KT CU - CÔNG NGH Y DNG
20 Tp chí KHCN Xây dng - s 1/2025
MÔ ĐUN ĐÀN HỒI CA BÊ TÔNG
ELASTIC MODULUS OF CONCRETE
PHẠM PHÚ TÌNHª,*, NGUYỄN THỊ NGỌC LOANa
aKhoa Xây dựng, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội
*Tác gi đại din: Email: tinhpp@hau.edu.vn, 0838865855
Ngày nhn 29/12/2024, Ngày sa 13/03/2025, Chp nhn 17/03/2025
https://doi.org/10.59382/j-ibst.2025.vi.vol1-3
m tt: i báo tng hp, phân tích bình lun
v đun đàn hồi ca tông Ec được xác đnh theo
mt s tiêu chun thiết kế kết cu tông trên thế
gii. Tr s ca Ec theo TCVN 5574:2018 bng
khong 1,42 ln tr s ca Ec theo tiêu chun M,
Canada, Nht Bn, New Zealand. Khi Ec nhy cm
với các đại lượng tính toán hoặc khi các điều kin
thiết kế đt gii hn, thì n ch định hoc xác định
Ec bng thc nghim.
T khóa: đun đàn hồi, bê tông, phân tích kết
cấu, cường độ chu nén, đ võng, TCVN 5574:2018.
Abstract: This paper provides an overview,
analyzes and comments on the modulus of elasticity
of concrete in compression, which determined
according to design standards for concrete structures
in the world. The value of Ec according to Vietnamese
standard TCVN 5574:2018 is about 1.42 times the
value of Ec according to American, Canadian,
Japanese, and New Zealand standards. When Ec is
sensitive to calculated quantities or when design
conditions are critical, Ec should be specified or
determined by testing.
Keywords: modulus of elasticity, concrete,
structural analysis, compression strength, deflection,
TCVN 5574:2018.
1. Gii thiu
Thc tế, phương pháp phân tích đàn hồi tuyến
tính vẫn thường được áp dng trong thiết kế kết cu
bê tông, bê tông ct thép và bê tông ng suất trước,
cho c trng thái gii hn v ờng độ và trng thái
gii hn v s dng. Mô đun đàn hồi ca bê tông Ec
mt tham s bản, cn đưc xác định để s
dng trong vic phân tích kết cấu, đc bit trong vic
xác định ng sut, độ võng, chuyn v ngang, độ lch
tầng, độ co ngn ca ct nhà cao tng, độ rung động
ca n, các đặc tính động đất như chu kỳ dao
động,...
Mô đun đàn hồi ca tông th được xác định
bng lý thuyết thc nghim. Theo hình
thuyết, tông được coi như mt h nhiu pha,
thế đun đàn hồi là hàm s ca các ng x đàn
hi ca các thành phn ca nó. Có th coi bê tông
vt liu hai pha, gm các ct liu và vữa xi măng đã
thy hóa, hoc ba pha nếu k thêm liên kết b mt
gia hai pha trên. Cho mục đích thực hành, vic xác
định mô đun đàn hồi ca bê tông theo lý thuyết là rt
phc tp, vì Ec là mt hàm s ca rt nhiu tham s,
gồm mô đun đàn hồi ca tt c các pha, đường kính
ct liu ln nht, th tích ct liu, tốc độ gia ti, điu
kin bảo dưng, và tui ca bê tông.
