BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT TP. HỒ CHÍ MINH
_________________________________________________

NGUYỄN THANH HẢI

ĐÁNH GIÁ BẰNG THỰC NGHIỆM CƯỜNG ĐỘ
CHỊU KÉO KHI ÉP CHẺ CỦA BÊ TÔNG CƯỜNG
ĐỘ SIÊU CAO (UHPC)

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2021


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT TP. HỒ CHÍ MINH
_________________________________________________

NGUYỄN THANH HẢI

ĐÁNH GIÁ BẰNG THỰC NGHIỆM CƯỜNG ĐỘ
CHỊU KÉO KHI ÉP CHẺ CỦA BÊ TÔNG CƯỜNG
ĐỘ SIÊU CAO (UHPC)

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2021

i

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin gởi lời cám ơn chân thành đến thầy TS. Lê Hồng An đã nhiệt tình
hướng dẫn tơi hồn thành luận văn Thạc sĩ này. Ngồi ra, tôi chân thành cảm ơn
các thầy cô giáo Khoa Kỹ thuật xây dựng và Viện đào tạo sau đại học đã hỗ trợ
tơi trong suốt thời gian học.
TP Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 12 năm 2021

Nguyễn Thanh Hải


ii

LỜI CAM ĐOAN
Tơi tên Nguyễn Thanh Hải đã hồn thành LVTHS “Đánh giá bằng thực
nghiệm cường độ chịu kéo khi ép chẻ của bê tông cường độ siêu cao
(UHPC)” xin cam kết:
- Kết quả của luận văn này được hướng dẫn khoa học bởi TS. Lê Hoàng An.
- Kết quả trong luận văn chính xác, và chưa được cơng bố trong bất kì cơng
trình nào khác.
- Luận văn được hỗ trợ thông qua đề tài quỹ khoa học quốc gia (Nafosted) mã
số 107.01-2019.325.

TP Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 12 năm 2021

Nguyễn Thanh Hải



iii

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN..........................................................................................................I
DANH MỤC HÌNH...............................................................................................V
DANH MỤC BẢNG............................................................................................ VI
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT............................................................................. VII
MỞ ĐẦU................................................................................................................ 1
1. SỰ CẦN THIẾT CỦA LUẬN VĂN:................................................................. 1
2. CHỈ TIÊU NGHIÊN CỨU:................................................................................. 2
3. ĐỐI TƯỢNG - PHẠM VI NGHIÊN CỨU:....................................................... 2
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU :.....................................................................3
5. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TẾ:................................................3
6. BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN:..............................................................................4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CƠ SỞ KHOA HỌC...........................................5
1.1. CÁC ĐẶC ĐIỂM ĐẶC TRƯNG CỦA UHPC..............................................5
1.1.1.Định nghĩa UHPC...................................................................................5
1.1.2.Thành phần cấp phối UHPC...................................................................7
1.1.3.Một số đặc điểm cơ học của UHPC..................................................... 10
1.1.3.1.Ứng xử chịu nén................................................................................ 10
1.1.3.2.Ứng xử chịu kéo và uốn.................................................................... 12
1.1.3.3.Độ bền................................................................................................16
1.1.3.4.Ứng dụng của UHPC.........................................................................18
1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO KHẢ NĂNG CHỊU KÉO CỦA BÊ TÔNG
UHPC.....................................................................................................................21
1.3. CÁC MÔ HÌNH DỰ ĐỐN fspl...................................................................25
1.4. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU TƯƠNG TỰ..................................... 27
CHƯƠNG 2: CƠNG TÁC THÍ NGHIỆM...................................................... 36
2.1. LỰA CHỌN CẤP PHỐI..............................................................................36



iv

2.2. TRỘN VÀ ĐÚC MẪU THÍ NGHIỆM....................................................... 38
2.3. CƠNG TÁC BẢO DƯỠNG VÀ MÀI MẪU.............................................. 45
2.4. CƠNG TÁC THÍ NGHIỆM NÉN VÀ ÉP CHẺ..........................................46
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ THÍ NGHIỆM ÉP CHẺ.............49
3.1. KẾT QUẢ CƯỜNG ĐỘ ÉP CHẺ............................................................... 49
3.2. HÌNH DẠNG PHÁ HOẠI...........................................................................53
3.3. TÁC ĐỘNG CỦA CÁC KIỂU CỐT SỢI KHÁC NHAU ĐẾN FSPL......... 58
3.4. ẢNH HƯỞNG CỦA V SỢI ĐẾN fspl.......................................................... 62
3.5. ĐÁNH GIÁ CÁC MƠ HÌNH DỰ ĐOÁN CƯỜNG ĐỘ ÉP CHẺ..............65
KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ.............................................................................. 76
KẾT LUẬN........................................................................................................... 76
KIẾN NGHỊ...........................................................................................................78
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................80


