Thiết kế và chế tạo thử nghiệm bê tông b15 sử dụng sợi gia cường polypropylene

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
KHOA CƠ ĐIỆN & CƠNG TRÌNH

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
Tên khóa luận:
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM BÊ TÔNG B15
SỬ DỤNG SỢI GIA CƯỜNG POLYPROPYLENE

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG
MÃ NGÀNH: 105

Giáo viên hướng dẫn : TS. Đặng Văn Thanh
Sinh viên thực hiện

: Đỗ Ngọc Phú

Mã số sinh viên

: 1351050157

Lớp

: 58B-KTCTXD

Khóa học

: 2013 - 2018

Hà Nội – 2017

LỜI CẢM ƠN
Thực hiện khóa luận tốt nghiệp là nội dung hết sức cần thiết đối với mỗi
sinh viên. Đó là khoảng thời gian sinh viên được tiếp cận với thực tế, nhằm củng
cố và vận dụng những kiến thức đã được học trong nhà trường vào thực tế.
Để hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp ngồi sự phấn đấu nỗ lực của bản
thân, em đã nhận được những sự giúp đỡ tận tình của tập thể cá nhân trong và ngoài
trường.
Nhân dịp này, em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Ban giám
hiệu, trường Đại học Lâm nghiệp cùng các thầy cô giáo trong Bộ mơn khoa Cơ
Điện & Cơng Trình, những người đã dạy dỗ, truyền đạt kiến thức cho em trong
những năm tháng học tập tại trường. Đặc biệt hơn em xin chân thành cảm ơn:
TS. Đặng Văn Thanh, ThS. Hoàng Gia Dương, ThS Nguyễn Văn Quân giảng viên trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam, những người đã trực tiếp tận
tình hướng em hồn thành tốt khóa luận tốt nghiệp với đề tài: “Thiết kế và chế tạo
thử nghiệm bê tông B15 sử dụng sợi gia cường polypropylene”.
Do thời gian làm khóa luận tốt nghiệp có hạn, kiến thức và kinh nghiệm
của bản thân cịn hạn chế khơng thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong
nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo và tất cả các bạn sinh viên để khố luận
này được hồn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 1 tháng 10 năm 2017
Sinh viên
Đỗ Ngọc Phú


MỤC LỤC
ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................................. 1
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG SỬ DỤNG SỢI GIA CƯỜNG . 2

1.1 Cấu tạo và đặc tính cơ bản của bê tông................................................................... 2
1.2. Tổng quan nghiên cứu ứng dụng bê tơng sợi gia cường......................................... 4

1.3. Vấn đề cịn tồn tại và định hướng nghiên cứu........................................................ 6
Chương 2 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA VẬT LIỆU ................... 7
2.1. Xi măng ................................................................................................................ 7
2.2. Cốt liệu lớn ........................................................................................................... 8
2.3. Cốt liệu nhỏ ........................................................................................................ 11
2.4. Nước nhào trộn ................................................................................................... 13
2.5. Sợi polypropylene ............................................................................................... 14
2.6. Tổng hợp một số chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của bê tông B15.................................. 16
2.7. Kết luận chương 2. .............................................................................................. 16
Chương 3 THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CƠ BẢN ....................................................... 17
3.1. Lựa chọn vật liệu chế tạo .................................................................................... 17
3.1.1 Xác định các số liệu ban đầu ............................................................................. 17
3.1.2. Lựa chọn phương pháp thiết kế ........................................................................ 18
3.2. Xác định lượng nước nhào trộn ........................................................................... 18
3.3. Xác định tỉ lệ xi măng – nước ............................................................................. 20
3.4. Xác định lượng xi măng ...................................................................................... 21
3.5. Xác định lượng cốt liệu lớn và cốt liệu nhỏ ......................................................... 22
3.6. Xác định hàm lượng Sợi polypropylene .............................................................. 23
3.7. Tổng hợp kết quả tính tốn lý thuyết ................................................................... 23
3.8. Kiểm tra bằng thực nghiệm và hiệu chỉnh ........................................................... 24
3.9. Kiểm tra cường độ chịu kéo của bê tông sử dụng sợi .......................................... 28
3.10. Kết luận chương 3. ............................................................................................ 31
Chương 4 KIỂM TRA MỘT SỐ TÍNH NĂNG VÀ XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG SỢI
HỢP LÝ .................................................................................................................... 32
4.1. Kiểm tra, khảo sát hàm lượng sợi theo tính cơng tác ........................................... 32
4.1.1. Phương án thí nghiệm ...................................................................................... 32


4.1.2. Kết quả và phân tích kết quả thí nghiệm độ sụt ................................................ 32
4.2. Kiểm tra, khảo sát hàm lượng sợi theo cường độ chịu nén................................... 35

4.2.1. Phương án thí nghiệm ...................................................................................... 35
4.2.2. Kết quả và phân tích kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén ............................. 35
4.3. Kiểm tra, khảo sát hàm lượng sợi theo cường độ chịu uốn .................................. 39
4.4. Kết luận. ............................................................................................................. 41
KẾT LUẬN – TỒN TẠI – KIẾN NGHỊ .................................................................... 42
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................ 441


