Nghiên cứu thiết kế thành phần cấp phối bê tông Mác 60 mpa sử dụng phối hợp tro trấu, tro bay và phụ gia siêu dẻo (Luận văn thạc sĩ file word)

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập và làm luận văn tốt nghiệp cao học, được sự giúp đỡ của
các thầy, cô giáo trường Đại học Thủy Lợi, đặc biệt là thầy giáo TS. Nguyễn Đình
Trinh cùng sự tham gia góp ý của các nhà khoa học, thầy, cơ giáo. Đến nay, tác giả
đã hoàn thành luận văn thạc sĩ với đề tài luận văn: “Nghiên cứu thiết kế thành
phần cấp phối bê tông mác 60 mpa sử dụng phối hợp tro trấu, tro bay và phụ
gia siêu dẻo”.
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS. Nguyễn Đình Trinh đã
hướng dẫn, chỉ bảo tận tình và cung cấp các kiến thức khoa học cần thiết trong quá
trình thực hiện luận văn. Xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo thuộc Bộ môn
Vật Liệu Xây Dựng, phòng Đào tạo Đại học và Sau Đại học trường Đại học Thủy
Lợi đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả hoàn thành tốt luận văn thạc sĩ của
mình.
Do trình độ, kinh nghiệm cũng như thời gian nghiên cứu cịn hạn chế nên Luận
văn khó tránh khỏi những thiếu sót, tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng
góp của quý độc giả.
Xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội,

tháng

năm 2014

Tác giả luận văn

Nguyễn Thế Long


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đề tài luận văn này là sản phẩm nghiên cứu của riêng cá nhân
tôi. Các số liệu và kết quả trong luận văn là hồn tồn đúng với thực tế và chưa

được ai cơng bố trong tất cả các cơng trình nào trước đây. Tất cả các trích dẫn đã
được ghi rõ nguồn gốc.
Hà Nội,

tháng

năm 2014

Tác giả luận văn

Nguyễn Thế Long


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU.................................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BÊ
TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT NAM...................6
1.1 Khái niệm về bê tông cường độ cao................................................................. 6
1.2 Tình hình nghiên cứu ứng và ứng dụng bê tơng cường độ cao trên thế giới....7
1.3. Tình hình nghiên cứu ứng và ứng dụng bê tơng cường độ cao tại Việt Nam.. .10
1.4. Ưu nhược điểm của bê tông cường độ cao..................................................... 13
1.5 Thành phần và cấu trúc của bê tông cường độ cao......................................... 15
1.5.1 Phụ gia khống trong bê tơng cường độ cao............................................ 17
1.5.2 Phụ gia hóa học........................................................................................ 23
Kết luận chương 1................................................................................................. 26
CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.......................27
2.1. Phương pháp nghiên cứu: lý thuyết kết hợp với thực nghiệm.......................27
2.1.1 Các phương pháp nghiên cứu tính chất vật liệu sử dụng..........................27
2.1.2 Các phương pháp nghiên cứu tính chất của hỗn hợp bê tơng và bê tông
cường độ cao.....................................................................................................28

2.2. Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu................................................................ 31
2.2.1 Cốt liệu nhỏ.............................................................................................. 31
2.2.2 Cốt liệu lớn.............................................................................................. 31
2.2.3 Xi măng................................................................................................... 32
2.2.4 Phụ gia khoáng mịn................................................................................. 33
2.2.5 Phụ gia siêu dẻo....................................................................................... 34
2.2.6. Nước....................................................................................................... 35
2.3. Các tính chất cơ lý của vật liệu sử dụng........................................................ 35
2.3.1 Cốt liệu nhỏ.............................................................................................. 35
2.3.2 Cốt liệu lớn.............................................................................................. 36
2.3.3 Xi măng................................................................................................... 38
2.3.4 Tro trấu.................................................................................................... 39


2.3.5 Trobay...................................................................................................... 40
2.3.6 Phụ gia siêu dẻo....................................................................................... 41
Kết luận chương 2................................................................................................. 42
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU............................................................ 43
3.1. Yêu cầu về chất lượng của vật liệu dùng để thiết kế bê tông cường độ cao. .43
3.2. Thiết kế thành phần cấp phối bê tơng cường độ cao..................................... 43
3.3. Các tính chất, chỉ tiêu cơ lý của hỗn hợp bê tông và bê tơng cường độ cao. .68
3.3.1 Tính cơng tác của hỗn hợp bê tông cường độ cao.................................... 68
3.3.2 Khối lượng thể tích của bê tơng............................................................... 72
3.3.3 Cường độ nén của bê tông........................................................................ 73
3.3.4 Cường độ kéo khi uốn của bê tơng........................................................... 74
3.3.5 Tính chống thấm của bê tơng................................................................... 75
3.4. Đề suất các phương án sử dụng bê tông cường độ cao trong xây dựng cơng
trình thủy lợi.................................................................................................. 76
Kết luận chương 3................................................................................................ 76
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................... 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CỤM TỪ VIẾT TẮT
KÍ HIỆU

TÊN

ACI

Viện bê tơng Mỹ

ASTM

Hiệp hội vật liệu và phương
pháp thử Mỹ

KÍ
HIỆU

TÊN

PGSD

Phụ gia siêu dẻo

Rn7

Cường độ nén ở tuổi 7 ngày
Cường độ nén tuổi 28 ngày

BTCĐC

Bê tông cường độ cao

Rn28

BTXM

Bê tông xi măng

Rku7

C

Cát

Rku28

C/CKD

Tỷ lệ cát trên chất kết dính

SN

Độ sụt

C/CL

Tỷ lệ cát trên cốt liệu

TB

Tro bay

CKD

Chất kết dính

TT

Tro trấu

CL

Cốt liệu

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

CP

Cấp phối

XM

Xi măng

Đ5-10

Đá dăm 5-10mm

CPQH

Cấp phối quy hoạch

Đ10-20

Đá dăm 10-20mm

N

Nước

KLTT

Khối lượng thể tích

Cường độ kéo khi uốn ở tuổi
7 ngày
Cường độ kéo khi uốn ở tuổi
28 ngày


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 – Phân cấp bê tông cường độ cao...............................................................6
Bảng 1.2. Một số cầu được thi công bằng bê tông cường độ cao ở Nhật...................8
Bảng1.3 . Một số cầu thi công bằng bê tông cường độ cao ở Mỹ..............................9
Bảng1.4. Một số mác bê tơng điển hình đã được sử dụng cho cơng trình ở Việt Nam

