Nghiên cứu chế tạo bê tông cường độ rất cao dùng hỗn hợp phụ gia khoáng silica fume, tro bay và các vật liệu sẵn có ở việt nam

Lưu Văn Sáng

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ RẤT CAO DÙNGHỖN HỢP PHỤ GIA KHOÁNG SILICA FUME, TRO BAY VÀ

CÁC VẬT LIỆU SẴN CÓ Ở VIỆT NAM Chuyên ngành: Kỹ thuật Vật liệu

Danh mục các ký hiệu, cụm từ viết tắt ii

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2

4 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA LUẬN ÁN 2

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3

6 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN 3

7 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 5

1 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘRẤT CAO 5

1.1 GIỚI THIỆU VỀ BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ RẤT CAO 5

1.1.1 Khái niệm bê tông cường độ rất cao 5

1.1.2 Ưu, nhược điểm của bê tông cường độ rất cao 5

1.1.3 Vật liệu chế tạo bê tông cường độ rất cao VHSC 6

1.1.4 Một số tính chất của bê tông cường độ rất cao 10

1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ RẤT CAO TRÊN THẾ GIỚI 12

1.2.1 Tình hình nghiên cứu VHSC 12

1.2.2 Tình hình ứng dụng VHSC 18

1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ RẤT CAO Ở VIỆT NAM 21

1.4 NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM 22

2 Chương 2 CƠ SỞKHOA HỌC CHẾTẠO VHSC 26

2.1 CƠ SỞ KHOA HỌC NÂNG CAO CƯỜNG ĐỘ BÊ TÔNG 26

2.1.3 Tăng khả năng liên kết giữa cốt liệu và đá xi măng 27

2.1.4 Nâng cao cường độ bê tông bằng cách tối ưu hóa thành phần hạt 27

2.1.5 Nâng cao cường độ uốn bê tông bằng cách sử dụng cốt sợi 31

2.2 CƠ SỞ KHOA HỌC SỬ DỤNG PHỤ GIA KHOÁNG TRONG BÊ TÔNG 33 2.2.1 Vai trò của PGK trong bê tông 33

2.2.2 Cơ sở khoa học đánh giá vai trò của tác dụng vật lý và hóa học khi sử dụng phụ gia khoáng trong bê tông 38

2.2.3 Cơ sở khoa học đánh giá hiệu ứng tương hỗ trong bê tông 42

3 Chương 3 VẬT LIỆU SỬDỤNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 51

3.2.1 Các phương pháp thí nghiệm tiêu chuẩn 51

3.2.2 Phương pháp nghiên cứu phi tiêu chuẩn 52

3.2.3 Phương pháp thiết kế thành phần bê tông 53

3.2.4 Phương pháp xác định vai trò vật lý và hóa học của phụ gia khoáng 54

3.2.5 Phương pháp xác định định lượng hiệu ứng tương hỗ của tổ hợp PGK 56

4 Chương 4 VAI TRÒ CỦA PHỤGIA KHOÁNG SILICA FUME VÀ TROBAY TRONG HỆ CHẤT KẾT DÍNH 57

4.1.1 Ảnh hưởng của phụ gia khoáng SF và FA tới tính công tác của hồ CKD 58

4.1.2 Ảnh hưởng của PGK SF và FA tới cường độ của CKD 60

4.2 NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ TƯƠNG HỖ CỦA TỔ HỢP PGK SF VÀ FA ĐẾN CÁC TÍNH CHẤT CỦA CKD 65

4.2.1 Cải thiện tính công tác của hồ CKD 65

4.2.2 Cải thiện cường độ đá CKD 66

4.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng sự tương hỗ của tổ hợp PGK đến hàm lượng Ca(OH)2 trong đá xi măng 69

4.2.4 Ảnh hưởng sự tương hỗ đến lượng nước liên kết trong đá xi măng 72

4.2.5 Ảnh hưởng phụ gia khoáng đến cấu trúc của đá xi măng 73

5 Chương 5 THIẾT KẾTHÀNH PHẦN BÊ TÔNG VÀ NGHIÊN CỨU MỘTSỐ TÍNH CHẤT VHSC 77

5.1 THIẾT KẾ THÀNH PHẦN VHSC 77

5.1.1 Thiết kế thành phần hạt cho VHSC 77

5.1.2 Tính toán thành phần bê tông cường độ rất cao 80

5.1.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của của các loại vật liệu đến tính chất bê tông 81

5.1.4 Tối ưu hóa thành phần vật liệu cấp phối VHSC 85

5.2 NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA VHSC SỬ DỤNG PHỤ GIA KHOÁNG SILICA FUME VÀ TRO BAY 91

5.2.1 Ảnh hưởng của hàm lượng PGK đến tính công tác của hỗn hợp bê tông 92

5.2.2 Ảnh hưởng của hàm lượng PGK đến co nội sinh bê tông 93

5.2.3 Ảnh hưởng của hàm lượng PGK đến cường độ của bê tông VHSC 96

5.3 VAI TRÒ VẬT LÝ VÀ HÓA HỌC CỦA PHỤ GIA KHOÁNG SILICA FUME VÀ TRO BAY TRONG VHSC 98

5.3.1 Vai trò vật lý và hóa học của SF 99

5.3.2 Vai trò của phụ gia khoáng tro bay 102

5.4.1 Ảnh hưởng của hiệu ứng tương hỗ đến tính công tác của hỗn hợp bê tông106

5.4.2 Ảnh hưởng của hiệu ứng tương hỗ đến co nội sinh trong bê tông 106

5.4.3 Ảnh hưởng của hiệu ứng tương hỗ đến cường độ của VHSC 107

5.4.4 Tính chất độ bền lâu của VHSC 109

5.5 ẢNH HƯỞNG CỦA CỐT SỢI THÉP ĐẾN MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA VHSC 112

5.5.1 Ảnh hưởng hàm lượng sợi đến tính công tác của HHBT 112

5.5.2 Ảnh hưởng hàm lượng sợi đến cường độ nén và khối lượng thể tích 113

5.5.3 Ảnh hưởng hàm lượng sợi đến cường độ uốn và độ bền dẻo dai 114

5.5.4 Mô đun đàn hồi của bê tông 115

7DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 124

8TÀI LIỆU THAM KHẢO 125

9PHỤLỤC PL1

PGS.TS Nguyễn Văn Tuấn đã hết lòng giúp đỡ

nghiên cứu.

trong suốt quá trình học tập và Tác giả xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Xây dựng, Khoa Vật liệu xây dựng, Khoa Sau đại học, Phòng Thí nghiệm và Nghiên cứu Vật liệu xây dựng (LAS XD 115), Bộ môn Vật liệu xây dựng, Bộ môn Công nghệ Vật liệu xây dựng, Bộ môn Hóa, Phòng Thí nghiệm Công Trình (LAS XD 125) đã giúp đỡ trong thời gian qua Tác giả xin trân trọng cảm ơn Viện Khoa học công nghệ xây dựng, Viện Vật liệu xây dựng, Trường Đại học Sư phạm, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong quá trình tiến hành nghiên cứu của luận án Tôi xin chân thành cảm ơn toàn thể bạn bè, đồng nghiệp đã tạo điều kiện, động viên, khích lệ tôi hoàn thành luận án này.

Đặc biệt tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình tôi đã luôn sát cánh, giúp đỡ tôi trong thời gian qua.

Tác giả luận án

Lưu Văn Sáng

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.

Các số liệu, kết quả được trình bày trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Tác giả luận án

Lưu Văn Sáng

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CỤM TỪ VIẾT TẮT

BTCLC : Bê tông chất lượng cao

FE : Hiệu ứng điền đầy (Filler Effect) GGBFS : Xỉ lò cao hạt hóa nghiền mịn

N/CKD : Tỷ lệ nước/chất kết dính, theo khối lượng

PCB : Xi măng Pooclăng hỗn hợp (Blended Portland Cement)

PE : Hiệu ứng puzơlanic (Pozzolanic Effect) SCC : Bê tông tự lèn (Self CoMPacting Concrete)

Bê tông chất lượng siêu cao (Ultra High Performance

VHSC : Bê tông cường độ rất cao (Very High Strength Concrete)

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Phân loại bê tông theo Hiệp hội Xi măng thế giới [103] 5

Bảng 1.2 Độ bền của VHSC so với các loại bê tông khác2 12

Bảng 1.3 Một số dự án sử dụng bê tông [58, 72, 132] 19

Bảng 3.1 Các tính chất cơ bản của xi măng PC40 Bút Sơn 46

Bảng 3.2 Thành phần hóa của xi măng và các phụ gia khoáng 46

Bảng 3.3 Đặc tính kỹ thuật của SF sử dụng trong nghiên cứu 47

Bảng 3.4 Các tính chất cơ bản của tro bay 48

Bảng 3.5 Các tính chất cơ bản của bột ôxit titan 48

Bảng 3.6 Kết quả tính chất cơ bản của cốt liệu nhỏ 49

Bảng 3.7 Kết quả tính chất cơ bản của cốt liệu lớn sử dụng trong nghiên cứu 50

Bảng 3.8 Thông số kỹ thuật của sợi thép 51

Bảng 4.1 Ảnh hưởng hàm lượng PGK đến tính chất hồ CKD 57

Bảng 4.2 Ảnh hưởng PGK đến cường độ đá CKD tại tỷ lệ N/CKD=0,22 60

Bảng 4.3 Kết quả thí nghiệm tính chất hồ CKD khi sử dụng PGK khác nhau 65

Bảng 4.4 Kết quả thí nghiệm cường độ CKD với các PGK khác nhau 67

Bảng 4.5 Kết quả thí nghiệm hàm lượng CH 70

Bảng 4.6 Kết quả thí nghiệm lượng nước liên kết 72

Bảng 4.7 Ảnh hưởng loại PGK đến cấu trúc lỗ rỗng đá CKD 73

Bảng 5.1 Kết quả thành phần vật liệu đến độ lèn chặt hỗn hợp hạt 78

Bảng 5.2 Bảng đánh giá mô hình thí nghiệm xác định độ chặt 79

Bảng 5.3 Tỷ lệ phối hợp tối ưu của các cấp hạt trong bê tông 80

Bảng 5.4 Tỷ lệ và lượng dùng vật liệu của VHSC theo phương pháp thành phần hạt 81 Bảng 5.5 Các vật liệu thành phần của cấp phối BT theo phương pháp tối ưu hóa thành phần hạt sau khi hiệu chỉnh 81

