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

LUẬN ÁN TIẾNSĨ

Hà Nội - Năm2023



1

LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả được trình bày trong luận án là trung thực và chưa từng
được ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tác giả luận án

NCS. Lê Việt Hùng


LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Văn Tuấn

và PGS.TS. Lê Trung Thành đã hết lòng giúp đỡ trong suốt quá trình học tập và
nghiên cứu.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Xây dựng Hà Nội, Khoa Vật
liệu xây dựng, Phịng Quản lý đào tạo, Phịng Thí nghiệm xi măng và bê tông - Viện
Vật liệu xây dựng (LAS XD 1133), Bộ môn Vật liệu xây dựng, Bộ mơn Cơng nghệ
Vật liệu xây dựng, Phịng Thí nghiệm cơng trình (LAS XD 125) - Trường Đại học
Xây dựng Hà Nội, Phịng thí nghiệm LAS-XD 28 - Cơng ty Bê tông Xuân Mai đã
giúp đỡ trong thời gian qua.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn Viện Vật liệu xây dựng đã tận tình giúp đỡ và
tạo điều kiện cho tơi trong quá trình tiến hành nghiên cứu của luận án. Tơi xin chân
thành cảm ơn tồn thể bạn bè, đồng nghiệp đã tạo điều kiện, động viên, khích lệ tơi
hồn thành luận án này.
Đặc biệt tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình tơi đã ln sát cánh, giúp
đỡ tôi trong thời gian qua.
Tác giả luận án

NCS. Lê Việt Hùng


MỤC LỤC
LỜICAM ĐOAN........................................................................................................i
LỜICẢMƠN.............................................................................................................ii
DANHMỤCBẢNG.................................................................................................vii
DANH MỤC HÌNH VẼ,ĐỒTHỊ...............................................................................x
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮVIẾT TẮT.......................................................xv
MỞĐẦU.................................................................................................................... 1
1.

LÝ DO LỰA CHỌNĐỀTÀI........................................................................1


2.

MỤC ĐÍCH NỘI DUNGNGHIÊNCỨU.......................................................3

3.

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VINGHIÊN CỨU................................................3
3.1 Đối tượngnghiêncứu.....................................................................................3
3.2 Phạm vinghiêncứu........................................................................................3

4.

CỞ SỞKHOAHỌC......................................................................................3

5.

PHƯƠNG PHÁPNGHIÊNCỨU..................................................................4

6.

NHỮNG ĐĨNGGĨPMỚI...........................................................................4

1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TƠNG NHẸ VÀ BÊ TÔNG NHẸ
SỬDỤNGCENOSPHERE..........................................................................................5
1.1

TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG NHẸKẾT CẤU.............................................5

1.1.1


Khái niệm và phân loại về bêtơngnhẹ....................................................5

1.1.2

Tình hình nghiên cứu và ứng dụng bê tông nhẹkếtcấu...........................6

1.1.3

Bê tông nhẹ cường độ cao và các ứng dụngcủanó.................................9

1.1.4

Tình hình nghiên cứu và ứng dụng bê tơng nhẹ tạiViệtNam................10

1.2

BÊ TƠNG NHẸ SỬDỤNGCENOSPHERE...............................................12

1.2.1

Giới thiệu về bê tơng nhẹ sửdụngcenosphere.......................................12

1.2.2

Hạt vi cầu rỗng từ trobay(Cenosphere)................................................14

1.2.3

Một số tính chất của bê tơngnhẹcenosphere.........................................19


1.2.4

Nhậnxétchung......................................................................................28

2 CHƯƠNG2CƠSỞKHOAHỌCVỀLỰACHỌNVẬTLIỆU,XÂYDỰNGMƠHÌNHC
ƯỜNGĐỘCHỊUNÉN VÀTHIẾTKẾCẤPPHỐI CHOFAC-HSLWC31
2.1

CƠ SỞ KHOA HỌC LỰA CHỌN VẬT LIỆUCHOFAC-HSLWC...........32

2.1.1

Cơ sở khoa học lựa chọn cốt liệuchoFAC-HSLWC.............................32

2.1.2

Cơ sở khoa học sử dụng PGKchoFAC-HSLWC..................................34


2.1.3

Cơ sở khoa học dùng cốt sợi phântánpolypropylene............................38

2.2 CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG MƠ HÌNH DỰ ĐỐN CƯỜNG
ĐỘCHỊU NÉNCHO FAC-HSLWC......................................................................39
2.2.1

Một số mơ hình dự đốn cường độbêtơng............................................39

2.2.2


Một số mơ hình dự đốn cường độ với bê tơng cốtliệunhẹ...................42

2.2.3 Hướng đề xuất xây dựng mơ hình dự đốn cường độ chịu nén cho
hệFAC-HSLWCđề xuất.....................................................................................45
2.3 CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ
THÀNHPHẦN CẤP PHỐICHOFAC-HSLWC.....................................................45
2.3.1

Các phương pháp thiết kế cấp phối bê tông và bêtôngnhẹ...................45

2.3.2 Hướng đề xuất xây dựng phương pháp thiết kế cấp phối cho FACHSLWCđềxuất..................................................................................................49
3 CHƯƠNG 3 VẬT LIỆU SỬ DỤNG VÀ PHƯƠNG PHÁPNGHIÊNCỨU..........50
3.1

VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONGNGHIÊNCỨU.........................................50

3.1.1

Ximăng................................................................................................50

3.1.2

Silicafume............................................................................................50

3.1.3

Xỉ hạt lò caonghiềnmịn........................................................................51

