BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

Trần Đức Trung

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG TỰ LÈN CƯỜNG ĐỘ CAO SỬ DỤNG
CÁT MỊN VÀ HỖN HỢP PHỤ GIA KHOÁNG XỈ LÒ CAO - TRO TRẤU

Chuyên ngành: Kỹ thuật Vật liệu
Mã số: 9520309
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ

Hà nội - 2019


Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Xây dựng

Người hướng dẫn khoa học 1: TS. Bùi Danh Đại
Người hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS. Vũ Đình Đấu

Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:

Trường Đại học Xây dựng
Vào hồi

giờ

ngày



Trường Đại học Xây dựng
Vào hồi

giờ

ngày

tháng

năm 2019

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện Quốc Gia và thư viện Trường Đại


-1MỞ ĐẦU
1. Giới thiệu
Khái niệm bê tông tự lèn xuất hiện đầu tiên tại Nhật Bản năm 1983, đánh
dấu một hướng nghiên cứu cũng như khả năng ứng dụng mới của loại bê tông
này. Do những tnh năng và hiệu quả tuyệt vời mà loại bê tông này mang
lại nên những năm sau đó việc nghiên cứu và ứng dụng bê tông tự lèn cho
các công trình xây dựng không ngừng phát triển và hoàn thiện. Sử dụng bê
tông tự lèn giúp giảm thời gian thi công, tiết kiệm đáng kể nhân công, đảm
bảo độ đặc chắc tại những vùng khó đầm chặt, giảm tiếng ồn và sự rung động
do quá trình đầm bê tông tạo ra, kết cấu sau khi thi công có bề mặt phẳng
nhẵn từ đó giảm chi phí nhân công cũng như chi phí vật tư để hoàn thiện
bề mặt. Sử dụng bê tông tự lèn cường độ cao ngoài những hiệu quả của bê
tông tự lèn mang lại nó còn giúp giảm đáng kể tiết diện của kết cấu cũng
như tăng đáng kể khả năng chịu lực của công trình. Bê tông tự lèn cường độ
cao sử dụng đặc biệt hiệu quả với những công trình yêu cầu tải trọng lớn

một vấn đề cấp thiết.


-33. Mục đích nghiên cứu
Mục đích của luận án là: Nghiên cứu chế tạo bê tông có khả năng tự lèn,
cường độ nén cao (Rn>60MPa ở tuổi 28 ngày), sử dụng cát mịn, hỗn hợp phụ
gia khoáng xỉ lò cao - tro trấu và một số nguyên vật liệu có sẵn ở Việt Nam.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
4.1 Đối tượng nghiên cứu
- Cát mịn, phụ gia khoáng xỉ lò cao hạt hoá và tro trấu đốt công nghiệp
- Bê tông tự lèn cường độ cao sử dụng cát mịn và hỗn hợp xỉ lò cao - tro
trấu.
4.2 Phạm vi nghiên cứu
- Sử dụng cát mịn có mô đun độ lớn 1,0÷1,2, hàm lượng bụi bùn sét
trọng lực bản thân và có khả năng tự điền đầy vào mọi góc cạnh của ván khuôn
ngay cả những nơi có mật độ cốt thép dày đặc mà không cần bất cứ tác
động cơ học nào nhưng vẫn đảm bảo tnh đồng nhất.
1.1.2. Quan điểm về bê tông cường độ cao
Tại Mỹ, theo tiêu chuẩn ACI 363.2R-11, bê tông cường độ cao là loại bê tông có
cường độ nén ở tuổi 28 ngày lớn hơn hoặc bằng 55MPa (tương đương 8000
psi). Theo CEB.FIP (Uỷ ban soạn thảo các khuyến cáo cho bê tông dự ứng lực):
bê tông cường độ cao là loại bê tông có cường độ nén sau 28 ngày đạt
≥60MPa. Theo TCVN 10306:2014, bê tông cường độ cao là loại bê tông có
cường độ nén xác định trên mẫu trụ 150x300mm đạt 55MPa hoặc lớn hơn ở
tuổi 28 ngày
1.2. Phân loại bê tông tự lèn
1.2.1. Phân loại theo đặc tnh tự lèn của hỗn hợp bê tông
Bảng 1.4: Phân loại bê tông tự lèn theo đặc tnh tự lèn của hỗn
hợp
STT