Bảng 5.6 Tỷ lệ thành phần và kết quả khảo sát ảnh hưởng loại và lượng dùng vật liệu đến tính chất HHBT và bê tông 81

Bảng 5.7 Bảng mã hóa các biến và hàm mục tiêu 86

Bảng 5.8 Giá trị mã hóa các biến số 86

Bảng 5.9 Bảng ma trận quy hoạch thực nghiệm theo biến mã và biến thực 86

Bảng 5.10 Kết quả hàm mục tiêu theo quy hoạch thực nghiệm bậc hai 87

Bảng 5.11 Kiểm tra các hệ số phương trình hồi quy 88

Bảng 5.12 Thành phần bê tông tại các giá trị cực trị theo lý thuyết và thực nghiệm90 Bảng 5.13 Tỷ lệ và thành phần cấp phối hợp lý bê tông M100 91

Bảng 5.14 Bảng cấp phối nghiên cứu tính chất của VHSC 91

Bảng 5.15 Tính công tác của VHSC ở các hàm lượng PGK khác nhau 92

Bảng 5.16 Ảnh hưởng của PGK đến co nội sinh theo thời gian 96

Bảng 5.17 Cường độ VHSC sử dụng PGK khác nhau 96

Bảng 5.18 Kết quả thí nghiệm đánh giá vai trò vật lý và hóa học của SF 99

Bảng 5.19 Kết quả thí nghiệm đánh giá vai trò vật lý và hóa học của FA 102

Bảng 5.20 Tỷ lệ thành phần vật liệu đánh giá hiệu quả tương hỗ của SF-FA 105

Bảng 5.21 Ảnh hưởng của đơn và tổ hợp PGK đến tính công tác HHBT 106

Bảng 5.22 Định lượng hiệu ứng tương hỗ của SF và FA 108

Bảng 5.23 Cấp phối sử dụng nghiên cứu độ bền lâu của VHSC 109

Bảng 5.24 Kết quả nghiên cứu độ bền lâu của VHSC 110

Bảng 5.25 Kết quả của quá trình ăn mòn clo đo theo phương pháp gia tốc 111

Bảng 5.26 Ảnh hưởng hàm lượng sợi đến các tính chất VHSC 112

Bảng 5.27 Cấp phối hợp lý chế tạo dầm VHSC 116

Bảng 5.28 Tính chất cơ lý của bê tông M100 có sợi và không sợi 117

Bảng 5.29 Các giá trị đặc trưng cho sự làm việc của các mẫu dầm 119 Bảng 5.30 Các giá trị biến dạng tương đối của BT đặc trưng cho sự làm việc của dầm

120

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Lượng khí thải CO2 từ thành phần vật liệu sử dụng trên một đơn vị chiều

dài cột [135] 6

Hình 1.2 Quan hệ giữa cường độ nén dọc trục với cường độ nén VHSC 10

Hình 1.3 Quan hệ giữa cường độ uốn với cường độ nén VHSC 10

Hình 1.4 Mối quan hệ giữa ứng suất- biến dạng các loại BT [93] 11

Hình 1.5 Mối quan hệ giữa cường độ- biến dạng VHSC [132] 11

Hình 1.6 Mối quan hệ giữa cường độ nén bê tông và chiều sâu cacbonat hóa của bê tông [32] 12

Hình 1.7 Ảnh hưởng hàm lượng SF đến cường độ nén VHSC [75] 16

Hình 1.8 Một số công trình nhà siêu cao tầng sử dụng VHSC 19

Hình 2.1 Ảnh hưởng các hiệu ứng hạt đến độ lèn chặt theo De Larrard 31

Hình 2.2 Ứng xử của BTCS khi chịu kéo 32

Hình 2.3 Sự truyền tải trọng của sợi qua vết nứt trong BTCS[60] 33

Hình 2.4 Vai trò của PGK mịn trong BT [52] 41

Hình 2.5 Hiệu ứng tương hỗ của hỗn hợp PGK (FA+SF), (FA+RHA) đối với mô đun đàn hồi [61] 42

Hình 2.6 Tác dụng tương hỗ của hệ 3 cấu tử XM– FA – SF 45

Hình 3.1 Sự phân bố thành phần hạt của các vật liệu CKD 47

Hình 3.2 Ảnh SEM của phụ gia khoáng sử dụng trong đề tài 49

Hình 3.3 Cốt sợi sử dụng trong nghiên cứu 51

Hình 3.4 Sơ đồ thiết kế và tối ưu thành phần VHSC 54

Hình 3.5 Hiệu ứng vật lý và hóa học theo Goldman và Bentur 55

Hình 4.1 Ảnh hưởng của loại và hàm lượng PGK đến tính công tác hồ CKD 58

Hình 4.2 Ảnh hưởng hàm lượng SF đến cường độ CKD tại N/CKD=0,22 61

Hình 4.3 Ảnh hưởng SF đến mức độ tăng cường độ CKD tại N/CKD=0,22 61

Hình 4.4 Ảnh hưởng hàm lượng SF đến mức độ đóng góp cường độ CKD tại N/CKD=0,22 61

Hình 4.5 Ảnh hưởng hàm lượng FA đến cường độ CKD tại N/CKD=0,22 62

Hình 4.6 Ảnh hưởng FA đến mức độ tăng cường độ CKD tại N/CKD=0,22 62

Hình 4.7 Ảnh hưởng hàm lượng FA đến mức độ đóng góp cường độ CKD tại N/CKD=0,22 63

Hình 4.8 Ảnh hưởng tổ hợp 10SF+ FA đến cường độ CKD tại N/CKD=0,22 64

Hình 4.9 Ảnh hưởng tổ hợp 10SF+ FA đến mức tăng cường độ trên 1%XM 64

Hình 4.10 Ảnh hưởng tổ hợp 20FA+ SF đến cường độ CKD tại N/CKD=0,22 64

Hình 4.11 Ảnh hưởng 20FA+SF đến mức tăng cường độ CKD trên 1%XM 64

Hình 4.12 Ảnh hưởng PGK đến điểm bão hòa PGSD tại N/CKD=0,22-0,18 66

Hình 4.13 Ảnh hưởng của PGK đến tính công tác hồ CKD tại N/CKD=0,22-0,18 66 Hình 4.14 Ảnh hưởng của loại PGK đến cường độ CKD tại các tỷ lệ N/CKD khác

Hình 4.19 Ảnh hưởng PGK đến hàm lượng CH theo CKD 70

Hình 4.20 Ảnh hưởng PGK đến hàm lượng CH theo 1 % XM 70

Hình 4.21 Ảnh hưởng PGK đến hàm lượng nước liên kết theo 100%CKD 72

Hình 4.22 Ảnh hưởng PGK đến lượng nước liên kết theo 1 % XM 72

Hình 4.23 Ảnh hưởng của PGK đến sự phân bố lỗ rỗng trong đá CKD ở tuổi 28 ngày 74 Hình 4.24 Ảnh hưởng của PGK đến sự phân bố lỗ rỗng trong đá CKD ở tuổi 28 ngày 75 Hình 5.1 Biểu diễn bề mặt độ lèn chặt hỗn hợp gồm 3 thành phần CKD-Cát-Đá 78

Hình 5.2 Ảnh hưởng lượng dùng CKD đến cường độ BT 82

Hình 5.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ N/CKD đến cường độ của bê tông 83

Hình 5.4 Ảnh hưởng kích thước cốt liệu lớn đến tính công tác và cường độ BT 84

Hình 5.5 Ảnh hưởng loại cốt liệu đến cường độ BT 84

Hình 5.6 Ảnh hưởng hàm lượng cốt liệu nhỏ đến tính công tác và cường độ BT 85

Hình 5.7 Biểu diễn bề mặt không gian của hàm Y theo 2 biến mã X1, X2 89

Hình 5.8 Biểu diễn bề mặt không gian của hàm Y theo 2 biến mã X1, X2 89

Hình 5.9 Ảnh hưởng của tỷ lệ X1 đến hàm mục tiêu Y 90

Hình 5.10 Ảnh hưởng của tỷ lệ X2 đến hàm mục tiêu Y 90

Hình 5.11 Mối quan hệ giữa độ nhớt của hồ CKD và độ chảy của HHBT 93

Hình 5.12 Ảnh hưởng của PGK đến thời gian kết thúc đông kết của bê tông 93

Hình 5.13 Ảnh hưởng loại PGK SF đến co ngót nội sinh của bê tông 94

Hình 5.14 Ảnh hưởng loại PGK FA đến co ngót nội sinh của bê tông 95

Hình 5.15 Ảnh hưởng tổ hợp 10SF+FA đến co ngót nội sinh của bê tông 95

Hình 5.16 Ảnh hưởng tổ hợp SF+20FA đến co ngót nội sinh của bê tông 95

Hình 5.17 Ảnh hưởng của PGK đến cường độ nén và uốn bê tông 97

Hình 5.18 Mối quan hệ giữa cường độ nén và uốn VHSC ở 28 ngày 98

Hình 5.19 Mức độ tăng cường độ PGK SF và TiO2-M đến cường độ CKD và BT tại N/CKD=0,18 99