3.1.4


Cenosphere..........................................................................................53

3.1.5

Cốtliệucát.............................................................................................54

3.1.6

Phụ giasiêudẻo.....................................................................................56

3.1.7

Sợi Polypropylene(sợiPP)....................................................................57

3.1.8

Nướctrộn..............................................................................................57

3.2

PHƯƠNG PHÁPTHỰCNGHIỆM.............................................................57

3.2.1

Các phương pháp thí nghiệm theotiêuchuẩn........................................57

3.2.2

Các phương pháp thí nghiệm phitiêuchuẩn..........................................61


4 CHƯƠNG4NGHIÊNCỨULỰACHỌNTHÀNHPHẦNCẤPPHỐICHOFAC-HSLWC
68
4.1 NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN THÀNH PHẦN CKD PHÙ HỢP CHO FACHSLWC................................................................................................................ 68
4.1.1

Lựa chọn thành phần CKD theo độ lèn chặttối ưu................................68

4.1.2 Lựa chọn thành phần CKD theo phương pháp tối ưu tính cơng tác
vàcường độchịu nén...........................................................................................70
4.2

THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CẤP PHỐICHOFAC-HSLWC......................75

4.2.1

Lựa chọn kích thước hạt cốt liệu cátchoFAC-HSLWC........................75


4.2.2

Lựa chọn tỷ lệ cốt liệu/CKDchoFAC-HSLWC...................................77

4.2.3

Nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ CKD và cốt liệu theo phương pháp đúc
mẫu79

4.2.4


Thí nghiệm kiểm chứng thành phần cấp phối cơ sở của FACHSLWC85

5 CHƯƠNG 5 XÂY DỰNG MƠ HÌNH DỰ ĐỐN CƯỜNG ĐỘ VÀ
PHƯƠNGPHÁP THIẾT KẾ CẤP PHỐICHOFAC-HSLWC....................................87
5.1 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA FACHSLWC................................................................................................................ 87
5.1.1

Ảnh hưởng của cường độđáCKD.........................................................88

5.1.2

Ảnh hưởng của hàm lượnghồCKD......................................................89

5.1.3

Ảnh hưởng của tỷlệFAC/CL...............................................................96

5.1.4

Ảnh hưởng của Dmaxcốtliệu...................................................................98

5.1.5

Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng cốtsợi PP.................................99

5.1.6

Nghiên cứu tốc độ phát triển cường độ chịu nén theothờigian...........101

5.1.7


Kiểm tra sự phù hợp của mơ hìnhđềxuất...........................................102

5.2 XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CẤP PHỐI CHO FACHSLWC.............................................................................................................. 103
5.2.1

Nguyêntắcchung................................................................................103

5.2.2

Các bước thiết kế cấpphốiFAC-HSLWC...........................................104

6 CHƯƠNG 6. NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CƠ LÝCỦAFAC-HSLWC............108
6.1

TÍNH CHẤT CỦA HỖN HỢP BÊTƠNGFAC-HSLWC.........................108

6.1.1

Tínhcơngtác.......................................................................................108

6.1.2

Độnhớt...............................................................................................111

6.1.3

Độtáchnước.......................................................................................111

6.1.4


Độphântầng........................................................................................112

6.1.5

Hàm lượngbọtkhí...............................................................................112

6.1.6

Thời gianđơngkết...............................................................................113

6.2

MỨC ĐỘ THỦY HĨA VÀ VICẤUTRÚC..............................................115

6.2.1

HàmlượngCH....................................................................................115

6.2.2

Vi cấu trúccủaFAC-HSLWC.............................................................118

6.3

TÍNH CHẤTCƠ LÝ.................................................................................122

6.3.1

Khối lượng thể tích và cường độchịu nén...........................................122



6.3.2

Cường độ chịu nén ở điều kiện dưỡng hộ nhiệt ẩmkhácnhau.............124

6.3.3

Cường độ chịu kéokhiuốn..................................................................126

6.3.4

Mô đun đàn hồi và hệsốpoatxon........................................................128

6.4

ĐỘBỀNLÂU............................................................................................131

6.4.1

Độcokhô............................................................................................131

6.4.2

Độhútnước.........................................................................................134

6.4.3

Độ bền chống thấmion clo.................................................................135


6.4.4

Khả năng bềnsunphát.........................................................................136

6.5 KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA TẤM SÀN BTCT SỬ DỤNG FACHSLWC.............................................................................................................. 138
7 KẾTLUẬN.........................................................................................................140
KẾTLUẬN.........................................................................................................140
KIẾNNGHỊ........................................................................................................141
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦATÁCGIẢ.............................142
TÀI LIỆUTHAM KHẢO......................................................................................143
1 PHỤLỤC1-KẾTQUẢTHÍNGHIỆMCHẤTKẾTDÍNHCHOCHẾTẠOFACHSLWC.................................................................................................................PL-1
2 PHỤ LỤC 2 - KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM HỖN HỢP BÊ TƠNG VÀ BÊ
TƠNGFACHSLWC........................................................................................................PL-2
3 PHỤLỤC3-KẾTQUẢPHÂNTÍCHPHƯƠNGSAICÁCMƠHÌNHCHOCÁCTÍNH
CHẤT CỦA CHẤT KẾT DÍNH VÀ FAC-HSLWC................PL-16
4 PHỤ LỤC 4 - HỆ SỐ QUY ĐỔI CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA FACHSLWCVỚI MẪU THÍ NGHIỆM CĨ KÍCH THƯỚC KHÁC MẪU LẬP
PHƯƠNG TIÊUCHUẨN 15x15x15 CM......................................................................................PL-19
5 PHỤ LỤC 5 - KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA TẤM SÀN BTCT SỬDỤNGFACHSLWC...............................................................................................................PL-21
5.1

