Luận án nghiên cứu chế tạo bê tông cường độ rất cao dùng hỗn hợp phụ gia khoáng silica fume, tro bay và các vật liệu sẵn có ở việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

Lưu Văn Sáng

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ RẤT CAO DÙNG
HỖN HỢP PHỤ GIA KHOÁNG SILICA FUME, TRO BAY VÀ CÁC
VẬT LIỆU SẴN CÓ Ở VIỆT NAM
Chuyên ngành: Kỹ thuật Vật liệu
Mã số: 9520309

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. PGS.TS Phạm Hữu Hanh
2. PGS.TS Nguyễn Văn Tuấn

Hà Nội – Năm 2021


MỤC LỤC
Lời cam đoan ............................................................................................................... i
Danh mục các ký hiệu, cụm từ viết tắt ....................................................................... ii
Danh mục các bảng ................................................................................................... iii
Danh mục các hình vẽ, đồ thị ......................................................................................v
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
1. LÝ DO LỰA CHỌN ĐỀ TÀI .................................................................................1
2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ...................................................................................2
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ........................................................2
4. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA LUẬN ÁN ...................................................................2
5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...........................................................................3
6. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN .......................................................3
7. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN .............................................................5

1 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ RẤT CAO.................... 5
1.1

GIỚI THIỆU VỀ BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ RẤT CAO ..................................5

1.1.1

Khái niệm bê tông cường độ rất cao ...............................................................5

1.1.2

Ưu, nhược điểm của bê tông cường độ rất cao ...............................................5

1.1.3

Vật liệu chế tạo bê tơng cường độ rất cao VHSC ...........................................6

1.1.4

Một số tính chất của bê tơng cường độ rất cao. ............................................10

1.2

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ RẤT

CAO TRÊN THẾ GIỚI .............................................................................................12
1.2.1

Tình hình nghiên cứu VHSC.........................................................................12

1.2.2

Tình hình ứng dụng VHSC ...........................................................................18

1.3

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG BÊ TƠNG CƯỜNG ĐỘ RẤT

CAO Ở VIỆT NAM ..................................................................................................21
1.4

NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN TRONG ĐIỀU

KIỆN VIỆT NAM .....................................................................................................22
2 Chương 2 CƠ SỞ KHOA HỌC CHẾ TẠO VHSC ........................................... 26
2.1

CƠ SỞ KHOA HỌC NÂNG CAO CƯỜNG ĐỘ BÊ TÔNG ......................26


2.1.1

Nâng cao cường độ đá chất kết dính .............................................................26

2.1.2

Nâng cao chất lượng cốt liệu.........................................................................26

2.1.3

Tăng khả năng liên kết giữa cốt liệu và đá xi măng .....................................27

2.1.4

Nâng cao cường độ bê tơng bằng cách tối ưu hóa thành phần hạt................27

2.1.5

Nâng cao cường độ uốn bê tông bằng cách sử dụng cốt sợi .........................31

2.2

CƠ SỞ KHOA HỌC SỬ DỤNG PHỤ GIA KHOÁNG TRONG BÊ TƠNG .
.......................................................................................................................33

2.2.1

Vai trị của PGK trong bê tơng......................................................................33

2.2.2

Cơ sở khoa học đánh giá vai trò của tác dụng vật lý và hóa học khi sử dụng

phụ gia khống trong bê tông ....................................................................................38
2.2.3

Cơ sở khoa học đánh giá hiệu ứng tương hỗ trong bê tông ..........................42

3 Chương 3 VẬT LIỆU SỬ DỤNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .
....................................................................................................................... 46

3.1

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN VẬT LIỆU SỬ DỤNG..................................46

3.1.1

Xi măng .........................................................................................................46

3.1.2

Phụ gia khoáng ..............................................................................................47

3.1.3

Phụ gia trơ .....................................................................................................48

3.1.4

Cốt liệu ..........................................................................................................49

3.1.5

Cốt sợi ...........................................................................................................50

3.1.6

Phụ gia siêu dẻo ............................................................................................51

3.1.7

Nước ..............................................................................................................51

3.2

CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ..........................51

3.2.1

Các phương pháp thí nghiệm tiêu chuẩn.......................................................51

3.2.2

Phương pháp nghiên cứu phi tiêu chuẩn .......................................................52

3.2.3

Phương pháp thiết kế thành phần bê tơng. ....................................................53

3.2.4

Phương pháp xác định vai trị vật lý và hóa học của phụ gia khống ...........54

3.2.5

Phương pháp xác định định lượng hiệu ứng tương hỗ của tổ hợp PGK .......56

4 Chương 4 VAI TRỊ CỦA PHỤ GIA KHỐNG SILICA FUME VÀ TRO
BAY TRONG HỆ CHẤT KẾT DÍNH .................................................................. 57

4.1

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG PGK ĐẾN TÍNH

CHẤT CỦA CHẤT KẾT DÍNH ...............................................................................57
4.1.1

Ảnh hưởng của phụ gia khống SF và FA tới tính cơng tác của hồ CKD ....58

4.1.2

Ảnh hưởng của PGK SF và FA tới cường độ của CKD ...............................60

4.2

NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ TƯƠNG HỖ CỦA TỔ HỢP PGK SF VÀ FA

ĐẾN CÁC TÍNH CHẤT CỦA CKD ........................................................................65
4.2.1

Cải thiện tính cơng tác của hồ CKD .............................................................65

4.2.2

Cải thiện cường độ đá CKD ..........................................................................66

4.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng sự tương hỗ của tổ hợp PGK đến hàm lượng Ca(OH)2
trong đá xi măng........................................................................................................69
4.2.4

Ảnh hưởng sự tương hỗ đến lượng nước liên kết trong đá xi măng. ............72

4.2.5

Ảnh hưởng phụ gia khoáng đến cấu trúc của đá xi măng. ............................73

5 Chương 5 THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG VÀ NGHIÊN CỨU MỘT
SỐ TÍNH CHẤT VHSC ......................................................................................... 77
5.1

THIẾT KẾ THÀNH PHẦN VHSC ..............................................................77

5.1.1

Thiết kế thành phần hạt cho VHSC ..............................................................77

5.1.2

Tính tốn thành phần bê tông cường độ rất cao ............................................80

5.1.3

Nghiên cứu ảnh hưởng của của các loại vật liệu đến tính chất bê tơng ........81

5.1.4

Tối ưu hóa thành phần vật liệu cấp phối VHSC ...........................................85

5.2

NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA VHSC SỬ DỤNG PHỤ GIA KHOÁNG

SILICA FUME VÀ TRO BAY ................................................................................91
5.2.1

Ảnh hưởng của hàm lượng PGK đến tính cơng tác của hỗn hợp bê tông.....92

5.2.2

Ảnh hưởng của hàm lượng PGK đến co nội sinh bê tông ............................93

5.2.3

Ảnh hưởng của hàm lượng PGK đến cường độ của bê tơng VHSC.............96

5.3

VAI TRỊ VẬT LÝ VÀ HĨA HỌC CỦA PHỤ GIA KHỐNG SILICA

FUME VÀ TRO BAY TRONG VHSC ....................................................................98
5.3.1

Vai trị vật lý và hóa học của SF ...................................................................99

5.3.2

Vai trị của phụ gia khống tro bay .............................................................102


