EBOOK - BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO

0




1







Viện khoa học và công nghệ xây dựng giao thông
Trường ñại học GTVT


LỜI NÓI ðẦU
Trong những năm gần ñây bê tông cường ñộ cao ñã chiếm một vị trí quan
trọng trong các công trình xây dựng cầu, ñường, nhà và công trình thuỷ có quy mô
lớn.
Cuốn sách này giới thiệu các kết quả nghiên cứu của Việt Nam, Pháp, Anh,
Nga, Mỹ, Nhật Bản về bê tông cường ñộ cao.
Các vấn ñề chính ñược trình bày trong cuốn sách này là cấu trúc, cường ñộ,
biến dạng, phương pháp thiết kế thành phần và khả năng ứng dụng của bê tông
cường ñộ cao.
Sách ñược dùng làm tài liệu giảng dạy cho sinh viên, học viên cao học,
nghiên cứu sinh và làm tài liệu tham khảo cho các kỹ sư xây dựng và cán bộ
nghiên cứu.
PGS.TS. Phạm Duy Hữu - Chủ biên và viết các chương 1, 2, 3, 4, 5, 6.

Tham gia viết chương 6 là Th.s. Nguyễn Long.
Các tác giả xin cảm ơn sự ñóng góp ý kiến quý báu của các chuyên gia xây
dựng và giao thông trong quá trình biên soạn cuốn sách này. Xin ñặc biệt cảm ơn
Trường cầu ñường Paris và Trường ñại học Tokyo ñã cung cấp nhiều cho chúng tôi
nhiều tài liệu quý báu về bê tông cường ñộ cao.
Cuốn sách ñược viết lần ñầu rất mong nhận ñược các ý kiến ñóng góp của
người ñọc.

2

Các tác giả


CÁC TỪ CHÌA KHÓA
Phạm Duy Hữu, bê tông cường ñộ cao, cấu trúc, cường ñộ bê tông, ñộ sụt bê
tông, mô ñun ñàn hồi, cốt liệu lớn, muội silic, ñộ bền, thiết kế thành phần, ứng
dụng, cầu, ñường, co ngót, từ biến.

Chương 1
CÁC KHÁI QUÁT VỀ BÊ TÔNG CƯỜNG ðỘ CAO

1. Về bê tông cường ñộ cao và bê tông chất lượng cao:
Bê tông là một loại vật liệu chủ yếu của thế kỷ 20 ñược chế tạo từ hỗn hợp vật
liệu ñược lựa chọn hợp lý gồm các thành phần: Cốt liệu lớn (ñá dăm hoặc sỏi), cốt
liệu nhỏ (cát), chất kết dính (ximăng…), nước và phụ gia. Cát và ñá dăm là thành
phần vật liệu khoáng vật, ñóng vai trò bộ khung chịu lực. Hỗn hợp xi măng và
nước (hồ ximăng) là thành phần hoạt tính trong bê tông, nó bao bọc xung quanh
cốt liệu, lấp ñầy lỗ rỗng giữa các cốt liệu và khi hồ xi măng rắn chắc, nó dính kết
cốt liệu thành một khối ñá và ñược gọi là bê tông. Các chất phụ gia rất phong phú
và chúng làm tính chất của bê tông trở nên ña dạng và ñáp ứng ñược các yêu cầu

ngày càng phát triển của bê tông và kết cấu bê tông.
Ngày nay bê tông là một trong những loại vật liệu ñang ñược sử dụng rất rộng
rãi trong xây dựng, xây dựng cầu, ñường. Tỷ lệ sử dụng bê tông trong xây dựng
nhà chiếm khoảng 40%, xây dựng cầu ñường khoảng 15% tổng khối lượng bê
tông.
Bê tông có cường ñộ chịu nén cao, mô ñun ñàn hồi phù hợp với kết cấu bê tông
cốt thép và bê tông cốt thép dự ứng lực.
Bê tông bền nước và ổn ñịnh với các tác ñộng của môi trường
Công nghệ bê tông ổn ñịnh ngày càng phát triển.
Giá thành của bê tông hợp lý do tận dụng ñược các nguyên vật liệu ñịa phương,
vì vậy kết cấu bê tông chiếm 60% các kết cấu xây dựng.

3
Nhược ñiểm cơ bản của bê tông là có cường ñộ chịu kéo chưa cao và khối
lượng công trình bê tông cốt thép còn lớn. Cường ñộ chịu nén của bê tông thường
chỉ ñạt tối ña 50 MPa và ñộ sụt tối ña 7 cm.
Con ñường phát triển của bê tông là cải tiến cấu trúc, thành phần, cải tiến công
nghệ bằng cách sử dụng các phụ gia, các chất hỗ trợ công nghệ (bảo dưỡng, trợ
bơm ) và các phương pháp công nghệ mới ñể tìm ra các bê tông chất lượng cao.
Các bê tông chất lượng cao phải ñáp ứng các yêu cầu về cường ñộ, tính dễ ñổ và
tính kinh tế. Những tính chất ñược cải tiến làm chất lượng hơn hẳn bê tông truyền
thống (cường ñộ, biến dạng, dễ ñổ ). Những tính chất ñặc biệt này tạo ra khả năng
sáng tạo ra các kết cấu xây dựng và công nghệ xây dựng mới.
Bê tông chất lượng cao bao gồm 5 loại bê tông như sau:
- Bê tông siêu dẻo: là loại bê tông có thành phần cốt liệu và xi măng truyền
thống và phụ gia siêu dẻo. Loại bê tông này có tỷ lệ N/X khoảng 0,38-0,42, ñộ sụt
ñạt ñến 15-20 cm có cường ñộ ñạt ñến 60 MPa và có cường ñộ sớm (R
7
=0,85R
28

),
ñộ sụt từ 10 –20 cm, giữ ñược ít nhất 45 phút.
- Bê tông cường ñộ cao có thành phần như bê tông siêu dẻo có tỷ lệ sử dụng
N/X gần ñến 0,25, có sử dụng phụ gia siêu mịn là tro nhẹ hoặc hạt silic siêu mịn.
ðây là loại bê tông có cường ñộ chịu nén ñến 80 hoặc 100 MPa.
- Bê tông siêu nhẹ có cường ñộ tương tự như bê tông thường, khối lượng ñơn
vị thấp ñến 0,8 g/cm
3

- Bê tông tự ñầm: Có thành phần cốt liệu lớn ít, tăng thêm các chất bột và sử
dụng phụ gia siêu dẻo ñặc biệt. Bê tông có khả năng tự ñầm, trong quá trình thi
công không cần sử dụng các thiết bị ñầm. Loại bê tông này cho phép thi công các
công trình có khối lượng rất lớn (20.000 m
3
trở lên ) không cần bố trí mối nối,
không cần ñầm. Sử dụng bê tông tự ñầm tiết kiệm ñược nhân công, thời gian và
không gây ồn.
- Bê tông cốt sợi: Trong thành phần có thêm sợi (kim loại, polyme, các sợi
khác). Bê tông cốt sợi cải thiện ñộ dẻo của bê tông, tăng cường khả năng chống nứt
cho bê tông ở trạng thái mềm và trạng thái chịu lực.
2. ðịnh nghĩa bê tông cường ñộ cao
2.1. ðịnh nghĩa bê tông cường ñộ cao:
Bê tông chất lượng cao là một thế hệ bê tông mới có thêm các phẩm chất
ñược cải thiện thể hiện sự tiến bộ trong công nghệ vật liệu – kết cấu xây dựng. Xét
về cường ñộ chịu nén thì ñó là bê tông cường ñộ cao.( High Strength concrete)

