Mét sè kÕt qu¶ Nghiªn cøu thùc nghiÖm vÒ c−êng ®é
Cña bª t«ng tÝnh n¨ng cao cã c−êng ®é chÞu nÐn
mÉu trô 110 MPa §¦îC CHÕ T¹O Tõ vËt liÖu ë miÒn B¾c ViÖt nam
Ks. Mai §×nh léc
GS. TS. Ph¹m Duy H÷u
Tr−êng §¹i Giao th«ng VËn t¶i
Tãm t¾t: Bμi b¸o tr×nh bμy mét sè kÕt qu¶ thÝ nghiÖm x¸c ®Þnh c¸c hμm quan hÖ gi÷a c¸c
trÞ sè c−êng ®é cña bª t«ng víi mét sè yÕu tè c¬ b¶n lμ tû lÖ n−íc/chÊt dÝnh kÕt, tû lÖ muéi
silÝc/xi m¨ng vμ tuæi cña bª t«ng ®· ®−îc thùc hiÖn t¹i Tr−êng §¹i häc Giao th«ng VËn t¶i trong
khu«n khæ cña c¸c nghiªn cøu thùc nghiÖm vÒ c¸c trÞ sè c−êng ®é cña bª t«ng tÝnh n¨ng cao
cã c−êng ®é chÞu nÐn mÉu trô ®Õn 110 MPa. Bμi b¸o còng gãp phÇn x¸c ®Þnh kh¶ n¨ng chÕ t¹o
bª t«ng tÝnh n¨ng cao víi c¸c vËt liÖu s½n cã ë miÒn B¾c ViÖt Nam.
C¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu cho thÊy, c¸c hμm quan hÖ lμ phï hîp víi lý thuyÕt chung vÒ bª
t«ng vμ cã thÓ ¸p dông ®−îc cho viÖc tÝnh to¸n thμnh phÇn bª t«ng tÝnh n¨ng cao. C¸c kÕt qu¶
nμy còng chØ ra r»ng, víi c¸c vËt liÖu nh− ®¸ d¨m, c¸t, xi m¨ng, phô gia ho¹t tÝnh, phô gia siªu
dÎo hiÖn cã, nÕu ®−îc lùa chän ®óng ®¾n vμ cã c«ng nghÖ nhμo trén thÝch hîp, viÖc chÕ t¹o bª
t«ng cã c−êng ®é chÞu nÐn mÉu trô ®¹t 110 MPa lμ kh¶ thi.
Summary: The paper presents the relation functions between the strength of concrete
and some basic parameters, such as the water-cementitious materials ratio, silica fume-cement
ratio and age of cement as a part of the results from an experimental research on strength of
high-performance concrete with compressive strength of cylindrical specimens up to 110 MPa
carried out at the University of Transport and Communications. The paper also makes a
contribution to determining the feasibility of high-performance concrete production using
materials available in North Vietnam.
The results of the experiments show that above-mentioned relation functions are in
accordance with the concrete theory and can be used to determine the mixing proportion for
high-performance concrete. Another conclusion is that it is feasible to use common materials
available in North Vietnam such as aggregates, cements, superplasticizers and supplementary
cementing materials, when properly selected and mixed, to produce concrete with compressive
strength of cylindrical specimens up to 110 MPa.
