NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TÍNH CHẤT CỦA BÊ TÔNG TRONG ĐIỀU KIỆN
NHIỆT ĐỘ CAO
THE EXPERIMENTAL STUDY OF CONCRETE PROPERTIES AT HIGH TEMPERATURE CONDITIONS
Nguyễn Ninh Thụy, Vũ Quốc Hoàng, Lê Văn Đồng

TÓM TẮT
Mục tiêu của nghiên cứu là thực nghiệm khảo sát sự thay đổi
của các tính chất cơ lý của bê tông, như hình dạng, khối lượng
thể tích, cường độ … khi chịu ảnh hưởng của nhiệt độ cao,
trong các khoảng thời gian khác nhau. Nghiên cứu tiến hành
thực nghiệm trên hai loại bê tông có cường độ trung bình và
cao. Kết quả cho thấy các tính chất cơ lý của bê tông đều giảm
khi nhiệt độ và thời gian gia nhiệt tăng dần. Đồng thời, bê tông
có mác cao thì các tính chất cơ lý suy giảm nhanh hơn trong
điều kiện nhiệt độ cao.

các yếu tố ngoại cảnh: động đất, sóng thần, sự va đập, ăn mòn
do môi trường, hỏa hoạn…thì khả năng làm việc của bê tông sẽ
bị suy giảm nó sẽ kéo theo sự ảnh hưởng đến tính chất của bộ
khung cốt thép trong cấu kiện (cột, dầm,sàn,..) chịu lực theo xu
hướng suy giảm.

Từ khóa: Bê tông, khối lượng thể tích, cường độ, nhiệt độ cao.

Một trong những yếu tố có thể dễ gặp và thấy được sự ảnh
hưởng tới khả năng làm việc của bê tông đó là sự cố hỏa hoạn.
Do vậy, trong nghiên cứu này sẽ tìm hiểu sự thay đổi các tính
chất của bê tông trong điều kiện nhiệt độ cao để từ đó có thể
đánh giá được chất lượng, khả năng làm việc của bê tông trong
điều kiện hỏa hoạn.


đoạn: trộn bê tông, đúc mẫu, dưỡng hộ trong điều kiện nhiệt độ
phòng 24 giờ, dưỡng hộ trong bể dưỡng hộ và đem kiểm tra
cường độ bê tông.
Bảng 1: Thành phần cấp phối bê tông Mác 250 cho 1000 lít, độ
sụt 10±2 cm
Xi măng
Nghi Sơn
PCB40

Cát

320 kg

507 kg

Đá (10
-20
mm)

TS. Vũ Quốc Hoàng
Giảng viên, Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, Trường Đại Học Bách
Khoa – Đại Học Quốc Gia Tp.HCM

338 kg

Email: [email protected]
Điện thoại: 0943033738
ThS. Lê Văn Đồng
Khoa kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại Học Bách Khoa – Đại
Học Quốc Gia Tp.HCM

Xi măng
Nghi
Sơn
PCB40

Cát

550 kg

450
kg

Đá (10
-20
mm)

Đá mi
bụi

420 kg

1050
kg

Điện thoại: 0937327034
1. Giới thiệu

Đá mi
bụi


hành nung mẫu cần kiểm tra và đo khối lượng, cường độ của
mẫu ,nhiệt độ lò trước khi thí nghiệm và sấy khô mẫu (độ ẩm

Không

500

Trắng- Nhỏ, nhiều
hơn
hồng

Ít

Không

Ít

700

Trắng – Rõ ràng,
Nhiều hơn
Nâu đỏ nhiều hơn

Rất ít

Rõ ràng
hơn

900

Tại nhiều
Rộng,
Nghiêm

sẽ làm cường độ bê tông. Ngoài ra còn bị tác động bởi các yếu
tố khác: bong bê tông, tính chất của hệ nguyên vật liệu sử
dụng. Nhưng nguyên nhân chính là do sự bong bê tông

Hình 3: Biểu đồ thể hiện sự suy giảm khối lượng ở các nhiệt độ
và thời gian nung khác nhau, M250.

