Giáo trình Bê tông cường độ cao và chất lượng cao (Phần 1)

 0 
GS.TS.Phạm Duy Hữu (Chủ biên) 
PGS.TS. Nguyễn Ngọc Long 
TS. Đào Văn Đông 
THS. Phạm Duy Anh 
Bê tông c−ờng độ cao 
và chất l−ợng cao 
Hà Nội, 2008 
 1 
Mục lục 
Mục lục........ 
Lời nói đầu.. 
Ch−ơng 1 Các khái quát về bê tông c−ờng độ cao và chất l−ợng 
cao.............................................................................. 
1. Về bê tông c−ờng độ cao và bê tông chất l−ợng cao... 
2. Định nghĩa bê tông c−ờng độ cao..... 
3. Phân loại bê tông c−ờng độ cao... 
Ch−ơng 2 Cấu trúc bê tông c−ờng độ cao và chất l−ợng 
cao................................................................... 
1. Mở đầu..... 
2. Nguyên tắc phối hợp và công thức thành phần ........ 
3. Cấu trúc của vữa xi măng ... 
4. Cấu trúc của bê tông c−ờng độ rất cao... 
5. Các kết quả thực nghiệm về cải tiến cấu trúc bê tông ... 
Ch−ơng 3 Các tính chất của bê tông c−ờng độ cao và chất l−ợng 
cao.................................................................................. 
1. Mở đầu...... 
2. C−ờng độ chịu nén bê tông c−ờng độ cao........ 
3. Mô đun đàn hồi tĩnh .... 
4. Mô đun đàn hồi động...... 
5. Hệ số Poisson 
6. C−ờng độ mỏi.. 
7. Khối l−ợng đơn vị... 
8. Các đặc tính về nhiệt.. 
9. Co ngót .. 
10. Từ biến... 
11. Sự dính kết với thép thụ động. 
12. Các tính chất khác. 
13. Mô hình hoá để áp dụng cho ng−ời thiết kế các kết cấu. 
14. Tính công tác.............................. 
15. Bê tông trong giai đoạn mềm............................................................. 
16. Sự tỏa nhiệt khi đông kết.................................................................... 
Ch−ơng 4 Thiết kế thành phần bê tông c−ờng độ cao và chất l−ợng 
cao....................................................................................... 
1. Mở đầu... 
Trang 
1 
3 
4 
4 
5 
7 
9 
9 
9 
10 
16 
16 
18 
18 
18 
26 
29 
29 
30 
29 
30 
30 
34 
41 
42 
42 
45 
47 
48 
49 
49 
 2 
2. Các yêu cầu khi thiết kế bê tông chất l−ợng cao liệu ..... 
3. Lựa chọn vật liệu................................................................................. 
4. Thiết kế hỗn hợp bê tông HPC............. 
5. Kết quả thiết kế.................................................................................. 
6. Kiểm tra chất l−ợng bê tông............................................................... 
7. Thiết kế thành phần bê tông CĐC với thí nghiệm vữa lỏng............... 
Ch−ơng 5 Độ bền của bê tông CĐC và CLC..................... 
1. Mở đầu.... 
2. Tính thấm và tính lọc...................................... 
3. Phản ứng cacbonat hóa........................ 
4. Độ thấm Clo......................................................................................... 
5. Thử nghiệm độ thấm Clo bê tông chất l−ợng cao 60, 80MPa từ vật 
liệu Việt nam (Đại học GTVT)............................................................... 
Ch−ơng 6 Nghiên cứu ứng dụng bê tông c−ờng độ cao và chất 
l−ợng cao.......................................................................... 
1. Một số đặc tính đ−ợc cải tiến của bê tông CĐC và chất l−ợng cao... 
2. Tổng quát ứng dụng bê tông c−ờng độ cao và chất l−ợng cao... 
3. Lợi ích cơ bản của bê tông HPC- tăng khả năng chiu lực và tuổi thọ 
khai thác của kết cấu xây dựng.................................................. 
4. Các thiết kế hiệu quả về mặt chi phí........................................... 
5. Các đặc tính vật liệu....................................... 
6. Các ứng dụng bê tông chất l−ợng cao. 
7. Nghiên cứu lựa chọn mặt cắt ngang hợp lý cầu sử dụng bê tông HPC 
ở Việt Nam............................................................................................. 