Hình 5.20 Vai trò vật lý và hóa học của SF cải thiện cường độ VHSC theo 1% xi măng ở 10%SF tại N/CKD=0,18 101

Hình 5.21 Vai trò vật lý và hóa học của SF cải thiện cường độ VHSC theo 1%XM ở hàm lượng SF khác nhau tại N/CKD=0,18 101

Hình 5.22 Mức độ cải thiện cường độ của FA trên hệ CKD và BT 102

Hình 5.23 Vai trò vật lý và hóa học của FA theo 1% xi măng 104

Hình 5.24 Vai trò vật lý và hóa học của FA theo 1%XM ở hàm lượng FA khác nhau 104 Hình 5.25 Ảnh hưởng loại PGK đến co ngót của bê tông tại N/CKD=0,18 106

Hình 5.26 Ảnh hưởng của loại PGK đến cường độ nén của BT tại N/CKD=0,18 107 Hình 5.27 Ảnh hưởng của loại PGK đến mức tăng cường đô của BT tại N/CKD=0,18 107 Hình 5.28 Ảnh hưởng của hàm lượng SF đến hiệu quả tương hỗ 109

Hình 5.29 Ảnh hưởng hàm lượng FA đến hiệu quả tương hỗ 109

Hình 5.30 Ảnh hưởng hàm lượng sợi đến tính công tác của HHBT 112

Hình 5.31 Ảnh hưởng của hàm lượng sợi thép đến cường độ nén và KLTT của VHSC 113 Hình 5.32 Ảnh hưởng của hàm lượng sợi thép đến cường độ uốn của bê tông 114

Hình 5.33 Ảnh hưởng hàm lượng sợi thép đến độ bền dẻo dai của bê tông 114

Hình 5.34 Biểu đồ quan hệ ứng suất - biến dạng của mẫu VHSC 115

Hình 5.35 Biểu đồ quan hệ ứng suất - biến dạng của mẫu VHSC- cốt sợi 115

Hình 5.36 So sánh mô đun đàn hồi của VHSC có sợi và không sợi 116

Hình 5.37 Mặt cắt dầm bê tông cốt thép 117

Hình 5.38 Sơ đồ gia tải thí nghiệm 117

Hình 5.39 Sơ đồ bố trí dụng cụ, thiết bị đo 117

Hình 5.40 Bộ thu thập và xử lý số liệu (Data logger) 118

Hình 5.41 Hình ảnh thí nghiệm dầm VHSC trong phòng thí nghiệm 118

Hình 5.42 Biểu đồ quan hệ tải trọng- độ võng của các mẫu thí nghiệm 119

Hình 5.43 Biểu đồ quan hệ tải trọng- độ võng của dầm 1- VHSC-M100 119

Hình 5.44 Biểu đồ quan hệ tải trọng –độ võng của dầm khi có cốt sợi 120

Hình 5.45 Biến dạng của bê tông vùng kéo và vùng nén (Dầm 1-VHSC-M100) 120

Hình 5.46 Biến dạng của bê tông vùng kéo và vùng nén dầm VHSC khi có sợi 120

MỞ ĐẦU 1 LÝ DO LỰA CHỌN ĐỀ TÀI

Ngày nay nhu cầu phát triển xây dựng ở Việt Nam thường hướng đến các công trình đặc biệt như nhà siêu cao tầng, các cầu nhịp lớn, kết cấu vỏ mỏng Với các ứng dụng này thì bê tông cường độ cao/chất lượng cao (HSC) hiện nay đang có ở Việt Nam đáp ứng chưa tốt Theo tiến trình phát triển tất yếu này, các loại bê tông chất lượng cao hơn như bê tông cường độ rất cao (VHSC), bê tông cường độ siêu cao (UHPC) phải được nghiên cứu, chế tạo và ứng dụng Tuy nhiên nhược điểm của bê tông UHPC (cường độ ≥ 150 MPa) là sử dụng lượng CKD lớn ≥ 800÷1000 kg/m3 dẫn đến giá thành rất cao khiến khả năng ứng dụng thực tế còn hạn chế Vì vậy, nghiên cứu và phát triển hệ VHSC với cường độ từ 100÷150 MPa là thực tế hơn.

Trên thế giới việc sử dụng bê tông cường độ nén lớn hơn 100 MPa sử dụng trong các công trình xây dựng có từ đầu thế kỷ 20 và hiện nay bắt đầu ứng dụng bê tông UHPC Ở Việt Nam, vấn đề nghiên cứu ứng dụng loại VHSC còn rất mới và ít được đề cập đến, chỉ có một số trạm trộn bê tông cung cấp được bê tông có cường độ nén khoảng 50-70 MPa, như nhà máy bê tông Sông Đà- Việt Đức, Licogi Một vấn đề đặt ra nghiên cứu là khả năng nâng cao giá trị cường độ nén và uốn của bê tông khi sử dụng các vật liệu sẵn có và áp dụng các công nghệ chế tạo thông thường ở Việt Nam để chế tạo được bê tông VHSC Điều đó có thể nghiên cứu chế tạo được các sản phẩm có kích thước mỏng hơn, tuổi thọ lớn hơn, tiết kiệm tài nguyên, hướng sự phát triển bền vững khi ứng dụng loại bê tông này trong thời gian sắp tới ở Việt Nam.

Cũng tương tự như bê tông thông dụng, VHSC được chế tạo từ hỗn hợp bao gồm đá dăm, cát, xi măng, phụ gia khoáng, nước và phụ gia siêu dẻo Tuy nhiên VHSC có giới hạn về cường độ nén cao hơn (100÷150 MPa) vì vậy phụ gia khoáng hoạt tính cao như silica fume (SF) và phụ gia siêu dẻo (PGSD) đóng vai trò rất quan trọng Nhược điểm của loại bê tông này thường sử dụng một lượng xi măng lớn làm tăng giá thành sản phẩm, ảnh hưởng đến các tính chất kỹ thuật và môi trường Để khắc phục nhược điểm này các nghiên cứu khác thường sử dụng phụ gia khoáng (PGK) để thay thế một phần xi măng trong bê tông nhằm tăng hiệu quả về mặt kinh tế, kỹ thuật

và môi trường Việc nghiên cứu sử dụng PGK để chế tạo VHSC trong điều kiện ở Việt Nam có một ý nghĩa khoa học quan trọng, đồng thời còn đóng góp vai trò lớn về kinh tế và môi trường trong việc nghiên cứu và ứng dụng hệ bê tông này hướng tới phát triển bền vững Đây là vấn đề cần được đặt ra trong nghiên cứu.

Có nhiều phụ gia khoáng được sử dụng trong chế tạo bê tông chất lượng rất cao, tuy nhiên hệ hỗn hợp phụ gia khoáng SF và tro bay (FA) có tiềm năng rất lớn khi xét đến tính chất kỹ thuật, khả năng cung ứng và giá thành Vấn đề nghiên cứu đặt ra trong luận án là sử dụng SF và FA kết hợp với các vật liệu sẵn có ở Việt Nam để chế tạo bê tông VHSC.

Xuất phát từ thực tiễn về mặt khoa học và ứng dụng trên, luận án này được đề xuất

là: “Nghiên cứu chế tạo bê tông cường độ rất cao dùng hỗn hợp phụ gia khoángsilica fume, tro bay và các vật liệu sẵn có ở Việt Nam”.

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu sử dụng tổ hợp PGK silica fume, tro bay và PGSD để chế tạo bê tông

VHSC có độ chảy cao đạt từ 550÷850 mm, cường độ nén ở tuổi 28 ngày ≥100MPa, cường độ uốn > 10MPa trên cơ sở vật liệu sẵn có ở Việt Nam.

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Hỗn hợp bê tông có độ chảy loang cao, cường độ nén bê tông đạt: 100÷150 MPa Bê tông sử dụng phụ gia khoáng SF, FA và các vật liệu sẵn có ở Việt Nam.

4 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA LUẬN ÁN

- Lý thuyết về cơ sở nâng cao cường độ các thành phần trong bê tông gồm: Nâng cao cường độ chất kết dính, nâng cao chất lượng cốt liệu và nâng cao cường độ vùng

chuyển tiếp giữa đá xi măng và cốt liệu Nâng cao cường độ bê tông dựa trên lý thuyết về tối ưu hóa các thành phần hạt Nâng cao cường độ uốn của bê tông bằng cách sử dụng cốt sợi phân tán.

- Cơ sở sử dụng phụ gia khoáng trong bê tông dựa trên lý thuyết về ảnh hưởng của quá trình thủy hóa và phát triển vi cấu trúc của xi măng khi có mặt của đơn phụ gia khoáng và tổ hợp phụ gia khoáng Ảnh hưởng PGK ảnh hưởng đến các tính chất của bê tông do vai trò vật lý và hóa học: kích thước hạt điền đầy và do hoạt tính của PGK Sự tương hỗ của tổ hợp PGK do vai trò của vật lý và hóa học.

- Luận án đã sử dụng phương pháp thí nghiệm tiêu chuẩn Việt Nam và trên thế giới để thí nghiệm, xác định các tính chất cơ lý của nguyên vật liệu sử dụng, các tính chất hồ xi măng, HHBT và bê tông.

- Một số phương pháp thí nghiệm phi tiêu chuẩn được sử dụng như: Xác định độ lèn chặt theo phương pháp khô, xác định độ nhớt hồ CKD, phương pháp thí nghiệm đo

co nội sinh trong bê tông, phương pháp đo đường kính lỗ rỗng trung bình bằng phương pháp BJH, phương pháp phân tích nhiệt vi sai - DTA/TGA, xác định hàm lượng Ca(OH)2 trong đá xi măng, xác định lượng nước liên kết, phương pháp xác định ăn mòn cốt thép, phương pháp định lượng để xác định vai trò vật lý và hóa học của phụ gia khoáng của tác giả Goldman và Bentur, phương pháp định lượng để xác định hiệu quả tương hỗ của tổ hợp PGK theo tác giả Isaia.