5.4

HIỆU QUẢ TƯƠNG HỖ CỦA PHỤ GIA KHOÁNG SILICA FUME VÀ

TRO BAY TRÊN HỆ BÊ TÔNG ...........................................................................105
5.4.1

Ảnh hưởng của hiệu ứng tương hỗ đến tính cơng tác của hỗn hợp bê tông106

5.4.2

Ảnh hưởng của hiệu ứng tương hỗ đến co nội sinh trong bê tông ..............106

5.4.3

Ảnh hưởng của hiệu ứng tương hỗ đến cường độ của VHSC ....................107

5.4.4

Tính chất độ bền lâu của VHSC..................................................................109

5.5

ẢNH HƯỞNG CỦA CỐT SỢI THÉP ĐẾN MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA

VHSC .....................................................................................................................112
5.5.1

Ảnh hưởng hàm lượng sợi đến tính cơng tác của HHBT ...........................112

5.5.2

Ảnh hưởng hàm lượng sợi đến cường độ nén và khối lượng thể tích.........113

5.5.3

Ảnh hưởng hàm lượng sợi đến cường độ uốn và độ bền dẻo dai ...............114

5.5.4

Mô đun đàn hồi của bê tông. .......................................................................115

5.6

ỨNG DỤNG VHSC TRÊN KẾT CẤU DẠNG DẦM ...............................116

5.6.1

Cấp phối chế tạo dầm VHSC trong điều kiện phịng thí nghiệm................116

5.6.2

Q trình đúc và thử nghiệm.......................................................................116

5.6.3

Kết quả nghiên cứu và bàn luận ..................................................................118

6 KẾT LUẬN .......................................................................................................... 122
7 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ................................................. 124
8 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 125

9 PHỤ LỤC ............................................................................................................PL1


LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Phạm Hữu Hanh và
PGS.TS. Nguyễn Văn Tuấn đã hết lòng giúp đỡ trong suốt quá trình học tập và
nghiên cứu.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Xây dựng, Khoa Vật liệu xây dựng,
Khoa Sau đại học, Phịng Thí nghiệm và Nghiên cứu Vật liệu xây dựng (LAS XD
115), Bộ môn Vật liệu xây dựng, Bộ môn Công nghệ Vật liệu xây dựng, Bộ mơn
Hóa, Phịng Thí nghiệm Cơng Trình (LAS XD 125) đã giúp đỡ trong thời gian qua.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn Viện Khoa học công nghệ xây dựng, Viện Vật liệu xây
dựng, Trường Đại học Sư phạm, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã tận tình giúp
đỡ và tạo điều kiện cho tơi trong q trình tiến hành nghiên cứu của luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn toàn thể bạn bè, đồng nghiệp đã tạo điều kiện, động viên,
khích lệ tơi hồn thành luận án này.
Đặc biệt tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình tơi đã ln sát cánh, giúp đỡ tơi
trong thời gian qua.
Tác giả luận án

Lưu Văn Sáng


i

LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả được trình bày trong luận án là trung thực và chưa từng được ai
cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.

Tác giả luận án

Lưu Văn Sáng


ii

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CỤM TỪ VIẾT TẮT
BT
BTCĐC
BTCLC
BTCS
BTCT
C
C/CL
CĐC
CKD
CKD/CL
CL
CLC
C/CL
FA
FE
GGBFS
HHBT
HSC
N
N/CKD
PC

PCB
PGK
PGSD
PE
SCC
SF
TE

:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:

:
:
:
:
:
:

UHPC
VHSC
XM

:
:
:

Bê tơng
Bê tông cường độ cao
Bê tông chất lượng cao
Bê tông cốt sợi
Bê tông cốt thép
Cát
Tỷ lệ cát/Cốt liệu, theo khối lượng
Cường độ cao
Hỗn hợp chất kết dính
Tỷ lệ chất kết dính/ cốt liệu, theo khối lượng
Cốt liệu
Chất lượng cao
Tỷ lệ Cát/Cốt liệu, theo khối lượng
Tro bay
Hiệu ứng điền đầy (Filler Effect)

Xỉ lị cao hạt hóa nghiền mịn
Hỗn hợp bê tơng
Bê tơng cường độ cao
Nước
Tỷ lệ nước/chất kết dính, theo khối lượng
Xi măng Pooclăng (Portland Cement)
Xi măng Pooclăng hỗn hợp (Blended Portland Cement)
Phụ gia khoáng
Phụ gia siêu dẻo
Hiệu ứng puzơlanic (Pozzolanic Effect)
Bê tông tự lèn (Self CoMPacting Concrete)
Silica fume
Hiệu ứng tổng (Total Effect)
Bê tông chất lượng siêu cao (Ultra High Performance
Concrete)
Bê tông cường độ rất cao (Very High Strength Concrete)
Xi măng


iii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Phân loại bê tông theo Hiệp hội Xi măng thế giới [103] .............................5
Bảng 1.2 Độ bền của VHSC so với các loại bê tông khác2 ......................................12
Bảng 1.3 Một số dự án sử dụng bê tông [58, 72, 132] ..............................................19
Bảng 3.1 Các tính chất cơ bản của xi măng PC40 Bút Sơn ......................................46
Bảng 3.2 Thành phần hóa của xi măng và các phụ gia khống ................................46
Bảng 3.3 Đặc tính kỹ thuật của SF sử dụng trong nghiên cứu .................................47
Bảng 3.4 Các tính chất cơ bản của tro bay ................................................................48
Bảng 3.5 Các tính chất cơ bản của bột ơxit titan ......................................................48

Bảng 3.6 Kết quả tính chất cơ bản của cốt liệu nhỏ ..................................................49
Bảng 3.7 Kết quả tính chất cơ bản của cốt liệu lớn sử dụng trong nghiên cứu ........50
Bảng 3.8 Thông số kỹ thuật của sợi thép ..................................................................51
Bảng 4.1 Ảnh hưởng hàm lượng PGK đến tính chất hồ CKD..................................57
Bảng 4.2 Ảnh hưởng PGK đến cường độ đá CKD tại tỷ lệ N/CKD=0,22 ...............60
Bảng 4.3 Kết quả thí nghiệm tính chất hồ CKD khi sử dụng PGK khác nhau .........65
Bảng 4.4 Kết quả thí nghiệm cường độ CKD với các PGK khác nhau ....................67
Bảng 4.5 Kết quả thí nghiệm hàm lượng CH............................................................70
Bảng 4.6 Kết quả thí nghiệm lượng nước liên kết ....................................................72
Bảng 4.7 Ảnh hưởng loại PGK đến cấu trúc lỗ rỗng đá CKD .................................73
Bảng 5.1 Kết quả thành phần vật liệu đến độ lèn chặt hỗn hợp hạt .........................78
Bảng 5.2 Bảng đánh giá mơ hình thí nghiệm xác định độ chặt ...............................79
Bảng 5.3 Tỷ lệ phối hợp tối ưu của các cấp hạt trong bê tông..................................80
Bảng 5.4 Tỷ lệ và lượng dùng vật liệu của VHSC theo phương pháp thành phần hạt
...................................................................................................................................81
Bảng 5.5 Các vật liệu thành phần của cấp phối BT theo phương pháp tối ưu hóa thành
phần hạt sau khi hiệu chỉnh. ......................................................................................81
Bảng 5.6 Tỷ lệ thành phần và kết quả khảo sát ảnh hưởng loại và lượng dùng vật liệu
đến tính chất HHBT và bê tơng.................................................................................81
Bảng 5.7 Bảng mã hóa các biến và hàm mục tiêu ....................................................86


iv

Bảng 5.8 Giá trị mã hóa các biến số..........................................................................86
Bảng 5.9 Bảng ma trận quy hoạch thực nghiệm theo biến mã và biến thực.............86
Bảng 5.10 Kết quả hàm mục tiêu theo quy hoạch thực nghiệm bậc hai ...................87
Bảng 5.11 Kiểm tra các hệ số phương trình hồi quy ................................................88
Bảng 5.12 Thành phần bê tông tại các giá trị cực trị theo lý thuyết và thực nghiệm90
Bảng 5.13 Tỷ lệ và thành phần cấp phối hợp lý bê tông M100 ................................91

