C«ng nghÖ bª t«ng tù ®Çm
ThS. Hoµng thÞ thanh thuû
Bé m«n KÕt cÊu
Khoa C«ng tr×nh - Trêng §HGTVT
Tãm t¾t: Bª t«ng tù ®Çm (BTT§)®îc chÕ t¹o lÇn ®Çu tiªn ë NhËt b¶n vμo kho¶ng 10
n¨m tríc ®©y. Thuéc tÝnh ®Æc biÖt cña lo¹i bª t«ng (BT) nμy lμ kh¶ n¨ng tù tho¸t khÝ vμ ch¶y
tíi møc c©n b»ng chØ díi t¸c dông cña träng lîng b¶n th©n. C¬ së cña BTT§ lμ sö dông hμm
lîng chÊt bét vμ phô gia siªu dÎo cao víi hμm lîng xi m¨ng vμ tØ lÖ níc/ xi m¨ng th«ng
thêng. BTT§ cã u thÕ ®Æc biÖt khi cèt thÐp ®Æt dμy ®Æc hoÆc chi tiÕt cÊu kiÖn cã h×nh d¹ng
phøc t¹p g©y khã kh¨n cho c«ng t¸c ®Çm. Bμi viÕt nμy giíi thiÖu tãm t¾t c¸c bíc thiÕt kÕ hçn
hîp BTT§, c¸c thÝ nghiÖm ®èi víi v÷a vμ BT còng nh ®¸nh gi¸, so s¸nh ®Æc tÝnh cña BTT§ vμ
BT th«ng thêng.
Summary: Self Compacting Concrete (SCC) was first produced about 10 years ago in
Japan. The unset concrete has a special property that is it deaerates just under the influence of
its iron weight and flows to a uniform level. The basis of this concrete is a high content of
ultrafines and super-plasticizer with a normal cement content and water/cement ratio. This
concrete can be especially advantageous where vibration compaction is particularly difficult
because of heavy reinforcement or unfavourably shaped components. This article introduces
briefly the design process for mixture of SCC, the experiments for SCC and the evaluation,
comparison of characteristics of SCC and normal concrete.
i. Giíi thiÖu chung
Yªu cÇu ®Æt ra ®èi víi BTT§ lµ chØ díi
t¸c dông cña träng lîng b¶n th©n, v÷a BT
®îc lÊp ®Çy v¸n khu«n theo h×nh d¹ng mong
muèn, bao bäc hoµn toµn cèt thÐp, tù tho¸t
khÝ vµ kh«ng bÞ ph©n tÇng. §Ó ®¹t ®îc nh÷ng
phÈm chÊt nµy, BT t¬i tríc hÕt ph¶i cã ®é
ch¶y ®Æc biÖt lín. MÆt kh¸c, BT ph¶i cã ®é æn
®Þnh cÊu tróc cao, tøc lµ v÷a BT ph¶i cã ®é
nhít cÇn thiÕt chèng l¹i sù l¾ng cña cèt liÖu
th« ®Ó tr¸nh sù ph©n tÇng cña BT. Trªn h×nh
1, giíi thiÖu nguyªn t¾c c¬ b¶n ®Ó chÕ t¹o
BTT§ theo Okamura (NhËt).
§iÒu kiÖn kh«ng thÓ thiÕu ®îc ®Ó chÕ
t¹o thµnh c«ng BTT§ víi ®é ch¶y lín lµ phô
gia siªu dÎo ho¹t tÝnh cao. §Æc biÖt, sù ra ®êi
cña phô gia siªu dÎo thÕ hÖ míi (thÝ dô nh
Polycarbocylate) ®· t¹o ra mét bíc tiÕn trong
c«ng nghÖ BTT§.
