BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI

Lê Việt Hùng

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG NHẸ CƯỜNG ĐỘ CAO
SỬ DỤNG HẠT VI CẦU RỖNG TỪ TRO BAY (CENOSPHERES)
Chuyên ngành: Kỹ thuật vật liệu
Mã số: 9520309

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ

XÁC NHẬN CỦA TRƯỜNG
TL. HIỆU TRƯỞNG
TRƯỞNG PHÒNG QUẢN LÝ ĐÀO TẠO

PGS.TS. Nguyễn Bình Hà

Hà Nội - Năm 2023


Cơng trình được hồn thành tại: Trường Đại học Xây dựng Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS.TS. Nguyễn Văn Tuấn
Trường Đại học Xây dựng Hà Nội
2. PGS.TS. Lê Trung Thành
Viện Vật liệu xây dựng
Phản biện 1: PGS.TS. Lương Đức Long
Phản biện 2: PGS.TS. Nguyễn Duy Hiếu
Phản biện 3: PGS.TS. Nguyễn Thanh Sang

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp trường họp tại
Trường Đại học Xây dựng Hà Nội.
vào hồi 14 giờ 00, ngày 16 tháng 08 năm 2023

Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Quốc Gia Việt Nam và Thư viện Trường Đại học
Xây dựng Hà Nội.


1
MỞ ĐẦU
1. SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Nghiên cứu phát triển bê tông nhẹ cho các kết cấu chịu lực trong cơng trình đã và đang được tiến
hành ở nhiều nơi trên thế giới. Loại bê tông này vừa đảm bảo cường độ, độ bền như bê tông thông
thường, vừa mang lại nhiều lợi ích như giảm tải trọng cơng trình, giảm kích thước kết cấu, tăng
tính cách âm, cách nhiệt, chống động đất, chống cháy, dễ dàng vận chuyển, thi công, lắp đặt,
v.v…Bê tông sử dụng cho kết cấu chịu lực trong cơng trình ngày càng u cầu cao về cường độ
và độ bền lâu. Bê tông sử dụng cho kết cấu dự ứng lực đòi hỏi chất lượng cao hơn so với bê tông
sử dụng cho kết cấu thông thường, cụ thể cường độ chịu nén thường yêu cầu lớn hơn 40 MPa,
phát triển cường độ nhanh, các chỉ tiêu về chống thấm, hút nước và các chỉ tiêu về độ bền lâu
khác cũng yêu cầu cao hơn so với bê tông thông thường.
Trong khoảng hơn mười năm trở lại đây, sử dụng hạt vi cầu rỗng từ tro bay (Fly Ash CenosphereFAC) cho chế tạo các loại bê tông nhẹ cho xây dựng được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm phát
triển. Sử dụng FAC làm vật liệu nhẹ cho chế tạo bê tông có nhiều ưu điểm như cho cường độ có
thể đạt trên 40 MPa, độ hút nước thấp, tương đương với bê tông thông thường. Loại bê tông nhẹ
này có thể phân loại là bê tông nhẹ cường độ cao với nhiều ưu điểm vượt trội so với loại bê tông
cốt liệu nhẹ truyền thống. Tuy nhiên, việc nghiên cứu và phát triển bê tông nhẹ cường độ cao sử
dụng FAC hiện nay vẫn còn hạn chế trên thế giới, đặc biệt ở Việt Nam. FAC có thể thu hồi được
từ tro bay các nhà máy nhiệt điện đốt than phun tại Việt Nam với tỷ lệ 80-85% trong tổng lượng
tro xỉ phát sinh khoảng 17 triệu tấn/năm (năm 2021). Với hàm lượng FAC trong tro bay trung
bình khoảng 0,3-1,5 % thì tổng lượng FAC về lý thuyết có thể thu hồi được là (32.640-163.200)

tấn/năm.
Trên cơ sở yêu cầu từ thực tiễn và các vấn đề khoa học đặt ra đối với việc phát triển loại bê tông
nhẹ cường độ cao, đề tài lựa chọn hướng nghiên cứu chế tạo bê tông nhẹ sử dụng hạt vi cầu rỗng
từ tro bay nhà máy nhiệt điện tại Việt Nam. Với định hướng đó, đề tài luận án được đề xuất là
“Nghiên cứu chế tạo bê tông nhẹ cường độ cao sử dụng hạt vi cầu rỗng từ tro bay
(cenospheres)”.
2. MỤC ĐÍCH NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu chế tạo bê tông nhẹ cường độ cao sử dụng hạt vi cầu rỗng từ tro bay cho kết cấu bê
tơng chịu lực trong cơng trình xây dựng, đảm bảo cường độ chịu nén lớn hơn 40 MPa, KLTT
không lớn hơn 2000 kg/m3 trên cơ sở các vật liệu sẵn có ở Việt Nam, trong đó tập trung với loại
có KLTT trong khoảng 1300-1600 kg/m3.
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
3.1 Đối tượng nghiên cứu
Loại bê tông nhẹ cường độ cao sử dụng hạt vi cầu rỗng từ tro bay cenosphere (FAC-HSLWC)
với cường độ chịu nén lớn hơn 40 MPa, KLTT không lớn hơn 2000 kg/m3 trên cơ sở các vật liệu
sẵn có ở Việt Nam, trong đó tập trung nghiên cứu tính chất cơ lý, ứng dụng với loại có KLTT
trong khoảng 1300-1600 kg/m3.
3.2 Phạm vi nghiên cứu
✓ Lựa chọn vật liệu và thành phần cấp phối cho bê tông nhẹ cường độ cao sử dụng hạt vi cầu
rỗng từ tro bay (FAC-HSLWC) có cường độ chịu nén lớn hơn 40 MPa, KLTT không lớn hơn
2000 kg/m3 trên cơ sở các vật liệu trong nước. Vật liệu chủ yếu gồm: xi măng poóc lăng (XM)
và phụ gia khoáng (PGK) gồm silica fume (SF) và xỉ hạt lò cao nghiền mịn (GGBFS); Cốt
liệu: cát tự nhiên và hạt vi cầu rỗng từ tro bay (FAC) và các vật liệu khác: phụ gia siêu dẻo,
cốt sợi polypropylene (sợi PP).
✓ Xây dựng mơ hình dự đốn cường độ cho FAC-HSLWC.
✓ Xây dựng phương pháp tính tốn thành phần cấp phới cho FAC-HSLWC.
✓ Tính chất kỹ thuật của FAC-HSLWC: tính chất của hỗn hợp bê tơng, tính cơ lý và độ bền lâu.



2

✓ Ứng xử của cấu kiện tấm sàn bê tông cốt thép sử dụng FAC-HSLWC.
4. CƠ SỞ KHOA HỌC

✓ Việc nghiên cứu chế tạo FAC-HSLWC dựa trên cơ sở lý thuyết về nâng cao về cường độ và
độ bền lâu của bê tông trong đó gồm các nguyên tắc: tối ưu thành phần hạt vật liệu thành phần
để hỗn hợp vật liệu có độ đặc chắc lớn nhất; tăng cường sự đồng nhất trong cấu trúc bê tông
bằng lựa chọn cỡ hạt cốt liệu lớn nhất phù hợp; nâng cao cường độ CKD và vùng chuyển tiếp
giữa đá xi măng và cốt liệu; nâng cao cường độ uốn/kéo, khả năng kháng nứt bằng cớt sợi
phân tán.
✓ Mơ hình dự đốn cường độ nén được xây dựng trên cơ sở quy luật về quan hệ cường độ nén
bê tông với cường độ nén xi măng, tỷ lệ nước/xi măng (N/XM) và các yếu tớ chính của cấp
phới đến cường độ nén. Mơ hình dự đốn cường độ cho FAC-HSLWC được thiết lập qua các
hàm hồi quy khơng tuyến tính từ các kết quả thực nghiệm.
✓ Phương pháp thiết kế cấp phối cho FAC-HSLWC được xây dựng trên cơ sở phương pháp tối
ưu thành phần cỡ hạt các vật liệu thành phần, tỷ lệ chất kết dính/cớt liệu (CKD/CL) tới ưu,
cơng thức tính KLTT của bê tơng dựa trên tỷ lệ FAC thay thế cát, mơ hình dự đốn cường độ
nén theo các thông số thành phần cấp phối bê tông được thiết lập từ kết quả nghiên cứu.
5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Luận án sử dụng phương pháp nghiên cứu sau:
✓ Nghiên cứu lý thuyết: Thu thập các tài liệu kỹ thuật có liên quan để tổng hợp, phân tích và
làm cơ sở cho việc thiết lập chương trình nghiên cứu.
✓ Nghiên cứu thực nghiệm: thực nghiệm theo phương pháp tiêu chuẩn và phương pháp phi tiêu
chuẩn. Phương pháp tiêu chuẩn chủ yếu thực hiện theo các TCVN và một số tiêu chuẩn phổ
biến trên thế giới. Các phương pháp phi tiêu chuẩn sử dụng là các phương pháp được áp dụng
phổ biến cho nghiên cứu trong lĩnh vực vật liệu, bê tơng, kết cấu bê tơng như phương pháp
chụp kính hiển vi điện từ (SEM), phân tích nhiệt vi sai (DTA/TGA), phương pháp xác định
độ lèn chặt của hỗn hợp vật liệu, phương pháp xác định độ nhớt của hỗn hợp vữa xi măng.

6. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI

✓ Đã xây dựng được mơ hình dự báo cường độ nén của FAC-HSLWC có tính đến các yếu tớ
chính ảnh hưởng đến cường độ nén của FAC-HSLWC bao gồm thành phần CKD (thông qua
cường độ CKD), tỷ lệ CKD/cốt liệu, tỷ lệ FAC thay thế cát, Dmax cốt liệu, hàm lượng sợi PP.
✓ Đã xây dựng được phương pháp thiết kế cấp phối FAC-HSLWC đảm bảo mục tiêu là cường
độ nén từ 40-80 MPa và KLTT 1300-2000 kg/m3.
✓ Đã xác định được một sớ tính chất kỹ thuật chủ yếu của FAC-HSLWC ứng dụng cho kết cấu
chịu lực bao gồm: (1) các tính cơng tác của HHBT; (2) các tính chất cơ lý của bê tông (cường
độ nén, cường độ uốn, mô đun đàn hồi, hệ sớ poatxon; và (3) các tính chất độ bền lầu của bê
tông (độ co khô, độ hút nước, chống thấm ion clo, bền sun phát).
✓ Đã đánh giá khả năng làm việc của tấm sàn BTCT dự ứng lực sử dụng FAC-HSLWC với tấm
sàn BTCT sử dụng bê tông thông thường với cùng cấp cường độ nén.
7. BỐ CỤC CỦA LUẬN ÁN

Kết cấu luận án gồm phần Mở đầu, 6 chương, Kết luận chung và kiến nghị, 36 bảng, 97 biểu đồ,
được trình bày trên 150 trang không kể phần phụ lục.


3
1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG NHẸ VÀ BÊ TÔNG NHẸ SỬ DỤNG
CENOSPHERE

1.1

TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG NHẸ KẾT CẤU

1.1.1 Khái niệm và phân loại về bê tông nhẹ

1.1.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng bê tơng nhẹ kết cấu
Đối với bê tông cốt liệu nhẹ có khả năng sử dụng làm kết cấu chịu lực trong công trình, tiêu chuẩn
qui định cường độ nén tới thiểu 17 MPa, trong thực tế bê tông nhẹ thường được sử dụng với loại
có cường độ 21-35 MPa. Các cơng trình như nhà cao tầng, cơng trình cầu đường thường sử dụng
loại bê tông nhẹ cường độ cao (cường độ nén thường trong khoảng 35-41 MPa với KLTT trong
khoảng 1680-1920 kg/m3. Các loại cốt liệu sử dụng cho chế tạo các loại bê tông nhẹ này thường
là cốt liệu nhẹ nhân tạo được chế tạo từ đất sét, đá phiến sét, phiến sét nung phồng nở. Tùy thuộc
vào chất lượng, KLTT của cốt liệu nhẹ, cường độ nén bê tông cốt liệu nhẹ đạt được trong khoảng
20-55 MPa với KLTT trong khoảng 1440-1920 kg/m3, tương ứng với cường độ riêng đạt được
trong khoảng 20-30 kPa/kg.m-3. Đặc điểm của các loại cốt liệu nhẹ nung nở là có cấu trúc xốp
lớn, nên chúng bị có khả năng hút nước lớn (độ hút nước thường 10-25%), điều này làm khó khăn
kiểm sốt tính cơng tác của hỗn hợp bê tơng và tính năng bê tơng như thay đổi KLTT, thay đổi
thể tích của bê tông khi tiếp xúc môi trường ẩm.
1.1.3 Bê tông nhẹ cường độ cao và các ứng dụng của nó
Theo ACI 213-14 thì bê tơng nhẹ cường độ cao (High-Strength Lightweight Concrete- HSLWC)
là loại bê tông nhẹ kết cấu có cường độ lớn hơn 40 MPa.
1.1.4 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng bê tông nhẹ tại Việt Nam
Tại Việt Nam đã có nghiên cứu và ứng dụng các loại bê tông nhẹ phổ biến như bê tông tổ ong,
bê tông cốt liệu rỗng từ keramzit, tro bay, hạt polystyrene. Tuy nhiên, nghiên cứu về sử dụng
FAC cho chế tạo bê tông nhẹ là vấn đề mới tại Việt Nam, hiện nay chưa có nghiên cứu nào thực
hiện. FAC tại Việt Nam có khả năng thu hồi với sớ lượng lớn từ các nhà máy nhiệt điện đớt than.
1.2
1.2.1

BÊ TƠNG NHẸ SỬ DỤNG CENOSPHERE
Giới thiệu về bê tông nhẹ sử dụng cenosphere

Bê tông nhẹ sử dụng hạt vi cầu rỗng từ tro bay (Fly Ash Cenosphere Lightweight Concrete- FAC
LWC) được hiểu là loại bê tông nhẹ sử dụng hệ chất kết dính xi măng và hạt vi cầu rỗng từ tro
bay (FAC) có KLTT nhẹ hơn bê tơng thơng thường.