MÔ TẢ CẤU KIỆN BTCT THÍ NGHIỆM..........................................PL-21
5.2
5.3

SƠ ĐỒ VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM..........................PL-23

ỨNG XỬ KHI CHỊU TẢI TRỌNG CỦA TẤM SÀNTHÍNGHIỆM.PL245.3.1 Quan hệ giữa tải trọng và độvõng..................................................PL-24

5.3.2


Quan hệ giữa tải trọng và biến dạng của bêtông...........................PL265.4 KẾT LUẬN..............................................PL-29


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Yêu thuật với bê tông nhẹ kết cấu của một sốtiêuchuẩn..............................6
Bảng 1.2 Thống kê một số kết quả nghiên cứu về bê tông cốt liệu nhẹ trên thế
giới[125]..................................................................................................................... 8
Bảng 1.3 Thành phần hóa của một số loạiFAC[56].................................................16
Bảng 1.4 Một số tính chất vật lý củaFAC [90]..........................................................18
Bảng 1.5 Tổng hợp kết quả nghiên cứu về hệ vật liệu chất kết dính xi măng sử
dụngcenosphere........................................................................................................21
Bảng 3.1 Tính chất cơ lý của xi măng PC50NghiSơn..............................................50
Bảng 3.2 Thành phần hóa của xi măng PC50NghiSơn.............................................50
Bảng 3.3 Thành phần hóacủaSF..............................................................................51
Bảng 3.4 Tính chất và thành phần hạtcủaSF............................................................51
Bảng 3.5 Thành phần hóa của GGBFS sử dụng trongnghiêncứu..............................52
Bảng 3.6 Tính chất cơ lý của GGBFS sử dụng trongnghiêncứu...............................52
Bảng 3.7 Thành phần hạt của GGBFS sử dụng trongnghiêncứu...............................52
Bảng 3.8 Thành phần hóa của cenosphere sử dụng trongnghiêncứu.........................53
Bảng 3.9 Tính chất cơ lý của cenosphere sử dụng chonghiêncứu.............................53
Bảng 3.10 Thành phần hạt của các cenosphere sử dụng trongnghiên cứu.................54
Bảng 3.11 Tính chất vật lý của các mẫu cát sử dụng trongnghiên cứu......................55
Bảng 3.12 Phân bố thành phần cỡ hạt của các mẫu cát sử dụng trongnghiêncứu......55
Bảng 3.13 Tổng hợp thành phần cỡ hạt các vật liệu dạng hạt sử dụng cho chế
tạoFAC-HSLWC......................................................................................................55
Bảng 3.14 Tính chất của phụ gia hóa học cho bê tơng sử dụng trongnghiêncứu......56
Bảng 3.15 Thông số kỹ thuật củasợiPP....................................................................57
Bảng 3.16 Phương pháp tiêu chuẩn xác định tính chất của vật liệu sử dụng
trongnghiêncứu........................................................................................................58
Bảng 3.17 Phương pháp tiêu chuẩn áp dụng xác định tính chất của FACHSLWCtrongnghiêncứu..........................................................................................59

Bảng 3.18 Hệ số nén K với các quá trình lèn chặtkhácnhau[38]..............................66
Bảng 3.19 Quy trình bảo dưỡngnhiệt ẩm..................................................................67
Bảng 4.1 Độ lèn chặt của hệ CKD gồm XM kết hợp với GGBFSvàSF...................68
Bảng 4.2 Cấp phối và kết quả thí nghiệm CKD theo mơ hình thiết kế tốiưuD........70


Bảng 4.3 Thành phần CKD tối ưu theo mơ hình thực nghiệm cường độ chịu nén
củaCKD và lựa chọn tỷ lệ thành phần CKDhợplý.......................................................74
Bảng 4.4 Cấp phối và kết quả thí nghiệm theo mơ hình thiết kế tối ưu D-Optimal.77
Bảng 4.5 Thành phần hỗn hợp vật liệu tối ưu theo mơ hình thực nghiệm và lựa
chọntỷ lệ thành phần vật liệu hợp lý cho chếtạoFAC-HSLWC.....................................79
Bảng4.6Cấpphốithínghiệmxâydựngmơhìnhhồiquycườngđộchịunéntheocáctỷ lệ vật liệu
khơcủaFAC-HSLWC...............................................................................................81
Bảng 4.7 Thành phần hỗn hợp vật liệu tối ưu theo mơ hình thực nghiệm và lựa
chọntỷ lệ thành phần vật liệu hợp lý cho chếtạoFAC-HSLWC.....................................83
Bảng 4.8 Thành phần cấp phối FAC-HSLWC cơ sở theo phương ántốiưu..............86
Bảng 4.9 Thành phần cấp phối FAC-HSLWC cơ sở sauhiệuchỉnh..........................86
Bảng 4.10 Kết quả thí nghiệm cấp phối FAC-HSLWCcơsở....................................86
Bảng 6.1 Thành phần cấp phối vật liệu của FAC-HSLWC cho khảo sát các tính
chấtcủa hỗn hợpbê tơng.........................................................................................110
Bảng6.2TiêuchuẩnđánhgiáđộchốngthấmcủabêtơngthơngquaRCPTvàBERT
.................................................................................................................................136
BảngPL1.1KếtquảthínghiệmđộlưuđộngvàcườngđộchịunéncủaCKDcóthànhphầnkhácnhaus
ửdụngchoFAC-HSLWC.........................................................PL-1
Bảng PL 2.1 Bảng quy hoạch thực nghiệm và kết quả thí nghiệm cho xây dựngmơhình
cường độ chịu nén theo tỷ lệ vật liệu khô của FAC-HSLWC......................PL-2
Bảng PL 2.2 Cấp phối và kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của hệ số dư hồ
CKD(Kd)đến cường độ chịu nén củaFAC-HSLWC............................................................PL-5
Bảng PL 2.3 Cấp phối và kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của Dmaxcốt liệu đến cườngđộ
chịu nén của FAC-HSLWC.............................................................................PL-6