Phân loại theo

Đơn vị

1

Độ chảy loang

mm

2

Thời gian chảy T500

ĐCL1
ĐCL1
VS1
VS2
VF1
VF2
PJ
PA1
PA2
SR1
SR2

Giá trị giới hạn
550 đến 650
660 đến 750
760 đến 850
≤2
>2
≤8
9÷25
≤10
2 thanh chắn
3 thanh chắn
≤ 20
≤ 15

1.2.2. Phân loại theo thành phần của bê tông
Theo cách phân loại này, bê tông tự lèn được chia làm ba loại như sau:
- Bê tông tự lèn dựa trên hiệu ứng của bột mịn
- Bê tông tự lèn sử dụng phụ gia biến tnh độ nhớt (VMA)

- Ưu điểm: sử dụng SCHSC rút ngắn thời gian xây dựng, tiết kiệm được nhân
công, đảm bảo độ đặc chắc của kết cấu, giảm tiếng ồn, kết cấu có bề
mặt phẳng nhẵn, giảm kích thước tiết diện của kết cấu, tăng độ bền công
trình...
- Nhược điểm: giá thành tương đối cao so với bê tông thông thường, rất
nhạy cảm với sự thay đổi tnh chất của vật liệu, công nghệ chế tạo nghiêm
ngặt, tại Việt Nam chưa có tiêu chuẩn thiết kế, thi công, đánh giả bê tông tự
lèn.
1.5. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng bê tông tự lèn cường độ cao trên thế giới
1.5.1. Tình hình nghiên cứu về bê tông tự lèn cường độ cao trên thế giới
Mẫu bê tông tự lèn đầu tiên được chế tạo vào năm 1988 tại Nhật Bản. Liên
tục những năm sau đó, việc nghiên cứu về bê tông tự lèn không ngừng được
phát
triển trên thế giới. Năm 2012, tác giả Le Thanh Ha đã sử dụng cốt liệu lớn có


-7Dmax=16mm, cát tự nhiên có cỡ hạt đến 2mm, hỗn hợp phụ gia khoảng FA RHA, để chế tạo bê tông tự lèn có cường độ nén đạt đến 123MPa ở tuổi 28 ngày
1.5.2. Tình hình ứng dụng bê tông tự lèn cường độ cao trên thế giới
Công trình Fukuaka Dome là một trong những công trình đầu tiên được xây
3
dựng vào năm 1993 tại Nhật Bản sử dụng bê tông tự lèn. Khoảng 10.000m
0
bê tông tự lèn để thi công mái vòm có độ dốc 45 và khung chịu lực với mật độ
cốt thép dầy đặc. Hiện nay bê tông tự lèn được sử dụng rộng rãi trên thế giới.


-81.6. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng bê tông tự lèn cường độ cao ở Việt Nam
1.6.1. Tình hình nghiên cứu về bê tông tự lèn cường độ cao tại Việt Nam
Trong những năm gần đây, bê tông tự lèn đã được nghiên cứu tại Trường
Đại học Xây dựng, Đại học Giao thông Vận tải, Đại học Thủy lợi, Đại học

1.8. Tình hình nghiên cứu sử dụng cát mịn trong bê tông và bê tông tự lèn
cường độ cao trên thế giới và ở Việt Nam
Cát mịn Dơ - Nhiếp, Ba - zơ - khan đã được nghiên cứu sử dụng để chế tạo bê
tông cho một số công trình thuỷ công và xây dựng tại Liên Xô. Cát mịn sa mạc
(Mđl = 1,85) cũng được Zeghichi sử dụng để chế tạo bê tông tự lèn. Cường độ
nén của mẫu bê tông sử dụng cát mịn sa mạc đạt giá trị 45MPa ở 28 ngày tuổi.
Tại Việt Nam, những nghiên cứu đầu tiên về việc sử dụng cát mịn làm cốt liệu
cho bê tông đã được tiến hành từ năm 1967 bởi tác giả Nguyễn Văn Đốc
và Hoàng Phủ Lan. Những năm sau đó, tác giả Dương Đức Tín (1972) và tác
giả Nguyễn Mạnh Kiểm (1975) cũng đã nghiên cứu sử dụng cát mịn trong chế