4
Bê tông chất lượng cao ñược gọi tắt theo người Anh là HPC (High
Performace concretes), theo người Pháp là BHP (BET0NS A HAUTE
PERORMANCES ). Bê tông cường ñộ cao (High Performace concretes) là loại bê

tông có cường ñộ chịu nén tuổi 28 ngày, nhỏ hơn hơn 60 MPa, với mẫu thử hình
trụ có D = 15 cm , H = 30cm.
Cường ñộ sau 24 giờ R
b
≥ 35 MPa , sau 28 ngày cường ñộ nén R
28
≥ 60 MPa
. Mẫu thử ñược chế tạo, dưỡng hộ, thử, theo các tiêu chuẩn hiện hành.
Thành phần bê tông cường ñộ cao có thể dùng hoặc không dùng muội silic
hoặc dùng kết hợp với xỉ lò cao. Khi sử dụng muội silic chất lượng bê tông ñược
nâng cao hơn.
Tiêu chuẩn của Bắc Mỹ qui ñịnh bê tông cường ñộ cao là loại bê tông có R
28

≥ 42MPa.
Theo CEB . FIP qui ñịnh bê tông cường ñộ cao có cường ñộ nén sau 28 ngày
tối thiểu là fc
28
≥ 60 MPa. Tất cả các loại bê tông cường ñộ cao ñều dùng tỷ lệ N/X
thấp (0,25 – 0,35).
Ngày nay trình ñộ kiến thức về loại bê tông này ñã cho phép ứng dụng bê
tông chất lượng cao trong công trình lớn, chủ yếu ở ba lĩnh vực: Các ngôi nhà
nhiều tầng, các công trình biển và các công trình giao thông (cầu, ñường, hầm).
Các ñặc tính cơ học mới của bê tông cường ñộ cao cho phép người thiết kế sáng
tạo ra loại kết cấu mới có chất lượng cao hơn.

2.2. Các nghiên cứu về bê tông cường ñộ cao
Trong khoảng 15 năm gần ñây các sản phẩm bê tông có cường ñộ ngày càng
cao hơn, ñạt cường ñộ từ 60 ñến 140MPa. ðặc biệt bê tông cường ñộ siêu cao
(Ultra High Strength Concrete) với cường ñộ lên ñến 300MPa (40’000 psi) ñã

ñược chế tạo trong phòng thí nghiệm.
Bê tông cường ñộ cao bắt ñầu ñược sử dụng vào thập kỷ 70, khi ñó một loại bê
tông có cường ñộ chịu nén cao hơn hẳn các loại bê tông trước ñó ñược dùng làm
cột trong một số toà nhà cao tầng tại Mỹ, Pháp. Các công trình từ bê tông cường ñộ
cao ñã ñược xây dựng tại Na Uy. Các công trình cầu ñường tại Pháp, Nga ñã ñạt
ñược các thành công nổi bật. Gần ñây bê tông cường ñộ cao ñược sử dụng rộng rãi
trong xây dựng cầu với nhiều ñặc tính quan trọng như: cường ñộ cao, ñộ bền cao ,
giúp tạo ra các kết cấu nhịp lớn hơn. Hiện nay, bê tông với cường ñộ 98 ñến 112
MPa ñã ñược sản xuất công nghiệp và ñược sử dụng trong ngành công nghiệp xay
dựng ở Mỹ, Nga, Na Uy, Pháp. Các nước như Anh, ðức, Thuỵ ðiển, Italia, Nhật

5
Bản, Trung Quốc và Việt Nam ñã bắt ñầu áp dụng bê tông cường ñộ cao trong xây
dựng nhà, cầu, ñường, thuỷ lợi.
Trong những năm gần ñây, ñã có rất nhiều chương trình tầm cỡ quốc gia nghiên
cứu các tính chất cơ học của bê tông tại nhiều nước khác nhau trên thế giới. Trong
ñó những chương trình nghiên cứu ñáng chú ý gồm có: nghiên cứu của Trung tâm
khoa học kỹ thuật về vật liệu xi măng chất lượng cao (ACBM – Mỹ), Chương trình
nghiên cứu ñường ôtô (SHRP); Mạng lưới trung tâm chuyên gia của CANAðA với
Chương trình về bêtông tính năng cao; Hội ñồng hoàng gia Nauy với chương trình
nghiên cứu khoa học và công nghiệp; Chương trình quốc gia Thuỵ ðiển về HPC;
Chương trình quốc gia Pháp tên là “Những con ñường mới cho bêtông”; và
Chương trình bêtông mới của Nhật Bản.
Các nghiên cứu về bê tông cường ñộ cao ñã khẳng ñịnh việc sử dụng bê tông
cường ñộ cao cho phép tạo ra các sản phẩm có tính kinh tế hơn, cung cấp khả năng
giải quyết ñược nhiều vấn ñề kỹ thuật hơn hoặc vừa ñảm bảo cả hai yếu tố trên do
khi sử dụng bê tông cường ñộ cao có các ưu ñiểm sau:
- Giảm kích thước cấu kiện, kết quả là tăng không gian sử dụng và giảm khối
lượng bê tông sử dụng, kèm theo rút ngắn thời gian thi công.
- Giảm khối lượng bản thân và các tĩnh tải phụ thêm làm giảm ñược kích

thước móng.
- Tăng chiều dài nhịp và giảm số lượng dầm với cùng yêu cầu chịu tải.
- Giảm số lượng trụ ñỡ và móng do tăng chiều dài nhịp.
- Giảm chiều dày bản, giảm chiều cao dầm.
Cần tiếp tục nghiên cứu về cường ñộ chịu kéo, cắt và biến dạng của bê tông
cường ñộ cao trong ñiều kiện khí hậu Việt Nam.
3. Phân loại bê tông cường ñộ cao:
Có thể phân loại bê tông cường ñộ cao theo cường ñộ, thành phần vật liệu chế
tạo và theo tính dễ ñổ.
3.1. Phân loại theo cưòng ñộ nén
Căn cứ vào cường ñộ nén ở ngày 28 mẫu hình trụ D=15 cm, H=30 cm có thể chịa
bê tông thành 3 loại sau:
Cường ñộ nén, MPa Loại bê tông
15 – 25 Bê tông truyền thống

6
30 – 50
60 – 80
100 – 150
Bê tông thường
Bê tông cường ñộ cao
Bê tông cường ñộ rất cao
3.2. Phân loại theo thành phần chế tạo
Bêtông cường ñộ cao không sử dụng muội silic: là loại bê tông cường ñộ cao
khi sử dụng bột silic siêu mịn, có thể sử dụng tro bay.
Bê tông cường ñộ cao sử dụng muội silic: trong thành phần có lượng muội silic
từ 5 – 15% so với lượng xi măng.
Bê tông cường ñộ cao cốt sợi kim loại là bê tông cường ñộ cao có hoặc
không có muội silic nhưng có thành phần sợi kim loại. Các loại bê tông cường ñộ
cao trên ñược sử dụng trong các kết cáu khác nhau và cho các tính năng khác nhau.

Tất nhiên khi tính toán thiết kế lên kết cấu và thiết kế thi công cũng có những lưu ý
khác nhau.
Bê tông cường ñộ cao không dùng muội silic cho cường ñộ cao, ñộ dẻo lớn
nhưng cường ñộ chịu nén chỉ ñạt ñến 60 MPa.
Bê tông cường ñộ cao dùng muội silic khó thi công hơn nhưng cho cưòng ñộ
ñến 100 MPa, co ngót bê tông và từ biến giảm, ứng sử về biến dạng và cường ñộ
khác với bê tông cờng ñộ cao không dùng muội silic nhất là ứng sử khi phá hoại
(có thể dòn hơn, vỡ vụn).
Bê tông cường ñộ cao sợi kim loại: có cường ñộ như hai loại trên nhưng có ñộ
dẻo cơ học cao hơn. ðảm bảo không bị phá hoại ñột ngột và cải tiến khả năng chịu
kéo và chống nứt của bê tông cờng ñộ cao. Loại bê tông cường ñộ cao cốt sợi
thường ñược dùng ở các công trình biển bến cảng, sân bay, công trình thể thao.