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2-1. Lựa chọn mác xi măng theo cấp bê tông ...................................................... 7
Bảng 2-2. Một số chỉ tiêu kỹ thuật của xi măng PCB-40 .............................................. 8
Bảng 2-3. Thành phần hạt của cốt liệu lớn ................................................................. 10
Bảng 2-4. Hàm lượng bùn, bụi, sét trong cốt liệu lớn ................................................. 10
Bảng 2-5. Mác của đá dăm từ đá thiên nhiên theo độ nén dập .................................... 11
Bảng 2-6. Thành phần hạt của cát .............................................................................. 12
Bảng 2-7. hàm lượng tạp chất .................................................................................... 12
Bảng 2-8. Quy định với nước trộn hỗn hợp bê tơng .................................................. 13
Bảng 2-9. Đặc tính kỹ thuật của sợi Polypropylene .................................................... 14
Bảng 3-1. Độ sụt hỗn hợp bê tông nên dùng cho dạng kết cấu ................................... 19
Bảng 3-2. Lượng nước dùng trộn bê tông, kg/m3 ....................................................... 20
Bảng 3-2. Hệ số chất lượng vật liệu ........................................................................... 21
Bảng 3-3. Lượng xi măng tối thiểu theo TCVN ......................................................... 21
Bảng 3-4. Hệ số dư vữa trong bê tông ........................................................................ 22
Bảng 3-5. Kết quả tính tốn lý thuyết các thành phần vật liệu .................................... 23
Bảng 3-6. Kết quả kiểm tra độ sụt lần trộn thứ nhất ................................................... 25
Bảng 3-7. Kết quả hiệu chỉnh các thành phần vật liệu theo độ sụt .............................. 25
Bảng 3-8. Kết quả kiểm tra độ sụt đạt yêu cầu,cm...................................................... 25
Bảng 3-9. Kết quả kiểm tra cường độ mẫu bê tông..................................................... 28
Bảng 4-1. Thành phần vật liệu chế tạo các nhóm mẫu ................................................ 32
Bảng 4-2. Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến độ sụt .................... 33

Bảng 4-3. Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến cường độ chịu nén
của mẫu ..................................................................................................................... 36
Bảng 4-4. Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến cường độ chịu kéo
của mẫu ................................................................................................................... 39


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 3-1. Sợi gia cường Polypropylene ..................................................................... 15
Hình 3.2. Hình ảnh làm thí nghiệm đo độ sụt ............................................................. 24
Hình 3-3. Hình ảnh làm thí nghiệm xác định cường độ chịu nén ................................ 26
Hình 3-4. Sơ đồ thí nghiệm ép chẻ ............................................................................. 28
Hình 3-5. Sơ đồ thí nghiệm kéo trực tiếp ................................................................... 29
Hình 3-6. Sơ đồ thí nghiệm kéo khi uốn..................................................................... 29
Hình 3-7. Máy bộ gá uốn mẫu lắp trên máy nén thủy lực ........................................... 30
Hình 4-1. Quan hệ hàm lượng sợi và độ sụt ............................................................... 33
Hình 4-2. Quan hệ hàm lượng sợi và cường độ chịu nén ............................................ 36
Hình 4-3. Quan hệ hàm lượng sợi và cường độ chịu kéo ............................................ 39


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU – VIẾT TẮT
Tên đầy đủ

Chữ viết tắt
BTCS

Bê tông cốt sợi

BTCT

Bê tông cốt thép

BTCLSC
C

Bê tông chất lượng siêu cao
Cát

CLL

Cốt liệu lớn

CLN

Cốt liệu nhỏ

Đ

Đá

M

Mẫu khơng có sợi

Ms

Mẫu có sợi

N

Nước

P, PP

Sợi Poly-Propylene

Rbt

Cường độ chịu kéo của bê tơng

Rb

Cường độ chịu nén của bê tông

Rfbt

Cường độ chịu kéo của bê tông sợi

Rfb

Cường độ chịu nén của bê tông sợi

S
TCVN
X

Độ sụt
Tiêu chuẩn Việt Nam
Xi Măng

ĐẶT VẤN ĐỀ
Bê tông được biết đến rộng rãi là một loại nguyên vật liệu xây dựng linh
hoạt và ít tốn kém, tuy nhiên nó cũng có những mặt hạn chế. Bê tơng có khả
năng chịu nén khá tốt, nhưng khả năng chịu kéo lại kém, nên nghiên cứu cải
thiện khả năng chịu kéo của bê tông là vấn đề ln được quan tâm. Đặc biệt khi
cịn mới là những khe nứt nhỏ khơng thể thấy bằng mắt thường thì bê tơng đã có
chiều hướng gãy nứt, thường xảy ra do sức căng từ bên trong làm nó lún và co
ngót chỉ sau 24 giờ. Cịn nứt sau một thời gian sử dụng bắt nguồn từ sự co ngót
do thốt hơi nước qua thời gian dài dẫn đến khô và gãy. Trong cả hai trường hợp
trên thì những vết nứt này có thể ảnh hưởng xấu đến tổng thể nguyên vẹn của bê
tơng và khơng cho phép nó duy trì trạng thái ban đầu cũng như không đạt được
hiệu quả cao nhất.
Để khắc phục những nhược điểm đó của bê tơng thì việc sử dụng bê tơng
sợi gia cường là một giải pháp hữu hiệu được lựa chọn. Nó có thể giúp cho bê
tơng giảm rị rỉ, co ngót và giảm lún sụt chống rạn nứt, rút ngắn chu trình sửa
chữa, tạo độ bền lớn ngay khi hoàn thành, nâng cao khả năng chống chịu, chống
nứt gãy hoặc co ngót do độ ẩm hoặc nhiết độ, sức chịu mỏi tốt, chống chịu tốt
sau khi có vết nứt đầu tiên,…
Các cơng trình nghiên cứu về chủ đề này cũng khá phổ biến, tuy nhiên
nhằm đưa ra được kết quả đúng và chính xác, khách quan cần phải tiến hành thí
nghiệm trực tiếp trên các mẫu.
Với mục đích kiểm chứng bằng thực nghiệm một số tính chất của bê tơng
thường và bê tơng sử dụng sợi gia cường; qua đó làm rõ, so sánh và rút ra kết
luận cho những ưu nhược điểm ở trên của hai loại bê tông.
Từ những phân tích trên: đề tài “Thiết kế và chế tạo thử nghiệm bê tơng
B15 sử dụng sợi gia cường polypropylene”có tính cấp thiết và thực tiễn cao.