-9tạo bê tông có cường độ thấp hơn 30MPa. Năm 1993, tác giả Dong Van An
đã sử


-10dụng cát mịn có mô đun độ lớn 1,72 để chế tạo bê tông có cường độ đạt
50MPa ở tuổi 28 ngày. Theo tm hiểu của tác giả hiện nay trên thế giới
cũng như ở Việt Nam, cát mịn chưa được sử dụng trong chế tạo bê tông tự lèn
cường độ cao.
1.9. Tình hình nghiên cứu sử dụng hỗn hợp phụ gia khoáng xỉ lò cao-tro trấu
trong bê tông và bê tông tự lèn cường độ cao trên thế giới và ở Việt Nam
Một số nghiên cứu trên thế giới cũng như tại Việt Nam đều khẳng định có
thể sử dụng GBFS hay RHA làm phụ gia khoáng cho bê tông và bê tông tự
lèn cường độ cao. Trên thế giới cũng như ở Việt Nam đã có một số tác giả
nghiên cứu sử dụng hỗn hợp GBFS - RHA làm phụ gia khoáng cho bê tông.
Theo nghiên cứu của tác giả Van Viet Thien An, RHA đã được sử dụng thay
thế hoàn toàn SF, kết hợp với GBFS để chế tạo bê tông chất lượng siêu cao.
Mẫu bê tông chế tạo có cường độ nén ở tuổi 28 ngày đạt lớn hơn 160MPa. Tại
Việt Nam, theo nghiên cứu của tác giả Ngọ Văn Toản, hỗn hợp GBFS - RHA

hợp cũng là một trong những biện pháp làm giảm thể tch bọt khí, tăng độ đồng
nhất.


-122.2.2. Nâng cao cường độ vùng chuyển tiếp giữa đá xi măng và cốt liệu
Giảm tỷ lệ N/X và sử dụng phụ gia khoáng hoạt tnh siêu mịn là biện pháp
hiệu quả giúp cải thiện cấu trúc của vùng chuyển tiếp, giảm chiều dày và làm
tăng cường độ của vùng chuyển tiếp (ITZ) giữa đá xi măng và bề mặt cốt liệu.
2.2.3. Lựa chọn cốt liệu có cường độ cao
Lựa chọn đá gốc có cấu trúc đặc chắc, cường độ cao để sản xuất cốt liệu như
:
đá đolomit, đá vôi có cường độ nén dập cao, đá granite, gabro, điabaz,
bazan...
2.3. Cơ sở khoa học của việc sử dụng phụ gia khoáng xỉ lò cao và tro trấu trong
chế tạo bê tông tự lèn cường độ cao
2.3.1. Vai trò của phụ gia khoáng trong bê tông tự lèn cường độ cao
2.3.1.1. Ảnh hưởng của phụ gia khoáng đến khả năng tự lèn của hỗn hợp bê tông
Phụ gia khoáng được sử dụng trong thành phần bê tông tự lèn nhằm đảm
bảo yêu cầu cần lượng hồ lớn mà không phải dùng quá nhiều xi măng. Với mỗi
loại
phụ gia khoáng khác nhau sẽ ảnh hưởng đáng kể đến tnh chất của hồ chất
kết
dính. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng tự lèn của hỗn hợp bê
tông.
2.3.1.2. Vai trò của phụ gia khoáng trong bê tông cường độ cao
- Hiệu ứng hoá học của phụ gia khoáng trong bê tông cường độ cao: thể
hiện thông qua phản ứng giữa oxit silic và silicat-aluminat có trong phụ gia
khoáng với canxi hydroxit (CH) khi thuỷ hoá xi măng theo phương trình sau:
SiO2 + CH + H → CSH; Al2O3.2SiO2 + CH + H → CSH + C4AH13 & C3AH6 + C2ASH8