CÂU HỎI ÔN TẬP
1. ðịnh nghĩa bê tông cường ñộ cao?
2. Khái quát về tính năng ñược cải tiến?
3. Phạm vi ứng dụng?




7

Chương 2
CẤU TRÚC BÊ TÔNG CƯỜNG ðỘ CAO
1. Mở ñầu:
Bê tông cường ñộ cao (CðC) là một trong những bê tông chất lượng cao, ñó
là một thế hệ sau của các vật liệu cho kết cấu mới. Theo qui ước bê tông CðC là bê
tông có cường ñộ nén ở 28 ngày >60 MPa. Bê tông CðC có thành phần là hỗn hợp
cốt liệu thông thường và vữa chất kết dính ñược cải thiện bằng cách dùng một vài
sản phẩm mới có phẩm chất ñặc biệt như chất siêu dẻo và muội silic.
Chương này trình bày một cách tổng quan về các vật liệu này, nguyên tắc
phối hợp, logic công thức của chúng và gắn các tính chất cơ bản với cấu trúc của
chúng.
2. Nguyên tắc phối hợp và công thức thành phần:
Trong thực tế bê tông cần có ñộ ñặc rất cao, vì ñó là ñặc ñiểm chính của cấu
tạo bê tông. Ý kiến ñầu tiên của vật liệu bê tông là cố gắng tái tạo lại một khối ñá
ñi từ các loại cốt liệu. ðộ ñặc chắc của hỗn hợp như vậy ñược tạo nên sẽ ñược ñiều
hoà bởi dải cấp phối của nó, nghĩa là phụ thuộc ñối với ñộ lớn cực ñại của cốt liệu.
Kích cỡ của cốt liệu lớn khoảng 20-25mm. Các hạt nhỏ, do ñặc tính vật lý bề mặt
gây nên sự vón tụ tự nhiên của các hạt xi măng. Sự vón tụ hạt xi măng càng ít chất
lượng bê tông càng cao (vì ñộ dẻo, cường ñộ )
Từ ý tưởng ñó những nghiên cứu ñầu tiên là sử dụng một vài sản phẩm hữu
cơ ñể khôi phục xi măng lơ lửng trong nước ở thành phần hạt ban ñầu của bê tông
(bao gồm từ 1-80 µm). Sau ñó có thể làm cho các tinh thể của hỗn hợp dài ra bằng

cách thêm vào một sản phẩm cực mịn, có phản ứng hoá học, nó tiến tới lấp ñầy các

8
khe của ñống hạt mà xi măng không lọt ñược. Muội silic sản phẩm phụ của công
nghiệp ñiện luyện kim, sản xuất silicon. ðó là sản phẩm tốt ñược dùng phổ biến ñể
chế tạo bê tông cường ñộ cao.
Việc áp dụng các nguyên tắc ñơn giản nêu trên cho phép ñưa ra công thức bê
tông CðC. Công thức thành phần tổng quát của bê tông CðC là:
ð=1000-1200 kg; C=600-700 kg; X=400-520 kg; MS=5-15%; tỷ lệ N/X =0,25-
0,35; chất siêu dẻo từ 1 – 1,5 lít/100 kg XM và một phần chất làm chậm (ð- ñá; X-
xi măng; C- cát; N- nước; MS- muội silic).
Các thành phần truyền thống (cốt liệu, xi măng và hỗn hợp) phải có phẩm
chất tốt, có sự lựa chọn chặt chẽ cần thiết nếu muốn vượt quá 100 Mpa về cường
ñộ trung bình ở 28 ngày. Ngoài ra do sự giảm tỷ lệ N/X mà có thể chuyển bê tông
xi măng cường ñộ cao (cường ñộ nén từ 50 ñến 80 MPa) sang bê tông cường ñộ rất
cao CðRC.
Mục tiêu của các nghiên cứu hiện ñại là cải thiện cấu trúc của vữa xi măng
ñể ñạt ñến ñộ rỗng ñá xi măng nhỏ nhất, ñồng thời cải thiện cấu trúc chung ñể bê
tông có ñộ rỗng nhỏ nhất, khi ñó bê tông sẽ có cường ñộ chịu nén là lớn nhất. Con
ñường ñó chỉ cho phép tăng cường ñộ nén , tuy nhiên cường ñộ kéo ñược tăng
chậm hơn. ðể cải thiện khả năng chịu kéo của bê tông phải sử dụng các vật liệu
mới là cốt sợi kim loại, cốt sợi pôlime hoặc cốt sợi các bon.
Về mặt cấu trúc, bê tông xi măng poóc lăng là một vật liệu không ñồng nhất
và rỗng. Lực liên kết các cốt liệu (cát và ñá) ñược tạo ra do hồ xi măng cứng. Cấu
trúc của hồ xi măng là những hyñrat khác nhau trong ñó nhiều nhất là các silicát
thủy hóa C-S-H dạng sợi và Ca(OH)
2
kết tinh dạng tấm lục giác khối, chồng lên
nhau và các hạt xi măng chưa ñược thủy hoá . ðộ rỗng của vữa xi măng poóc lăng
là 25 ñến 30% về thể tích với N/X = 0,5. Thể tích rỗng này gồm hai loại: (a) lỗ

rỗng của cấu trúc C-S-H, kích thước của nó khoảng vài mm, (b) lỗ rỗng mao quản
giữa các hyñrát, bọt khí, khe rỗng; kích thước của chúng khoảng vài mm ñến vài
mm. Khi bê tông chịu lực trong cấu trúc xuất hiện vết nứt cũng làm tăng ñộ rỗng
của bê tông.
Sự yếu về ñặc tính cơ học của bê tông là do ñộ rỗng mao quản và nước cho
thêm vào bê tông ñể tạo tính công tác của bê tông tươi. Sự cải thiện cường ñộ có
thể ñạt ñược nhờ nhiều phương pháp làm giảm ñộ rỗng (nén, ép, rung ), giảm tỉ lệ
N/X (phụ gia) và sử dụng sản phẩm mới là xi măng không có lỗ rỗng lớn và xi
măng có hạt siêu mịn ñồng nhất. Loại thứ nhất chứa pôlime, loại thứ hai chứa muội
silic (xi măng cường ñộ cao).

9
Mối quan hệ trên có thể tạo ra những loại bê tông cường ñộ cao bằng cách
cải tiến cấu trúc của vữa xi măng làm ñặc vữa xi măng, cải thiện ñộ dính kết của xi
măng - cốt liệu và các giải pháp công nghệ khác.
3. Cấu trúc của vữa xi măng
ðể cải tiến cấu trúc của bê tông ñầu tiên cải tiến cấu trúc của vữa xi măng.
Có thể cải tiến cấu trúc vữa xi măng bằng cách làm ñặc vữa xi măng, giảm lượng
nước thừa (tỷ lệ N/X nhỏ) sử dụng phụ gia siêu dẻo và các biện pháp công nghệ
rung ép ñặc biệt.

3.1 Vữa xi măng cường ñộ cao
Làm nghẽn lỗ rỗng mao quản hay loại bớt nước nhờ ñầm chặt hoặc giảm tỉ
lệ X/N nhờ phụ gia là các phương pháp làm ñặc vữa xi măng, làm cho nó ñồng
nhất hơn và có cấu trúc ñặc biệt hơn vữa xi măng thông thường. Vữa xi măng
cường ñộ cao cũng có thể ñạt ñược bằng cách sử dụng xi măng có cường ñộ cao
hơn.