1

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG SỬ DỤNG SỢI
GIA CƯỜNG
1.1 Cấu tạo và đặc tính cơ bản của bê tông
Bê tông xi măng (bê tông) là loại vật liệu đá nhân tạo nhận được sau khi
làm rắn chắc hỗn hợp bê tông.
Hỗn hợp bê tông (bê tông tươi) là hỗn hợp bao gồm: cốt liệu, xi măng,
nước và phụ gia (nếu có) được lựa chọn thành phần hợp lý, nhào trộn đồng đều,
có tính dẻo, tính dính nhưng chưa rắn chắc, chưa có cường độ.
Bê tơng có cấu trúc phức tạp, được tạo thành từ ba thành phần cơ bản là
cốt liệu, đá xi măng và hệ thống mao quản, lỗ rỗng.
Cốt liệu là những hạt cát, đá, có hình dáng, kích thước, đặc trưng bề mặt,
cường độ rất khác nhau.
Đá xi măng được tạo thành từ xi măng tương tác với nước và được để một
thời gian cho rắn chắc lại.
Hệ thống mao quản, lỗ rỗng có thể chứa nước, khơng khí và hơi nước.
Cốt liệu là thành phần chính, tạo nên bộ khung chịu lực của bê tơng. Nó
chính là các vật liệu hạt rời, có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, có thành phần
hạt xác định, khi nhào trộn với xi măng và nước sẽ đơng cứng, rắn chắc như đá.
Theo kích thước hạt, cốt liệu dùng chế tạo bê tông được phân ra cốt liệu nhỏ và
cốt liệu lớn.
Cốt liệu nhỏ (fine aggregate) là hỗn hợp các hạt cốt liệu có kích thước chủ
yếu từ 0,14 mm đến 5 mm. Cốt liệu nhỏ có thể là cát tự nhiên, cát nghiền và hỗn
hợp từ cát tự nhiên và cát nghiền.
Cốt liệu lớn (coarse aggregate) là hỗn hợp các hạt cốt liệu có kích thước
từ 5 mm đến 70 mm. Cốt liệu lớn có thể là đá dăm, sỏi, sỏi dăm hoặc hỗn hợp
các loại.
Đá dăm (crushed rock) là loại cốt liệu lớn được sản xuất bằng cách đập,
nghiền đá tự nhiên.

2


Sỏi (gravel) là loại cốt liệu lớn được hình thành do q trình phong hố
của đá tự nhiên.
Sỏi dăm (crushed gravel) là loại cốt liệu lớn được sản xuất bằng cách đập,
nghiền cuội, sỏi có kích thước lớn.
Cốt liệu lớn có thể được cung cấp dưới dạng hỗn hợp nhiều cỡ hạt hoặc
các cỡ hạt riêng biệt. Thành phần hạt của cốt liệu lớn, biểu thị bằng lượng sót
tích luỹ trên các mặt sàng tiêu chuẩn, được quy định theo từng tiêu chuẩn (tiêu
chuẩn hiện hành của Việt Nam là: TCVN 7570 – 2006).
Trong bê tông, cốt liệu lớn sau khi được hồ xi măng gắn kết lại sẽ đóng
vai trò là bộ khung chịu lực; cốt liệu nhỏ lấp lỗ rống cốt liệu lớn để lại, làm tăng
độ đặc, đồng thời đảm bảo khả năng chống co ngót cho bê tơng; chất kết dính và
nước là thành phần hoạt tính của bê tơng, nó lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt cốt
liệu, đồng thời đóng vai trị chất bơi trơn tạo độ dẻo cho hỗn hợp bê tông; trong
quá trình ngưng kết rắn chắc, hồ chất kết dính làm nhiệm vụ liên kết các hạt cốt
liệu lại với nhau tạo thành một khối; khi cần cải thiện một số tính chất của hỗn
hợp bê tơng và bê tơng, đáp ứng u cầu thi cơng và sử dụng có thể sử dụng
thêm phụ gia.
Khi nghiên cứu cũng như sử dụng các loại bê tông, ta thường đặc biệt
quan tâm đến tính cơng tác (độ sụt) của hỗn hợp và cường độ của bê tông.
Độ sụt là chỉ tiêu quan trọng nhất để đánh giá tính cơng tác; đây là tính
chất đảm bảo tính dễ tạo hình, dễ thi cơng cho hỗn hợp bê tơng, nó biểu thị khả
năng lấp đầy khuôn nhưng vẫn đảm bảo được độ đồng nhất trong một điều kiện
đầm nén nhất định. Hỗn hợp có độ sụt lớn, việc thi cơng có phần dễ dàng hơn và
nhanh hơn, nhưng độ đồng nhất thành phần cũng như chất lượng bê tơng khó
được đảm bảo. Việc lựa chọn độ sụt cho hỗn hợp bê tông sẽ phụ thuộc vào đặc
điểm của kết cấu và yêu cầu, điều kiện thi công.
Cường độ là một đặc trưng cơ bản, phản ánh khả năng của bê tông chống

lại sự phá hoại gây ra dưới tác dụng của tải trọng. Khi đã đơng cứng, bê tơng có
cả khả năng chịu nén và chịu kéo, nhưng cường độ chịu kéo rất nhỏ (trị số chỉ
bằng 5 ÷ 10% cường độ chịu nén), do đó cường độ chịu nén là chỉ tiêu quan
3


trọng nhất; việc phân mác, phân cấp bê tông về cơ bản đều được dựa vào cường
độ chịu nén.
1.2. Tổng quan nghiên cứu ứng dụng bê tông sợi gia cường
Trên thế giới cũng đã có nhiều nghiên cứu về bê tông sử dụng sợi gia
cường, với các loại sợi được sử dụng chủ yếu như: sợi thép, sợi thủy tinh, sợi
hữu cơ, sợi tổng hợp,... Các nghiên cứu thường tập trung và đi sâu về tác dụng
của sợi trong thành phần bê tơng; mức độ ảnh hưởng đến các tính năng của hỗn
hợp bê tông và bê tông; lựa chọn loại sợi phù hợp để sử dụng; xác định hàm
lượng sợi tối ưu.
Tiến sĩ T.Ch.Madhavi và các công sự tại trường Đại học SRM,
Ramapuram Campus, Chennai, Ấn Độ đã khẳng định sự hiện diện của các sợi
polypropylene gây cản trở các vết nứt trong bê tông. Các sợi trong kết cấu làm
tăng sự liên kết của bê tông, giúp cho các vết nứt không bị tiến sâu vào trong
dầm.
Mahendra Prasad, Chandak Rajeev và Grover Rakesh tiến hành điều tra
trên sợi polypropylene được gia cố silicat của Bê tông B30. Việc thay thế xi
măng bằng silicat là 0%, 5%, 10%, 15% và sợi PP đã được thêm vào trong 0%,
0,2%, 0,4%, 0,6% theo thể tích phần của bê tơng. Kết quả thu được là tăng độ
bền uốn với việc sử dụng sợi polypropylene và silica trong bê tông lên khoảng
40%.
Ramadevi và cộng sự đã báo cáo rằng sức kháng cắt cuối cùng của dầm
tăng lên đến 5% cho tất cả các B15, B20 và lớp B25 của bê tông khi sử dụng sợi
PP gia cường.
Peng Zhang và Li sử dụng 0,04%, 0,06%, 0,08%, 0,1% và 0,12% sợi

polypropylene trong bê tông chứa 15% tro bay và 6% silicat, họ kiểm tra trên
mỗi tỷ lệ ba mẫu, thu được kết quả ngoài việc các sợi cải thiện rất nhiều độ bền
của bê tông thì các thơng số vể việc kiểm sốt vết nứt đạt được hiệu quả cao, các
vết nứt mở rộng chậm. Với việc tăng khối lượng PP từ 0-0,12%.
Ở Việt Nam, nghiên cứu về lĩnh vực sử dụng sợi gia cường trong bê tơng
và vật liệu xây dựng nói chung cịn rất hạn chế.
4


Nguyễn Văn Chánh và Trần Văn Miền, Đại học Bách khoa TPHCM đã
nghiên cứu rằng tính chất hỗn hợp và tính chất cơ học của Bê tơng cốt sợi
(BTCS) phụ thuộc nhiều vào hàm lượng sợi và loại sợi sử dụng. Tính cơng tác
của hỗn hợp BTCS thường giảm xuống khi sử dụng sợi phân tán. Khi sử dụng
sợi thép thì các tính chất cơ học (nén, kéo, uốn và dẻo dai) của bêtông đều tăng
lên đáng kể so với bêtông thường. Sử dụng loại sợi mềm (sợi tổng hợp, sợi
bazan) hầu như khơng làm thay đổi các tính chất cơ học của bêtông khi sử dụng
với hàm lượng sợi 0,5 – 2%, tuy nhiên tính chất dẻo dai của bêtông lại được cải
thiện khi sử dụng loại sợi này.
Tiến sỹ Lê Trung Thành đã có những nghiên cứu về bê tơng cốt sợi chất
lượng siêu cao (BTCLSC) và có rút ra được một số kết quả như sau: cường độ
chịu nén của BTCLSC khi xử lý nhiệt 900C thường nằm trong khoảng 150 đến
250 MPa. Ứng xử điển hình của BTCLSC khi chịu nén với khả năng chịu tải
khoảng hơn 8 lần so với bê tông thường. Đường biểu diễn ứng xử chịu tải trọng
nén gần như là tuyến tính trong giai đoạn đầu, tăng gần đến vị trí đạt ứng suất
nén cao nhất, điều này thể hiện khả năng khơng bị phá hủy trong suốt q trình
chịu tải này. Biến dạng của BTCLSC tại vị trí đạt ứng suất nén lớn nhất khoảng
0,4% trong khi bê tông thường chỉ đạt khoảng 0,2%. Phá hủy BTCLSC khi chịu
nén không gây nổ như đối với bê tông cường độ cao vì thành phần của nó có
nhiều sợi thép nhỏ phân tán có khả năng giữ các mảnh vỡ của bê tông khi vết
nứt, vỡ xuất hiện. Mô đun đàn hồi của BTCLSC được các nghiên cứu công bố

khoảng 50 đến 60 GPa.
Theo Tiến sỹ Nguyễn Tiến Bình và Tiến sỹ Trần Bá Việt, Viện khoa học
công nghệ xây dựng đã phân tích rằng: việc sử dụng sợi Polypropylene (PP)
trong thành phần của bê tơng có thể khắc phục đáng kể hiện tượng nở mềm do
các sợi PP mảnh và phân tán đều trong hỗn hợp làm tăng cường khả năng chịu
kéo của bê tông ở trạng thái dẻo, làm quá trình phát triển và mở rộng các vết nứt
làm giảm chiều sâu các vết nứt, từ đó nâng caod được chất lượng của bê tông.
Luận án tiến sỹ của nghiên cứu sinh Đặng Văn Thanh, Bộ mơn Kỹ thuật
Cơng trình, Đại học Lâm nghiệp Việt Nam đã nghiên cứu tác dụng của sợi và
5


yếu tố ảnh hưởng đến tính ổn định nhiệt độ cao của SMA, trong đó đã có phân
tích vi quan sự phân bố và tác dụng của sợi trong hỗn hợp SMA.
Tăng Văn Lâm, Đại học Mỏ - Địa chất kết luận rằng từ các kết quả nghiên
cứu trong phòng thí nghiệm cho thấy khi kết hợp bê tơng hạt mịn chất lượng cao
với cốt sợi Polypropylene hỗn hợp bê tơng có độ chảy D = 25 ÷ 28cm, cường độ
nén 60MPa ÷ 90MPa, cường độ kéo khi uốn cao hơn 72% so với bê tông không
sử dụng cốt sợi.
1.3. Vấn đề cịn tồn tại và định hướng nghiên cứu.
Tóm lại, bê tông sử dụng sợi gia cường sẽ làm chặt chẽ hơn mối liên kết
giữa các thành phần vật liệu chế tạo, từ đó cải thiện được cường độ chịu kéo và
chịu nén, nâng cao tính ổn định cũng như chất lượng của bê tông. Sợi
Polypropylene là một loại sợi hữu cơ, hiện nay nghiên cứu về loại sợi này sử
dụng trong bê tông cũng chưa nhiều, đặc biệt ở Việt Nam chưa thấy có nghiên
cứu nào về loại sợi này được công bố. Qua việc nghiên cứu các kết quả trước
đây cho thấy: các kết luận đều được đưa ra từ các kết quả thí nghiệm có cơ sở
khoa học, tuy nhiên số lượng thí nghiệm và tính hệ thống, tính tồn diện vẫn cịn
hạn chế. Cùng một vấn đề nghiên cứu, cùng yếu tố ảnh hưởng nhưng kết quả
nghiên cứu cũng khơng hồn tồn giống nhau, thậm chí trái ngược nhau... Do đó,

vẫn cịn nhiều vấn đề cần phải tiếp tục nghiên cứu; trong đó có một số vấn đề
sau:
(1) Các nghiên cứu chủ yếu tập trung về đặc tính của bê tơng sử dụng sợi
thép, sợi thủy tinh và một số loại sợi khác; nghiên cứu về bê tơng sử dụng sợi
Polypropylene vẫn cịn ít;
(2) Kết quả nghiên cứu sự ảnh hưởng của hàm lượng sợi gia cường trong
bê tơng vẫn chưa thống nhất và tồn diện;
(3) Chưa có tiêu chuẩn thiết kế thành phần bê tơng sử dụng sợi gia cường;
(4) Chưa có nghiên cứu về ảnh hưởng của hàm lượng sợi Polypropylene
dùng trong bê tơng;
(5) Ở Việt Nam vẫn cịn q ít nghiên cứu về bê tông sử dụng sợi gia
cường, đặc biệt là về sử dụng loại sợi Polypropylene.
6


Chương 2
XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA VẬT LIỆU
2.1. Xi măng
Thí nghiệm xác định tính chất cơ bản của xi măng
Một số thơng số tính chất cơ bản của xi măng và phương pháp thí nghiệm
xác định như sau:
Giới hạn bền nén của xi măng: TCVN 6016: 1995 (lSO 679: 1989);
Thời gian đông kết và lượng nước tiêu chuẩn của xi măng: TCVN 6017:
1995 (lSO 9597: 1989).
Trong thành phần bê tơng, xi măng là chất kết dính có tác dụng liên
kết các hạt cốt liệu với nhau, qua q trình đơng kết sẽ tạo ra cường độ cho bê
tông. Chất lượng và hàm lượng xi măng là yếu tố quan trọng quyết định
cường độ chịu lực và nhiều tính năng khác của bê tơng.
Có thể sử dụng các loại xi măng khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu sử
dụng và điều kiện của khu vực. Việc lựa chọn mác xi măng được dựa theo cấp

bê tông thiết kế, được thể hiện ở Bảng 2.1 [25].
Bảng 2.1. Lựa chọn mác xi măng theo cấp bê tơng

Đề tài khóa luận sử dụng xi măng pooc lăng PCB 40 được sản xuất tại
Công ty cổ phần xi măng Nam Sơn là loại xi măng dùng phổ biến ở khu vực mà
luận văn thực hiện thí nghiệm. Các thơng số kỹ thuật cơ bản của loại xi măng
này đều thỏa mãn quy định về xi măng sử dụng chế tạo bê tông theo Tiêu chuẩn
Việt Nam TCVN 2682:2009 [25], chi tiết cụ thể được thể hiện ở Bảng 2.2.

7


Bảng 2.2. Một số chỉ tiêu kỹ thuật của xi măng PCB-40

2.2. Cốt liệu lớn
Thí nghiệm xác định tính chất cơ bản của đá dăm
Một số thơng số tính chất cơ bản của đá dăm và phương pháp thí nghiệm
xác định như sau:
Thành phần hạt của đá dăm: TCVN 7572-2: 2006 Cốt liệu cho bê tông và
vữa - Phương pháp thử - Phần 2: Xác định thành phần hạt;
Khối lượng riêng, khối lượng thể tích và độ hút nước của đá dăm: TCVN
7572-5: 2006 Cốt liệu cho bê tông và vữa: Xác định khối lượng riêng, khối
lượng thể tích và độ hút nước của đá gốc và hạt cốt liệu lớn;
Khối lượng thể tích xốp và độ rỗng của đá dăm: TCVN 7572-6: 2006 Cốt
liệu cho bê tông và vữa - Phương pháp thử - Phần 6: Xác định khối lượng thể
tích xốp và độ hổng;
Hàm lượng tạp chất trong đá dăm: TCVN 7572-9: 2006 Cốt liệu cho bê
tông và vữa - Phương pháp thử - Phần 9: Xác định tạp chất hữu cơ;
Cường độ đá dăm: TCVN 7572-10: 2006 Cốt liệu cho bê tông và vữa Phương pháp thử - Phần 10: Xác định cường độ và hệ số hoá mềm của đá gốc;

8


Độ nén dập và hệ số hoá mềm của đá dăm: TCVN 7572-11: 2006 Cốt liệu
cho bê tông và vữa - Phương pháp thử - Phần 11: Xác định độ nén dập và hệ số
hoá mềm của cốt liệu lớn;
Độ hao mòn của đá dăm: TCVN 7572-12: 2006 Cốt liệu cho bê tông và
vữa - Phương pháp thử - Phần 12: Xác định độ hao mòn khi va đập của cốt liệu
lớn trong máy Los Angeles;
Hàm lượng hạt thoi dẹt trong đá dăm: TCVN 7572-13: 2006 Cốt liệu cho
bê tông và vữa - Phương pháp thử - Phần 13: Xác định hàm lượng hạt thoi dẹt
trong cốt liệu lớn.
Cốt liệu lớn (coarse aggregate) là hỗn hợp các hạt cốt liệu có kích thước
từ 5 mm đến 70 mm. Cốt liệu lớn có thể là đá dăm, sỏi, sỏi dăm (đập hoặc
nghiền từ sỏi) và hỗn hợp từ đá dăm và sỏi hay sỏi dăm: Sỏi (gravel) là loại cốt
liệu lớn được hình thành do q trình phong hố của đá tự nhiên. Đá dăm
(crushed rock) là loại cốt liệu lớn được sản xuất bằng cách đập, nghiền đá tự
nhiên. Sỏi dăm (crushed gravel) là loại cốt liệu lớn được sản xuất bằng cách
đập, nghiền cuội, sỏi có kích thước lớn.
Cốt liệu lớn có thể được cung cấp dưới dạng hỗn hợp nhiều cỡ hạt
hoặc các cỡ hạt riêng biệt. Thành phần hạt của cốt liệu lớn, biểu thị bằng
lượng sót tích luỹ trên các sàng, được quy định theo Tiêu chuẩn Việt Nam
TCVN 7570: 2006 [14], thể hiện ở Bảng 2.5.
Hàm lượng bùn, bụi, sét (gọi tắt: tạp chất) trong cốt liệu lớn tuỳ theo
cấp bê tông phải không vượt quá giá trị quy định của tiêu chuẩn [14], thể hiện
ở Bảng 2.4.
Đá dăm làm cốt liệu lớn cho bê tơng phải có cường độ thử trên mẫu đá
ngun khai hoặc mác xác định thông qua giá trị độ nén dập trong xi lanh lớn
hơn 2 lần cấp cường độ chịu nén của bê tông khi dùng đá gốc phún xuất, biến
chất; lớn hơn 1,5 lần cấp cường độ chịu nén của bê tơng khi dùng đá gốc trầm

tích. Mác đá dăm xác định theo giá trị độ nén dập trong xi lanh được quy định
theo Tiêu chuẩn Việt Nam [14], thể hiện ở Bảng 2.5

9


Bảng 2.3. Thành phần hạt của cốt liệu lớn

Bảng 2.4. Hàm lượng bùn, bụi, sét trong cốt liệu lớn

Độ hao mòn khi va đập của cốt liệu lớn dùng chế tạo bê tơng được thí
nghiệm trên máy Los Angeles, khơng lớn hơn 50% khối lượng [14].
Hàm lượng hạt thoi dẹt có trong cốt liệu lớn khơng được vượt q
15% đối với bê tông cấp cao hơn B30 và không vượt quá 35% đối với cấp
nhỏ hơn hoặc bằng B30 [14].

10


Bảng 2.5. Mác của đá dăm từ đá thiên nhiên theo độ nén dập

2.3. Cốt liệu nhỏ
Thí nghiệm xác định tính chất cơ bản của cát
Một số thơng số tính chất cơ bản của cát và phương pháp thí nghiệm xác
định như sau:
Thành phần hạt của cát: TCVN 7572-2: 2006 Cốt liệu cho bê tông và vữa
- Phương pháp thử - Phần 2: Xác định thành phần hạt;
Khối lượng riêng, khối lượng thể tích và độ hút nước: TCVN 7572-4:
2006 Cốt liệu cho bê tông và vữa - Phương pháp thử - Phần 4: Xác định khối
lượng riêng, khối lượng thể tích và độ hút nước;