Hình 1.1 Hạt cenosphere và cấu trúc bê tông chứa cenosphere điển hình
Nghiên cứu mở đầu trong việc sử dụng FAC trong hệ chất kết dính xi măng từ năm 1984, nhưng
phải đến ći thế kỷ 20 thì nghiên cứu FAC vai trị là cớt liệu nhẹ cho bê tơng nhẹ có KLTT thấp,
cường độ thấp, chủ yếu đáp ứng yêu cầu làm vật liệu cách nhiệt. Gần đây một số nghiên cứu đã
chế tạo thành công bê tông nhẹ được gọi là siêu bê tông nhẹ (ULWC) với KLTT 1154-1471
kg/m3, cường độ nén 28 ngày đạt 33,0-69,4 MPa, cường độ uốn 8 MPa, hệ số dẫn nhiệt thông
thường đạt trong khoảng 0,3 đến 0,8 W/m.K, thấp hơn khá nhiều so với bê tông thông thường
khoảng 1,9 W/m.K.


4
1.2.2 Hạt vi cầu rỗng từ tro bay (Cenosphere)
Hạt vi cầu rỗng từ tro bay (FAC) là các hạt hình cầu với thành phần chính là alumo silicat tương
tự như các hạt tro bay. KLTT hạt của chúng thường trong khoảng 0,4-0,9 g/cm3, kích thước hạt
trong khoảng 1-400 m, với các hạt chủ yếu trong khoảng 20-300 m, chiều dày thành vách trong
khoảng 1-18 m. Các hạt FAC có khả năng chớng nén dập và khả năng chớng thấm khí và nước
cao. Chính vì vậy, chúng thích hợp sử dụng cho chế tạo bê tông nhẹ cường để nâng cao cường độ
và giảm KLTT.
Hàm lượng cenosphere trong tro bay khoảng 0,3-1,5 % với ước tính lượng tro xỉ phát sinh hàng
năm khoảng 17 triệu tấn thì tổng lượng cenosphere về lý thuyết có thể thu hồi được là (32.640163.200) tấn/năm. Thành phần hóa học và khống của cenosphere tương tự như các hạt tro bay.
Các hạt FAC chứa khoáng silica vơ định hình có khả năng tạo phản ứng puzolanic tạo khống CS-H trong hệ chất kết dính xi măng nhưng ở mức độ thấp ở nhiệt độ thường, mức độ hoạt tính
này tăng lên với nhiệt độ bảo dưỡng bê tơng.
1.2.3 Một số tính chất của bê tơng nhẹ cenosphere
1.2.3.1 Tính chất của hỗn hợp bê tơng
Có rất ít các nghiên cứu xác định các tính chất của hỗn hợp bê tơng FAC. Tính cơng tác của hỗn
hợp bê tông FAC LWC được xác định qua độ chảy theo phương pháp thử độ chảy của vữa. Độ
chảy của hỗn hợp bê tông FAC LWC thông thường được khống chế trong khoảng 150-220 mm.
Hàm lượng bọt khí trong hỗn hợp bê tông FAC LWC cao hơn so với bê tông thơng thường.
1.2.3.2 Tính chất của bê tơng

1.2.3.2.1 Khới lượng thể tích và cường độ nén
Khới lượng thể tích của bê tông FAC LWC phụ thuộc nhiều vào hàm lượng FAC, tỷ lệ N/CKD
và sự có mặt của cốt liệu lớn và cốt liệu nhỏ, có thể đạt từ 1075-2000 kg/m3. Với KLTT bê tông
FAC LWC nhỏ hơn 1600 kg/m3, hầu hết các nghiên cứu về bê tông FAC LWC không sử dụng
cớt liệu khác ngồi FAC. Các tính chất về cường độ và cường độ riêng của bê tông FAC LWC
hiện nay đạt được khá tốt phổ biến từ 30-68 MPa và 40-47 kPa/kg.m-3 tương ứng.
1.2.3.2.2 Cường độ uốn và cường độ uốn/kéo
Tương tự như bê tông cốt liệu nhẹ khác, bê tông FAC LWC có cường độ chịu uốn và kéo khá
thấp so với cường độ nén của nó (thể hiện tính giịn của bê tơng). Chính vì vậy, các nghiên cứu
về FAC LWC thường sử dụng cốt sợi như PVA, PE, PP để cải thiện khả năng kháng uốn của bê
tông. Cường độ uốn bê tông FAC khi sử dụng kết hợp cốt sợi của một số nghiên cứu chủ yếu
trong khoảng 5-8 MPa với KLTT 1200-1900 kg/m3.
1.2.3.2.3 Mô đun đàn hồi
Mô đun đàn hồi của bê tông phụ thuộc chủ yếu vào cường độ và KLTT của chúng. Do KLTT
thấp, nên giống tự như các loại bê tông nhẹ khác, bê tông FAC có mô đun đàn hồi thấp so với
cường độ nén của nó và giảm tỷ lệ với KLTT của chúng. Với cường độ nén trong khoảng 33-69,4
MPa, cho mô đun đàn hồi trong khoảng 10,4-17,0 GPa.
1.2.3.2.4 Độ bền lâu
Khả năng chống thấm của bê tông FAC LWC chưa được nghiên cứu rõ ràng. Đã có nghiên cứu
chỉ ra các hạt FAC có độ hấp thụ nước lớn hơn cát gấp 18 lần, nhưng độ hút nước chênh lệch
không lớn trong khi tốc độ thấm nước lại lớn hơn bê tông thông thường. Khả năng thấm nước
hay chất lỏng, khí là yếu tớ quan trọng liên quan đến độ bền lâu của bê tông trong mơi trường
xâm thực. Chính vì vây, cần phải có các nghiên cứu chuyên sâu để làm rõ tính chất này đới với
bê tơng FAC LWC.
1.2.3.2.5 Co ngót
Cho đến nay, vẫn cịn rất ít nghiên cứu về co ngót của FAC LWC, trong khi FAC LWC là hệ chất
kết dính xi măng với hàm lượng xi măng lớn và không sử dụng bộ khung cốt liệu đặc chắc như
bê tông thông thường, do vậy co ngót của FAC LWC sẽ lớn hơn bê tông thông thường.



5
2

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ LỰA CHỌN VẬT LIỆU, XÂY DỰNG MƠ HÌNH
CƯỜNG ĐỘ NÉN VÀ THIẾT KẾ CẤP PHỐI CHO FAC-HSLWC

Không giống như bê tông thông thường, kể cả bê tông cốt liệu nhẹ phổ biến hiện nay như
keramzit, cốt liệu nhẹ tự nhiên, cốt liệu lớn thường không được sử dụng cho bê tông nhẹ cường
độ cao sử dụng FAC (FAC-HSLWC) để đảm bảo KLTT thấp, cũng như giảm khả năng bị phân
tầng. Chính các đặc điểm này dẫn đến một số vấn đề cần giải quyết với thành phần cấp phối của
bê tông FAC-HSLWC:
1) Diện tích bề mặt của hệ lớn dẫn đến tăng lượng nước trộn và tỷ lệ N/CKD:
Đưa một lượng lớn các hạt vi cầu rỗng FAC vào hỗn hợp bê tông để đạt được KLTT của bê tông
đặt ra sẽ kèm theo làm tăng đáng kể diện tích tiếp xúc các pha trong hệ, điều này làm giảm tính
linh động của hỗn hợp bê tông, dẫn đến giảm chất lượng sản phẩm được chế tạo. Ngoài ra, do độ
hấp thụ nước của các FAC cũng lớn hơn cát nên điều này cũng góp phần làm tăng lượng nước
nhào trộn.
2) Vùng chuyển tiếp và bám dính yếu giữa đá xi măng và các hạt FAC
Các hạt vi cầu với đặc tính bề mặt nhám thấp, do vậy dẫn đến độ bám dính giữa bề mặt vi cầu và
đá xi măng thấp. Điều này làm giảm tính liên kết trong vi cấu trúc bê tông dẫn đến ảnh hưởng
cường độ và độ bền của bê tơng.
3) Bê tơng có tính giịn và độ co ngót lớn, dễ nứt
Để đảm bảo cường độ và độ bền lâu của bê tơng thì cần thiết phải sử dụng hàm lượng xi măng
lớn, đi kèm với tỷ lệ N/X thấp. Với hàm lượng xi măng cao và tỷ lệ N/X thấp sẽ nhiều khả năng
gây ra các nội ứng suất, vượt quá khả năng chịu kéo của bê tơng. Ngồi ra, do FAC-HSLWC
khơng có bộ khung cớt liệu đặc chắc như bê tông thông thường và hàm lượng đá xi măng cao.
Các đặc tính này cũng làm tăng tính giịn của FAC- HSLWC.
4) Chưa có phương pháp thiết kế cấp phối thống nhất cho bê tông sử dụng FAC
Do bê tông FAC-HSLWC không chứa cốt liệu lớn nên không thể áp dụng phương pháp thiết kế
cấp phối bê tông sử dụng các loại cốt liệu nhẹ phổ biến như ACI 211.2 hay CEB/FIP. Để xây

dựng phương pháp thiết kế cấp phối bê tông FAC-HSLWC cần thiết phải xác định các yếu tớ ảnh
hưởng đến tính năng của bê tơng, trong đó hai tính năng cơ bản là cường độ và KLTT của FACHSLWC. Các nội dung dưới đây trình bày các cơ sở khoa học để giải quyết các vấn đề nêu trên.
2.1

CƠ SỞ KHOA HỌC LỰA CHỌN VẬT LIỆU CHO FAC-HSLWC

2.1.1 Cơ sở khoa học lựa chọn cốt liệu cho FAC-HSLWC
Để hạn chế phân tầng của hỗn hợp bê tông một số nguyên tắc đã được chỉ ra: (1) tăng độ lèn chặt
cho hỗn hợp cốt liệu làm giảm sự phân tầng; (2) hệ cốt liệu có cấp phới liên tục sẽ ít bị phân tầng
hơn so với hệ cấp phới gián đoạn; (3) Giảm kích thước lớn nhất của cốt liệu sẽ giảm phân tầng
hơn so với hệ có cùng phân bố cỡ hạt nhưng sử dụng cốt liệu có Dmax lớn hơn; (4) Tăng tỷ lệ các
hạt nhỏ trong hệ làm giảm mức độ phân tầng; (5) giảm chênh lệch KLTT của các loại cốt liệu
làm giảm mức độ phân tầng. Theo các nguyên tắc đó, cốt liệu cho bê tông FAC-HSLWC được
lựa chọn loại và cỡ hạt để đảm bảo độ lèn chặt lớn, cốt liệu Dmax nhỏ, tăng tỷ lệ các hạt mịn và sử
dụng các loại vật liệu ít chênh lệch về KLTT. Các hạt FAC có kích thước chủ yếu trong khoảng
45-250 m, do vậy trong nghiên cứu này cốt liệu cho FAC-HSLWC được lựa chọn gồm FAC kết
hợp cốt liệu dạng cát tự nhiên với kích thước hạt lớn nhất đến 5,0 mm để đảm bảo dải hạt liên
tục, hạn chế sự phân tầng.
2.1.2 Cơ sở khoa học sử dụng PGK cho FAC-HSLWC
PGK trong nghiên cứu này được sử dụng đề tăng bám dính và cải thiện đặc chắc cho vùng ITZ
giữa các hạt FAC và đá xi măng của FAC-HSLWC. Trong nghiên cứu này, PGK trong thành
phần CKD cho hệ FAC-HSLWC được định hướng là SF và GGBFS với kích cỡ hạt từ mịn đến
siêu mịn. Các hạt PGK này cùng với xi măng có khả năng điền vào lỗ rỗng tạo ra bởi các hạt có