Cách tiếp cn bng thc nghim, da vào các t
nghim tĩnh và động đưc s dng rng rãi trong
thiết kế thc hành. Thí nghiệm động thí nghim
không phá hủy, đo mô đun tiếp tuyến ban đầu. Thí
nghiệm tĩnh thí nghim phá hy các mu hình tr
chu nén mt trc gn đây đưc s dụng để xác đnh
Ec. T các thí nghim này,c tiêu chun thiết kế kết
cu ngii thiu c công thc thc nghim ít nhiu
ging nhau. Cho c tông nh và tông nng,
cường độ tng cường độ cao, Ec là hàm s ca
cường độ chu nén fck và khối lượng riêng rc ca
tông. Ec s trit tiêu khi fck 0 hoc rc 0, nên
các công thc thc nghim thưng có dng chung là
c ck c
Ef


. Tr s ca l, a, b được xác định
bng phân tích hi quy t rt nhiu d liu thí
nghim. S mũ a cho fck thưng nm trong khong
0,3 đến 0,5 (tương ng với căn bậc ba và căn bậc
hai ca fck), s mũ b cho rc thưng bng 2, nhưng để
thiên v an toàn thì được ly bng 1,5. Theo Noguchi
cng s [1], công thc thc nghim ca ACI 363R
1,5
0,5
3321 6895 2300 MPa
c ck c
Ef
,
ca Vin kiến trúc Nht Bn (AIJ)
1,5 0,5
21000 2300 20 MPa
c c ck
Ef

, s
a = 0,5. Khi fck tăng, nghĩa là cho bê tông cường
độ cao, thì các công thc này cho tr s Ec t quá
giá tr ca. Noguchi và cng s đã phân tích quan
h gia fck và a, cho thy a 0,5 là phù hp vi
tông thường, a = 0,3~0,4 phù hp hơn cho công
thc tng quát, th xác định Ec cho phm vi rng
ca tông, t ờng độ thường đến cường độ cao.
đun đàn hồi ca tông b ảnh hưởng rt nhiu
KT CU - CÔNG NGH XÂY DNG
Tp chí KHCN Xây dng - s 1/2025 21
bi loi ct liu, và nhiu nghiên cứu đã cho thy khi
bê tông có ph gia khoáng thì đun đàn hồi không
tăng cùng vi việc tăng cường độ chu nén, nên
Noguchi và cng s đã đề xut mt công thc chính
xác hơn, là
12c ck c
E k k f


, trong đó k1
h s hiu chnh tương ng vi các ct liu thô, trong
áp dng thc hành k1 đưc lấy = 1,20 cho đá vôi
nghin, bôxit canxi; = 0,95 cho thch anh nghin, đá
magma phun trào (andesite) nghin, bazan nghin,
đá phiến t nghiền, đá cuội nghin; = 1,00 cho các
loi ct liu thô khác, và k2 là h s hiu chnh tương
ng vi các ph gia khoáng, trong áp dng thc nh
k2 đưc ly = 0,95 cho mui silic, x lò cao dng ht,
mui tro bay; = 1,10 cho tro bay; = 1,00 cho các ph
gia khác.
Tr s mô đun đàn hồi ca bê tông dùng cho thiết
kế đưc cho trong các tiêu chun thiết kế kết cu bê
ng, trong đó mt s tiêu chun cho bng tra sn,
như [2-4, 13], mt s tiêu chun cho công thc thc
nghiệm xác đnh Ec theo cường độ chu nén và khi
ng riêng của bê tông, như [6-8, 11-15].
2. Mô đun đàn hồi ca bê tông
2.1 Khái nim
tông không phi vt liệu đàn hồi, quan h
ng sut - biến dng ca tông khi nén phi tuyến,
mi điểm trên đường cong một đun biến dng.
Khó có một định nghĩa chính xác v đun đàn hồi
ca bê tông [16], bt k giá tr nào đưc gán cho
đun đàn hồi đều áp đặt [17]. đun đàn hồi ca
tông th đưc t theo ba cách(i) mô đun
tiếp tuyến ban đầu - là độ dc của đường tiếp tuyến
với đường cong ti gốc, (ii) mô đun cát tuyến - là độ
dc của đường cát tuyến đi qua gốc và cắt đưng
cong ti một điểm được ch đnh (ví d đim ng
sut bng 40% ng sut cực đại) và (iii) mô đun tiếp
tuyến - độ dc của đường tiếp tuyến với đường
cong tại đim ch định, Hình 1.
Hình 1. Khái nim v mô đun đàn hồi ca bê tông
Mt s tiêu chuẩn “áp đặt” lấy theo đun tiếp
tuyến ban đầu, mt s khác “áp đặt” lấy theo mô đun
cát tuyến, với điểm ch đnh trên đường cong là điểm
ng sut bng 25% (Thoman Raeder, 1934,
xem [8]), 40% (ASTM C469, CSA A23.3-14, EC2),
hoc 45% (ACI 318-19, AS 3600:2018) ng sut cc
đại. Tr s ca Ec, mà các tiêu chun cho rng chp
nhận được trong áp dng thực hành được trình bày
t mục 2.2 đến 2.9 sau đây.