II. ThiÕt kÕ hçn hîp bª t«ng
1. VËt liÖu thµnh phÇn
BTT§
§
é nhít cña v÷a vµ
BT ®ñ lín
Kh¶ n¨ng chèng
ph©n tÇng cao
H¹n chÕ hµm lîng
t liÖu
Sö dông phô gia siªu dÎo
ho¹t tÝnh cao
Gi¶m tØ lÖ níc/ xi m¨ng
H×nh 1: Nguyªn t¾c c¬ b¶n chÕ t¹o BTT§ theo Okamura
VËt liÖu ®Ó chÕ t¹o BTT§ nãi chung t¬ng tù
nh ®èi víi BT th«ng thêng, tham gia vµo
hçn hîp chÊt
bét ngoµi xi
m¨ng ra phÇn
lín cã thªm
tro bay vµ bét
®¸ v«i. Còng
cã thÓ sö
dông bôi silic
vµ c¸c chÊt ®én BT d¹ng mÞn kh¸c. Trong
cïng mét ®iÒu kiÖn, viÖc sö dông tro bay lµm
t¨ng ®é ch¶y cña BTT§, trong khi viÖc ®a
vµo bét ®¸ nghiÒn lµm t¨ng ®é æn ®Þnh cÊu
tróc vµ do ®ã cã t¸c dông chèng ph©n tÇng
trong BT.
CÇn ®Æc biÖt chó ý ®Õn t¸c ®éng t¬ng
hç gi÷a xi m¨ng, c¸c chÊt bét kh¸c vµ phô gia
siªu dÎo. Phô gia siªu dÎo trªn c¬ së
Polycarboxylate khi phèi hîp tèt cã thÓ cho
BT thêi gian ch¶y rÊt dµi, trong khi ë c¸c
trêng hîp kh¸c qu¸ tr×nh ch¶y thêng kÕt
thóc sau mét thêi gian ng¾n.
2. ThiÕt kÕ hçn hîp vµ nhµo trén
Tuú theo thµnh phÇn chÕ t¹o, BTT§ ®îc
ph©n biÖt theo ba d¹ng: d¹ng bét (Poder -
Typ), d¹ng nhít (Viscosity – Agent - Typ), vµ
d¹ng tæ hîp (Combination - Typ).
Trong d¹ng bét, BT ®îc chÕ t¹o víi hµm
lîng bét cao. Theo ph¬ng ph¸p OKA-
MURA, thµnh phÇn nhµo trén ®îc quyÕt ®Þnh
trªn c¬ së thÝ nghiÖm theo tõng bíc. C¸c
nghiªn cøu cÇn thiÕt ®îc tiÕn hµnh ®èi víi
hå, v÷a vµ cuèi cïng lµ BT. Sau ®©y lµ
ph¬ng ph¸p chÕ t¹o BTT§ d¹ng bét lo¹i I
theo OKAMURA.
Bíc 1: X¸c ®Þnh ®é rçng.
§é rçng cña BTT§ ®îc ®¸nh gi¸ dao
®éng trong mét kho¶ng kh¸ lín, thêng
4 ÷ 7%. Sö dông gi¸ trÞ nµo lµ tuú thuéc vµo
kinh nghiÖm cña ngêi thi c«ng. Sau khi chÕ
t¹o xong BT, cÇn kiÓm tra xem ®é rçng gi¶
thiÕt cã phï hîp víi gi¸ trÞ trong thùc tÕ kh«ng.
Bíc 2: X¸c ®Þnh hμm lîng cèt liÖu th«.
Hµm lîng cèt liÖu th« ®îc chän sao
cho thÓ tÝch cña chóng b»ng kho¶ng 50% thÓ
tÝch BT ®· trõ lç rçng. Nh vËy, ta cã c«ng
thøc tÝnh thÓ tÝch cèt liÖu th«:
V
g,s= 0,5.(1- V1) [m3/m3]
vµ c«ng thøc tÝnh khèi lîng cèt liÖu th« cho
1 m3 bª t«ng:
g = ρ.0,5.(1 - V1) [kg/m3]
Bíc 3: X¸c ®Þnh hμm lîng cèt liÖu nhá
(hμm lîng c¸t)
ThÓ tÝch c¸t cho 1 m3 BT ®îc tÝnh b»ng
40% thÓ tÝch v÷a vµ ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng
thøc sau:
Vs,s= 0,4.(1- V1-Vg,s) [m3/m3]
Bíc 4: X¸c ®Þnh thμnh phÇn hçn hîp
bét
Sù phï hîp cña hçn hîp c¸c chÊt bét
®îc ®¸nh gi¸ qua nghiªn cøu vÒ kh¶ n¨ng
hÊp thô níc cña chóng. ë ®©y, ngêi ta
nghiªn cøu 3 ®Õn 5 hçn hîp cã tØ lÖ nhµo trén
níc/chÊt bét kh¸c nhau (Vw/Vm~ 1,1 ®Õn 1,4)
®Ó x¸c ®Þnh ®é ch¶y theo ph¬ng ph¸p ch¶y
trµn. Trªn h×nh 2 biÓu diÔn ®é ch¶y trµn Γ1 thu
®îc tõ thÝ nghiÖm. Giao ®iÓm cña trôc tung
víi ®o¹n biÓu ®å th¼ng nghiªng gãc α so víi
trôc hoµnh cho gi¸ trÞ βp, ®îc dïng ®Ó ®¸nh
gi¸ ®é hÊp thô níc cña hçn hîp. Nãi chung,
gi¸ trÞ βp n»m trong kho¶ng 0,8 ÷ 1,1.