 Luận án đã nghiên cứu sử dụng hệ CKD gồm xi măng PC40, tổ hợp PGK SF-FA và các vật liệu sẵn có ở Việt Nam để chế tạo VHSC với các tính chất: Hỗn hợp bê tông có độ chảy cao 550÷850 mm, cường độ nén bê tông ≥ 100 MPa, cường độ uốn bê tông > 10 MPa.

 Luận án xây dựng được quy trình thiết kế thành phần VHSC và tối ưu hóa thành phần hạt bê tông đồng thời đánh giá ảnh hưởng các loại vật liệu sẵn có ở Việt

Nam đến độ chảy và cường độ VHSC.

 Luận án đã đánh giá được vai trò vật lý và hóa học của PGK SF, FA trong việc

cải thiện cường độ của bê tông qua đó khẳng định vai trò quan trọng của hiệu ứng vật lý và hóa học trong việc cải thiện cường độ CKD và VHSC.

 Luận án đã chứng minh trên hệ VHSC với tỷ lệ N/CKD thấp khi sử dụng SF và FA với hàm lượng hợp lý thì tồn tại hiệu ứng tương hỗ giữa hai PGK này, đặc biệt hiệu ứng tương hỗ trong việc cải thiện cường độ khi giảm tỷ lệ N/CKD.

7.Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN

7.1 Ý nghĩa khoa học của luận án

 Khẳng định được vai trò của PGK SF, FA trong việc chế tạo VHSC.

 Đánh giá cơ chế và hiệu ứng tương hỗ của PGK, trong việc cải thiện các tính chất của HHBT và VHSC.

 Thiết kế tối ưu thành phần hạt của bê tông sử dụng tổ hợp PGK SF và FA để thiết kết thành phần bê tông và tối ưu hóa thành phần VHSC bằng công cụ toán quy hoạch thực nghiệm.

 Đánh giá được ảnh hưởng hàm lượng sợi thép đến các tính chất của HHBT và VHSC Đánh giá được ứng xử cơ học của dầm VHSC Khẳng định được vai trò cốt sợi thép trong việc tăng khả năng vùng chịu nén của bê tông cốt sợi VHSC trên kết cấu dầm.

7.2 Ý nghĩa thực tiễn của luận án

 Vấn đề nâng cao độ bền lâu, kéo dài tuổi thọ các công trình xây dựng đang được quan tâm nhất trong khoa học vật liệu Do đó việc nghiên cứu chế tạo VHSC có

độ bền lớn có ý nghĩa thực tiễn rất lớn Luận án đánh giá khả năng sử dụng vật liệu địa phương chế tạo VHSC ở Việt Nam nhằm ứng dụng trong xây dựng các nhà siêu cao tầng và cầu nhịp lớn.

 Việc sử dụng phế thải công nghiệp là PGK FA, SF để thay thế xi măng sẽ cải thiện tính chất của HHBT và VHSC, góp phần làm giảm giá thành cho sản phẩm bê tông, nâng cao ý nghĩa về môi trường, xây dựng phát triển bền vững, từ đó sẽ mở rộng thêm khả năng ứng dụng loại bê tông này vào thực tế xây dựng ở nước ta.

 Nghiên cứu, đánh giá ứng xử cơ học của kết cấu dầm bê tông VHSC qua đó hướng

đến ứng dụng VHSC trong xây dựng thực tế ở Việt Nam.

1Chương 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ RẤT CAO 1.1GIỚI THIỆU VỀ BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ RẤT CAO

1.1.1 Khái niệm bê tông cường độ rất cao

Bê tông cường độ rất cao (Very High Strength Concrete-VHSC) là loại bê tông có cường độ nén rất cao từ 100÷150 MPa [48, 74, 94, 103, 132] Trong thành phần bê tông bao gồm xi măng, cát, đá, phụ gia khoáng, phụ gia siêu dẻo và nước, trong đó tỷ lệ nước/ chất kết dính (N/CKD) thường nhỏ hơn 0,3 (tính theo khối lượng) Khái niệm này được Hiệp hội Xi măng thế giới đưa ra như sau (Bảng 1.1)

Bảng 1.1 Phân loại bê tông theo Hiệp hội Xi măng thế giới [103]

Loại Bê tông Bê tông cường Bê tông cường Bê tông cường

1.1.2 Ưu, nhược điểm của bê tông cường độ rất cao

1.1.2.1 Ưu điểm

- HHBT có đồng nhất cao, cường độ nén rất cao, cường độ kéo khi uốn khá lớn, bê tông có độ bền lâu trong môi trường xâm thực cao.

- Bê tông có tỷ lệ N/CKD thấp khi kết hợp với PGK thì HHBT vẫn đảm bảo tính công tác, khả năng dễ tạo hình của hỗn hợp bê tông cũng như quá trình vận chuyển hỗn hợp bê tông dễ dàng và không bị phân tầng tách nước.

- Công nghệ chế tạo đơn giản và sử dụng đa dạng: có thể thi công thủ công/ cơ giới bảo đảm chất lượng cao và kiểm soát chất lượng dễ dàng và có thể ứng dụng trong thi công các kết cấu vách, cột, nơi có mật độ cốt thép dày và những giải pháp mặt bằng kiến trúc đa dạng Quá trình kiểm soát chất lượng dễ dàng.

Nghiên cứu của Yamamoto [135] chỉ ra rằng việc sử dụng VHSC cho phép giảm được kích thước các cấu kiện trong các công trình nhà siêu cao tầng; điều này cho phép các kỹ sư có thể áp dụng các cấu kiện đúc sẵn trong việc thi công các công trình nhà siêu cao tầng

quản lý chất lượng được dễ dàng, rút Hình 1.1 Lượng khí thải CO2 từ thành phần ngắn thời gian thi công, điều này cũng vật liệu sử dụng trên một đơn vị chiều dàicột [135] làm giảm lượng bê tông sử dụng, kéo theo giảm lượng dùng vật liệu và đặc biệt giảm rất lớn lượng dùng xi măng từ đó giảm được lượng phát thải CO2 sinh ra trong quá trình sản xuất xi măng, mang đến hiệu quả rất lớn về môi trường hướng đến phát triển bền vững (Hình 1.1) Ngoài ra việc sử dụng các phụ gia khoáng như FA, GGBFS… (phế thải trong nhà máy nhiệt điện, luyện kim) thay thế một phần xi măng sẽ vừa giảm giá thành sản phẩm, nâng cao hiệu quả kinh tế, đồng thời còn làm giảm lượng phế thải ra ngoài môi trường và góp phần phát triển xây dựng bền vững.

1.1.2.2 Nhược điểm

Trong VHSC thường sử dụng lượng dùng chất kết dính lớn dẫn đến co ngót lớn, giá thành vật liệu cao vì vậy cần thiết phải sử dụng các PGK có thể thay thế một phần xi măng và nâng cao hiệu quả về mặt kỹ thuật và môi trường.

Do bê tông VHSC có những yêu cầu đặc thù về vật liệu chế tạo, vì vậy trong điều kiện Việt Nam vấn đề lựa chọn nguồn nguyên liệu địa phương để chế tạo VHSC là cần thiết.

Hiện nay trên thế giới chưa thống nhất về phương pháp thiết kế thành phần bê tông, chưa có tiêu chuẩn ban hành VHSC vì vậy việc thiết kế và ứng dụng VHSC gặp nhiều khó khăn trong thực tế.

1.1.3 Vật liệu chế tạo bê tông cường độ rất cao VHSC

1.1.3.1Xi măng

Xi măng là thành phần quan trọng góp phần tạo nên cường độ của bê tông, trong đó

hồ xi măng đóng vai trò là chất kết dính, liên kết các hạt cốt liệu rời rạc Hoạt tính của xi măng càng cao thì bê tông có cường độ càng cao, vì vậy việc sử dụng xi măng mác cao trong chế tạo VHSC là cần thiết Trên thế giới loại xi măng thường dùng để chế tạo VHSC là loại xi măng có cường độ chịu nén sau 28 ngày lớn hơn 50MPa, điển hình như ở Trung Quốc sử dụng xi măng có cường độ 54 MPa và 65,6 MPa [132], châu Âu sử dụng xi măng có cường độ nén >52,5 MPa [17] Trong khi đó ở nước ta xi măng công nghiệp được sử dụng phổ biến lớn nhất là PC40, PC50 (cường độ 40÷60 MPa) Tuy nhiên trong chế tạo VHSC cần giảm tỷ lệ N/CKD xuống thấp để đảm bảo cấu trúc đặc chắc của đá xi măng vì vậy vấn đề cần thiết phải nghiên cứu đặt ra đó là sử dụng xi măng PC40 ở Việt Nam để chế tạo VHSC.

1.1.3.2 Cốt liệu nhỏ ( cát )

Cấu trúc, bề mặt, kích thước và lượng dùng cốt liệu nhỏ (CLN) là nhân tố quan trọng trong thiết kế thành phần VHSC, ảnh hưởng trực tiếp đến tới cường độ nén của bê tông CLN có vai trò kết hợp với chất kết dính để tạo thành hỗn hợp vữa lấp đầy phần rỗng giữa các hạt cốt liệu lớn, làm tăng độ đặc và tính đồng nhất hỗn hợp bê tông Theo báo cáo của Volkov [125] và ACI [16] cho rằng cát thô với mô đun độ lớn ≥ 3,0 là cốt liệu phù hợp trong chế tạo bê tông có cường độ lớn hơn 100 MPa Điều này được giải thích do cát thô có tỉ diện bề mặt nhỏ sẽ giảm lượng nước nhào trộn mà vẫn đạt được tính công tác cần thiết, giúp tăng độ đặc chắc của bê tông, giảm diện tích phần tiếp giáp giữa đá xi măng và phần cốt liệu Cát phải có cường độ cao, không lẫn bụi, bùn, sét, chất hữu cơ và những tạp chất khác Ở Việt Nam, nguồn CLN rất đa dạng và phong phú vì vậy vấn đề đặt ra là đối với các loại CLN với mô đun độ lớn <3 có thể chế tạo được VHSC hay không?