6

kích thước lớn hơn là cát và các hạt FAC với kích thước hạt trung bình khoảng 100-120 m để
tạo ra cấu trúc đặc chắc cho bê tông.
2.1.3 Cơ sở khoa học dùng cốt sợi phân tán polypropylene

Sợi polypropylene (PP) là loại sợi được dùng phổ biến cho bê tông. Bê tông sử dụng sợi PP được
đánh giá là cải thiện khả năng kháng nứt của bê tông do kiểm sốt sự lan truyền vết nứt trong cấu
trúc bê tơng. Các sợi PP trong bê tơng có vai trị như cầu nới các vết nứt được hình thành khi bê
tơng chịu tác động tải trọng, do đó ngăn cản việc phát triển vết nứt. Ngoài ra, sử dụng sợi PP cũng
được chỉ ra biện pháp hữu hiệu để giảm co ngót của bê tơng.
2.2

CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG MƠ HÌNH DỰ ĐỐN CƯỜNG ĐỘ NÉN CHO FACHSLWC

2.2.1 Một số mơ hình dự đốn cường độ bê tơng
Nhiều mơ hình dự đốn cường độ nén của bê tơng đã được phát triển. Đầu tiên có thể kể đến là
mơ hình của Feret (1892). Mơ hình cường độ bê tơng này sau đó được nhiều nhà nghiên cứu phát
triển như Abrams (1919), Bolomey (1935), De Larrard (1993), Popovics (1965). Bolomey (1935)
đơn giản cơng thức của Feret dưới dạng mơ hình tuyến tính:
c
f′c = 24,6 [ − 0,5]
w

(2.1)

Mơ hình của De Larrard (1993) có tính đến nhiều yếu tớ ảnh hưởng đến cường độ bê tông như
ảnh hưởng của đá xi măng (thông qua cường độ nén của đá xi măng fcp) và cốt liệu trong bê tông
(thông qua MPT):
f′c = fcp × MPT −r

(2.2)

Có thể thấy mơ hình dự đốn cường độ của de Larrard khá tồn diện khi đã tính đến ảnh hưởng
của tính chất của: đá xi măng (thơng qua cường độ và thành phần của đá xi xăng dựa trên cơng
thức của Feret); thể tích và Dmax cớt liệu (thông qua thông số MPT). Với hệ FAC-HSLWC, khi

áp dụng mơ hình dự đốn cường độ của de Larrard, khi đó cốt liệu sẽ là hỗn hợp của FAC và cát,
Dmax cốt liệu sẽ là Dmax của cát, CKD là hệ đa cấu tử gồm xi măng OPC và PGK. Các yếu tố này
sẽ ảnh hưởng đến các hệ sớ trong mơ hình dự đốn cường độ của bê tơng.
2.2.2 Một số mơ hình dự đốn cường độ với bê tơng cốt liệu nhẹ
Một sớ mơ hình dự đốn cường độ nén của bê tông cốt liệu nhẹ (LWAC) đã được đề xuất như
của CEB/FIB (1983), các mơ hình khác cũng đã được phát triển trên cơ sở cải tiến công thức của
CEB/FIB hoặc dưới dạng hàm logarit của cường độ cớt liệu nhẹ và vữa. Nhìn chung, các mơ hình
dự đốn cường độ cho LWAC hiện này đã tính đến ảnh hưởng của nhiều yếu tớ như tỷ lệ N/X,
cường độ nén của xi măng hoặc vữa, KLTT LWA, cường độ nén dập LWA, thể tích của LWA.
Tuy nhiên, việc áp dụng các mơ hình dự đốn cường độ với hệ FAC-HSLWC là khó khăn do việc
xác định cường độ nén dập xi lanh của các hạt kích thước nhỏ như hạt FAC.
2.2.3 Hướng đề xuất xây dựng mơ hình dự đốn cường độ nén cho hệ FAC-HSLWC đề xuất
Mơ hình dự đốn cường độ cho FAC-HSLWC đề xuất dựa trên các yếu tớ chính ảnh hưởng đến
cường độ bê tông là cường độ đá CKD, hàm lượng CKD, loại và hàm lượng cốt liệu (cát và FAC),
loại và hàm lượng cốt sợi phân tán. Cường độ nén 28 ngày (R28) của FAC-HSLWC là hàm của
các yếu tố vừa nêu. Việc định lượng các yếu tố ảnh hưởng đến R28 của FAC-HSLWC được thiết
lập dựa theo một số cơng thức dự đốn cường độ bê tơng như đã nêu ở phần tổng quan ở trên.
Chi tiết về xây dựng mơ hình dự đốn cường độ nén cho FAC-HSLWC được trình bày ở Chương
4.
2.3

CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI
CHO FAC-HSLWC

2.3.1 Các phương pháp thiết kế cấp phối bê tông và bê tơng nhẹ
Đới với hệ FAC-HSLWC do đặc tính khác biệt của các hạt FAC so với hạt cát nhẹ và cấp phối
không sử dụng cốt liệu lớn nên không thể sử dụng các phương pháp thiết kế cấp phối bê tông nhẹ
thông thường như phương pháp ACI 211.2-98 (2004). Các phương pháp thiết kế cấp phối đối với



7

bê tơng tính năng cao hiện nay cơ bản dựa trên cơ sở lựa chọn sử dụng loại vật liệu phù hợp và
tối ưu hóa thành phần cỡ hạt. Với hỗn hợp bê tông có cùng tỷ lệ N/CKD, nếu tăng độ lèn chặt
hỗn hợp vật liệu sẽ làm tăng lượng nước tự do trong hệ, cịn đới với hỗn hợp bê tơng có cùng hàm
lượng hồ chất kết dính, nếu độ lèn chặt của cốt liệu lớn sẽ làm tăng lượng hồ dư thừa trong hệ.
Một số phương pháp thiết kế cấp phối cho LWAC đã thiết lập trên cơ sở này. Với cách tiếp cận
này, cấp phối bê tông được thiết kế sẽ có tỷ lệ N/CKD và độ lèn chặt tốt, giảm thiểu độ rỗng giữa
các cấp hạt qua đó tăng đặc chắc cấu trúc cho hệ LWAC.
2.3.2 Hướng đề xuất xây dựng phương pháp thiết kế cấp phối cho FAC-HSLWC đề xuất
Hướng xây dựng phương pháp thiết kế cấp phối cho FAC-HSLWC đảm bảo hai yếu tố là cường
độ nén và KLTT của bê tông trên cơ sở sau. Nguyên tắc thiết kế cấp phối FAC-HSLWC dựa trên
tối ưu thành phần CKD bao gồm xi măng, SF, GGBFS trên cơ sở thực nghiệm theo phương pháp
lèn chặt nén hoặc tính tốn từ mơ hình lèn chặt nén của De Larrard; Xây dựng mối quan hệ giữa
tỷ lệ CKD/CL và tính cơng tác, cường độ nén; Thiết lập mối quan hệ giữa cường độ nén với các
yếu tớ ảnh hưởng chính như tỷ lệ N/CKD, tỷ lệ CKD/CL, tỷ lệ FAC/CL; Thiết lập mối quan hệ
giữa KLTT của bê tông nhẹ, bê tông 100% cốt liệu cát để tính ra lượng cớt liệu nhẹ thay thế cớt
liệu cát.
3
3.1

CHƯƠNG 3 VẬT LIỆU SỬ DỤNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU

3.1.1 Xi măng
Xi măng sử dụng trong nghiên cứu là xi măng poóc lăng PC50 Nghi Sơn, với cỡ hạt trung bình
15 m.
3.1.2 Silica fume
Silica fume (SF) sử dụng trong nghiên cứu là sản phẩm microsilica dạng rời khơng nén, với cỡ
hạt trung bình 0,151 m.

3.1.3 Xỉ hạt lò cao nghiền mịn
Xỉ hạt lò cao nghiền mịn (GGBFS) sử dụng cho nghiên cứu là loại S95, dải hạt chủ yếu trong
khoảng 1-45 m, cỡ hạt trung bình 7,8 m.
3.1.4 Cenosphere
Đề tài sử dụng cenosphere (FAC) được tuyển từ tro bay của nhà máy nhiệt điện Phả Lại 2. FAC
sử dụng có dải hạt trong khoảng 10-300 m, nhưng tập trung chủ yếu trong khoảng 45-250 m,
kích thước hạt trung bình 117 m.

Hình 3.1 Mẫu cenosphere và hình dạng của nó qua chụp SEM
3.1.5 Cốt liệu cát
Cốt liệu sử dụng cho nghiên cứu là cát sông, loại cát dùng cho bê tông. Cát được phân ra thành
các loại theo cỡ hạt lớn nhất (Dmax) là 0,315, 0,63, 1,25, 2,5 và 5,0 mm bằng sàng.
3.1.6 Phụ gia siêu dẻo
Phụ gia hóa học được sử dụng cho các mẫu thí nghiệm là phụ gia siêu dẻo ViscoCrete 3000-20
của hãng Sika. Khả năng giảm nước 36,5%.
3.1.7 Sợi Polypropylene (sợi PP)
Sợi polypropylene (PP) là loại sợi không thấm nước, bền kiềm và muối clorua. Loại sợi sử dụng
trong nghiên cứu là sợi chiều dài 12-18 mm, sợi đơn (monofilament).


8
3.1.8 Nước trộn
Nước dùng để trộn bê tông trong đề tài là nước máy sinh hoạt của thành phố Hà Nội. Nước trộn
thỏa mãn yêu cầu theo tiêu chuẩn TCVN 4506:2012 “Nước trộn bê tông và vữa -Yêu cầu kỹ
thuật”.
PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

3.2

3.2.1 Các phương pháp thí nghiệm theo tiêu chuẩn

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.
3.2.1.1 Thí nghiệm khả năng chịu tải của cấu kiện BTCT FAC-HSLWC
Cấu kiện BTCT đúc sẵn sử dụng FAC-HSLWC được thí nghiệm khả năng chịu tải theo TCVN
9347:2012 nhưng sử dụng phương pháp gia tải liên tục bằng kích thủy lực.
3.2.2 Các phương pháp thí nghiệm phi tiêu chuẩn
Sử dụng các phương pháp phân tích hóa lý hiện đại như XRD, XRF, nhiễu xạ laze, chụp kính
hiển vi điện tử (SEM); Độ nhớt của HHBT được xác định bằng nhớt kế; phương pháp phân tích
nhiệt vi sai TGA xác định hàm lượng CH; Độ lèn chặt của hỗn hợp FAC-HSLWC được xác định
thơng qua mơ hình lèn chặt dạng nén (Compressive Packing Model - CPM) của De Larrard (1999)
và kiểm chứng với xác định theo phương pháp thực nghiệm bằng rung+ép với áp lực 10 kPa.
3.2.2.1 Phương pháp trộn bê tông
Máy trộn sử dụng trong nghiên cứu là máy trộn hành tinh loại 5 L, 20 L và máy trộn trục ngang
60 L.
3.2.2.2 Phương pháp bảo dưỡng bê tông
Các chế độ bảo dưỡng các mẫu FAC-HSLWC sử dụng bao gồm: (1) chế độ bảo dưỡng tiêu chuẩn;
(2) Chế độ bảo dưỡng nhiệt ẩm ở 70 oC, 90 oC và autoclave ở 210 oC.
4
4.1

CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN THÀNH PHẦN CẤP PHỐI CHO FACHSLWC
NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN THÀNH PHẦN CKD PHÙ HỢP CHO FAC-HSLWC

4.1.1 Lựa chọn thành phần CKD theo độ lèn chặt tối ưu
Đầu tiên, thành phần CKD gồm XM, SF, GGBFS được lựa chọn dựa theo độ lèn chặt tới ưu của
CKD. Kết quả tính tốn độ lèn chặt (packing density - PD) của CKD với loại và tỷ lệ PGK khác
nhau thể hiện trong Hình 4.1 cho thấy độ lèn chặt của CKD chủ yếu phụ thuộc vào tỷ lệ SF, đạt
giá trị cao nhất là 0,767 với tỷ lệ SF là 30% và XM là 70% theo thể tích, tương ứng với tỷ lệ của
SF và XM theo khối lượng là 23,3% và 76,7%. Khi tăng SF lên trên 30% thì độ lèn chặt của CKD

giảm.

