt sợi của nhiều đơn vị như: Đại học Xây dựng Hà Nội, Đại học Giao thông
vận tải Hà Nội, Đại học Bác khoa Tp Hồ Chí Minh…vv, nhưng phần lớn các nghiên
cứu chỉ tập trung vào lĩnh vực xây dựng dân dụng, giao thông vận tải. Trong khi đó,
những nghiên cứu Bê tơng cốt sợi phục vụ cho thiết kế cơng trình Thủy lợi cịn rất hạn chế.
Đứng trước nhu cầu thực tiễn, kế thừa và phát triển từ những đề tài nghiên cứu đã có
từ trước, tác giả đã nghiên cứu đề tài “lựa chọn bê tông cốt sợi thi cơng cống khu 6,7 –
Đơ thị phía Nam, thành phố Bắc Giang”, nhằm tìm ra loại cốt sợi phù hợp và thiết kế
Bê tông cốt sợi tối ưu, khắc phục những nhược điểm của Bê tông thông thường, từ đó
đưa ra kiến nghị và một số giải pháp áp dụng vào thi cơng cơng trình Thủy lợi để đạt
hiệu quả cao.
2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
* Nội dung nghiên cứu:
- Nghiên cứu tổng quan về tình hình sử dụng bê tơng cốt sợi tại Việt Nam và trên thế giới.
- Nghiên cứu sử dụng vật liệu chế tạo bê tông cốt sợi.
- Lựa chọn các loại vật liệu, phụ gia khoáng và phụ gia hoá học phù hợp, cũng như
lượng dùng thích hợp để sản xuất bê tông cốt sợi.
- Ứng dụng bê tông cốt sợi cho cống khu 6,7 - Đơ thị phía Nam, thành phố Bắc Giang.
* Phương pháp nghiên cứu:
- Tổng hợp một số kết quả nghiên cứu về bê tông cốt sợi cho một số cơng trình đã được
xây dựng ở Việt Nam và nước ngồi.
- Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu chế tạo bê tông cốt sợi. Thiết kế cấp
phối bê tông cốt sợi. Thí nghiệm một số tính chất cơ lý của hỗn hợp bê tông và bê tông
cốt sợi đã rắn chắc.
- Tính tốn kết cấu cống sử dụng bê tơng cốt sợi.
3. Kết quả đạt được
Lựa chọn được vật liệu, thiết kế cấp phối bê tông cốt sợi M30, áp dụng cấp phối đã được
thiết kế cho cơng trình cống khu 6,7 – Khu đơ thị phía Nam – Thành phố Bắc Giang.


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TƠNG CỐT SỢI

1.1. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng bê tơng cốt sợi trên Thế giới
Từ thời kỳ Ai Cập và Babylon, người ta đã biết dùng một số loại sợi từ thân cây hay
lông ngựa để tăng cường mức độ liên kết cho gạch thô, tường trát bùn, thạch cao…vv.
Những năm đầu 1960, người ta bắt đầu nghiên cứu về bê tông cốt sợi. Bê tông cốt sợi
(BTCS) đã được nghiên cứu rộng khắp trên thế giới trong nhiều thập kỷ qua, đã có
nhiều nhà khoa học nghiên cứu về khả năng ứng xử của bê tông cốt sợi từ trạng thái
hỗn hợp đến rắn chắc và cả độ bền của bêtông cốt sợi trong những điều kiện làm việc
khác nhau.
Về khả năng ứng xử của bê tông cốt sợi ở trạng thái hỗn hợp, tại Mỹ đã nghiên cứu
ảnh hưởng của sợi tổng hợp đến hỗn hợp bê tông. Bê tông khơng gia cường sợi có mác
thiết kế là 20 MPa, hàm lượng sợi sử dụng trong bê tông thay đổi từ 0,075% đến 0.5%
tính theo thể tích của bê tơng. Những loại sợi tổng hợp được nghiên cứu bao gồm : sợi
Nylon 6, sợi Poly-propylene (PP), sợi Polyester. Những loại sợi này có chiều dài 19
mm, 25 mm và 38 mm. Sợi PP ở dạng bó sợi, sợi Nylon 6 và sợi Polyester ở dạng đơn
mảnh.
Qua kết quả nghiên cứu các nhà khoa học đưa ra kết luận: độ dẻo của hỗn hợp bê tông
giảm xuống khi sợi được đưa vào trong hỗn hợp bê tông, sự giảm xuống về độ dẻo
càng tăng khi hàm lượng sợi tăng lên. Sự suy giảm về độ dẻo của hỗn hợp bê tông sử
dụng các loại sợi tổng hợp khác nhau sẽ khác nhau. Độ dẻo (độ sụt) của hỗn hợp bê
tông cốt sợi giảm xuống khi chiều dài sợi tăng lên (Bảng 1.1). Khảo sát sự thay đổi về
cường độ chịu nén của bê tông khi hàm lượng sợi Nylon 6 thay đổi từ 0% đến 0,1%
tính theo thể tích của bê tông thấy rằng: cường độ bê tông hầu như không bị thay đổi
khi hàm lượng sợi dùng ít hơn 0,1% theo thể tích của bê tơng. Khi nghiên cứu ảnh
hưởng của sợi tổng hợp đối với sự dẻo dai và khả năng chống va đập của bê tơng
thơng qua thí nghiệm uốn dầm tiêu chuẩn 150x150x600 mm và thí nghiệm búa rơi tự
do, sợi sử dụng bao gồm sợi Nylon 6; sợi PP; sợi Polyester (PE) có chiều dài 19 mm ở
dạng đơn mảnh, hàm lượng sợi thay đổi từ 0,075% đến 0,5% thấy rằng: độ dẻo dai và


