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 TIẾN SĨ

Hà Nội - Năm 2023



i

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
LỜI CAM ĐOAN........................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN............................................................................................................ii
DANH MỤC BẢNG................................................................................................vii
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ...............................................................................x
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT....................................................xv
MỞ ĐẦU................................................................................................................... 1
1.

LÝ DO LỰA CHỌN ĐỀ TÀI...........................................................................1


2.

MỤC ĐÍCH NỘI DUNG NGHIÊN CỨU.........................................................3

3.

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU...................................................3

3.1

Đối tượng nghiên cứu.......................................................................................3

3.2

Phạm vi nghiên cứu..........................................................................................3

4.

CỞ SỞ KHOA HỌC........................................................................................3

5.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.....................................................................4

6.

NHỮNG ĐĨNG GĨP MỚI.............................................................................4

1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TƠNG NHẸ VÀ BÊ TÔNG NHẸ SỬ DỤNG
CENOSPHERE..........................................................................................................5

1.1

TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG NHẸ KẾT CẤU................................................5

1.1.1 Khái niệm và phân loại về bê tơng nhẹ...............................................................5
1.1.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng bê tông nhẹ kết cấu.......................................6
1.1.3 Bê tông nhẹ cường độ cao và các ứng dụng của nó.............................................9
1.1.4 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng bê tông nhẹ tại Việt Nam............................10
1.2

BÊ TƠNG NHẸ SỬ DỤNG CENOSPHERE..................................................12

1.2.1 Giới thiệu về bê tơng nhẹ sử dụng cenosphere..................................................12
1.2.2 Hạt vi cầu rỗng từ tro bay (Cenosphere)...........................................................14
1.2.3 Một số tính chất của bê tơng nhẹ cenosphere....................................................19
1.2.4 Nhận xét chung..............................................................................................28
2 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ LỰA CHỌN VẬT LIỆU, XÂY DỰNG MƠ
HÌNH CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN VÀ THIẾT KẾ CẤP PHỐI CHO FAC-HSLWC 31
2.1

CƠ SỞ KHOA HỌC LỰA CHỌN VẬT LIỆU CHO FAC-HSLWC................32

2.1.1 Cơ sở khoa học lựa chọn cốt liệu cho FAC-HSLWC........................................32
2.1.2 Cơ sở khoa học sử dụng PGK cho FAC-HSLWC............................................34


2.1.3 Cơ sở khoa học dùng cốt sợi phân tán polypropylene.......................................38
2.2 CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG MƠ HÌNH DỰ ĐỐN CƯỜNG ĐỘ CHỊU
NÉN CHO FAC-HSLWC.........................................................................................39
2.2.1 Một số mơ hình dự đốn cường độ bê tơng......................................................39

2.2.2 Một số mơ hình dự đốn cường độ với bê tơng cốt liệu nhẹ..............................42
2.2.3 Hướng đề xuất xây dựng mơ hình dự đốn cường độ chịu nén cho hệ FACHSLWC đề xuất.......................................................................................................45
2.3 CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THÀNH
PHẦN CẤP PHỐI CHO FAC-HSLWC....................................................................45
2.3.1 Các phương pháp thiết kế cấp phối bê tông và bê tông nhẹ...............................45
2.3.2 Hướng đề xuất xây dựng phương pháp thiết kế cấp phối cho FAC- HSLWC đề
xuất…………….......................................................................................................49
3 CHƯƠNG 3 VẬT LIỆU SỬ DỤNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............50
3.1

VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU............................................50

3.1.1 Xi măng.........................................................................................................50
3.1.2 Silica fume.....................................................................................................50
3.1.3 Xỉ hạt lò cao nghiền mịn.................................................................................51
3.1.4 Cenosphere....................................................................................................53
3.1.5 Cốt liệu cát.....................................................................................................54
3.1.6 Phụ gia siêu dẻo..............................................................................................56
3.1.7 Sợi Polypropylene (sợi PP).............................................................................57
3.1.8 Nước trộn.......................................................................................................57
3.2

PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM................................................................57

3.2.1 Các phương pháp thí nghiệm theo tiêu chuẩn...................................................57
3.2.2 Các phương pháp thí nghiệm phi tiêu chuẩn.....................................................61
4 CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN THÀNH PHẦN CẤP PHỐI CHO FACHSLWC...................................................................................................................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 chặt tối ưu...........................................68
4.1.2 Lựa chọn thành phần CKD theo phương pháp tối ưu tính cơng tác và cường độ

chịu nén………........................................................................................................70
4.2

THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI CHO FAC-HSLWC..........................75

4.2.1 Lựa chọn kích thước hạt cốt liệu cát cho FAC-HSLWC...................................75


4.2.2 Lựa chọn tỷ lệ cốt liệu/CKD cho FAC-HSLWC..............................................77
4.2.3 Nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ CKD và cốt liệu theo phương pháp đúc mẫu 79
4.2.4 Thí nghiệm kiểm chứng thành phần cấp phối cơ sở của FAC-HSLWC 85
5 CHƯƠNG 5 XÂY DỰNG MƠ HÌNH DỰ ĐỐN CƯỜNG ĐỘ VÀ PHƯƠNG
PHÁP THIẾT KẾ CẤP PHỐI CHO FAC-HSLWC...................................................87
5.1 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA FACHSLWC...................................................................................................................87
5.1.1 Ảnh hưởng của cường độ đá CKD...................................................................88
5.1.2 Ảnh hưởng của hàm lượng hồ CKD................................................................89
5.1.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ FAC/CL.........................................................................96
5.1.4 Ảnh hưởng của Dmax cốt liệu...........................................................................98
5.1.5 Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng cốt sợi PP.............................................99
5.1.6 Nghiên cứu tốc độ phát triển cường độ chịu nén theo thời gian.......................101
5.1.7 Kiểm tra sự phù hợp của mơ hình đề xuất......................................................102
5.2

XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CẤP PHỐI CHO FAC- HSLWC103

5.2.1 Nguyên tắc chung.........................................................................................103
5.2.2 Các bước thiết kế cấp phối FAC-HSLWC.....................................................104
6 CHƯƠNG 6. NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA FAC-HSLWC..............108
6.1


TÍNH CHẤT CỦA HỖN HỢP BÊ TƠNG FAC-HSLWC.............................108

6.1.1 Tính cơng tác................................................................................................108
6.1.2 Độ nhớt........................................................................................................111
6.1.3 Độ tách nước................................................................................................111
6.1.4 Độ phân tầng................................................................................................112
6.1.5 Hàm lượng bọt khí........................................................................................112
6.1.6 Thời gian đơng kết........................................................................................113
6.2

MỨC ĐỘ THỦY HĨA VÀ VI CẤU TRÚC.................................................115

6.2.1 Hàm lượng CH.............................................................................................115
6.2.2 Vi cấu trúc của FAC-HSLWC.......................................................................118
6.3

TÍNH CHẤT CƠ LÝ....................................................................................122

6.3.1 Khối lượng thể tích và cường độ chịu nén......................................................122
6.3.2 Cường độ chịu nén ở điều kiện dưỡng hộ nhiệt ẩm khác nhau.........................124
6.3.3 Cường độ chịu kéo khi uốn...........................................................................126


6.3.4 Mô đun đàn hồi và hệ số poatxon..................................................................128
6.4

ĐỘ BỀN LÂU.............................................................................................131

6.4.1 Độ co khô....................................................................................................131
6.4.2 Độ hút nước.................................................................................................134

6.4.3 Độ bền chống thấm ion clo............................................................................135
6.4.4 Khả năng bền sun phát..................................................................................136
6.5

KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA TẤM SÀN BTCT SỬ DỤNG FAC- HSLWC
138

7 KẾT LUẬN.........................................................................................................140
KẾT LUẬN............................................................................................................ 140
KIẾN NGHỊ...........................................................................................................141
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ..............................142
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................143
1 PHỤ LỤC 1 - KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CHẤT KẾT DÍNH CHO CHẾ TẠO FACHSLWC.................................................................................................................PL-1
2 PHỤ LỤC 2 - KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM HỖN HỢP BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG FACHSLWC........................................................................................................PL-2
3 PHỤ LỤC 3 - KẾT QUẢ PHÂN TÍCH PHƯƠNG SAI CÁC MƠ HÌNH CHO CÁC
TÍNH CHẤT CỦA CHẤT KẾT DÍNH VÀ FAC-HSLWC ...............................PL-16
4 PHỤ LỤC 4 - HỆ SỐ QUY ĐỔI CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA FAC-HSLWC VỚI
MẪU THÍ NGHIỆM CĨ KÍCH THƯỚC KHÁC MẪU LẬP PHƯƠNG TIÊU
CHUẨN 15x15x15 CM ......................................................................................PL-19
5 PHỤ LỤC 5 - KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA TẤM SÀN BTCT SỬ DỤNG FACHSLWC...............................................................................................................PL-21
5.1