3.2. Vữa xi măng với tỉ lệ N/X nhỏ
Féret, năm 1897, ñã biểu thị cường ñộ nén của vữa xi măng bằng công thức

sau:
R
b
= A. {X/( X + N + K)]
2

Với X, N, K tương ứng là thể tích của xi măng, nước và không khí. Theo
công thức này, sự giảm tỉ lệ N/X dẫn ñến tăng cường ñộ vữa xi măng. Tuy nhiên
có một giới hạn của tỉ lệ này, liên quan tính công tác của bê tông tươi. Vì nếu dùng
lượng nước quá thấp sẽ khó tạo ra ñộ dẻo ñủ cho vữa xi măng. Cấu trúc của loại
vữa xi măng này sẽ có ñộ rỗng nhỏ hơn và lượng nước thừa ít hơn. Như vậy, khả
năng tách nước khi rắn chắc là thấp (không tách nước trên mặt bê tông).
3.3. Vữa xi măng có phụ gia giảm nước :
Phụ gia siêu dẻo gốc naphtalene sulphonate, mêlamine, lignosulphonate
hoặc viseo sử dụng ñể phân bố tốt hơn các hạt cốt liệu cho phép giảm nước ñến
30% và tỉ lệ N/X = 0.21. Những nghiên cứu về cộng hưởng từ tính hạt nhân proton
ñã chứng minh rằng phụ gia hấp thụ trên các hạt xi măng tạo thành những màng,
trong ñó các phân tử nước vẫn chuyển ñộng mạnh. Dưới tác ñộng của màng cộng
với sự phân tán của các hạt rắn hạt xi măng tạo ra một ñộ lưu biến tốt hơn. Cường
ñộ nén 200 MPa nhận ñược trong các loại vữa dùng phụ gia siêu dẻo. ðộ rỗng là
5% về thể tích, vữa ñồng nhất và bề mặt vô ñịnh hình. ðộ sụt bê tông ño bằng côn
Abram có thể ñạt tối ña ñến 20 cm, trung bình là 10 - 12 cm.

10
3.4. Vữa xi măng chịu ép lớn và rung ñộng
Vữa xi măng có cường ñộ nén 600 MPa ñã ñạt ñược nhờ lực ép lớn ở nhiệt
ñộ cao (1020 MPa, 150
0
C). Tổng lỗ rỗng chỉ còn 2%. Phần lớn các hyñrát ñược
chuyển thành là gen. ðộ thủy hoá của xi măng là 30% và silicát C-S-H gồm cả hạt

xi măng, anhyñrit như một chất keo giữa các hạt cốt liệu. Các hyñrát của xi măng
và các hạt clinke ñồng thời tạo ra cường ñộ cao cho vữa ñông cứng. Sự rung ñộng
loại bỏ các bọt khí tạo ra khi nhào trộn.
3.5. Vữa xi măng sử dụng các hạt siêu mịn
Hệ thống hạt siêu mịn ñược người ðan - Mạch ñề xuất ñầu tiên. Hệ thống
này gồm xi măng poóc lăng, muội silic và phụ gia tạo ra cường ñộ cao tới 270
MPa. Muội silic là những hạt cầu kích thước trung bình 0.5 mm, chui vào trong
các không gian rỗng kích thước từ 30 - 100 mm ñể lại bởi các hạt xi măng. Trước
hết, muội silic ñóng vai trò vật lý, là các hạt mịn. Mặt khác chúng chống vón cục
hạt xi măng, phân tán hạt xi măng làm xi măng dễ thủy hoá, làm tăng tỉ lệ hạt xi
măng ñược thủy hoá.
Trong quá trình thủy hoá, muội silic tạo ra những vùng hạt nhân cho sản
phẩm thủy hoá xi măng (Mehta) và sau một thời gian dài, phản ứng như một pu -
zô - lan, tạo thành một silicát thủy hoá C-S-H có ñộ rỗng nhỏ hơn là C-S-H của xi
măng poóc lăng và có cấu trúc vô ñịnh hình.
Cấu trúc vữa xi măng poóc lăng có N/X = 0,5 bao gồm (1) C-S-H sợi, (2)
Ca(OH)
2
, (3) lỗ rỗng mao quản .
Cấu trúc vữa xi măng có muội silic bao gồm (1) Ca(OH)
2
, (2) C-S-H vô
ñịnh hình, (3) lỗ rỗng rất ít.

a. Cấu trúc của muội silic b. Cấu trúc của hồ xi măng
Hình 2.1. Cấu trúc của muội silic và xi măng


11

Hình 2.2. Sơ ñồ hệ thống hạt xi măng-Hạt siêu mịn
3.6. Vữa xi măng pôlime
Khi làm ñặc vữa xi măng, tạo ra khả năng tăng cường ñộ nén của bê tông
bằng cách bịt các lỗ rỗng bằng vật liệu pôlime thích hợp.
Trong vữa xi măng ñộ rỗng thấp, một pôlyme tan trong nước (xenlulô hyñrô
propylmethyl hoặc polyvinylacetat thủy phân) phân tán và bôi trơn các hạt xi măng
trong vữa xi măng. Pôlyme tạo thành một gen cứng. Khi ninh kết và rắn chắc,
pôlyme không thủy hoá trong khi ñó, xi măng thủy hoá. Trong vật liệu ñông cứng,
pôlyme vẫn liên kết tốt với các hạt xi măng và ñộ rỗng cuối cùng dưới 1% về thể
tích.
Hỗn hợp vữa xi măng pôlyme gồm: 100 phần xi măng (về khối lượng), 7
phần pôlyme và 10 phần nước.
Cấu trúc vi mô gần với cấu trúc vữa xi măng có tỉ lệ N/X thấp. Tính chất chủ
yếu là một gen ñặc và vô ñịnh hình bao quanh các hạt clinke. Các tinh thể Ca(OH)
2

ở dạng lá mỏng phân tán trong vữa, trái với các tinh thể lớn chất ñống trong vữa xi
măng poóc lăng thường. Khoảng không gian rất hẹp dành cho sự tạo thành các tinh
thể lớn tránh ñược sự hình thành các sợi dài theo mặt thớ của các tấm Ca(OH)
2

chồng lên nhau. Cường ñộ là 150 MPa ứng với sự vắng mặt của các lỗ rỗng mao
quản và vết nứt.
Vữa xi măng pôlyme có thể ñược ñổ khuôn, ép, ñịnh hình như các vật liệu
dẻo. Nó có thể ñưa vào trong các vật liệu composit chứa cát, bột kim loại, sợi ñể
tăng ñộ bền và cường ñộ chống mài mòn.

12

4. Cấu trúc của bê tông cường ñộ cao (CðC).

4.1. Cấu trúc của cốt liệu bê tông cường ñộ cao.
Sử dụng các cốt liệu truyền thống và vữa xi măng chất lượng ñể tạo ra bê
tông cường ñộ cao.
Ba ñặc tính của vật liệu ảnh hưởng ñến cấu trúc của bê tông cường ñộ cao là
thành phần và cấu trúc vi mô của hồ xi măng, bản chất của liên kết giữa hồ xi
măng - cốt liệu và chất lượng của cốt liệu trong ñiều kiện công nghệ và môi trường
ít biến ñổi. Cấu trúc bê tông cường ñộ cao cũng gồm ba cấu trúc con tương tự như
bê tông xi măng. Phần ñược cải tiến nhiều nhất là cấu trúc của hồ xi măng và cấu
trúc của vùng tiếp giáp giữa hồ và cốt liệu. Cấu trúc cốt liệu về cơ bản là không
biến ñổi. Có lẽ ñây là vùng cấu trúc bảo thủ nhất.
Cấu trúc của cốt liệu lớn tạo nên khung chịu lực cho bê tông, nó phụ thuộc
vào cường ñộ bản thân cốt liệu lớn, tính chất cấu trúc(diện tiếp xúc giữa các hạt cốt
liệu) và cường ñộ liên kết giữa các hạt. Thông thường, cường ñộ bản thân cốt liệu
có cấp phối hạt hợp lý ñã giải quyết ñược các lỗ rỗng trong bê tông và tăng diện
tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu (giữa các hạt với nhau và các hạt xung quanh một
hạt). Trong bê tông cường ñộ cao nên sử dụng các cốt liệu truyền thống và các chỉ
dẫn chặc chẽ hơn.
4.2. Cấu trúc của hồ xi măng
Lỗ rỗng luôn tồn tại trong cấu trúc của hồ xi măng và ảnh hưởng rất lớn tới
tính bền của cấu trúc này. Các lỗ rỗng tồn tại dưới hai dạng: lỗ rỗng mao dẫn và lỗ
rỗng trong khoảng giữa các hạt xi măng.
Lỗ rỗng mao dẫn tạo ra do lượng nước dư thừa ñể lại các khoảng không
trong hồ xi măng. ðể hạn chế ñộ rỗng trong bê tông thì tỷ lệ N/X thích hợp là một
vấn ñề quan trọng. Trong bê tông cường ñộ cao tỷ lệ N/X ñược hạn chế dưới 0,35
mà kết hợp sử dụng phụ gia siêu dẻo ñể giải quyết tính công tác cho bê tông. Kết
quả là tăng khối lượng các sản phẩm hydrat trong quá trình thuỷ hoá xi măng, ñồng
thời giảm ñáng kể tỷ lệ các lỗ rỗng mao quản trong bê tông.
Hiện tượng vón cục các hạt xi măng và bản thân kích thức hạt xi măng vẫn
lớn và tạo ra ñộ rỗng ñáng kể cho bê tông. Một sản phẩm siêu mịn, ít có phản ứng
hoá học (muội silic, tro bay) ñược bổ sung vào thành phần của bê tông cường ñộ