1.1.3.3 Cốt liệu lớn

Cốt liệu lớn là thành phần cơ bản của bê tông, đóng vai trò là bộ khung chịu lực Đối với bê tông thông thường cường độ của cốt liệu không ảnh hưởng đến chất lượng bê tông do cường độ của cốt liệu luôn cao hơn cường độ của đá xi măng Trong VHSC cốt liệu lớn sử dụng được lựa chọn trên các đặc điểm đó là: cường độ và mô đun đàn hồi, hình dạng hạt, bề mặt hạt, kích thước lớn nhất của cốt liệu…Đây là điểm khác

biệt của VHSC so với bê tơng UHPC ở Việt Nam.

loại đá cĩ khối lượng thể tích lớn, cường độ đá gốc cao đạt yêu cầu chế tạo VHSC bao gồm đá bazan, đá granit, đá vơi cường độ cao Nghiên cứu của Sviridov [115] cho rằng để chế tạo bê tơng cĩ cường độ nén >150 MPa thì độ nén dập trong xi lanh của đá khơng vượt quá 6% Đối với VHSC cĩ cường độ 110 MPa, độ nén dập khơng

được vượt quá 9%.

- Hình dạng hạt và đặc tính bề mặt hạt: Theo Xincheng [132] hình dạng hạt cốt liệu

sử dụng cho VHSC nên gần với hình cầu Các hạt thoi dẹt cần phải được loại bỏ vì ảnh hưởng lớn đến tính cơng tác, cường độ và độ bền của bê tơng Ngồi ra bề mặt hạt cốt liệu phải được làm sạch, khơng bị lẫn tạp chất bụi bùn sét.

- Kích thước lớn nhất hạt cốt liệu: Về nguyên tắc, kích thước lớn nhất (Dmax) của

hạt cốt liệu giảm sẽ cho cường độ bê tơng cao hơn khi giữ nguyên cường độ cốt liệu Tùy

theo cường độ của cốt liệu người ta lựa Dmax của cốt liệu để chế tạo VHSC Điển hình như nghiên cứu của Zain [139] sử dụng CLL cĩ Dmax=19 mm để chế tạo VHSC Edward [96] và Sviridov [115] cho rằng Dmax của hạt cốt liệu cho VHSC/ UHPC tốt nhất từ 10÷14 mm Vấn đề nghiên cứu đặt ra trong điều kiện Việt Nam sử dụng loại CLL cĩ Dmax bằng bao nhiêu để phù hợp chế tạo VHSC?

1.1.3.4 Phụ gia khống hoạt tính

Hầu hết các loại PGK sử dụng trong bê tơng đều là các sản phẩm phụ của các ngành cơng nghiệp [87] Thơng thường PGK hoạt tính được lựa chọn bao gồm: Silica fume (SF), tro bay (FA), xỉ lị cao hạt hĩa nghiền mịn (GGBFS), tro trấu (RHA), Mêta cao lanh (MK) Trong các nghiên cứu về VHSC thường sử dụng SF mục đích tăng độ đặc chắc và tăng cường độ cho bê tơng Tuy nhiên, do giá thành của SF cao gấp 5÷10 lần XM làm tăng giá thành của VHSC và cĩ thể gấp đơi so với HSC Vì vậy khi chế tạo VHSC người ta thường kết hợp SF với một loại PGK khác vừa cải thiện tính chất kỹ thuật đồng thời làm giảm giá thành cho bê tơng Việc sử dụng PGK để chế tạo VHSC phải kể đến các nghiên cứu:

Tác giả Sarkar và Aïtcin [18] đã nghiên cứu sử dụng SF cĩ kích thước hạt <1 µm để

chế tạo được bê tơng cường độ nén bê tơng đạt 113 MPa Nghiên cứu của Wee [126] sử dụng SF và GGBFS cĩ thể chế tạo bê tơng cĩ cường độ nén đến 100 MPa Nghiên cứu của Xincheng Pu [132] sử dụng SF với kích thước hạt từ 0,1÷0,2 µm cĩ thể chế tạo được bê tơng cĩ cường độ nén đạt được 140 MPa, sử dụng kết hợp SF và FA thì chế tạo được bê tơng cĩ cường độ ở tuổi 90 ngày đạt đến 141 MPa Nghiên cứu của Zain [139] đã đánh giá khả năng chế tạo VHSC với cường độ nén ≥100 MPa, tác giả sử dụng PGK GGBFS+FA và SF+FA trong điều kiện dưỡng hộ nhiệt độ 20÷50oC và một số nghiên cứu thực tế ứng dụng SF trong các cơng trình cĩ cường độ từ 100÷130 MPa [28, 58, 91, 110] Ở Việt Nam, đã cĩ một số nghiên cứu tổ hợp PGK để chế tạo bê tơng UHPC như tổ hợp SF + GGBFS, mẫu bê tơng chế tạo cĩ cường độ nén > 150 MPa [3] Vấn đề cần thiết đặt ra nghiên cứu trong điều kiện Việt Nam nên lựa chọn hệ PGK nào để chế tạo VHSC?

1.1.3.5 Phụ gia hĩa học

Để chế tạo được VHSC thì phụ gia hố học là vật liệu bắt buộc sử dụng với mục đích giảm tỷ lệ N/CKD đồng thời vẫn đảm bảo tính cơng tác cho HHBT Do vậy để chế tạo được VHSC phải sử dụng phụ gia hĩa học giảm nước mạnh Việc sử dụng phụ gia hĩa dẻo tầm cao trong chế tạo VHSC điển hình kể đến các nghiên cứu: Nghiên cứu của Sarkar, Aïtcin cường độ nén bê tơng đạt 113 MPa[18] Nghiên cứu của Xincheng [132] chế tạo được bê tơng cĩ cường độ nén từ 100-150 MPa Nghiên cứu của Wee [126] sử dụng chế tạo bê tơng cĩ cường độ nén 100 MPa Nghiên cứu của Zain bê tơng cĩ cường độ nén đạt được 130 MPa [139].Các nghiên cứu này thường sử dụng phụ gia naphthaiene sulfonate và polycalboxylic acid copolymer Hiện nay, sự phát triển mạnh mẽ về cơng nghệ, các loại phụ gia phổ biến thường sử dụng là các phụ gia giảm nước tầm cao polycarboxylate thế hệ mới hơn như Master Glenium 6500, Master Glenium 8008 SP8HU… được sử dụng trong chế tạo VHSC và UHPC điển hình là các nghiên cứu của Kitamura [2] cường độ BT đạt được 130 MPa.

Ở Việt Nam, phụ gia hĩa học hiện nay chủ yếu do các hãng nước ngồi cung cấp nên việc áp dụng tiêu chuẩn nước ngồi để lựa chọn phụ gia siêu dẻo trở nên khá phổ

biến, điển hình là tiêu chuẩn ASTM C494 của Mỹ và BS-5075 của Anh thơng qua

các hãng như BASF, Sika, MBT, MaPei Các loại phụ gia này thường có mức độ giảm nước khoảng 30÷40% như Glenium ACE 388, Glenium SP51, Viscocre 3400, Selfill-2010 Một số nghiên cứu khẳng định hoàn toàn có thể sử dụng PGSD có sẵn trong nước (Glenium ACE 388) để sản xuất bê tông có cường độ ≥150 MPa vì vậy trong luận án này sẽ không đi sâu nghiên cứu cơ chế tác dụng của từng loại phụ gia hóa học Luận án chỉ sử dụng một loại phụ gia siêu dẻo để nghiên cứu chế tạo bê tông VHSC Đây cũng là loại phụ gia phổ biến trên thế giới ở Việt Nam.

1.1.4Một số tính chất của bê tông cường độ rất cao.

1.1.4.1 Cường độ

Cường độ của bê tông là đặc tính quan trọng đánh giá chất lượng của bê tông Vì cường độ của bê tông phản ánh trực tiếp chất lượng của bê tông Cường độ phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: cường độ của các thành phần vật liệu chế tạo bê tông, thông số kích thước và hình dạng mẫu nén, độ ẩm của mẫu và các yếu tố công nghệ Nghiên cứu của Xincheng [132] đã đánh giá các mối quan hệ giữa cường độ nén dọc trục, cường độ ép chẻ, cường độ uốn với cường độ nén mẫu lập phương trên hệ VHSC Kết quả thí nghiệm cho thấy tồn tại mối quan hệ bậc nhất giữa cường độ nén dọc trục với cường độ nén, cường độ ép chẻ với cường độ nén của VHSC Kết quả nghiên cứu này được trình bày trong Hình 1.2, Hình 1.3.