Bảng 5.14 Bảng cấp phối nghiên cứu tính chất của VHSC ......................................91
Bảng 5.15 Tính cơng tác của VHSC ở các hàm lượng PGK khác nhau ...................92
Bảng 5.16 Ảnh hưởng của PGK đến co nội sinh theo thời gian ...............................96
Bảng 5.17 Cường độ VHSC sử dụng PGK khác nhau..............................................96
Bảng 5.18 Kết quả thí nghiệm đánh giá vai trị vật lý và hóa học của SF ...............99
Bảng 5.19 Kết quả thí nghiệm đánh giá vai trị vật lý và hóa học của FA ............102
Bảng 5.20 Tỷ lệ thành phần vật liệu đánh giá hiệu quả tương hỗ của SF-FA .......105
Bảng 5.21 Ảnh hưởng của đơn và tổ hợp PGK đến tính cơng tác HHBT .............106
Bảng 5.22 Định lượng hiệu ứng tương hỗ của SF và FA ......................................108
Bảng 5.23 Cấp phối sử dụng nghiên cứu độ bền lâu của VHSC ............................109
Bảng 5.24 Kết quả nghiên cứu độ bền lâu của VHSC ............................................110
Bảng 5.25 Kết quả của q trình ăn mịn clo đo theo phương pháp gia tốc ...........111
Bảng 5.26 Ảnh hưởng hàm lượng sợi đến các tính chất VHSC .............................112
Bảng 5.27 Cấp phối hợp lý chế tạo dầm VHSC .....................................................116
Bảng 5.28 Tính chất cơ lý của bê tơng M100 có sợi và khơng sợi .........................117
Bảng 5.29 Các giá trị đặc trưng cho sự làm việc của các mẫu dầm .......................119
Bảng 5.30 Các giá trị biến dạng tương đối của BT đặc trưng cho sự làm việc của dầm
.................................................................................................................................120


v

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Lượng khí thải CO2 từ thành phần vật liệu sử dụng trên một đơn vị chiều
dài cột [135] ................................................................................................................6
Hình 1.2 Quan hệ giữa cường độ nén dọc trục với cường độ nén VHSC ................10
Hình 1.3 Quan hệ giữa cường độ uốn với cường độ nén VHSC ..............................10
Hình 1.4 Mối quan hệ giữa ứng suất- biến dạng các loại BT [93]............................11
Hình 1.5 Mối quan hệ giữa cường độ- biến dạng VHSC [132] ................................11
Hình 1.6 Mối quan hệ giữa cường độ nén bê tông và chiều sâu cacbonat hóa của bê

tơng [32] ....................................................................................................................12
Hình 1.7 Ảnh hưởng hàm lượng SF đến cường độ nén VHSC [75] .........................16
Hình 1.8 Một số cơng trình nhà siêu cao tầng sử dụng VHSC ................................19
Hình 2.1 Ảnh hưởng các hiệu ứng hạt đến độ lèn chặt theo De Larrard .................31
Hình 2.2 Ứng xử của BTCS khi chịu kéo ................................................................32
Hình 2.3 Sự truyền tải trọng của sợi qua vết nứt trong BTCS[60] ...........................33
Hình 2.4 Vai trị của PGK mịn trong BT [52] ..........................................................41
Hình 2.5 Hiệu ứng tương hỗ của hỗn hợp PGK (FA+SF), (FA+RHA) đối với mơ đun
đàn hồi [61] ...............................................................................................................42
Hình 2.6 Tác dụng tương hỗ của hệ 3 cấu tử XM– FA – SF ....................................45
Hình 3.1 Sự phân bố thành phần hạt của các vật liệu CKD ......................................47
Hình 3.2 Ảnh SEM của phụ gia khống sử dụng trong đề tài ..................................49
Hình 3.3 Cốt sợi sử dụng trong nghiên cứu .............................................................51
Hình 3.4 Sơ đồ thiết kế và tối ưu thành phần VHSC ................................................54
Hình 3.5 Hiệu ứng vật lý và hóa học theo Goldman và Bentur ................................55
Hình 4.1 Ảnh hưởng của loại và hàm lượng PGK đến tính cơng tác hồ CKD .........58
Hình 4.2 Ảnh hưởng hàm lượng SF đến cường độ CKD tại N/CKD=0,22 ..............61
Hình 4.3 Ảnh hưởng SF đến mức độ tăng cường độ CKD tại N/CKD=0,22 ...........61
Hình 4.4 Ảnh hưởng hàm lượng SF đến mức độ đóng góp cường độ CKD tại
N/CKD=0,22 .............................................................................................................61
Hình 4.5 Ảnh hưởng hàm lượng FA đến cường độ CKD tại N/CKD=0,22 .............62


vi

Hình 4.6 Ảnh hưởng FA đến mức độ tăng cường độ CKD tại N/CKD=0,22 ..........62
Hình 4.7 Ảnh hưởng hàm lượng FA đến mức độ đóng góp cường độ CKD tại
N/CKD=0,22 .............................................................................................................63
Hình 4.8 Ảnh hưởng tổ hợp 10SF+ FA đến cường độ CKD tại N/CKD=0,22 ........64
Hình 4.9 Ảnh hưởng tổ hợp 10SF+ FA đến mức tăng cường độ trên 1%XM.........64

Hình 4.10 Ảnh hưởng tổ hợp 20FA+ SF đến cường độ CKD tại N/CKD=0,22 .....64
Hình 4.11 Ảnh hưởng 20FA+SF đến mức tăng cường độ CKD trên 1%XM ..........64
Hình 4.12 Ảnh hưởng PGK đến điểm bão hịa PGSD tại N/CKD=0,22-0,18 .........66
Hình 4.13 Ảnh hưởng của PGK đến tính cơng tác hồ CKD tại N/CKD=0,22-0,18 66
Hình 4.14 Ảnh hưởng của loại PGK đến cường độ CKD tại các tỷ lệ N/CKD khác
...................................................................................................................................67
Hình 4.15 Ảnh hưởng PGK đến mức tăng cường độ theo CKD tại các tỷ lệ N/CKD
khác nhau...................................................................................................................67
Hình 4.16 Ảnh hưởng của PGK đến mức tăng cường độ tính theo 1%XM ở các tỷ lệ
N/CKD khác nhau .....................................................................................................67
Hình 4.17 Đường cong phân tích nhiệt .....................................................................70
Hình 4.18 Kết quả phân tích bột XM ........................................................................70
Hình 4.19 Ảnh hưởng PGK đến hàm lượng CH theo CKD .....................................70
Hình 4.20 Ảnh hưởng PGK đến hàm lượng CH theo 1 % XM ................................70
Hình 4.21 Ảnh hưởng PGK đến hàm lượng nước liên kết theo 100%CKD .............72
Hình 4.22 Ảnh hưởng PGK đến lượng nước liên kết theo 1 % XM.........................72
Hình 4.23 Ảnh hưởng của PGK đến sự phân bố lỗ rỗng trong đá CKD ở tuổi 28 ngày
...................................................................................................................................74
Hình 4.24 Ảnh hưởng của PGK đến sự phân bố lỗ rỗng trong đá CKD ở tuổi 28 ngày
...................................................................................................................................75
Hình 5.1 Biểu diễn bề mặt độ lèn chặt hỗn hợp gồm 3 thành phần CKD-Cát-Đá ..78
Hình 5.2 Ảnh hưởng lượng dùng CKD đến cường độ BT ........................................82
Hình 5.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ N/CKD đến cường độ của bê tơng ...........................83
Hình 5.4 Ảnh hưởng kích thước cốt liệu lớn đến tính cơng tác và cường độ BT .....84