................................................................................................................................. 12
Bảng 1.5: Yêu cầu kỹ thuật đối với phụ gia khống cho bê tơng.............................20
Bảng 2.1 Các thí nghiệm theo tiêu chuẩn sử dụng nghiên cứu tính chất vật liệu.....27
Bảng 2.2 Các thí nghiệm theo tiêu chuẩn nghiên cứu tính chất của hỗn hợp bê tông
và bê tông................................................................................................................28
Bảng 2.3.Chỉ tiêu thử tính chất hỗn hợp bê tơng.....................................................30
Bảng 2.4. Hàm lượng tối đa cho phép của muối hòa tan, ion sunfat, ion clorua và
cặn không tan trong nước trộn bê tông và vữa.........................................................35
Bảng 2.5: Kết quả tính chất cơ bản của cát vàng Sông Lô.......................................36
Bảng 2.6.Thành phần hạt của đá 5-10 và 10-20.......................................................37
Bảng 2.7. Tổng hợp một số tính chất cơ lý của đá dăm Phủ Lý - Hà Nam..............37
Bảng 2.8. Thành phần hóa của xi măng PC40 Bút Sơn...........................................38
Bảng 2.9. Thành phần khoáng của xi măng PC40 Bút Sơn.....................................38
Bảng 2.10: Kết quả thí nghiệm các tính chất cơ lý của Xi măng.............................38
Bảng 2.11. Thành phần hóa của tro trấu..................................................................39
Bảng 2.12. Các tính chất hóa lý của tro trấu............................................................39
Bảng 2.13 Các tính chất cơ lý của tro trấu..............................................................40
Bảng 2.14. Thành phần hóa học của tro tuyển.........................................................40
Bảng 2.15. Tính chất của tro tuyển theo ASTM C618.............................................40
Bảng 2.16 Một số tính chất khác của tro tuyển........................................................41
Bảng 2.17. Một số tính chất kĩ thuật của phụ gia GLENIUM ACE 388..................41
Bảng 3.1: Sự phụ thuộc độ xốp vào kiểu sắp xếp của hạt.......................................45
Bảng 3.2 : Sự phụ thuộc của độ rỗng vào sự phối hợp các cấp hạt.........................46
Bảng 3.3:Kết quả phối hợp cấp hạt X2 (5 ÷ 10mm) và cấp hạt X3 (10 ÷ 20mm). . .50
Bảng 3.4. Thành phần hạt hỗn hợp đá 5-10 và 10-20 sau khi phối trộn..................51
Bảng 3.5: Kết quả phối hợp cấp hạt X1 (0 ÷ 5mm) và cấp hạt X2 và X3...............52


Bảng 3.6 Bảng ước lượng lượng dùng nước dựa vào độ sụt của hỗn hợp bê tông và
Dmax của cốt liệu....................................................................................................56

Bảng 3.7 Bảng tra tỷ lệ N/XM dựa vào cường độ nén và kích thước hạt cốt liệu
trong các trường hợp có hoặc khơng có PGSD........................................................57
Bảng 3.8. Thành phần cấp phối gốc chỉ sử dụng xi măng cho 1m3 bê tông............58
Bảng 3.9. Thành phần cấp phối gốc chỉ sử dụng xi măng và có phụ gia siêu dẻo cho
1m3 bê tông.............................................................................................................58
Bảng 3.10. Khối lượng vật liệu dùng cho 1m3 hỗn hợp bê tơng chỉ có xi măng sau
khi quy đổi............................................................................................................... 59
Bảng 3.11. Thành phần cấp phối sử dụng PGK thay thế xi măng cho 1m3 bê tông
(trước hiệu chỉnh)....................................................................................................60
Bảng 3.12. Thành phần cấp phối sử dụng PGK thay thế xi măng cho 1m3 bê tông
(sau hiệu chỉnh).......................................................................................................60
Bảng 3.13: Bảng thống kê lượng dùng vật liệu sơ bộ cho 1m3 hỗn hợp bê tơng của
cấp phối chỉ có xi măng (CPG) và cấp phối có phụ gia khống (CP PGK).............61
Bảng 3.14 Kết quả thí nghiệm của 2 cấp phối (CPG, CP PGK) sơ bộ.....................61
Bảng 3.15: Kế hoạch thí nghiệm bậc hai tâm xoay..................................................64
Bảng 3.16 : Ma trận kế hoạch thí nghiệm bậc hai tâm xoay....................................64
Bảng 3.17 Bảng thành phần vật liệu dùng cho 1m3 hỗn hợp bê tông......................65
Bảng 3.18 Bảng giá trị hàm mục tiêu......................................................................65
Bảng 3.19 : Bảng thành phần cấp phối vật liệu dùng cho 1m3 bê tông của cấp phối
quy hoạch (CPQH)..................................................................................................67
Bảng 3.20 : Kết quả kiểm tra sơ bộ cấp phối quy hoạch (CPQH)............................68
Bảng 3.21: Bảng thống kê lượng dùng vật liệu cho của các cấp phối khảo sát tính
chất.......................................................................................................................... 69
Bảng 3.22: Kết quả tiến hành xác định độ sụt của hỗn hợp bê tông........................70
Bảng 3.23 Bảng thống kê kết quả xác định KLTT của các cấp phối bê tông..........72
Bảng 3.24: Kết quả cường độ nén của các cấp phối bê tông...................................73
Bảng 3.25 : Kết quả cường độ kéo khi uốn của các cấp phối bê tông.....................74
Bảng 3.26 : Kết quả thí nghiệm khả năng chống thấm của bê tông.........................75

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1.Tồn cảnh đập thủy điện Tam Hiệp-Trung Quốc........................................9
Hình 1.2. Đập tràn thủy điện Myasage-Nhật Bản......................................................9
Hình 1.3 Tịa nhà the Bow cao 236m - nằm ở thành phố Calgary, tỉnh Alberta,
Canada..................................................................................................................... 10
Hình 1.4 Cây cầu dẫn nước Magdeburg ở Đức........................................................10
Hình 1.5 Cầu Mỹ Thuận, thành phố Vĩnh Long, Việt Nam.....................................12
Hình 1.6. Phối cảnh 3D thủy điện Sơn La...............................................................12
Hình 1.7 Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén của bê tơng và tổng chi phí một đơn
vị cột với kết cấu nhà 15 tầng..................................................................................14
Hình 1.8. Hiệu quả về vật liệu và tiết diện khi sử dụng bê tơng cường độ cao........15
Hình 1.9 Cơ chế hố dẻo của phụ gia hố học.........................................................25
Hình 2.1: Sơ đồ phương pháp xác định độ chảy của vữa.........................................29
Hình 2.2. Lị đốt trấu...............................................................................................34
Hình 3.1 : Các kiểu sắp xếp của hạt cốt liệu............................................................44
Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của hệ số điền đầy đến độ rỗng hỗn hợp CL50
Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của hệ số điền đầy đến KLTT hỗn hợp CL.51
Hình 3.4.Đồ thị biểu diễn thành phần hạt hỗn hợp đá 5-10 và 10-20 sau khi phối
trộn..........................................................................................................................52
Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của hệ số điền đầy đến độ rỗng hỗn hợp CL.
Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của hệ số điền đầy đến KLTT hỗn hợp CL. 53
Hình 3.7: Quan hệ giữa cường độ bê tông và tỷ lệ N/X theo loại xi măng, biểu đồ
Walz......................................................................................................................... 55
Hình 3.8 Các đường đồng mức biểu diễn quan hệ giữa Yvới A và B......................67
Hình 3.9: Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa Yvới A và B.............................................67
Hình 3.10: HHBT khi vừa cho từ máy trộn tự do ra................................................69
Hình 3.11: Cơn thử độ sụt theo TCVN 3016:1993..................................................69
Hình 3.12 Đồ thị thể hiện tính cơng tác của hỗn hợp bê tông.................................70