Ch−ơng 7 Bê tông cốt sợi c−ờng độ cao................................................ 
1. Lịch sử phát triển.................................................................................. 
2. Đặc điểm chung về cốt sợi.................................................................... 
3. Tỷ lệ hỗn hợp – công thức của composit.............................................. 
4. Công nghệ chế tạo................................................................................. 
5. Các đặc tính cơ học của cốt sợi............................................................. 
6. Đánh giá đặc tính của bê tông đ−ợc tăng cứng bằng thép sợi............... 
7. Bê tông nhiều sợi composits................................................................. 
Tài liệu tham khảo... 
Phụ lục........... 
50 
53 
62 
76 
76 
77 
82 
82 
82 
88 
89 
92 
96 
96 
97 
100 
100 
101 
103 
114 
124 
124 
124 
128 
130 
130 
136 
137 
140 
142 
 3 
Viện khoa học và công nghệ xây dựng giao thông 
Tr−ờng đại học GTVT 
Huuphamduy@gmail.com 
Lời nói đầu 
Trong những năm gần đây bê tông c−ờng độ cao và chất l−ợng cao đe đ−ợc 
sử dụng trong các công trình xây dựng cầu, đ−ờng, nhà và công trình thuỷ có quy 
mô lớn và yêu cầu độ bền khai thác đến 100 năm. 
Cuốn sách này giới thiệu các kết quả nghiên cứu của Việt Nam và thế giới về 
bê tông c−ờng độ cao và chất l−ợng cao. 
Cuốn giáo trình này trình bày về định nghĩa, cấu trúc, c−ờng độ, biến dạng, 
độ bền, ph−ơng pháp thiết kế, khả năng ứng dụng bê tông c−ờng độ cao, bê tông 
chất l−ợng cao và bê tông cốt sợi trong xây dựng. 
Sách đ−ợc dùng làm tài liệu giảng dạy cho sinh viên, học viên cao học, 
nghiên cứu sinh và làm tài liệu tham khảo cho các kỹ s− xây dựng và cán bộ nghiên 
cứu. 
Giáo trình gồm 7 ch−ơng do nhóm tác giả của tr−ờng đại học GTVT biên 
soạn. 
GS.TS. Phạm Duy Hữu - Chủ biên và viết các ch−ơng 1, 2, 4,5. 
PGS.TS. Nguyễn Ngọc Long viết ch−ơng 6 
TS. Đào Văn Đông viết ch−ơng 3. 
ThS. Phạm Duy Anh viết ch−ơng 7. 
Các tác giả xin cảm ơn sự đóng góp ý kiến quý báu của các chuyên gia xây 
dựng và giao thông trong quá trình biên soạn cuốn sách này. Xin đặc biệt cảm ơn 
Tr−ờng cầu đ−ờng Paris và Tr−ờng đại học Tokyo đe cung cấp nhiều cho chúng tôi 
nhiều tài liệu quý báu về bê tông tiên tiến. 
Cuốn sách đ−ợc viết lần đầu rất mong nhận đ−ợc các ý kiến đóng góp của 
ng−ời đọc. 
 Các tác giả 
 4 
Ch−ơng 1 
Các khái quát về bê tông c−ờng độ cao 
và chất l−ợng cao 
Các từ khóa: Bê tông c−ờng độ cao, chất l−ợng cao, cấu trúc, c−ờng độ, độ 
bền, ứng xử cơ học, ứng dụng, phát triển. 
1. Về bê tông c−ờng độ cao và chất l−ợng cao 
Bê tông là một loại vật liệu chủ yếu của thế kỷ 20 đ−ợc chế tạo từ hỗn hợp vật 
liệu đ−ợc lựa chọn hợp lý gồm các thành phần: Cốt liệu lớn (đá dăm hoặc sỏi), cốt 
liệu nhỏ (cát), chất kết dính (ximăng), n−ớc và phụ gia. Cát và đá dăm là thành 
phần vật liệu khoáng, đóng vai trò bộ khung chịu lực. Hỗn hợp xi măng và n−ớc 
(hồ ximăng) là thành phần hoạt tính trong bê tông, nó bao bọc xung quanh cốt liệu, 
lấp đầy lỗ rỗng giữa các cốt liệu và khi hồ xi măng rắn chắc, nó dính kết cốt liệu 
thành một khối đá và đ−ợc gọi là bê tông. Các chất phụ gia rất phong phú và chúng 
làm tính chất của bê tông trở nên đa dạng và đáp ứng đ−ợc các yêu cầu ngày càng 
phát triển của bê tông và kết cấu bê tông. 