Hình 4.1 Độ lèn chặt của CKD bao gồm xi măng và
PGK với loại và tỷ lệ khác nhau

Hình 4.2 Bề mặt biều diễn vav biều đồ đường
đồng mức độ lèn chặt với hệ CKD 3 cấu tử
(XM-SF-GGBFS)


9
4.1.2 Lựa chọn thành phần CKD theo phương pháp tối ưu tính cơng tác và cường độ nén
Từ thành phần CKD tới ưu theo phương pháp tính tốn lý thuyết độ lèn chặt, thành phần hợp lý
của CKD được lựa chọn trên cơ sở đảm bảo tới ưu tính cơng tác và cường độ nén của CKD là lớn
nhất theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm.
Bảng 4.1 Cấp phối và kết quả thí nghiệm CKD theo mơ hình thiết kế tới ưu D
Thành phần CKD (% wt)
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

13
14
15
16

Design-Expert® Software
Component Coding: Actual
Độ chảy vữa (mm)

OPC

SF

0,90
0,90
0,85
0,75
0,70
0,70
0,64
0,60
0,51
0,51
0,46
0,45
0,30
0,30
0,30
0,30


0,00
0,00
0,15
0,10
0,30
0,30
0,00
0,15
0,00
0,00
0,30
0,16
0,30
0,30
0,10
0,10

Vữa CKD
Tỷ lệ cát/CKD
PGSD
Độ chảy
GGBFS
(theo KL)
(%wt CKD)
(mm)
0,10
3,0
0,44
198
0,10

3,0
0,44
195
0,00
3,0
0,44
180
0,15
3,0
0,44
188
0,00
3,0
0,44
148
0,00
3,0
0,44
145
0,36
3,0
0,44
195
0,25
3,0
0,44
182
0,49
3,0
0,44

215
0,49
3,0
0,44
216
0,24
3,0
0,44
162
0,39
3,0
0,44
185
0,40
3,0
0,44
168
0,40
3,0
0,44
166
0,60
3,0
0,44
212
0,60
3,0
0,44
210


Design-Expert® Software

Component Coding: Actual
Rn28 (MPa)

Design points above predicted value

Design points below predicted value
216

R28
(MPa)
58,9
59,2
65,6
61,8
68,3
68,9
57,6
61,4
56,4
55,9
64,4
61,52
60,3
60,6
55,75
54,7

a) Tính cơng tác của vữa CKD

Từ kết quả thí nghiệm như nêu trong Bảng 4.1, thông qua ứng dụng D-Optimal thu được mơ hình
thực nghiệm dạng bậc 2 cho tính cơng tác của CKD như sau:
Độ chảy = 194,6*A +19,4*B + 227,0*C + 112,1*AB -47,0*AC + 113*BC

Design points above predicted value
145

R3
(MPa)
37,5
37,4
42,2
36,8
44,5
44,6
34,7
35,7
27,2
26,8
39,0
35,3
35,8
35,5
26,5
26,4

Design points below predicted value

54.25


65.9

220

66

X1 = A: OPC

X1 = A: OPC

X2 = B: SF

64

X2 = B: SF

X3 = C: GGBFS

X3 = C: GGBFS

62
60

180

Rn28 (MPa)

Độ chảy vữa (mm)

200


160

58
56
54
52

140

A (1)

A (1)

B (0)

B (0)
C (0.7)

C (0.7)
C (0)

C (0)

A (0.3)

A (0.3)
B (0.7)

Hình 4.3 Bề mặt biểu diễn và đường đồng mức

mơ hình tính cơng tác của CKD

B (0.7)

Hình 4.4 Bề mặt biểu diễn và đường đồng
mức mơ hình quan hệ giữa R28 và thành phần
của CKD
Từ bề mặt biểu diễn và đường đồng mức trên Hình 4.3 từ mơ hình thực nghiệm cho thấy khi tăng
hàm lượng SF từ 0 đến 30% thì tính cơng tác của vữa CKD giảm đáng kể từ khoảng 200 mm
x́ng cịn dưới 160 mm. Khi CKD chỉ gồm OPC và SF, tồn tại giá trị lớn nhất hàm lượng SF để
đảm bảo tính cơng tác hỗn hợp vữa 180 mm trở lên, giá trị này tính từ mơ hình thực nghiệm
khoảng 12,5%. Khi kết hợp SF với GGBFS thì tính cơng tác của CKD được cải thiện hơn.
b) Cường độ nén của CKD
Từ kết quả thí nghiệm như nêu trong Bảng 4.1, thông qua ứng dụng D-Optimal thu được mơ hình
thực nghiệm cho cường độ nén ở ngày 28 ngày như sau:
R28 = 59*A + 56,8*B + 50,1*C + 32,4*AB + 12,5*AC + 30,8*BC
Kết quả thể hiện trên Hình 4.4 cho thấy cường độ nén của CKD tăng khi hàm lượng SF
tăng từ 0 đến 30%. Tuy nhiên mức độ tăng cường độ nén CKD có xu hướng không tăng khi tăng


10

hàm lượng SF lên trên khoảng 20%. Ngược lại với sự có mặt của SF, tăng hàm lượng của GGBFS
từ 0 đến 60% làm giảm cường độ tuổi sớm của CKD, nhưng đến tuổi 28 ngày thì tồn tại một tỷ
lệ GGBFS tối ưu (khoảng 36%) để cường độ R28 của CKD đạt giá trị lớn nhất, sau đó cường độ
của CKD giảm khi tăng hàm lượng GGBFS. Kết quả này cũng tương đồng với kết quả thí nghiệm
sự phụ thuộc độ lèn chặt của hỗn hợp CKD theo các thành phần vật liệu là SF và GGBFS như đã
nêu ở mục trên.
c) Tối ưu hóa thành phần CKD chứa OPC-SF-GGBFS
Hai thành phần CKD được lựa chọn là thành phần cơ sở để khảo sát các tính chất của FACHSLWC:

1) Hệ CKD gồm XM-SF: tỷ lệ XM/CKD = 90%; SF/CKD = 10% (các tỷ lệ tính theo khới
lượng);
2) Hệ CKD gồm XM-SF-GGBFS: XM/CKD = 54%; SF/CKD = 10%; GGBFS/CKD = 36%
(các tỷ lệ tính theo khới lượng).
4.2

THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI CHO FAC-HSLWC

4.2.1 Lựa chọn kích thước hạt cốt liệu cát cho FAC-HSLWC
Ảnh hưởng của Dmax của cát được đánh giá thơng qua tính cơng tác của HHBT, tính phân tầng và
cường độ nén của các cấp phối FAC-HSLWC với tỷ lệ N/CKD=0,5, 0,4, 0,3 và tỷ lệ
CKD/CL=0,667 và tỷ lệ FAC/CL=0,5 theo thể tích. Từ kết quả thí nghiệm cho thấy, hàm lượng
PGSD cần thiết để đảm bảo tính cơng tác của hỗn hợp bê tơng 180-200 mm tăng dần khi Dmax
của cốt liệu giảm dần từ 5 mm đến 0,315 mm. Kết quả thí nghiệm xác định độ phân tầng của
HHBT như thể hiện trên Hình 4.5 cho thấy khi Dmax cốt tăng từ 0,315 mm đến 5 mm thì độ phân
tầng của HHBT tăng rất rõ ràng, mức độ phân tầng trong khoảng (1,35-7,29)%, (3,26-10,67)%,
(6,22-18,21)% tương ứng với nhóm cấp phối có tỷ lệ N/CKD=0,3, 0,4 và 0,5. Trên cơ sở các kết
quả nghiên cứu về ảnh hưởng của Dmax cớt liệu cát đến tính cơng tác, độ phân tầng và cường độ
của FAC-HSLWC, đề tài này chọn cốt liệu cát có Dmax=0,63 mm để làm cớt liệu cơ sở cho nghiên
cứu các tính chất của FAC-HSLWC.

Hình 4.5 Ảnh hưởng của Dmax cớt
liệu đến độ phân tầng của HHBT

Hình 4.6 Ảnh hưởng Dmax cớt liệu
đến R28 của FAC-HSLWC

4.2.2 Lựa chọn tỷ lệ cốt liệu/CKD cho FAC-HSLWC
Trên cơ sở thành phần CKD hợp lý đã được nghiên cứu lựa chọn ở phần 4.1 với CKD lựa chọn
có thành phần là 90% XM và 10% SF, nghiên cứu tiếp tục thực hiện để tối ưu tỷ lệ của hỗn hợp

vật liệu cho chế tạo FAC-HSLWC gồm ba thành phần là cát, FAC và CKD. Để tối ưu thành phần
hạt của hỗn hợp này, đề tài sử dụng phương pháp thực nghiệm xác định độ lèn chặt hỗn hợp vật
liệu theo phương pháp đề xuất bởi De Larrard. Đây là phương pháp xác định độ lèn chặt hỗn hợp
vật liệu hạt ở trạng thái khơ có tính đến ảnh hưởng của áp lực nén.
4.2.2.1 Lựa chọn tỷ lệ cốt liệu và CKD theo phương pháp độ lèn chặt tối ưu
Từ các kết quả thí nghiệm như trong

Bảng 4.2, mơ hình dạng hàm bậc hai của độ lèn chặt hỗn hợp CKD-CL cho chế tạo FAC-HSLWC
được biểu diễn như sau:
PD = 0,63*Cát+ 0,66*FAC + 0,58*CKD + 0,65*Cát*CKD+ 0,54*FAC*CKD


11

Bảng 4.2 Cấp phới và kết quả thí nghiệm theo mơ hình thiết kế tới ưu D-Optimal
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

15
16

0
0,75
0,5
0,1875
0,5
0
1
0,6875
0
0
0,4375
0
1
0,5
0,5
0,1875

B (FAC)
1
0
0
0,5625
0
0,75
0
0,1875
1

0,5
0,1875
0,5
0
0,5
0,5
0,6875

Bề mặt biểu diễn

Component Coding: Actual
PD

A (Cát)

Hàm mục
tiêu:
Độ lèn chặt
(PD)
0,667
0,742
0,767
0,751
0,764
0,748
0,639
0,698
0,667
0,758
0,776

0,753
0,636
0,659
0,652
0,695

Design-Expert® Software

0.8

Design points above predicted value

C (CKD)

Design points below predicted value

0.636

0
0,25
0,5
0,25
0,5
0,25
0
0,125
0
0,5
0,375
0,5

0
0
0
0,125

X1 = A: Cát
X2 = B: FAC
X3 = C: CKD

0.776

0.75
0.7

PD

Biến đầu vào:

0.65
0.6

A (1)

B (0)
C (1)

C (0)
A (0)
B (1)
A: Cát

1

Design-Expert® Software
Component Coding: Actual

0.642

PD

Design Points

0.636

0.776

X1 = A: Cát

X2 = B: FAC

0.66

X3 = C: CKD

0

2

2

0.68 0.7

0.72

0

0.74
0.76

0.76
2

1
B: FAC

2

0

PD

1
C: CKD

Sử dụng công cụ tối ưu hóa của phần mềm Design-Expert để tìm tới ưu thành phần Cát, FAC và
CKD cho FAC-HSLWC trên cơ sở độ lèn chặt lớn nhất. Với hệ cớt liệu gồm cát+FAC thì tỷ lệ
Cát:FAC:CKD=0,20:0,39:0,41; với hệ cớt liệu chỉ gồm FAC thì tỷ lệ FAC:CKD=0,60:0,40. Hai
thành phần vật liệu được lựa chọn là thành phần cơ sở để khảo sát các tính chất của FAC-HSLWC,
quy đổi ra các thông số Cát/CL, FAC/CL và CKD/CL như sau:
1) Hệ FAC-HSLWC có cớt liệu chỉ gồm FAC: FAC/CL = 1, tỷ lệ CKD/CL = 0,667 (tính
theo thể thể tích);
2) Hệ FAC-HSLWC có cớt liệu gồm Cát và FAC: tỷ lệ Cát/CL = 0,333, tỷ lệ FAC/CL =

0,667; tỷ lệ CKD/CL= 0,667 (tính theo thể tích);
4.2.3 Nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ CKD và cốt liệu theo phương pháp đúc mẫu
Để khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng CKD đến tính cơng tác và cường độ nén của FACHSLWC, đề tài nghiên cứu khảo sát hàm lượng CKD với chất kết dính có cùng tỷ lệ N/CKD (cớ
định thành phần của CKD). Như vậy, với mỗi CKD có tỷ lệ N/CKD xác định, ảnh hưởng của
thành phần vật liệu đến tính chất của bê tơng chủ yếu phụ thuộc vào 3 biến tỷ lệ Cát/VLK,
FAC/VLK và CKD/VLK, trong đó VLK bao gồm CKD, cát và FAC.
Mơ hình cường độ nén của FAC-HSLWC được thiết lập dưới dạng hàm bậc 2 được xây dựng
dựa trên một kế hoạch thực nghiệm. Từ bề mặt biểu diễn ảnh hưởng của 3 thành phần và đồ thị
thể hiện sự ảnh hưởng của hai thành phần đến cường độ nén R28 trong Hình 4.7a, b, c tương ứng
với nhóm cấp phới có tỷ lệ N/CKD=0,5, 0,4 và 0,3 có thể thấy R28 chịu ảnh hưởng nhiều nhất của
tỷ lệ CKD/VLK. Khi tỷ lệ CKD/VLK tăng từ 0,25 đến 0,5 thì cường độ R28 có xu hướng tăng
đến một giá trị nhất định sau đó giảm. Căn cứ và kết quả thí nghiệm và mơ hình thực nghiệm của
R28 thì với mỗi nhóm cấp phới với tỷ lệ N/CKD khác nhau tồn tại một giá trị của hàm lượng hồ
CKD để R28 của bê tông đạt giá trị lớn nhất, khi lượng hồ bao bọc xung quanh các hạt cớt liệu có
chiều dày mỏng hơn hoặc dày hơn giá trị tối ưu sẽ làm giảm cường độ nén của bê tông.