v

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Mơ tả UHPC............................................................................................ 6
Hình 1.2 Ngun lý cơ bản của cấp phối bê tơng UHPC...................................... 8
Hình 1.3 Vi cấu trúc SEM của UHPC [5]........................................................... 10
Hình 1.4 So sánh đường cong US – BD chịu nén của các loại bê tơng (Schneider
2006 [8])................................................................................................................11
Hình 1.5 So sánh UHPC có sợi và khơng sợi [9].................................................12
Hình 1.6 Thí nghiệm kéo trực tiếp mẫu UHPC [15]............................................13
Hình 1.7 So sánh đường cong fut– bề rộng vết nứt giữa UHPC và NSC, HSC [9]
...............................................................................................................................14

Hình 1. 8 Khả năng uốn của UHPC..................................................................... 15
Hình 1.9 So sánh độ bền của UHPC và bê tông HSC, NSC (Sohail et al. 2021
[11]).......................................................................................................................18
Hình 1.10 Một số ứng dụng UHPC ở Việt Nam (nguồn web: )
...............................................................................................................................21
Hình 1.11 Ứng xử tổng quát của UHPC khi kéo trực tiếp [12]........................... 22
Hình 1.12 Mơ hình thí nghiệm ép chẻ được đề xuất bởi Graybeal (2006) [25]..28
Hình 1.13 Thí nghiệm ép chẻ được thực hiện bởi El-Helou et al. (2014) [21]... 28
Hình 1.14 Tác động của thể tích sợi V đến fspl trong nghiên cứu của El-Din et al.
(2016) [20]............................................................................................................ 29
Hình 1.15 Kết quả đo đạc fspl được thực hiện bởi Bae et al. (2017) [19]............ 30
Hình 1.16 Thí nghiệm ép chẻ theo Goaiz et al. (2018) [23]................................ 31
Hình 1.17 Kết quả thí nghiệm ép chẻ của Smarzewski (2017) [32]....................32
Hình 1.18 Kết quả thí nghiệp ép chẻ RPC của Raza et al. (2020) [26]............... 33
Hình 1.19 Thí nghiệm ép chẻ của nhóm Wang et al. (2018) [36]....................... 34
Hình 2.1 Thành phần cơ bản của cấp phối UHPC............................................... 38
Hình 2.2 Máy trộn bê tơng cường độ siêu cao UHPC......................................... 39
Hình 2.3 Trình tự trộn bê tơng UHPC khơng sợi và có sợi................................. 42
Hình 2.4 Đúc mẫu bê tơng hình trụ 100x200 mm............................................... 44
Hình 2.5 Cơng tác bảo dưỡng và mài mẫu...........................................................46
Hình 2.6 Mẫu để thí nghiệm và đo fc’.................................................................. 47
Hình 2.7 Thí nghiệm ép chẻ................................................................................. 47


vi

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Chỉ tiêu cơ học của bê tông UHPC so sánh với NSC, HSC.................19
Bảng 1.2 Một số ứng dụng của UHPC trên thế giới (nguồn: (1) web:
và (2) web: ............................................... 20

Bảng 1.3 Biện pháp thí nghiệm (TN) xác định fut của UHPC và UHPFRC........24
Bảng 1.4 Giá trị của hệ số k và n trong một số tiêu chuẩn (TC)......................... 26
Bảng 1.5 Tổng hợp mơ hình dự đoán cường độ chịu kéo khi ép chẻ..................26
Bảng 3.1 Kết quả thí nghiệm cường độ ép chẻ của từng loại mẫu và cường độ
chịu nén tương ứng............................................................................................... 50
Bảng 3.2 Các kết quả fspl của UHPC và UHPFRC thu thập được trong một số
tiêu chuẩn và nghiên cứu trên thế giới................................................................. 52
Bảng 3.3 Tổng hợp mơ hình dự đốn fspl khi ép chẻ trong các TC thiết kế........ 66
Bảng 3.4 Tổng hợp mơ hình dự đốn fspl được đề xuất bởi nghiên cứu..............67
Bảng 3.5 So sánh cường độ ép chẻ dự đốn từ tiêu chuẩn và kết quả thí nghiệm
...............................................................................................................................69
Bảng 3.6 So sánh cường độ ép chẻ dự đoán từ tiêu chuẩn và kết quả thí nghiệm
(tiếp theo).............................................................................................................. 70
Bảng 3.7 : So sánh cường độ ép chẻ dự đoán từ tiêu chuẩn và kết quả thí nghiệm
(tiếp theo).............................................................................................................. 70
Bảng 3.8 So sánh fspl dự đốn từ mơ hình của các tác giả đề xuất và kết quả đo
đạc......................................................................................................................... 72
Bảng 3.9 So sánh fspl dự đốn từ mơ hình của các tác giả đề xuất và kết quả đo
đạc (tiếp theo)....................................................................................................... 73
Bảng 3.10 So sánh fspl dự đốn từ mơ hình của các tác giả đề xuất và kết quả đo
đạc (tiếp theo)....................................................................................................... 73
Bảng 3.11 So sánh fspl dự đốn từ mơ hình của các tác giả đề xuất và kết quả đo
đạc (tiếp theo)....................................................................................................... 74
Bảng 3.12 So sánh fspl dự đoán từ mơ hình của các tác giả đề xuất và kết quả đo
đạc (tiếp theo)....................................................................................................... 75