MƠ TẢ CẤU KIỆN BTCT THÍ NGHIỆM ..........................................PL-21

5.2SƠ ĐỒ VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM ..................................................PL-23
5.3

ỨNG XỬ KHI CHỊU TẢI TRỌNG CỦA TẤM SÀN THÍ NGHIỆM.PL-24

5.3.1 Quan hệ giữa tải trọng và độ võng..................................................PL-24

5.3.2 Quan hệ giữa tải trọng và biến dạng của bê tông ...........................PL-26 5.4
KẾT LUẬN ...........................................................................................PL-29


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Yêu thuật với bê tông nhẹ kết cấu của một số tiêu chuẩn.................................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 loại FAC [56]...................................................16
Bảng 1.4 Một số tính chất vật lý của FAC [90]...........................................................18
Bảng 1.5 Tổng hợp kết quả nghiên cứu về hệ vật liệu chất kết dính xi măng sử dụng
cenosphere................................................................................................................ 21
Bảng 3.1 Tính chất cơ lý của xi măng PC50 Nghi Sơn................................................50
Bảng 3.2 Thành phần hóa của xi măng PC50 Nghi Sơn..............................................50
Bảng 3.3 Thành phần hóa của SF...............................................................................51
Bảng 3.4 Tính chất và thành phần hạt của SF..............................................................51
Bảng 3.5 Thành phần hóa của GGBFS sử dụng trong nghiên cứu................................52
Bảng 3.6 Tính chất cơ lý của GGBFS sử dụng trong nghiên cứu.................................52
Bảng 3.7 Thành phần hạt của GGBFS sử dụng trong nghiên cứu.................................52
Bảng 3.8 Thành phần hóa của cenosphere sử dụng trong nghiên cứu...........................53
Bảng 3.9 Tính chất cơ lý của cenosphere sử dụng cho nghiên cứu...............................53
Bảng 3.10 Thành phần hạt của các cenosphere sử dụng trong nghiên cứu....................54
Bảng 3.11 Tính chất vật lý của các mẫu cát sử dụng trong nghiên cứu.........................55
Bảng 3.12 Phân bố thành phần cỡ hạt của các mẫu cát sử dụng trong nghiên cứu.........55
Bảng 3.13 Tổng hợp thành phần cỡ hạt các vật liệu dạng hạt sử dụng cho chế tạo FACHSLWC...................................................................................................................55
Bảng 3.14 Tính chất của phụ gia hóa học cho bê tơng sử dụng trong nghiên cứu..........56
Bảng 3.15 Thông số kỹ thuật của sợi PP.....................................................................57
Bảng 3.16 Phương pháp tiêu chuẩn xác định tính chất của vật liệu sử dụng trong nghiên
cứu........................................................................................................................... 58
Bảng 3.17 Phương pháp tiêu chuẩn áp dụng xác định tính chất của FAC- HSLWC trong

nghiên cứu................................................................................................................ 59
Bảng 3.18 Hệ số nén K với các quá trình lèn chặt khác nhau[38].................................66
Bảng 3.19 Quy trình bảo dưỡng nhiệt ẩm...................................................................67
Bảng 4.1 Độ lèn chặt của hệ CKD gồm XM kết hợp với GGBFS và SF......................68
Bảng 4.2 Cấp phối và kết quả thí nghiệm CKD theo mơ hình thiết kế tối ưu D.............70


Bảng 4.3 Thành phần CKD tối ưu theo mơ hình thực nghiệm cường độ chịu nén của
CKD và lựa chọn tỷ lệ thành phần CKD hợp lý..........................................................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 chọn tỷ lệ
thành phần vật liệu hợp lý cho chế tạo FAC-HSLWC.................................................79
Bảng 4.6 Cấp phối thí nghiệm xây dựng mơ hình hồi quy cường độ chịu nén theo các tỷ
lệ vật liệu khô của FAC-HSLWC...............................................................................81
Bảng 4.7 Thành phần hỗn hợp vật liệu tối ưu theo mơ hình thực nghiệm và lựa chọn tỷ lệ
thành phần vật liệu hợp lý cho chế tạo FAC-HSLWC.................................................83
Bảng 4.8 Thành phần cấp phối FAC-HSLWC cơ sở theo phương án tối ưu.................86
Bảng 4.9 Thành phần cấp phối FAC-HSLWC cơ sở sau hiệu chỉnh.............................86
Bảng 4.10 Kết quả thí nghiệm cấp phối FAC-HSLWC cơ sở......................................86
Bảng 6.1 Thành phần cấp phối vật liệu của FAC-HSLWC cho khảo sát các tính chất của
hỗn hợp bê tơng......................................................................................................110
Bảng 6.2 Tiêu chuẩn đánh giá độ chống thấm của bê tông thông qua RCPT và BERT
.................................................................................................................................136
Bảng PL 1.1 Kết quả thí nghiệm độ lưu động và cường độ chịu nén của CKD có thành
phần khác nhau sử dụng cho FAC-HSLWC .........................................................PL-1
Bảng PL 2.1 Bảng quy hoạch thực nghiệm và kết quả thí nghiệm cho xây dựng mơ hình
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 của FAC-HSLWC............................................................PL-5
Bảng PL 2.3 Cấp phối và kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của Dmax cốt liệu đến cường độ