BảngPL2.4C ấ p phốivàkếtquảthínghiệmảnhhưởngcủatỷlệFAC/CLđếncườngđộ chịu nén
của FAC-HSLWC.............................................................................PL-7
Bảng PL 2.5 Cấp phối và kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của cường độ CKD
đếncường độ chịu nén của FAC-HSLWC..................................................................PL-8
Bảng PL 2.6 Cấp phối và kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của hàm lượng sợi PP
đếncường độ chịu nén của FAC-HSLWC................................................................PL-10
Bảng PL 2.7 Cấp phối và tính chất của hỗn hợp bê tơng FAC-HSLWC...........PL11Bảng PL 2.8 Tính chất của hỗn hợp bê tơngFAC-HSLWC...............................PL-12
Bảng PL 2.9 Tính chất cơ lý của FAC-HSLWC đóngrắn.................................PL-13
Bảng PL 2.10 Tính chất về độ bền lâu của FAC-HSLWC đóng rắn.........PL-14
Bảng PL 2.11 Cường độ chịu nén của FAC-HSLWC được bảo dưỡng ở điều
kiệndưỡng hộ nhiệt ẩm khác nhau.......................................PL-15


Bảng PL 3.1 Phân tích phương sai của mơ hình thực nghiệm tính cơng tác củaC K D
.............................................................................................................................PL-16
Bảng PL 3.2 Phân tích phương sai của mơ hình cho cường độ chịu nén R28củaCKD
.............................................................................................................................PL-16
Bảng PL 3.3 Phân tích phương sai của mơ hình cho độ lèn chặt của hỗn hợp vật
liệucho chếtạo FAC-HSLWC.............................................................................PL-16
Bảng3.4Phântíchphươngsaicủamơhìnhchocườngđộchịunén28ngàycủaFAC-HSLWC với
các tỷ lệ vật liệu khơ - trường hợp N/CKD=0,5...............PL-17
Bảng3.5Phântíchphươngsaicủamơhìnhchocườngđộchịunén28ngàycủaFAC-HSLWC với
các tỷ lệ vật liệu khơ - trường hợp N/CKD=0,4...............PL-17
Bảng3.6Phântíchphươngsaicủamơhìnhchocườngđộchịunén28ngàycủaFAC-HSLWC với
các tỷ lệ vật liệu khơ - trường hợp N/CKD=0,3............................PL-18
BảngPL4.1KếtquảthínghiệmtínhtốnhệsốquiđổicườngđộchịunéncủaFAC-HSLWC
với các mẫu thí nghiệm có kích thước khác mẫu lập phương tiêu
chuẩn15x15x15cm....................................................PL-19
BảngPL5.1ThànhphầncấpphốibêtơngdùngchếtạotấmsànBTCTthửnghiệm
.............................................................................................................................PL-21

Bảng PL 5.2 Một số tính chất của bê tông chế tạo tấm sàn BTCT thử nghiệm..PL22Bảng PL 5.3 Đặc trưng vật liệu cho chế tạo tấm sàn panel................................PL22BảngPL5.4Đặctrưngứngxửlàmviệccủacáctấmsànthínghiệm................PL-25
BảngPL5.5Cácgiátrịbiếndạngtươngđốicủabêtơngởcáctrạngtháilàmviệcđặctrưng của các
tấm sàn BTCT thí nghiệm............................................................PL-27


DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Hình dạng cấu trúc cơ bản của bêtơngnhẹ...................................................6
Hình 1.2 Qui định cấp cường độ và KLTT khô của bê tông nhẹ theo EN 206-1
[27]7Hình 1.3 Hạt cenosphere và cấu trúc bê tơng chứa cenosphere điểnhình[118] 13
Hình 1.4 Sơ đồ cơng nghệ thu hồi cenosphere theo phương pháp ướt và khơ[104]14
Hình 1.5 Biều đồ 3 cấu tử thể hiện thành phần hóa của cenosphere của 209 mẫu
trobay a) biều đồ đầy đủ b) phóng đại vùng biểu đồchứacenosphere.............................16
Hình1.6Mơhìnhcấutrúcthànhphầnpha(tinhthểvàvơđịnhhình)củaFAC[90]
...................................................................................................................................17
Hình 1.7 Hình ảnh chụp SEM của các hạtFAC[56].................................................17
Hình 1.8 Quan hệ giữa đường kính hạt cenosphere và chiều dày lớpvỏ[105]..........17
Hình1.9HìnhảnhchụpSEMvùngITZcủahạtFACvớiđáximăngbảodưỡngđiềukiệnthơng
thường...................................................................................................................... 19
Hình 1.10 Quan hệ cường độ chịu nén/KLTT và cường độ chịu kéo khi uốn của
bêtông nhẹ sử dụngFAC[125]....................................................................................25
Hình 1.11 Độ hút nước của bê tơng FAC và bê tơngthường [21]...............................26
Hình 2.1 Cường độ chịu nén 28 ngày của BTCLN với Dmaxcốt liệu khác nhau[114]
...................................................................................................................................33
Hình 2.2 Ảnh hưởng của PGK đến tính chất cùng ITZ bề mặt cốt liệu và đá xi
măng(a) cải thiện kích thước lỗ rỗng; (b) cải thiệnđộcứng[43]......................................35
Hình2.3ẢnhhưởngcủaPGKđếnvicấutrúctạivùngliênkếtgiữađáximăngvàbềmặt cốt liệu
trong bêtơng[43].......................................................................................................35
Hình 2.4 Phân bố của các hạt siêu mịn trong cấu trúc của bê tơng cốtliệunhỏ.........36
Hình 2.5 Co ngót của bê tơng cốt sợi tính năng cao sử dụng sợi PP ở trạng thái
khơa) và ẩmb)[108]..................................................................................................39