khả năng chống va đập của bêtông tăng lên khi sử dụng 0,5% cốt sợi tổng hợp phân

tán.


Bảng 1.1. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi tổng hợp đối với các tính chất của
hỗn hợp bê tơng.
Mẫu nghiên

Loại sợi

cứu

Hàm lượng

Độ sụt

Khối lượng thể tích

sợi (kg)

(mm)

(kg/m3)

Đối chứng

-

0

178

2331

NL1

Nylon6

0,45

140

2371

NL2

Nylon6

0,6

133

2290

NL3

Nylon6

0,9

102

2358

PP1

Poly-propylene

0,6

133

2371

PP2

Poly-propylene

0,9

165

2317

PE

Polyester

0,6

133

2371

Tại trường đại học Michigan ở Mỹ, người ta đã tiến hành công trình nghiên cứu bê
tơng cường độ cao gia cường cốt sợi dùng cho các cơng trình giao thơng. Cường độ
của bê tông nghiên cứu yêu cầu đạt 350 daN/cm 2 (35 MPa) trong 24 giờ, sợi được sử
dụng bao gồm sợi thép và sợi Poly-propylene (PP) với hàm lượng sợi thay đổi 1% và
2%. Sợi thép có 2 loại với cùng một đường kính 0,5 mm nhưng có chiều dài lần lượt là
30 và 50 mm. Sợi PP có chiều dài 12 và 19 mm với đường kính sợi là 0,095 mm.
Nghiên cứu sự ảnh hưởng của hàm lượng và loại sợi đến các tính chất cơ học của bê
tơng như: cường độ chịu kéo, nén và uốn và độ dẻo dai.
Kết quả nghiên cứu kết luận rằng: yêu cầu về cường độ đạt 35MPa trong 1 ngày
thường khó đạt được khi sử dụng sợi PP. Sợi PP dùng với hàm lượng 1% và 2% làm
cho cường độ của bê tông giảm xuống đáng kể. Trái lại, cường độ của bê tơng có thể
đạt được hoặc vượt q 35 MPa trong 24 giờ khi sử dụng sợi thép, đặc biệt là sử dụng
với hàm lượng 2%. Môđun đàn hồi của bê tông giảm xuống khi hàm lượng sợi PP tăng
lên, và tăng lên khi hàm lượng sợi thép tăng. Tuy nhiên, khi sử dụng kết hợp sợi thép


dài 30 mm và sợi PP thì cường độ và môđun đàn hồi của bê tông cốt sợi ở 1 ngày
giảm xuống gần 50%.