CT 2
i. §Æt vÊn ®Ò
HiÖn nay trªn thÕ giíi bª t«ng tÝnh n¨ng cao ®· d−îc nghiªn cøu vµ sö dông trong x©y
dùng nhµ cao tÇng, c«ng tr×nh giao th«ng vµ c¸c c«ng tr×nh biÓn. ë Mü bª t«ng cã c−êng ®é
chÞu nÐn ®Õn 112 MPa ®· ®−îc sö dông cã hiÖu qu¶ trong x©y dùng. ë mét sè n−íc vµ vïng
l·nh thæ kh¸c nh− Anh, Cana®a, Na uy, Thôy §iÓn, Ph¸p, ý, NhËt B¶n, Hång C«ng vµ Hµn
Quèc c¸c lo¹i bª t«ng cã c−êng ®é cao (f’c ®Õn 83 MPa) ®ang ®−îc nghiªn cøu vµ ¸p dông
trong thùc tÕ [2]. ë ViÖt Nam, trong kho¶ng 5 n¨m gÇn ®©y, c¸c nghiªn cøu vÒ bª t«ng c−êng
®é cao ®· ®−îc triÓn khai trong c¸c phßng thÝ nghiÖm ë Tr−êng §¹i häc Giao th«ng VËn t¶i,
ViÖn Khoa häc vµ C«ng nghÖ x©y dùng, Tr−êng §¹i häc X©y dùng Hµ Néi, ViÖn Khoa häc vËt
liÖu v.v… C¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu cã ®−îc trong phßng thÝ nghiÖm cho thÊy ®· cã thÓ s¶n xuÊt
bª t«ng c−êng ®é cao víi ®iÒu kiÖn vËt liÖu vµ c«ng nghÖ hiÖn cã ë ViÖt Nam.
ViÖc øng dông bª t«ng c−êng ®é cao ®Ó x©y dùng c«ng tr×nh ë ViÖt Nam cßn rÊt h¹n chÕ,
míi chØ cã mét sè c«ng tr×nh nhµ cao tÇng (khu ®« thÞ Trung Hßa) vµ c«ng tr×nh cÇu lín (cÇu
KiÒn, cÇu B·i Ch¸y v.v...) cã sö dông bª t«ng víi c−êng ®é chÞu nÐn ®Õn 60 MPa. ViÖc nghiªn
cøu mét c¸ch ®Çy ®ñ bª t«ng cã c−êng ®é chÞu nÐn ®Õn 110 MPa nh»m khuyÕn khÝch viÖc ¸p
dông réng r·i h¬n bª t«ng tÝnh n¨ng cao, ®Ó n©ng cao kh¶ n¨ng chÞu lùc, ®é bÒn l©u vµ tuæi thä
cña c¸c c«ng tr×nh x©y dùng lµ rÊt cÇn thiÕt. Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, nhãm nghiªn cøu t¹i
Tr−êng §¹i häc Giao th«ng VËn t¶i ®ang tËp trung nghiªn cøu c¸c vÊn ®Ò vÒ c−êng ®é, biÕn
d¹ng vµ ®é bÒn cña cña bª t«ng cã c−êng ®é chÞu nÐn mÉu trô ®Õn 110 MPa, sö dông c¸c lo¹i
vËt liÖu ë MiÒn B¾c. Môc ®Ých nghiªn cøu lµ t×m ra nh÷ng quy luËt chung cã ®ñ ®é tin cËy, phôc
vô cho viÖc thiÕt kÕ thµnh phÇn vµ chÕ t¹o bª t«ng, thiÕt kÕ, thi c«ng vµ qu¶n lý chÊt l−îng c¸c
c«ng tr×nh cã sö dông c¸c lo¹i bª t«ng nµy. Néi dung bµi b¸o chØ tr×nh bµy mét sè kÕt qu¶
nghiªn cøu vÒ c−êng ®é trong ®Ò tµi nghiªn cøu nãi trªn.