H×nh 2: §¸nh gi¸ hçn hîp chÊt bét theo
kh¶ n¨ng hÊp thô níc
Bíc 5: X¸c ®Þnh hμm lîng níc vμ
lîng phô gia siªu dÎo
ë bíc nµy v÷a ®îc nhµo trén tõ lîng
chÊt bét ®· x¸c ®Þnh ë trªn vµ 40% vÒ thÓ tÝch
nh÷ng h¹t ®¸ t¬i nhá, thÝ dô tíi 4 mm). Lîng
níc tríc tiªn ®îc chän sao cho tØ lÖ thÓ
tÝch níc/chÊt bét (Vw/Vm) vµo kho¶ng
80 ÷ 90% gi¸ trÞ β
Trong b¶ng 1 giíi thiÖu thµnh phÇn cña
hai lo¹i BTT§ d¹ng bét (Poder-Typ) tõ c¸c vËt
liÖu kh¸c nhau vµ thµnh phÇn cña mét BT th«ng
thêng cÊp cêng ®é C30/37 ®Ó so s¸nh.
p x¸c ®Þnh ë bíc trªn.
TiÕp theo ngêi ta trén phô gia siªu dÎo
vµo vµ kiÓm tra ®Æc tÝnh cña v÷a. ë ®©y sÏ
x¸c ®Þnh ®é ch¶y trµn vµ thêi gian ch¶y qua
phÔu cña hçn hîp v÷a. Luîng phô gia sÏ
®îc chän sao cho ®é ch¶y trµn vµo kho¶ng
Γm= 5 (t¬ng øng víi a ~ 24,5 cm), ®ång thêi
thêi gian ch¶y qua phÔu Rm= 1 (t ~ 10 s). NÕu
víi luîng níc ®· chän vµ phô gia ®· sö dông
mµ kh«ng thÓ thu ®îc kÕt qu¶ nªu trªn th× cã
thÓ ®iÒu chØnh hµm lîng níc vµ phô gia ®Ó
thay ®æi thµnh phÇn v÷a. NÕu vÉn kh«ng
®îc, ph¶i chän thµnh phÇn chÊt bét kh¸c.
Bíc 6: Trén cèt liÖu th« vμ ®¸nh gi¸ ®é
ch¶y cña BT t¬i
Trong bíc nµy, sÏ ®¸nh gi¸ xem víi thµnh
thµnh phÇn v÷a ®îc x¸c ®Þnh tõ bíc 1 ®Õn
bíc 5 cã chÕ t¹o ®îc BT cã ®é ch¶y cao
hay kh«ng. ë ®©y, c¸c cèt liÖu th« ®îc nhµo
trén vµo v÷a theo tØ lÖ ®· x¸c ®Þnh. ViÖc ®¸nh
gi¸ ®îc tiÕn hµnh sau mét sè thÝ nghiÖm ®èi
víi BT. NÕu hçn hîp t¹o thµnh kh«ng ®¹t
®îc kh¶ n¨ng tù ®Çm th× cã thÓ cè g¾ng thay
®æi thµnh phÇn níc vµ phô gia siªu dÎo
trong mét ph¹m vi nhá ®Ó n©ng cao kh¶ n¨ng
nµy. NÕu vÉn kh«ng ®îc th× ph¶i t×m c«ng
thøc kh¸c.