chịu nén của FAC-HSLWC .............................................................................PL-6
Bảng PL 2.4 Cấp phối và kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của tỷ lệ FAC/CL đến cường độ
chịu nén của FAC-HSLWC .............................................................................PL-7
Bảng PL 2.5 Cấp phối và kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của cường độ CKD đến cường
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 đến
cường độ chịu nén của FAC-HSLWC ................................................................PL-10
Bảng PL 2.7 Cấp phối và tính chất của hỗn hợp bê tơng FAC-HSLWC...........PL-11
Bảng PL 2.8 Tính chất của hỗn hợp bê tơng FAC-HSLWC...............................PL-12
Bảng PL 2.9 Tính chất cơ lý của FAC-HSLWC đóng rắn.................................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 kiện dưỡng
hộ nhiệt ẩm khác nhau .............................................................................PL-15


Bảng PL 3.1 Phân tích phương sai của mơ hình thực nghiệm tính cơng tác của CKD
.............................................................................................................................PL-16
Bảng PL 3.2 Phân tích phương sai của mơ hình cho cường độ chịu nén R28 của CKD
.............................................................................................................................PL-16
Bảng PL 3.3 Phân tích phương sai của mơ hình cho độ lèn chặt của hỗn hợp vật liệu cho
chế tạo FAC-HSLWC.........................................................................................PL-16
Bảng 3.4 Phân tích phương sai của mơ hình cho cường độ chịu nén 28 ngày của FACHSLWC với các tỷ lệ vật liệu khô - trường hợp N/CKD=0,5 ............................PL-17
Bảng 3.5 Phân tích phương sai của mơ hình cho cường độ chịu nén 28 ngày của FACHSLWC với các tỷ lệ vật liệu khô - trường hợp N/CKD=0,4 ............................PL-17
Bảng 3.6 Phân tích phương sai của mơ hình cho cường độ chịu nén 28 ngày của FACHSLWC với các tỷ lệ vật liệu khô - trường hợp N/CKD=0,3 ............................PL-18
Bảng PL 4.1 Kết quả thí nghiệm tính tốn hệ số qui đổi cường độ chịu nén của FACHSLWC với các mẫu thí nghiệm có kích thước khác mẫu lập phương tiêu chuẩn
15x15x15 cm .......................................................................................................PL-19
Bảng PL 5.1 Thành phần cấp phối bê tông dùng chế tạo tấm sàn BTCT thử nghiệm
.............................................................................................................................PL-21
Bảng PL 5.2 Một số tính chất của bê tông chế tạo tấm sàn BTCT thử nghiệm..PL-22
Bảng PL 5.3 Đặc trưng vật liệu cho chế tạo tấm sàn panel ................................PL-22