53

Hình 3.13 Đồ thị thể hiện cường độ nén của bê tơng ở tuổi 7 ngày và 28 ngày.....73
Hình 3.14: Đồ thị thể hiện cường độ kéo khi uốn của bê tơng ở tuổi 7 ngày và 28
ngày......................................................................................................................... 74
Hình 3.15 : Đồ thị thể hiện khả năng chống thấm của bê tông................................76


10

MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài
Ở nước ta hiện nay ngày càng địi hỏi có thêm nhiều chủng loại vật liệu xây
dựng mới ưu việt nhằm nâng cao chất lượng cơng trình, đẩy nhanh tốc độ thi cơng,
đồng thời hạ giá thành xây dựng, đem lại hiệu quả kinh tế, v.v… Bê tông là một loại
vật liệu phổ biến trong các cơng trình xây dựng dân dụng và công nghiệp. Hiện nay,
ở nước ta bê tông đã được sử dụng rất rộng rãi nhưng cần tiếp tục nghiên cứu và
phát triển để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao về chất lượng, nhất là trong xây dựng
các công trình đặc biệt.
Việt Nam là nước có bờ biển dài chạy dọc đất nước nên việc xây dựng các
cảng, đê kè để phục vụ nhu cầu phát triển về kinh tế, giao lưu, thông thương với các
nước trên thế giới là rất cần thiết. Mặt khác, Việt Nam cũng đã và đang có nhiều dự
án xây dựng các cơng trình thủy lợi, thủy điện để đáp ứng nhu cầu phát triển chung
của đất nước. Trong đó có loại cơng trình rất quan trọng, không những ảnh hưởng
lớn đến kinh tế mà cả an ninh, quốc phịng của đất nước, đó là các đập ̣ thủy điện.
Đối với các đập ̣ trọng lực, bê tơng làm lớp lõi đập ̣ có yêu cầu cường độ không cao
và quan trọng nhất phải giải quyết vấn đề ứng suất nhiệt do xi măng thủy hóa, do đó
giải pháp tốt nhất là áp dụng cơng nghệ bê tơng đầm lăn. Lớp vỏ ngồi của đập chịu
tác động xói mịn (mài mịn, khí thực và ăn mòn ) [15] trực tiếp của nước nên bi ̣phá
hoại rất nhanh. Theo kinh nghiệm của các nước trên thế giới, việc sử dụng bê tơng

cường độ cao(có tỷ lệ N/X thấp) là biện pháp tốt nhất để làm tăng tuổi thọ của các
cơng trình này[22]. Tóm lại, trong các cơng trình thủy cơng vật liệu bi ̣phá hoại rất
nhanh, đặc biệt là dưới tác dụng của dòng chảy có lưu tốc lớn. Vì vậy, việc nghiên
cứu chế tạo vật liệu phù hợp với những cơng trình quan trọng này là cần thiết, trong
đó hướng nâng cao chất lượng bê tơng đang sử dụng cho các cơng trình này là rất
thiết thực.
Mặt khác, Việt Nam là một nước nông nghiệp, công nghiệp đang phát triển
nên thải phẩm của các ngành này rất lớn. Thải phẩm của các ngành này đang là vấn
đề được quan tâm vì nó gây ơ nhiễm mơi trường, khó xử lí, khơng có chỗ chứa… Vì
vậy, làm sao để tận dụng được nguồn thải phẩm này góp phần phát triển kinh tế,


bảo vệ môi trường đang được nhà nước, các nhà khoa học, nhà nghiên cứu quan
tâm, tìm hiểu và đưa ra các phương pháp giải quyết hợp lí. Một trong những hướng
giải quyết đưa ra đó là tận dụng các nguồn thải phẩm này và kết hợp với các nguyên
vật liệu sẵn có để chế tạo loại vật liệu mới đáp ứng được nhu cầu sử dụng. Tro trấu
và tro bay là hai thải phẩm chủ yếu của ngành nông nghiệp và công nghiệp nhiệt
điện. Từ những năm 80 của thế kỉ trước, trên thế giới cũng như ở Việt Nam người ta
đã phát hiện ra rằng khi chúng ta đốt vỏ trấu ở một điều kiện thích hợp sẽ thu được
tro trấu với hàm lượng SiO2 vơ định hình rất cao (khoảng 90%), tức là tương đương
với hàm lượng SiO2 vơ định hình có trong Silicafume hiện đang được dùng phổ
biến. Và cũng đã có những cơng trình nghiên cứu chứng minh được rằng tro trấu
của chúng ta hoàn tồn có khả năng thay thế Silicafume trong việc sản xuất bê tơng
cường độ cao. Tuy nhiên, do cịn nhiều khó khăn và hạn chế như: quy hoạch nguồn
nguyên liệu, xây dựng qui trình đốt trấu cơng nghiệp, kiểm sốt chất lượng đốt trấu
v.v... nên hiện nay tro trấu vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi trên thế giới cũng như
ở Việt Nam. Một số nghiên cứu gần đây về tro trấu cho thấy khi dùng tro trấu để
làm phụ gia cho bê tơng thì làm cho lượng N/X tăng đáng kể, có những nghiên cứu
chứng minh được rằng lượng tro trấu tối ưu dùng cho bê tông khoảng 12,5% so với
lượng xi măng. Để tiết kiệm lượng xi măng nhiều hơn nữa thì người ta nghĩ đến

việc phối hợp tro trấu và tro bay để tăng được hàm lượng phụ gia so với xi măng lên
đến 20-30% thậm chí cao hơn. Trung bình hiện nay mỗi ngày Nhà máy nhiệt điện
Phả lại 2 (Hải Dương) thải ra 3000 tấn tro xỉ, trong đó khoảng 20-30% là than chưa
cháy, cịn lại là tro bay rất mịn. Do hàm lượng than chưa cháy thấp nên khó tận thu
làm nhiên liệu đốt, mà thường được thải thẳng ra hồ chứa. Cùng với lượng tro xỉ
tương đương của Nhiệt điện Phả Lại 1, mỗi ngày nhà máy này đang xả lượng chất
thải khổng lồ vào môi trường. Theo dự báo đến năm 2020 sẽ có thêm 28 nhà máy
nhiệt điện đốt than đi vào hoạt động. Lúc đó lượng tro xỉ thải ra hàng năm vào
khoảng 60 triệu tấn. Vì vậy, việc nghiên cứu và ứng dụng loại vật liệu này đang
được xúc tiến mạnh, cụ thể là: dùng tro bay thay thế một phần xi măng cho sản xuất
bê tông nặng, sản xuất bê tông tổ ong, làm phụ gia cho xi măng, làm vật liệu xây
dựng đường. Trong những năm qua các kết quả của những cơng trình khoa học
nghiên cứu về ứng dụng tro tuyển Phả Lại và Silicafume trong bê tông đã đem lại