Hình 3.1 Hình ảnh mẫu SF (trái) và các hạt SF qua chụpSEM(phải).......................51
Hình 3.2 Biểu đồ thành phần hạtcủaSF....................................................................51
Hình 3.3 Hạt xỉ lị cao (a) khi chưa nghiền (b) đã đượcnghiềnmịn...........................52
Hình 3.4 Phân bố thành phần hạt (trái) và hình dạng hạt (phải) của GGBFS sử
dụngtrongnghiêncứu.................................................................................................52
Hình 3.5 Mẫu cenosphere và hình dạng của nó quachụp SEM.................................53
Hình 3.6 Phân bố thành phần cỡhạtcenosphere........................................................54
Hình 3.7 Hình ảnh mẫu cát và hình dạng hạtcủanó..................................................54
Hình 3.8 Thành phần hạt của các vật liệu sử dụng trongnghiêncứu..........................56


Hình 3.9 Hình ảnh mẫu sợi PP sử dụng trongnghiêncứu...........................................57
Hình 3.10 Thiết bị xác định độ nhớt hỗnhợp FAC-HSLWC.....................................61
Hình 3.11 Thiết bị phân tích DTA/TG sử dụng trongnghiêncứu..............................62
Hình 3.12 Đường cong DTG/TG điển hình của mẫu đá xi măng trong nghiên cứu62
Hình 3.13 Phương pháp hình học xác định CH trong mẫu đá xi măng từ đường
congDTA/TG[48,85]................................................................................................62
Hình 3.14 Thiết bị kính hiển vi điện tử sử dụng chonghiêncứu................................64
Hình 3.15 Ảnh hưởng của một số hiệu ứng trong hỗn hợphạt[38]...........................65
Hình 3.16 Sơ đồ quy trình trộn hỗnhợp FAC-HSLWC..............................................67
Hình 4.1 Độ lèn chặt của CKD bao gồm xi măng và PGK với loại và tỷ lệ khácnhau
...................................................................................................................................68
Hình4.2BiềuđồđườngđồngmứcđộlènchặtvớihệCKD3cấutử(XM-SF-GGBFS)và biểu đồ
quan hệ tỷ lệ XM, GGBFS, SF với độlènchặt..........................................................69
Hình 4.3 Bề mặt biểu diễn và đường đồng mức mơ hình tính cơng táccủaCKD......71
Hình 4.4 Bề mặt biểu diễn và đường đồng mức mơ hình quan hệ giữaR28và
thànhphầncủaCKD...................................................................................................73
Hình 4.5 Ảnh hưởng Dmaxcốt liệu đến lượng dùng PGSD để đảm bảo tính cơng
táccủaHHBT............................................................................................................76
Hình 4.6 Ảnh hưởng của Dmaxcốt liệu đến độ phân tầngcủaHHBT..........................76

Hình 4.7 Ảnh hưởng Dmaxcốt liệu đến cường độ chịu néncủaFAC-HSLWC............76
Hình 4.8 Bề mặt biểu diễn và đường đồng mức mơ hình quan hệ giữa độ lèn chặt
vàtỷ lệ thành phần vật liệucủaFAC-HSLWC...........................................................78
Hình 4.9 Bề mặt biểu diễn quan hệ của R28với tỷ lệ vật liệucủaFAC-HSLWC........83
Hình 4.10 Quan hệ giữa tỷ lệ CKD/VLK và R28củaFAC-HSLWC...........................84
Hình 4.11 Quan hệ giữa hàm lượng hồ CKD và R28của FAC-HSLWC.....................84
Hình 4.12 Quan hệ giữa tỷ lệ N/CKD và hàm lượng CKD tối ưu cho cường độ
chịunéncủaFAC-HSLWC........................................................................................85
Hình 5.1 Bề mặt biểu diễn quan hệ tỷ lệ N/CKD và Rckdđến cường độ chịu nén
28ngàycủaFAC-HSLWC.........................................................................................89
Hình 5.2 Mơ hình giả định cấu trúc hỗn hợp bê tơng FAC-HSLWC cho xác
địnhBPT..................................................................................................................91
Hình 5.3 Mơ tả khái niệm MPT trong hệ bê tông cốt liệu (a) Trạng thái lèn chặt
khôcủa cốt liệu dưới tải trọng; (b) Trạng thái cốt liệu khi điền hồ ximăng [38]...............93
Hình 5.4 Quan hệ giữa Kdvà R28của FAC-HSLWC với tỷ lệ N/CKD và
FAC/CLkhácnhau....................................................................................................94


