NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO SỬ DỤNG
CỐT LIỆU CẤP PHỐI GIÁN ĐOẠN VỚI CÁT MỊN

ThS. NGỌ VĂN TOẢN
Viện KHCN Xây dựng

Tóm tắt: Việt Nam có một nguồn cung cấp cát hạt thô dồi dào sử dụng trong bê tông nhưng do sự gia tăng
nhanh chóng của ngành công nghiệp xây dựng và để xây dựng các chính sách bền vững thì việc quan tâm đến
nguồn cát mịn đã tăng lên. Bài báo này trình bày một số kết quả nghiên cứu về bê tông cường độ cao bằng
cách sử dụng cốt liệu cấp phối gián đoạn với cát mịn.
1. Giới thiệu
Để chế tạo bê tông cường độ cao người ta thường sử dụng cốt liệu có chất lượng cao, cụ thể là cốt liệu có
cấp phối hạt hợp lý, cốt liệu lớn có cường độ cao, ít tạp chất bụi, bùn, cốt liệu nhỏ là cát thô có mô đun độ lớn
2,6-3,5 [2]. Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7570 : 2006 “Cốt liệu cho bê tông và vữa – Yêu cầu kỹ thuật” thì
cát dùng cho bê tông và vữa được phân ra thành cát thô có mô đun độ lớn từ lớn hơn 2,0 đến 3,3 và cát mịn có
mô đun độ lớn từ 0,7 đến 2,0. Theo tiêu chuẩn này, cát mịn có thể được sử dụng để chế tạo bê tông cấp tới
B25. Do đó cát mịn không đạt yêu cầu kỹ thuật để chế tạo bê tông cường độ cao.
Đối với một hỗn hợp bê tông có tỷ lệ N/X và tính công tác nhất định thì việc sử dụng cát thô sẽ làm giảm
được lượng dùng xi măng so với trường hợp dùng cát mịn. Ngược lại, với một lượng dùng xi măng đã cho thì
hỗn hợp bê tông sử dụng cát thô có thể đạt tính công tác yêu cầu với một lượng nước nhào trộn ít hơn, dẫn tới
tỷ lệ N/X thấp hơn nên cường độ của bê tông sẽ cao hơn.
Cát mịn là cát có cỡ hạt hầu hết lọt qua sàng 1,25mm. Việc phối hợp loại cát này với đá dăm sẽ dẫn tới hỗn
hợp cốt liệu có cấp phối gián đoạn, do thiếu các cấp hạt từ 5 đến 1,25mm. Nhiều công trình nghiên cứu cho
thấy có thể sử dụng hỗn hợp cốt liệu cấp phối gián đoạn với cát mịn để chế tạo bê tông chất lượng tốt. Đặc
điểm của bê tông cấp phối gián đoạn là nó có khối lượng thể tích lớn hơn so với bê tông cấp phối liên tục [10],
cấp phối hạt tối ưu của hỗn hợp cốt liệu cấp phối gián đoạn còn phụ thuộc vào lượng hồ xi măng trong hỗn hợp
bê tông [7]. Một đặc điểm khác là hỗn hợp này dễ lèn chặt hơn so với hỗn hợp bê tông cấp phối liên tục có
cùng độ sụt [4]. Ngoài ra do xu hướng dễ phân tầng nên hỗn hợp bê tông cấp phối gián đoạn thường được chế
tạo với độ sụt thấp [8].
Bài báo này giới thiệu các kết quả nghiên cứu sơ bộ về bê tông cường độ cao sử dụng hỗn hợp phụ gia
khoáng hoạt tính tro trấu – xỉ lò cao hạt hóa và cốt liệu cấp phối gián đoạn với cát mịn. Phối hợp sử dụng xỉ lò

trình bày chi tiết trong tài liệu [1].
Tính chất kỹ thuật của tro trấu được nêu trong bảng 3 và hình 1, hình 2 và bảng 2. Hình 1. Biểu đồ phân bố thành phần hạt của tro trấu

Hình 2. Biểu đồ nhiễu xạ Rơnghen XDR của tro trấu

Bảng 2. Thành phần hoá của tro trấu
SiO
2
Fe
2
O
3
Al
2
O
3
CaO Na
2
O K
2
O MgO MKN
86,98 0,73 0,84 1,40 0,11 2,46 0,57 5,14

Bảng 3. Một số tính chất kỹ thuật của tro trấu
Khối lượng riêng (g/cm
3
) Độ hút vôi (mg/g) Chỉ số hoạt tính với xi măng, (%)


Bảng 4b. Một số tính chất kỹ thuật của xỉ lò cao hạt hóa Thái Nguyên
Khối lượng riêng (g/cm
3
) Chỉ số hoạt tính với xi măng, (%)
2,94 106

2.3 Cát
Cát sử dụng trong nghiên cứu là cát vàng sông Lô và cát đen Sông Hồng đã được phơi khô sàng loại bỏ
các hạt trên 5mm. Thành phần hạt và tính chất cơ lý của cát vàng, cát đen được nêu trong bảng 5.
Bảng 5a. Thành phần hạt và tính chất cơ lý của cát thô
Kích thước mắt sàng, mm 5

2,5 1,25 0,63 0,315 0,14
Lượng sót tích luỹ, (%) 0

7,7 17,2 45,1 78,7 96,3
Khối lượng riêng, g/cm
3
2,65
Khối lượng thể tích ở trạng thái bão hoà trong, khô mặt 
SSD
,

(g/cm
3
) 2,63
Khối lượng thể tích ở trạng thái khô 
vk
, (g/cm

, (g/cm
3
)
2,51
Độ hút nước, (%) 0,7
Độ ẩm (sau phơi khô tự nhiên),% 0,1
Hàm lượng bụi, sét, (%) 1,0
Tạp chất hữu cơ (so với màu chuẩn) sáng hơn
Mô đun độ lớn 1,6

2.4 Cốt liệu lớn
Đá dăm có D
max
20 được sản xuất từ mỏ đá Đồng Ao – Hà Nam. Một số tính chất cơ lý của đá dăm được
trình bày trong bảng 6.
Bảng 6. Một số tính chất cơ lý của đá dăm
Cỡ hạt 5-10 Cỡ hạt 10-20
Kích thước mắt sàng, (mm) 5 10 10 20
Lượng sót trên sàng, (%) 100 0 100 0
Khối lượng riêng ở trạng thái khô 
k
, (g/cm
3
) 2,70
Khối lượng thể tích ở trạng thái bão hoà trong, khô mặt 
SSD
,
(g/cm
3
)

hưởng của thành phần bê tông tới tính công tác và cường độ của bê tông cát mịn cường độ cao. Các mô hình
thống kê thực nghiệm này được trình bày chi tiết trong tài liệu [1]. Trên cơ sở phân tích các mô hình hồi quy
thực nghiệm đã đưa ra một số cấp phối bê tông cát mịn đạt được sự cân bằng tối ưu giữa tính công tác tốt,
cường độ. Thành phần và một số tính chất của các cấp phối bê tông này được nêu trong các bảng 7, 8, 9.
Bảng 7. Thành phần bê tông cát mịn cường độ cao
Đá dăm, (kg) Ký hiệu
cấp phối
XM (kg) XLC (kg) TT (kg) N (lít) SD (kg) Cát mịn (kg)
10-20 5-10
CP1 266 193 92 138 5,5 488 853 401
CP2 339 128 83 154 4,4 478 836 393
CP3 308 172 70 170 3,3 467 817 384
CP4 321 140 89 187 3,3 453 792 373
CP5 309 141 99 203 3,3 440 769 362

Bảng 8. Sự suy giảm độ sụt của các hỗn hợp bê tông theo thời gian
Độ sụt (cm), tại các thời điểm
STT
Ký hiệu
cấp phối
N/CKD
Ký hiệu cấp
phối
0 phút 30 phút 60 phút
1 CP1 0,25 CP1 18,0 16,5 14,5
2 CP2 0,28 CP2 18,5 17,5 16,0
3 CP3 0,31 CP3 18,0 17,0 15,5
4 CP4 0,34 CP4 18,5 17,5 15,0
5 CP5 0,37 CP5 17,5 16,5 14,5
0.25 0.28 0.31 0.34 0.37