kết quả tốt, tạo ra các loại bê tông đặc biệt với tính chất đặc trưng. Đây là tiền đề để
chúng ta có thể khẳng định sự kết hợp giữa tro trấu và tro bay để làm phụ gia hoạt
tính cho bê tơng là hồn tồn có cơ sở khoa học. Vì vậy, việc nghiên cứu các ứng
dụng hỗn hợp phụ gia khoáng hai thành phần tro trấu và tro tuyển Phả Lại trong bê
tông cường độ cao là cần thiết để tạo ra loại bê tông cường độ cao đáp ứng nhu cầu
ngày càng cao của ngành xây dựng Thủy lợi.
Hiện nay, việc nghiên cứu thiết kế thành phần bê tơng cường đơ ̣cao ở Viêṭ
Nam chưa có nhiều kinh nghiệm và cơ bản vẫn dựa trên cơ sở của thiết kế thành
phần bê tông thông thường. Đề tài đề xuất phương pháp mới thiết kế thành phần bê
tông cường độ cao dùng cho cơng trình thủy cơng nhằm kết hợp ̣ kinh nghiệm của
nước ngoài như Viện Bê tông Mỹ[16] hay các phương pháp của hiệp hội các sản
phẩm đặc biệt châu Âu [17] sau đó được tối ưu hóa bằng qui hoạch thực nghiệm
thơng qua các kết quả thí nghiệm thực tế từ vật liệu thực tế của Việt Nam.
II. Mục đích của đề tài
Dùng vật liệu sẵn có tại Việt Nam để nghiên cứu thiết kế thành phần cấp

phối bê tông cường độ cao đến 60MPa sử dụng cho các kết cấu đặc biệt trong cơng
trình thủy lợi (Kết cấu cửa van, kết cấu chống mài mịn, cơng trình ven biển, mố
tiêu năng, bê tơng sửa chữa chế tạo bê tông làm lớp bảo vệ của đập và có độ lưu
động lớn dùng cho các cơng trình thi cơng phức tạp, cải thiện điều kiện thi cơng và
cũng có thể dùng sửa chữa các cơng trình).
III. Phạm vi nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu chế tạo hỗn hợp bê tơng có tính cơng tác tốt, bê tơng có
cường độ nén, khả năng chịu mài mịn, khả năng chống thấm cao từ hỗn hợp chất
kết dính gồm xi măng, tro bay, tro trấu và các nguyên vật liệu sẵn có ở Việt Nam
dùng trong các cơng trình thủy công.
IV. Nội dung nghiên cứu.
+ Để thực hiện mục tiêu kể trên, đề tài cần thực hiện các nội dung khoa học sau:
+ Nghiên cứu tổng quan bê tông cường độ cao dùng trong các cơng trình thủy cơng.
+ Xác định tính chất của nguyên vật liệu dùng cho bê tơng cường độ cao
trong các cơng trình thủy cơng như: xi măng, phụ gia khoáng, cốt liệu lớn, cốt liệu
nhỏ, phụ gia siêu dẻo...


+ Nghiên cứu, thiết kế thành phần bê tông từ hỗn hợp chất kết dính gồm: xi
măng, tro bay, tro trấu và các nguyên vật liệu khác đạt yêu cầu đặt ra.
+ Nghiên cứu các tính chất của hỗn hợp bê tơng và bê tơng cường độ cao có
sử dụng phụ gia khoáng (tro bay, tro trấu) với D max = 20mm dùng trong cơng trình
thủy cơng như:
+ Nghiên cứu tính cơng tác của hỗn hợp bê tơng.
+ Nghiên cứu một số tính chất của bê tơng cường độ cao như: cường độ nén,
cường độ kéo khi uốn, mô đun đàn hồi của bê tơng, tính chống thấm nước, khả năng
chống mài mịn, xói mịn, co ngót của bê tơng.
V.Cơ sở khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài.
Cơ sở khoa học.
Bê tông là một loại vật liệu không đồng nhất bao gồm ba pha: Đá xi măng

tạo thành khi hồ xi măng rắn chắc, cốt liệu và vùng chuyển tiếp giữa cốt liệu và đá
xi măng. Sự phá hủy bê tông dưới tác động của tải trọng sẽ bắt đầu ở bộ phận yếu
nhất của một trong ba pha trên. Do đó để tăng cường độ của bê tơng thì phải tìm
giải pháp để nâng cao chất lượng của ba pha này.
Việc nghiên cứu chế tạo bê tông chất lượng cao dựa trên một số cơ sở sau:
Nâng cao chất lượng cấu trúc vĩ mô:
Nâng cao chất lượng cấu trúc vi mô.
Nâng cao cường độ đá xi măng
Sử dụng xi măng có hoạt tính cao.
Sử dụng các loại phụ gia khống hoạt tính, phụ gia siêu mịn sẽ làm tăng độ
đặc của đá chất kết dính nhờ đó làm tăng cường độ kéo, cường độ nén và khả năng
chịu mài mòn
Sử dụng phụ gia siêu dẻo để giảm lượng dùng nước, giúp cho hỗn hợp bê
tơng có tỷ lệ N/CKD nhỏ nhưng vẫn đảm bảo tính cơng tác.
Nâng cao cường độ vùng chuyển tiếp giữa đá xi măng và cốt liệu
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài.
Giảm lượng khí CO2 do ngành cơng nghiệp xi măng cũng như công nghiệp
bê tông thải ra. Theo số liệu thống kê gần đây nhất, hàng năm chúng ta sản xuất và


tiêu thụ khoảng 17000 triệu tấn bê tơng. Ngồi việc sử dụng một lượng lớn các
nguồn tài nguyên như cát, đá, nước, cơng nghiệp bê tơng cịn tiêu thụ lượng đáng kể
xi măng. Quá trình sản xuất xi măng là một trong những tác nhân chính làm tăng
hàm lượng CO2 trong môi trường. Riêng trong năm 2005, tổng sản lượng xi măng
sản xuất trên toàn cầu là 2270 triệu tấn. Theo thống kê thì mỗi tấn xi măng sản xuất
ra sẽ làm xuất hiện thêm một tấn CO2 ra ngoài mơi trường. Như chúng ta đã biết,
khí CO2 là ngun nhân chính gây ra hiệu ứng nhà kính, làm cho Trái Đất ấm dần
lên và làm thay đổi khí hậu toàn cầu. Một trong những biện pháp hữu hiệu để giảm
lượng khí CO2 do ngành cơng nghiệp bê tơng cũng như ngành công nghiệp xi măng
thải ra là sử dụng các thải phẩm của ngành công nghiệp khác như tro bay, xỉ lò cao,

tro trấu, …thay thế một phần xi măng trong công nghiệp sản xuất bê tông.
Tận dụng được các nguồn thải phẩm của các ngành khác vừa giảm được giá
thành sản phẩm, vừa cải thiện được một số tính chất của bê tơng theo mục đích sử
dụng. Bên cạnh đó cịn giải quyết được chỗ chứa của các nguồn thải phẩm, góp
phần bảo vệ mơi trường.
Việc chế tạo bê tông chất lượng cao phục vụ cho các công trình thủy cơng có
ý nghĩa quan trọng. Nó thúc đẩy các ngành khác phát triển, từ đó góp phần thúc đẩy
nền kinh tế, chính trị, xã hội chung của đất nước.
Bê tông chất lượng cao cường độ cao đang được sử dụng phổ biến trong
nhiều cơng trình trên thế giới ở các nước phát triển. Việc nghiên cứu chế tạo bê tông
chất lượng cao để ứng dụng ở nước ta hiện nay là việc làm có ý nghĩa thiết thực góp
phần bắt kịp với sự phát triển chung của thế giới.
Mặt khác, các nghiên cứu gần đây đều chỉ ra rằng, khi dùng tro trấu hoặc tro
bay thay thế một phần xi măng làm chất kết dính trong hỗn hợp bê tơng thì tính
cơng tác cũng như các tính chất cơ lý của bê tơng vẫn đảm bảo và có xu hướng tăng
lên, đồng thời lại giảm giá thành sản xuất.
VI. Phương pháp nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu dựa trên cơ sở lí thuyết kết hợp với thực nghiệm
Sử dụng các phương pháp nghiên cứu theo tiêu chuẩn (TCVN, TCXDVN,
TCN, ASTM...) và phi tiêu chuẩn (các phương pháp thí nghiệm đề xuất).
Sử dụng các phương tiện nghiên cứu hiện đại để nghiên cứu các tính chất của
nguyên vật liệu đầu vào, hỗn hợp bê tông và bê tông cường độ cao.