2.2 Theo tiêu chun Vit Nam
a) TCVN 5574:2018 [2] tiêu chun Liên bang Nga,
SP 63 13330:2012 [3]
TCVN 5574:2018 [2] tiêu chun quy định các
yêu cu thiết kế kết cu bê tông và bê tông ct thép
ca nhà và công trình vi các chức năng khác nhau,
đưc biên son trên cơ s tham kho tiêu chun ca
Liên bang Nga, SP 63 13330:2012 [3].
Bng 10 trong [2] và bng 6.11 trong [3], được
trình bày lại như bảng 1, cho tr s đun đàn hồi
ban đầu ca tông nng tui 28 ngày ng vi cp
cường độ chu nén B ca tông, trong đó B đưc
định nghĩa cường độ chịu n đặc trưng ca
tông mu lập phương chun, fck,cube (MPa).
KT CU - CÔNG NGH XÂY DNG
22 Tp chí KHCN Xây dng - s 1/2025
Bng 1. Tr s mô đun đàn hồi ban đầu ca bê tông theo tiêu chun Vit Nam và tiêu chun Nga
B
B15
B20
B30
B35
B40
B45
B50
B55
B60
B80
B90
B100
Ec (GPa)
24,0
27,5
32,5
34,5
36,0
37,0
38,0
39,0
39,5
42,0
42,5
43,0
b) TCVN 11823-5:2017 [4] tiêu chun M,
AASHTO [5]
TCVN 11823-5:2017 tiêu chun thiết kế cu
đưng bộ, được biên soạn trên sở tham kho tiêu
chun ca M AASHTO LRFD Bridge Design
Specifications [5]), phn 5 quy đnh cho kết cu
tông.
Theo mc 4.2.4 trong [4], và mc 5.4.2.4 [5]: Khi
không các s liệu đo, mô đun đàn hồi Ec ca các
loi tông t trng trong khong t 1440 đến
2500 kg/m3 cường độ nén đến 105 MPa th ly
như sau:
2 0,33
1
0,0017 MPa
c c ck
E K f
(1)
trong đó: K1 h s hiu chnh ngun ct liệu, đưc
ly bng 1,0 tr khi được xác đnh bng các thí
nghiệm lý, và được phê duyt bởi quan
thm quyn, rc là t trng ca tông (kg/m3), fck
cường độ n quy đnh ca bê tông (MPa).
TCVN 11823-5:2017 [4] không đề cập đến phn
bình lun C5.4.2.4 ca AASHTO [5]. C5.4.2.4 bình
lun rng công thc (1) là theo nghiên cu ca
Greene và Graybeal năm 2013. Vi bê tông nng có
t trng bng 2300 kg/m3 và cường độ chu nén thiết
kế đến 70 MPa tth nh Ec như công thức (3)
trong bài báo này.
2.3 Theo tiêu chun Trung Quc, GB 50010:2010 [6]
Bng 4.1.5 trong [6], được trình bày li như bảng
2, cho tr s đun đàn hồi ca tông nng ng
vi cp cường độ chu nén C ca bê tông, trong đó
C được đnh nghĩa ờng độ chịu nén đặc trưng
ca bê tông mu lập phương chun.
Bng 2. Tr s mô đun đàn hồi ca bê tông theo tiêu chun Trung Quc
C
C15
C20
C25
C30
C35
C40
C45
C50
C55
C60
C65
C70
C75
C80
Ec (GPa)
22,0
25,5
28,0
30,0
31,5
32,5
33,5
34,5
35,5
36,0
36,5
37,0
37,5
38,0
Quan h gia C (hay fck,cube) và Ec trong bng 2
cho phương trình hồi quy để xác định Ec như sau [7]:
5
,
10 MPa
34,7
2,2
c
ck cube
E
f
(2)
trong đó: fck,cube (MPa) là ờng độ chịu nén đặc
trưng của tông mu lập phương chun. GB
50010:2010 không ch Ec được xác đnh theo mô
đun tiếp tuyến ban đầu hay mô đun cát tuyến. Tr s
ca Ec theo tiêu chun Trung Quc nh hơn khoảng
7% đến 11% so vi tr s ca Ec theo tiêu chun Vit
Nam TCVN 5574:2018, tùy theo cp cường độ chu
nén ca bê tông.