II. Néi dung
Trªn c¬ së c¸c nghiªn cøu lý thuyÕt vµ c¸c thÝ nghiÖm kiÓm chøng vÒ c¸c nguyªn t¾c chÕ
t¹o bª t«ng tÝnh n¨ng cao, nh»m n©ng cao c−êng ®é nÐn cña bª t«ng mµ vÉn ®¶m b¶o ®−îc
c¸c tÝnh chÊt c¬ b¶n kh¸c cña bª t«ng vµ cña hçn hîp bª t«ng mµ chóng t«i ®· tr×nh bµy trong
mét bµi b¸o gÇn ®©y [3], c¸c nguyªn t¾c ®ã cã thÓ ®−îc tãm t¾t nh− sau: “gi¶m thiÓu ®é rçng
trong cÊu tróc (vi m« vµ vÜ m«) cña bª t«ng; n©ng cao c−êng ®é ®¸ xi m¨ng vµ vïng chuyÓn tiÕp
b»ng c¸ch sö dông tû lÖ N/CDK thÊp, sö dông phô gia kho¸ng siªu mÞn, sö dông phô gia siªu
dÎo thÕ hÖ míi; gi¶m tû lÖ nÒn/cèt trong cÊu tróc bª t«ng nh»m gi¶m thiÓu l−îng dïng xi m¨ng
vµ do ®ã gi¶m thiÓu gi¸ thµnh, co ngãt vµ tõ biÕn cña bª t«ng; lùa chän cèt liÖu cã chÊt l−îng tèt
vµ gi¶m Dmax cña cèt liÖu”.
CT 2
C¸c nghiªn cøu thùc nghiÖm víi quy m« lín h¬n nh»m kiÓm tra vµ nghiªn cøu chi tiÕt h¬n
vÒ c¸c tÝnh chÊt cña bª t«ng tÝnh n¨ng cao ®· ®−îc thùc hiÖn t¹i Phßng ThÝ nghiÖm VËt liÖu X©y
dùng vµ Phßng ThÝ nghiÖm C«ng tr×nh (VILAS 047) cña Tr−êng §¹i häc Giao th«ng VËn t¶i.
2.1. Lùa chän vËt liÖu
VËt liÖu chÕ t¹o bª t«ng tÝnh n¨ng cao ®· ®−îc nhiÒu t¸c gi¶ ph©n tÝch vµ tr×nh bµy trong
c¸c tµi liÖu [1, 2, 4, 6, 7]. Trªn c¬ së c¸c yªu cÇu vËt liÖu ®· ®−îc khuyÕn c¸o vµ c¨n cø vµo kÕt
qu¶ kh¶o s¸t thùc tÕ nguån vËt liÖu hiÖn cã ë miÒn B¾c ViÖt Nam chóng t«i ®· chän c¸c lo¹i vËt
liÖu sau ®Ó tiÕn hµnh thÝ nghiÖm chÕ t¹o bª t«ng:
Xi m¨ng Bót S¬n PC40 L« 4A04 .
C¸t vµng ViÖt Tr×, Mk = 3,2.
§¸ d¨m má Hßa Th¹ch (Hµ T©y), ®¸ granit Rn = 130 MPa. Dmax = 12,5 mm vµ
Dmax = 9,5 mm.
N−íc sinh ho¹t.
Phô gia ho¹t tÝnh: Sikacrete PP1 (SIKA ViÖt Nam).
Phô gia siªu dÎo: Viscocrete 3400 (SIKA ViÖt Nam).
2.2. KÕ ho¹ch thÝ nghiÖm
Víi môc ®Ých kh¶o s¸t sù thay ®æi c¸c trÞ sè c−êng ®é cña bª t«ng theo c¸c yÕu tè ¶nh
h−ëng, qua ph©n tÝch møc ®é ¶nh h−ëng cña c¸c yÕu tè, ba yÕu tè sau ®©y ®· ®−îc chän ®Ó
kh¶o s¸t:
Tû lÖ N−íc/chÊt dÝnh kÕt (N/CDK)
Tû lÖ Muéi si lÝc/ Xi m¨ng (MS/XM)
Tuæi cña bª t«ng (T)
§Ó lËp kÕ ho¹ch thÝ nghiÖm vµ xö lý sè liÖu, ph−¬ng ph¸p thùc nghiÖm theo quy ho¹ch
(thùc nghiÖm chñ ®éng) ®· ®−îc sö dông. Ph¹m vi biÕn thiªn, møc c¬ së (møc c¬ b¶n), kho¶ng
biÕn thiªn vµ ký hiÖu biÕn m· cña c¸c biÕn kh¶o s¸t nh− sau:
BiÕn thùc Ph¹m vi biÕn thiªn Møc c¬ së Kho¶ng biÕn thiªn BiÕn m·
hãa
N/CDK tõ 0,22 ®Õn 0,3 0,26 0,04 X1
MS/XM tõ 0,08 ®Õn 0,14 0,11 0,03 X2
Lg(T) tõ 0,477 ®Õn 1,447 1,0 0,477 X3
Ghi chó: Lg(T) biÕn xÐt ®Õn tuæi cña bª t«ng thÝ nghiÖm, víi T = 3, 10, 28 ngμy.