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BÊ
TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT NAM.
1.1 Khái niệm về bê tông cường độ cao.
Bê tông cường độ cao có lịch sử phát triển chưa lâu nhưng đã chứng minh
được những ưu điểm vượt trội của mình và khẳng định vị trí khơng thể thiếu trong
các vật liệu xây dựng. Tuy bê tông cường độ cao đã được nghiên cứu và ứng dụng

khá nhiều trong thực tế nhưng vẫn còn nhiều quan điểm, các định nghĩa bê tông
cường độ cao khác nhau. Dưới đây là một số định nghĩa bê tông cường độ cao theo
quan điểm của các nước[8].
Bê tông cường độ cao là loại bê tơng đặc biệt, có cường độ nén ở 28 ngày,
mẫu thử hình trụ (15x30cm) > 60 Mpa. Được chế tạo từ hỗn hợp xi măng, hệ cốt
liệu tối ưu, bên cạnh đó, cường độ cịn được được cải thiện bằng cách dùng một vài
sản phẩm mới có phẩm chất đặc biệt như chất siêu dẻo và phụ gia hoạt tính.
Trên thế giới, khái niệm về bê tông cường độ cao (High Strength concreteHPC) chưa thống nhất, còn khác nhau ở nhiều tiêu chí, tuy nhiên đều thống nhất là
có cường độ chịu nén tuổi 28 ngày không nhỏ hơn 40 Mpa (đối với nhiều tài liệu thì
con số này có thể là 40 ,50, 55, 60). Mẫu thử được chế tạo, dưỡng hộ, thí nghiệm
theo các tiêu chuẩn hiện hành. Theo tiêu chuẩn của Bắc Mỹ (ASTM) qui định bê
tông cường độ cao là loại bê tơng có cường độ chịu nén ở tuổi 28 ngày ≥ 42 Mpa;
Theo tiêu chuẩn châu Âu (ACI) có qui định về khả năng thi cơng, các tính chất cơ
học dài hạn (co ngót, từ biến) được cải thiện sớm, có cường độ hình thành sớm, độ
bền cao, tuổi thọ lâu dài trong môi trường khắc nghiệt. Các nhà khoa học Nhật Bản
cho rằng bê tơng tự đầm (là loại bê tơng có khả năng chảy và đầm lèn chỉ bằng tỷ
trọng, có khả năng lấp đầy không gian thi công mà không cần ngoại lực tác động)
cũng là loại bê tông cường độ cao.
Bảng 1.1 – Phân cấp bê tông cường độ cao [16], [17]
Thông số
Cường độ MPa
Tỷ lệ N/X

Bê tông

Bê tông

cường độ rất

cường độ

cao

đặc biệt cao

50 - 100

100 – 150

>150

0,45 – 0,30

0,30 – 0,25

<0,25

Bê tông

Bê tông

thường

cường độ cao

<50
 0,45


Bê tông

Bê tông

cường độ rất

cường độ

cao

đặc biệt cao

WRA/HRWR*

HRWR*

HRWR

Tro bay

Khối Silice**

Khối Silice*

10-11

10-12

< 10-13

Bê tơng

Bê tơng

thường

cường độ cao

Phụ gia hóa học

Khơng cần

Phụ gia khống

Khơng cần

Thơng số

vật
Hệ số thấm cm/s

 10-10

Tính chất của bê tông cường độ cao ở trạng thái tươi là tính dễ đổ (độ sụt)
hoặc cịn gọi là tính cơng tác. Tuy sử dụng lượng xi măng cao, tỷ lệ N/X thấp nhưng
độ sụt của bê tông cường độ cao vẫn đạt từ 10-20 cm, giữ được ít nhất là 60 phút. Ở
trạng thái mềm co ngót dẻo lớn và ổn định thể tích cao so với bê tơng thường. Các
tính chất của bê tơng cường độ cao khi rắn chắc như cường độ nén, cường độ ép
chẻ, biến dạng, mô đun đàn hồi được thể hiện theo tỷ số với cường độ nén đơn trục
của mẫu thử hình trụ có kích thước 15x30 cm hoặc mẫu thử hình lập phương
15x15x15 cm tuổi 28 ngày. Các tính chất khác như cường độ chịu kéo, co ngót, từ

biến, sự dính bám với cốt thép cũng được cải tiến khicường độ nén tăng lên.
1.2 Tình hình nghiên cứu ứng và ứng dụng bê tông cường độ cao trên thế giới.
Theo tài liệu nghiên cứu của PSG.TS Phạm Duy Hữu tổng kết kết quả
nghiên cứu của các nước trên thế giới và Việt Nam [9] cho thấy thì bê tơng cường
độ cao đã được sử dụng từ năm 1975 tại Mỹ cho việc xây dựng các nhà cao tầng.
Năm 1975- 1976, các ngôi nhà từ 43-76 tầng đều dùng bê tông 62MPa, từ năm
1976-1990, các ngôi nhà ở Chicago với số tầng 50-70 được sử dụng bê tông
80MPa. Tương tự, các ngôi nhà cao tầng ở Pháp, Đức (từ 40 tầng) đều sử dụng bê
tông với từ 70-90MPa. Trong xây dựng cầu từ năm 1970 đến nay ở nhiều cơng trình
trên nhiều quốc gia đã áp dụng bê tông cường độ cao. Bê tông cường độ cao thường
được sử dụng cho các dầm cầu bê tơng dự ứng lực với mục đích giảm tải trọng bản
thân dầm và tăng chiều dài kết cấu nhịp. Năm 1970, ở Nhật bê tông phổ biến (60120)MPa. Ở Pháp, năm 1989 bê tông cầu là (60-80)MPa. Các cầu ở Đức, Hà Lan,
Mỹ, Trung Quốc đều đã sử dụng bê tông với cường độ nén khoảng từ 60MPa đến