12

Design-Expert® Software

Design-Expert® Software
Component Coding: Actual

Component Coding: Actual

Design points above predicted value

(a) N/CKD=0,5


59.4

R28 (MPa)

R28 (MPa)

Design points below predicted value
44.6

Component Coding: Actual

Design-Expert® Software

R28 (MPa)

Design points above predicted value

(b) N/CKD=0,4

Design points above predicted value
Design points below predicted value
57.1

69.4

(c) N/CKD=0,3

Design points below predicted value
69.3


78.6

X1 = A: Cát/VLK
X2 = B: FAC/VLK

X1 = A: Cát/VLK

X3 = C: CKD/VLK

X2 = B: FAC/VLK

X1 = A: Cát/VLK

70

X3 = C: CKD/VLK

60
55

X3 = C: CKD/VLK

76

A (0.75)
45

C (0.25)

62

60
58

B (0)

R28 (MPa)

64

R28 (MPa)

R28 (MPa)

78

66

50

40

80

X2 = B: FAC/VLK

68

B (0.000)

A (0.65)

B (0)

68

C (0.35)

C (0.300)

A (0)

72
70

A (0.700)

56

B (0.75)

74

A (0.000)

B (0.700)

C (1.000)

C (1)

B (0.65)


C (1)

A (0)

Hình 4.7 Bề mặt biểu diễn quan hệ của R28 với tỷ lệ thành phần vật liệu của FAC-HSLWC với tỷ lệ
N/CKD khác nhau
Sử dụng công cụ tối ưu hóa của phần mềm Design-Expert để tìm ra thành phần vật liệu hợp lý
cho chế tạo FAC-HSLWC. Căn cứ vào các tiêu chí đưa ra để xác định thành phần vật liệu tối ưu
được lựa chọn là cường độ nén R28 lớn nhất. Căn cứ vào các tiêu chí này phần mềm đưa ra được
thành phần vật liệu tối ưu như sau: với tỷ lệ N/CKD=0,5 thì tỷ lệ Cát/VLK: FAC/VLK:
CKD/VLK=0,60:0,00:0,40; với tỷ lệ N/CKD=0,4 thì tỷ lệ Cát/VLK: FAC/VLK:
CKD/VLK=0,58:0,00:0,42; với tỷ lệ N/CKD=0,3 thì tỷ lệ Cát/VLK: FAC/VLK:
CKD/VLK=0,55:0,00:0,45.
Kết quả thí nghiệm cho thấy quan hệ giữa tỷ lệ CKD/VLK và R28 của có thể biểu diễn dạng đường
cong parabol. Do vậy, tồn tại tỷ lệ phối hợp giữa các thành phần vật liệu cát, FAC, CKD/VLK để
cường độ nén 28 ngày của FAC-HSLWC là lớn nhất. Với kết quả phân tích từ mơ hình thực
nghiệm thì tỷ lệ CKD/VLK tới ưu (cho cường độ nén lớn nhất) dao động trong khoảng 0,40-0,45
khi tỷ lệ N/CKD từ 0,5 đến 0,3. Có thể thấy tỷ lệ CKD/VLK tối ưu có xu hướng tăng nhẹ khi tỷ
lệ N/CKD giảm nhưng mức độ khơng lớn.

Hình 4.9 Quan hệ giữa hàm lượng hồ
CKD và R28 của FAC-HSLWC

Hình 4.8 Quan hệ giữa tỷ lệ CKD/VLK và
R28 của FAC-HSLWC

4.2.4 Thí nghiệm kiểm chứng thành phần cấp phối cơ sở của FAC-HSLWC
Từ mục tiêu và phạm vi nghiên cứu của đề tài: cường độ bê tông > 40 MPa; KLTT: 1300-1600
kg/m3. Cấp phối FAC-HSLWC được lựa chọn theo kết quả nghiên cứu ở trên để tiến hành tính

tốn cấp phới theo các thông số cấp phối tối ưu đề xuất và thí nghiệm kiểm chứng. Thành phần
cấp phới định hướng được thí nghiệm kiểm chứng như sau: CKD có thành phần gồm 90% XM
và 10% SF; Cốt liệu gồm hai loại (1) chỉ gồm FAC; (2) gồm cát+FAC với tỷ lệ FAC/CL=0,667.
Hàm lượng PGSD được điều chỉnh để độ chảy của HHBT 180-200 mm, hàm lượng bọt khí giả
định 4,5%. Căn cứ vào phương pháp thể tích tuyệt đới, khới lượng vật liệu thành phần được xác
định. Kết quả tính tốn thành phần cấp phối thể hiện trong Bảng 4.3.
Bảng 4.3 Thành phần cấp phối FAC-HSLWC cơ sở theo phương pháp tối ưu thành phần hạt
Cấp
phối
CP1
CP2

N/
CKD
(%wt)
0,4
0,4

Thông số cấp phối
Cát
FAC
CKD
/CL
/CL
/CL
(%vol) (%vol) (%vol)
0
1,0
0,667
0,333

0,667
0,667

Thành phần cấp phối bê tông (kg/m3)
CKD
(kg/m3)

XM

SF

FAC

Cát

PGSD

Nước

764
761

687
685

76
76

297
197


338

4,5
4,5

306
304


13

Kết quả thí nghiệm tính chất của 2 cấp phới cơ sở thể hiện trong Bảng 4.3 cho tính cơng tác của
HHBT đạt theo yêu cầu (trong khoảng 180-200 mm), cường độ nén 28 ngày của cấp phối CP1
và CP2 tương ứng là 62,6 và 67,7 MPa (> 40 MPa), KLTT tương ứng đạt 1322 kg/m 3 và 1568
kg/m3 (phù hợp trong khoảng 1300-1600 kg/m3).
Bảng 4.4 Kết quả thí nghiệm cấp phối FAC-HSLWC cơ sở
Ký hiệu
cấp phối
CP1
CP2

5

Thông số cấp phối
N
/CKD
0,4
0,4


Cát/
CL
0
0,333

FAC/
CL
1,0
0,667

CKD/
CL
0,667
0,667

Độ chảy
xòe
(mm)

KLTT ở tuổi
(kg/m3)

Cường độ nén (MPa)
3 ngày

28 ngày

3 ngày

28 ngày


42,5
46,5

62,6
67,4

1348
1621

1312
1608

182
191

CHƯƠNG 5 XÂY DỰNG MƠ HÌNH DỰ ĐỐN CƯỜNG ĐỘ VÀ PHƯƠNG PHÁP
THIẾT KẾ CẤP PHỐI CHO FAC-HSLWC

Đối với FAC-HSLWC, do những khác biệt về thành phần và tính chất vật liệu so với bê tông
thông thường, nên không thể áp dụng các công thức của bê tông thông thường hay một số loại bê
tông nhẹ phổ biến cho loại bê tông này. Đây cũng là vấn đề khoa học cần phải giải quyết nhằm
hỗ trợ việc thiết kế thành phần cấp phối cho FAC-HSLWC.
5.1

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CƯỜNG ĐỘ NÉN CỦA FAC-HSLWC

Kết quả nghiên cứu lý thuyết và các kết quả nghiên cứu tổng quan cho thấy, cường độ nén của bê
tông chịu ảnh hưởng của một số yếu tớ chính, bao gồm: (1) Hàm lượng hồ CKD (2) Cường độ
hồ CKD; (2) Cỡ hạt lớn nhất của cớt liệu (3) Độ lèn chặt và đặc tính của cốt liệu; (4) Ảnh hưởng

của cốt sợi phân tán (khi sử dụng); (5) điều kiện dưỡng hộ. Trong nghiên cứu này, để đơn giản
hóa, xem xét sự phát triển cường độ của FAC-HSLWC trong cùng điều kiện dưỡng hộ tiêu chuẩn,
khi đó cường độ nén của FAC-HSLWC sẽ làm hàm của các yếu tố:
Rn = f(Rckd, Vckd, Dmax, Vfac/cl, Vs)
trong đó: Rn, Rckd là cường độ chịu nén của FAC-HSLWC và CKD; Vckd là hàm lượng hồ CKD
hay tỷ lệ Vckd/Vcl, Dmax là kích thước lớn nhất của cớt liệu; Vfac/cl là thể tích thay thế cát của FAC
để đảm bảo KLTT của BTN yêu cầu; Vs là hàm lượng sợi sử dụng. Việc định lượng hóa ảnh
hưởng của các yếu tố vừa nêu đến Rn của FAC-HSLWC được thực hiện theo nguyên tắc: coi bê
tông với cốt liệu chỉ có cát (FAC=0%) là bê tơng nền, bê tơng FAC-HSLWC được hình thành
trên cơ sở thay thế dần cát bằng FAC (theo thể tích). Trên cơ sở đó, thiết lập các hệ số ảnh hưởng
của từng yếu tố đến cường độ chịu nén của bê tông nền. Cuối cùng, cường độ của FAC-HSLWC
sẽ là cường độ chịu nén của bê tông nền nhân với các hệ số ảnh hưởng của các yếu tố. Lưu ý, hệ
số ảnh hưởng của mỗi yếu tố sẽ là một hàm phụ thuộc vào yếu tố đó và tỷ lệ N/CKD.
5.1.1 Ảnh hưởng của cường độ đá CKD
Ảnh hưởng của cường độ đá CKD đến cường FAC-HSLWC đánh giá thơng qua ảnh hưởng của
hoạt tính cường độ CKD và tỷ lệ N/CKD. Ba hệ CKD được khảo sát gồm (1) hệ CKD gồm XM
và SF; (2) hệ CKD gồm XM+10%SF+GGBFS; (3) hệ CKD gồm XM và GGBFS. Từ kết quả
khảo sát cường độ, bằng phương pháp phân tích hồi quy phi tuyến tính (non-linear regression
analysis - NLRA) thu được cơng thức dự đốn cường độ CKD theo cường độ xi măng và tỷ lệ
P/X (PGK/XM) như sau:
(1) Với hệ CKD = XM+SF thì:
𝑃
2,47𝑃
R 28𝑐𝑘𝑑 = R 28opc (−7,08( )2 +
+ 1)
𝑋
𝑋

(5.1)


𝑃
0,289𝑃
R 28𝑐𝑘𝑑 = R 28opc (−0,133( )2 +
+ 1)
𝑋
𝑋

(5.2)

(2) Với hệ CKD=XM+10%SF+(20-60)% GGBFS thì:
(3) Với hệ CKD=XM+(20-60)% GGBFS thì:


14
𝑃
0,185𝑃
R 28𝑐𝑘𝑑 = R 28opc (−0,153( )2 +
+ 1)
𝑋
𝑋

(5.3)

Xét ở cùng một độ tuổi thì cường độ của đá CKD ảnh hưởng chủ yếu bởi hoạt tính cường độ
CKD và tỷ lệ N/CKD. Do vậy, quan hệ giữa cường độ bê tông và cường độ CKD có thể biểu diễn
dưới dạng công thức Bolomey như sau:
R 28 = AR 28𝑐𝑘𝑑 (

1
𝑁

𝐶𝐾𝐷

− 𝐵)

(5.4)

Ảnh hưởng của thành phần CKD đến cường độ của CKD được xác định theo phương pháp mẫu
vữa tiêu chuẩn với cát ISO. Cường độ CKD xác định được trong khoảng 44-70 MPa với tỷ lệ
N/CKD từ 0,3 đến 0,5. Lưu ý rằng, các cấp phối này cốt liệu chỉ bao gồm một loại cát giớng nhau
có Dmax = 0,63 mm. Bằng phương pháp phân tích hồi quy phi tuyến tính thu được cơng thức
cường độ nén của FAC-HSLWC như sau:
R 28 = 0,26R 28𝑐𝑘𝑑 (

1
𝑁
𝐶𝐾𝐷

+ 1,56)

(5.5)

Hệ số tương quan R2 trong công thức (5.5) là 0,80.
5.1.2 Ảnh hưởng của hàm lượng hồ CKD
Ảnh hưởng của hàm lượng hồ CKD đến tính chất của FAC-HSLWC trong đề tài này được đánh
giá thông qua các thông số: (1) chiều dày lớp hồ bao bọc xung quanh hạt cốt liệu (ký hiệu CPT);
(2) hệ số dư hồ CKD (ký hiệu Kd); (3) Chiều dày lớp hồ CKD lớn nhất (ký hiệu MPT).
5.1.2.1 Đánh giá ảnh hưởng các thông số hàm lượng hồ CKD đến cường độ nén của FACHSLWC
Các cấp phối bê tơng thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng các thơng sớ BPT, Kd và MPT đến tính chất
bê tơng FAC-HSLWC được lấy theo các cấp phới thí nghiệm lựa chọn tỷ lệ CKD và cốt liệu như
nêu ở mục 4.3.2. Tổng cộng có 48 cấp phới thí nghiệm tương ứng với 3 tỷ lệ N/CKD là 0,5, 0, 4

và 0,3 (16 thí nghiệm cho mỗi tỷ lệ N/CKD).