Tr s ca Ec trong bng 2 đưc s dng vi hai
lưu ý sau [6]:
- Khi cơ sở kim nghim đáng tin cậy, Ec
th được xác định theo s liu thc tế;
- Khi tông được trn với lượng ln ph gia
khoáng, Ec có th đưc xác định theo s liu thc tế
theo tuổi quy định.
2.4 Theo tiêu chun M, ACI 318-14 [8], ACI 318-
19 [9] báo cáo ACI 363R-10 [10]
Trong khi tiêu chun ACI 318-14 ch gii thiu
công thc thc nghiệm để xác đnh Ec thì ACI 318-
19 cho phép xác định Ec theo hai cách: công thc
thc nghim thí nghim hn hptông đưc s
dng trong d án, c th :
Cách 1: Cho phép tính Ec theo công thc thc
nghim (3) hoc (4) ới đây (Mc 19.2.2.1 trong
[9]). Các công thức này không thay đổi so vi công
thức tương ng trong ACI 318-14 [6]. Mc R19.2.2.1
trong ACI 318-14 [8] bình lun rng tr s Ec theo thí
nghim nm trong khoảng 80 đến 120% ca tr s
tính theo công thc.
Vi tông khối lượng riêng trong khong
1440 đến 2560 kg/m3 , tính Ec theo công thc (3).
1,5
0,043 MPa
c c ck
Ef
(3)
trong đó: rc (kg/m3) khi lượng riêng catông và
fck (MPa) là cường độ chu nén quy đnh ca bê tông
(cường độ đặc trưng của tông mu hình tr chun,
xác sut đm bo an toàn là 99%).
KT CU - CÔNG NGH XÂY DNG
Tp chí KHCN Xây dng - s 1/2025 23
Vi tông nng (normal weight) khi lượng
riêng là 2300 kg/m3, công thc (3) đưc viết li như
sau:
4700 MPa
c ck
Ef
(4)
Vi tông cp cường độ chu nén nh hơn
hoc bng B60 (fck/fck,cube = 50/60 MPa), tr s ca Ec
theo công thc (4) bng 67% đến 83% tr s ca Ec
theo TCVN 5574:2018, cp cường độ càng nh thì
s sai khác càng ln. Vi tông cp cường độ
lớn hơn B60, trị s ca Ec theo công thc (3) bng
85% đến 100% tr s ca Ec theo TCVN 5574:2018,
tuy nhiên theo các bình lun trong [1, 8-10], vi
tông cường độ cao (fck > 55 MPa), các công thc (3,
4) cho tr s Ec t quá giá tr ca nó.
Các bình lun trong mc R19.2.2.1 đi kèm vi
cách xác định Ec bng công thc thc nghim này :
(i) Ec xác định theo công thc (2) và (3) đưc s dng
trong thiết kế nói chung. Công thc này biu din Ec
theo đun cát tuyến, với đường cát tuyến đi qua
gc tọa độ và điểm có ng sut bng 45% ng sut
cực đại. Định nghĩa này khác bit nh so với định
nghĩa trong ASTM C469, trong đó đường cát tuyến
đi qua gốc tọa độ và điểm ng sut bng 40%
cường đ chu nén, (ii) Mô đun đàn hi nhy cm vi
rt nhiu yếu t, bao gm loi ct liu, thành phn
tông, t l cp phi, lc dính gia va và ct liu, và
tui ca bê tông. S nhy cm này cùng vi s thay
đổi vốn có đặc trưng của các vt liu thành phn và
vic kim soát chất lượng khi thi công th dẫn đến
sai khác gia kết qu tính toán và kết qu quan trc
v độ võng, độ lch tng, chu k dao động và các đại
ng khác mà có ph thuc vào Ec. Tham kho ACI
435R để biết thêm thông tin v vic s dng Ec, đặc
biệt khi tính toán độ võng, và (iii) Ec xác định theo
công thc (3) và (4) đã được chng minh là phù hp
vi hu hết các tính toán qua quá trình nhiều năm áp
dng. Tuy nhiên, vi mt s áp dng thì các công
thức này không đủ chính xác. s sai khác ln
gia tr s Ec tính theo công thc tr s xác định
theo thí nghim với tông ờng độ cao (fck > 55
MPa), tông nh hoc các hn hp ng ct
liu thô thp như bê tông tự đầm.