Hình 1.2 Quan hệ giữa cường độ nén dọc trục với cường độ nén VHSC

1.1.4.2 Mối quan hệ giữa ứng suất – biến dạng và mô đun đàn hồi

Mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng rất quan trọng trong thiết kế kết cấu bê tông Mối quan hệ này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như loại cốt liệu, phương pháp thí

Hình 1.3 Quan hệ giữa cường độ uốn với cường độ nén VHSC

nghiệm, tuổi bê tông thí nghiệm, tốc độ gia tải….Tác giả Mendis [44, 93] đã chỉ ra rằng sự khác biệt đường cong ứng suất- biến dạng của VHSC có cường độ nén 100 MPa so với bê tông thường và bê tông HSC như sau: (1) Cường độ của đá xi măng lớn hơn so với bê tông thường và cường độ cốt liệu cũng cao hơn (2) Cường độ vùng chuyển tiếp đá xi măng- cốt liệu cũng cao hơn (3) Độ bền kéo của đá xi măng cao hơn (Hình 1.4) Xincheng [132] đánh giá mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng trên hệ VHSC theo Hình 1.5

ε:Biến dạng của bê tông

fcu,10: Cường độ nén mẫu 100x100x100 mm

Hình 1.4 Mối quan hệ giữa ứng Hình 1.5 Mối quan hệ giữa cường độ- biến dạng

Mô đun đàn hồi: Trong VHSC cường độ nén lớn hơn nhiều so với bê tông thường

và bê tông HSC Việc tính toán mô đun đàn hồi với bê tông thường được xác định theo ACI 318 – 08 sẽ rất khó áp dụng đối với VHSC Tuy nhiên cũng có một số tác giả đã đưa ra công thức xác định mô đun đàn hồi của VHSC dựa trên mối quan hệ với cường độ bê tông điển hình như: nghiên cứu của Kakizaki [67] đánh giá mối quan hệ giữa mô đun đàn hồi và cường độ nén trong khoảng từ 83÷138 MPa Mô đun đàn hồi được tính toán theo công thức:

VHSC so với bê tông thường và bê tông HSC.

Bảng 1.2 Độ bền của VHSC so với các loại bê tông khác

Xét về khả năng bền cacbonat hóa thì VHSC có khả năng chống cacbonat hóa tốt Nghiên cứu của Brandt [32] cho rằng đối với bê tông có cường độ > 50MPa thì chiều sâu quá trình cacbonat hóa bằng 0 (Hình 1.6) điều này cũng được chứng minh trong nghiên cứu của

Xincheng [132] Nghiên cứu này đã đã Hình 1.6 Mối quan hệ giữa cường độ nén bê tông và chiều sâu cacbonat hóa khẳng định đối với bê tông VHSC mức của bê tông [32]

độ cacbonat hóa sau 1÷5 năm đều bằng 0 Chính vì vậy trong luận án không nghiên cứu về khả năng chống cacbonat của VSHC, luận án nghiên cứu tính chất độ bền lâu của VHSC là khả năng chống thấm ion clo và mức độ chống ăn mòn cốt thép theo thời gian.

1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ RẤTCAO TRÊN THẾ GIỚI

1.2.1 Tình hình nghiên cứu VHSC

-Về mặt cường độ: Năm 1930, VHSC nghiên cứu đầu tiên ở Nhật Bản Yoshida [133]

cường độ nén đạt được 102 MPa ở tuổi 28 ngày Nghiên cứu của tác giả kết hợp phương pháp nén và rung ép làm đặc chắc cấu trúc bê tông, tại thời điểm đó chưa có PGK hoạt tính và phụ gia hóa dẻo nên phương pháp này khó thi công thực tế Năm 1934, Menzel công bố đã chế tạo được bê tông có cường độ nén tới 130MPa Tuy nhiên vấn đề thì công loại bê tông tại thời điểm đó không khả thi do công nghệ quá phức tạp cộng thêm giá thành quá cao và các công trình cũng chưa có yêu cầu về loại bê tông này Ngày nay sự xuất hiện của các loại phụ gia khoáng hoạt tính cao như SF,

RHA và phụ gia siêu dẻo việc chế tạo bê tông VHSC có cường độ từ 100-150 MPa trở nên dễ dàng hơn, điển hình như các nghiên cứu [18] [126] [132] [139] [28, 58, 91, 110]

-Về phương pháp thiết kế thành phần bê tông : Năm 2013, Belaoura Mebarek và

các cộng sự [91] đã nghiên cứu chế tạo VHSC sử dụng cốt liệu địa phương và

cường độ nén ở tuổi 28 và 91 ngày đạt tương ứng 100 MPa và 120 MPa Tác giả đã đưa ra được phương pháp thiết kế thành phần VHSC theo “phương pháp hệ số dư vữa” và sử dụng PGK là SF Tác giả đã đánh giá được cường độ bê tông ở các thời gian dưỡng hộ khác nhau với tỷ lệ N/CKD khác nhau, tuy nhiên việc kết hợp PGK SF và FA chưa được đề cập đến Việc sử dụng cốt sợi thép cũng như khả năng ứng xử của bê tông trên kết cấu cũng chưa được nghiên cứu.

Tác giả Chan [35] đã sử dụng phương pháp “lượng nước tự do” tối thiểu cần phản ứng hết với xi măng để thiết kế thành phần VHSC, cường độ nén ở tuổi 28 ngày có thể đạt 120 MPa ở tuổi 28 ngày Nghiên cứu này đã sử dụng PGSD để giảm tỷ lệ N/CKD xuống thấp và cho rằng tỷ lệ N/CKD thấp nhất là 0,22 Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này không đề cập đến việc sử dụng PGK mịn Thực tế việc sử dụng PGK kết hợp với PGSD có thể giảm được tỷ lệ N/CKD xuống rất thấp (< 0,22).

De Larrard [40] đưa ra phương pháp thực nghiệm tính toán thành phần bê tông Nghiên cứu này sử dụng vật liệu cát nghiền, cốt liệu có kích thước lớn nhất 12,5 mm có thể chế tạo được bê tông có cường độ nén đạt 130 MPa Cơ sở của phương pháp này tiến hành rất nhiều kết quả thực nghiệm và điều chỉnh các thành phần vật liệu, tác giả đã giảm được lượng nước nhào trộn xuống rất thấp (122 lít) Đặc biệt hơn tác

giả đưa ra công thức tính cường độ bê tông khi có mặt SF.

măng (N/X) nhỏ hơn 0,4 Tuy nhiên phương pháp này cũng tồn tại nhược điểm là:

theo cơng thức trên khi hàm lượng SF càng lớn thì cường độ bê tơng càng cao Điều này chưa chắc đã đúng trên hệ bê tơng cĩ tỷ lệ N/CKD thấp vì SF gây ra hiện tượng vĩn tụ hoặc SF “dư thừa” làm giảm cường độ bê tơng Một nhược điểm nữa của phương pháp này là khi sử dụng PGK khác ngồi SF sẽ khơng tính tốn được cường độ bê tơng.

Phương pháp thiết kế theo ACI [12, 22] Viện bê tơng Mỹ thống kê một số cấp phối sử dụng trong các cơng trình thực tế cường độ bê tơng cĩ thể đạt được > 100 MPa Tuy nhiên thực tế theo phương pháp ACI thiết kế với tỷ lệ N/CKD= 0,25 cường độ lớn nhất đạt 82,7 MPa.

-Về vai trị của PGK trong bê tơng: Sarkar và Aïtcin [18] đã nghiên cứu chế tạo bê

tơng cường độ rất cao sử dụng SF Bê tơng cĩ tỷ lệ N/CKD= 0,24, cường độ nén bê tơng đạt 113 MPa Nghiên cứu này đã sử dụng phương pháp phân tích hiện đại chụp

vi cấu trúc, XRD để nghiên cứu hàm lượng hợp lý SF trong bê tơng dựa trên quá trình thủy hĩa và vi cấu trúc Tác giả đã chỉ ra trong vịng 28 ngày hầu hết các hạt SF siêu mịn đã được phản ứng puzơlanic hết tạo thành sản phẩm C-S-H là một yếu tố quan trọng gĩp phần nâng cao cường độ của bê tơng Tuy nhiên, vấn đề nghiên cứu của tác giả vẫn cịn ở giai đoạn đầu của cơng nghệ VHSC chỉ dừng lại ở PGK SF và chưa kết hợp với các loại PGK khác (FA hoặc GGBFS) Tác giả chưa nghiên cứu tối ưu hĩa

thành phần hạt, tối ưu hĩa thành phần bê tơng, chưa đưa cốt sợi vào để nâng cao khả năng chịu uốn trong VHSC.

Nghiên cứu của De Larrard [39] đánh giá sự ảnh hưởng của kích thước hạt siêu mịn để chế tạo VHSC và khẳng định việc sử dụng SF siêu mịn kết hợp với xi măng aluminat gĩp phần cải thiện cường độ của bê tơng Hàm lượng SF tối ưu trong khoảng từ 20÷25%CKD.

Nghiên cứu của Detwiler và Mehta [41] đánh giá vai trị vật lý và hĩa học của SF tại tỷ lệ N/CKD=0,25÷0,5 Tại tỷ lệ N/CKD=0,25 khi sử dụng SF cĩ thể chế tạo được bê tơng cĩ cường độ nén 108,9 MPa ở tuổi 28 ngày Nghiên cứu của tác giả sử dụng bột các bon để đánh giá hiệu ứng vật lý và hĩa học của SF Kết quả của tác giả cho rằng hiệu ứng vật lý của SF gĩp phần cải thiện cường độ tốt hơn so với hiệu ứng hĩa

học ở tuổi sau 7 ngày Tuy nhiên khi giảm tỷ lệ N/CKD xuống thấp (<0,25) liệu quy luật trên thay đổi như thế nào vẫn cần được đặt ra nghiên cứu Đây là một vấn đề đưa ra để giải quyết của luận án.

Nghiên cứu của Wee [126] đã đánh giá ảnh hưởng của PGK SF và GGBFS đến tính công tác và cường độ nén bê tông > 100 MPa tại tỷ lệ N/CKD=0,3 Tác giả tập trung giải quyết mối quan hệ giữa mẫu hình trụ so với hình lập phương khi chế tạo VHSC Cường độ nén mẫu lập phương kích thước 150×150×150 mm cao hơn khoảng 5÷10% khi so sánh với mẫu trụ kích thước 100×200 mm.