cao. Lượng hạt này sẽ lấp ñầy lỗ rỗng mà hạt xi măng không lọt vào ñược. ðồng
thời với kích thước nhỏ hơn hạt xi măng nhiều, nó bao bọc quanh hạt xi măng tạo
thành lớp ngăn cách không cho các hạt xi măng vón tụ lại với nhau.


13
4.3. Cấu trúc vùng tiếp xúc hồ xi măng – cốt liệu
Cấu trúc của vùng tiếp xúc hồ xi măng - cốt liệu có ý nghĩa quyết ñịnh cho
loại bê tông cường ñộ cao. Cấu trúc thông thường của bê tông gồm ba vùng: cấu
trúc cốt liệu, cấu trúc hồ xi măng và cấu trúc vùng tiếp xúc hồ xi măng - cốt liệu.
Vùng tiếp xúc hồ xi măng - cốt liệu trong bê tông thường, gọi là “vùng chuyển
tiếp”, vùng này có cấu trúc kết tinh, rỗng nhiều hơn và cường ñộ nhỏ hơn vùng hồ
do ở vùng này chứa nước tách ra khi hồ xi măng rắn chắc. Ở vùng này còn chứa
các hạt xi măng chưa thủy hoá và các hạt CaO tự do.
Các ñặc tính của vùng liên kết hồ xi măng - cốt liệu trong bê tông thường
gồm mặt nứt, vết nứt, cấu trúc C-S-H và bề mặt các hyñrat. Ví dụ các vết nứt xuất
hiện bao quanh các hạt silic và phát triển vượt qua hồ xi măng. Trên mặt trượt của
cốt liệu, các hyñrat gồm tấm Ca(OH)
2
và các sợi silicát (sợi C-S-H). Chúng chỉ
ñược liên kết rất yếu vào cốt liệu và tách ra dễ dàng. Sự kết tinh có ñịnh hướng
Ca(OH)
2
cũng quan sát thấy trên các hạt cốt liệu silic.
Vùng liên kết giữa hồ xi măng - cốt liệu có ñộ rỗng lớn và ñã ñược cải thiện
nhờ muội silic. Biến ñổi cấu trúc của bê tông theo cường ñộ phát triển theo ba cấp
ñộ sau:
Trong bê tông thường vùng liên kết xi măng - cốt liệu là vùng tiếp xúc rỗng
có các mặt nứt và các vết nứt. Cấu trúc C - H - H có dạng sợi.
Vùng tiếp xúc hồ xi măng - cốt liệu ở bê tông cường ñộ cao có cấu trúc C-S-

H vô ñịnh hình và tinh thể Ca(OH)
2
ñịnh hướng (P) trên các hạt cứng, các vết nứt
giảm rõ ràng .
Vùng tiếp xúc của bê tông cường ñộ cao tỉ lệ N/X ≤ 0,3, do tỉ diện tích hạt
muội silic rất cao nên vùng này không chứa nước, không tồn tại CaO tự do, vữa xi
măng có ñộ ñặc rất lớn và lực dính bám với cốt liệu cao.
Bê tông cường ñộ rất cao vùng liên kết chuyển thành ñá, hồ xi măng - cốt
liệu ñồng nhất. Không có vết nứt trên bề mặt.
Hiện nay, khi quan sát bằng kính hiển vi ñiện tử quét (MEB) một vài mảnh
bê tông cường ñộ cao ñã cứng rắn, thấy rằng bê tông CðC và CðRC có cấu trúc
rất ñặc, chủ yếu vô ñịnh hình và bao gồm một thể tích không bình thường của các
hạt không có nước, ñó là phần còn lại của xi măng chưa liên kết do thiếu nước sử
dụng ñược. Ngoài ra, các mặt tiếp xúc vữa xi măng/cốt liệu rất ít rỗng và không thể
hiện sự tích tụ thông thường của các tinh thể vôi. ðiều ñó là do hoạt ñộng của
muội silic bắt nguồn từ phản ứng pôzulan giữa silic và vôi tự do sinh ra bởi xi
măng khi thủy hoá. Việc ño ñộ xốp bằng thủy ngân chỉ ra sự mất ñi của ñộ xốp
mao quản. Cuối cùng người ta có thể ño ñược ñộ ẩm của môi trường trong các lỗ

14
rỗng của bê tông theo tuổi của vật liệu. Trong khi ñối với bê tông thông thường
luụn luụn bằng 100% (khi không có sự trao ñổi với môi trường xung quanh), nó
giảm tới 75% ở tuổi 28 ngày ñối với bê tông cường ñộ cao.
Cuối cùng, từ các nhận ñịnh khác nhau cho phép trình bày về cấu trúc của bê
tông cường ñộ cao như sau:
- Tỉ lệ phần hồ xi măng trong bê tông giảm ñi, các hạt không ñược thủy hoá
ñược bổ sung vào thành phần cốt liệu của bê tông ñã cứng rắn. Như vậy trong bê
tông cường ñộ cao không nhất thiết phải dùng lượng xi măng cao (X = 380 - 450
kg/m
3

với cường ñộ nén của xi măng từ 400 -500 daN/cm
2
).
- Hồ xi măng có ñộ rỗng tổng cộng nhỏ
- Rất ít nước tự do, các lỗ rỗng nhỏ nhất cũng bị bão hoà nước.
- Các mặt tiếp giáp hồ xi măng - cốt liệu ñã ñược cải thiện và hóa ñá, từ ñó
mất ñi một vùng thường yếu về cơ học của bê tông. Cường ñộ bê tông tăng lên.
Vết nứt của bê tông khi phá hoại sẽ ñi qua các hạt cốt liệu.
- Hàm lượng vôi tự do nhỏ
- Trong bê tông xuất hiện trạng thái ứng suất mới ñược minh hoạ một cách
vĩ mô bằng co ngót nội tại và chắc chắn nó sinh ra một sự siết chặt mạnh vào các
cốt liệu, làm tăng lực dính giữa cốt liệu và hồ xi măng, cải tiến cường ñộ chịu kéo
và mô ñun ñàn hồi cho bê tông cường ñộ cao.