nhiên khi sử dụng đơn lẻ, các PGK này đều có những hạn chế nhất định. Phối
hợp sử dụng RHA và GBFS với tỷ lệ thích hợp sẽ giảm bớt nhược điểm của
mỗi loại đồng thời còn tạo ra hiệu ứng tương hỗ làm tăng hiệu quả của
chúng.
2.4. Cơ sở khoa học của việc phối hợp sử dụng cát mịn và hỗn hợp phụ gia
khoáng xỉ lò cao - tro trấu trong bê tông tự lèn cường độ cao
2.4.1. Ảnh hưởng của cát mịn đến tnh chất của bê tông tự lèn cường độ cao
Hàm lượng, đặc tnh bề mặt, mô đun độ lớn (Mđl) của cốt liệu nhỏ ảnh
hưởng đến khả năng chảy của hỗn hợp bê tông do nó làm thay đổi đáng kể
lượng cần nước. Hàm lượng hạt nhỏ hơn 0,125mm trong cát ảnh hưởng đến
tnh chất lưu biến cũng như khả năng chống phân tầng của hỗn hợp bê tông. Do
nhu cầu cần nước cao hơn so với cát thô nên để đảm bảo cường độ bê tông
không đổi thì lượng dùng xi măng phải tăng thêm từ 5÷15% tùy thuộc vào Mđl
của cát mịn.
2.4.2. Những tồn tại của việc sử dụng cát mịn trong SCHSC
- Sử dụng cát mịn sẽ tạo ra cấp phối gián đoạn do mất các cấp hạt từ
1,25÷
5mm, từ đó làm tăng nguy cơ hỗn hợp bê tông bị phân tầng, đặc biệt khi
hỗn hợp bê tông có độ chảy cao, lượng dùng phụ gia siêu dẻo lớn như
SCHSC.
- Hỗn hợp bê tông sử dụng cát mịn có lượng cần nước lớn hơn so với hỗn
hợp bê tông sử dụng cát thô. Do đó để đảm bảo cường độ bê tông là
không đổi thì lượng dùng xi măng trong bê tông cát mịn phải tăng thêm từ
5÷15%.
- Hàm lượng bụi bùn sét trong cát mịn thường lớn hơn so với cát
thô.
2.4.3. Cơ sở khoa học của việc phối hợp sử dụng cát mịn và hỗn hợp phụ
gia khoáng xỉ lò cao - tro trấu trong bê tông tự lèn cường độ cao
- RHA làm giảm hoặc triệt tiêu hiện tượng tách nước trong hỗn hợp bê
tông, đồng thời làm tăng độ nhớt của hồ xi măng. Phối hợp sử dụng

Cát mịn (CM) sử dụng trong luận án có nguồn gốc từ cảng Phà Đen - Sông
Hồng (thuộc Hà Nội) với mô đun độ lớn là 1,1 và hàm lượng bụi bùn sét là
1,2%. Luận án còn sử dụng cát thô (CT) có nguồn gốc từ Sông Lô - Phú Thọ
trong nghiên cứu đối chứng với mô đun độ lớn là 2,58 và hàm lượng bụi
bùn sét là 0,6%. Các tnh chất cơ lý này thoả mãn theo tiêu chuẩn TCVN
7570:2006.
3.1.2. Xi măng
Trong nghiên cứu đã sử dụng xi măng PC40 của nhà máy Bút Sơn. Các tnh
chất cơ lý của xi măng thoả mãn TCVN 2682:2009. Kích thước hạt trung bình
đạt 14,61µm và cường độ nén của mẫu xi măng sau 28 ngày đạt 47,5MPa.
3.1.3. Phụ gia khoáng (PGK)
3.1.3.1. Tro trấu
Tro trấu đốt bằng lò công nghiệp Torbed (RHA-B) có cỡ hạt trung bình 6,95µm,
2
đường kính lỗ rỗng 9,64µm, tỷ diện tch là 143500 cm /g, chỉ số hoạt tnh
đạt
109%. Tro trấu đốt thủ công (RHA-B) có cỡ hạt trung bình 6,92µm, đường
2
kính lỗ rỗng 14,06µm, tỷ diện tch là 286000 cm /g, chỉ số hoạt tnh đạt 111%.
3.1.3.2. Xỉ lò cao
Xỉ lò cao hạt hoá sử dụng có nguồn gốc từ nhà máy gang thép Hoà Phát. Sau
khi nghiền chúng có cỡ hạt là 9,39 µm, chỉ số hoạt tnh sau 28 ngày đạt 102%.
3.1.3.3. Silica fume
Silica fume sử dụng trong luận án được sản xuất bởi hãng ELKEM với kích
thước hạt trung bình là 0,34 µm, chỉ số hoạt tnh với xi măng đạt 116%.
3.1.3.4. Tro bay
Tro bay sử dụng trong luận đã được tuyển nổi, có nguồn gốc từ nhà máy
nhiệt
điện Phả Lại, cỡ hạt trung bình là 7,87 µm, chỉ số hoạt tnh với xi măng đạt 83%
3.1.4. Phụ gia siêu dẻo