Hình 5.1 Quan hệ giữa Kd và R28
của FAC-HSLWC với tỷ lệ
N/CKD và FAC/CL khác nhau

Hình 5.2 Quan hệ giữa Kd và R28
của FAC-HSLWC với tỷ lệ
FAC/CL=0 và N/CKD khác nhau

Hình 5.3 Quan hệ giữa Kd và KKd
với tỷ lệ FAC/CL=0 và tỷ lệ
N/CKD khác nhau

Quan hệ giữa Kd với R28 của FAC-HSLWC với tỷ lệ N/CKD 0,5, 0,4 và 0,3 với trường hợp cớt
liệu gồm cát và FAC thể hiện trong Hình 5.1 và trong trường hợp cốt liệu là cát thể hiện trong
Hình 5.2. Từ đồ thị có thể thấy tương tự như tỷ lệ CKD/VLK, mối quan hệ giữa Kd và R28 có thể
biểu diễn dạng đường cong parabol, điều này cũng có nghĩa tồn tại giá trị Kd để cường độ R28 của
bê tông là lớn nhất. Kd tối ưu phụ thuộc vào tỷ lệ N/CKD nhưng mức độ dao động không lớn.
Ảnh hưởng của hàm lượng hồ CKD thông qua thông số hệ số dư hồ CKD (Kd) đến cường độ
FAC-HSLWC được thiết lập thông qua công thức như sau:
R 28 = 0,26R 28𝑐𝑘𝑑 (

1
𝑁
𝐶𝐾𝐷

+ 1,56) Κ 𝐾𝑑

trong đó: 𝐾𝐾𝑑 là hệ số ảnh hưởng của hệ số dư hồ CKD.


(5.6)


15

Bằng phân tích hồi quy từ kết quả thực nghiệm, hệ số ảnh hưởng của hệ số dư hồ CKD, 𝐾𝐾𝑑 , trong
công thức trên có thể biểu diễn dưới dạng như sau:
𝑁

𝐾𝐾𝑑 = 0.913𝐶𝐾𝐷 (−0.69𝐾𝑑2 + 2.61𝐾𝑑 − 1.46)

(5.7)

Hệ số tương quan R = 0,94.
5.1.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ FAC/CL
Hệ sớ Kfac được tính bằng tỷ sớ giữa cường độ nén R28 của các cấp phối với tỷ lệ FAC/CL từ 0
đến 1 với R28 của các cấp phối có tỷ lệ FAC/CL=0. Mối quan hệ giữa K fac với tỷ lệ FAC/CL thể
hiện trong Hình 5.5. Bằng phân tích hồi quy phi tuyến tính từ kết quả thí nghiệm, hệ sớ ảnh hưởng
của FAC/CL (theo thể tích) trong công thức trên có thể biểu diễn dưới dạng như sau:
2

𝑁

𝐾𝑓𝑎𝑐 = 0,994𝐶𝐾𝐷 (1 − 0,143

Hình 5.4 Quan hệ giữa tỷ lệ FAC/CL và R28
của FAC-HSLWC

𝑉𝑓𝑎𝑐

)
𝑉𝑐𝑙

(5.8)

Hình 5.5 Quan hệ giữa KFAC và tỷ lệ FAC/CL
của FAC-HSLWC

Vì FAC được sử dụng thay thế một phần hoặc toàn bộ cát để giảm KLTT của bê tông nên mối
quan hệ giữa KLTT của bê tông nhẹ với tỷ lệ cốt liệu nhẹ trong cốt liệu (Vfac/Vcl) cần phải được
thiết lập. Công thức tính thể tích cớt liệu (Vcl) và thể tích FAC (Vfac) trong bê tông nhẹ như sau:
𝑉𝑐𝑙 =

𝑉𝑓𝑎𝑐

1000 − 𝑉𝑝𝑔𝑠𝑑 − 𝑉𝑠 − 𝑉𝑘
𝑁

1 + Γ𝑐𝑘𝑑 + 𝐶𝐾𝐷 ∙ 𝜌𝑐𝑘𝑑 ∙ Γ𝑐𝑘𝑑
𝛾𝑏𝑡𝑛 − 1,2 ∙ 𝑉𝑐𝑙 ∙ Γ𝑐𝑘𝑑 ∙ 𝜌𝑐𝑘𝑑 − 𝑉𝑐𝑙 ∙ 𝜌𝑐á𝑡
=
𝜌𝑓𝑎𝑐 − 𝜌𝑐á𝑡

(5.9)
(5.10)

Từ đó Kfac trong công thức (5.8) có thể tính được khi biết tỷ lệ N/CKD và tỷ lệ Vfac/Vcl, trong đó
Vfac/Vcl tính được khi biết KLTT mục tiêu của FAC-HSLWC (btn), tỷ lệ Vckd/Vcl, cát, fac theo
công thức (5.9) và ((5.10).
5.1.4 Ảnh hưởng của Dmax cốt liệu

Mối quan hệ giữa KDmax với Dmax cốt liệu thể hiện trong Hình 5.7.

Hình 5.6 Quan hệ giữa Dmax cớt liệu và R28 của
FAC-HSLWC

Hình 5.7 Quan hệ giữa KDmax và Dmax cốt liệu
của FAC-HSLWC

Hệ số 𝐾𝐷𝑚𝑎𝑥 được thiết lập thông qua ảnh hưởng của tỷ lệ N/CKD và thông số là tỷ lệ của Dmax
cốt liệu và Dmin cớt liệu. Bằng phân tích hồi qui phi tuyến tính từ kết quả thí nghiệm, hệ sớ ảnh
hưởng kích thước cốt liệu đến R28 của FAC-HSLWC, KDmax, trong công thức (5.11) có thể biểu
diễn như sau:


16
𝐾𝐷𝑚𝑎𝑥 = 0,999

𝑁
𝐶𝐾𝐷

𝐷𝑚𝑎𝑥 −1,14
[1,06 − 0,37 (
)
]
𝐷𝑚𝑖𝑛

(5.11)

Hệ số tương quan trong công thức (5.11) là R2 = 0,88.
5.1.5 Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng cốt sợi PP

Hệ số Ks được tính bằng tỷ sớ giữa cường độ nén R28 của các cấp phối với hàm lượng cốt sợi Vs
khác nhau từ 0 đến 1,5% vol. với R28 của các cấp phới có Vs=0. Bằng phân tích hồi quy phi tuyến
tính từ kết quả thí nghiệm, hệ sớ ảnh hưởng của hàm lượng sợi PP (theo thể tích) trong cơng thức
trên có thể biểu diễn dưới dạng như sau:
𝑁

𝐾𝑠 = 0,962𝐶𝐾𝐷 (1,02 − 0,07 ∙ 𝑉𝑠 )

(5.12)

Tổng kết lại, cường độ nén R28 của FAC-HSLWC có thể dự đoán theo công thức sau:
R 28 = 0,27R 28𝑐𝑘𝑑 (

1
𝑁
𝐶𝐾𝐷

+ 1,56) Κ 𝐾𝑑 Κ 𝐹𝐴𝐶 Κ 𝐷𝑚𝑎𝑥 Κ 𝑠

(5.13)

trong đó: 𝑅28𝑐𝑘𝑑 , Κ 𝐾𝑑 , 𝐾𝐹𝐴𝐶 , Κ 𝐷𝑚𝑎𝑥 , và 𝐾𝑠 được xác định theo các công thức (5.5), (5.7), (5.8),
(5.11) và (5.12) tương ứng.
5.1.6 Nghiên cứu tốc độ phát triển cường độ nén theo thời gian
Ảnh hưởng thời gian đến cường độ nén của FAC-HSLWC được biểu diễn dưới dạng:
R (𝑡) = 𝑅28 Φ(𝑡)

(5.14)

trong đó: R28 là cường độ nén 28 ngày của FAC-HSLWC (MPa); (t) là tỷ lệ cường độ nén theo

thời gian so với cường độ nén của nó ở tuổi 28 ngày. (t) phụ thuộc chủ yếu vào thời gian và hoạt
tính cường độ của xi măng hay CKD khi xi măng sử dụng kết hợp với PGK. Chính vì vậy, theo
fib 2010, (t) có thể được biểu diễn theo công thức:
Φ(𝑡)

28 0,5
= 𝐸𝑋𝑃 [𝑠 ∙ (1 − ( ) )]
𝑡

(5.15)

trong đó: 𝑠 là hệ số dốc của đường quan cong quan hệ giữa thời gian và cường độ của bê tông (độ
dốc đường cong phát triển cường độ); t là tuổi của bê tông (ngày). Từ kết quả thí nghiệm, bằng
phân tích hồi quy phi tuyến tính (NLRA), Φ(𝑡) có thể biểu diễn theo các cơng thức tương ứng với
CKD có thành phần khác nhau như dưới đây:
a) Với CKD gồm (90% XM+10% SF) thì:
Φ(𝑡)

𝑁 0,083
28 0,5
= 𝐸𝑋𝑃 [((
)
− 0,693) ∙ (1 − ( ) )]
𝐶𝐾𝐷
𝑡

(5.16)

Hệ số tương quan R2 của công thức (5.16) là 0,98.
b) Với CKD gồm (XM+10% SF+(2060)% GGBFS) thì:

0,885

Φ(𝑡) = 𝐸𝑋𝑃 [(1 + 𝑅𝑝 )

𝑁 0,081
28 0,5
)
− 0,745) ∙ (1 − ( ) )]
((
𝐶𝐾𝐷
𝑡

(5.17)

trong đó 𝑅𝑝 là tỷ lệ của SF+GGBFS trong CKD tính theo khới lượng. 𝑅𝑝 trong khoảng 0 đến 0,7.
Hệ số tương quan R2 của công thức (5.17) là 0,98.
c) Với CKD gồm (XM+(2060)% GGBFS) thì:
Φ(𝑡) = 𝐸𝑋𝑃 [(1 + 𝑅𝑔𝑠 )

0,98

((

𝑁 0,059
28 0,5
)
− 0,736) ∙ (1 − ( ) )]
𝐶𝐾𝐷
𝑡


(5.18)

trong đó 𝑅𝑔𝑠 là tỷ lệ của GGBFS trong CKD tính theo khới lượng. 𝑅𝑔𝑠 trong khoảng 0 đến 0,6.
Hệ số tương quan R2 của công thức (5.18) là 0,98.
5.1.7 Kiểm tra sự phù hợp của mơ hình đề xuất
Kiểm tra sự phù hợp của mơ hình cường độ nén 28 ngày của FAC-HSLWC với các tỷ lệ N/CKD
khác nhau được thể hiện trong Hình 5.8a và mơ hình dự đoán phát triển cường độ nén theo thời
gian (từ 3 đến 91 ngày) thể hiện trong Hình 5.8b. Kết quả cho thấy các mơ hình dự đốn đề xuất
cho phép dự đoán cường độ 28 ngày và phát triển cường độ nén tuổi 3 đến 91 ngày của FACHSLWC ở mức lệch so với kết quả thí nghiệm khơng q 15%. Kiểm tra sự phù hợp của mơ hình


17

cường độ nén từ 3 đến 91 ngày của FAC-HSLWC với các CKD có thành phần khác nhau được
thể hiện trong Hình 5.9.
90
80

+15%
R2=0,98

-15%

Cường độ dự đốn (MPa)

70

+15%

60

50

-15%

R2=0,98
40
30

3 ngày

20

7 ngày

10

91 ngày

0
0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

Cường độ thí nghiệm (MPa)


Hình 5.8 Cường độ nén tuổi 28 ngày của FAC-HSLWC tình theo mơ hình đề xuất và thí
nghiệm
90

90

CKD: OPC+SF+GGBFS

CKD: OPC+GGBFS

80

80

+15%

70

60
50

-15%

R2=0,98
40

30

3 ngày


7 ngày

20

28 ngày
91 ngày

10
0

0.0

20.0

40.0

60.0

Cường độ thí nghiệm (MPa)

80.0

Cường độ dự đoán (MPa)

Cường độ dự đoán (MPa)

70

+15%


60
50

-15%

R2=0,98

40
30

3 ngày
7 ngày

20

28 ngày
91 ngày

10
0

0.0

20.0

40.0

60.0


80.0

Cường độ thí nghiệm (MPa)

Hình 5.9 Cường độ nén ở các tuổi khác nhau của FAC-HSLWC theo mô hình và thí nghiệm
5.2

XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CẤP PHỐI CHO FAC-HSLWC

5.2.1 Nguyên tắc chung
Phương pháp thiết kế cấp phối đề xuất trong đề tài này dựa theo các nguyên tắc sau: Tối ưu hóa
thành phần CKD bao gồm 2 hoặc 3 cấu tử XM, SF và GGBFS; Lựa chọn tỷ lệ CKD/CL và tỷ lệ
N/CKD; KLTT mục tiêu của bê tông nhẹ đạt được trên cơ sở sử dụng cốt liệu nhẹ là hạt
cenosphere để thay thế một phần hoặc tồn bộ cớt liệu cát; Tỷ lệ N/CKD được kiểm chứng theo
cơng thức dự đốn cường độ nén của FAC-HSLWC để đảm bảo cường độ nén của bê tông theo
yêu cầu; Cốt sợi phân tán PP được sử dụng khi có yêu cầu cao về giảm co ngót và tăng cường độ
uốn, kháng nứt của bê tông; Phụ gia siêu dẻo được sử dụng để điều chỉnh tính công tác của hỗn
hợp bê tông nhẹ theo yêu cầu (thường trong khoảng 180-200 mm).
5.2.2 Các bước thiết kế cấp phối FAC-HSLWC
Các bước phương pháp thiết kế cấp phối FAC HSLWC đề xuất trong nghiên cứu này được trình
bày trong Hình 5.10.