Bong bê tông là hiện tượng bê tông lớp ngoài tiếp xúc
trực tiếp với lửa bị nứt tách hoặc rơi ra khỏi bề mặt ngoài của
tiết diện cấu kiện. Trên thế giới cũng đã có nhiều nghiên cứu
được tiến hành để tìm hiểu về hiện tượng này. Có 6 dạng bong
cơ bản là: Bong nổ (Explosive spalling ); Bong bề mặt (Surface
spalling); Vỡ cốt liệu (Aggregate splitting); Nứt tách góc
(Corner separation); Bong tróc bê tông (Sloughing off); và
Bong sau khi làm nguội (Post cooling spalling). Có 2 giả thuyết
chính trong nguyên nhân gây ra sự nứt vỡ này : Áp lực hơi
nước tích tụ trong bê tông và sự giãn nở vì nhiệt của các thành
phần trong bê tông
4.3.1 Áp lực hơi nước tích tụ trong bê tông

Hình 4: Biểu đồ so sánh sự suy giảm khối lượng sau khi
nung 2 giờ của bê tông Mac250 và Mac 600
Cũng tương tự, bê tông Mac 600 sự mất khối lượng xảy
ra nhanh và chậm ở khoảng nhiệt độ giống như Mac 250. Sự
mất khối lượng khi nung mẫu bê tông M250 và M600 là do
mất nước hóa hoc,liên kết trong mẫu bê tông và các khoáng tạo
cường độ của bê tông (xCaO.ySiO2.zH2O).
Bản thân bê tông khi đóng rắn thì bên trong còn chứa
các lỗ rỗng và các lỗ rỗng này còn chứa nước tự do và nước tự
do sẽ bị bay hơi khi nhiệt độ từ 30 – 1000C đồng thời ở nhiệt

thích tại sao khi tới 9000C thì cường độ bê tông giảm đi rất
nhiều.
Tuy nhiên, theo Hình 4 ta thấy sự mất khối lượng khi
nung của mẫu bê tông Mac 600 lại thấp hơn Mac 250 vì bê
tông Mac 600 là bê tông cường độ cao, lượng nước sử dụng ít

Áp lực này là kết quả của áp suất hơi tích tụ do nước tự
do và nước hấp thụ trong bê tông (Độ ẩm tổng thể của bê tông)
khi bị nung nóng lượng nước này không thể khuếch tán đi ngay
làm cho áp suất hơi ngày một tăng. Nếu quá trình nung nóng
được tiếp tục áp suất hơi này có thể vượt qua cường độ chịu
kéo của đá xi măng và gây ra sự phá hủy và nứt vỡ bê tông [5]
4.3.2 Sự giãn nở vì nhiệt của các thành phần trong bê
tông
Bê tông được tạo thành từ rất nhiều thành phần khác
nhau như : đá xi măng, cốt liệu nhỏ, cốt liệu lớn .Các thành
phần này có các hệ số giãn nở vì nhiệt khác nhau, khi nung
nóng ở nhiệt độ càng cao thì xảy ra sự chênh lệch giãn nở càng
lớn và làm cho các thành phần này không còn dính kết với
nhau. Làm cho bề mặt cũng như bên trong mẫu xuất hiện các
vết nứt, khi nhiệt độ nung và thời gian hằng nhiệt càng lớn thì
sự chênh lệch này càng lớn dẫn đến mẫu bị nứt càng nhiều.
Các kết quả nghiên cứu cho thấy, khi chịu lửa, bê tông
cường độ cao thường bị bong nhiều hơn và nhanh hơn so với
bê tông cường độ thông thường vì đối với bê tông cường độ
cao độ đặc chắc của bê tông cao nên khi các thành phần của bê
tông giãn nở vì nhiệt không có khoảng trống để giản nỡ thì nó
sẽ tạo ra một ứng suất nội, ứng suất này nếu đủ lớn sẽ tạo ra
hiện tượng nứt vỡ bê tông làm cho khả năng chịu lực của bê
tông giảm.