Bê tông cường độ cao gia cường cốt sợi PP cho kết quả cường độ chịu uốn thấp hơn
nhiều so với sợi thép và gần bằng với bê tông cường độ cao không gia cường sợi. Tuy
nhiên, sợi PP làm cho tính dẻo dai của nền bê tơng cường độ cao được cải thiện rất
nhiều so với lúc không gia cường sợi.
Bảng 1.2. Kết quả nghiên cứu sử dụng BTCS cho cơng trình giao thơng ở Mỹ.
Ký hiệu

Ký hiệu

Mơđun đàn hồi

Cường độ chịu nén

cấp phối

mẫu

(MPa)

(MPa)

Đối chứng

1DA

28903

35

Đối chứng

28DA

26874

49

A1%S3

1DA

30856

42

A1%S3

28DA

33439

54

A1%S5

1DA

18886

35

A1%S5

28DA

25746

44

A1%P0,75

1DA

20482

29

A1%P0,75

28DA

19530

39

A2%S3P0,5

1DA

10605

33

A2%S3P0,5

28DA

24060

42

C1%S5

1DA

17332

38

C1%S5

28DA

28658

59

C1%P0.5

1DA

19691

24

C1%P0.5

28DA

20461

41

Trong đó: S3: sợi thép dài 30 mm; S5: sợi thép dài 50 mm; P0,5: sợi PP dài 12 mm;
P0,75: sợi PP dài 19 mm; SP: hỗn hợp sợi thép và sợi PP; A: hỗn hợp bê tơng khơng
có Silica fume; C: hỗn hợp bê tơng có sử dụng Silica fume.


Trong nhiều năm qua ở trên thế giới, người ta đã ứng dụng Bê tông cốt sợi phân tán
vào trong nhiều lĩnh vực xây dựng. Vào năm 1970, nhà xe sân bay Lockbourne bang
Ohio ở Mỹ được xây dựng từ những tấm bê tông cốt sợi đúc tại chỗ, những tấm bê
tơng cốt sợi này có kích thước là (10,7x14x0,15) m và (1,5x6,7x0,15) m. Loại sợi
được sử dụng trong công trình này là sợi thép, hàm lượng sợi sử dụng là 106 kg/m 3.
Sau khi đã đổ xong tấm bê tông cốt sợi, người ta phủ lên mặt của những tấm bê tông
cốt sợi này bằng những lớp lưới sợi PP có bề dày 0,2 mm để làm lớp đệm chống mài
mịn trong q trình sử dụng cơng trình.
Năm 1970 ở Michigan của Mỹ, đường Niles dẫn vào khu công nghiệp được xây dựng
bằng bê tông cốt sợi thép phân tán với chiều dày của đường là 100 mm. Sợi thép thẳng
được sử dụng với hàm lượng là 120 kg/m 3. Sau khi đưa cơng trình vào sử dụng, người
ta tiến hành so sánh đường làm bằng bê tông cốt sợi và đường làm bằng bê tơng bình
thường thì thấy rằng: mặc dù đường làm bằng bê tông cốt sợi có chiều dày (100 mm)
nhỏ hơn so với đường làm bằng bê tông thông thường (180 mm) nhưng khả năng chịu
tải, chịu mài mòn và chống nứt tốt hơn so với đường bê tơng thơng thường khơng có
sử dụng cốt sợi.
Năm 1983 tại Frankfurt ở Đức, người ta tiến hành xây dựng sân bay Frankfurt. Sân
bay này có lớp phủ mặt đường băng làm bằng bê tông cốt sợi thép phân tán, hàm
lượng sợi sử dụng là 60 kg/m3 để góp phần làm tăng khả năng chống mài mịn và

chống co ngót cho đường băng.
Bên cạnh những lĩnh vực ứng dụng như trên, từ những năm 1980 trở lại đây, sợi thép
và sợi Poly-propylene được sử dụng rất phổ biến cho bê tơng bơm phụt theo cả quy
trình khơ và quy trình ướt. Bê tơng bơm phụt gia cường cốt sợi được sử dụng để ổn
định mái dốc tự nhiên của những cơng trình đường hầm, để bao phủ bề mặt nền đá
chống lại hiện tượng hoá mềm của đá bùn trong khi xây dựng đập, bao phủ bề mặt của
những hố chứa rác để giảm thiểu sự xâm nhập của nước và sự rị rỉ của chất độc có hại
ra bên ngoài……
Cầu đi bộ Sherbrooke thuộc tỉnh bang Quebec của Canada là cơng trình kiến trúc kỹ
thuật đầu tiên xây dựng bằng Bê tông cốt sợi thép cường độ rất cao trên thế giới vào


năm 1997. Với khẩu độ 60 m, kết cấu dành cho người đi bộ này được đúc sẵn và ứng
lực trước, mặt cầu làm bằng Bê tông cốt sợi thép cường độ cực cao.