Cách 2: Cho phép ch định Ec da trên thí nghim
hn hp tông được s dng trong d án (Mc
19.2.2.1 trong [9]), phù hp vi c quy đnh: (a) t l
hn hp tông phù hp vi mc 26.4.3 ca ACI
318-19, (b) phi kim soát thí nghiệm để xem Ec
đạt giá tr ch đnh hay không, (c) tui tông thí
nghiệm để xác đnh Ec 28 ngày hoặc đưc ghi
trong h sơ xây dựng. Các bình lun trong mc
R19.2.2.2 đi m vi cách xác đnh Ec bng ch đnh
này là: (i) Cho mi d án, Ec s dng cho thiết kế
th đưc ch định và kim tra bng thí nghim. Các
điu kin thiết kế nhy cm vi tr s ca Ec th
thí nghiệm đảm bo, d: khi độ võng gii hn,
nhà cao tng hoc các kết cấu tương t biến
dng dc trc hoặc độ cng ngang ảnh hưởng đến
đặc trưng kết cu, khi việc xác đnh Ec quan
trọng đối với độ rung động cho phép hoc các đặc
tính động đất, (ii) Trong các trường hp, khi s thay
đổi độ cng không d định được th gây ra nh
ng bt lợi đến thiết kế, ví d cho mt s áp dng
khi tính toán động đất, người thiết kế đủ chng ch
hành ngh th ch đnh mt khong giá tr chp
nhận được cho Ec ti tui ch đnh ca tông. Trong
trường hợp này, chương trình thí nghiệm và tiêu chí
chp thun phải được nêu rõ trong h sơ xây dựng,
(iii) người thiết kế có đủ chng ch hành ngh có th
ch đnh tnghim trong phòng để xác định Ec ti
nhiều độ tui khác nhau, điu này cho thy s phát
trin ca Ec theo thi gian không th kiểm soát được
chính xác.
Tr s ca Ec tính theo công thc (3), (4) và (5)
đưc cho trong bng 3.
Bng 3. Tr s mô đun đàn hồi ca bê tông theo tiêu chun M ACI
fck (MPa)
17
21
28
34
41
55
69
83
Ec (GPa) ACI 318-19, (3) và (4)
19
22
25
27
30
35
39
43
Ec (GPa) ACI 316R-10, (5)
22
24
26
28
32
34
37
Mc 6.3 trong Báo cáo ACI 363R-10 [10], gii
thiu tám ng thc thc nghim ca nhiu nhà
nghiên cu, xác định mô đun đàn hồi Ec ca bê tông
nng theo cường độ chu nén đặc trưng của bê tông
mu hình tr chun, fck, đưc viết li theo các công
thc (5) đến (12) ới đây:
Theo Martinez và cng s, 1982, cho tông
nngfck t 21 đến 83 MPa.
KT CU - CÔNG NGH XÂY DNG
24 Tp chí KHCN Xây dng - s 1/2025
0,5
3320 6900 MPa
c ck
Ef
(5)
trong công thc (5), do việc quy đổi đơn v làm
tròn s, tùy theo tài liu, tha s 3320 có th 3300,
3321, s hng 6900 th 6895. Ngun gc ca
công thc (5) được báo cáo trong [11,12].
Theo Cook, 1989.
5 2,55 0,315
3,385 10 MPa
c c ck
Ef

(6)
Theo Ahmad và Shah, 1985, cho bê tông có fck
< 84 MPa.
5 2,5 0,325
3,385 10 MPa
c c ck
Ef

(7)
Theo Berke và cng s, 1992.
Ec = [32,297(CF) + 71,963(SF) + 3121(LN(tui)) + 12,391] MPa (8)
trong đó: CF và SF lần lượt h s ph thuc vào
loi ct liu và mui silic, LN là logarite t nhiên.