lớn (CLL): theo phương pháp thiết kế này, tỷ lệ CLN/CLL từ 0,82÷1,08.
CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ CHẤT KẾT DÍNH SỬ DỤNG
HỖN HỢP PHỤ GIA KHOÁNG XỈ LÒ CAO-TRO TRẤU
4.1. Lựa chọn kích thước hạt hợp lý của phụ gia khoáng xỉ lò cao - tro
trấu trong nghiên cứu thực nghiệm


-19-

4.2. Ảnh hưởng của xỉ lò cao - tro trấu đến tnh chất của chất kết dính
4.2.1. Ảnh hưởng của xỉ lò cao, tro trấu đến Ntc và thời gian đông kết
4.2.1.1. Ảnh hưởng của xỉ lò cao đến Ntc và thời gian đông kết

Chỉ$số$hoạt$tính$(%)$

Kích$thước$hạt$(mm)$

Kết quả nghiên cứu cho
25!
120!
thấy: kích thước hạt của
100!
20!
GBFS đạt 9,39µm và của
Kích!thước!hạt!GBFS!
80!
Kích!thước!hạt!RHA:B!
RHA-B đạt 6,95µm được
15!
Chỉ!số!hoạt!tnh!GBFS!



350!

30!

300!

Thời&gian&(phút)&

Kết quả nghiên cứu có thể
đưa ra kết luận: khi tăng
hàm lượng GBFS thì Ntc
giảm, thời gian bắt đầu và
kết thúc đông kết tăng lên.
Với hàm lượng thay thế đến
30% thì GBFS không làm
biến đổi quá nhiều Ntc cũng
như thời gian đông kết. Tuy
nhiên khi hàm lượng thay
thế đến 70% thì Ntc giảm
15%, thời gian bắt đầu đông
kết tăng 80% và thời gian
kết thúc đông kết tăng 55%.

28!

250!

26!

22!

Lượng&nước&tiêu&chuẩn&(%)&

-12-

20!

Hàm&lượng&GBFS&(%)&

Hình 4.2: Ảnh hưởng của GBFS đến Ntc và
thời gian đông kết của hồ CKD

4.2.1.2. Ảnh hưởng của tro trấu đến Ntc và thời gian đông kết
Bắt!đầu!đông!kết!(phút)! Kết!
thúc!đông!kết!(phút)! Lượng!
nước!tiêu!chuẩn!(%)!

300!

48!
45!
42!

250!

39!

200!


Lượng&nước&tiêu&chuẩn&(%)&

350!

Thời&gian&(phút)&

Từ kết quả nghiên cứu có
thể nhận định: khi tăng hàm
lượng phụ gia khoáng RHAB trong thành phần CKD thì
Ntc tăng lên. Giá trị này tăng
đột biến khi hàm lượng
RHA-B sử dụng lớn hơn
25% tổng hàm lượng CKD.
Đồng thời khi tăng hàm
lượng RHA-B làm giảm thời
gian bắt đầu đông kết, tuy
nhiên thời gian kết thúc
đông kết lại tăng lên đáng kể.

21!

Hàm lượng RHA-B

Hình 4.3: Ảnh hưởng của RHA-B đến Ntc và
thời gian đông kết của hồ CKD

4.2.2. Ảnh hưởng của xỉ lò cao và tro trấu đến độ nhớt của CKD
4.2.2.1. Ảnh hưởng của xỉ lò cao đến độ nhớt của hồ chất kết dính
300!


30!

60!

90! 120! 150! 180! 210! 240!
Thời&gian&(phút)&

Hình 4.4: Ảnh hưởng của GBFS đến
độ nhớt của hồ