Bảng PL 5.4 Đặc trưng ứng xử làm việc của các tấm sàn thí nghiệm ................PL-25
Bảng PL 5.5 Các giá trị biến dạng tương đối của bê tông ở các trạng thái làm việc đặc
trưng 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 bê tơng nhẹ.....................................................6
Hình 1.2 Qui định cấp cường độ và KLTT khô của bê tông nhẹ theo EN 206-1 [27]7
Hình 1.3 Hạt cenosphere và cấu trúc bê tơng chứa cenosphere điển hình [118].............13
Hình 1.4 Sơ đồ công 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 tro bay
a) biều đồ đầy đủ b) phóng đại vùng biểu đồ chứa cenosphere.....................................16
Hình 1.6 Mơ hình cấu trúc thành phần pha (tinh thể và vơ định hình) của FAC [90]
...................................................................................................................................17
Hình 1.7 Hình ảnh chụp SEM của các hạt FAC [56]...................................................17
Hình 1.8 Quan hệ giữa đường kính hạt cenosphere và chiều dày lớp vỏ [105]..............17
Hình 1.9 Hình ảnh chụp SEM vùng ITZ của hạt FAC với đá xi măng bảo dưỡng điều
kiện thơng thường.....................................................................................................19
Hình 1.10 Quan hệ cường độ chịu nén/KLTT và cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông
nhẹ sử dụng FAC [125].............................................................................................25
Hình 1.11 Độ hút nước của bê tơng FAC và bê tơng thường [21].................................26
Hình 2.1 Cường độ chịu nén 28 ngày của BTCLN với Dmax cốt 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 thiện độ cứng[43].................................................35
Hình 2.3 Ảnh hưởng của PGK đến vi cấu trúc tại vùng liên kết giữa đá xi măng và bề
mặt cốt liệu trong bê tơng [43]...................................................................................35
Hình 2.4 Phân bố của các hạt siêu mịn trong cấu trúc của bê tông cốt liệu nhỏ.............36
Hình 2.5 Co ngót của bê tơng cốt sợi tính năng cao sử dụng sợi PP ở trạng thái khơ a) và
ẩm b) [108]............................................................................................................... 39

Hình 3.1 Hình ảnh mẫu SF (trái) và các hạt SF qua chụp SEM (phải)..........................51
Hình 3.2 Biểu đồ thành phần hạt của SF.....................................................................51
Hình 3.3 Hạt xỉ lò cao (a) khi chưa nghiền (b) đã được nghiền mịn..............................52
Hình 3.4 Phân bố thành phần hạt (trái) và hình dạng hạt (phải) của GGBFS sử dụng
trong nghiên cứu.......................................................................................................52
Hình 3.5 Mẫu cenosphere và hình dạng của nó qua chụp SEM....................................53
Hình 3.6 Phân bố thành phần cỡ hạt cenosphere.........................................................54
Hình 3.7 Hình ảnh mẫu cát và hình dạng hạt của nó....................................................54
Hình 3.8 Thành phần hạt của các vật liệu sử dụng trong nghiên cứu............................56


Hình 3.9 Hình ảnh mẫu sợi PP sử dụng trong nghiên cứu............................................57
Hình 3.10 Thiết bị xác định độ nhớt hỗn hợp FAC-HSLWC.......................................61
Hình 3.11 Thiết bị phân tích DTA/TG sử dụng trong nghiên cứu.................................62
Hình 3.12 Đường cong DTG/TG điển hình của mẫu đá xi măng trong nghiên cứu 62
Hình 3.13 Phương pháp hình học xác định CH trong mẫu đá xi măng từ đường cong
DTA/TG[48, 85].......................................................................................................62
Hình 3.14 Thiết bị kính hiển vi điện tử sử dụng cho nghiên cứu...................................64
Hình 3.15 Ảnh hưởng của một số hiệu ứng trong hỗn hợp hạt [38]..............................65
Hình 3.16 Sơ đồ quy trình trộn hỗn hợp FAC-HSLWC...............................................67
Hình 4.1 Độ lèn chặt của CKD bao gồm xi măng và PGK với loại và tỷ lệ khác nhau
...................................................................................................................................68
Hình 4.2 Biều đồ đường đồng mức độ lèn chặt với hệ CKD 3 cấu tử (XM-SF-GGBFS)
và biểu đồ quan hệ tỷ lệ XM, GGBFS, SF với độ lèn chặt...........................................69
Hình 4.3 Bề mặt biểu diễn và đường đồng mức mơ hình tính cơng tác của CKD..........71
Hình 4.4 Bề mặt biểu diễn và đường đồng mức mơ hình quan hệ giữa R28 và thành phần
của CKD..................................................................................................................73
Hình 4.5 Ảnh hưởng Dmax cốt liệu đến lượng dùng PGSD để đảm bảo tính cơng tác của
HHBT......................................................................................................................76
Hình 4.6 Ảnh hưởng của Dmax cốt liệu đến độ phân tầng của HHBT...........................76