Ngày nay bê tông là một trong những loại vật liệu đang đ−ợc sử dụng rất rộng 
rei trong xây dựng, xây dựng cầu, đ−ờng. Tỷ lệ sử dụng bê tông trong xây dựng nhà 
chiếm khoảng 40%, xây dựng cầu đ−ờng khoảng 15% tổng khối l−ợng bê tông. 
Bê tông có c−ờng độ chịu nén cao, mô đun đàn hồi phù hợp với kết cấu bê tông 
cốt thép và bê tông cốt thép dự ứng lực. 
Bê tông bền n−ớc và ổn định với các tác động của môi tr−ờng 
Công nghệ bê tông ổn định ngày càng phát triển. 
Giá thành của bê tông hợp lý do tận dụng đ−ợc các nguyên vật liệu địa ph−ơng, 
vì vậy kết cấu bê tông chiếm 60% các kết cấu xây dựng. 
Nh−ợc điểm cơ bản của bê tông là có c−ờng độ chịu kéo ch−a cao và khối l−ợng 
công trình bê tông cốt thép còn lớn. C−ờng độ chịu nén của bê tông th−ờng chỉ đạt 
tối đa 50 MPa và độ sụt tối đa 7 cm. 
Con đ−ờng phát triển của bê tông là cải tiến hệ thống cấu trúc, thành phần, công 
nghệ bằng cách sử dụng các phụ gia, các chất hỗ trợ công nghệ (bảo d−ỡng, trợ 
bơm...) và các ph−ơng pháp công nghệ mới để tìm ra các bê tông chất l−ợng cao. 
Các bê tông chất l−ợng cao phải đáp ứng các yêu cầu về c−ờng độ, độ bền, tính dễ 
đổ và tính kinh tế. Những tính chất đ−ợc cải tiến làm chất l−ợng hơn hẳn bê tông 
truyền thống (c−ờng độ, biến dạng, dễ đổ...). Những tính chất đặc biệt này tạo ra 
khả năng sáng tạo ra các kết cấu xây dựng và công nghệ xây dựng mới. Tổng quát 
về hệ thống phát triển HPC sẽ bao gồm ba bộ phận là vật liệu mới có tính năng 
mới, công nghệ mới tạo ra kết cấu mới. 
 5 
Bê tông chất l−ợng cao bao gồm 5 loại bê tông nh− sau: 
- Bê tông c−ờng độ cao siêu dẻo: là loại bê tông có thành phần cốt liệu và xi 
măng truyền thống và phụ gia siêu dẻo. Loại bê tông này có tỷ lệ N/X khoảng 0,35- 
0,40, độ sụt đạt đến 15 - 20 cm, giữ đ−ợc ít nhất 60 phút. C−ờng độ đạt đến 70 MPa 
và có c−ờng độ sớm (R7 = 0,85R28). Đây là loại bê tông đ−ợc sử dụng chủ yếu trong 
các kết cấu cầu đ−ờng ở Việt Nam. 
- Bê tông chất l−ợng cao (HPC): có sử dụng N/X gần đến 0,25, phụ gia siêu 
mịn là tro nhẹ hoặc muội silic siêu mịn. Đây là loại bê tông có c−ờng độ chịu nén 
đến 80 hoặc 100 MPa và có các đặc tính vật lý và cơ học đ−ợc cải tiến dẫn đến độ 
bền cao và tuổi thọ khai thác đến 100 năm. 