18

Hình 5.10 Sơ đồ các bước thiết kế cấp phới cho FAC-HSLWC
6

CHƯƠNG 6. NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA FAC-HSLWC


Chương này trình bày kết quả nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ FAC thay thế cát, ảnh hưởng của PGK
thay thế xi măng, ảnh hưởng của điều kiện dưỡng hộ (tiêu chuẩn và nhiệt ẩm) đến các tính chất
của FAC-HSLWC. Tỷ lệ FAC thay thế cát từ 0, 50, 70 và 100 % tính theo thể tích, tương ứng
với KLTT của bê tông trong khoảng 1300-1600 kg/m3 và mẫu đối chứng với cốt liệu 100% cát
(tỷ lệ FAC=0%). PGK sử dụng thay thế xi măng gồm các loại 10% SF; 20%, 40 % GGBFS; 10%
SF + 20%, 40%, 60% GGBFS (tính bằng %wt CKD). Các cấp phới FAC-HSLWC được tính tốn
dựa theo thơng sớ cấp phới lựa chọn theo kết quả nghiên cứu trình bày trong Chương 3 như sau
tỷ lệ CKD/CL = 0,667, tỷ lệ N/CKD được lấy bằng 0,4 tính theo khới lượng.


19
6.1

TÍNH CHẤT CỦA HỖN HỢP BÊ TƠNG FAC-HSLWC

6.1.1 Tính cơng tác
Kết quả thí nghiệm như thể hiện trong Hình 6.1a cho thấy khi hàm lượng FAC tăng thì độ chảy
xịe của HHBT có xu hướng giảm. Với các cấp phối sử dụng XM kết hợp với SF và GGBFS, độ
chảy xịe của HHBT giảm khi sử dụng 10% SF, tính lưu động của HHBT được cải thiện hơn khi
sử dụng kết hợp SF với GGBFS ở các tỷ lệ 20, 40 và 60% (Hình 6.1b).
Độ chảy-nhóm PGK
(a)
Độ chảy-nhóm thay cát
(b)

150

-10

100


-15

50

-20
-25
FAC0

% so ĐC

190

0
-4

180
-8
170
160

-12

150

-16

Sai sớ so ĐC (%)

-5


Độ chảy xịe (mm)

Độ chảy xịe (mm)

200

0

200

0
Sai sớ so ĐC (%)

% so ĐC

250

FAC50 FAC70 FAC100

Cấp phới
Cấp phới
Hình 6.1 Tính cơng tác của hỗn hợp bê tông FAC-HSLWC

6.1.2 Độ nhớt
Độ nhớt của hỗn hợp bê tông FAC-HSLWC được xác định trên các cấp phối có cốt liệu chỉ bao
gồm FAC. Kết quả thí nghiệm cho thấy khi có mặt của SF và GGBFS trong thành phần CKD thì
đều làm giảm độ nhớt của hỗn hợp bê tông. Tuy nhiên, nếu tăng hàm lượng SF lên quá cao sẽ
làm tăng đáng kể lượng nước của hệ do diện tích bề mặt của hạt SF rất lớn so với xi măng. Ngoài
ra, có thể thấy hiệu quả giảm độ nhớt của hồ CKD giảm rất rõ khi tăng hàm lượng GGBFS từ 0,

20, 40 và 60%.
6.1.3 Độ tách nước
Kết quả thí nghiệm xác định độ tách nước với các cấp phối bê tông cho thấy các mẫu HHBT thí
nghiệm đều khơng có hiện tượng tách nước trên bề mặt. Do vậy có thể coi độ tách nước của các
HHBT này bằng 0.
6.1.4 Độ phân tầng
(b)
(a)

Hình 6.2 Độ phân tầng của HHBT FAC-HSLWC khi chịu tác động rung
Kết quả thí nghiệm xác định độ phân tầng với các cấp phới FAC-HSLWC trong Hình 6.2a cho
thấy độ phân tầng có xu hướng giảm rõ ràng khi thay thế cốt liệu cát với FAC. Về ảnh hưởng của
PGK đến độ phân tầng của HHBT FAC-HSLWC, kết quả thí nghiệm như thể hiện trong Hình
6.2b cho thấy độ phân tầng tương đồng với độ chảy xòe của HHBT. Sử dụng 10% SF trong CKD
làm giảm độ phân tầng và độ phân tầng tăng lên khi tiếp tục thay thế xi măng với 20-60% GGBFS.
6.1.5 Hàm lượng bọt khí
Hàm lượng bọt khí có xu hướng tăng từ mức 3,2% của mẫu 100% cát (FAC0) lên mức 4,3% khi
thay thế 100% cát bằng FAC (mẫu FAC100). Với CKD sử dụng PGK là 10% SF và (20-60)%
GGBFS thì hàm lượng bọt khí tăng nhẹ từ mức 4,2% (mẫu OPC100) lên mức 4,5% khi thay thế
xi măng bởi 10% SF trong CKD (mẫu SF10GS0). Khi tiếp tục thay thế xi măng bởi GGBFS 20,
40 và 60% trong CKD thì hàm lượng bọt khí có xu hướng giảm nhẹ từ 4,5% xuống 4,2% (mẫu
60% GGBFS).


20
6.1.6 Thời gian đông kết
Thời gian bắt đầu và kết thúc đông kết của HHBT với cốt liệu 100% cát tương ứng là 5h-30 min
và 7h-20 min tăng dần khi cát được thay thế bằng FAC. Thời gian bắt đầu và kết thúc đông kết
tăng tỷ lệ với mức độ thay thế cát bởi FAC, so với mẫu 100% cát (FAC0) thời gian bắt đầu và
kết thúc đông kết tăng tương ứng 1h-20 min và 1h-10 min. khi cát được thay thế hồn tồn bởi

FAC (cấp phới FAC100). Khi sử dụng 10% SF thay thế xi măng trong CKD thì cả thời gian bắt
đầu và kết thúc đông kết của HHBT tăng không đáng kể. Tuy nhiên, khi tiếp tục thay thế xi măng
với tỷ lệ (20-60)% GGBFS trong CKD thì thời gian đơng kết của hỗn hợp bê tơng FAC-HSLWC
tăng dần.
6.2

MỨC ĐỘ THỦY HÓA VÀ VI CẤU TRÚC

Mức độ thủy hóa và vi cấu trúc của FAC-HSLWC trong nghiên cứu này được đánh giá qua hàm
lượng canxi hydroxit Ca(OH)2 thơng qua phân tích nhiệt vi sai (TGA), và thơng qua hình ảnh vi
cấu trúc của FAC-HSLWC bằng kính hiển vi điện tử (SEM).
6.2.1 Hàm lượng CH
Từ kết quả phân tích TG/DTG, hàm lượng CH tính tốn từ kết quả thí nghiệm cho thấy hàm lượng
CH giảm rõ ràng ở cả tuổi 3 và 28 ngày trong các cấp phối sử dụng PGK thay thế một phần xi
măng trong CKD. Mức độ giảm cao nhất ở mẫu sử dụng CKD chứa 10% SF +60% GGBFS, hàm
lượng CH trong mẫu này chỉ còn 1,03 và 1,05% ở tuổi 3 và 28 ngày. Ngồi ra, hàm lượng CH
tính theo g XM có xu hướng giảm khi sử dụng 10%SF và tiếp tục giảm khi sử dụng (20-60)%
GGBFS thay thế XM. Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của chế độ dưỡng hộ nhiệt ẩm ở 70 oC, 90
o
C và autoclave đến hàm lượng CH trong các mẫu FAC-HSLWC với hàm lượng PGK khác nhau
cho thấy tăng nhiệt độ dưỡng hộ nhiệt ẩm làm giảm hàm lượng CH trong mẫu phân tích giảm
một cách rõ ràng. Hàm lượng CH trong mẫu giảm nhanh chóng khi tăng nhiệt độ dưỡng hộ. Hàm
lượng CH hầu như khơng cịn trong tất cả các mẫu được dưỡng hộ autoclave.
6.2.2 Vi cấu trúc của FAC-HSLWC
Thơng qua quan sát hình ảnh chụp SEM cho thấy không có nhiều sản phẩm thủy hóa giữa bề mặt
các hạt FAC với đá xi măng ở tuổi 3 ngày nhưng đến tuổi 28 ngày, có thể quan sát thấy có sự liên
kết tốt hơn vùng ITZ của các hạt FAC do sự hình thành các khoáng thủy hóa giữa bề mặt hạt FAC
và đá xi măng. Ngoài ra, chiều dày và sự đặc chắc của sản phẩm thủy hóa trên bề mặt các hạt
FAC cũng tăng tương ứng với nhiệt độ dưỡng hộ nhiệt ẩm 70 oC, 90 oC và chưng áp autoclave.
(a)


Hạt FAC

Hạt FAC

Đá CKD

(b)

Đá CKD

Vùng ITZ

Đá CKD

Hạt FAC

SF10GS0-3d

SF10GS0-28d

Đá CKD

SF10GS0-90 oC-28d

Hạt FAC

SF10GS0-AC-28d

Hình 6.3 Hình ảnh chụp SEM vi cấu trúc của mẫu FAC-HSLWC

6.3

TÍNH CHẤT CƠ LÝ

6.3.1 Khối lượng thể tích và cường độ nén
KLTT của FAC-HSLWC giảm tương ứng từ 2180 kg/m3 giảm x́ng cịn 1656, 1505 và 1322
kg/m3, tương ứng với mức giảm là 24, 30,9 và 39,4%, đồng thời cường độ nén của bê tông giảm
khi tăng FAC thay thế cát ở tỷ lệ 50, 70 và 100%. Lưu ý rằng cường độ nén của FAC-HSLWC
được xác định trên mẫu 4040160 mm. Hệ số quy đổi cường độ nén từ mẫu 4040160 mm
sang mẫu 150150150 mm là 0,83 được xác định thơng qua thí nghiệm. Cường độ riêng (tỷ sớ
giữa cường độ và KLTT của vật liệu) của các mẫu bê tơng nhẹ tăng tỷ lệ với thể tích của FAC
thay thế cát, cụ thể cường độ riêng tăng từ 34 kPa/kg.m-3 của mẫu FAC0 tăng lên 41,8, 45,6 và
47,9 kPa/kg.m-3 tương ứng với mức tăng 12,3, 34,1, 40,9% khi tỷ lệ FAC thay thế cát là 50, 70
và 100%. Sử dụng SF ở tỷ lệ 10% thì cường độ của bê tông tăng ở các tuổi khảo sát là 7, 28 và


21

91 ngày, mức độ tăng so với ĐC chỉ sử dụng xi măng (OPC100) tương ứng là 6,6, 5,6 và 6,8%.
Khi thay thế một phần OPC với PGK là SF và GGBFS ở tỷ lệ GGBFS 20, 40 và 60% thì cường
độ 7, 28, 91 ngày đều giảm so với mẫu chứa 10SF (mẫu FAC40)
(a)

(b)

(c)