Iii. C¸c ph¬ng ph¸p thÝ nghiÖm
Ngêi ta ph©n biÖt c¸c thÝ nghiÖm ®èi víi
hå hoÆc v÷a vµ c¸c thÝ nghiÖm ®èi víi BT.
1. C¸c thÝ nghiÖm ®èi víi hå hoÆc v÷a
1.1. ThÝ nghiÖm x¸c ®Þnh ®é ch¶y réng
ThÝ nghiÖm nµy nh»m x¸c ®Þnh ®é ch¶y
cña v÷a còng nh cña hå. ë ®©y sö dông
ph¬ng ph¸p Haegermann, ®îc biÓu diÔn
trªn h×nh 3. Khu«n h×nh c«n ®îc ®Æt trªn mét
bÒ mÆt s¹ch, nh½n vµ h¬i Èm, ®îc ®æ ®Çy hå
hoÆc v÷a tíi mÐp trªn. Sau ®ã, khu«n ®îc
nhÊc lªn ®Ó cho khèi v÷a ch¶y trµn ra chØ díi
t¸c dông cña träng lîng b¶n th©n. §é réng
cña “b¸nh” v÷a thu ®îc lµ ®¹i lîng ®¸nh gi¸
®é ch¶y cña v÷a.
H×nh 3. ThÝ nghiÖm x¸c ®Þnh ®é ch¶y réng
cña hå vμ v÷a bª t«ng
B¶ng 1
ThÝ dô so s¸nh thμnh phÇn cña hai BTT§ vμ mét BT ®Çm th«ng thêng
BTT§ 1 BTT§ 2 BT ®Çm
Xi m¨ng CEM I 42,5 R (kg/m3)
Tro bay (kg/m3)
Bét ®¸ v«i (kg/m3)
Níc (kg/m3)
C¸t 0/2 (kg/m3)
C¸t 2/4 (kg/m3)
C¸t 4/8 (kg/m3)
Sái 8/16 (kg/m3)
Phô gia siªu dÎo (Polycarboxylate)
Cêng dé chÞu nÐn fcm (N/mm2)
300
250
0
170
460
306
306
460
1,15% lîng XM
67
300
0
300
182
460
306
306
460
1,60% lîng XM
39
300
0
0
165
453
273
544
545
0
45
H×nh 4. ThÝ nghiÖm x¸c ®Þnh thêi gian ch¶y qua
phÔu cña hå vμ v÷a BT
ë NhËt B¶n, ngêi ta kh«ng sö dông g
trÞ ®êng kÝnh b¸nh v÷a mµ x¸c ®Þnh quan hÖ
gi÷a diÖn tÝch b¸nh v÷a thu ®îc vµ diÖn tÝch
®¸y díi cña khu«n h×nh c«n cã ®êng kÝnh
t¬ng øng lµ ro. NÕu gäi r lµ ®êng kÝnh trung
b×nh cña b¸nh v÷a r = (r1 + r2)/2 [mm] th× ®é
ch¶y trµn t¬ng ®èi Γ ®îc tÝnh b»ng c«ng
thøc sau:
Γ = (r/ro)2 – 1
Trong chÕ t¹o BTT§ theo OKAMURA
ngêi ta cè g¾ng ®¹t tíi gi¸ trÞ Γ = 5. Gi¸ trÞ
nµy t¬ng øng víi ®êng kÝnh b¸nh v÷a
kho¶ng 24,5 cm khi sö dông khu«n h×nh c«n
theo Haegermann.
1.2. ThÝ nghiÖm x¸c ®Þnh thêi gian v÷a
ch¶y qua phÔu (h×nh 4)
ThÝ nghiÖm nµy nh»m ®¸nh gi¸ ®é nhít
cña v÷a. PhÔu ®îc lµm s¹ch vµ Èm ë mÆt
trong råi ®îc ®æ ®Çy v÷a tíi miÖng. TiÕp theo
sÏ x¸c ®Þnh kho¶ng thêi gian tÝnh b»ng gi©y
®Ó v÷a ch¶y hÕt khái phÔu sau khi më n¾p
phÔu phÝa díi. V÷a sÏ cã ®é nhít cµng cao
nÕu tèc ®é ch¶y khái phÔu cña nã cµng nhá.