Năm 1999, tác giả Xincheng [132] nghiên cứu về bê tông cường độ đạt 90÷150 MPa sử dụng PGK SF Tác giả đã nghiên cứu chế tạo bê tông có cường độ > 100 MPa, sử dụng xi măng cường độ tuổi 28 ngày đạt 54 MPa, 65,6 MPa, 74,9 MPa, PGK hoạt tính SF, GGBFS, FA, đá bazan có cường độ đá gốc 230 MPa, đá vôi có cường độ đá gốc 154,7 MPa, độ nén dập 10,3 % và kích thước hạt lớn nhất 20 mm, phụ gia siêu dẻo Tác giả đã đưa ra một bức tranh tổng thể về hệ VHSC/ UHPC, nghiên cứu ảnh hưởng của xi măng, hàm lượng các PGK đến các tính chất của bê tông như : cường độ, biến dạng co ngót, tính chống thấm Tuy nhiên tác giả chưa nghiên cứu tối ưu hóa thành phần hạt cho VHSC, ảnh hưởng sự có mặt của sợi thép đến các tính chất của bê tông đặc biệt là cường độ chịu uốn của bê tông.

Nghiên cứu của Kjellen [71] đánh giá ảnh hưởng của SF đến sự phát triển cường độ của bê tông HSC và VHSC Nghiên cứu này đã đánh giá ảnh hưởng mức thay thế SF là 10% XM ở các tỷ lệ N/CKD=0,25÷0,4 trong thời gian từ 1 ngày đến 4 năm Kết quả cho thấy có thể đạt được cường độ 108,7 MPa ở tuổi 28 ngày khi giảm tỷ lệ N/CKD=0,3 và sử dụng 5%SF, nghiên cứu cho thấy xuất hiện sự suy giảm cường độ đối với mẫu có chứa 10%SF trong khoảng từ 3÷9 tháng Sau 9 tháng cường độ tiếp tục tăng, cường độ bê tông sau 4 năm đạt được 147,4 MPa tại tỷ lệ N/CKD=0,25.

Nghiên cứu của Kwan [75] (Hình 1.7) đánh giá khả năng chế tạo bê tông cường độ cao khi sử dụng SF Hàm lượng SF sử dụng từ 0÷15% kết hợp 25%FA Tỷ lệ N/CKD

Cường độ nén 28 ngày, MPa

Hình 1.7 Ảnh hưởng hàm lượng SF đến cường độ nén VHSC [75]

dụng SF kết hợp với PGSD để chế tạo bê tông M80 và M100 Kết quả nghiên cứu cho thấy hàm lượng SF sử dụng thay thế XM hợp lý nhất khi kết hợp với PGSD là 10% cho cường độ nén, cường độ uốn và mô đun đàn hồi đạt cao nhất Cường độ nén cao nhất đạt được là 110 MPa tại tỷ lệ N/CKD=0,25.

Nghiên cứu của Daoud [38] đánh giá khả năng chế tạo bê tông có cường độ 100 MPa dùng cho đập thủy điện ở Sudan trong điều kiện phòng thí nghiệm Tác giả đề xuất nên kết hợp SF và FA để chế tạo VHSC Hàm lượng SF, FA sử dụng thay thế xi măng từ 10-15% Kết quả nghiên cứu cho thấy: cường độ nén đạt được là 110 MPa tại tỷ lệ N/CKD=0,22 và đề xuất tối ưu hóa hàm lượng PGSD và PGK để góp phần giảm giá thành loại bê tông này Nghiên cứu của K.Wan [74] cũng đánh giá sự phát triển VHSC

ở Hồng Kông Kết quả đánh giá cho thấy để chế tạo VHSC có cường độ nén > 100 MPa thì lượng hồ sử dụng không quá 35% theo thể tích bê tông Thể tích hồ sử dụng hợp lý là 32,5÷35% Tỷ lệ N/CKD tốt nhất trong khoảng 0,2÷0,24, lượng dùng PGK hợp lý là 10÷20% đối với SF và 15÷25% đối với FA khi thay thế XM.

Nghiên cứu của Mahmud [86] đã đánh giá khả năng sử dụng RHA để chế tạo VHSC sử dụng tỷ lệ N/CKD=0,25 và lượng dùng CKD=550 kg/m3 Kết quả nghiên cứu cho thấy có thể sử dụng 10÷15%RHA để chế tạo được VHSC có cường độ 100 MPa ở

tuổi 28 ngày Khi sử dụng 20%RHA để đạt cường độ 100 MPa phải tăng thời gian dưỡng hộ lên 180 ngày.

Về điều kiện làm việc ở nhiệt độ cao: Nghiên cứu của Bamonte [27] đã đánh giá tính

chất cơ lý của VHSC có cường độ nén 120 MPa ở nhiệt độ cao từ 250÷750oC Nghiên

cứu của tác giả khẳng định đặc tính cường độ khi phá hoại ở nhiệt độ cao giống với bê tông thường Mức độ truyền nhiệt của VHSC thấp hơn nhiều so với BT thường Tác giả Zai [139] đã nghiên cứu tính chất cơ lý của VHSC sử dụng các PGK khác nhau và các chế độ dưỡng hộ khác trong khoảng nhiệt độ từ 20oC÷50oC PGK sử dụng SF, FA, GGBFS Kết quả của tác giả cho thấy cường độ nén bê tông có thể đạt được > 100 MPa ở tuổi 7 ngày với mẫu chứa SF Cường độ nén và mô đun đàn hồi cao nhất đối với mẫu chứa SF trong điều kiện dưỡng hộ ngâm nước và bọc kín ở nhiệt độ 350C.

của VHSC so với bê tông thường Nghiên cứu này khẳng định khi sử dụng 15%SF sau 7 ngày có thể chế tạo được VHSC Việc sử dụng SF góp phần cải thiện bề mặt vùng chuyển tiếp (ITZ) Sau 28 ngày các hạt cát thạch anh và các hạt clanhke không thủy hóa liên kết với nhau bởi thành phần chủ yếu là C-S-H Dưới điều kiện thời tiết

ngâm trong nước và tiếp xúc với khí Nitơ trong vòng 2 tháng, chiều dày lớp bị ăn mòn của VHSC là 300 µm thấp hơn rất nhiều so với bê tông thường là 800 µm trong cùng một điều kiện Tại vùng tiếp giáp giữa lõi bê tông và phần bị phong hóa vẫn tồn tại các hạt clanhke chưa thủy hóa Nghiên cứu của tác giả khẳng định độ rỗng thấp của VHSC không chỉ có lợi cho cường độ nén mà còn có lợi cho độ bền của bê tông.

Tác giả Hamoush [56] đã nghiên cứu về độ bền của VHSC Kết quả nghiên cứu cho thấy VHSC không bị ảnh hưởng đáng kể theo kích thước, mặt cắt, hệ số Poát xông khi chu kỳ đóng và tan băng tăng lên Sự suy giảm khối lượng của VHSC là rất ít khi tăng chu kỳ đóng băng/tan băng Kết quả thí nghiệm chỉ ra rằng VHSC có độ bền lâu rất tốt (độ bền >85%) Việc sử dụng SF làm giảm kích thước lỗ rỗng mao quản và tăng độ bền của VHSC.

Nghiên cứu của Kim [70] đánh giá khả năng chống cháy của VHSC và HSC đối với kết cấu cột Kết quả nghiên cứu cho thấy VHSC có khả năng chống cháy là 180 phút Khả năng chống cháy của VHSC khi bổ sung cốt thép dự ứng lực gấp 4 lần so với cốt thép thông thường.

- Tính chất co ngót của bê tông: Nghiên cứu của Yoo [136] so sánh đánh giá co nội

sinh của bê tông HSC, VHSC và UHPC sử dụng FA và GGBFS với tỷ lệ N/CKD< 0,3 Kết quả nghiên cứu khẳng định ở tuổi sớm ngày co nội sinh tăng khi giảm tỷ lệ N/CKD, đặc biệt khi tỷ lệ N/CKD< 0,2 độ co nội sinh từ 7 đến 60 ngày tăng khoảng 67÷89,5% Điều này chứng tỏ rằng co ngót ở tuổi sớm ngày tăng lên khi giảm tỷ lệ N/CKD xuống thấp Việc bổ sung FA, xỉ lò cao làm giảm co nội sinh và mức độ giảm co thấp hơn khi N/CKD giảm Ở tỷ lệ N/CKD =0,12 sự giảm co của FA là rất nhỏ Điều này cho thấy ở tỷ lệ N/CKD rất thấp (N/CKD=0,12) thì FA không có hiệu quả trong việc giảm co nội sinh.

Như vậy có thể thấy tổng thể các nghiên cứu về VHSC trên thế giới chỉ tập trung vào khả năng chế tạo loại bê tông này từ các PGK hoạt tính như SF, FA, GGBFS để đạt cường độ >100 MPa.Tuy nhiên xét về góc độ đóng góp của các PGK này trong việc cải tạo và nâng cao cường độ của BT cũng như hiệu quả tương hỗ của tổ hợp PGK thì lại ít được đề cập đến Đây là vấn đề cần được đặt ra nghiên cứu và làm rõ trong luận án này.