5. Cấu trúc của bê tông cường ñộ rất cao (CðRC)
Bê tông cường ñộ rất cao, cường ñộ nén từ 100 ÷ 150 MPa tạo thành từ:
- 400 - 500 kg xi măng poóc lăng mác 55 + (15 ÷ 20)% muội silic
- 1 ÷ 4 % phụ gia siêu dẻo , 0,3 - 0,4 % chất làm chậm.
- N/X = 0,16 - 0,18; N = 100 lít/m
3

Sự phá hủy của bê tông CðRC cho thấy vữa xi măng ñã chuyển thành ñá do
sự ñông ñặc rất cao của vữa xi măng khác với vữa xi măng có ñộ rỗng xung quanh
cốt liệu của bê tông thường. ðiều này ñược thể hiện qua nghiên cứu [4], trong ñó
ta không thể quan sát ñược vết nứt cũng như sự ñịnh hướng tinh thể Ca(OH)
2
ở
mặt tiếp xúc. Nứt vi mô và nứt vi mô cơ học của bê tông CðRC có thể ñược ñánh
giá bằng kính hiển vi và thường ít hơn so với bê tông truyền thống.
ðặc tính cấu trúc rất quan trọng là vữa xi măng có cấu trúc vô ñịnh hình và

ñồng nhất . Vữa xi măng có ñộ rỗng nhỏ hơn bê tông xi măng poóc lăng, do tăng
ñược mức hoạt tính pu zô lan của muội silic. Muội silic phản ứng lý học nhờ dạng
hạt cực mịn và phản ứng hoá học nhờ ñộ hoạt tính của muội si líc với vôi. ðộ rỗng

15
của bê tông dùng muội silic ñược ño bằng rỗng kế thuỷ ngân có thể thấy ñộ rỗng
giảm từ 50-60%. …

Lượng tối ưu của muội silic là 15 ÷ 20% khối lượng xi măng. Với số lượng
lớn hơn, ví dụ 40%, bê tông trở nên giòn và các hạt silic vẫn chưa thủy hoá.
6. Các kết quả thực nghiệm về cải tiến cấu trúc bê tông
Các kết quả nghiên cứu trong năm gần ñây ở Pháp và ở trường ðại học
GTVT Hà Nội ñã ñạt ñược các kết quả về bê tông cường ñộ cao có cải tiến cấu trúc
bằng cách dùng muội si lic, chất siêu dẻo, lượng nước rất ít và cốt liệu ñịa phương.
Các kết quả nghiên cứu ñã ñạt ñược các bê tông có mác từ M60, M70, M100
ghi ở bảng dưới ñây:
2.1. Bê tông M60 (mẫu hình trụ D = 15cm) có ñộ dẻo lớn ở Việt Nam
Pháp Việt Nam
Nước 154 lít 165 lít
Xi măng C50 400 Kg 500 kg
Cát 750 Kg 650 kg
ðá (4-22 mm) 1175 Kg 1150 kg
Cường ñộ, MPa R
28
=58.7 MPa R
90
=62.8 MPa
Muội silic 5% 6%
Chất siêu dẻo, lít 4,2 lít 5 lít

2.2. Bê tông M70, M100. ðộ sụt 18 cm
Thành phần M70
M100
(Pháp)
M70
Việt nam
ðá (5-20 mm) , Kg
Cát 0.5 , Kg
XM , Kg
Muội silic , Kg
Nước , lít
Siêu dẻo R
B
,

lít
Chất làm chậm , lít
Tỷ lệ N/X
Cường ñộ 28 ngày
,MPa
E
ñàn hồi
, MPa
1107
767
366
40
161
9.08
1.7

0.44
70
36.000
5.5
1265
652
421
42.1
112
7.59
1.8
0.266
101
50.400
7,5
1150
660
465
45
130
6.75
1,4
0.28
73,5
38.000
8,0

16
R
k

, MPa


Bê tông cường ñộ cao có thể ñạt ñược bằng cách sử dụng các vật liệu Việt
Nam và có ñiều chỉnh lại cấu trúc của bê tông bằng cách sau: Sử dụng tỷ lệ N/X
thấy khoảng: 0.25-0.3, lượng muội silic chiếm 8-10% lượng xi măng. Hàm lượng
xi măng từ 380-450 kg (xi măng PC40), phụ gia siêu hoá dẻo làm chậm ninh kết.
Bê tông cường ñộ cao sẽ có cấu trúc vữa xi măng vô ñịnh hình và ñồng nhất.
Cường ñộ bê tông có thể ñạt từ M70-M90 với công nghệ thay ñổi không nhiều.

CÂU HỎI ÔN TẬP
1. So sánh cấu trúc bê tông thường với bê tông cường ñộ cao?
2. Vai trò của tỷ lệ N/X và khoáng siêu mịn ñến cấu trúc?
3. Con ñường ñể cải tiến cấu trúc?










Chương 3
CÁC TÍNH CHẤT CỦA BÊ TÔNG CƯỜNG ðỘ CAO

1. Mở ñầu
Bê tông cường ñộ cao tồn tại ở ba trạng thái: ướt, mềm và cứng rắn (rắn
chắc) tính chất của bê tông cường ñộ cao ở trạng thái còn ướt là tính dễ ñổ (ñộ sụt)

hoặc còn gọi là tính công tác. Tuy sử dụng lượng xi măng cao, tỷ lệ N/X thấp
nhưng ñộ sụt của bê tông cường ñộ cao vẫn ñạt từ 10-20 cm, giữ ñược ít nhất là 45
phút. Ở trạng thái mềm tính co ngót thấp và ổn ñịnh thể tích cao so với bê tông
thường.
Các tính chất của bê tông cường ñộ cao khi rắn chắc như cường ñộ biến
dạng, mô ñun ñàn hồi ñược thể hiện theo tỷ số với cường ñộ nén ñơn trục của mẫu
thử hình trụ có kích thước 15x30 cm hoặc mẫu thử hình lập phương 15x15x15 cm
(theo tiêu chuẩn Anh) tuổi 28 ngày. Ngoài ra các tính chất khác như cường ñộ chịu

17
kéo, co ngót, từ biến, sự dính bám với cốt thép cũng ñược xét trong quan hệ với
cường ñộ nén.
2. Cường ñộ chịu nén bê tông cường ñộ cao:
2.1. Cường ñộ chịu nén
Cường ñộ chịu nén của bê tông là tính chất quan trọng ñể ñánh giá chất
lượng của bê tông mặc dù trong một số trường hợp thì ñộ bền và tính chống thấm
còn quan trọng hơn. Cường ñộ của bê tông liên quan trực tiếp ñến cấu trúc của hồ
xi măng ñã ñông cứng, cấu trúc của bê tông. Cường ñộ nén của bê tông phụ thuộc
rất lớn vào tỷ lệ nước/ximăng trong bê tông. Tỷ lệ nước/xi măng lại ảnh hưởng rất
lớn ñến các ñộ bền, ñộ ổn ñịnh thể tích và nhiều tính chất khác liên quan ñến ñộ
rỗng của bê tông. Do ñó cường ñộ chịu nén của bê tông ñược qui ñịnh sử dụng
trong thiết kế, hướng dẫn công nghệ và ñánh giá chất lượng bê tông.
Cường ñộ nén của bê tông phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:
Chất lượng và hàm lượng của các vật liệu chế tạo bê tông: cốt liệu, xi măng
và các phụ gia; Qui trình, thiết kế thành phần và thời gian nhào trộn hỗn hợp vật
liệu; Môi trường sản xuất và khai thác bê tông.
Các tính chất của các vật liệu thành phần ảnh hưởng ñến cường ñộ bê tông
là: Chất lượng của cốt liệu nhỏ và cốt liệu lớn; Hồ xi măng và tính dính bám của
hồ xi măng với cốt liệu (tính chất của vùng chuyển tiếp).
Những yếu tố này ảnh hướng ñến cấu trúc vĩ mô và vi mô của bê tông, bao

gồm: ñộ rỗng, kích thước và hình dạng lỗ rỗng, sự phân bố các lỗ rỗng, hình thái
của sản phẩm thuỷ hoá và sự dính bám giữa các hạt rắn.
Cường ñộ nén là tính chất sử dụng quan trọng nhất của vật liệu. ðó cũng là
tính chất mà sự cải thiện của nó là li kỳ nhất: người ta ñã có thể thực hiện ở phòng
thí nghiệm, sử dụng thành phần tối ưu bê tông có thể ñạt cường ñộ bê tông vượt
quá 200 MPa. Tuy nhiên trong thực tế không yêu cầu về cường ñộ quá cao và giá
thành của bê tông là quá ñắt (do sử dụng nhiều muội silic và chất siêu dẻo). Chế
tạo loại bê tông dễ ñổ với các cốt liệu thông thường, giá thành không quá cao,
cường ñộ nằm trong khoảng từ 60 ñến 120 MPa, sẽ có ý nghĩa thực tế cao hơn,
ñiều ñó cũng thể hiện một bước tiến lớn so với bê tông thường (bảng 3.1.).
Bảng 3.1. Sự diễn biến của các tính chất cơ học của bê tông cường ñộ cao