Hình 5.5 Quan hệ giữa Kdvà R28của FAC-HSLWC với tỷ lệ FAC/CL=0 và
N/CKDkhácnhau.....................................................................................................94
Hình 5.6 Quan hệ giữa Kdvà KKdcủa FAC-HSLWC với tỷlệFAC/CL=0................94
Hình5.7QuanhệgiữaBPTvàR 28c ủ a FAC-HSLWCvớitỷlệN/CKDkhácnhau
...................................................................................................................................95
Hình 5.8 Quan hệ giữa MPT và R28 của FAC-HSLWC với tỷ lệ N/CKD khácnhau
...................................................................................................................................96
Hình 5.9 Quan hệ giữa tỷ lệ FAC/CL và R28của FAC-HSLWC.................................97
Hình 5.10 Quan hệ giữa KFACvà tỷ lệ FAC/CLcủaFAC-HSLWC.............................97
Hình 5.11 Quan hệ giữa Dmaxcốt liệu và R28củaFAC-HSLWC..............................99
Hình 5.12 Quan hệ giữa KDmaxvà Dmaxcốt liệuc ủ a FAC-HSLWC...........................99
Hình 5.13 Quan hệ giữa hàm lượng sợi và R28của FAC-HSLWC............................100

Hình 5.14 Quan hệ giữa hàm lượng sợi và hệ số Kscủa FAC-HSLWC...................100
Hình 5.15 So sánh cường độ chịu nén tuổi 28 ngày của FAC-HSLWC với nhóm
cấpphối có tỷ lệ N/CKD, FAC/CLkhácnhau..........................................................102
Hình 5.16 So sánh cường độ chịu nén ở các tuổi khác nhau của FAC-HSLWC
vớiCKD khác nhau a) CKD gồm XM+SF+GGBFS b) CKDgồmXM+GGBFS.....103
Hình 5.17 Sơ đồ các bước thiết kế cấp phốichoFAC-HSLWC..............................105
Hình 6.1 Thí nghiệm xác định độ chảy xịe của hỗn hợp bêtơng FAC-HSLWC.......109
Hình 6.2 Tính cơng tác của hỗn hợp bêtơngFAC-HSLWC....................................109
Hình 6.3 Lượng PGSD để đạt cùng độ chảy xòe 180±5 mmcủa HHBT..................109
Hình 6.4 Độ chảy xịe và độ nhớt của hỗn hợp bêtơngFAC-HSLWC....................111
Hình 6.5 Độ phân tầng của HHBT FAC-HSLWC khi chịu tácđộngrung...............112
Hình 6.6 Hàm lượng bọt khí của hỗn hợp bêtơngFAC-HSLWC............................113
Hình 6.7 Hình ảnh phân bố của bọt khí trong cấu trúc của bê tơng với hàm
lượngFAC thay thế cátkhácnhau.............................................................................113
Hình 6.8 Thời gian đơng kết của hỗn hợp bêtơngFAC-HSLWC............................114
Hình6.9ĐườngcongTGcủacácmẫuFAC-HSLWCvớiCKDchứahàmlượngPGKkhác nhau
được bảo dưởng ở điều kiệntiêuchuẩn....................................................................115
Hình 6.10 Hàm lượng CH trong các mẫu FAC-HSLWC dưỡng hộ tiêu chuẩn
tínhtốn từ đường cong DTG a) so với khối lượng mẫu phân tích b) so với khối
lượngximăng..........................................................................................................116
Hình 6.11 Đường cong TG của các mẫu FAC-HSLWC với CKD chứa hàm
lượngPGK khác nhau được dưỡng hộ nhiệt ẩm ở 70oC (trái) và ở 90oC(phải)......117


Hình6.12ẢnhhưởngcủađiềukiệndưỡnghộnhiệtẩmđếnhàmlượngCHtrongmẫuFACHSLWC.................................................................................................................117
Hình 6.13 Hàm lượng CH trong các mẫu FAC-HSLWC dưỡng hộ nhiệt ẩm ở
70oCvà90oC...........................................................................................................118
Hình 6.14 Hình ảnh chụp SEM vi cấu trúc của mẫu FAC-HSLWC dưỡng hộ
tiêuchuẩn ở tuổi3ngày............................................................................................119
Hình 6.15 Hình ảnh chụp SEM vi cấu trúc của FAC-HSLWC dưỡng hộ ở điều

kiệntiêu chuẩn ở tuổi28ngày..................................................................................119
Hình 6.16 Hình ảnh chụp SEM vi cấu trúc của mẫu FAC-HSLWC dưỡng hộ
nhiệtẩm ở 70oC ở tuổi28ngày................................................................................120
Hình 6.17 Hình ảnh chụp SEM vi cấu trúc của mẫu FAC-HSLWC dưỡng hộ
nhiệtẩm ở 90oC ở tuổi28ngày................................................................................121
Hình 6.18 Hình ảnh chụp SEM vi cấu trúc của mẫu FAC-HSLWC dưỡng
hộautoclave ở tuổi28 ngày.....................................................................................122
Hình 6.19 KLTT, cường độ chịu nén và cường độ riêng của FAC-HSLWC