- Bê tông siêu nhẹ: có c−ờng độ t−ơng tự nh− bê tông th−ờng, khối l−ợng đơn 
vị thấp đến 0,8 g/cm3 
- Bê tông tự đầm: thành phần cốt liệu lớn ít, tăng thêm các chất bột và sử dụng 
phụ gia siêu dẻo đặc biệt. Bê tông có khả năng tự đầm, trong quá trình thi công 
không cần sử dụng các thiết bị đầm. Loại bê tông này cho phép thi công các công 
trình có khối l−ợng rất lớn (20.000 m3 trở lên ) không cần bố trí mối nối, không cần 
đầm. Sử dụng bê tông tự đầm tiết kiệm đ−ợc nhân công, thời gian và không gây ồn. 
- Bê tông cốt sợi: trong thành phần có thêm sợi (kim loại, polyme, các sợi 
khác). Bê tông cốt sợi cải thiện độ dẻo của bê tông, tăng c−ờng khả năng chống nứt 
cho bê tông ở trạng thái mềm và trạng thái chịu lực. 
Bê tông HPC đ−ợc phát triển trên thế giới từ những năm 70. Từ năm 2000 HPC đe 
đ−ợc nghiên cứu tại các tr−ờng đại học và các Viện nghiên cứu ở Việt Nam. 
2. Định nghĩa bê tông c−ờng độ cao và chất l−ợng cao 
2.1. Định nghĩa bê tông chất l−ợng cao 
Bê tông chất l−ợng cao là một thế hệ bê tông mới có thêm các phẩm chất 
đ−ợc cải thiện thể hiện sự tiến bộ trong công nghệ vật liệu và kết cấu xây dựng. Xét 
về c−ờng độ chịu nén thì đó là bê tông c−ờng độ cao.(High Strength concrete), xét 
tổng thể các tính năng thì gọi là bê tông chất l−ợng cao. 
Bê tông chất l−ợng cao đ−ợc gọi tắt theo ng−ời Anh là HPC (High 
Performace concretes), theo ng−ời Pháp là BHP (BET0NS A HAUTE 
PERORMANCES ). Bê tông c−ờng độ cao (High Strength concrete) là loại bê tông 
có c−ờng độ chịu nén tuổi 28 ngày, lớn hơn 60 MPa, với mẫu thử hình trụ có D = 
15 cm , H = 30cm. C−ờng độ chịu nén sau 24 giờ ≥ 35 MPa , c−ờng độ chịu nén ở 
tuổi 28 ngày ≥ 60 MPa. Mẫu thử đ−ợc chế tạo, d−ỡng hộ, thử, theo các tiêu chuẩn 
hiện hành. 
 6 
Thành phần bê tông c−ờng độ cao có thể dùng hoặc không dùng muội silic 
hoặc dùng kết hợp với tro bay. Khi sử dụng muội silic chất l−ợng bê tông đ−ợc 
nâng cao hơn. 
Tiêu chuẩn của Bắc Mỹ qui định bê tông c−ờng độ cao là loại bê tông có 
c−ờng độ chịu nén ở tuổi 28 ngày ≥ 42 MPa. 
Theo CEB.FIP qui định bê tông chất l−ợng cao có c−ờng độ nén sau 28 ngày 
tối thiểu là 60 MPa và có các tính năng vật lý và cơ học cao. 
 Ngày nay trình độ kiến thức về loại bê tông này đe cho phép ứng dụng bê 
tông chất l−ợng cao trong công trình lớn, chủ yếu ở ba lĩnh vực: các ngôi nhà nhiều 
tầng, các công trình biển và các công trình giao thông (cầu, đ−ờng, hầm). Các đặc 
tính cơ học mới của bê tông c−ờng độ cao cho phép ng−ời thiết kế sáng tạo ra loại 
kết cấu mới có chất l−ợng cao hơn. 
2.2. Các nghiên cứu về bê tông c−ờng độ cao và chất l−ợng cao 
 Trong khoảng 15 năm gần đây các sản phẩm bê tông có c−ờng độ ngày càng 
cao hơn, đạt c−ờng độ từ 60 đến 140 MPa. Đặc biệt bê tông c−ờng độ siêu cao 
(Ultra High Strength Concrete) với c−ờng độ lên đến 300MPa (40.000 psi) đe đ−ợc 
chế tạo trong phòng thí nghiệm. 