vii

Hình 5.5 Ảnh hưởng loại cốt liệu đến cường độ BT.................................................84
Hình 5.6 Ảnh hưởng hàm lượng cốt liệu nhỏ đến tính cơng tác và cường độ BT ....85

Hình 5.7 Biểu diễn bề mặt không gian của hàm Y theo 2 biến mã X1, X2 .............89
Hình 5.8 Biểu diễn bề mặt không gian của hàm Y theo 2 biến mã X1, X2 .............89
Hình 5.9 Ảnh hưởng của tỷ lệ X1 đến hàm mục tiêu Y ...........................................90
Hình 5.10 Ảnh hưởng của tỷ lệ X2 đến hàm mục tiêu Y .........................................90
Hình 5.11 Mối quan hệ giữa độ nhớt của hồ CKD và độ chảy của HHBT .............93
Hình 5.12 Ảnh hưởng của PGK đến thời gian kết thúc đơng kết của bê tơng .........93
Hình 5.13 Ảnh hưởng loại PGK SF đến co ngót nội sinh của bê tơng ....................94
Hình 5.14 Ảnh hưởng loại PGK FA đến co ngót nội sinh của bê tơng ...................95
Hình 5.15 Ảnh hưởng tổ hợp 10SF+FA đến co ngót nội sinh của bê tơng .............95
Hình 5.16 Ảnh hưởng tổ hợp SF+20FA đến co ngót nội sinh của bê tơng .............95
Hình 5.17 Ảnh hưởng của PGK đến cường độ nén và uốn bê tơng.........................97
Hình 5.18 Mối quan hệ giữa cường độ nén và uốn VHSC ở 28 ngày. ...................98
Hình 5.19 Mức độ tăng cường độ PGK SF và TiO2-M đến cường độ CKD và BT tại
N/CKD=0,18 .............................................................................................................99
Hình 5.20 Vai trị vật lý và hóa học của SF cải thiện cường độ VHSC theo 1% xi
măng ở 10%SF tại N/CKD=0,18 ............................................................................101
Hình 5.21 Vai trị vật lý và hóa học của SF cải thiện cường độ VHSC theo 1%XM ở
hàm lượng SF khác nhau tại N/CKD=0,18 .............................................................101
Hình 5.22 Mức độ cải thiện cường độ của FA trên hệ CKD và BT ......................102
Hình 5.23 Vai trị vật lý và hóa học của FA theo 1% xi măng. .............................104
Hình 5.24 Vai trị vật lý và hóa học của FA theo 1%XM ở hàm lượng FA khác nhau
.................................................................................................................................104
Hình 5.25 Ảnh hưởng loại PGK đến co ngót của bê tơng tại N/CKD=0,18...........106
Hình 5.26 Ảnh hưởng của loại PGK đến cường độ nén của BT tại N/CKD=0,18 .107
Hình 5.27 Ảnh hưởng của loại PGK đến mức tăng cường đơ của BT tại N/CKD=0,18
.................................................................................................................................107
Hình 5.28 Ảnh hưởng của hàm lượng SF đến hiệu quả tương hỗ .........................109


viii

Hình 5.29 Ảnh hưởng hàm lượng FA đến hiệu quả tương hỗ ...............................109
Hình 5.30 Ảnh hưởng hàm lượng sợi đến tính cơng tác của HHBT .....................112
Hình 5.31 Ảnh hưởng của hàm lượng sợi thép đến cường độ nén và KLTT của VHSC
.................................................................................................................................113
Hình 5.32 Ảnh hưởng của hàm lượng sợi thép đến cường độ uốn của bê tơng.....114
Hình 5.33 Ảnh hưởng hàm lượng sợi thép đến độ bền dẻo dai của bê tơng ..........114
Hình 5.34 Biểu đồ quan hệ ứng suất - biến dạng của mẫu VHSC ........................115
Hình 5.35 Biểu đồ quan hệ ứng suất - biến dạng của mẫu VHSC- cốt sợi ...........115
Hình 5.36 So sánh mơ đun đàn hồi của VHSC có sợi và khơng sợi ......................116
Hình 5.37 Mặt cắt dầm bê tơng cốt thép ................................................................117
Hình 5.38 Sơ đồ gia tải thí nghiệm .........................................................................117
Hình 5.39 Sơ đồ bố trí dụng cụ, thiết bị đo .............................................................117
Hình 5.40 Bộ thu thập và xử lý số liệu (Data logger) .............................................118
Hình 5.41 Hình ảnh thí nghiệm dầm VHSC trong phịng thí nghiệm ....................118
Hình 5.42 Biểu đồ quan hệ tải trọng- độ võng của các mẫu thí nghiệm. ...............119
Hình 5.43 Biểu đồ quan hệ tải trọng- độ võng của dầm 1- VHSC-M100 .............119
Hình 5.44 Biểu đồ quan hệ tải trọng –độ võng của dầm khi có cốt sợi ..................120
Hình 5.45 Biến dạng của bê tơng vùng kéo và vùng nén (Dầm 1-VHSC-M100) ..120
Hình 5.46 Biến dạng của bê tông vùng kéo và vùng nén dầm VHSC khi có sợi ...120


1

MỞ ĐẦU
1. LÝ DO LỰA CHỌN ĐỀ TÀI
Ngày nay nhu cầu phát triển xây dựng ở Việt Nam thường hướng đến các cơng trình
đặc biệt như nhà siêu cao tầng, các cầu nhịp lớn, kết cấu vỏ mỏng. Với các ứng dụng
này thì bê tơng cường độ cao/chất lượng cao (HSC) hiện nay đang có ở Việt Nam đáp
ứng chưa tốt. Theo tiến trình phát triển tất yếu này, các loại bê tông chất lượng cao