Sö dông thiÕt kÕ xÊp xØ bËc 2 - thiÕt kÕ hîp tö t¹i t©m quay ®−îc víi 3 biÕn, ta cã ma trËn
quy ho¹ch thùc nghiÖm tr×nh bµy trªn b¶ng 1. CT 2
D¹ng tæng qu¸t cña ph−¬ng tr×nh håi quy cÇn t×m lµ:
yo = bo + b1X1 + b2X2 + b3X3 + b12X1X2 + b13X1X3+ b23X2X3 + b11X12 + b22X22 + b33X32
Trªn c¬ së ma trËn quy ho¹ch thùc nghiÖm vµ ph−¬ng ph¸p lùa chän thµnh phÇn bª t«ng
theo h−íng dÉn cña ACI 363 [7], thµnh phÇn bª t«ng thÝ nghiÖm ®−îc x¸c ®Þnh vµ tr×nh bµy trªn
b¶ng 2.
B¶ng 1. Ma trËn quy ho¹ch thùc nghiÖm-thiÕt kÕ hîp tö t¹i t©m quay ®−îc cho ba biÕn
Gi¸ trÞ biÕn m· hãa Gi¸ trÞ biÕn thùc ThÝ
nghiÖm X1X2X3N/CDK MS/XM Lg(T)
1 1 1 1 0,3 0,14 1,43
2 1 1 -1 0,3 0,14 0,47
3 1 -1 1 0,3 0,08 1,43
4 -1 1 1 0,22 0,14 1,43
5 1 -1 -1 0,3 0,08 0,47
6 -1 1 -1 0,22 0,14 0,47
7 -1 -1 1 0,22 0,08 1,43
8 -1 -1 -1 0,22 0,08 0,47
9 1,682 0 0 0,33 0,11 0,95
10 0 1,682 0 0,26 0,16 0,95
11 0 0 1,682 0,26 0,11 1,78
12 -1,682 0 0 0,19 0,11 0,95
13 0 -1,682 0 0,26 0,06 0,95
14 0 0 -1,682 0,26 0,11 0,12
15 0 0 0 0,26 0,11 0,95
B¶ng 2. Thμnh phÇn bª t«ng thÝ nghiÖm theo quy ho¹ch
Sè Tû lÖ Tû lÖ Ngµy Thµnh phÇn bª t«ng (tÝnh cho 1 m3)
TN N/DK MS/X TN §¸ C¸t CDK XM Muéi N−íc P.gia KLBT
(kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (lÝt) (lÝt) (kg)
1 0,30 0,14 28 1070 737 467 409 57 140 4,094 2,418
2 0,30 0,14 3 1070 737 467 409 57 140 4,094 2,418
3 0,30 0,08 28 1070 744 467 432 35 140 4,321 2,425
4 0,22 0,14 28 1070 646 591 518 73 130 7,775 2,445
5 0,30 0,08 3 1070 744 467 432 35 140 4,321 2,425
6 0,22 0,14 3 1070 646 591 518 73 130 7,775 2,445
7 0,22 0,08 28 1070 655 591 547 44 130 8,207 2,454
8 0,22 0,08 3 1070 655 591 547 44 130 8,207 2,454
9 0,33 0,11 10 1070 751 440 397 44 145 3,968 2,410
10 0,26 0,16 10 1070 698 519 447 72 135 5,363 2,428
11 0,26 0,11 56 1070 705 519 468 51 135 5,613 2,435