Hình 6.4 KLTT, cường độ nén và cường độ riêng của FAC-HSLWC
6.3.2 Cường độ nén ở điều kiện dưỡng hộ nhiệt ẩm khác nhau
Dưỡng hộ nhiệt ẩm ở 70 oC, 90 oC và autoclave ở 200 oC hiệu quả trong việc cải thiện cường độ

của FAC-HSLWC ở các tuổi thí nghiệm 3 và 28 ngày. Hiệu quả tăng cường độ nén của phương
pháp dưỡng hộ nhiệt ẩm theo thứ tự dưỡng hộ autoclave (200 oC, 2 MPa) > nhiệt ẩm ở 90 oC >
nhiệt ẩm ở 70 oC > tiêu chuẩn ở 27 oC và RH ≥ 95%.
6.3.3 Cường độ uốn
Tương tự như cường độ nén thì cường độ ́n giảm khi tăng hàm lượng thể tích FAC, cường độ ́n
tuổi 28 ngày từ 8,57 MPa của mẫu đới chứng (FAC0) giảm x́ng cịn 6,88, 6,12 và 5,87 MPa
tương ứng với mức giảm 19,4, 28,3 và 31,3% so với mẫu đối chứng. Khi thay thế OPC với PGK thì
cường độ ́n của bê tơng có xu hướng tăng khi tăng tỷ lệ GGBFS. Cường độ uốn đạt được cao
nhất với cấp phối sử dụng 40% GGBFS. Mối quan hệ cường độ uốn và cường độ nén 28 ngày của
FAC HSLWC có thể biểu diễn theo phương trình sau:
0,86
𝑅𝑢28 = 0,21 ∙ 𝑅28
∙

(6.1)

trong đó: 𝑅𝑢28 là cường độ nén và cường độ uốn 4 điểm 28 ngày của FAC-HSLWC (MPa). R28
là cường độ nén trên mẫu lập phương 15x15x15 cm của FAC-HSLWC (MPa).
6.3.4 Mô đun đàn hồi và hệ số poatxon
Khi tăng hàm lượng FAC/CL thì KLTT giảm và mô đun đàn hồi cũng giảm giảm, mô đun đàn
hồi từ 32,7 GPa của mẫu bê tông không chứa FAC (FAC0) giảm x́ng cịn 19,4 đến 13,73
GPa, tương ứng với 40,7 đến 58,0% khi tỷ lệ FAC/CL tăng từ 50 đến 100%. Với nhóm cấp
phối sử dụng SF và GGBFS, mô đun đàn hồi ở giảm nhẹ ở tuổi 7 ngày và cao hơn hoặc tương
đương khi tỷ lệ GGBFS từ 20 đến 60%. Mô đun đàn hồi của bê tông chủ yếu phụ thuộc vào
cường độ nén và KLTT của bê tơng.

Hình 6.5 Quan hệ giữa mơ đun đàn hồi và KLTT
của FAC-HSLWC

Hình 6.6 Mơ đun đàn hồi và hệ số poatxon của

FAC-HSLWC

Khi so sánh kết quả thí nghiệm và cơng thức dự đốn mơ đun đàn hồi theo cường độ nén và KLTT
của bê tông theo ACI 318-14 cho thấy có thể áp dụng công thức này cho FAC-HSLWC với hệ số
tương đồng là R2=0,98.


22
6.4

ĐỘ BỀN LÂU

6.4.1 Độ co khô
Độ co khô của FAC-HSLWC có xu hướng giảm khi thay thế cát bởi FAC. Độ co khô của bê tông
sau 182 ngày với cấp phối chứa cốt liệu 100% cát từ 1120  giảm tương ứng là 3, 8 và 26% khi
tỷ lệ FAC/cốt liệu là 50, 70 và 100%. Độ co khô của FAC-HSLWC cải thiện khi sử dụng PGK là
SF và GGBFS thay thế XM. So với mẫu CKD 100% OPC thì độ co ngót khô sau 182 ngày của
bê tông giảm tới 36,3% khi sử dụng 10% SF trong CKD và tiếp tục thay thế OPC với 20, 40 và
60% GGBFS thì độ co khơ giảm tương ứng là 40,7, 41,4 và 47,1%. Ngồi ra, độ co khơ của FACHSLWC cũng giảm khi giảm tỷ lệ N/CKD và sử dụng sợi PP. Độ co khô của ở tuổi 182 ngày
giảm từ 940  của mẫu không chứa sợi PP (FAC40W0.4) giảm x́ng cịn 900  với mẫu chứa
0,3% sợi PP (FAC40PP0.3) và còn 872  với mẫu chứa 0,5% sợi PP (FAC4PP0.5), tương ứng
với mức giảm 4,3 và 7,3%.
6.4.2 Độ hút nước
Độ hút nước của FAC-HSLWC tăng khi tăng hàm lượng FAC thay thế cát. Độ hút nước tuổi 28
ngày từ 3,61% của mẫu đối chứng (FAC0) tăng lên 4,62, 5,05 và 6,21% tương ứng mức tăng
28,0, 39,9 và 71,7% khi tỷ lệ FAC thay thế cát 50, 70 và 100%. Khi sử dụng SF và GGBFS thay
thế OPC, độ hút nước ở tuổi 7 và 28 ngày đều giảm. Mức độ giảm độ hút nước đạt được tốt nhất
ở tỷ lệ GGBFS 60%, độ hút nước giảm từ 7,15% của mẫu đới chứng (OPC100) x́ng cịn 5,35%
tương ứng với mức giảm 25,2%.
6.4.3 Độ bền chống thấm ion clo

Tăng tỷ lệ FAC sẽ làm khả năng thâm nhập ion clo giảm đáng kể thông qua chỉ số điện lượng
giảm và điện trở của bê tông tăng rõ rệt. Điện lượng (RCPT) từ 1590 cu lông của mẫu 100% cát
(FAC0) giảm đi 61,9, 68,9 và 77,8%, trong khi điện trở suất (BERT) của mẫu đối chứng từ 24,6
K.cm tăng thêm 89, 108,9 và 153,7% tương ứng với tỷ lệ FAC/CL 50, 70 và 100%. Sử dụng
kết hợp SF10% và GGBFS trong CKD ở tỷ lệ 20-60% tiếp tục làm giảm điện lượng truyền qua
mẫu. Từ các kết quả thí nghiệm, mới tương quan giữa RCPT và BERT của FAC-HSLWC với hệ
số tương quan R2=0,92.
6.4.4 Khả năng bền sun phát
Độ nở sun phát của FAC- HLSWC giảm khi tăng tỷ lệ thay thế FAC/CL từ 0 đến 100%. Độ nở
thanh vữa tuổi 12 tháng của mẫu 100% cát (FAC0) từ 0,0820% giảm 45,6, 53,4 và 59% tương
ứng với tỷ lệ FAC/cốt liệu 50, 70 và 100%. Khi sử dụng 10% SF thì độ nở sun phát của các thanh
mẫu FAC-HSLWC giảm ở các t́i thí nghiệm, ở tuổi 12 tháng mức độ giảm là 50,1% so mẫu
CKD là 100% OPC (OPC100). Khi tiếp tục thay thế xi măng bởi GGBFS ở hàm lượng 20-60%
thì độ nở sun phát ở các t́i thí nghiệm có xu hướng tăng so với mẫu 10% SF mặc dù vẫn thấp
hơn so với mẫu 100% OPC. Như vậy sử dụng 10%SF và 10%SF +60%GGBFS có hiệu quả nhiều
nhất trong giảm độ nở sun phát của FAC-HSLWC
6.5

KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA TẤM SÀN BTCT SỬ DỤNG FAC-HSLWC

Nghiên cứu được thực hiện trên các tấm sàn BTCT dự ứng lực với kích thước 3280x1060x140
mm, sử dụng bê tơng nhẹ FAC-HSLWC và bê tông thường. FAC-HSLWC sử dùng là loại có
KLTT 1400 kg/m3 (D 1.4) và 1600 kg/m3 (D 1.6) và bê tông thường (D2.4), với cấp cường độ
nén của cả hai loại bê tông là B35 (cường độ nén thực tế 3 loại bê tông D1.4, D1.6 và D2.4 tương
ứng là 45, 48 và 52 MPa). Tấm sàn BTCT được thí nghiệm để đánh giá ứng xử dưới tải trong uốn
phân bố đều (4 lực tập trung, 2 gối tựa) như thể hiện trong Hình 6.7.


23
P/4


P/4

P/4

P/4

Hình 6.7 Sơ đồ thí nghiệm và hình ảnh thực tế bớ trí hệ gia tải và thiết bị thí nghiệm tấm sàn
Kết quả nghiên cứu cho thấy với bê tông có cùng cấp cường độ nén, tải trọng tại độ võng cho
phép, tải trọng tại độ mở vết nứt 0,3 mm và tải trọng cực hạn của tấm sàn sử dụng FAC-HSLWC
là tương đương với tấm sàn BTT. Sự ứng xử khác biệt của tấm sàn FAC-HSLWC so với tấm sàn
BTT đó là: sự xuất hiện vết nứt đầu tiên sớm hơn khá nhiều nhưng độ mở vết nứt và phát triển
vết nứt (theo chiều dài và rộng) lại nhỏ hơn khá nhiều; độ võng tại thời điểm tấm sàn bị phá hủy
của tấm sàn FAC-HSLWC cũng nhỏ hơn khá nhiều so với tấm sàn BTT
7

KẾT LUẬN

I. KẾT LUẬN

Từ kết quả nghiên cứu của đề tài luận án cho phép đưa ra một sớ kết luận sau:
1. Hồn tồn có thể chế tạo được bê tông nhẹ cường độ cao sử dụng cốt liệu nhẹ là hạt vi cầu
rỗng từ tro bay nhà máy nhiệt điện (FAC) và các vật liệu sẵn có tại Việt Nam (FAC-HSLWC)
với các tính chất cơ lý như cường độ chịu nén 40-70 MPa, KLTT 1300-1600 kg/m3, độ hút
nước dưới 6,5% đảm bảo yêu cầu kỹ thuật sử dụng cho kết cấu chịu lực trong cơng trình xây
dựng.
2. Đã nghiên cứu tới ưu được các thông số cấp phối của FAC-HSLWC, trong đó đã thiết lập
được quan hệ giữa tỷ lệ CKD/VLK (theo thể tích) và cường độ chịu nén của FAC-HSLWC.
Mới quan hệ này có thể biểu diễn dạng đường cong parabol, do đó tồn tại giá trị tối ưu của tỷ
lệ CKD/VLK hay CKD/CL để cường độ chịu nén của FAC-HSLWC là lớn nhất. Tùy thuộc

vào tỷ lệ N/CKD, tỷ lệ CKD/VLK tối ưu tăng khi tỷ lệ N/CKD giảm. Với tỷ lệ N/CKD từ 0,5
đến 0,3 thì tỷ lệ CKD/VLK tới ưu trong khoảng 0,4 đến 0,45.
3. Đã xây dựng được mơ hình dự báo cho cường độ chịu nén 28 ngày và sự phát triển cường độ
chịu nén từ 3 đến 91 ngày của FAC-HSLWC có tính đến các yếu tớ chính ảnh hưởng đến
cường độ chịu nén của FAC-HSLWC bao gồm thành phần CKD (thông qua cường độ CKD),
tỷ lệ CKD/cốt liệu, tỷ lệ FAC thay thế cát, Dmax cốt liệu, hàm lượng sợi PP.
4. Đã xây dựng được phương pháp thiết kế cấp phối cho hệ FAC-HSLWC có khả năng đưa ra
thành phần cấp phối sơ bộ của FAC-HSLWC đảm bảo cường độ 40-80 MPa và KLTT 12002000 kg/m3.
5. Đã xác định và đánh giá được một số tính chất của hỗn hợp bê tơng (tính cơng tác, độ phân
tầng, tách nước, hàm lượng bọt khí, thời gian đơng kết) và tính chất cơ lý của FAC-HSLWC
với KLTT 1300-1600 kg/m3 và cường độ nén 40-70 MPa. Khi thay thế cát bằng FAC làm
KLTT và đồng thời làm giảm cường độ chịu nén, kéo khi uốn và mô đun đàn hồi nhưng cải
thiện (làm giảm) co khô, làm tăng cường độ riêng và hệ số poatxon của bê tông. Tính chất cơ
học của FAC-HSLWC như cường độ chịu nén, uốn và mô đun đàn hồi của FAC-HSLWC
được cải thiện tốt hơn khi sử dụng hệ CKD gồm xi măng kết hợp với SF và/hoặc GGBFS,
trong đó hiệu quả đạt được tốt nhất với CKD gồm xi măng kết hợp 10% SF (theo khối lượng).
6. Đã xác định và đánh giá được một đặc tính về độ bền lâu của FAC-HSLWC với KLTT 13001600 kg/m3 và cường độ nén 40-70 MPa: khi thay thế cát bằng FAC làm làm tăng độ hút
nước, tốc độ thấm nước nhưng cải thiện khả năng chống thấm ion clo, độ bền sun phát của
FAC-HSLWC. Các tính chất về độ bền lâu được cải thiện tốt hơn khi sử dụng CKD có tỷ lệ