1.2.2 Tình hình ứng dụng VHSC

Hiện nay VHSC hoàn toàn có thể đáp ứng được trong các lĩnh vực như: nhà siêu cao tầng [28, 58, 110], cầu đi bộ và cầu nhịp lớn [22, 58], các công trình biển, mặt tràn đập thủy điện, các công trình an ninh quốc phòng và nhà máy điện hạt nhân.- Dùng trong xây dựng nhà cao tầng và siêu cao tầng: Với ưu điểm là cường độ nén cao, khả năng chịu lực lớn, VHSC đã được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng các công trình nhà cao tầng, siêu cao tầng (trên 40 tầng, chiều cao >100 m) từ giữa thế kỷ 20 đến nay Bê tông được sử dụng trong các công trình thực tế có cường độ từ 100÷130 MPa sử dụng chủ yếu là các kết cấu chịu lực của cột chính trong các tòa nhà [28, 58, 110] Điển hình là các công trình như: tòa nhà Bắc Kinh 2 - Trung Quốc (1959), tòa nhà LaLaurentienne ở Canada (1986); tòa nhà Ocean Pacific, Hoa Kỳ (1988); tòa nhà văn phòng BFS ở Frankfurt, Đức (1993); quảng trường ở Hồng Kông (1994); tòa nhà cao tầng (43 tầng, cao 145m) phía bắc của Ubasute, Nhật Bản (1997) Ứng dụng của VHSC trong lĩnh vực nhà siêu cao tầng được trình bày trong Hình 1.8, Bảng 1.3

Tòa nhà thuế và tài chính Bắc

Kinh-Trung Quốc (127 MPa)Frankfurt Traianon, Đức (125 MPa)

Tòa tháp Odakyu, Tokyo- Nhật Bản

(135 MPa)

Hình 1.8 Một số công trình nhà siêu cao tầng sử dụng VHSC

Tòa nhà văn phòng BFS ở - Làm cột và tường tầng 113

Tòa nhà trung tâm Ocean

1988 Làm cột bê tông cốt thép 130

Tòa nhà quảng trường tại

Seattle, WA tại Hoa Kỳ chính gồm 4 cột lớn với MPa

được xây dựng với 58 đường kính 3m và 14 cột tầng, cao 230,17m nhỏ với đường kính 1,36

cao 145m) phía bắc của

Ubasute, Nhật Bản

VHSC được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực nhà siêu cao tầng do có khả năng chịu lực lớn, giảm được tiết diện kết cấu và tăng chiều dài nhịp [89] Đặc biệt khi có thêm cốt sợi VHSC còn được sử dụng xây dựng tòa nhà có khả năng chống cháy và động đất [114] Ngoài ra, theo nghiên cứu của Owen Martin [89] việc sử dụng VHSC vào trong

lĩnh vực nhà siêu cao tầng có thể cải thiện được các chiều cao của các tòa nhà -Xâydựng cầu đi bộ và cầu nhịp lớn: Một trong những ứng dụng quan trọng của VHSC là

trong lĩnh vực xây dựng cầu VHSC hoàn toàn có thể đáp ứng được các yêu cầu như HSC/HPC chủ yếu lĩnh vực cầu đi bộ và cầu nhịp lớn điển hình đó là: Năm 1992 cầu đi bộ Montjuic được xây dựng tại Barcelona, Tây Ban Nha, bê tông sử dụng có cường độ nén 100 MPa cho phép thu hẹp tiết diện của cầu Năm 1993 tại Nhật Bản cầu đi bộ Takenaka cũng sử dụng bê tông với cường độ nén 100 MPa trong các kết cấu để giảm chiều cao của cầu [58], cầu Joigny bridge (1991), cường độ ở tuổi 28 ngày đạt 78 MPa, sau 1 năm đạt 102 MPa [17], cầu Gartnerplatz ở Đức chiều dài 132m cường độ bê tông đạt 165 MPa ở tuổi 28 ngày Việc sử dụng bê tông cường rất độ cao vào trong xây dựng cầu ở Mỹ vào những năm 1990 [22] cường độ nén bê tông đạt 101 MPa cho các dầm bê tông dự ứng lực của cầu vượt San Angelo.

-Dùng cho lớp mặt đường: Do có cường độ cao, khả năng chịu mài mòn tốt nên loại bê

tông này được sử dụng làm lớp mặt tại nhiều mặt đường cao tốc Điển hình ở các nước Bắc Âu, Na Uy và Nhật Bản sử dụng VHSC với mục đích tăng khả năng chống mài mòn của mặt đường, cường độ bê tông sử dụng đạt 135 MPa và có khả năng chống mài mòn gấp 4 lần so với bê tông có cường độ 55 MPa [32] Năm 1989 một

lớp bê tông cốt sợi thép dày 80 mm được phủ lên mặt cầu Ranasfoss, Na Uy với mục

đích nâng cao sức đề kháng của mặt đường, cường độ bê tông đạt 110 MPa [58].

-Dùng cho các công trình đặc biệt: Trong các công trình biển, dàn khoan dầu khí, ụ

nổi đã ứng dụng bê tông có cường độ cao từ những năm 1970 ở Na Uy cường độ bê

tông lên tới 70 MPa điển hình là Gullfaks platform sử dụng bê tông có cường độ nén

79 MPa, Oseberg platform cường độ nén 82,7 MPa ở tuổi 28 ngày và đạt 83,9 MPa

ở tuổi 90 ngày [17] Năm 1991, để sửa chữa các kết cấu trong các công trình tại một nhà máy ở Israel, chịu sự ăn mòn của Biển Chết, bê tông có cường độ nén 110 MPa

đã được sử dụng Năm 1990, tại Thụy Điển các cột bê tông được sản xuất bằng phương pháp quay ly tâm sử dụng bê tông cường độ 100 MPa với tỷ lệ N/CKD= 0,28, cũng tại nơi đây đã chế tạo dầm bê tông đúc sẵn có cường độ 143 MPa [58]

1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ RẤTCAO Ở VIỆT NAM

Ở Việt Nam vấn đề nghiên cứu về VHSC còn rất mới hiện nay chủ yếu tập trung vào

hai hướng chính đó là: bê tông HSC và bê tông UHPC.

-Bê tông cường độ cao : Hiện nay bê tông cường độ cao được chế tạo từ vật liệu

thông dụng ở Việt Nam bao gồm: xi măng, cát, đá dăm, PGSD và các loại PGK đa

dạng như SF, GGBFS, RHA, FA, zeolite… Quá trình nghiên cứu tập trung chủ yếu vào dải cường độ bê tông từ 50-80 MPa [1, 10, 12]

-Bê tông cường độ siêu cao: Các đề tài chủ yếu nghiên cứu về bê tông UHPC có

cường độ nén > 150 MPa, bê tông sử dụng vật liệu bao gồm xi măng, cát thạch anh và đa dạng các loại PGK hoạt tính, FA, RHA, GGBFS, SF Các nghiên cứu tâp trung vào các tính chất của bê tông như cường độ, biến dạng co ngót, độ bền lâu với môi trường [3, 4-6, 8, 9, 11].

-Bê tông cường độ rất cao: Hệ bê tông này chỉ có một số nghiên cứu của tác giả ở

Trường Đại học Xây dựng [13] Nghiên cứu tập trung vào đơn PGK SF, chưa nghiên cứu kết hợp SF với PGK khác như FA hoặc GGBFS, chưa tập trung vào vai trò của SF trong hiệu quả nâng cao cường độ của bê tông Nghiên cứu của tác giả ở Trường Đại học Giao thông vận tải [6] đánh giá làm việc bê tông cường độ 120 MPa trên hệ kết cấu dạng dầm Tuy nhiên, hệ bê tông này sử dụng vật liệu giống với bê tông

UHPC, không sử dụng đá dăm Tác giả tập trung chủ yếu đánh giá sự làm việc của bê tông trên kết cấu Nghiên cứu của nhóm tác giả ở Viện Vật liệu xây dựng [14] đánh giá khả năng chế tạo bê tông HSC, trong nghiên cứu sử dụng xi măng PC60 có thể chế tạo được bê tông có cường độ 100 MPa Tuy nhiên đây chỉ là nghiên cứu ban đầu về VHSC tác giả chỉ tập trung vào khả năng chế tạo được loại bê tông này chưa đánh giá vai trò của các loại PGK trong bê tông, chưa nghiên cứu ứng dụng loại bê tông này trên hệ kết cấu.

Như vây, ở Việt Nam thuật ngữ VHSC còn rất mới và chưa có các nghiên cứu hệ thống về hệ bê tông này trên các vật liệu cơ bản cũng như trên hệ kết cấu Vì vậy, việc ứng dụng hệ bê tông này ở nước ta hiện nay vẫn chưa phổ biến Vấn đề ứng dụng bê tông trong các công trình xây dựng ở nước ta mới chỉ dừng lại ở bê tông cường độ cao và hướng đến chủ yếu ở hai hướng chính là nhà siêu cao tầng và cầu nhịp lớn.

1.4 NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN TRONG ĐIỀUKIỆN VIỆT NAM

Như vậy VHSC đã được nghiên cứu và ứng dụng từ rất lâu trên thế giới Tuy nhiên

ở Việt Nam thì loại bê tông này mới bắt đầu được định hướng nghiên cứu Loại bê tông này trên thế giới thường sử dụng xi măng mác cao như ở Trung Quốc sử dụng

xi măng có cường độ 54 MPa và 65,6 MPa [132] Trong khi đó ở nước ta xi măng sử dụng phổ biến nhất là PC40, PC50 vì vậy để chế tạo được bê tông có cường độ nén > 100 MPa thì việc sử dụng phụ gia siêu dẻo kết hợp với PGK hoạt tính cao như SF, RHA là điều kiện bắt buộc Tuy nhiên, xét về hiệu quả sử dụng ổn định thì SF có lợi thế hơn hẳn do có sẵn trên thị trường dưới dạng công nghiệp, mặt khác một số nghiên cứu trong nước khẳng định hoàn toàn có thể sử dụng SF để chế tạo được bê tông có

cường độ siêu cao [4-6, 8, 9, 11] Trong khi đó RHA tồn tại dưới dạng vỏ trấu nông nghiệp, phải thu gom, đốt và nghiền để đạt được độ mịn nhất định… mỗi công đoạn khác nhau như cách đốt, thời gian nghiền, sẽ cho sản phẩm tro trấu khác nhau dẫn đến chất lượng tro không ổn định, tốn chi phí và năng lượng nghiền Vì vậy việc sử dụng SF để chế tạo VHSC trong điều kiện Việt Nam là hợp lý hơn cả.

Mặt khác trong loại bê tông này thường sử dụng một lượng dùng xi măng lớn dẫn đến kém hiệu quả về mặt kinh tế và môi trường theo nghiên cứu của Actin [17] lượng