123

Hình 6.20 Ảnh hưởng của chế độ dưỡng hộ nhiệt ẩm đến cường độ chịu nén tuổi
3và 28 ngày của FAC-HSLWC a) nhóm cốt liêu cát thay thế bởi FAC b) nhóm
CKDsử dụng SFvàGGBFS....................................................................................125
Hình 6.21 Cường độ chịu kéo khi uốncủaFAC-HSLWC.......................................127
Hình 6.22 Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và cường độ chịu kéo khi uốn
củaFAC-HSLWC...................................................................................................128
Hình 6.23 Thí nghiệm xác định mơ đun đàn hồi và hệ số poatxon củaFAC-HSLWC
.................................................................................................................................129
Hình6.24MơđunđànhồicủaFAC-HSLWCa)vớitỷlệFACkhácnhaub)vớiCKDchứa PGK
là SFvàGGBFS......................................................................................................129
Hình 6.25 Quan hệ giữa mơ đun đàn hồi và KLTTcủaFAC-HSLWC....................130
Hình 6.26 Mô đun đàn hồi và cường độ chịu nén từ kết quả thí nghiệm, cơng
thứctheo ACI318,EC2-1992...................................................................................130
Hình6.27M ơ đunđànhồivàhệsốpoatxoncủaFACHSLWCa)vớitỷlệFACkhácnhau b) với
CKD chứa SFvàGGBFS........................................................................................131
Hình 6.28 Độ co khơ của FAC-HSLWC a) với tỷ lệ FAC/CL và b) với CKD
chứaPGKkhácnhau................................................................................................132
Hình 6.29 Độ co khơ của FAC-HSLWC với tỷ lệ N/CKDkhácnhau.....................133
Hình 6.30 Độ co khơ của FAC-HSLWC sử dụng hàm lượng sợi PPkhácnhau.......134

Hình 6.31 Độ hút nước toàn phầncủaFAC-HSLWC.............................................135


Hình 6.32 Khả năng chống thấm ion clo và điện trở suất khối của các cấp phốiFACHSLWC a) với tỷ lệ FAC/cốt liệu khác nhau b) CKD chứa SFvàGGBFS.............136
Hình 6.33 Quan hệ giữa RCPT và BERTcủaFAC-HSLWC..................................136
Hình6.34ĐộnởsunpháttheothờigiancủaFAC-HSLWCa)vớitỷlệFAC/CLkhácnhau b) với
CKD chứa SFvàGGBFS........................................................................................137
Hình6.35Sơđồthínghiệmvàhìnhảnhthựctếbốtríhệgiatảivàthiếtbịthínghiệmtấmsàn.....139
Hình PL 5.1 Cấu tạo tấm sàn BTCT thửnghiệm................................................PL-22
HìnhPL5.2Sơđồthínghiệmtấmsànpanelđặc...............................................PL-23Hình PL 5.3 Hình ảnh bố
trí hệ gia tải và thiết bị thí nghiệm tấm sàn panel......PL-23Hình PL 5.4 Sơ đồ bố trí
hệ

gia

tải

và

thiết

bị

thử

nghiệm

tấm

sàn


panel

đặc

...PL-

23HìnhPL5.5Quanhệtảitrọng–độvõng của cáctấmsàn.................PL-25
Hình PL 5.6 Phá hủy bê tơng của các tấm sàn thínghiệm..................................PL-26
Hình PL 5.7 Quan hệ tải trọng – biến dạng kéo, nén của bê tông trên các tấm
sànBTCT thí nghiệm................................................................................................PL-27
Hình PL 5.8 Sơ đồ vết nứt trên các mẫu sàn thí nghiệm....................................PL-28Hình PL 5.9
Quan hệ tải trọng – bề rộng vết nứt của 3 tấm sàn thínghiệm.......PL-28


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Kýhiệu

Ýnghĩa

BERT

Thử nghiệm điện trở suất khối (Bulk Electric Resistivity Test)

BTCS

Bê tông cốtsợi

BTCT


Bê tông cốtthép

BTN

Bê tông nhẹ (Lightweightconcrete)

BTCLN

Bê tông cốt liệu nhẹ (Lightweight aggregate concrete)

BTT

Bê tôngthường

BPT
C

Chiều dày lớp hồ bao bọc quanh hạt cốt liệu (Binder Paste
Thickness)
Cát

CLN

Cốt liệunhẹ

CH

Canxi hydroxytCa(OH)2

CL


Cốtliệu

C/CL

Tỷ lệ cát/cốt liệu, theo khốilượng

CKD

Chất kếtdính

CPM

Mơ hình lèn chặt dạng nén (Compressive PackingModel)

CPT

Chiều dày lớp hồ xi măng (Cement PasteThickness)

C-S-H

Khống canxi silicathydrate

C-A-H

Khống canxi aluminahydrate

DH

Dưỡnghộ


ĐC

Mẫu đốichứng

Ec

Mơ đun đàn hồi của bêtông

FA

Tro bay nhà máy nhiệt điện (Flyash)

FAC

Hạt vi cầu rỗng từ tro bay (Fly ash cenosphere)

FAC/CL

Tỷ lệ hạt vi cầu rỗng từ tro bay / cốt liệu, theo thể tích

FACLWC

Bê tơng nhẹ sử dụng hạt vi cầu rỗng từ tro bay (Flyash
cenosphere Lightweight concrete)
Bê tông nhẹ cường độ cao sử dụng hạt vi cầu rỗng từ tro
bay (Fly ash cenosphere High strength lightweightconcrete)
Xỉ hạt lò cao nghiềnmịn

FAC-HSLWC

GGBFS


HHBT

Hỗn hợp bê tông

HSLWC

Bê tông nhẹ cường độ cao (High strength lightweight concrete)

ITZ

Vùng chuyển tiếp giữa các hạt cốt liệu và đá xi măng trong bê
tông (Interfacial Transition Zone)