Trong c¸c tµi liÖu cña NhËt, ®é nhít ®îc
®¸nh gi¸ b»ng gi¸ trÞ Rm x¸c ®Þnh theo thêi
gian ch¶y qua phÔu ®o ®îc t tÝnh b»ng gi©y:
Rm= 10/t
Trong chÕ t¹o BT theo ph¬ng ph¸p
OKAMURA, ngêi ta cè g¾ng ®¹t tíi ®é nhít
cña v÷a øng víi gi¸ trÞ Rm= 1. Gi¸ trÞ nµy t¬ng
øng víi kho¶ng thêi gian lµ 10 gi©y ®Ó v÷a
ch¶y hÕt khái phÔu.
2. C¸c thÝ nghiÖm ®èi víi BT
§Ó ®¸nh gi¸ ®é ch¶y vµ ®é nhít cña BT,
ngêi ta còng tiÕn hµnh hai thÝ nghiÖm c¬ b¶n
t¬ng tù nh ®èi víi hå vµ v÷a ®· ®îc tr×nh
bµy ë trªn. Ngoµi ra, cßn cã mét lo¹t thÝ
nghiÖm ®éc lËp vµ tæng hîp kh¸c nh»m ®¸nh
gi¸ kh¶ n¨ng c©n b»ng n»m ngang sau khi BT
ngõng ch¶y, ®é l¾ng, ®é t¾c nghÏn cèt liÖu,
kh¶ n¨ng ph©n tÇng, ®é rçng còng nh ®é
ch¶y vµ ®é nhít cña BT.
IV. §Æc tÝnh cña BT cøng
Nh÷ng ®Æc tÝnh cña BTT§ ®îc tr×nh bµy
sau ®©y lµ ®èi víi BT cã lîng chÊt bét trong
kho¶ng 500 ÷ 650 kg/m3.
- Cêng ®é chÞu nÐn
Cêng ®é chÞu nÐn cña BTT§ t¬ng
®¬ng víi cêng ®é chÞu nÐn cña BT ®Çm cã
tØ lÖ níc/ xi m¨ng th«ng thêng vµ cêng ®é
xi m¨ng theo quy chuÈn. Cêng ®é cña BTT§
cã thÓ ®¹t tíi 70 N/mm2 hoÆc h¬n n÷a.
- Cêng ®é chÞu kÐo
Theo mét sè t¸c gi¶, cêng ®é chÞu kÐo
cña BTT§ cã gi¸ trÞ b»ng 8 ÷ 10% cêng ®é
chÞu nÐn, gièng nh trong BT th«ng thêng.
Nh÷ng nghiªn cøu kh¸c l¹i cho biÕt, con sè
nµy b»ng kho¶ng 10 ÷ 15%.
- M« ®un ®μn håi
Víi cïng mét cêng ®é cña ®¸ xi m¨ng,
BTT§ nãi chung cã m« ®un ®µn håi nhá h¬n
trong BT th«ng thêng cã cïng cêng ®é.
- Cêng ®é dÝnh b¸m
HiÖn vÉn cha cã nh÷ng nghiªn cøu cã
tÝnh hÖ thèng vÒ cêng ®é dÝnh b¸m trong
BTT§ vµ khã cã thÓ so s¸nh c¸c kÕt qu¶ kh¸c
nhau ®îc ®a ra do c¸c BT ®îc nghiªn cøu
cã thµnh phÇn vµ cuêng ®é kh¸c nhau.
- Co ngãt vμ tõ biÕn
BiÕn d¹ng co ngãt cña BTT§ lín h¬n cña
BT th«ng thêng vµ sau 90 ngµy ®¹t 11% ®é
co ngãt lín nhÊt. §é co ngãt cuèi cïng cña
BTT§ cã phô gia t¨ng nhít cã thÓ lín h¬n tíi
50% gi¸ trÞ t¬ng øng trong BT cÊp phèi th«ng
thêng cã cêng ®é t¬ng ®¬ng.
Mét sè t¸c gi¶ cho biÕt, tõ biÕn cña BTT§
lín h¬n kho¶ng 10% so víi BT ®Çm th«ng
thêng.