12 0,19 0,11 10 1070 606 655 590 65 125 8,853 2,465
13 0,26 0,06 10 1070 712 519 491 29 135 5,889 2,442
14 0,26 0,11 3 1070 705 519 468 51 135 5,613 2,435
15 0,26 0,11 10 1070 705 519 468 51 135 5,613 2,435
CT 2
2.3. ThÝ nghiÖm
Víi thµnh phÇn bª t«ng ®· x¸c ®Þnh, tiÕn hµnh nhµo trén hçn hîp bª t«ng b»ng m¸y trén
bª t«ng lo¹i c−ìng bøc cã dung tÝch thïng trén 180 lÝt. Trªn c¬ së tham kh¶o mét sè tµi liÖu liªn
quan [1, 6, 7] vµ tiÕn hµnh c¸c mÎ trén thÝ nghiÖm ®· x¸c ®Þnh ®−îc quy tr×nh nhµo trén hçn hîp
bª t«ng, kÕt qu¶ tr×nh bµy trong b¶ng 3. §óc mÉu, b¶o d−ìng vµ thÝ nghiÖm theo kÕ ho¹ch, ¸p
dông c¸c tiªu chuÈn thÝ nghiÖm nh− ®−îc tr×nh bµy trong b¶ng 4. KÕt qu¶ thÝ nghiÖm mét sè chØ
tiªu kü thuËt ®−îc tr×nh bµy trong b¶ng 5.
B¶ng 3. Quy tr×nh nhμo trén hçn hîp bª t«ng
Thø tù VËt liÖu vµ liÒu l−îng Thêi gian trén Ghi chó
1 C¸t + xi m¨ng 30 gi©y
2 Muéi si lÝc 30 gi©y
3 §¸ d¨m 1 phót
4 1/3 n−íc 1 phót 30 gi©y
5 2/3 n−íc + phô gia hãa dÎo 2 phót 30 gi©y Cã thÓ thay ®æi
Tæng thêi gian trén 6 phót
B¶ng 4. C¸c tiªu chuÈn thÝ nghiÖm ®· ¸p dông
CT 2
Thø tù ChØ tiªu x¸c ®Þnh Tiªu chuÈn thÝ nghiÖm
1 §óc mÉu vµ b¶o d−ìng ASTM C192/C192M-02
2 §é sôt cña hçn hîp bª t«ng t−¬i ASTM C143/C143M-00
3 C−êng ®é chÞu nÐn ASTM C39/C39M-01
4 C−êng ®é Ðp chÎ ASTM C496-96
5 M« ®un ®µn håi tÜnh ASTM C469-02
6 C−êng ®é kÐo uèn ASTM C78-02
B¶ng 5. KÕt qu¶ thÝ nghiÖm theo quy ho¹ch
SN Rn Ru Rkb
TN X1 X2 X3
(cm) (MPa) (MPa) (MPa) Rn/Ru Rn/Rkb Ru/Rkb
1 0,30 0,14 1,43 14 83,42 12,48 5,97 6,68 13,97 2,09
2 0,30 0,14 0,47 14 67,75 8,76 5,01 7,73 13,51 1,75
3 0,30 0,08 1,43 16 85,77 10,52 7,03 8,16 12,20 1,50
4 0,22 0,14 1,43 10 99,27 15,71 6,45 6,32 15,39 2,44
5 0,30 0,08 0,47 16 73,22 8,36 5,19 8,76 14,12 1,61
6 0,22 0,14 0,47 10 86,62 10,75 5,80 8,06 14,94 1,85