100MPa. Các cấu kiện bê tông và bê tông lắp ghép trong kết cấu hạ tầng đô thị cũng
đều sử dụng bê tơng có cường độ nén khơng nhỏ hơn 20MPa.
Các nghiên cứu về bê tông cường độ cao đã khẳng định việc sử dụng bê tông
cường độ cao cho phép tạo ra các sản phẩm có tính kinh tế hơn, cung cấp khả năng
giải quyết được nhiều vấn đề kỹ thuật hơn hoặc đảm bảo cả hai yếu tố trên. Các
nghiên cứu của nước ngồi cho thấy có thể tiết kiệm được 30% khối lượng bê tông,
giảm 30% trọng lượng kết cấu, giảm 10 – 15% tổng giá trị cơng trình. Kết cấu bản
bê tơng cốt thép dự ứng lực có thể giảm 30% chiều cao, 40% khối lượng xây lắp.
Bê tông cường độ cao tỏ ra rất hiệu quả, có nhiều tiềm năng khi đúc các dầm
cầu, đặc biệt là các dầm khẩu độ lớn. Ở Nhật, Mỹ, Canada, Đức, Pháp... người ta đã
xây dựng nhiều cầu bằng bê tơng cường độ cao (cường độ 55 ÷ 79 MPa) để đúc các
dầm bê tông cốt thép nhịp lớn. Ở Nhật Bản, cầu Akaski - Kaikio có chiều dài nhịp
kỷ lục thế giới là 1991m. Một số cầu đường sắt được đúc bằng bê tơng có cường độ
tới 76 MPa trong khi đó một số nơi ở Mỹ như Huntington, West Virginia, Ohio bê
tông cường độ cao dùng cho cầu có cường độ nén đạt 55MPa. Một số cầu điển hình

ở Nhật Bản được thi cơng bằng bê tơng cường độ cao được trình bày trong bảng 1.2.
Bảng 1.2. Một số cầu được thi công bằng bê tông cường độ cao ở Nhật
TT

Tên cầu

Loại đường

Năm

Nhịp (m)

R28 (MPa)

1

Nitta

Cao tốc

1968

30

59

2

Kaminoshima

Cao tốc

1970

86

59

3

2nd Ayaragigawa

Cao tốc

1973

50

60

4

Iwahana

Cao tốc

1973

45

89

5

Fukamitsu Highway

Cao tốc

1974

26

69

Ở Mỹ, nếu trước những năm 80, bê tông cường độ cao cũng đã được
sử dụng chủ yếu trong xây dựng nhà cao tầng thì sau những năm 80 trở lại đây, bê
tông cường độ cao được coi như loại vật liệu không thể thiếu trong ngành xây dựng
cầu đường. Nhờ việc sử dụng bê tông cường độ cao mà những cây cầu có nhịp kết
cấu dài tới vài trăm mét đã được xây dựng ở nước này


Bảng1.3 . Một số cầu thi công bằng bê tông cường độ cao ở Mỹ
TT

Tên cầu

Địa điểm

Năm

Nhịp (m)

R28(MPa)

1

Tower Road

Washington

1981

49

62

2

East Huntington

W. Virginia

1984

274

55

3

Annacis

Vancouver

-

-

55

4

Braker Lane

Texas

1987

26

66

5

Houston

Texac

1981

228,6

41,4

Thủy điện Tam Hiệp trên sông Dương Tử được đánh giá như ″Vạn lí trường
thành” với chiều dài đập tràn chính là 2.300m, cao 185m và bề rộng đỉnh đập là
40m, được khởi công xây dựng năm 1993 và chính thức đưa vào hoạt động năm
2003. Trên tồn bộ mặt đập người ta sử dụng bê tông chất lượng cao với cường độ
nén 60-80 MPa có khả năng chịu xói mịn tốt.

Hình 1.1.Tồn cảnh đập thủy điện Tam

Hình 1.2. Đập tràn thủy điện Myasage-

Hiệp-Trung Quốc

Nhật Bản

Đập Myagase-Nhật bản được xây trên sông Nakataku với chiều dài đỉnh đập
là 400m, chiều cao đập là 156m, thể tích thân đập khoảng 2.000.000 m 3 sử dụng
trên mặt đập bê tơng có cường độ nén trên 80 MPa và khả năng chịu mài mòn tốt.


Hình 1.3 Tịa nhà the Bow cao 236m nằm ở thành phố Calgary, tỉnh

Hình 1.4 Cây cầu dẫn nước
Magdeburg ở Đức

Alberta, Canada
1.3. Tình hình nghiên cứu ứng và ứng dụng bê tông cường độ cao tại Việt Nam.

Ở trong nước, trong những năm gần đây bê tông cường độ cao đã chiếm một
vị trí quan trọng trong các cơng trình xây dựng cầu, đường, nhà và cơng trình thủy
điện quy mơ lớn như các cơng trình nhà cao tầng ở các thành phố lớn (Hà Nội, TP.
Hồ Chí Minh, Đà Nẵng), các cơng trình cầu có chiều dài nhịp L > 30m, hầm qua
đèo Hải Vân hay hầm Thủ Thiêm tại TP Hồ Chí Minh. Tuy vậy, các nghiên cứu
chuyên sâu về bê tông cường độ cao chưa nhiều, được một số ít nhà khoa học đầu
tư nghiên cứu như :
"Nghiên cứu ứng dụng công nghệ chế tạo bê tông cường độ cao (đến
100MPa) cho các kết cấu xây dựng" do KS. Đặng Hồng Huy - Hội cơng nghiệp bê
tơng Việt Nam làm chủ nhiệm đề tài (2010).
"Nghiên cứu sản xuất oxit silic tinh khiết vơ định hình cao từ nguồn trấu và
tro trấu để làm phụ gia cho bê tông cường độ cao và siêu cao đạt cường độ
110MPa" của TS.KHKT Trần Bình (2008).
Báo cáo NCKH Bộ GD-ĐT “Bê tông chất lượng cao” của PGS.TS. Phạm
Duy Hữu làm chủ nhiệm đề tài (2000).
Đặc biệt, những nghiên cứu, ứng dụng bê tông cường độ cao cho các kết cấu
hạ tầng kỹ thuật đơ thị nói chung, hệ thống thốt nước nói riêng hầu như chưa được
quan tâm đúng mức (Chỉ có 01 đề tài Nghiên cứu cơng nghệ chế tạo bê tông cốt


thép thành mỏng cho hệ thống cấp thoát nước do KS. Hồng Đức Thảo (Cơng ty
thốt nước và phát triển đơ thị tỉnh Bà Rịa- Vũng Tàu) chủ trì đã được trao giải
thưởng Sáng tạo KHCN Việt Nam nhưng giữ bản quyền, không phổ biến rộng rãi).
Ở Việt Nam, trong nhưng năm gần đây, việc nghiên cứu ứng dụng bê tông
cường độ cao, bê tông chất lượng cao đã được quan tâm một cách thích đáng nhằm
đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xây dựng cơ bản và đã đạt được những thành
tựu đáng kể. Đến năm 1990 các kết cấu bê tông cốt thép chủ yếu sử dụng bê tơng có
cường độ đến 30MPa. Một số cơng trình đặc biệt quan trọng dùng bê tơng có cường
độ đến 50 ÷ 60MPa như Lăng Chủ tịch Hồ Chí Minh, Khách sạn Thăng Long 11
tầng, cầu Thăng Long, cầu Chương Dương, đường hầm đèo Hải Vân, một số cơng

trình nhà cao tầng như Keangnam City landward tower v.v... Nếu như trước kia bê
tông trong các kết cấu bê tông cốt thép thường dùng có cường độ là 20MPa, thì đến
nay cường độ thường dùng là 30MPa. Các cơng trình vốn nước ngoài hoặc do nước
ngoài đầu tư đã sử dụng bê tông cường độ đến 60MPa.
Các nhà máy xi măng Tam Điệp, Hải Phịng mới được thiết kế theo cơng
nghệ của Đan Mạch đều dùng bê tông cấp A, B, C hay C45, C40 và C35 - tương
đương bê tông có mác M60 (60MPa), M50 (50MPa) và M40 (40MPa) của Việt
Nam. Một số cơng trình nhà cao tầng do nước ngồi đầu tư đã được sử dụng bê tơng
cường độ cao mác M50 làm kết cấu chịu lực như Khách sạn Lê Lai 14 tầng ở thành
phố Hồ Chí Minh do Hồng Kông đầu tư xây dựng. Công ty Quen Hing Hồng Kơng
cung cấp hỗn hợp bê tơng trong đó sử dụng xi măng Yu Feng Brand Trung Quốc.
Cơng trình Hà Nội Tower Center do công ty Sanyong làm chủ thầu, hỗn hợp bê
tông do công ty bê tông Chèm cung cấp.
Một số cầu vượt sông được xây dựng mới gần đây như cầu Mỹ Thuận, cầu
Quẵng cũng đã sử dụng bê tông mác M50 (50MPa) các kết cấu chịu lực chính như
trụ, dầm dự ứng lực.


Hình 1.5 Cầu Mỹ Thuận, thành phố

Hình 1.6. Phối cảnh 3D thủy điện Sơn La

Vĩnh Long, Việt Nam
Tuy nhiên, các cơng trình này thường sử dụng bê tơng có độ lưu động thấp
chỉ gần đây một số cơng trình đã địi hỏi bê tơng có độ lưu động cao để thuận tiện
trong q trình thi cơng nhưng cịn gặp nhiều khó khăn khi triển khai như cầu Pá
n Sơn La. Nhưng tại những cơng trình này u cầu kỹ thuật cũng chỉ là dừng lại ở
độ sụt 18÷20 cm. Một số mác bê tơng đã sử dụng cho cơng trình ở Việt Nam trong
một số năm gần đây được nêu ở bảng 1.4.
Bảng1.4. Một số mác bê tơng điển hình đã được sử dụng cho cơng trình ở Việt Nam

Năm
1998
1998
2005
2006
2007

Tên cơng trình

Địa điểm xây
dựng
Hà Giang
Lạng Sơn
Long An
Quảng Ninh
Đà Nẵng

Mác bê tông
sử dụng
M50
M50
M50
M50
M60

Cầu Na Sang
Cầu Mẹt
Cầu Mỹ Thuận
Cầu Bãi cháy
Đường hầm đèo Hải Vân

KeangnamCity landward
2009
Hà Nội
M60
tower
Hiện nay, Việt Nam đã và đang xây dựng rất nhiều cơng trình thủy điện,
trong đó điển hình là cơng trình thủy điện Sơn La là một trong những cơng trình
trọng điểm quốc gia trong thế kỷ 21, với chiều dài đập chính theo đỉnh là 965m,
chiều cao 138,1m, khối lượng bê tông sử dụng lên tới 5,2 triệu mét khối, trong đó
bê tơng đầm lăn sử dụng là 3,2 triệu m 3 và gần 2 triệu m 3 bê tơng thường. Tồn bộ
thân đập được sử dụng bê tông đầm lăn, bề mặt đập người ta sử dụng bê tơng chất
lượng cao có cường độ nén 50-80 MPa có khả năng chịu xói mịn, mài mòn tốt.


1.4. Ưu nhược điểm của bê tông cường độ cao.
Bê tông cường độ cao ra đời cho phép chúng ta phát triển những cơng trình
xây dựng mà trước đó bê tông thông thường và các vật liệu khác chưa đáp ứng
được. Vì bê tơng cường độ cao có rất nhiều ưu điểm so với vật liệu bê tông thông
thường. Bê tơng cường độ cao có nhiều ứng dụng trong các cơng trình xây dựng
khác nhau như: xây dựng dân dụng, cầu đường, thủy điện… Đề tài đi sâu nghiên
cứu bê tơng cường độ cao dùng cho các cơng trình thủy công nên đề tài nhấn mạnh
ưu điểm khi sử dụng bê tơng cường độ cao dùng cho cơng trình thủy điện. Việc sử
dụng bê tơng cường độ cao chịu xói mịn, mài mịn trong các cơng trình xây dựng,
đặc biệt là các cơng trình thủy điện mà cịn mang lại nhiều ưu điểm, cụ thể:
Giảm không gian chiếm chỗ , tiết kiệm thời gian thi cơng: do giảm kích
thước cấu kiện, giảm phần gia cơng cốt thép…Ngồi ra,khi sử dụng bê tông cường
độ cao trong các kết cấu cho phép giảm được kích thước tiết diện, tăng độ bền cho
cấu kiện …
Giảm chi phí xây dựng cơng trình: Do giảm cốt pha, giảm bê tông, giảm số
lượng cốt thép, giảm tải trọng cơng trình…

Cho phép tăng khoảng cách và giảm số lượng cột, tăng khẩu độ nhịp cầu: Do
khả năng chịu lực của cấu kiện…
Tăng tuổi thọ làm việc, tăng khả năng chống xâm thực: Do ít bị ảnh hưởng
của môi trường làm việc bởi mật độ cao của bê tơng. Chính vì vậy, giảm được đáng
kể chi phí sửa chữa cơng trình…
Khả năng chịu mài mịn, xói mịn của bê tơng: bê tơng cường độ cao có độ
đặc cao, cường độ đá xi măng lớn, sử dụng cốt liệu có cường độ cao khi đó sẽ làm
tăng khả năng chịu mài mịn, xói mịn cho bê tơng.
Bê tơng cường độ cao có độ đặc cao và do đó làm tăng khả năng chống thấm
nước và khí cho kết cấu. Ngồi ra, nó làm hạn chế khả năng xâm nhập và khuếch
tán vào trong bê tông của các tác nhân xâm thực làm tăng khả năng chống xâm
thực cho kết cấu.
Bê tơng cường độ cao có mơ đun đàn hồi lớn hơn nhiều so với bê tông
thường.


Tăng khả năng bám dính giữa bê tơng và cốt thép.
Làm giảm tính co ngót của bê tơng: theo một số nghiên cứu thực nghiệm cho
thấy đối với bê tông cường độ cao 60 – 80 MPa, tổng độ co ngót của loại bê tơng
này chỉ bằng một nửa độ co ngót tổng cộng của bê tơng thường.
Có tính cơng tác tốt phù hợp với công nghệ thi công và chế tạo các kết cấu
phức tạp của cơng trình chịu xói mịn.
Tăng tuổi thọ làm việc, tăng khả năng chống xâm thực: Do ít bị ảnh hưởng
của mơi trường làm việc mật độ cao của bê tơng. Chính vì vậy giảm được đáng kể
chi phí sửa chữa cơng trình…
Sau đây xin đưa ra 2 ví dụ về hiệu quả khi sử dụng bê tơng cường độ cao:
- Giảm chi phí cho một đơn vị thể tích cột:
Nawy [18] đã thiết lập quan hệ giữa cường độ nén của bê tông và tổng chi
phí cho một đơn vị cột đối với nhà 15 tầng như hình sau. Với kích thước cột càng
lớn thì tỉ lệ giảm giá thành càng cao và có thể tới 50%. Có một trường hợp khác đã

tăng khẩu độ nhịp từ 14 lên 28 m, chuyển đổi mác bê tơng từ 43,4MPa lên 72,1MPa
và khi đó lại giảm giá từ 163 xuống cịn 130USD/m2 mặt cầu…

Hình 1.7 Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén của bê tơng và tổng chi phí một
đơn vị cột với kết cấu nhà 15 tầng [8].
(Ghi chú: 1 yd3 = 0,765 m3; 1 psi = 6,895 MPa; 1 inch = 25,4 mm)
- Giảm thể tích chiếm chỗ của cột và giảm chi phí vật liệu chế tạo.
Một ví dụ khác của Skarendahl [19] đã so sánh hiệu quả khi sử dụng bê tơng
cường độ 45MPa (kí hiệu M45) và 85MPa (kí hiệu M85) trên hình 1.8. Có thể thấy
nếu giữ ngun tiết diện cột (1m×1m) thì tỉ lệ cốt thép sử dụng bê tông 85MPa
giảm


xuống từ 4% xuống còn 1,23%, nghĩa là tỉ lệ cốt thép trong cốt khi sử dụng bê tông
M85 giảm tới gần 70% so với trường hợp sử dụng bê tông 45MPa. Nếu giữ nguyên
tỉ lệ cốt thép là 4% thì với bê tơng 85MPa, số lượng thanh thép giảm gần 40% (từ
64 thanh d28 còn 40 thanh d28) do tiết diện cột giảm từ 1m×1m xuống cịn
1m×0,64m.

Hình 1.8. Hiệu quả về vật liệu và tiết diện khi sử dụng bê tông cường độ cao.
Trung Quốc là nước láng giềng có nhiều đặc điểm tương tự Việt Nam đã có
những nghiên cứu và ứng dụng thử nghiệm loại bê tông này. Trong các nghiên cứu
về bê tông cường độ cao ở Trung Quốc thì các chỉ tiêu độ bền lâu: Chống xâm thực,
độ bền uốn…được đặc biệt quan tâm. Cường độ bê tông thường phổ biến từ 30 đến
50 MPa (kể cả với kết cấu chính của cơng trình phục vụ Thế vận hội thứ 28 tại Bắc
Kinh), mức cường độ cao hơn là từ 50 đến 60 MPa cho kết cấu phần dưới nhà cao
tầng, dầm cầu… Tuy nhiên, các nhà khoa học Trung Quốc cũng đã nghiên cứu và
ứng dụng thử bê tơng có mác 80 MPa tại viện Hải Dương học Bắc Kinh từ những
năm 90. Xi măng cao belit ở Trung Quốc thường được sử dụng trong chế tạo bê
tông cường độ cao nhằm cải tạo cường độ nén bửa, uốn, giảm lượng nhiệt thủy hóa

trong bê tông. Với bê tông mác 90MPa thường sử dụng phụ gia khống silicafume.
Nhược điểm của bê tơng cường độ cao: Hiện nay trong tính tốn kết cấu các
cơng trình chưa đưa bê tơng cường độ cao vào, vẫn tính theo kết cấu cấu cũ dẫn đến
giá thành của công trình tăng gây khó khăn trong việc đưa bê tơng cường độ cao vào
sử dụng.
1.5 Thành phần và cấu trúc của bê tơng cường độ cao
Để có được những tính năng vượt trội trên, trong thành phần bê tông cường
độ cao thường khơng thể thiếu hai cấu tử đó là phụ gia siêu dẻo (PGSD) và phụ gia


khống mịn. Trong bê tơng truyền thống để đảm bảo cho việc thủy hóa của xi măng
và tạo ra tính dễ thi cơng cần thiết thì tỷ lệ nước trên xi măng (N/XM) phải có giá trị
cao (N/XM = 0.4 ÷ 0.55). Trong khi đó lượng cần nước cho việc thủy hóa xi măng
chỉ u cầu 0.2 ÷ 0.25 lần lượng xi măng. Do đó, trong bê tơng thơng thường luôn
tồn tại một lượng nước dư thừa. Lượng nước dư thừa này là nguyên nhân làm cho
bê tông xi măng có cấu trúc vi mơ xấu ngay từ ban đầu (cấu trúc rỗng do nước thừa
bốc hơi), là nguyên nhân gây ra các hiện tượng nứt co ngót, biến dạng mềm dưới tác
động của môi trường khi xảy ra quá trình mất nước trong thời kỳ đầu sau khi tạo
hình bê tơng. PGSD được dùng để cải thiện tính cơng tác của hỗn hợp bê tông mà
không cần tăng lượng nước nhào trộn, nhờ đó giảm được tỷ lệ N/XM trong bê tơng
(N/XM = 0.21 ÷ 0.35). Tỷ lệ N/XM được giảm tới gần giá trị của tỷ lệ N/XM cần
cho xi măng thủy hóa do đó giảm đáng kể được lượng nước dư thừa trong bê tơng.
Nhờ đó cấu trúc của bê tông cường độ cao được cải thiện rõ rệt và như vậy cải thiện
được các đặc tính xây dựng của bê tông.
Một thành phần khác thường được sử dụng trong bê tông cường độ cao là
phụ gia khống hoạt tính. Phụ gia khống hoạt tính: là các loại vật liệu vơ cơ thiên
nhiên hoặc nhân tạo, có chứa các thành phần hoạt tính (SiO 2 hoạt tính , Al203 hoạt
tính) có khả năng kết hợp với Ca(OH) 2 (thải ra trong q trình hydrat hố các
khống clinker xi măng pooclăng) hoặc qua q trình hoạt hố tạo thành các cấu tử
bền vững - hydrosilicat, hydroaluminat, hydroferoaluminat, hydrogranat...). Bởi

vậy, ở dạng nghiền mịn, chúng có tính chất puzolan hoặc tính chất thuỷ lực, nghĩa
là hỗn hợp của chúng với vơi hoặc các chất hoạt hố tự cứng được trong mơi trường
nước ở nhiệt độ bình thường. Phụ gia hoạt tính sử dụng trong cơng nghệ xi măng là
các loại puzolan ( thiên nhiên hoặc nhân tạo ) và các loại xỉ luyện kim (xỉ lò cao, xỉ
thép...). Các loại puzolan thiên nhiên gồm có puzolan nguồn gốc núi lửa ( tro núi
lửa, đá bọt, tuff, tras...) và puzolan gốc trầm tích (diatomit). Puzolan nhân tạo bao
gồm tro bay, các loại sét nung. Trong các loại xỉ luyện kim thì xỉ lị cao hoạt hố
dưới dạng hạt được dùng nhiều nhất, chúng là sản phẩm thu được khi làm nguội xỉ
lỏng ra khỏi lò bằng vòi nước phun mạnh. Phụ gia khống hoạt tính có tác dụng
giảm lượng dùng xi măng, cải thiện tính cơng tác của hỗn hợp bê tông, tăng độ đặc
chắc và độ bền của bê tông.