Hình 4.7 Ảnh hưởng Dmax cốt liệu đến cường độ chịu nén của FAC-HSLWC..............76
Hình 4.8 Bề mặt biểu diễn và đường đồng mức mơ hình quan hệ giữa độ lèn chặt và tỷ lệ
thành phần vật liệu của FAC-HSLWC.......................................................................78
Hình 4.9 Bề mặt biểu diễn quan hệ của R28 với tỷ lệ vật liệu của FAC-HSLWC..........83
Hình 4.10 Quan hệ giữa tỷ lệ CKD/VLK và R28 của FAC-HSLWC............................84
Hình 4.11 Quan hệ giữa hàm lượng hồ CKD và R28 của FAC-HSLWC.......................84
Hình 4.12 Quan hệ giữa tỷ lệ N/CKD và hàm lượng CKD tối ưu cho cường độ chịu nén
của FAC-HSLWC....................................................................................................85
Hình 5.1 Bề mặt biểu diễn quan hệ tỷ lệ N/CKD và Rckd đến cường độ chịu nén 28 ngày
của FAC-HSLWC....................................................................................................89
Hình 5.2 Mơ hình giả định cấu trúc hỗn hợp bê tơng FAC-HSLWC cho xác định BPT 91
Hình 5.3 Mơ tả khái niệm MPT trong hệ bê tông cốt liệu (a) Trạng thái lèn chặt khô của
cốt liệu dưới tải trọng; (b) Trạng thái cốt liệu khi điền hồ xi măng [38]........................93
Hình 5.4 Quan hệ giữa Kd và R28 của FAC-HSLWC với tỷ lệ N/CKD và FAC/CL khác
nhau......................................................................................................................... 94


Hình 5.5 Quan hệ giữa Kd và R28 của FAC-HSLWC với tỷ lệ FAC/CL=0 và N/CKD
khác nhau.................................................................................................................94
Hình 5.6 Quan hệ giữa Kd và KKd của FAC-HSLWC với tỷ lệ FAC/CL=0...................94
Hình 5.7 Quan hệ giữa BPT và R28 của FAC-HSLWC với tỷ lệ N/CKD khác nhau
...................................................................................................................................95
Hình 5.8 Quan hệ giữa MPT và R28 của FAC-HSLWC với tỷ lệ N/CKD khác nhau
...................................................................................................................................96
Hình 5.9 Quan hệ giữa tỷ lệ FAC/CL và R28 của FAC-HSLWC..................................97
Hình 5.10 Quan hệ giữa KFAC và tỷ lệ FAC/CL của FAC-HSLWC.............................97
Hình 5.11 Quan hệ giữa Dmax cốt liệu và R28 của FAC-HSLWC...............................99
Hình 5.12 Quan hệ giữa KDmax và Dmax cốt liệu của FAC-HSLWC..............................99
Hình 5.13 Quan hệ giữa hàm lượng sợi và R28 của FAC-HSLWC.............................100
Hình 5.14 Quan hệ giữa hàm lượng sợi và hệ số Ks của FAC-HSLWC.....................100

Hình 5.15 So sánh cường độ chịu nén tuổi 28 ngày của FAC-HSLWC với nhóm cấp
phối có tỷ lệ N/CKD, FAC/CL khác nhau................................................................102
Hình 5.16 So sánh cường độ chịu nén ở các tuổi khác nhau của FAC-HSLWC với CKD
khác nhau a) CKD gồm XM+SF+GGBFS b) CKD gồm XM+GGBFS.....................103
Hình 5.17 Sơ đồ các bước thiết kế cấp phối cho FAC-HSLWC................................105
Hình 6.1 Thí nghiệm xác định độ chảy xịe của hỗn hợp bê tơng FAC-HSLWC.........109
Hình 6.2 Tính cơng tác của hỗn hợp bê tơng FAC-HSLWC......................................109
Hình 6.3 Lượng PGSD để đạt cùng độ chảy xòe 180±5 mm của HHBT....................109
Hình 6.4 Độ chảy xịe và độ nhớt của hỗn hợp bê tơng FAC-HSLWC.......................111
Hình 6.5 Độ phân tầng của HHBT FAC-HSLWC khi chịu tác động rung..................112
Hình 6.6 Hàm lượng bọt khí của hỗn hợp bê tơng FAC-HSLWC..............................113
Hình 6.7 Hình ảnh phân bố của bọt khí trong cấu trúc của bê tông với hàm lượng FAC
thay thế cát khác nhau.............................................................................................113
Hình 6.8 Thời gian đơng kết của hỗn hợp bê tơng FAC-HSLWC..............................114
Hình 6.9 Đường cong TG của các mẫu FAC-HSLWC với CKD chứa hàm lượng PGK
khác nhau được bảo dưởng ở điều kiện tiêu chuẩn....................................................115
Hình 6.10 Hàm lượng CH trong các mẫu FAC-HSLWC dưỡng hộ tiêu chuẩn tính tốn
từ đường cong DTG a) so với khối lượng mẫu phân tích b) so với khối lượng xi măng
............................................................................................................................... 116
Hình 6.11 Đường cong TG của các mẫu FAC-HSLWC với CKD chứa hàm lượng PGK
khác nhau được dưỡng hộ nhiệt ẩm ở 70 oC (trái) và ở 90 oC (phải)...........................117