vii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết tắt
UHPC
UHPFRC
fspl
fc , fc’
fut
NSC
HSC
Ec
Vf, V
lf
df
RPC
fspl, dd
fspl, tn
N/X

Nội dung
Ultra –high performance concrete
Fiber reinforced ultra-high performance concrete
Cường độ chịu kéo khi ép chẻ
Cường độ chịu nén
Cường độ chịu kéo khi uốn
Normal strength concrete
High strength concrete
Mô đun đàn hồi
Hàm lượng sợi
Chiều dài sợi
Đường kính sợi
Reactive powder concrete

Cường độ ép chẻ dự đốn
Cường độ ép chẻ thí nghiệm
Tỉ lệ nước trên xi măng


viii


1

MỞ ĐẦU
1. Sự cần thiết của luận văn:
UHPC có những đặc tính vượt trội về cường độ và độ bền so với bê tông
truyền thống. Sau dự án gia cường mặt cầu thép của cầu Thăng Long (Vietnam)
bằng công nghệ UHPC thì loại bê tơng này đang khá được quan tâm. Mặc dù
UHPC bắt đầu được nghiên cứu nhiều cách đây khoảng 30 năm trên thế giới, ở
Việt Nam UHPC vẫn là loại vật liệu rất mới. Một trong những đặc điểm tiêu
biểu của UHPC là việc sử dụng cốt sợi để gia cường (fiber reinforced UHPC –
viết tắt là UHPFRC) nhằm làm tăng độ dẻo dai của UHPC do UHPC có cường
độ chịu nén rất cao nên sở hữu tính phá hoại giịn ở trạng thái cực hạn khi chịu
lực. Chính vì thế khả năng chịu kéo của UHPFRC là chỉ tiêu quan trọng nhất.
Trên thị trường có nhiều loại sợi thương mại khác nhau, mỗi loại sợi thì đều có
ảnh hưởng nhất định đến khả năng chịu kéo và ứng xử chịu kéo của UHPFRC.
Hai loại sợi phổ biến nhất đó là sợi thép và sợi tổng hợp. Các nghiên cứu gần
đây cũng đã làm rõ vai trò của sợi thép và sợi tổng hợp trong bê tông UHPFRC.
Mặt khác việc phối hợp các loại sợi khác nhau cũng mang lại nhiều đặc tính có
lợi cho khả năng chịu kéo của UHPFRC. Khuynh hướng sử dụng sợi hỗn hợp
đang bắt đầu được các nhà khoa học làm rõ thơng qua các thí nghiệm khác nhau.
Hai phương pháp phổ biến để đo cường độ chịu kéo của bê tông trong đó có bê
tơng cốt sợi: (1) Thí nghiệm trực tiếp được sử dụng để xác định nhiều đặc tính

của bê tông cốt sợi như ứng xử giữa ứng suất kéo và biến dạng kéo, giai đoạn
sau ứng suất cực hạn (post-peak response) bao gồm giai đoạn mềm hóa
(softening stage) hay tăng cứng (strain hardening stage), mô đun đàn hồi kéo và
ứng suất chịu kéo. Kéo trực tiếp đo được cường độ chịu kéo từ lực và bỏ qua các
quy trình tính tốn; (2) Thí nghiệm gián tiếp xác định ứng suất chịu kéo thường
được áp dụng đại trà hơn so với thí nghiệm trực tiếp bao gồm thí nghiệm ép chẻ
mẫu hình trụ, thí nghiệm xun thủng hai đầu của mẫu hình trụ, thí nghiệm uốn
mẫu hình lăng trụ. Thí nghiệm ép chẻ khá đơn giản, và khơng u cầu thiết bị thí
nghiệm đắt tiền. Đồng thời trong thực tế, phương pháp ép chẻ cũng thường được