1
ngày

3
ngày
7
ngày
14
ngày
28
ngày
90
ngày
1
năm

18
Cường ñộ nén trung

bình (MPa)
27,2

72,2 85,6 85,6 92,6 101,0

114,1
Cường ñộ bửa
(MPa)
2,2 5,4 6,4 6,4 6,1
Module Young
(GPa)
34,9

48,7 52,4 52,4 53,4 53,6 56,8
ðể giải thích các cường ñộ cao này, mô tả vật lý sự phá hoại bê tông chịu
nén, xuất hiện bởi sự uốn dọc liên tục. Sử dụng một kết cấu dầm ñể mô hình hoá
phần hồ của bê tông, người ta dễ dàng chứng minh cường ñộ nén phải phát triển
theo bình phương ñộ ñặc của hồ xi măng ñã cứng rắn - ñược xác ñịnh bằng tỉ lệ thể
tích của pha rắn trong khi mà cường ñộ kéo chỉ phát triển theo luỹ thừa của ñại
lượng này (ñịnh luật Feret). ðiều này gần như ñược chứng minh trong thực tế.
Cường ñộ chịu nén của bê tông cường ñộ cao ñược xác ñịnh trên mẫu bê
tông tiêu chuẩn, ñược bảo dưỡng 28 ngày trong ñiều kiện tiêu chuẩn, theo tiêu
chuẩn Việt Nam hoặc Quốc Tế thích hợp.
Theo tiêu chuẩn của Việt Nam, mẫu tiêu chuẩn ñể xác ñịnh cường ñộ bê
tông là mẫu hình hộp lập phương có cạnh 150x150x150 mm, bảo dưỡng trong ñiều
kiện t = 20-25
o
C, W = 90 - 100%. Hoặc mẫu hình trụ D = 15, H =30 cm, lấy mẫu
và bảo dưỡng theo TCVN
Theo ACI thì mẫu tiêu chuẩn ñể xác ñịnh cường ñộ bê tông cường ñộ cao là

mẫu hình trụ tròn có kích thước: d = 6 in và h = 12 in (150x300 mm), và ñược bảo
dưỡng ẩm.
Cường ñộ chịu nén của bê tông cường ñộ cao hiện nay theo qui ñịnh của
ACI (Mỹ) từ 42MPa (6000 psi) ñến 138 MPa (20'000 psi). Ở Việt Nam và châu Âu
thường qui ñịnh có cường ñộ khoảng 60 - 80 MPa.

2.2. Tốc ñộ tăng cường ñộ chịu nén theo thời gian
Bê tông cường ñộ cao có tốc ñộ tăng cường ñộ ở các giai ñoạn ñầu cao hơn
so với bê tông thường, nhưng ở các giai ñoạn sau sự khác nhau là không ñáng kể.
Parrott ñã báo cáo các tỉ số ñiển hình của cường ñộ sau 7 ngày ñến 28 ngày là 0,8 -
0,9 ñối với bê tông có cường ñộ cao, từ 0,7 - 0,75 ñối với bê tông thường, trong khi
ñó Carrasquillo, Nilson và Slate ñã tìm ra ñược tỉ số ñiển hình của cường ñộ sau 7
ngày là 0,6 ñối với bê tông có cường ñộ thấp, 0,65 ñối với bê tông có cường ñộ
trung bình và 0,73 ñối với bê tông có cường ñộ cao. Tốc ñộ cao hơn của sự hình
thành cường ñộ của bê tông cường ñộ cao ở các giai ñoạn ñầu là do sự tăng nhiệt

19
ñộ xử lý trong mẫu bê tông vì nhiệt của quá trình hidrát hoá, khoảng cách giữa các
hạt ñã ñược hidrát hoá trong bê tông cường ñộ cao ñã ñược thu lại và tỉ số nước/ xi
măng thấp nên lỗ rỗng do nước thuỷ trong bê tông cường ñộ cao là thấp hơn.
Sự tăng cường ñộ nhanh hơn nhiều so với bê tông cổ ñiển (bảng 3.1.), là do sự
xích gần sớm của các hạt bê tông tươi, cũng như là vai trò làm ñông cứng của muội
silic. Sự phát triển sớm của cường ñộ trong thực tế phụ thuộc vào bản chất (hàm
lượng Aluminat, ñộ mịn) và lượng dùng xi măng, hàm lượng có thể có của chất
làm chậm ninh kết, cũng như là chắc chắn phụ thuộc vào nhiệt ñộ của bê tông.

Quan hệ giữa bê tông chịu nén ở ngày thứ j (f
cj
) và cường ñộ bê tông ngày
28 (f

c28
) có thể sử dụng công thức BAEL và BPEL (Pháp) như sau:
f
cj
= 0,685 log (j’+1)f
c28

hoặc công thức ở dạng tuyến tính như sau:



Hình 3.1. Quan hệ giữa cường ñộ và thời gian

28
'
ccj
f
bja
j
f
+
=

trong ñó:
a =28(1-b)
0 < j < 28
28
'
)1(28
ccj

f
bjb
j
f
+−
=

trong ñó: b = 0,95

20
Vậy
28
'
95,04,1
ccj
f
j
j
f
+
=

khi j tiến tới ∞ cường ñộ bê tông cũng chỉ tăng theo công thức sau:
f
c∞
= 1,2
fc28
Cường ñộ chịu kéo tại ngày j cũng có qua hệ với cường ñộ chịu nén tại ngày
j như sau:
f

tj
=0,6+0,06 f
cj


hoặc f
tj
=k
k
(f
cj
)
2/3

hệ số k
k
=0,3 theo BAEL-BPEL
k
k
=0,24 theo CEBIT

2.3. Các dạng phá hoại khi nén.
ðộ dai của bê tông cường ñộ cao biểu thị khả năng làm việc của bê tông sau
khi ñạt ñến ứng suất tối ña. ðộ dai ñược thể hiện ở ñộ dốc của ñường cong quan hệ
ứng suất biến dạng sau khi ñạt cường ñộ.