Khối lượng thể tích xốp và độ rỗng của cát: TCVN 7572-6: 2006 Cốt liệu
cho bê tông và vữa - Phương pháp thử - Phần 6: Xác định khối lượng thể tích
xốp và độ hổng;
Hàm lượng bùn sét trong cát: TCVN 7572-8: 2006 Cốt liệu cho bê tông
và vữa - Phương pháp thử - Phần 8: Xác định hàm lượng bùn, bụi, sét trong cốt
liệu và hàm lượng sét cục trong cốt liệu nhỏ.
Cốt liệu nhỏ (fine aggregate) là hỗn hợp cốt liệu kích thước chủ yếu
từ 0,14mm đến 5mm. Cốt liệu nhỏ có thể là cát tự nhiên, cát nghiền hoặc hỗn
hợp từ cát tự nhiên và cát nghiền. Thành phần hạt của cát sử dụng chế tạo bê
tông được lựa chọn theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7570: 2006 [14], thể
hiện ở Bảng 2.6.
11


Bảng 2.6. Thành phần hạt của cát

Cốt liệu nhỏ thường được sử dụng là cát. Cát dùng chế tạo bê tơng
khơng được lẫn q 5% khối lượng các hạt có kích thước lớn hơn 5 mm; hàm
lượng các tạp chất (sét cục và các tạp chất dạng cục; bùn, bụi và sét) trong cát
được quy định theo Tiêu chuẩn [14]; tạp chất hữu cơ trong cát khi xác định
theo phương pháp so màu (không được thẫm hơn màu chuẩn). Cụ thể được
thể hiện trong Bảng 2.7
Bảng 2.7. hàm lượng tạp chất

12


2.4. Nước nhào trộn
Quy định về nước dùng để trộn hỗn hợp bê tơng phải khơng có hàm lượng
tạp chất vượt quá giới hạn cho phép làm ảnh hưởng tới q trình đơng kết của bê

tơng cũng như làm giảm độ bền lâu của kết cấu bê tông trong quá trình sử dụng.
Nước dựng trộn hỗn hợp bê tơng xi măng vữa cần có chất lượng thoả mãn
các yêu cầu theo quy định của Tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN 302: 2004, thể
hiện ở Bảng 2.8.
Bảng 2.8. Quy định với nước trộn hỗn hợp bê tơng (mg/l)
Mức cho phép
Mục đích sử dụng

Muối

Ion

Ion

Cặn

hồ

Sunfat

Clo

khơng

tan

(SO4-2)

(Clo-)

tan

2000

600

350

200

5000

2000

1000

200

10000

2700

3500

300

1. Nước trộn bê tơng và nước trộn vữa
bơm bảo vệ cốt thép cho các kết cấu bê
tông cốt thép ứng lực trước
2. Nước trộn bê tông và nước trộn vữa

chèn mối nối cho các kết cấu bê tông cốt
thép
3. Nước trộn bê tông cho các kết cấu
không cốt thép. Nước trộn vữa xây và trát
Chú thích:
1) Khi sử dụng xi măng nhơm làm chất kết dính cho bê tơng và vữa, nước dùng cho
tất cả các phạm vi sử dụng phải theo đúng quy định của mục I bảng 1
2) Trong trường hợp cần thiết cho phép sử dụng nước có hàm lượng ion clo vượt
quá quy định mục 2 bảng 1 để trộn bê tông cho kết kết bê tông cốt thép, nếu hàm
lượng ion clo trong bê tông không vượt quá 0,6kg/m3
3) Trong trường hợp nước dùng để trộn vữa xây, trát các kết cấu yêu cầu bề mặt
hoặc phần kết cấu thường xuyên tiếp xúc ẩm thì hạm lượng ion Clo cho khống chế
khơng q 1200mg/l

13


-Nước không được chứa váng dầu hoặc váng mỡ; lượng tạp chất hữu
cơ không lớn hơn 15 mg/l;
-Độ pH không nhỏ hơn 4 và khơng lớn hơn 12,5;
-Khơng có màu khi dùng cho bê tơng và vữa trang trí;
-Theo mục đích sử dụng, Tiêu chuẩn Việt Nam quy định hàm lượng
muối hoà tan, lượng ion sunfat, lượng ion clo và cặn không tan
không được lớn hơn các giá trị thể hiện ở Bảng 2-8.
2.5. Sợi polypropylene
Sợi gia cường (sợi phân tán) là công nghệ mới trong xây dựng dùng để
thay thế chất phụ gia để trộn với xi măng, nhằm tạo sự liên kết mạnh mẽ, gia
cường, chống nứt, chống thấm cho bê tơng.
Đề tài khóa luận sử dụng loại sợi Polypropylene (pp). Một số đặc tính kỹ
thuật cơ bản và hình ảnh về loại sợi này được thể hiện ở Bảng 2-9 và Hình 3-1.

Bảng 2.9. Đặc tính kỹ thuật của sợi Polypropylene
Tên đặc tính

Trị số
0,91 g/cm3

Tỉ trọng
Độ kéo gión cc hn

15%

ng kớnh si

18 ữ 48àm

di si

6 ữ 19mm

Nhiệt độ nóng chảy

160 ÷ 1700C

Cường độ chịu kéo

≥ 460MPa

Độ hút nước

Không hút nước

Kháng Acid và kiềm

Mạnh

Mô đun đàn hôi

3,5-4,9 GPa

Hấp thụ nước

Khơng

Độ an tồn

Vật liệu khơng có độc

14


Hình 3-1. Sợi gia cường Polypropylene

15


2.6. Tổng hợp một số chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của bê tông B15
Cấp độ bền bê tông

B15

Mác tương đương theo Tiêu chuẩn cũ - #M

M200

Cường độ chịu nén tính tốn (MPa) - Rb

8.500

Cường độ chịu kéo tính tốn (MPa) - Rbt

0.750

Mô dun đàn hồi ban đầu (MPa) - E

23000

Cường độ quy đổi (MPa) - Phục vụ cho
tính tốn theo TCVN trong Etabs

18.888888888889

2.7. Kết luận chương 2.
Dựa trên việc tổng hợp phân tích, kết hợp tham khảo các tài liệu
chun mơn có liên quan, đề tài khóa luận đã:
- Tìm hiểu được tổng quan về các phương pháp thiết kế thành phần bê
tông xi măng;
- Áp dụng phương pháp tính tốn lý thuyết kết hợp thực nghiệm đã đưa ra
được các bước thực hiện việc thiết kế thành phần bê tơng sử dụng sợi giacường;
- Đã tính tốn lý thuyết và hiệu chỉnh bằng thực nghiệm để lựa chọn các
thành phần vật liệu chế tạo bê tông sử dụng loại sợi gia cường