Hình 1.1. Cầu đi bộ Sherbrooke ở Sherbrooke, Quebec, Canada
Cầu Bourg-les-Valence ở Đông nam nước Pháp. Cầu được làm bằng Bê tông cốt sợi
thép cường độ cao, gồm 2 nhịp dài khoảng 20 m và hoàn thành năm 2001. Thông số
kỹ thuật của cầu: Chiều dài 22,5 m, chiều rộng 2,4 m, chiều cao 0,9 m, bề dày 11 cm,
chịu tải 37 tấn. Ngồi ra, bê tơng cốt sợi cịn được thi cơng tại đường sân bay ở Bỉ, thi
công mặt đường bến cảng tại Tây Ban Nha, thi công hầm đường sắt tại Anh … . Dưới
đây là một số hình ảnh về cơng trình xây dựng ở nước ngồi ứng dụng bê tơng cốt sợi
trong thi cơng và đạt hiệu quả rất cao.

Hình 1.2. Cầu Bourg-les-Valence ở Đông nam nước Pháp


Hình 1.3. Thi cơng đường sân bay ở Bỉ

Hình 1.4. Thi cơng mặt đường bến cảng tại Tây Ban Nha

Hình 1.5. Thi công hầm đường sắt tại Anh


1.2. Nghiên cứu và ứng dụng bê tông cốt sợi tại Việt Nam
Tại Việt Nam vấn đề bê tông cốt sợi tổng hợp, bê tông cốt sợi thép đã bước đầu được
quan tâm nghiên cứu và công bố tại Đại học Giao thông vận tải Hà Nội, Đại học Xây
dựng Hà Nội, Viện Khoa học công nghệ xây dựng, Viện Vật liệu xây dựng quốc gia,
Viện Khoa học công nghệ Giao thông vận tải…
Tại trường Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh, TS.Nguyễn Văn Chánh cùng các
cộng sự đã tiến hành nghiên cứu về bê tông cốt sợi dựa trên nền vật liệu địa phương
được gia cường với nhiều loại sợi khác nhau như: bê tông nhẹ cốt sợi sơ dừa, bê tông
cốt sợi tổng hợp, bê tông cốt sợi thép và bê tơng cốt sợi Bazan. Các tính chất của bê
tông cốt sợi được nghiên cứu gồm: Cấp phối thành phần hỗn hợp, tính chất của hỗn
hợp, tính chất cơ học và đặc biệt là tính dẻo dai của bê tông cốt sợi.
Tại Viện Thủy công, Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, PGS.TS.Hồng Phó Un và
nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công bê tông cốt sợi thép làm cửa van cho các cống
lấy nước vùng Đồng bằng sơng Cửu Long.
Một số cơng trình dân dụng, giao thông, thủy lợi đã được thi công bằng bê tông cốt sợi
tại Việt Nam như: Công ty BUSECO - Vũng Tàu đang áp dụng thử nghiệm dùng
thanh GFRP cho sản xuất nắp cống và cọc bê tông cốt thép. Công trình cơng viên Phù
Đổng tại Trần Phú - Nha Trang sử dụng thanh GFRP làm bản đáy tầng hầm. Cơng
trình đê biển Cà Mau sử dụng thanh GFRP để thi công thử nghiệm hệ thống rọ đá làm
kè biển. Hạng mục nhà chiến sỹ cảnh vệ thuộc khu tưởng niệm Đại Tướng Võ Ngun
Giáp tại Vũng Chùa - Quảng Bình...
Ngồi ra, một số tuyến kênh tưới, cơng trình hầm, sàn nhà công nghiệp...ở trong nước
cũng đã được sử dụng bê tơng cốt sợi.
Dưới đây là một số hình ảnh đặc trưng về các cơng trình sử dụng bê tơng cốt sợi tại
Việt Nam.