20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 5 10 15 20 25 30
Thời gian bão dưỡng, ngày
C ư ờ n g đ ộ , N / m m
2
N/CKD = 0.25
N/CKD = 0.28
N/CKD = 0.31
N/CKD = 0.34
N/CKD = 0.37

Hình 5. Sự phát triển cường độ bê tông
y = -164.33x + 134.62
R
2
= 0.9553
60
65
70
75
80
85

CP2 339 128 83 4,4 154 478 393 836
CPCV 550 0 0 4,4 154 724 333 708

Bảng 11. Tính chất của bê tông cát mịn và bê tông cát thô
Cường độ ở tuổi 28 ngày, MPa
Ký hiệu
Độ sụt,
cm
Chịu uốn Chịu nén
Mô đun đàn
hồi, GPa
Điện lượng truyền qua mẫu,
cu lông
CP2 18,5 18,9 82,5 66,9 179
CPCV 20 16,5 76,0 63,5 1238

Từ các kết quả thực nghiệm nêu trên có thể đưa ra một số nhận xét sau:
- Các hỗn hợp bê tông cấp phối gián đoạn với cát mịn đều có độ sụt cao 17-18 cm và tổn thất độ sụt sau 1
giờ độ sụt giảm xuống còn 14-16 cm. Mức độ suy giảm độ sụt khá chậm, có thể do loại phụ gia siêu dẻo sử
dụng là phụ gia siêu dẻo gốc polycarboxylate thế hệ mới, mặt khác do chất kết dính có hàm lượng phụ gia
khoáng lớn (40-50%) nên tốc độ thủy hóa của xi măng trong thời gian đầu bị chậm lại và sự tỏa nhiệt khi xi
măng thủy hóa cũng giảm đi. Việc sử dụng hàm lượng hỗn hợp phụ gia khoáng cao và lượng dùng chất kết
dính lớn kết hợp với cát mịn có tỷ diện bề mặt cao làm cho vữa xi măng có độ dẻo và độ liên kết cao. Vì vậy tuy
hỗn hợp bê tông cát mịn có độ sụt cao nhưng không bị phân tầng, tách nước mặc dù mức ngậm cát nhỏ (28-
30%);
- Bê tông cát mịn có cường độ nén cao 70 - 90 MPa (mẫu lập phương 10x10x10cm), tương đương 60 - 80
MPa khi quy về mẫu lập phương tiêu chuẩn. Mặc dù lượng dùng chất kết dính lớn (550 kg/m
3
) nhưng do một
lượng lớn xi măng (40-50%) được thay thế bằng hỗn hợp phụ gia khoáng nên lượng dùng xi măng trong các

Engineering, Delft University of Technology, 1993.
5. DONG VAN AN, “Optimization of Gap-graded concrete using very fine sand”, Report 25.2.94.2.09, Faculty of Civil
Engineering, Delft University of Technology, 1994.
6. High performance concrete: Properties and applications. Edited by S.P.Shah, S.H Ahmad., 1994 by McGraw-Hill, Inc.
7. KENNEDY, H.L. “Revised application of fineness modulus in concrete proportioning”, Proc. ACI, Vol. 36, 1940, pp.597-
613.
8. LI, SHU-T’IEN and RAMAKRISHNAN, V., “Gap-graded concrete optimum mixture proportioning”, ACI SP-46, Detroit,
1974, pp. 65-72.
9. MEHTA, P. K. and AITCIN, P C., “Principles underlaying the production of high performance concrete”, ASTM J.
Cement, Concrete and Aggregates, Winter 1990, pp. 70-78.
10. NEVILLE, A.M., Properties of concrete, Longman, Harlow, 1995, 844 pp.