Polypropylene với cấp độ bền B15;
- Qua việc kiểm tra cường độ chịu kéo khi uốn cho thấy, khả năng chịu
kéo của bê tông sử dụng sợi gia cường hơn hẳn bê tông thường

16


Chương 3
THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CƠ BẢN
3.1. Lựa chọn vật liệu chế tạo
3.1.1 Xác định các số liệu ban đầu
Thiết kế thành phần bê tông là lựa chọn tỉ lệ hợp lý các vật liệu thành
phần cho 1m3 bê tông sao cho đảm bảo các yêu cầu kinh tế, kỹ thuật. Kết quả
tính tốn thường được biểu thị bằng tỉ số về khối lượng hay thể tích trên 1 đơn
vị khối lượng hay thể tích xi măng.
Các phương pháp thường được sử dụng để thiết kế thành phần bê tông có
thể được phân thành 3 nhóm: tra bảng hồn tồn, thực nghiệm hồn tồn và tính
tốn lý thuyết kết hợp thực nghiệm.
a. Phương pháp tra bảng hoàn toàn
Đây là phương pháp dựa vào các bảng biểu đã lập sẵn. Căn cứ vào mác xi
măng, cỡ hạt lớn nhất của cốt liệu, độ sụt của mác bê tông cần chế tạo, tra bảng
để xác định sơ bộ thành phần vật liệu cho 1 m3 bê tông. Phương pháp này đơn
giản, thuận lợi cho người sản xuất nhưng không bám sát thực tế vật liệu. Do đó,
phương pháp này chỉ nên áp dụng khi khối lượng bê tơng ít, mác bê tơng thấp và
thơng thường dùng để lập dự tốn xây dựng.
b. Phương pháp thực nghiệm hoàn toàn
Dựa vào một số vật liệu nhất định, tiến hành chế tạo mẫu với các cấp phối
khác nhau. Đem các mẫu đi kiểm tra các yêu cầu kỹ thuật và lập bảng cấp phối
ứng với cường độ tương ứng cho riêng loại vật liệu đó. Phương pháp này tốn
kém cho cơng tác thí nghiệm và phạm vi sử dụng hạn hẹp (vì chỉ áp dụng được

đối với loại vật liệu thí nghiệm) nhưng cho kết quả chính xác và phù hợp với
thực tế vật liệu. Người ta dùng phương pháp này thì khối lượng bê tông lớn hoặc
khi thiết kế cấp phối một loại bê tơng đặc biệt chưa có trong tiêu chuẩn.

17


c. Phương pháp tính tốn kết hợp thực nghiệm
Dựa vào một số bảng tra có sẵn tiến hành tính tốn cấp phối bê tơng, đồng
thời làm thí nghiệm kiểm tra mộ số chỉ tiêu tính chất để hiệu chỉnh các thành
phần vật liệu. Trình tự thực hiện như sau:
+ Lựa chọn các thành phần định hướng;
+ Chế tạo mẫu, kiểm tra các yêu cầu kỹ thuật và điều chỉnh lại cấp phối
bê tông cho hợp lý;
+ Lựa chọn thành phần chính;
+ Chuyển thành phần chính thức sang thành phần bê tơng hiện trường.
Phương pháp này có nhiều ưu điểm hơn vì vừa kết hợp tính tốn vừa kết
hợp thực tế vật liệu nhưng khơng tốn kém nhiều chi phí thí nghiệm. Phương
pháp này hiện nay đang được dùng rộng rãi đối với các loại bê tông thường.
3.1.2. Lựa chọn phương pháp thiết kế
Đề tài sử dụng phương pháp tính tốn lý thuyết kết hợp thực nghiệm để
thiết kế thành phần bê tơng sử dụng sợi gia cường. Bằng các tính tốn lý thuyết
kết hợp với điều kiện thí nghiệm trong phòng, qua các chỉ tiêu độ sụt và cường
độ chịu nén để xác định các thành phần vật liệu. Các bước cụ thể được thực hiện
như sau:
Bước 1: Xác định lượng nước nhào trộn (N);
Bước 2: Xác định tỉ lệ xi măng – nước (X/N);
Bước 3: Xác định lượng xi măng (X) và sợi (P);
Bước 4: Xác định lượng cốt liệu lớn (Đ) và cốt liệu nhỏ (C);
Bước 5: Tổng hợp kết quả tính tốn lý thuyết;

Bước 6: Kiểm tra bằng thực nghiệm và hiệu chỉnh.
3.2. Xác định lượng nước nhào trộn
Để xác định lượng nước nhào trộn (N), đề tài căn cứ các điều kiện về
nguyên vật liệu và yêu cầu thiết kế:
Chọn cấp độ bền của loại bê tơng thiết kế là B15 (cường độ chịu nén
trung bình Rb = 20MPa);
18