Hình 6.12 Ảnh hưởng của điều kiện dưỡng hộ nhiệt ẩm đến hàm lượng CH trong mẫu
FAC-HSLWC.........................................................................................................117
Hình 6.13 Hàm lượng CH trong các mẫu FAC-HSLWC dưỡng hộ nhiệt ẩm ở 70 oC và
90 oC......................................................................................................................118
Hình 6.14 Hình ảnh chụp SEM vi cấu trúc của mẫu FAC-HSLWC dưỡng hộ tiêu chuẩn
ở tuổi 3 ngày...........................................................................................................119
Hình 6.15 Hình ảnh chụp SEM vi cấu trúc của FAC-HSLWC dưỡng hộ ở điều kiện tiêu

chuẩn ở tuổi 28 ngày...............................................................................................119
Hình 6.16 Hình ảnh chụp SEM vi cấu trúc của mẫu FAC-HSLWC dưỡng hộ nhiệt ẩm ở
70 oC ở tuổi 28 ngày................................................................................................120
Hình 6.17 Hình ảnh chụp SEM vi cấu trúc của mẫu FAC-HSLWC dưỡng hộ nhiệt ẩm ở
90 oC ở tuổi 28 ngày................................................................................................121
Hình 6.18 Hình ảnh chụp SEM vi cấu trúc của mẫu FAC-HSLWC dưỡng hộ autoclave ở
tuổi 28 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 3 và 28
ngày của FAC-HSLWC a) nhóm cốt liêu cát thay thế bởi FAC b) nhóm CKD sử dụng
SF và GGBFS.........................................................................................................125
Hình 6.21 Cường độ chịu kéo khi uốn của FAC-HSLWC.........................................127
Hình 6.22 Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và cường độ chịu kéo khi uốn của FACHSLWC.................................................................................................................128
Hình 6.23 Thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi và hệ số poatxon của FAC-HSLWC
.................................................................................................................................129
Hình 6.24 Mơ đun đàn hồi của FAC-HSLWC a) với tỷ lệ FAC khác nhau b) với CKD
chứa PGK là SF và GGBFS.....................................................................................129
Hình 6.25 Quan hệ giữa mơ đun đàn hồi và KLTT của FAC-HSLWC......................130
Hình 6.26 Mơ đun đàn hồi và cường độ chịu nén từ kết quả thí nghiệm, cơng thức theo
ACI 318, EC2-1992................................................................................................130
Hình 6.27 Mơ đun đàn hồi và hệ số poatxon của FAC HSLWC a) với tỷ lệ FAC khác
nhau b) với CKD chứa SF và GGBFS......................................................................131
Hình 6.28 Độ co khơ của FAC-HSLWC a) với tỷ lệ FAC/CL và b) với CKD chứa PGK
khác nhau...............................................................................................................132
Hình 6.29 Độ co khô của FAC-HSLWC với tỷ lệ N/CKD khác nhau.......................133
Hình 6.30 Độ co khơ của FAC-HSLWC sử dụng hàm lượng sợi PP khác nhau..........134
Hình 6.31 Độ hút nước tồn phần của FAC-HSLWC...............................................135