Theo Tomosawa và Noguchi, 1989.
2 1 3
412
3,35 10 2400 60 MPa
c c ck
E k k f

(9)
trong đó: k1 là h s ph thuc vào loi ct liu, = 1,2
cho ct liệu t đá vôi nghin, đá bôxit canxi; =
0,95 cho thch anh nghin, đá bazan nghin; =1,0
cho các loi ct liu thô khác. k2 h s ph thuc
vào ph gia, = 0,95 cho mui silic, xi măng xỉ, mui
tro bay; = 1,1 cho tro bay; =1,0 cho các loi ph gia
khác.
Theo Radain và cng s, 1993.
0,5
14,495 2176 MPa
c ck
Ef
(10)
Theo FIP-CEB, 1990, cho bê tông có fck < 80 MPa.
13
21500 8 10 MPa
c ck
Ef

hoc
13
21500 10 MPa
c cm
Ef
(11)
trong đó: ab h s ph thuc vào loi ct liu, =1,2
cho ct liệu bazan và đá vôi đặc chc, =1,0 cho ct
liu thch anh, =0,9 cho ct liệu đá vôi, =0,7 cho ct
liu t kết (sandstone),
(MPa)
cm
f
là cường độ chu
nén trung bình ca bê tông mu hình tr chun.
Theo NS 3473 (Tiêu chun Nauy 1992), cho bê
tông có 25 MPa < fck < 85 MPa:
0,3
9500 MPa
c ck
Ef
(12)
Theo quan điểm ca y ban ACI 363, vì d liu
thí nghim khá ri rạc nên không mong đợi mức độ
chính xác cao t các công thc (8, 10, 12).
2.5 Theo tiêu chun châu Âu
Tiêu chun châu Âu thế h 1, EN 1992-1-1:2004 [13]
Theo mc 3.1.3 trong [13], cho tông thưng
và bê tông ờng độ cao, (t C12/15 đến C90/105),
mô đun đàn hồi ca bê tông là mô đun đàn hồi trung
bình Ecm, đượcnh gần đúng theo công thc (13).
0,3
22000 10 MPa
cm cm
Ef
(13)
trong đó: Ecm (MPa) là mô đun cát tuyến trung bình,
đưng cát tuyến cắt đường cong ti gtr ng sut
bng
0,4 cm
f
, vi
(MPa)
cm
f
cường độ chu nén
trung bình ca tông mu hình tr chun, vi ct
liu là thch anh.
Tr s đun đàn hồi trên thay đổi khi dùng loi
ct liu khác, với đá vôi Ec gim 10%, vi cát kết Ec
gim 30%, với đá bazan Ec tăng 20%. Công thc (13)
chính công thc (11), nhưng áp dụng đưc cho c
bê tôngfck > 80 MPa.
Tiêu chun châu Âu thế h 2, EN 1992-1-1:2023 [14]
EN 1992-1-1:2023 được y ban tiêu chun a
châu Âu (CEN) thông qua vào 23 tháng 7 năm 2023,
s đưc ban hành thành tiêu chun quc gia Vương
quc Anh mun nhất vào tháng 9 m 2027 và các
tiêu chun quốc gia xung đột s đưc thu hi mun
nhất vào tháng 3 năm 2028. Khoảng thi gian s
dng song song hai phiên bn (thế h 1 và thế h 2)
m m. Trong số 10 thay đổi chính so vi tiêu
chun thế h 1, cường độ ca vt liu s dng trong
tiêu chun thế h 2 được tăng lên, trong đó tông
đến cp cường độ chu nén C100/115.
Theo mc 5.1.4 (1) trong [14], tr s ca Ec nên
đưc ch đnh và/hoặc xác đnh bng thí nghim nếu
kết cu nhy cm vi các sai lch ca Ec đưc tính
theo công thc (14).
Theo mc 5.1.4 (2) trong [14], tr s gần đúng ca
Ec có th tính theo công thc (14).
1/3 MPa
cm E cm
E k f
(14)
Vi tông s dng ct liu thch anh ly
9500
E
k
. Vi các loi ct liu khác thì
E
k
biến thiên
trong khong 5000 đến 13000, và đưc ly theo ph