2

áp dụng đại trà (thông thường tại công trường) để nội suy ra ứng suất chịu kéo.
Đối với UHPC để thực hiện các thí nghiệm kéo trực tiếp, uốn thì địi hỏi chi phí
và thiết bị máy móc phức tạp và ít có phịng thí nghiệm đại trà. Bên cạnh đó chỉ
tiêu cường độ kéo của UHPC rất quan trọng để sử dụng loại bê tông này vào
trong thiết kế các kết cấu khác nhau. Dựa trên cơ sở đã trình bày, HV quyết định
thí nghiệm ép chẻ để thí nghiệm đo ứng suất kéo của UHPC và UHPFRC sử
dụng các loại sợi khác nhau.
2. Chỉ tiêu nghiên cứu:
Đề tài này tập trung giải quyết những nội dung chính như sau:
(1) Tóm lược đặc điểm cơ bản của UHPC;
(2) Nhận xét và phân biệt thí nghiệm trực tiếp và gián tiếp để đo đạc cường
độ kháng kéo của UHPC và UHPFRC;
(3) Thu thập các mơ hình dự đốn cường độ chịu ép chẻ;
(4) Tổng hợp những nghiên cứu tương tự đánh giá khả năng ép chẻ của bê
tông UHPC và UHPFRC trên thế giới;
(5) Đúc UHPC và UHPFRC có ứng suất chịu nén trung bình khoảng 120
MPa;

(6) Trình bày kết quả của thí nghiệm bao gồm hình dạng mẫu bị phá hoại,
tác động của cốt sợi và thể tích cốt sợi.
(7) So sánh với các tiêu chí ứng suất ép chẻ của thí nghiệm trước và trong
tiêu chuẩn hiện hành;
(8) Tác động của các loại sợi khác nhau đến ứng suất ép chẻ;
(9) Kiểm tra cơng thức dự đốn của các tiêu chuẩn và một số tác giả nghiên
cứu trước;
3. Đối tượng - phạm vi nghiên cứu:
Đối tượng:


3

 UHPC và UHPFRC có ứng suất chịu nén được thiết kế khoảng 120
MPa;
 UHPC và UHPFRC có V sợi 0%, 1% và 2%. Sợi sử dụng loại sợi
thép thẳng mạ đồng hoặc sợi thép có móc hai đầu (hooked end) và sợi
tổng hợp bao gồm sợi PP, sợi PVA, sợi Basalt;
Phạm vi:
 Chế tạo các mẫu hình trụ trịn 100x200 mm để thí nghiệm xác định
mơ đun đàn hồi, cường độ chịu nén và cường độ chịu ép chẻ;
 Thu thập các cơng thức tính tốn cường độ ép chẻ của các nghiên cứu
trước và tiêu chuẩn trên thế giới để tính tốn cường độ ép chẻ dựa
trên các thơng số thí nghiệm và so sánh với kết quả thí nghiệm;
4. Phương pháp nghiên cứu :
Đề tài sử dụng các phương pháp nghiên cứu như sau:
 Thu thập, phân tích và tổng hợp tài liệu: tìm dữ liệu các phương
pháp thí nghiệm đo fut của bê tơng, và các mơ hình dự đốn fspl thơng
qua các bài báo cơng bố, các TCVN và quốc tế. Phân tích tính tốn
các mơ hình dự đốn này với kết quả đo đạc.

 Thực nghiệm: (1) Chế tạo bê tông UHPC với các vật liệu địa phương
với hàm lượng sợi 0, 1 và 2% với năm loại sợi khác nhau; (2) Chế tạo
các mẫu hình trụ trịn 100x200 mm; (3) Thí nghiệm fc, fspl, và Ec;
5. Cơ sở khoa học và ý nghĩa thực tế:
 Chế tạo được UHPFRC có sợi (1% và 2%) và UHPC khơng có sợi
(0%) có fc’ trung bình khoảng 120 MPa trên cơ sở vật liệu ở Việt Nam;
 Thí nghiệm ép chẻ để đánh giá được ảnh hưởng của sợi và V sợi đến
ứng xử ép chẻ;
 Đánh giá được tác động của các loại sợi khác nhau đến khả năng chịu
ép chẻ của UHPFRC;


4

 Đánh giá việc phối sợi hỗn hợp;
 Tính phù hợp của các mơ hình dự đốn fspl của các tác giả khác và các
tiêu chuẩn cho UHPC, để lựa chọn được công thức phù hợp nhất sử
dụng trong thiết kế;
 Xây dựng nền cho các nghiên cứu tiếp theo về khả năng chịu kéo fut
của UHPC và UHPFRC trong và ngoài nước.
6. Bố cục của luận văn:
Luận văn ngoài phần mở đầu và kết luận thì bao gồm các chương chính sau:
Chương 1: Tổng quan cơ sở khoa học
Chương 2: Cơng tác thí nghiệm
Chương 3: Đánh giá kết quả thí nghiệm ép chẻ


5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CƠ SỞ KHOA HỌC

1.1 Các đặc điểm đặc trưng của UHPC
1.1.1. Định nghĩa UHPC
Bê tơng tính năng siêu cao là loại vật liệu liên hợp gốc xi măng (ultra high
performance concrete, UHPC) có những đặc điểm nổi bật về cường độ nén cao
(fc), và độ bền cao. Định nghĩa bê tông UHPC khác nhau giữa các quốc gia.
Theo đề xuất của AFGC/SETRA – Pháp (2002) [1] thì UHPC là loại bê tơng
tiên tiến mới có fc lớn hơn 150 MPa và có thể đạt đến 250 MPa, đồng thời việc
sử dụng cốt sợi cho UHPC (ultra-high performance fiber reinforced concrete –
UHPFRC) đảm bảo được tính dẻo dai của UHPC khi chịu kéo.Tuy nhiên trung
tâm nghiên cứu quân sự của Mỹ (EDRC) lại phân loại UHPC là bê tơng có fc từ
138 đến 276 MPa [4]. Theo hiệp hội đường bộ Mỹ (FWHA) [2] thì UHPC có
ứng suất kéo sau vết nứt là 5.0 MPa và cường độ chịu nén tối thiểu 150 MPa.
Một số nhà khoa học, nhóm nghiên cứu đặc biệt ở các nước châu Á cho phép fc
của UHPC trong khoảng 120 đến 150 MPa [40, 45]. Theo các hiệp hội bê tông
châu Âu thì UHPC được coi là bê tơng có độ bền và cường độ vượt trội, trong
đó cường độ chịu nén tối thiểu là 150 MPa (mẫu hình trụ trịn) [5, 6]. Hiện nay
định nghĩa UHPC chính xác nhất được được đề xuất bởi Giáo Sư Schmidt của
Đại Học Kassel (CHLB Đức) [5] như sau:
-

UHPC là loại bê tông được đặc trưng bởi độ chặt khít rất cao và fc từ 150 -

250 MPa bởi mật độ phân bố lí tưởng của các hạt cốt liệu mịn nhỏ hơn 125 μm,
tỉ lệ nước/xi măng khoảng 0.2, và hiệu quả rất cao khi có phụ gia siêu dẻo.
-

UHPC là loại vật liệu có tính cơng nghệ cao. Loại bê tơng này cho phép

xây dựng nên những kết cấu vững bền với độ bền vượt trội hồn tồn so với bê
tơng thường. Đồng thời việc sử dụng UHPC có thể tiết kiệm đến 40% nguyên

vật liệu, năng lượng, khí thải và chi phí xây dựng.


6

Nguồn:
/>
a)

Nguồn: Thí nghiệm tại ĐH Kassel CHLB Đức [17]

Bê tơng tươi UHPC

b) Tính chất của bê tơng UHPFRC [6, 15]
Hình 1. 1 Mơ tả UHPC
Hình 1.1(a) mơ tả các hình ảnh của UHPC trong cơng trình thực tế ở Mỹ và
độ xịe của UHPC. Bê tơng UHPC có gia cường cốt sợi (UHPFRC) là sự tổng
hợp của ba loại công nghệ bê tông bao gồm: Bê tông tự chảy (Self compacting
concrete – SCC), bê tông cốt sợi (Fiber reinforced concrete – FRC) và bê tơng
tính năng cao (HPC - high performance concrete). Hình 1.1(b) mơ tả các tính
chất tổng hơp, các loại cốt sợi khác nhau cho bê tông UHPC. Loại sợi, hàm
lượng sợi, kích thước sợi, khả năng dính bám của sợi và sự phân bố sợi ảnh
hưởng rất nhiều đến cường độ cơ học của UHPFRC, trong đó nhiều nhất là ứng
suất chịu kéo. UHPC có ứng suất chịu kéo trực tiếp từ 7 đến10 MPa, cịn
UHPFRC có cường độ chịu kéo trực tiếp từ 7 đến 15 MPa. Cường độ kéo khi
uốn của UHPC và UHPFRC nằm trong khoảng 15 – 40 MPa.


7


1.1.2. Thành phần cấp phối UHPC
Các thành phần chủ yếu trong cấp phối của UHPC là: Xi măng, phụ gia
siêu dẻo, phụ gia khoáng (PGK) như muội silic (silicafume), đặc trưng cơ bản
của hạt cốt liệu cát (sand) với đường kính hạt từ 0.15 – 0.60 mm, và cát quắc
nghiền (quarzt powder giống bột cát silica) có đường kính hạt nhỏ khoảng 10μm
thay cho các cốt liệu thông thường [15, 41, 45]. Ngồi ra có thể thay thế xi măng
và silicafume bằng các PGK khác ví dụ như tro bay, xỉ lò cao hoặc tro trấu.
Nguyên do là các phụ gia khống này có tính chất puzzolan giống xi măng, tham
gia q trình thủy hóa, đồng thời hạt có kích thước nhỏ hơn xi măng, làm tăng
độ chặt khít và trong một số trường hợp có PGK dẫn đến tăng cường độ bê tông
UHPC. Các nguyên tắc cơ bản cấu thành cấp phối của UHPC như sau:
- Độ đồng nhất của bê tông được tăng cường bởi sự loại trừ các cốt liệu thô.
Richard and Cheyrezy (1995) [15] đề nghị cỡ hạt cốt liệu lớn nhất nên nhỏ hơn
0.6 mm. Tuy nhiên Schmidt et al. (2015) [6] cho rằng có thể kết hợp cỡ hạt mịn
nhỏ hơn 0.5 mm và cốt liệu thơ có kích thước hạt nhỏ hơn 16 mm.
- Hàm lượng nước/xi măng thấp, thông thường khoảng 0.2 - 0.3, dẫn đến
tăng độ chặt khít và giảm tối đa lỗ rỗng [15].
- Cải thiện các đặc tính vi cấu trúc của xi măng bằng cách thêm PGK như
muội silic. Thông thường hàm lượng muội silic từ 25 – 30% hàm lượng xi
măng. Ngoài ra việc thêm PGSD, cát nghiền và tỉ lệ nước/bột thấp sẽ giảm
được lỗ rỗng, điều chỉnh được độ chảy lan cũng như tăng fc [45].
- Tăng tính dẻo của UHPC khi chịu kéo uốn, và thậm chí khi chịu nén bằng
việc sử dụng cốt sợi theo các hàm lượng khác nhau.


8

a) Tác động N/X đến fc [12]

b) Nguyên lý lấp đầy các cấu trúc rỗng của UHPC [7]


Hình 1. 2 Ngun lý cơ bản của cấp phối bê tơng UHPC
Hình 1.2(a) mô tả tác động của tỉ lệ nước/xi măng (N/X) đến fc của bê tông.
Việc sản xuất được các loại phụ gia khoáng (silicafume, tro bay, tro trấu và xỉ lị
cao) có kích thước hạt siêu nhỏ và phụ gia siêu dẻo làm cho tỉ lệ nước/xi măng
có thể giảm xuống thông thường nhỏ hơn 0.2 cho UHPC mà vẫn đảm bảo được
tính cơng tác, đồng thời tăng được cường độ chịu nén. Phụ gia khống cịn tham
gia thủy hóa cùng với xi măng, thậm chí việc thay thế xi măng bằng hàm lượng
hợp lí phụ gia khống đem lại hiệu quả cao vì khơng phải tất cả xi măng thủy
hóa hết. Phụ gia siêu dẻo làm giảm lượng nước, tăng tính cơng tác, tính tự lèn
của UHPC, đồng thời đẩy nhanh thời gian hình thành cường độ nén. Hình 1.2(b)


9

mô tả nguyên lý cơ bản của bê tông UHPC đó là tối ưu hóa mật độ các hạt bằng
cách chèn chặt các lỗ rỗng bởi các hạt siêu mịn. Bê tơng thường thì vùng ITZ
(khu vực chuyển tiếp) giữa hồ xi măng và hạt cốt liệu thô luôn luôn tồn tại lỗ
rỗng, trong khi đó với UHPC thì việc sử dụng các hạt phụ gia khống có kích
thước nhỏ hơn xi măng sẽ lấp đầy các lỗ rỗng trong vùng ITZ giữa hồ xi măng
và hạt cốt liệu thô, do đó hạn chế mức thấp nhất các lỗ rỗng làm cho cấu trúc
của bê tông UHPC trở nên chặt khít nhất. Hình 1.3(a) diễn tả kích cỡ của các
thành phần hạt trong cấp phối của UHPC được đo bằng kính hiển vi điện tử quét
(SEM) ở Đại Học Kassel [5]. Có thể thấy thành phần phụ gia khống như
silicafume có kích cỡ rất nhỏ so với cát mịn và xi măng (2μm), cho nên cát hạt
silicafume siêu mịn này hoàn toàn chèn vào vùng ITZ, nâng cao độ đặc chắc,
giảm lỗ rỗng và tăng cường độ cũng như độ bền của UHPC.
Hình 1.3(b) so sánh hình ảnh vi cấu trúc SEM bằng cách đo qua kính hiển
vi điện tử quét giữa bê tông NSC (BT thường) và UHPC. Sự khác biệt có thể
nhận thấy rõ đó là vi cấu trúc của bê tơng thường có nhiều lỗ rỗng trái ngược

hồn tồn với UHPC.

a) Kích thước các thành phần cơ bản cấp phối UHPC


10

b) Ảnh chụp SEM cấu trúc NSC và UHPC
Hình 1. 3 Vi cấu trúc SEM của UHPC [5]
1.1.3. Một số đặc điểm cơ học của UHPC
1.1.3.1. Ứng xử chịu nén
Hình 1.4 mô tả so sánh quan hệ ứng suất và biến dạng ngang, ứng suất và
biến dạng dài của mẫu hình trụ trịn bê tơng UHPC (khơng sợi) cấp bê tông
C170 [8], bê tông cường độ cao (high strength concrete – HSC) cấp C90 và bê
tông thường (normal strength concrete – NSC) cấp C40. Đường cong của UHPC
khơng sợi có giai đoạn tuyến tính (linear elastic stage) kéo dài hơn so với đường
cong của NSC và HSC. Thông thường giai đoạn tuyến tính này của UHPC
khơng sợi kéo dài đến 70% - 90% ứng suất chịu nén cực đại, trong khi đó với bê
tơng NSC là 40% - 60%. Theo đó biến dạng tại điểm ứng suất cực đại của
UHPC không sợi (thường 3.5 – 4.5‰ tùy vào loại cốt liệu) lớn hơn nhiều so với
HSC (~2.5‰) và NSC (~2‰). Độ dốc của đường cong trong giai đoạn tuyến
tính của UHPC lớn hơn nhiều so với HSC và NSC, chứng tỏ mơ đun đàn hồi
tuyến tính đại diện cho độ cứng của UHPC (40 – 65 GPa) hoàn toàn vượt trội so
với HSC (~30 – 40 GPa) và NSC (~25 – 35 GPa). Cũng trong hình 1.4 có thể


11

thấy biến dạng ngang (hay biến dạng nở hông) của UHPC nhỏ hơn so với NSC
và HSC, và có khuynh hướng tăng chậm khi đường cong tuyến tính. Ứng xử nén

của UHPC phụ thuộc vào: (1) Loại cốt liệu sử dụng trong cấp phối; (2) Loại sợi,
kích thước sợi và hàm lượng sợi sử dụng; (3) hình thức bảo dưỡng mẫu (ngâm
trong nước hoặc để ở nhiệt độ trong phòng bình thường, bảo dưỡng nhiệt độ cao,
bảo dưỡng hơi nước...);
Hình 1.5(a) thể hiện đường cong lực – biến dạng đứng của UHPC có sợi và
khơng sợi. Hình 1.5(b) so sánh mode phá hoại của mẫu nén hình lập phương của
UHPC có sợi và khơng sợi. Theo các kết quả nghiên cứu đi trước, thì khi sử
dụng sợi sẽ tăng được tính dẻo dai của UHPC dưới tác dụng của lực nén, qua đó
làm cho phá hoại mẫu của UHPC từ giịn ở dạng phân mảnh thành phá hoại dẻo
bảo tồn được hình dáng ban đầu của mẫu. Đối với đường cong lực – biến dạng
đứng thì ngay tại điểm đạt ứng suất nén cực đại, UHPC không sợi sẽ bị phá hoại
với tiếng nổ lớn và đường cong lúc đó bị rớt tải ngay lập tức. Trong khi đó
UHPC có sợi thì tại điểm đạt ứng suất nén cực đại thì đường cong có giai đoạn
rớt tải nhưng đến một điểm nào đó thì sự rớt tải chậm dần. Giai đoạn sau khi đạt
điểm ứng suất nén cực đại gọi là giai đoạn mềm hóa (softening stage) hoặc sau
cực đại (post-peak stage) chỉ xảy ra đối với mẫu UHPC có sợi và đo đạc được

Hình 1. 4 So sánh đường cong US – BD chịu nén của các loại bê tông
(Schneider 2006 [8])


12

Ngoài ra theo các nghiên cứu thực nghiệm trước đây thì khi mẫu UHPC
được để điều kiện nhiệt độ tối thiểu 80 – 90oC sẽ có cường độ chịu nén tăng
khoảng 20-30% so với khi bảo dưỡng bằng cách ngâm mẫu trong nước thơng
thường [15]. Vì khi dưới tác động của yếu tố nhiệt cao sẽ thúc đẩy phản ứng hóa học giữa silicafume và xi măng. Dưới tác dụng của bảo dưỡng nhiệt độ thì
ảnh hưởng của co ngót sẽ bị kiềm chế. Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho việc
chế tạo cấu kiện đúc sẵn bằng UHPC.


a) So sánh đường cong lực – biến dạng UHPC có sợi và không sợi

UHPC không sợi

UHPC 2% sợi PP

b) So sánh dạng phá hoại UHPC có sợi và khơng sợi
Hình 1. 5 So sánh UHPC có sợi và khơng sợi [9]
1.1.3.2. Ứng xử chịu kéo và uốn
Khả năng chịu kéo và uốn vượt trội so với bê tông NSC và HSC là đặc tính
quan trọng nhất của UHPC bên cạnh cường độ chịu nén. Theo nhiều nghiên cứu
thì UHPC được coi là có cường độ chịu kéo trực tiếp trước khi xảy ra vết nứt tối


13

thiểu là 5 MPa. Tuy nhiên, sau khi xảy ra vết nứt thì cường độ chịu kéo tiếp tục
tăng, đặc biệt là khi sử dụng cốt sợi gia cường. Theo Fehling et al. (2014) [15]
thì UHPC có ứng suất chịu kéo trực tiếp từ 7 đến 11 MPa, và không có sự khác
nhau giữa UHPC sử dụng cốt liệu thơ hay cốt liệu mịn. Ứng suất chịu kéo trực
tiếp chủ yếu phụ thuộc vào thành phần silicafume. Mẫu dùng để thí nghiệm kéo
trực tiếp UHPC được chế tạo theo nhiều kiểu và hình dáng như hình xương chó
(dog-bone), hình lăng trụ (prism), mẫu trụ tròn (cylinder).

a)

Đường cong lực – biến dạng khi kéo trực tiếp mẫu UHPC dạng dogbone

b) Hình ảnh thí nghiệm kéo trực tiếp mẫu UHPC
Hình 1. 6 Thí nghiệm kéo trực tiếp mẫu UHPC [15]



14

Hình 1.6 thể hiện thí nghiệm kéo trực tiếp mẫu UHPC dạng dog-bone. Việc
gia cường cốt sợi bao gồm hàm lượng sợi, kích thước và hình dạng sợi ảnh
hưởng rất nhiều đến ứng xử chịu kéo trực tiếp, làm tăng cường độ chịu kéo rất
nhiều. Hình 1.6(a) mơ tả đường cong lực – biến dạng khi chịu kéo trực tiếp và
hình ảnh thí nghiệm thực như trong hình 1.6(b). UHPC có sử dụng cốt sợi thì
đường cong này sẽ có giai đoạn sau khi đạt ứng suất kéo cực đại mà không bị rớt
tải đột ngột như UHPC không sợi. Độ dốc của đường cong sau khi đạt ứng suất
cực đại tùy thuôc vào sợi. Khi sợi tham gia vào quá trình chịu kéo sẽ kiềm chế
được vết nứt mở rộng và do đó duy trì được biến dạng của mẫu. Trong hình 1.6,
hàm lượng sợi càng tăng thì các vết nứt li ti trên mẫu càng nhiều, chứng tỏ hàm
lượng sợi tăng thì tác dụng hạn chế vết nứt càng rõ rệt. Vết nứt cục bộ lớn xảy ra
chỉ tại một vị trí trên mẫu khi cường độ chịu kéo cực đại, tuy nhiên mẫu vẫn duy
trì biến dạng vì có sự tham gia của sợi. Hình 1.7 so sánh quan hệ ứng suất kéo
và độ mở rộng vết nứt giữa UHPC và HSC, NSC. Mẫu UHPC không sợi cũng
như mẫu bê tơng HSC và NSC thì tại ứng suất kéo cực đại rớt tải nhanh, trái
ngược với UHPC có 2% sợi thì tải giảm rất ít và duy trì độ mở rộng vết nứt khá
dài.

Hình 1. 7 So sánh đường cong fut– bề rộng vết nứt giữa UHPC và NSC, HSC [9]
Thí nghiệm uốn của UHPC bằng cách uốn ba điểm hoặc bốn điểm mẫu
dầm UHPC hình lăng trụ thường được thực hiện để xác định ứng xử chịu kéo
của UHPC. Các kích thước mẫu dầm thường sử dụng như: 100x100x400mm,


15


140x140x560 mm, 150x150x700 mm, 70x70x280mm, 40x40x160 mm, tùy theo
quy định đề xuất bởi tiêu chuẩn hiện hành của các quốc gia.

a) Đường cong cường độ uốn – chuyển vị của dầm UHPC với các loại
sợi khác nhau [15]

b) Hình ảnh thí nghiệm uốn mẫu dầm UHPC 140x140x560 mm [10]
Hình 1. 8 Khả năng uốn của UHPC

Theo Fehling et al. (2014) [15] thì các thí nghiệm uốn mẫu dầm UHPC
khơng sợi thực hiện tại Đại Học Kassel cho kết quả với mẫu kích thước
40x40x160 mm có cường độ uốn từ 13 - 17 MPa, trong khi đó mẫu
150x150x700 có cường độ uốn 7 - 10 MPa. Kích thước của dầm ảnh hưởng đến
cường độ chịu uốn. Khi thêm sợi gia cường thì cường độ uốn các mẫu dầm nằm
trong khoảng 15 MPa đến 40 MPa, phụ thuộc vào các loại sợi, hướng phân bố
sợi, kích thước và hàm lượng sơi. Đồng thời khi có sợi thì tương tự như ứng xử
kéo trực tiếp, ứng xử uốn cũng có giai đoạn đường cong làm việc sau nứt và sau