Hình 6.32 Khả năng chống thấm ion clo và điện trở suất khối của các cấp phối FACHSLWC a) với tỷ lệ FAC/cốt liệu khác nhau b) CKD chứa SF và GGBFS................136
Hình 6.33 Quan hệ giữa RCPT và BERT của FAC-HSLWC....................................136
Hình 6.34 Độ nở sun phát theo thời gian của FAC-HSLWC a) với tỷ lệ FAC/CL khác
nhau b) với CKD chứa SF và GGBFS......................................................................137
Hình 6.35 Sơ đồ thí nghiệm và hình ảnh thực tế bố trí hệ gia tải và thiết bị thí nghiệm
tấm sàn................................................................................................................... 139
Hình PL 5.1 Cấu tạo tấm sàn BTCT thử nghiệm................................................PL-22
Hình PL 5.2 Sơ đồ thí nghiệm tấm sàn panel đặc ...............................................PL-23
Hình PL 5.3 Hình ảnh bố trí hệ gia tải và thiết bị thí nghiệm tấm sàn panel......PL-23
Hình PL 5.4 Sơ đồ bố trí hệ gia tải và thiết bị thử nghiệm tấm sàn panel đặc ...PL-23
Hình PL 5.5 Quan hệ tải trọng – độ võng của các tấm sàn .................................PL-25
Hình PL 5.6 Phá hủy bê tơng của các tấm sàn thí nghiệm..................................PL-26
Hình PL 5.7 Quan hệ tải trọng – biến dạng kéo, nén của bê tơng trên các tấm sàn BTCT thí
nghiệm ................................................................................................PL-27
Hình PL 5.8 Sơ đồ vết nứt trên các mẫu sàn thí nghiệm ....................................PL-28 Hình
PL 5.9 Quan hệ tải trọng – bề rộng vết nứt của 3 tấm sàn thí nghiệm.......PL-28


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Ý nghĩa

BERT

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

BTCS


Bê tông cốt sợi

BTCT

Bê tông cốt thép

BTN

Bê tông nhẹ (Lightweight concrete)

BTCLN

Bê tông cốt liệu nhẹ (Lightweight aggregate concrete)

BTT

Bê tông thường

BPT
C

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

CLN

Cốt liệu nhẹ


CH

Canxi hydroxyt Ca(OH)2

CL

Cốt liệu

C/CL

Tỷ lệ cát/cốt liệu, theo khối lượng

CKD

Chất kết dính

CPM

Mơ hình lèn chặt dạng nén (Compressive Packing Model)

CPT

Chiều dày lớp hồ xi măng (Cement Paste Thickness)

C-S-H

Khoáng canxi silicat hydrate

C-A-H


Khống canxi alumina hydrate

DH

Dưỡng hộ

ĐC

Mẫu đối chứng

Ec

Mơ đun đàn hồi của bê tông

FA

Tro bay nhà máy nhiệt điện (Fly ash)

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

FAC LWC
FAC-HSLWC
GGBFS

Bê tơng nhẹ sử dụng hạt vi cầu rỗng từ tro bay (Fly ash
cenosphere Lightweight concrete)
Bê tông nhẹ cường độ cao sử dụng hạt vi cầu rỗng từ tro bay

(Fly ash cenosphere High strength lightweight concrete)
Xỉ hạt lò cao nghiền mịn


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 tông (kg/m3)



1

MỞ ĐẦU
1. LÝ DO LỰA CHỌN ĐỀ TÀI
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 kích thước
móng, cột, dầm và sàn cơng trình tăng lên đáng kể để có thể chịu lực được trong cơng
trình. Vì vậy, nghiên cứu và ứng dụng 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 cốt liệu nhẹ phụ thuộc nhiều vào loại cốt liệu nhẹ sử dụng. Chúng có thể
được sử dụng làm kết cấu chịu lực (bê tông nhẹ kết cấu) hoặc kết cấu không chịu lực.
Theo ACI 318-14 [17] thì bê tơng nhẹ kết cấu là loại bê tơng 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 MPa và 9 MPa. Tiêu chuẩn
thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép của Việt Nam TCVN 5574:2018 thì bê tơng
nhẹ (bê tơng có KLTT khơng q 2000 kg/m 3) sử dụng cho kết cấu bê tông cốt thép là
loại có cấp cường độ B15 trở lên và cấp cường độ từ B20 trở lên với bê tông ứng suất
trước[2].
Bê tông nhẹ kết cấu đã và đang được ứng dụng nhiều trong xây dựng. Lịch sử sử
dụng bê tông nhẹ kết cấu cho thấy, bê tông nhẹ kết cấu đã được sử dụng cho nhiều 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 chịu nén chủ
yếu trong khoảng 21-35 MPa, đối với kết cấu bê tông nhẹ ứng suất trước thì chủ yếu sử

dụng loại bê tơng nhẹ cường độ cao với cường độ chịu nén 35- 41 MPa hoặc cao hơn với
KLTT phổ biến trong khoảng 1600-1920 kg/m3. Tại Việt Nam chưa có các ứng dụng bê
tơng 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 ứng lực.
Nhìn chung, nghiên cứu phát triển bê tơng nhẹ với tính năng cao, đặc biệt là bê
tơng nhẹ cho chế tạo kết cấu chịu lực, bao gồm cả cho bê tông dự ứng lực vẫn là