hơn như bê tông cường độ rất cao (VHSC), bê tông cường độ siêu cao (UHPC) phải
được nghiên cứu, chế tạo và ứng dụng. Tuy nhiên nhược điểm của bê tông UHPC
(cường độ ≥ 150 MPa) là sử dụng lượng CKD lớn ≥ 800÷1000 kg/m3 dẫn đến giá
thành rất cao khiến khả năng ứng dụng thực tế cịn hạn chế. Vì vậy, nghiên cứu và
phát triển hệ VHSC với cường độ từ 100÷150 MPa là thực tế hơn.
Trên thế giới việc sử dụng bê tông cường độ nén lớn hơn 100 MPa sử dụng trong
các cơng trình xây dựng có từ đầu thế kỷ 20 và hiện nay bắt đầu ứng dụng bê tông
UHPC. Ở Việt Nam, vấn đề nghiên cứu ứng dụng loại VHSC cịn rất mới và ít được
đề cập đến, chỉ có một số trạm trộn bê tông cung cấp được bê tơng có cường độ nén
khoảng 50-70 MPa, như nhà máy bê tông Sông Đà- Việt Đức, Licogi. Một vấn đề đặt
ra nghiên cứu là khả năng nâng cao giá trị cường độ nén và uốn của bê tông khi sử
dụng các vật liệu sẵn có và áp dụng các cơng nghệ chế tạo thông thường ở Việt Nam
để chế tạo được bê tơng VHSC. Điều đó có thể nghiên cứu chế tạo được các sản phẩm
có kích thước mỏng hơn, tuổi thọ lớn hơn, tiết kiệm tài nguyên, hướng sự phát triển
bền vững khi ứng dụng loại bê tông này trong thời gian sắp tới ở Việt Nam.
Cũng tương tự như bê tông thông dụng, VHSC được chế tạo từ hỗn hợp bao gồm
đá dăm, cát, xi măng, phụ gia khoáng, nước và phụ gia siêu dẻo. Tuy nhiên VHSC có
giới hạn về cường độ nén cao hơn (100÷150 MPa) vì vậy phụ gia khống hoạt tính
cao như silica fume (SF) và phụ gia siêu dẻo (PGSD) đóng vai trị rất quan trọng.
Nhược điểm của loại bê tông này thường sử dụng một lượng xi măng lớn làm tăng
giá thành sản phẩm, ảnh hưởng đến các tính chất kỹ thuật và môi trường. Để khắc
phục nhược điểm này các nghiên cứu khác thường sử dụng phụ gia khoáng (PGK) để
thay thế một phần xi măng trong bê tông nhằm tăng hiệu quả về mặt kinh tế, kỹ thuật


2

và môi trường. Việc nghiên cứu sử dụng PGK để chế tạo VHSC trong điều kiện ở
Việt Nam có một ý nghĩa khoa học quan trọng, đồng thời cịn đóng góp vai trị lớn về
kinh tế và mơi trường trong việc nghiên cứu và ứng dụng hệ bê tông này hướng tới

phát triển bền vững. Đây là vấn đề cần được đặt ra trong nghiên cứu.
Có nhiều phụ gia khống được sử dụng trong chế tạo bê tông chất lượng rất cao, tuy
nhiên hệ hỗn hợp phụ gia khoáng SF và tro bay (FA) có tiềm năng rất lớn khi xét đến
tính chất kỹ thuật, khả năng cung ứng và giá thành. Vấn đề nghiên cứu đặt ra trong
luận án là sử dụng SF và FA kết hợp với các vật liệu sẵn có ở Việt Nam để chế tạo
bê tông VHSC.
Xuất phát từ thực tiễn về mặt khoa học và ứng dụng trên, luận án này được đề xuất
là: “Nghiên cứu chế tạo bê tông cường độ rất cao dùng hỗn hợp phụ gia khoáng
silica fume, tro bay và các vật liệu sẵn có ở Việt Nam”.
2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu sử dụng tổ hợp PGK silica fume, tro bay và PGSD để chế tạo bê tơng
VHSC có độ chảy cao đạt từ 550÷850 mm, cường độ nén ở tuổi 28 ngày ≥ 100MPa,
cường độ uốn > 10MPa trên cơ sở vật liệu sẵn có ở Việt Nam.
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
3.1 Đối tượng nghiên cứu
Hỗn hợp bê tơng có độ chảy loang cao, cường độ nén bê tơng đạt: 100÷150 MPa
Bê tơng sử dụng phụ gia khoáng SF, FA và các vật liệu sẵn có ở Việt Nam.
3.2 Phạm vi nghiên cứu
 Sử dụng cốt liệu lớn đá bazan có: Dmax = 10÷ 20 mm
 Sử dụng hỗn hợp phụ gia khoáng FA và SF
 Hỗn hợp bê tơng có độ chảy loang: 550÷850 mm
 Cường độ nén ≥ 100÷150 MPa
 Nghiên cứu trong điều kiện phịng thí nghiệm
4. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA LUẬN ÁN
- Lý thuyết về cơ sở nâng cao cường độ các thành phần trong bê tông gồm: Nâng cao
cường độ chất kết dính, nâng cao chất lượng cốt liệu và nâng cao cường độ vùng


3

chuyển tiếp giữa đá xi măng và cốt liệu. Nâng cao cường độ bê tông dựa trên lý thuyết
về tối ưu hóa các thành phần hạt. Nâng cao cường độ uốn của bê tông bằng cách sử
dụng cốt sợi phân tán.
- Cơ sở sử dụng phụ gia khoáng trong bê tơng dựa trên lý thuyết về ảnh hưởng của
q trình thủy hóa và phát triển vi cấu trúc của xi măng khi có mặt của đơn phụ gia
khống và tổ hợp phụ gia khoáng. Ảnh hưởng PGK ảnh hưởng đến các tính chất của
bê tơng do vai trị vật lý và hóa học: kích thước hạt điền đầy và do hoạt tính của PGK.
Sự tương hỗ của tổ hợp PGK do vai trị của vật lý và hóa học.
5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Luận án đã sử dụng phương pháp thí nghiệm tiêu chuẩn Việt Nam và trên thế giới
để thí nghiệm, xác định các tính chất cơ lý của nguyên vật liệu sử dụng, các tính chất
hồ xi măng, HHBT và bê tơng.
- Một số phương pháp thí nghiệm phi tiêu chuẩn được sử dụng như: Xác định độ lèn
chặt theo phương pháp khô, xác định độ nhớt hồ CKD, phương pháp thí nghiệm đo
co nội sinh trong bê tơng, phương pháp đo đường kính lỗ rỗng trung bình bằng
phương pháp BJH, phương pháp phân tích nhiệt vi sai - DTA/TGA, xác định hàm
lượng Ca(OH)2 trong đá xi măng, xác định lượng nước liên kết, phương pháp xác
định ăn mòn cốt thép, phương pháp định lượng để xác định vai trị vật lý và hóa học
của phụ gia khống của tác giả Goldman và Bentur, phương pháp định lượng để xác
định hiệu quả tương hỗ của tổ hợp PGK theo tác giả Isaia.
6. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN
 Luận án đã nghiên cứu sử dụng hệ CKD gồm xi măng PC40, tổ hợp PGK SF-FA
và các vật liệu sẵn có ở Việt Nam để chế tạo VHSC với các tính chất: Hỗn hợp
bê tơng có độ chảy cao 550÷850 mm, cường độ nén bê tơng ≥ 100 MPa, cường
độ uốn bê tông > 10 MPa.
 Luận án xây dựng được quy trình thiết kế thành phần VHSC và tối ưu hóa thành
phần hạt bê tơng đồng thời đánh giá ảnh hưởng các loại vật liệu sẵn có ở Việt
Nam đến độ chảy và cường độ VHSC.
 Luận án đã đánh giá được vai trò vật lý và hóa học của PGK SF, FA trong việc