Hình 1.6. Kênh bê tơng cốt sợi thành mỏng đúc sẵn
(Tổng cục Thuỷ lợi - Bộ Nông nghiệp và Phát triển nơng thơn có quyết định số
94/QĐ- TCTL-KHCN về việc công nhận tiến bộ kỹ thuật, công nghệ mới đối với sản
phẩm “Kênh bê tông cốt sợi thành mỏng đúc sẵn”)

Hình 1.7. Bờ kè kênh Tham Lương, TP Hồ Chí Minh sử dụng sản phẩm BTCS trong
dự án chống ngập, ứng phó thiên tai, biến đổi khí hậu


Hình 1.8. Thủ tướng Nguyễn Xuân Phúc thăm quan các sản phẩm bê tông cốt sợi đúc
sẵn, thành mỏng như các loại mương máng thủy lợi, hào kỹ thuật, hố ga thu nước mưa
và ngăn mùi kiểu mới, các loại cấu kiện lắp ghép bảo vệ bờ sông, hồ và đê biển….

Hình 1.9. Thép polyme được sử dụng tại một hạng mục thuộc khu tưởng niệm Đại
tướng Võ Nguyên Giáp, Vũng Chùa - Quảng Bình


Hình 1.10. Tuyến kênh tưới Nam Gị Đậu, hệ thống tưới Tháp Mão thuộc xã Phước Hưng,
huyện Tuy Phước, tỉnh Bình Định sử dụng cơng nghệ bê tơng cốt sợi thành mỏng đúc sẵn

Hình 1.11. Cơng trình Hầm đường bộ Hải Vân là cơng trình nổi bật tại Việt Nam ứng
dụng cơng nghệ bê tơng cốt sợi

Hình 1.12. Thi cơng đổ bê tông sợi thép sàn công nghiệp tại Visip Bắc Ninh
Tuy nhiên, tại Việt Nam phạm vi ứng dụng cịn hạn chế, chưa có nhiều cơng trình xây
dựng thi cơng bằng bê tơng cốt sợi. Đây chính là câu hỏi đặt ra cho các nhà thiết kế,


nghiên cứu bê tông cốt sợi và ứng dụng vào thi cơng các cơng trình nói chung và các

cơng trình Thủy lợi nói riêng. Đặc biệt là ứng dụng chế tạo bê tơng cốt sợi có cường
độ chịu kéo uốn tốt, khả năng chống thấm và chống xâm thực tốt, khả năng kháng nứt
tốt, chịu va đập và mài mòn cao, sử dụng cho các cơng trình Thủy lợi là rất cần thiết
và cần được nghiên cứu trong thời gian tới.
1.3. Đặc điểm về Bê tông cốt sợi
1.3.1. Khái niệm
Bê tơng cốt sợi là loại vật liệu composite trong đó phần vật liệu nền là bê tông thông
thường, phần vật liệu cốt là các loại sợi nhỏ. Sự có mặt của cốt sợi làm cho bê tơng có
khả năng chống lại sự co ngót và nứt trong q trình rắn chắc; đồng thời làm tăng
cường độ kéo, uốn và nâng cao độ mềm dẻo của các kết cấu bê tông khi chịu lực. Hay
nói cách khác, bê tơng cốt sợi là loại bê tông tươi đặc biệt được chế tạo từ hỗn hợp xi
măng, cốt liệu, nước, phụ gia và sợi gia cường riêng rẽ. Sợi phân tán ngẫu nhiên hoặc
sợi liên tục, phân bố theo một hoặc hai phương được đưa vào trong bê tông nhằm cải
thiện và tăng cường các tính chất cho bê tơng, phù hợp sử dụng cho các cơng trình có
u cầu cao về khả năng chịu kéo, chịu uốn, chịu va đập, dẻo dai và ít co ngót.
1.3.2. Các loại cốt sợi
1.3.2.1. Cốt sợi Thép
Sợi thép được sản xuất từ thép cacbon hay thép khơng gỉ, cường độ chịu kéo trong
khoảng 345 ÷ 1380 MPa, môđun đàn hồi khoảng 200 GPa, tiết diện sợi thép có thể là
trịn, vng, chiều dài sợi thép thường nhỏ hơn 75 mm. Tỉ số chiều dài sợi trên đường
kính sợi từ 30 ÷ 100 thường hay sử dụng để gia cường cho bê tông xi măng. Sợi thép
nhỏ hạn chế được tính giịn và gia tăng tính dẻo dai của bê tông xi măng đã được sử
dụng để sản xuất các tấm sàn phẳng cho sân bãi và các lớp mặt trong đường hầm.