Thành phần hóa

Kết quả (%)

1

Quartz low, SiO2

70.02

2

Quartz, SiO2

16.35

3

Ca(OH)2

11.25

4

Calcite – CaCO3

28.05

5

này sự khác biệt về biến dạng nhiệt giữa cốt liệu và đá xi măng
ngày càng rõ ràng hơn, các vết nứt trong ranh giới giữa chúng
ngày càng phát triển và mở rộng. Đồng thời nước trong các
hydroxit canxi và các hợp chất khác lúc này bay hơi và phân
hủy (MgCO3 và CaCO3 tại 6000C) làm cho cường độ của bê
tông giảm một cách nhanh chóng.
Kết quả thu được tại nhiệt độ nung cao nhất (9000C) với
các mức thời gian hằng nhiệt khác nhau thì giá trị cường độ
còn lại của bê tông nhỏ và không có nhiều sự khác biệt, do lúc
này về mặt cấu trúc bê tông đã bị phá hủy, vết nứt xuất hiện rất
nhiểu cả bên trong lẫn bên ngoài mẫu bê tông. Cường độ mẫu

Ca4Al2Fe2 +
3O10/4CaO.Al2O3.Fe2 + 3O3

5.21

Bảng 5: Thành phần hóa học của bê tông M250 sau khi nung
với nhiệt độ 7000C hằng nhiệt 2h
STT

Thành phần hóa

Kết quả (%)

1

Quartz low, SiO2

56.1

xâm nhập vào mẫu.
Ở 0 – 2600C, khối lượng mẫu bê tông thường bị mất khá
lớn (5.49%) so với mẫu bê tông nung (t = 7000C – thời gian 2h)
(0.82%). Sự khác biệt này là do khi nung ở nhiệt độ cao trong
thời gian 2h thì một số sản phẩm được tạo ra trong quá trình
thủy hóa bị phân hủy và mất đi Ca(OH)2 (Portlandite) và
CaCO3(Aragonite).

Trang 4


Hình 7: Kết quả chụp X-Ray của bê tông M250 trước khi nung

Hình 8: Kết quả chụp X-Ray của bê tông M250 sau khi nung với nhiệt độ 7000C hằng nhiệt 2 giờ
5. Kết luận
Có thể kết luận cường độ bê tông giảm sau khi nung do một
số yếu tố chính :
+ Các vết nứt xuất hiện bên trong và bên ngoài mẫu do áp
lực hơi nước bên trong các lỗ rỗng của mẫu gây ra hiện tượng
bong nứt bê tông gây mất ổn định trong cấu trúc.

+ Ứng xử nhiệt của các thành phần trong bê tông khác
nhau đặc biệt là đá xi măng và cốt liệu, hệ số giãn nở vì nhiệt
khác nhau giữa ranh giới của chúng và tạo thành các vết nứt
bên trong bê tông.
+ Các sự biến đổi hóa lý trong quá trình nung làm thay
đổi một số thành phần và phá hoại cấu trúc, sự bám dính, liên
kết giữa các thành phần trong bê tông.
Trang 5



ASTM E119 : Standard Test Methods for Fire Tests of
Building Construction and Materials. American National
Standard, 2000.

11. http://www.cementlab.com/.

Tài liệu tham khảo
1.

2.

3.

4.

Ts. Nguyễn Cao Dương, T.H.A.G., Khảo sát đánh giá hư
hỏng các bộ phận kết cấu nhà bê tông cốt thép chịu tác
động của lửa. Viện KHCN xây dựng, 2010.

Zhenhai Guo, X.S., Experiment and Calculation of
Reinforced Concrete at Elevated Temperatures. Elsevier,
2011.

10. Nguyễn Tấn Quý, N.T.R., Giáo trình công nghệ bê tông xi
măng. 2003.
12. Schroeder, R.A., Post-fire analysis of construction
materials. 1999.
13. Young-Sun Heo, J.G.S., Cheon-Goo Han, Min-Cheol Han,
Synergistic effect of combinedfibers or spalling protection