4

cải thiện cường độ của bê tơng qua đó khẳng định vai trò quan trọng của hiệu ứng
vật lý và hóa học trong việc cải thiện cường độ CKD và VHSC.
 Luận án đã chứng minh trên hệ VHSC với tỷ lệ N/CKD thấp khi sử dụng SF và
FA với hàm lượng hợp lý thì tồn tại hiệu ứng tương hỗ giữa hai PGK này, đặc
biệt hiệu ứng tương hỗ trong việc cải thiện cường độ khi giảm tỷ lệ N/CKD.
7. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
7.1 Ý nghĩa khoa học của luận án
 Khẳng định được vai trò của PGK SF, FA trong việc chế tạo VHSC.
 Đánh giá cơ chế và hiệu ứng tương hỗ của PGK, trong việc cải thiện các tính chất
của HHBT và VHSC.
 Thiết kế tối ưu thành phần hạt của bê tông sử dụng tổ hợp PGK SF và FA để thiết
kết thành phần bê tơng và tối ưu hóa thành phần VHSC bằng cơng cụ tốn quy
hoạch thực nghiệm.
 Đánh giá được ảnh hưởng hàm lượng sợi thép đến các tính chất của HHBT và
VHSC. Đánh giá được ứng xử cơ học của dầm VHSC. Khẳng định được vai trò
cốt sợi thép trong việc tăng khả năng vùng chịu nén của bê tông cốt sợi VHSC
trên kết cấu dầm.
7.2 Ý nghĩa thực tiễn của luận án
 Vấn đề nâng cao độ bền lâu, kéo dài tuổi thọ các cơng trình xây dựng đang được
quan tâm nhất trong khoa học vật liệu. Do đó việc nghiên cứu chế tạo VHSC có
độ bền lớn có ý nghĩa thực tiễn rất lớn. Luận án đánh giá khả năng sử dụng vật
liệu địa phương chế tạo VHSC ở Việt Nam nhằm ứng dụng trong xây dựng các
nhà siêu cao tầng và cầu nhịp lớn.
 Việc sử dụng phế thải công nghiệp là PGK FA, SF để thay thế xi măng sẽ cải thiện
tính chất của HHBT và VHSC, góp phần làm giảm giá thành cho sản phẩm bê
tông, nâng cao ý nghĩa về môi trường, xây dựng phát triển bền vững, từ đó sẽ mở
rộng thêm khả năng ứng dụng loại bê tông này vào thực tế xây dựng ở nước ta.

 Nghiên cứu, đánh giá ứng xử cơ học của kết cấu dầm bê tơng VHSC qua đó hướng
đến ứng dụng VHSC trong xây dựng thực tế ở Việt Nam.


5

1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ RẤT CAO

1.1 GIỚI THIỆU VỀ BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ RẤT CAO
1.1.1 Khái niệm bê tông cường độ rất cao
Bê tông cường độ rất cao (Very High Strength Concrete-VHSC) là loại bê tơng có
cường độ nén rất cao từ 100÷150 MPa [48, 74, 94, 103, 132]. Trong thành phần bê
tông bao gồm xi măng, cát, đá, phụ gia khoáng, phụ gia siêu dẻo và nước, trong đó tỷ
lệ nước/ chất kết dính (N/CKD) thường nhỏ hơn 0,3 (tính theo khối lượng). Khái
niệm này được Hiệp hội Xi măng thế giới đưa ra như sau (Bảng 1.1)
Bảng 1.1 Phân loại bê tông theo Hiệp hội Xi măng thế giới [103]
Loại
Bê tông
Bê tông cường Bê tơng cường Bê tơng cường
độ siêu cao
Đặc tính
thường
độ cao
độ rất cao
Cường độ, MPa

<50

50-100

100-150

>150

Tỷ lệ N/CKD

>0,45

0,3-0,25

<0,25

Phụ gia hóa học

-

0,45-0,3
Hóa dẻo/ Siêu
dẻo

Siêu dẻo

Siêu dẻo

Silica fume/ tro
bay
-10
-11

> 10
10
10-12
Hệ số thấm
1.1.2 Ưu, nhược điểm của bê tơng cường độ rất cao
Phụ gia khống

-

Tro bay

Silica fume/
tro bay
<10-13

1.1.2.1 Ưu điểm
- HHBT có đồng nhất cao, cường độ nén rất cao, cường độ kéo khi uốn khá lớn, bê
tơng có độ bền lâu trong mơi trường xâm thực cao.
- Bê tơng có tỷ lệ N/CKD thấp khi kết hợp với PGK thì HHBT vẫn đảm bảo tính cơng
tác, khả năng dễ tạo hình của hỗn hợp bê tơng cũng như q trình vận chuyển hỗn
hợp bê tông dễ dàng và không bị phân tầng tách nước.
- Công nghệ chế tạo đơn giản và sử dụng đa dạng: có thể thi cơng thủ cơng/ cơ giới
bảo đảm chất lượng cao và kiểm soát chất lượng dễ dàng và có thể ứng dụng trong
thi cơng các kết cấu vách, cột, nơi có mật độ cốt thép dày và những giải pháp mặt
bằng kiến trúc đa dạng. Quá trình kiểm soát chất lượng dễ dàng.
- Cường độ rất cao cho phép giảm kích thước kết cấu mà vẫn đảm bảo khả năng chịu
lực. Kết quả là cùng một khả năng chịu lực nhưng lượng vật liệu sử dụng ít hơn.


6

Nghiên cứu của Yamamoto [135] chỉ ra
rằng việc sử dụng VHSC cho phép
giảm được kích thước các cấu kiện
trong các cơng trình nhà siêu cao tầng;
điều này cho phép các kỹ sư có thể áp
dụng các cấu kiện đúc sẵn trong việc thi
cơng các cơng trình nhà siêu cao tầng
quản lý chất lượng được dễ dàng, rút Hình 1.1 Lượng khí thải CO2 từ thành phần
vật liệu sử dụng trên một đơn vị chiều dài
ngắn thời gian thi công, điều này cũng
cột [135]
làm giảm lượng bê tông sử dụng, kéo theo giảm lượng dùng vật liệu và đặc biệt giảm
rất lớn lượng dùng xi măng từ đó giảm được lượng phát thải CO2 sinh ra trong quá
trình sản xuất xi măng, mang đến hiệu quả rất lớn về môi trường hướng đến phát triển
bền vững (Hình 1.1). Ngồi ra việc sử dụng các phụ gia khoáng như FA, GGBFS…
(phế thải trong nhà máy nhiệt điện, luyện kim) thay thế một phần xi măng sẽ vừa
giảm giá thành sản phẩm, nâng cao hiệu quả kinh tế, đồng thời còn làm giảm lượng
phế thải ra ngồi mơi trường và góp phần phát triển xây dựng bền vững.
1.1.2.2 Nhược điểm
Trong VHSC thường sử dụng lượng dùng chất kết dính lớn dẫn đến co ngót lớn, giá
thành vật liệu cao vì vậy cần thiết phải sử dụng các PGK có thể thay thế một phần xi
măng và nâng cao hiệu quả về mặt kỹ thuật và mơi trường.
Do bê tơng VHSC có những u cầu đặc thù về vật liệu chế tạo, vì vậy trong điều
kiện Việt Nam vấn đề lựa chọn nguồn nguyên liệu địa phương để chế tạo VHSC là
cần thiết.
Hiện nay trên thế giới chưa thống nhất về phương pháp thiết kế thành phần bê tơng,
chưa có tiêu chuẩn ban hành VHSC vì vậy việc thiết kế và ứng dụng VHSC gặp nhiều
khó khăn trong thực tế.
1.1.3 Vật liệu chế tạo bê tông cường độ rất cao VHSC