Kd

Hệ số dư hồ chất kết dính

KLTT

Khối lượng thể tích

KL

Khối lượng

MKN


Mất khi nung

MPT

Chiều dày lớp hồ xi măng lớn nhất (Maximum paste thickness)

N

Nước

N/CKD

Tỷ lệ nước/chất kết dính, theo khối lượng

N/X

Tỷ lệ nước/xi măng, theo khối lượng

OPC

Xi măng pc lăng thơng thường (Ordinary Portland cement)

PC

Xi măng poóc lăng (Portland cement)

PD

Độ lèn chặt (Packing density)


PGK

Phụ gia khống

PGSD

Phụ gia siêu dẻo

PP

Polyprolylene

SEM

Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy)

SF

Silica fume

SF/CKD

Tỷ lệ silica fume /chất kết dính, theo khối lượng

SRA

Phụ gia giảm co (Shrinkage Reducing Admixture)

TC


Tiêu chuẩn

Rn

Cường độ chịu nén của bê tông

R28

Cường độ chịu nén ở tuổi 28 ngày

Ru28

Cường độ chịu kéo khi uốn ở tuổi 28 ngày

Re28

Cường độ ép chẻ ở tuổi 28 ngày

RCPT

Phương pháp thử thấm ion clo nhanh (Rapid Chloride
Penetration Test)


VLK

Hỗn hợp vật liệu ở dạng hạt trong thành phần FAC-HSLWC

XM


Xi măng

XRD

Nhiễu xạ tia X (X-Ray Diffraction)

% vol.

Tỷ lệ phần trăm tính theo thể tích

% wt.

Tỷ lệ phần trăm tính theo khối lượng

f'c

Cường độ chịu nén bê tông xác định trên mẫu trụ1530 cm

Wa
c

Độ hút nước

btn

Khối lượng thể tích của bê tơng nhẹ (kg/m3)

Khối lượng thể tích của bê tơng (kg/m3)



1

MỞ ĐẦU
1. LÝDO LỰA CHỌN ĐỀTÀI
Trong ngành công nghiệp xây dựng hiện nay, bê tông là loại vật liệu được sử
dụng chủ yếu cho các kết cấu chịu lực trong cơng trình. Tuy nhiên, đặc điểm cố hữu
của bê tơng kết cấu chịu lực là thường có khối lượng thể tích (KLTT) lớn (khoảng
2400 kg/m3) dẫn đến khó khăn khi thiết kế và thi cơng các cơng trình quy mơ lớn vì
kíchthướcmóng,cột,dầmvàsàncơngtrìnhtănglênđángkểđểcóthểchịulựcđược trong cơng
trình. Vì vậy, nghiên cứu và ứng dụng bê tơng nhẹ cho các kết cấu chịu
lựctrongcơngtrìnhđãvàđangđượctiếnhànhởnhiềunơitrênthếgiới.Loạibêtơng
nàyvừađảmbảocườngđộ,độbềnnhưbêtơngthơngthường,vừamanglạinhiềulợi 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 cốt liệu nhẹ phụ thuộc nhiều vào loại cốt liệu nhẹ sử dụng. Chúng có
thểđượcsửdụnglàmkếtcấuchịulực(bêtơngnhẹkếtcấu)hoặckếtcấukhơngchịu lực. Theo
ACI 318-14 [17] thì bê tông nhẹ kết cấu là loại bê tông cốt liệu nhẹ có cường độ từ 17
MPa trở lên, tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông của châu Âu (EN 1992 (EuroCode 2
[26]) qui định bê tông nhẹ kết cấu là loại từ LC 8/9 trở lên, tức cường độ chịu nén đặc
trưng mẫu trụ và mẫu lập phương tối thiểu tương ứng là 8
MPavà9MPa.TiêuchuẩnthiếtkếkếtcấubêtơngvàbêtơngcốtthépcủaViệtNam
TCVN5574:2018thìbêtơngnhẹ(bêtơngcóKLTTkhơngq2000kg/m3)sửdụng cho kết cấu
bê tơng cốt thép là loại có cấp cường độ B15 trở lên và cấp cường độ từ B20 trở lên với
bê tông ứng suấttrước[2].
Bêtơngnhẹkếtcấuđãvàđangđượcứngdụngnhiềutrongxâydựng.Lịchsử
sửdụngbêtơngnhẹkếtcấuchothấy,bêtơngnhẹkếtcấuđãđượcsửdụngchonhiều cơng trình
nhà cao tầng, kết cấu cầu đường, kết cấu nổi ngoài khơi. Theo ACI 213- 14 [16], các loại
bê tông nhẹ kết cấu sử dụng cho các cơng trình thực tế có cường độ
chịunénchủyếutrongkhoảng21-35MPa,đốivớikếtcấubêtơngnhẹứngsuấttrước
thìchủyếusửdụngloạibêtơngnhẹcườngđộcaovớicườngđộchịunén35-41MPa

hoặccaohơnvớiKLTTphổbiếntrongkhoảng1600-1920kg/m3.TạiViệtNamchưa có các ứng
dụng bê tông nhẹ cho kết cấu dự ứng lực. Tiêu chuẩn kỹ thuật đối với bê tông cho kết cấu dự
ứng lực hiện đang áp dụng phổ biến ở nước ta là cường độ chịu nén không nhỏ hơn 35 MPa ở
tuổi cắt cáp dự ứnglực.
Nhìn chung, nghiên cứu phát triển bê tơng nhẹ với tính năng cao, đặc biệt là
bê tông nhẹ cho chế tạo kết cấu chịu lực, bao gồm cả cho bê tông dự ứng lực vẫn là