Bảng 1.3. Một số loại sợi thép được sử dụng trên Thế giới

Đầu tiên, các nhà khoa học chỉ dùng những sợi thép nhỏ và thẳng để tăng khả năng
chịu uốn và chống nứt cho bê tông. Shah và Rangan đã nghiên cứu bê tơng sợi thép
nhỏ với đường kính 0,25 ÷ 0,75 mm, để chế tạo cấp phối hỗn hợp bê tông dẻo. Lượng

sợi sử dụng và tỷ lệ chiều dài trên đường kính sợi của sợi thép thẳng là yếu tố chính để
thí nghiệm kiểm tra các tính chất của bê tông cốt sợi thép. Khối lượng sợi thép dùng
trong khoảng từ 90 ÷ 120 kg/m3 bê tơng. Với mật độ sợi cao, khó khăn chính gặp phải
là sợi sẽ cuộn lại thành cục trong quá trình trộn, nhất là khi dùng sợi dài.
Bê tông khi sử dụng cốt sợi thép có ưu điểm làm tăng khả năng kháng uốn và cường
độ nén cao hơn bê tông thông thường. Tuy nhiên, nhược điểm của việc dùng cốt sợi
thép là làm cho độ dẻo của hỗn hợp bê tông giảm, gây khó khăn trong thi cơng, làm
tăng trọng lượng của bê tơng, khơng phù hợp với những cơng trình yêu cầu bê tông
nhẹ. Khuynh hướng này ảnh hưởng đến chất lượng của bê tông, đặc biệt, với một số
lượng cao. Để khắc phục hiện tượng này Ramakrishman và các cộng sự của ông đã
dùng các loại phụ gia dẻo giảm nước cho với một lượng nhỏ để điều chỉnh tính dẻo
của hỗn hợp bê tơng.


1.3.2.2. Cốt sợi Thủy tinh
Sợi thủy tinh được sử dụng chủ yếu để sản xuất các tấm bê tông phẳng cốt sợi. Những
loại sợi thủy tinh E - Glass sử dụng trong bê tông đều bị phân hủy trong môi trường
kiềm của xi măng Pclăng. Chính vì vậy, một loại sợi thủy tinh bền kiềm (sợi thủy
tinh kháng kiềm AR - Glass Fiber) được sản xuất để thay thế sợi thủy tinh E - Glass
trong bê tông cốt sợi thủy tinh.
Khi sử dụng cốt sợi thủy tinh, bê tông sẽ có ưu điểm hơn so với các loại bê tơng cốt
sợi khác như Poly-Propylene Fiber, Steel Fiber đó là: Cường độ uốn, kéo và va đập
cao hơn; sợi thủy tinh nhẹ hơn làm giảm sức nặng của cơng trình, làm tăng khả năng
chống lại sự phá hủy của môi trường có các tác nhân hóa học, đặc biệt là khơng xảy ra
hiện tượng ăn mòn cốt thép của ion Clo; bê tông cốt sợi thủy tinh không bị gỉ, không
bị ăn mịn, bền trong mơi trường nước và thân thiện với môi trường. Đây là loại bê
tông cốt sợi rất phù hợp với đặc điểm, tính chất làm việc của các cơng trình Thủy lợi,
cần được nghiên cứu kĩ để áp dụng vào thực tiễn.

Hình 1.13. Sợi thủy tinh trong sản xuất bê tông cốt sợi Thủy tinh

1.3.2.3. Cốt sợi tổng hợp Polyme
Sợi tổng hợp Polyme được sản xuất từ các sản phẩm của công nghệ dầu mỏ và công
nghệ dệt. Những loại sợi Polyme đã sử dụng với vật liệu nền xi măng gồm: Acrylic,
Aramid, Nylon, Polyester, Polyethylen và Polypropylen.