1.1.3.1

Xi măng

Xi măng là thành phần quan trọng góp phần tạo nên cường độ của bê tơng, trong đó


7

hồ xi măng đóng vai trị là chất kết dính, liên kết các hạt cốt liệu rời rạc. Hoạt tính
của xi măng càng cao thì bê tơng có cường độ càng cao, vì vậy việc sử dụng xi măng
mác cao trong chế tạo VHSC là cần thiết. Trên thế giới loại xi măng thường dùng để
chế tạo VHSC là loại xi măng có cường độ chịu nén sau 28 ngày lớn hơn 50MPa,
điển hình như ở Trung Quốc sử dụng xi măng có cường độ 54 MPa và 65,6 MPa
[132], châu Âu sử dụng xi măng có cường độ nén >52,5 MPa [17]. Trong khi đó ở
nước ta xi măng công nghiệp được sử dụng phổ biến lớn nhất là PC40, PC50 (cường
độ 40÷60 MPa). Tuy nhiên trong chế tạo VHSC cần giảm tỷ lệ N/CKD xuống thấp
để đảm bảo cấu trúc đặc chắc của đá xi măng vì vậy vấn đề cần thiết phải nghiên cứu
đặt ra đó là sử dụng xi măng PC40 ở Việt Nam để chế tạo VHSC.
1.1.3.2 Cốt liệu nhỏ ( cát )
Cấu trúc, bề mặt, kích thước và lượng dùng cốt liệu nhỏ (CLN) là nhân tố quan trọng
trong thiết kế thành phần VHSC, ảnh hưởng trực tiếp đến tới cường độ nén của bê
tơng. CLN có vai trị kết hợp với chất kết dính để tạo thành hỗn hợp vữa lấp đầy phần
rỗng giữa các hạt cốt liệu lớn, làm tăng độ đặc và tính đồng nhất hỗn hợp bê tơng.
Theo báo cáo của Volkov [125] và ACI [16] cho rằng cát thô với mô đun độ lớn ≥
3,0 là cốt liệu phù hợp trong chế tạo bê tơng có cường độ lớn hơn 100 MPa. Điều này
được giải thích do cát thơ có tỉ diện bề mặt nhỏ sẽ giảm lượng nước nhào trộn mà vẫn
đạt được tính cơng tác cần thiết, giúp tăng độ đặc chắc của bê tông, giảm diện tích
phần tiếp giáp giữa đá xi măng và phần cốt liệu. Cát phải có cường độ cao, khơng lẫn
bụi, bùn, sét, chất hữu cơ và những tạp chất khác. Ở Việt Nam, nguồn CLN rất đa

dạng và phong phú vì vậy vấn đề đặt ra là đối với các loại CLN với mơ đun độ lớn
<3 có thể chế tạo được VHSC hay không?
1.1.3.3 Cốt liệu lớn
Cốt liệu lớn là thành phần cơ bản của bê tơng, đóng vai trị là bộ khung chịu lực. Đối
với bê tông thông thường cường độ của cốt liệu không ảnh hưởng đến chất lượng bê
tông do cường độ của cốt liệu luôn cao hơn cường độ của đá xi măng. Trong VHSC
cốt liệu lớn sử dụng được lựa chọn trên các đặc điểm đó là: cường độ và mơ đun đàn
hồi, hình dạng hạt, bề mặt hạt, kích thước lớn nhất của cốt liệu…Đây là điểm khác


8

biệt của VHSC so với bê tông UHPC ở Việt Nam.
- Cường độ và mô đun đàn hồi của cốt liệu: Nghiên cứu của Wee [126] khẳng định
các loại đá có khối lượng thể tích lớn, cường độ đá gốc cao đạt yêu cầu chế tạo VHSC
bao gồm đá bazan, đá granit, đá vôi cường độ cao. Nghiên cứu của Sviridov [115]
cho rằng để chế tạo bê tơng có cường độ nén >150 MPa thì độ nén dập trong xi lanh
của đá khơng vượt q 6%. Đối với VHSC có cường độ 110 MPa, độ nén dập không
được vượt quá 9%.
- Hình dạng hạt và đặc tính bề mặt hạt: Theo Xincheng [132] hình dạng hạt cốt liệu
sử dụng cho VHSC nên gần với hình cầu. Các hạt thoi dẹt cần phải được loại bỏ vì
ảnh hưởng lớn đến tính công tác, cường độ và độ bền của bê tông. Ngoài ra bề mặt
hạt cốt liệu phải được làm sạch, khơng bị lẫn tạp chất bụi bùn sét.
- Kích thước lớn nhất hạt cốt liệu: Về nguyên tắc, kích thước lớn nhất (Dmax) của hạt
cốt liệu giảm sẽ cho cường độ bê tông cao hơn khi giữ nguyên cường độ cốt liệu. Tùy
theo cường độ của cốt liệu người ta lựa Dmax của cốt liệu để chế tạo VHSC. Điển hình
như nghiên cứu của Zain [139] sử dụng CLL có Dmax=19 mm để chế tạo VHSC.
Edward [96] và Sviridov [115] cho rằng Dmax của hạt cốt liệu cho VHSC/ UHPC tốt
nhất từ 10÷14 mm. Vấn đề nghiên cứu đặt ra trong điều kiện Việt Nam sử dụng loại
CLL có Dmax bằng bao nhiêu để phù hợp chế tạo VHSC?

1.1.3.4 Phụ gia khống hoạt tính
Hầu hết các loại PGK sử dụng trong bê tông đều là các sản phẩm phụ của các ngành
cơng nghiệp [87]. Thơng thường PGK hoạt tính được lựa chọn bao gồm: Silica fume
(SF), tro bay (FA), xỉ lị cao hạt hóa nghiền mịn (GGBFS), tro trấu (RHA), Mêta cao
lanh (MK). Trong các nghiên cứu về VHSC thường sử dụng SF mục đích tăng độ đặc
chắc và tăng cường độ cho bê tông. Tuy nhiên, do giá thành của SF cao gấp 5÷10 lần
XM làm tăng giá thành của VHSC và có thể gấp đơi so với HSC. Vì vậy khi chế tạo
VHSC người ta thường kết hợp SF với một loại PGK khác vừa cải thiện tính chất kỹ
thuật đồng thời làm giảm giá thành cho bê tông. Việc sử dụng PGK để chế tạo VHSC
phải kể đến các nghiên cứu:
Tác giả Sarkar và Aïtcin [18] đã nghiên cứu sử dụng SF có kích thước hạt <1 µm để


9

chế tạo được bê tông cường độ nén bê tông đạt 113 MPa. Nghiên cứu của Wee [126]
sử dụng SF và GGBFS có thể chế tạo bê tơng có cường độ nén đến 100 MPa. Nghiên
cứu của Xincheng Pu [132] s dng SF vi kớch thc ht t 0,1ữ0,2 àm có thể chế
tạo được bê tơng có cường độ nén đạt được 140 MPa, sử dụng kết hợp SF và FA thì
chế tạo được bê tơng có cường độ ở tuổi 90 ngày đạt đến 141 MPa. Nghiên cứu của
Zain [139] đã đánh giá khả năng chế tạo VHSC với cường độ nén ≥100 MPa, tác giả
sử dụng PGK GGBFS+FA và SF+FA trong điều kiện dưỡng hộ nhiệt độ 20÷50oC và
một số nghiên cứu thực tế ứng dụng SF trong các cơng trình có cường độ từ 100÷130
MPa [28, 58, 91, 110]. Ở Việt Nam, đã có một số nghiên cứu tổ hợp PGK để chế tạo
bê tông UHPC như tổ hợp SF + GGBFS, mẫu bê tông chế tạo có cường độ nén > 150
MPa [3]. Vấn đề cần thiết đặt ra nghiên cứu trong điều kiện Việt Nam nên lựa chọn
hệ PGK nào để chế tạo VHSC?
1.1.3.5 Phụ gia hóa học
Để chế tạo được VHSC thì phụ gia hoá học là vật liệu bắt buộc sử dụng với mục
đích giảm tỷ lệ N/CKD đồng thời vẫn đảm bảo tính cơng tác cho HHBT. Do vậy để

chế tạo được VHSC phải sử dụng phụ gia hóa học giảm nước mạnh. Việc sử dụng
phụ gia hóa dẻo tầm cao trong chế tạo VHSC điển hình kể đến các nghiên cứu: Nghiên
cứu của Sarkar, Aïtcin cường độ nén bê tông đạt 113 MPa[18]. Nghiên cứu của
Xincheng [132] chế tạo được bê tơng có cường độ nén từ 100-150 MPa. Nghiên cứu
của Wee [126] sử dụng chế tạo bê tơng có cường độ nén 100 MPa. Nghiên cứu của
Zain bê tơng có cường độ nén đạt được 130 MPa [139].Các nghiên cứu này thường
sử dụng phụ gia naphthaiene sulfonate và polycalboxylic acid copolymer. Hiện nay,
sự phát triển mạnh mẽ về công nghệ, các loại phụ gia phổ biến thường sử dụng là các
phụ gia giảm nước tầm cao polycarboxylate thế hệ mới hơn như Master Glenium
6500, Master Glenium 8008 SP8HU… được sử dụng trong chế tạo VHSC và UHPC
điển hình là các nghiên cứu của Kitamura [2] cường độ BT đạt được 130 MPa.
Ở Việt Nam, phụ gia hóa học hiện nay chủ yếu do các hãng nước ngoài cung cấp nên
việc áp dụng tiêu chuẩn nước ngoài để lựa chọn phụ gia siêu dẻo trở nên khá phổ
biến, điển hình là tiêu chuẩn ASTM C494 của Mỹ và BS-5075 của Anh thông qua


10

các hãng như BASF, Sika, MBT, MaPei. Các loại phụ gia này thường có mức độ
giảm nước khoảng 30÷40% như Glenium ACE 388, Glenium SP51, Viscocre 3400,
Selfill-2010... Một số nghiên cứu khẳng định hồn tồn có thể sử dụng PGSD có sẵn
trong nước (Glenium ACE 388) để sản xuất bê tơng có cường độ ≥150 MPa vì vậy
trong luận án này sẽ không đi sâu nghiên cứu cơ chế tác dụng của từng loại phụ gia
hóa học. Luận án chỉ sử dụng một loại phụ gia siêu dẻo để nghiên cứu chế tạo bê tông
VHSC. Đây cũng là loại phụ gia phổ biến trên thế giới ở Việt Nam.
1.1.4

Một số tính chất của bê tơng cường độ rất cao.

1.1.4.1 Cường độ

Cường độ của bê tơng là đặc tính quan trọng đánh giá chất lượng của bê tơng. Vì
cường độ của bê tông phản ánh trực tiếp chất lượng của bê tông. Cường độ phụ thuộc
vào rất nhiều yếu tố như: cường độ của các thành phần vật liệu chế tạo bê tơng, thơng
số kích thước và hình dạng mẫu nén, độ ẩm của mẫu và các yếu tố công nghệ. Nghiên
cứu của Xincheng [132] đã đánh giá các mối quan hệ giữa cường độ nén dọc trục,
cường độ ép chẻ, cường độ uốn với cường độ nén mẫu lập phương trên hệ VHSC.
Kết quả thí nghiệm cho thấy tồn tại mối quan hệ bậc nhất giữa cường độ nén dọc trục
với cường độ nén, cường độ ép chẻ với cường độ nén của VHSC. Kết quả nghiên cứu
này được trình bày trong Hình 1.2, Hình 1.3.

Hình 1.2 Quan hệ giữa cường độ nén
dọc trục với cường độ nén VHSC

Hình 1.3 Quan hệ giữa cường độ uốn
với cường độ nén VHSC

1.1.4.2 Mối quan hệ giữa ứng suất – biến dạng và mô đun đàn hồi
Mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng rất quan trọng trong thiết kế kết cấu bê tông.
Mối quan hệ này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như loại cốt liệu, phương pháp thí


11

nghiệm, tuổi bê tơng thí nghiệm, tốc độ gia tải….Tác giả Mendis [44, 93] đã chỉ ra
rằng sự khác biệt đường cong ứng suất- biến dạng của VHSC có cường độ nén 100
MPa so với bê tông thường và bê tông HSC như sau: (1) Cường độ của đá xi măng
lớn hơn so với bê tông thường và cường độ cốt liệu cũng cao hơn. (2) Cường độ vùng
chuyển tiếp đá xi măng- cốt liệu cũng cao hơn. (3) Độ bền kéo của đá xi măng cao
hơn (Hình 1.4). Xincheng [132] đánh giá mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng
trên hệ VHSC theo Hình 1.5

ε:Biến dạng của bê tơng
f cu,10 : Cường độ nén mẫu 100x100x100 mm

Hình 1.4 Mối quan hệ giữa ứng Hình 1.5 Mối quan hệ giữa cường độ- biến dạng
suất- biến dạng các loại BT [93]
VHSC [132]
Mô đun đàn hồi: Trong VHSC cường độ nén lớn hơn nhiều so với bê tông thường
và bê tông HSC. Việc tính tốn mơ đun đàn hồi với bê tông thường được xác định
theo ACI 318 – 08 sẽ rất khó áp dụng đối với VHSC. Tuy nhiên cũng có một số
tác giả đã đưa ra cơng thức xác định mô đun đàn hồi của VHSC dựa trên mối quan
hệ với cường độ bê tơng điển hình như: nghiên cứu của Kakizaki [67] đánh giá mối
quan hệ giữa mô đun đàn hồi và cường độ nén trong khoảng từ 83÷138 MPa. Mơ
đun đàn hồi được tính tốn theo cơng thức:
Eo=43.960 x √𝑓𝑐𝑢,10 (psi)

(1.1)

Xincheng [132] cũng đưa ra công thức tính tốn mơ đun đàn hồi của VHSC:
Eo= (0,287 x √𝑓𝑐𝑢,10 +1,438) x 104 (MPa)
(1.2)
1.1.4.3 Độ bền lâu của bê tông
Độ bền của VHSC được đánh giá thông qua chỉ số độ bền do AFGC (M. Schmidt
biên dịch [45]) đưa ra trong Bảng 1.2 cho thấy có sự cải thiện đáng kể độ bền của
VHSC so với bê tông thường và bê tông HSC.