- Quan hÖ øng suÊt - biÕn d¹ng
Trªn c¬ së nh÷ng nghiªn cøu so s¸nh
®êng cong øng suÊt - biÕn d¹ng cña BTT§
vµ BT th«ng thêng, cã thÓ thÊy râ ë nh¸nh ®i
lªn cña biÓu ®å σ - ε BTT§ lµm viÖc gièng nh
BT thêng, cßn nh¸nh ®i xuèng nãi chung dèc
h¬n. §iÒu nµy thÓ hiÖn râ trªn h×nh 5 khi so
s¸nh ®êng cong σ - ε cña ba BTT§ vµ mét
BT th«ng thêng. TÊt c¶ c¸c BT ®Òu cã tØ lÖ
níc/ xi m¨ng lµ 0,55. C¸c BTT§ cã hµm
lîng bét lµ 600, 575 vµ 500 kg/cm2. C¸c BT
nµy cã cêng ®é kh¸c nhau do sö dông lîng
tro bay kh¸c nhau. Víi cêng ®é chÞu nÐn t¨ng
lªn, biÕn d¹ng khi ph¸ ho¹i còng t¨ng lªn.
V. KÕt luËn
Trong gÇn mêi n¨m kÓ tõ khi ra ®êi ®Õn
nay, c«ng nghÖ BTT§ ®· ®îc nghiªn cøu vµ
øng dông réng r·i ë NhËt B¶n, còng nh bíc
®Çu ¸p dông ë Cana®a, Mü vµ ë nhiÒu níc
ch©u ¢u.
¦u ®iÓm cña c«ng nghÖ nµy thÓ hiÖn râ
rÖt ë nh÷ng mÆt sau:
- TiÕt kiÖm nh©n c«ng cho c«ng t¸c ®Çm.
- Rót ng¾n thêi gian thi c«ng.
- C¶i thiÖn chÊt lîng bÒ mÆt cÊu kiÖn
BT, t¨ng mü quan c«ng tr×nh.
- §¶m b¶o chÊt lîng ®æ BT ngay c¶ khi
cèt thÐp ®Æt dµy ®Æc hoÆc chi tiÕt cÊu kiÖn cã
h×nh d¹ng gãc c¹nh.
- N©ng cao tuæi thä c«ng tr×nh.
- Gi¶m ®é ån trªn c«ng trêng vµ trong
nhµ m¸y s¶n xuÊt bª t«ng.
VÒ kh¶ n¨ng øng dông c«ng nghÖ BTT§
ë ViÖt nam, xin cã mét sè ý kiÕn nh sau:
VÒ vËt liÖu: Víi nguån s¶n xuÊt trong
níc vµ cung cÊp cña c¸c c«ng ty níc ngoµi,
ë níc ta cã ®ñ ®iÒu kiÖn ®Ó s¶n xuÊt BTT§.
CÇn chó ý ®Õn vai trß quyÕt ®Þnh cña phô gia
siªu dÎo ho¹t tÝnh cao gèc Polycarbocylate.
VÒ thiÕt bÞ thÝ nghiÖm: c¸c thÝ nghiÖm
nh»m x¸c ®Þnh vµ ®iÒu chØnh thµnh phÇn nhµo
trén còng nh c¸c tÝnh chÊt c¬ lý cña BT cøng
cã thÓ ®îc tiÕn hµnh trong phßng thÝ nghiÖm
, c¸c trêng ®¹i häc.
VÒ tr×nh ®é n
ë c¸c viÖn nghiªn cøu
gêi
thi c«ng: CÇn trang bÞ tèt
kiÕn thøc cho ngêi s¶n
xuÊt v× thµnh c«ng cña
BTT§ chØ cã thÓ ®¹t
®îc khi tÊt c¶ nh÷ng
ngêi tham gia vµo qu¸
tr×nh chuÈn bÞ vËt liÖu,
thiÕt kÕ, chÕ t¹o vµ ®æ
BT hiÓu biÕt vÒ c«ng
viÖc cña m×nh vµ c¸c
c«ng ®o¹n liªn quan.
H×nh 5. Quan hÖ øng suÊt- biÕn d¹ng cña BTT§ vμ BT ®Çm th«ng thêng