Hình 3.2. Quan hệ ứng suất biến dạng của 4 loại bê tông

Trên hình 3.2. là quan hệ giữa ứng suất theo chiều trục và biến dạng ñối với
bê tông có cường ñộ nén lên tới 105 MPa. Dạng ñồ thị ở phía tăng của ñường cong

ứng suất – biến dạng khá tuyến tính và dốc ñối với bê tông cường ñộ cao, biến
dạng tương ñương ứng với ñiểm ứng suất lớn nhất cao hơn ñối với bê tông cường
ñộ cao. ðối với bê tông cường ñộ cao ñộ dốc ở phía giảm trở nên dốc hơn. (ðể có
ñược những số liệu của phía giảm ñường cong ứng suất – biến dạng, nói chung cần

21
phải tránh sự tương tác lẫn nhau của hệ thống kiểm tra mẫu thử). ðiều này cũng
cho thấy ñộ dai của bê tông cường ñộ cao thấp hơn so với bê tông truyền thống.
ðộ ròn của bê tông cường ñộ cao
ðối với kim loại và ñặc biệt là thép, sự phát triển cường ñộ luôn luôn ñi ñôi
với ñộ ròn lớn hơn. ðiều ñó ñược thể hiện bằng các dạng phá hoại ñặc biệt và bằng
ñộ dai (ñại lượng biểu thị khả năng của vật liệu chống lại sự lan truyền của vết nứt)
và tốc ñộ phá hoại. Chúng ta quan sát ba dạng này ñối với bê tông chất lượng cao
và rất cao.
Các dạng phá hoại:
Các bề mặt vỡ của bê tông bê tông cường ñộ cao là ñặc trưng tiêu biểu của
vật liệu. Các vết nứt ñi qua không phân biệt hồ và cốt liệu (hình 3.3). Như vật sự
phá huỷ của bê tông cường ñộ cao có quan hệ gần gũi với dạng chẻ theo thớ của
kim loại ròn. Với bê tông thường vết nứt có ñi qua biên cốt liệu không ñi qua cốt
liệu.



Vết nứt của bê tông thường Vết nứt của bê tông cường ñộ cao
Hình 3.3. Các dạng vết nứt
Không phải là giống nhau khi người ta quan tâm ñến ñộ dai hoặc nhân tố ñộ
mạnh của ứng suất cực hạn. Khi ño thông số này trên ba loại bê tông, là bê tông
thường, bê tông cường ñộ cao không có muội silic và bê tông cường ñộ cao. Các
giá trị tìm ñược lần lượt bằng 2,16; 2,55; 2,85 MPa trong khi ñó năng lượng phá vỡ
ñược xác ñịnh ở mức ñộ 131; 135; 152 J/m

2
. ðiều ñó có nghĩa là ñể lan truyền
trong bê tông cường ñộ cao một vết nứt có chiều dài và môi trường xung quanh ñã
cho cần thiết năng lượng gia tải lớn hơn so với bê tông thông thường. Nguyên nhân
cơ bản là sự tăng mật ñộ của hồ và cải thiện liên kết giữa hai pha hồ và cốt liệu.
Tuy nhiên cũng nhận thấy rằng ñộ dai còn tăng lên không nhanh bằng tốc ñộ
tăng cường ñộ kéo và mô ñun. Có thể giải thích hiện tượng này nhờ các quan niệm
dùng công thức cổ ñiển xuất phát từ cơ học phá huỷ về giá trị với ứng suất phẳng:
K
d
= (E.G
d
)
1/2


22
trong ñó K
d
là ñộ dai, G
d
là năng lượng riêng của sự phá hoại và E là mô ñun
ñàn hồi.
Cho rằng năng lượng phá hoại G
d
là tổng số của năng lượng cần thiết ñể phá
hoại hồ và năng lượng phá hoại cốt liệu G
d
ñược cân bằng bởi các thể tích, khi ñó
ta có:

G
d
= (1-g) G
h
+ gG
cl

trong ñó: g là thể tích của cốt liệu.
G
h
= 1,2 J/m
2
ñối lại G
cl
= 152 J/m
2
. (số liệu thực nghiệm)
Thực chất có thể bỏ qua G
h
(vì giá trị quá nhỏ) trong biểu thức năng lượng
phá hoại bê tông. Vì vậy bê tông ñối chứng và bê tông cường ñộ cao có cùng năng
lượng phá hoại, từ ñó có ñịnh luật:
K
d
= (g G
d
E)
1/2

2.4. Hoạt ñộng của nén ñơn trục:
Hoạt ñộng nén ñơn trục của bê tông cường ñộ cao cho phép ta xem xét tốc
ñộ phá hoại của bê tông cường ñộ cao. Hoạt ñộng nén ñơn trục của bê tông cường
ñộ cao vẫn tuân theo qui luật truyền thống của bê tông theo ñịnh luật Sargin. Trước
khi phá hoại quan hệ ứng suất - biến dạng rất tuyến tính, ở ñỉnh của ứng suất, biến
dạng dẻo chỉ bằng 15% của biến dạng tổng cộng, trong khi ñó ñối với mẫu ñối
chứng là 29%. Theo ñịnh nghĩa của Rosi thì bê tông cường ñộ cao sẽ ròn hơn.
Sự dãn dài ở ñỉnh của ứng suất sẽ lớn hơn một chút so với bê tông thông
thường (ở ñây 2,1 thay cho 1,8.10
3
). Các biến dạng ngang về ñịnh lượng là cùng
loại so với biến dạng của ñối chứng, tuy nhiên tăng thể tích ít hơn. (biến dạng thể
tich ε
v
) (Hình 3.4)

23

Hình 3.4. Các dạng biến dạng

Có thể giải thích hoạt ñộng ñó bằng hai cách:
- Theo quan ñiểm về năng lượng, người ta thấy rằng năng lượng phá hoại vật
liệu tăng lên ít so với cường ñộ nén của nó. Kết quả là diện tích ñường cong không
thể tỉ lệ với ứng suất cực ñại. Phần “ñỉnh sau” như vậy bắt buộc càng giảm ñi với tỉ
lệ thích hợp.
- Theo quan ñiểm cục bộ có thể giải thích bằng mô hình uốn dọc tạo thành
nứt dọc của vật liệu, tương tự như các vết nứt của lực cắt. Lúc phá hoại lực cắt lớn
nhất theo góc của các vết nứt này với hướng nén. Theo các quan niệm cổ ñiển của
Mohr, người ta thấy:

θ = (1/2) Arctg2 (f
t
/f
c
)
1/2

trong ñó f
t
và f
c
biểu thị cường ñộ kéo và cường ñộ nén của vật liệu.
Cường ñộ kéo tăng không nhanh bằng cường ñộ nén, θ giảm ñi ñối với các
giá trị lớn của f
c
. Mặt khác, các mặt phá hoại rất nhắn, và những vết nứt này chỉ có
thể lấy lại lực bằng ma sát, nhờ một trạng thái ứng suất ngang. Từ ñó bê tông
cường ñộ cao chịu nén ñơn trục, sinh ra sự giảm mạnh lực sau khi ñạt ñược trị số
cực ñại (Hình 3.5.).

24

Hình 3.5. Sự giảm cường ñộ ñột ngột khi nén

Khi thí nghiệm các dầm nhiều cốt thép dạng phá hoại của dầm là dạng phá
hoại ở thớ nén, các biến dạng của cốt thép ở thớ nén vượt quá 0,4% trị số qui ñịnh.
Khi thí nghiệm các kết cấu dầm ít cốt thép, cường ñộ bê tông cao dẫn tới
việc tăng ñộ dãn dài. Sự cải thiện ñộ dính kết giữa bê tông và cốt thép làm cốt thép
bị dẻo hoá sẽ lớn hơn trong bê tông cường ñộ cao.
Sự không phù hợp nhau giữa hai cách thí nghiệm, hình trụ chịu nén và dầm

chịu uốn - có lẽ có hai nguyên nhân: Nguyên nhân thứ nhất là do sự hạn chế bởi
phần còn lại của kết cấu trên vùng ñã vượt qua giới hạn biến dạng về nén. Thật vậy
vết nứt ñược ñịnh vị ở ñầu trong mẫu hình trụ và phần còn lại ñi xuống của ñường
cong phù hợp với sự trượt tăng dần của hai khối bê tông là hai phần của dầm. Vì
vậy vết vỡ phát triển khó khăn ở trong dầm; có thể sinh ra trượt trong vùng bị nén.
Sơ ñồ duy nhất lúc ñó có thể là sơ ñồ của hình 3.6.

Hình 3.6. Các dạng phá hoại khi uốn

Chính khi ñó xuất hiện nguyên nhân không hoà hợp thứ hai, do các cốt thép
ñai.
ðể kết luận người ta có thể ñề xuất các yếu tố sau ñây: