MỤC LỤC
CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU............................................................................................................ 0
CHƯƠNG II: TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ BÊ TÔNG SIÊU ...................................... 0
2.1.

TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG SIÊU CƯỜNG ĐỘ (UHPFRC) ............................................ 0

2.2.

VẬT LIỆU CHẾ TẠO BÊ TÔNG SIÊU CƯỜNG ĐỘ ...................................................... 1

2.2.1.
2.2.2.
2.2.3.

Nguyên tắc chế tạo ........................................................................................ 1
Xi măng ......................................................................................................... 2
Cốt liệu lớn ........................................................................................................ 2

2.2.4.

Sợi thép ......................................................................................................... 3

2.2.5.

Muội silic (micro silica).................................................................................... 3

2.2.6.

Bột khoáng .................................................................................................... 4

2.2.7.
2.3.

Phụ gia siêu dẻo ............................................................................................ 4
ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA BÊ TÔNG SIÊU CƯỜNG ĐỘ ............................................ 5

2.3.1.

Cường độ nén uốn ......................................................................................... 5

2.3.2.

Modun đàn hồi ............................................................................................... 6

2.3.3.

Độ bền của UHPFRC ....................................................................................... 6

CHƯƠNG III: PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ MỘT VÀI ỨNG DỤNG UHPFRC CHO KẾT CẤU
CƠNG TRÌNH ĐẶC BIỆT ....................................................................................................... 7
3.1.

Cầu WILD – Völkermarkt ( Áo ) .............................................................................. 7

3.2.

Cầu Log Čezsoški – Soča river, Slovenia .................................................................10

3.3.


Một số cơng trình khác trên thế giới sử dụng UHPFRC ............................................12

CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN ..................................................................................................... 13

CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU

Ngày nay, cùng với sự tiến bộ vượt bậc của khoa học và kỹ thuật nói chung, khoa học và
công nghệ vật liệu cũng đang trên đà chiếm lĩnh đỉnh cao của trí tuệ lồi người. Những
thành tựu của khoa học và cơng nghệ vật liệu đang có những bước phát triển quan trọng
tạo ra nhiều loại vật liệu có tính ưu việt ứng dụng trong mọi lĩnh vực của đời sống.Việc sử
dụng vật liệu như thế nào cho thích hợp với yêu cầu và điều kiện làm việc là vấn đề hết sức
quan trọng. Mỗi loại vật liệu lại có những đặc điểm riêng về tính chất và giá thành do đó để
có thể lựa chọn vật liệu cho phù hợp, đáp ứng được các yêu cầu đặt ra là vấn đề không hề
đơn giản.
Các nhà khoa học vật liệu liên tục nghiên cứu tìm tịi và đã phát minh ra rất nhiều loại vật
liệu mới làm biến đổi sâu sắc các loại vật liệu truyền thống, làm cho chúng ưu việt hơn, kinh
tế hơn. Có những loại vật liệu được biến tính để áp dụng trong những chi tiết, các kết cấu
làm việc trong những điều kiện khắc nghiệt đòi hỏi độ bền cao dưới tác động của nước biển,
của phóng xạ, và các chất ăn mòn đặc biệt…Song song với sự phát triển mạnh mẽ của các
ngành công nghệ vật liệu thép, vật liệu composit, v..v...cơng nghệ vật liệu bê tơng cũng
đang có những bước tiến vượt bậc. Một trong những thành tựu đáng chú ý và có thể là giải
pháp vật liệu cho tương lai đó chính là cơng nghệ BÊ TƠNG SIÊU CƯỜNG ĐỘ (UHPFRC).

CHƯƠNG II: TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ BÊ TƠNG SIÊU CƯỜNG ĐỘ

2.1. Tổng quan về bê tơng siêu cường độ (UHPFRC)
Bê tông siêu cường độ (Ultra High Performance Fibre Reinforced Concrete -UHPFRC) là một
loại vật liệu mới được nghiên cứu và phát triển trên thế giới từ năm 1990, UHPFRC có cường
độ rất cao từ 100 ÷ 200 MPa, độ bền cao và sự ổn định lâu dài. Bê tơng siêu cường độ
(UHPFRC) có thành phần là xi măng, cát quarzt, sợi thép, bột quarzt và chất siêu dẻo. Phân

loại bê tông theo cường độ và tỷ lệ N/X:


-

Bê tông thường (NC): cấp
p cường
cư
độ nhỏ hơn hoặc bằng 40 MPa, N/X = 0,40,6.
Bê tông cường độ cao, chấ
ất lượng cao (HSC/HPC): cấp cường độ nhỏ hơn hoặc bằng
100 MPa, tỷ lệ N/X = 0,30,4.
0,4.
Bê tông chất lượng rấtt cao (UHPC): cấp
c cường bằng 200 MPa, tỷ N/X = 0,20,25.
Bê tông siêu cường độ cốtt sợi
s thép (UHPFRC): cấp cường độ nhỏ hơn hoặc bằng
200MPa, tỷ lệ N/X = 0,20,25
0,25 hàm lượng
lư
cốt sợi thép từ 12%.

Bảng 2.1: Các tính năng ccủa UHPFRC và bê tơng thường
Tính năng

Đơn vị
v

UHPFRC


Bê tơng thường

Cường độ nén

MPa

160÷250

~ 40

Mơ đun đàn hồi

GPa

48÷60

~ 35

Cường độ kéo

MPa

9÷20

~3

Biến dạng

%


0,05÷0,2

Vết nứt đề tiên

MPa

7÷16

0
~3

Để chế tạo ra được loại vậtt liệu
li có tuổi thọ cao, tìm kiếm các loại kết cấu mới có chiều
cao thấp so với các kết cấu
u cũ
c nên việc nghiên cứu thành phần vật liệu của bê tông là
hết sức quan trọng.
ng. Thành phần
ph chủ yếu bao gồm 7 thành phần: Xi măng, nước, cốt
liệu nhỏ, phụ gia siêu dẻo,
o, mu
muội silic, các bột khống có độ cứng lớn và các cốt sợi

thép cường độ cao.

Hình 1: hình ảnh về bê tơng siêu cường
cư
độ UHPFRC
Hình 2: hình ảnh
nh thành phần

phầ sợi thép khi mẫu bị phá hoại

Phân tích đánh giá một số kết quả nghiên cứu ứng dụng bê tông siêu cường độ cho kết
cấu công trình đặc biệt.
Bê tơng UHPFRC được sử dụng
d
trong các cơng trình trên thế giới chủ yếu là các cơng
trình cầu, nhà cao tầng
ng và các cơng trình địi hỏi độ bền cao dưới tác động của những
yếu tố môi trường khắcc nghiệt.
nghi
2.2. Vật liệu chế tạo bê tông siêu cường
cư
độ UHPFRC

2.2.1.

Nguyên tắc chế
ế tạo

Nguyên tắc cơ bản để cảii thiện
thi các tính chất của bê tơng là tăng độ đặc của vữa xi
măng và cải tiến vùng tiếp
p giáp giữa
gi đá xi măng và hạt cốt liệu. Với bê tông UHPFRC tỷ
lệ N/X có thể từ 0.2 đến
n 0.25. V
Với RPC tỷ lệ N/X là từ 0.17 đến 0.19. Chất kết dính của
bê tơng UHPFRC bao gồm
m xi măng, muội

mu silic và dần được thay thế bằng các bột
quartz có đường
ng kính trung bình là 10 μm. Cốt liệu lớn thường được dùng là cát quartz
có cỡ hạt lớn nhất từ 0.5 đến
đ 1mm.
- Nâng cao tính đồng nhấtt ccủa bê tông bằng cách giới hạn lượng cốt liệu thô. Chúng ta


đã biết rằng vùng chuyển
n tiếp
ti giữa đá xi măng và các hạt cốt liệu thường la nơi bắt
đầu các vết vi nứt do sự khác nhau vvề các tính chất cơ học và vật lý của chúng. Kích
thước lớn nhất của cốt liệu
u trong UHPFRC đã được khuyến cáo là cần phải nhỏ hơn

- Cải thiện các tính chất của vữa bằng
ng cách cho
thêm phụ gia puzzolan, ví dụ như muộii silic. Hiệu
Hi
quả thay đổi của muộii silic trong bê tông được
đư
cho là do các pu zơ lan của nó phản
n ứng với
Ca(OH)2 và lấp đầy vào các lỗ rỗng giữ
ữa các hạt
xi măng hoặc các hạt vật liệu
u thành phần
ph
khác.
Với bê tông sử dụng các loạii xi măng pooclăng

thông thường, lượng muộii silic 18%, so với
v khối
lượng, xi măng là đủ để phản ứng
ng hết
h
với
Ca(OH)2 được tạo ra do xi măng thủy
y hóa. Tuy
nhiên, để chèn kín các lỗ rỗng thì muộii silic tối
t ưu
là khoảng 30% so với lượng xi măng
600µm.

Hình 3: Cấu trúc đặcc ch
chắc
của UHPFRC
thì muội silic tối ưu là khoả
ảng 30% so với lượng xi măng. Do đó hàm lượng muội silic
trong UHPFRC thường khoả
ảng 25-30% so với khối lượng xi măng.
- Nâng cao độ đặc của hỗn
n hợp
h bột. Hỗn hợp có sự phân bố kích thước rộng có độ
rỗng giữa các hạt nhỏ. Điề
ều này có nghĩa là hỗn hợp bột được phối hợp từ một số các
loại bột.
- Cải thiện tính chất của vữ
ữa bằng cách giảm tỉ lệ N/CKD.
- Nâng cao cấu
u trúc vi mô của

c bê tông bằng cách xử lý nhiệt sau khi ninh kết. Từ năm
1994 các nghiên cứu mạnh
nh mẽ
m đã được thực hiện ở Pháp và Canada. Lượng dùng xi
măng trong loạii bê tông UHPFRC
UHP
đầu tiên nằm trong khoảng 900 – 1000 Kg/m3.
- Nâng cao độ đặc của
a bê tơng bằng
b
các tối ưu hóa thành phần hỗn hợp và kết hợp
việc sử dụng công nghệ trộ
ộn và bảo dưỡng thích hợp.
- Tăng cường độ dẻo độ dai của
c bê tông bằng cách sử dụng các sợi thép chất lượng
cao và kích thước nhỏ (d, l) và hàm lư
lượng hợp lý 2 -6 % theo thể tích.

2.2.2.

Xi măng

-Xi măng thường đượcc phân lo
loại theo tiêu chuẩn ASTM, được chia ra làm 5 loại.Thông
thường UHPFRC thường sử
ử dụng xi măng nhóm I với cấp xi măng là 42,5 hoặc 52,5
Mpa. Ở Việt Nam thường
ng chỉ
ch chế tạo được xi măng PC40 cho nên vật liệu được lựa
chọn sẽ là xi măng PC40.

- Xi măng Pooc Lăng là chấ
ất kết dính vơ cơ rắn trong nước và khi cứng rắn có thể bền
nước, chứa 70- đến
n 80% silicat canxi và 15% aluminat canxi, là sản
s phẩm thu được từ
q trình nghiền mịn của
a clinker.
-Xi măng có thành phần
n hóa khống theo ASTM như sau :

Bảng 2.2: Thành phần khống vật (%) theo ASTM
ASTM
Nhóm
N1
N2
N3
N4

C3S

C2S

C3A

C4AF

55
44
63
25


16
26
10
47

11
5
10
4

7
15
8
15

Trong đó: Nhóm 1 và 2 là xi măng tiêu chu
chuẩn,chế độ nhiệt bình thường
Nhóm 3 là nhóm cần lưu ý về
v chế độ nhiệt
Nhóm 4 và 5 dùng cho kếtt cấu
c bê tông đặc biệt (ít tỏa nhiệt)
Chất kết dính có vai trị chủ
ủ chốt trong việc liên kết các loại vật liệu rời rạc thành khối
bê tông đồng nhất. Tuy vậyy quá nhiều
nhi chất kết dính sẽ làm bê tơng có cường độ thấp
và độ bền không tốt, ảnh
nh hưởng
hư
đến môi trường. Việc sản xuất bê tông cường độ cao

gắn liền với việc giảm lượng
ng chất
ch kết dính trong hỗn hợp và thay vào đó là những phụ
gia khống với cỡ hạt nhỏ..

2.2.3.

Cốt liệu lớ
ớn

Để chế tạo
o bê tông siêu cư
cường độ, từ năm 1999 đến nay người ta thường sử dụng cát
quartz. Việc sử dụng
ng cát quart với
v kích thước hạt nhỏ sẽ làm cho tính đặc chắc của bê
tơng đượcc tăng cao, không những
nh
vậy cường độ của bê tông đồng thời cũng được cải


thiện đáng kể và giảm đượ
ợc hàm lượng chất kết dính.

Hình 4:: Cát quarzt dùng để
đ
chế tạo UHPFRC
Bảng 2.3:Cấp phối của cốt
liệu cát (% lọt sang)
T(um)


Sand
Sand
Sand
S125
S250
S4000
63
0
0
0
80
13
0
0
100
56
0
0
125
100
2
2
160
100
19
16
200
100
53

43
250
100
100
80
315
100
100
96
400
100
100
100
Cát quarzt ở trên có tỉ trọng
ng khối
kh là 2680 kg/m3.

2.2.4.

Tính chất của cát Quarzt: Cát quarzt dùng
để chế tạo UHPFRC là loạii cát có đường
đư
kính nhất định sau khi nghiền
n mịn
m đá quarzt
gốc và sàng với kích thướcc nhỏ
nh tùy theo
từng yêu cẩu của mỗii thí nghiệm
nghi
mà người

ta có kích thước hạtt cát quart riêng. Ví dụ
d
như với nghiên cứu của
a F. de Larard và
T.Sedran thì cát quarzt gồm
m 3 loại
lo nằm
trong cỡ sàng như sau :

Sợi thép

- Theo báo cáo về thành ph
phần UHPFRC ở châu Âu cho thấy rằng sợi thép sẽ làm
tăng tính dẻo và dai của
a UHP
UHPFRC, hấp thụ năng lượng do các tải trọng va chạm và
tăng cường khả năng chịu lực sau vết nứt đầu tiên. Người ta khuyến cáo sử dụng các
sợi thép có đường kính 0,25 mm và chiều
chi dài 17 mm., giới hạn chảy là 200Mpa

Hình 5: Sợi thép cốt liệu chếế tạo
UHPFRC

Theo các nghiên cứu ở Thổ
Th Nhĩ Kỳ thì
đề nghị sử dụng sợii thép L = 6mm và D
= 0,15 mm, khối lượng
ng riêng là
7,85g/cm3, giới hạn chảy
y là 2250 Mpa.

Theo các nghiên cứu ở Thuỵ
Thu Sỹ thì đề
nghị sử dụng sợii thép L = 25 mm và
đường
ng kính là D = 0,16 mm. Theo tài
liệu của uỷ ban đường
ng cao tốc
t hoa kỳ
vào tháng 5 năm 2005 sợii thép được
đư sử
dụng
ng do cơng ty Bekaert
có đường
kính là 0,2 mm, dài 12,7 mm và có giới
gi
hạn chảy
y là 2600 Mpa. Sợi
S thép loại
Dramix kí hiệu là OL13-20
20 có đường
đư
kính

kính D = 0,2 mm chiều
u dài L = 13 mm, thuộc
thu loại chất
lượng cao. Giới hạn chảy
y là 2000 Mpa. S
Sợi thép được chế
tạo phù hợp với tiêu chuẩn

n ISO 9001 với
v giá thành là 2,2 USD/kg. Hàm lượng sợi thép cho
UHPFRC 200 là 2/1000 theo thể
ể tích. Với UHPFRC 500-800 thì hàm lượng sợi thép là 6%
theo thể tích. Thành phần
n hố h
học của sợi thép được giới thiệu theo bảng sau :
Bảng
ng 2.3
2. : Thành phần hóa học của sợi thép
Thành phần hoá học
Hàm lượng (%)

Carbon
Silicon
Mangan
Phot pho

0,69-0.79
0.15-0.30
0.40-0.60

 0.025
 0.025
 0.08
 0.003

Sulfur
Chromium
Aluminum


2.2.5.

Muội silic (micro silica)

- Là một sản phẩm phụ
ụ được lấy ra từ quá trình nung thạch anh với than đá trong
các lò hồ quang điện
n trong ngành sản
s xuất silicon và các hợp kim thép silicon khói này
có hàm lượng
ng dioxit silicon vơ định
đ
hình cao và chứa các tinh thể hình cầu rất mịn thu
được từ khí thốt ra khỏii lị.
- Muội silic vì có hàm lư
ượng oxit silic và độ mịn cực cao nên là vật liệu có hiệu quả
tính Pozzolanic cao. Khói oxit silic phản
ph ứng với đá vơi trong q trình hydrat hóa xi


măng để tạo ra hợp chấtt kkết dính bền vững-CSH (can xi oxit silic hydrat). Tính sẵn có
của hỗn hợp khử nước phạ
ạm vi cao đã làm thuận tiện việc sử dụng khói oxit silic như là
một vật liệu kếtt dính trong bê tơng để
đ tạo ra cường độ cao. Hàm lượng khói oxit silic
thơng thường nằm
m trong phạm
ph
vi từ 5-15% lượng xi măng.

- Cơ chế lấp đầy lỗ rỗng
ng ccủa hạt xi măng và độ rỗng trong các gel đá xi măng thể
hiện qua đường kính hạt củ
ủa phụ gia khống siêu mịn. Ở đây, có đường kính hạt nhỏ d
<0.1m, Microsilica có hiệu
u qu
quả nhất.
- Các hỗn hợp
p khống chất
ch và xi măng cần được đánh giá thơng qua các mẻ trộn
trong phịng thí nghiệm để
ể xác định các đường cong dùng cho việc lựa chọn khối lượng
xi măng và hỗn hợp
p khoáng chất
ch cần thiết để đạt được mong muốn.

Hình 6: Muội silic dùng đểể
chế tạo UHPFRC
2.2.6.
Bột khống
- Bột thạch anh với đườ
ờng kính trung bình từ 4μm đến 3μm đã được sử dụng để
lấp đầy các lỗ rỗng cực nhỏ
ỏ. Cát hạt của nó lấp đầy các khoảng trống giữa các hạt xi
măng và muộii silic làm cho đường
đư
biểu diễn thành phần hạt của cốt liệu trở nên liên
tục. Mặtt khác nó làm cho độ
đ đặc của hỗn hợp được tăng lên. Nếu như độ đặc của muội
silic bình thường

ng là 0,64 thì sau khi sử
s dụng thêm bột thạch anh thì độ đặc có thể tăng
lên dến 0,716. Vì tỷ lệ của
a N/X th
thấp nên chỉ có một phần của xi măng được thuỷ hố,
các hạtt xi măng khơng thuỷ
thu hố nằm trong hỗn hợp và có cai trị như cốt liệu. Các hạt
xi măng có độ cứng thấp
p vì vậy
v nếu chúng ta thay thế bằng bột thạch anh trơ, cứng thì
chúng ta sẽ bớt đượcc hàm lư
lượng xi măng trong bê tông và phần bột này sẽ đóng đúng
vai trị của cốt liệu hơn bộtt xi măng.
măn
- Khái niệm về bộtt : bao gồm
g
xi măng cộng với bột mịn và muội silic theo. của
trường đại học Kassel Đứcc đã
đ tổng kết cho thấy rằng có thể sử dụng bột đá vơi, bột
quartz hoặc bộtt tro bay, tuy nhiên các nghiên cứu
c trên thế giới cho thấy rằng bột đá
vơi là ít có hiệu quả nhấtt mà ch
chủ yếu là sử dụng bột quarzt.
- Có thể sử dụng 2 loạii bột
b quarzt là Q1 hoặc Q2
- Bột quarzt Q1 có đườ
ờng kính trung bình 2,92 μm và có độ đặc là 47% theo thể
tích tỷ diện
n tích 18000 cm2/g .
- Bột quartz Q2 có đườ

ờng kính trung bình 42 μm và có độ đặc là 48.6% theo thể
tích tỷ diện
n tích 3590 cm2/g.
cm2/g
- Trong báo cáo tổng
ng quan về
v sử dụng bột thì có thể sử dụng từ xỉ lò cao nghiền
mịn, thuỷ tinh mịn, các hỗn
nh
hợp tro bay có gốc từ than đá và các loại bụi chất lượng
cao được sản xuất từ đá bazan. Thàn
Thành phần bột đá vôi do độ cứng thấp nên không
được sử dụng.
ng. Các nghiên cứu
c xa hơn vào năm 2009, 2010 về sự ảnh hưởng của ống
nano để cải thiện đặcc tính lưu biến
bi và cường độ của UHPFRC. Bột mịn thông thường



hiện nay được sử dụng
ng là bột
b quazrt có đường kính trung bình từ 5 – 30
m với liều
lượng thêm vào từ 0-30
30 %, tương ứng với nó thì giảm lượng xi măng từ 30 – 0 % .

2.2.7.

Phụ gia siêu dẻo

d

Có 5 loại phụ gia siêu dẻo
ẻo là
l Thế hệ 1 là A và thế hệ 2: B thế hệ 3 là C.
+ A1- Ligno Sul phonates (LS):
Là phụ gia siêu dẻo
ẻo thế hệ 1 từ các chất cao phân tử tự nhi
nhiên Lignin (từ gỗ và
senlulo) độ giảm nước
ớc tối đa là
l 10%, có thể làm chậm ninh kết, độ sụt giảm 30% sau
30 phút. Lượng dùng
ùng 2,5% xi măng
+ B1-Polime gốc
ốc sulphonated melamine (MFS):
Phụ gia siêu dẻo
ẻo gốc URE và
v Phormadehyde có tác dụng giảm nước tối đa đến 25%
lượng dùng 1,5-2,5
2,5 Xi măng giảm
gi
độ sụt đến 50% sau 40 phút và cho cường độ sớm
(R3 = 0,85R28), thời
ời gian thi công ngắn, tỷ lệ N/X < 0,4 và
v phù hợp với khí hậu
nóng.
+ B2 – Naphthalene Sulphonate
ulphonate Polycondesate : BMS



Nguồn
ồn gốc từ than đá, giảm nước
n
tối đa 25% - Lượng dùng 1,5-2,5%X, giảm độ sụt
đến 50% sau 50 phút.
+ B3 – Chất siêu dẻo
ẻo thế hệ thứ hai: Vinglcopolymers VC:
Thành phần chính là
à : Sunfonated Vinylcopolymers ( d
dầu thơ)
Giảm nước tối
ối đa đến 30% lượng
l
dùng 1,5-2% Xi măng (lít). giảm độ sụt ban đầu đến
50% sau 100 phút, tạo
ạo ra độ sụt đến 22 cm, kéo dài
d thời gian thi công
+ C – Chất siêu dẻo
ẻo thế hệ ba: PolyCarboxylates – (PC):
Gốc
ốc Polyme cao phân tử tổng hợp, giảm muội tới 40 % (tỷ lệ N/X có thể đến 0,27),
bê tơng có thể
ể đạt đến độ sụt 22 cm, cho cường
c
độ cao. Duy trì được tính cơng tác
trong thời gian dài.
Loại phụ gia đặc biệt này
ày có th
thể thay đổi cấu tạo phân tử để phụ gia phù hợp với các

yêu cầu đặc biệt. Với bê
ê tông cường
cư
độ cao thường dùng chất siêu dẻo, loại PC, với bê
tông tự đầm có thể dùng
ùng loại
lo cải tiến là: Polyme Viscocrete (PV)
Các phụ gia siêu dẻo
ẻo có thể thí nghiệm theo tiêu
ti chuẩn Anh – BS 5075, ASTM – C494.
ở Việt Nam có thể chọn các chất si
siêu dẻo chế tạo trong nước và các sản phẩm của
Sika, của
ủa Đức, Ý, của Mỹ. Cần tổ chức tuyển chọn với số llượng các chất siêu dẻo ít
nhất là 3 loại để
ể có một chất siêu
si dẻo tối ưu.
2.3. Đặc tính kỹ thuật của
a bê tông siêu cường
cư
độ

2.3.1.

Cường độ nén uốn

- Cường độ chịu nén cao nằm
m gi
giữa 150 MPa và 250 MPa chủ yếu phụ thuộc vào tỷ lệ
N/XM, thể tích nước trên cố

ốt liệu mịn hệ số N/Fv = N/ tổng thể tích (Xi măng + silica +
chất độn) của vữa
a và kích thư
thước hạt của cốt liệu dẫn đến một biến dạng đàn hồi tuyến
tính lên đến khoảng
ng 95% ttổng tải trọng phá hoại. Điều đó có nghĩa là UHPFRC khơng
có cốt sợi thì nó giống
ng như vật
v liệu giịn rất dễ gãy, mô đun đàn hồi tương đối cao,
cường độ chịu kéo của vữa
a tinh khi
khiết là khoảng 8 MPa. Sử dụng những sợi thép với mô
đun đàn hồi đủ cao, cường
ng đ
độ vữa không đổi hoặc tăng, trong khi cường độ chịu kéo
được cải thiện đáng kể.. Bornemann et al, 2001; Fehling và Bunje, 2004 đ
đã cho thấy
cường độ chịu kéo khi uốn
n của
c mẫu dầm 40/40/160mm được làm từ những hạt mịn
UHPFRC (M1Q) vớii 2,5% thể
th tích hàm lượng sợi thép ngắn (chiều dài 6–9mm, đường
kính 0,15mm) đã lên đến
n 36 MPa, mà của
c mẫu dầm 150/150/700mm được làm từ
UHPFRC khơng có sợii thép thì cường
c
độ chịu kéo khi uốn chỉ đạt 22 MPa. Điều đó có
nghĩa cường độ chịu
u kéo khi u

uốn của UHPFRC tăng khi tăng cường cốt sợi được đưa
vào tính tốn trong kết cấu.
u. Cường
Cư
độ chịu kéo khi uốn chủ yếu phụ thuộc vào cường
độ bê tông, loại và số lượng
ng sợi
s được sử dụng.

Hình 7: Thí nghiệm
nghi
uốn tấm trịn UHPFRC
- Sự định hướng và phân bố
ố của các sợi bên trong vữa và hình dạng mẫu thử sử dụng,
các yếu tố kết cấu sản phẩ
ẩm với bê tơng cụ thể có thể bị ảnh hưởng đáng kể. Theo
quy định các kết quả thí nghiệm
nghi
của hỗn hợp UHPFRC khơng có cốt sợi đáng kể cũng
được chấp nhận. Do đó số
ố kết quả thí nghiệm đặc trưng phải được tăng lên để cho
phép tính tốn chính xác độ
đ lệch
chuẩn.


Hình 8: ảnh chụp X-quang
quang 3 m
mẫu có sự sắp xếp khác nhau giữa các sợi thép


- Nếu UHPFRC có cường độ chịu kéo đáng kể mà không cần bất kỳ sự tăng cường bổ
sung cốt thép thường hỗ tr
trợ như một số thí dụ ứng dụng của Ductal thì hàm lượng sợi
thép sử dụng cần đủ cao ( ttừ 6-7%) để ngăn chặn những phá hoại đột ngột. Trong
trường hợp hàm lượng sợii thép khoảng
kho
2,5 – 3% thể tích vẫn đáp ứng được tính cơng
tác của hỗn hợp
p bê tơng tươi, cường
cư
độ chịu uốn và tính dẻo. Đối với các ứng dụng
khác hàm lượng sợii thép có th
thể giảm 1% vẫn có thể đáp ứng các nhu cầu ví dụ với
những tấm, dầm và một số
ố bộ phận khác làm từ UHPFRC vẫn đảm bảo đủ cường độ và
hoặc có đủ sự thụ động
ng tăng cường.
cư
Và trong một số trường hợp sử dụng UHPFRC
thậm chí khơng có sợii thép hoặc
ho các sợi thích hợp khác, ví dụ cho các cột cao hay
những ống thép mỏng đượ
ợc lấp đầy UHPFRC (Tue, Schneider, và Schenk 2004). Qua đó
cho thấy hỗn hợp gồm nhữ
ững sợi thép và những sợi thích hợp khác với các loại khác
nhau về chiều dài và đường
ng kính ssẽ kinh tế hơn so với sử dụng một loại sợi thống nhất.

2.3.2.


Modun đàn hồi
h

- Theo những tài liệu đã
ã nghiên cứu
c và kết quả đã thực nghiệm ở Việt Nam, mô đun đàn
hồi của UHPFRC biến đổi từ
ừ 46500 Mpa đến 49300 Mpa (46,5 Gpa đến 49,3 Gpa), với
cường độ nén của
a bê tông từ
t 110 đến 150 Mpa. theo các kết quả nghiên cứu ở Đức
cũng thông báo là
à mô đun đàn hồi
h cũng biến đổi từ 45 đến 50 Mpa

2.3.3.

Độ bền củ
ủa UHPFRC

- Độ bền được cải tiến của
a UHPFRC
UHP
để chống lại các loại khí độc hại, các chất lỏng,
clorua, sương giá hay đóng tan băng đư
được cải thiện bởi độ đặc và cấu trúc hạt của chất
kết dính và vùng tiếp
p xúc gi
giữa vữa và cốt liệu thô cũng như cấu trúc đặc hơn của sản
phẩm hydrat hóa.

- Các lỗ rỗng khí của UHPFRC
FRC được
đư đặc trưng bởi những lỗ rỗng mao quản, là một trong
những loại lỗ rỗng có thể nhìn thấy
th được từ sự phân bố kích thước lỗ rỗng được thể
hiện trong Hình 9 và đượcc thí nghi
nghiệm bởi sự xâm thực của thủy ngân. Kết quả là, sức
kháng cự để khuếch
h tán clorua đư
được hiển thị trong Hình 10.

Hình 9: Sự phân bổ kích thước
thư lỗ rỗng của bê tơng thường, HPC và UHPFRC


Hình 10: Những giá trị độ thấm
m clo đối
đ với bê tơng thường, HPC và UHPFRC
- Do UHPFRC có độ đặcc cao, m
một áp lực lớn có thể được phát sinh khi UHPFRC tiếp xúc
với lửa. Điều này có thể dẫ
ẫn đến sự thay đổi cấu trúc của bê tông, làm giảm chất lượng
của bê tông..Dướii đây là thử
th nghiệm với 5 Tấn TNT, khoảng cách 30m, trên hai mẫu
thử bê tông thường – NC và bê tông siêu cường
cư
độ - UHPFRC :

Hình 11:
11 Thử nghiệm với thuốc nổ TNT

- Tải trọng mỏi dưới tác dụng
ng của
c lực nén, các thí nghiệm được thực hiện tại trường đại
học của Kassel cho thấy
y UHPFRC đã
đ có một ứng xử bền mỏi khá tốt.
CHƯƠNG III: PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ MỘT
M
VÀI ỨNG DỤNG UHPFRC CHO KẾT CẤU
CƠNG TRÌNH ĐẶC BIỆT
3.1. Cầu WILD – Vưlkermarkt ( Áo )
Cầu WILD là một dự án thí đi
điểm thi công theo phân đoạn kết hợp với xoay kết cấu
vịm lắp ghép từ hai phía.. Vì vvậy, các đặc tính ưu việt và cơng năng của bê tơng siêu
cường độ (UHPFRC) đã đượ
ợc sử dụng: nhanh chóng đơng kết và cấu trúc bền vững.
Cây cầu dài 158m , trong đó kho
khoảng 70m là kết cấu vịm. Hai nửa của kết cấu vòm
này được cấu tạo từ các dầm
m và kh
khớp chế tạo sẵn, được liên kết với nhau bằng các sợp
cáp cường độ cao. Hai nửa
a được
đư lắp ráp theo phương dọc cầu và dễ dàng xoay quanh
bản lề được bố trí tạii chân vịm.
vịm Sau khi đã đưa vịm vào đúng vị trí và tiến hành liên
kết, các bộ phận
n khác như tr
trụ, dầm,bản mặt cầu…sẽ lần lượt được hồn thành.


Hình 12: Kết cấu hình học cầu WILD


Dự án xây dựng cầu
u WILD là một bước đột phá trong việc phát triển kỹ thuật xây
dựng cầu ở Áo: Nguyên tắcc thiết
thi kế vẫn theo cách xây dựng truyền thống nhưng thay
đổi cấu trúc mảnh mai và sáng ttạo của UHPFRC (Ultra High Performance Fibre
Reinforced Concreted).

Hình 13: Nét đặc
đ biệt trong công nghệ thi công cầu WILD
Bên cạnh thế mạnh về nén, UHPFRC cịn có độ rỗng rất thấp. Điều này là yếu tố quyết
định làm cho UHPFRC
C không thấm
th
chất lỏng và làm tăng sức kháng của bê tơng đối với
các yếu tố hóa học và yếu
u ttố khắc nghiệt của khí hậu. Vì vậy UHPFRC khơng chỉ có khả
năng chịu áp lực cơ họcc mà cịn có thể hạn chế tối đa tác động hóa học và thời tiết. Độ
bền của nó thường được so với
v đá granit. Tuổi thọ của cầu WILD được dự đoán là 200
năm.
Các kỹ sư tạo dự ứng lựcc b
bằng cách sử dụng sợi cáp dự ứng lực chạy trong không
gian bên trong của các dầm.
m. Như có thể thấy trong hình 3 sợi mono được bố trí đồng
đều dọc theo

ngoại vi của

a khơng gian bên trong:

Hình 14: Cấu tạo dầm
m 1 đến
đ dầm 3 ( sử dụng vật liệu UHPFRC)


Hình 15: Bố trí các sợii cáp dự
d ứng lực
Nén để liên kếtt các thành phần
ph dầm và khớp bằng cách tạo dự ứng lực lên các sợi cáp
đã bố trí, điều này sẽ là hồn tồn vơ nghĩa
ngh nếu như ta sử dụng loại bê tông cốt thép
thường. Ngược lại, cấu
u trúc làm bằng
b
UHPFRC đã phát huy được ưu điểm của mình ở
cách nén như vậy: Cường
ng đ
độ nén của UHPFRC là quá cao, vì thế nén căng với dự ứng
lực có thể dễ dàng được thự
ực hiện. Dự ứng lực Cầu WILD là ít nhất 165 N / mm.

Hình 16: Các khớp liên kếết ( sử dụng vật liệu UHPFRC)

Hình 17: Một số hình ảnh
nh thi cơng cầu
c WILD
Hình 18: Một số hình ảnh
nh thi cơng cầu

c WILD


Hình 19: Cầu sau khi đãã hồn thành

3.2. Cầu Log Čezsoški – Soča river, Slovenia
Cầu Log Čezsoški nằm về phía Tây – Bắc Slovenia, cầu có chiều dài 65m (được xác
định bằng khoảng cách giữa
a hai g
gối đặt tại hai mố cầu) được cấu tạo bởi một dầm liên
tục ba nhịp, mặt cắtt ngang dạng
d
hộp bản rỗng rộng 4,5m. Sau một khoảng thời gian dài
được khai thác và sử dụng,
ng, dưới
dư tác động của xe cộ và khí hậu, kết cấu hiện hữu cấu
tạo từ các dầm hộp
p bê tông cốt
c thép thường (Nomal Concrete) đang dần dần xuống cấp
cần thiết được nâng cấp
p và cải
c tại. Các kỹ sư đã nghiên cứu và áp dụng một phương
pháp mới, thay thế các phương pháp tăng cường sửa chữa cổ điển đó là bằng cách sử
dụng vật liệu
u bê tơng siêu cường
cư
độ UHPFRC.

Hình 20: Cầu
C Log Čezsoški, Soča river, Slovenia

Hình 21: Cầu
C Log Čezsoški hiện hữu


Với mục đích cải thiện
n và tăng kh
khả năng chịu lực cho cầu, áp dụng công nghệ vật liệu
mới, các kỹ sư đã sử dụng
ng bê tông siêu cường
cư
độ như một giải pháp ưu việt nhất và
chưa bao giờ được thựcc nghiệm.
nghi
Theo đó sẽ có một lớp UHPFRC dày 2,5 cm được bao
phủ lên toàn bộ mặt cầu
u và phần
ph lề người đi bộ khác mức.

Hình 21: Phương
Ph
pháp tăng cường bằng UHPFRC
Điều này sẽ tận dụng
ng đượ
được khả năng chịu lực và chịu bào mòn của UHPFRC, bảo vệ
cầu khỏi chịu tác động của các yếu tố khí hậu. Để tăng cường cho kết cấu dầm chủ,
tiếp theo sẽ có một lớp
p bê tông siêu cường độ dày 2,5 cm được gia cố vào phần
đường xe chạy. Việc bố trí thêm m
một lớp UHPFRC lên đúng vị trí chịu nén trong sơ đồ
làm việc của dầm chủ là hoàn toàn h

hợp lý, điều này sẽ làm cho thế mạnh về siêu
cường độ của bê tông đượ
ợc phát huy tối đa. Giữa các lớp bê tông mới, giữa bê tông
mới với kết cấu bê tông cũ
ũ được
đ
liên kết với nhau bởi các loại keo siêu cường độ, đảm
bảo sự làm việc liên hợp
p đư
được hiệu quả.

Hình 22: Hình ảnh khi thi cơng lớp UHPFRC
Hình 23: Hình ảnh khi thi cơng lớp UHPFRC


Hình 24: Hình ảnh cầu Log Čezsoški sau khi tăng cường

Hình 25

3.3. Một số cơng trình khác trên thế
th giới sử dụng loại vật liệu mới UHPFRC
3.3.1. Mái che nhà ga xe lửa
l
tại Calgary, Alberta, Canada

Hình 26:: Mái che nhà ga xe lửa
l tại Calgary, Alberta, Canada
3.3.2. Cầu
u Glenmore/Legsby tại
t Calgary,Alberta, Canada


Hình 27: Cầu Glenmore/Legsby


3.3.3. Kết cấu mái tại
t nhà ga Milau - Pháp
Hình 28
28: Hình dáng kiến trúc lạ mắt của mái nhà ga

3.3.4. Cầu đi bộ tạii Seoul, Hàn Quốc
Qu
Hình 29:: Nét thanh mảnh
m
của vòm được chế tạo bằng UHPFRC
CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN
Như vậy bê tông UHSFRC là mộ
ột bước đột phá trong cơng nghệ vật liệu xây dựng nói chung
và bê tơng nói riêng. UHSFRC sẽ
ẽ làm thay đổi quan điểm và triết lý thiết kế về bê tông. Sản
phẩm của nó sẽ được ứng rộng
ng rãi trong nhiều
nhi lĩnh vực như thay thế các mặt sàn cầu cũ đã
hư hõng, làm mặt cầu lắp
p ghép kkết hợp với dầm bê tông dự ứng lực để đẩy nhanh tiến độ
thi công và tuổi thọ cơng cơng trình; Sử
S dụng trong cột, sàn của các cao ốc, làm mặt đường
cao tốc, mặt đường
ng băng sân bay, sử
s dụng trong các đê, đập thủy lợi, trong các mơi trường
có mức độ xâm thực, ăn mịn lớ

ớn như các lị điện hạt nhân…
Bê tơng UHSFRC cung cấp mộtt ssự kết hợp tuyệt vời của vật liệu và hiệu suất sử dụng tạo ra
sản phẩm với các đặc tính sau:
Siêu cường độ nén: cư
cường độ nén có thể đạt được đến 200Mpa.
Tính dẻo: khả năng hỗ
h trợ sức chịu tải căng ngay cả sau khi xuất hiện vết nứt.
Độ bền rấtt cao: nâng cao tu
tuổi thọ lâu dài cho kết cấu, cơng trình.
Tính đồng nhất của vậ
ật liệu trong hỗn hợp rất cao tạo
Chất lượng bề mặt rất
ất cao, tăng cường
cư
cao sức căng bề mặt.
Cường độ chịu
u kéo khi uốn
u tăng mạnh lên đến 40Mpa.
Khả năng chống thấm
m Chloride cao.
Khả năng chịu
u mài mòn, va đập và chịu lửa cao.
Giảm thiểu đến bỏ qua hàm lượng
lư
cốt thép thường và cốt thép cấu tạo trong
kết cấu cơng trình.
Giảm thiểu đến mứcc tối
t đa từ biến và co ngót của kết cấu trong q trình bê tơng
ngưng kết hóa rắn.


Với những ưu điểm vượt trội của
a loại
lo vật liệu mới này, cho phép chúng ta có những suy nghĩ
về việc nghiên cứu UHSFRC bởii các vật
v liệu thành phần từ vật liệu địa phương. Việc nghiên
cứu UHSFRC với vật liệu địa
a phương trên cơ sở
s tham khảo những kết quả nghiên cứu của
các nước trên thế giới sẽ mở ra một
m hướng đi mới trong ngành vật liệu xây dựng.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]- Ultra High perfomance concrete
crete : properties and applications S.P.Shah - 2005
[2]- State of the Report on high - Strength concrete (Báo cáo trình độ phát triển khoa học kỹ
thuật về bê tông cường độ cao ) - ACI - 363 - 92 – 1988
[3] Richard, P.; cheyrezy, M. : Composition of reactive
reactiv powder concretes. In: Cement and
Concrete Research 25 (1995), H.7, S.1491-1500.
S.1491


[4]- Ultra High Performance Fibre-Reinforced Concretes - AFGC Groupe de travail BFUP
[5] Su-Tae Kang, Jung-Jun Park, Kyung-Taek Koh and Sung-Wook Kim “ The Flexural
Strength and Reinforcing Effect of Ultra High Performance cementitious Composites”
Structure Material Research Division Korea Institute of Construction Technology Goyang 411712 Korea
[6] Michael Schmidt, “ Methods for Modelling and Calculation of High Density Packing for
Cement and Fillers in UHSFRC “ University of Kassel Kassel , Germany 2002
[7] U.S. Department of Transportation Federal Highway Administration.; structural Behavior
of Ultra – High Performance Concrete Prestressed I- Girders.; August 2006

[8]. Neville, AM. (1995) Properties of concrete, Harlow, Longman.
[9]. M. Richardson, Fundamentals of durable reinforced Concrete.
[10]. Koichi Maekawa, Tetsuya Ishida and Toshiharu Kishi, Multi – scale Modeling of
Structural Concrete. (Taylor&Francis Group – London and Newyork).
[11] Phạm Duy Hữu, Phạm Duy Anh, Nguyễn Thanh Sang, Nguyễn Lộc Kha. Nghiên cứu
vật liệu chế tạo bê tơng cường độ rất cao. Tạp chí Giao thơng vận tải 7/2011
[12]. Phạm Duy Hữu, Nguyễn Ngọc Long, Đào Văn Đông , Phạm Duy Anh .” Bê tông cường
độ cao và bê tông chất lượng cao” Nhà xuất bản Giao Thông Vận Tải năm 2009

Trang 14