Bê tông c−ờng độ cao bắt đầu đ−ợc sử dụng vào thập kỷ 70, khi đó một loại bê 
tông có c−ờng độ chịu nén cao hơn hẳn các loại bê tông tr−ớc đó đ−ợc dùng làm 
cột trong một số toà nhà cao tầng tại Mỹ. Các công trình ngoài biển từ bê tông chất 
l−ợng cao đe đ−ợc xây dựng tại Na Uy. Các công trình cầu đ−ờng tại Pháp, Nga, 
Nhật Bản từ bê tông chất l−ợng cao đe đạt đ−ợc các thành công nổi bật. Gần đây bê 
tông chất l−ợng cao đ−ợc sử dụng rộng rei trong xây dựng cầu với nhiều đặc tính 
quan trọng nh−: c−ờng độ cao, độ bền cao..., giúp tạo ra các kết cấu nhịp lớn hơn. 
Hiện nay, bê tông với c−ờng độ 98 đến 112 MPa đe đ−ợc sản xuất công nghiệp và 
đ−ợc sử dụng trong ngành công nghiệp xây dựng ở Mỹ, Nga, Na Uy, Pháp. Các 
n−ớc nh− Anh, Đức, Thuỵ Điển, Italia, Nhật Bản, Trung Quốc và Việt Nam đe bắt 
đầu áp dụng bê tông chất l−ợng cao trong xây dựng nhà, cầu, đ−ờng, thuỷ lợi. 
Trong những năm gần đây, đe có rất nhiều ch−ơng trình tầm cỡ quốc gia nghiên 
cứu các tính chất cơ học của bê tông HPC tại nhiều n−ớc trên thế giới. Trong đó 
những ch−ơng trình nghiên cứu đáng chú ý gồm có: nghiên cứu của Trung tâm 
khoa học kỹ thuật về vật liệu xi măng chất l−ợng cao (ACBM – Mỹ), Ch−ơng trình 
nghiên cứu đ−ờng ôtô (SHRP); Mạng l−ới trung tâm chuyên gia của CANADA với 
Ch−ơng trình về bêtông tính năng cao; Hội đồng Hoàng gia Nauy với ch−ơng trình 
nghiên cứu khoa học và công nghiệp bê tông; Ch−ơng trình quốc gia Thuỵ Điển về 
 7 
HPC; Ch−ơng trình quốc gia Pháp tên là “Những con đ−ờng mới cho bê tông”; và 
Ch−ơng trình bêtông mới của Nhật Bản. 
Các nghiên cứu về bê tông chất l−ợng cao đe khẳng định việc sử dụng bê tông 
chất l−ợng cao cho phép tạo ra các sản phẩm có tính kinh tế hơn, cung cấp khả 
năng giải quyết đ−ợc nhiều vấn đề kỹ thuật hơn hoặc vừa đảm bảo cả hai yếu tố 
trên do khi sử dụng bê tông chất l−ợng cao có các −u điểm sau: 
- Giảm kích th−ớc cấu kiện, kết quả là tăng không gian sử dụng và giảm khối 
l−ợng bê tông sử dụng, kèm theo rút ngắn thời gian thi công; 
- Giảm khối l−ợng bản thân và các tĩnh tải phụ thêm làm giảm đ−ợc kích 
th−ớc móng; 
- Tăng chiều dài nhịp và giảm số l−ợng dầm với cùng yêu cầu chịu tải; 
- Giảm số l−ợng trụ đỡ và móng do tăng chiều dài nhịp; 
- Giảm chiều dày bản, giảm chiều cao dầm; 
Cần tiếp tục nghiên cứu về c−ờng độ chịu kéo, cắt và biến dạng của bê tông 
chất l−ợng cao trong điều kiện khí hậu Việt Nam. 
 3. Phân loại bê tông c−ờng độ cao và chất l−ợng cao 
Có thể phân loại bê tông chất l−ợng cao theo c−ờng độ, thành phần vật liệu chế 
tạo và theo tính dễ đổ. 
3.1. Phân loại theo c−ờng độ nén 
Căn cứ vào c−ờng độ nén ở ngày 28 mẫu hình trụ D =15 cm, H=30 cm có thể 
chịa bê tông thành 4 loại sau: 
Bảng 1: Phân loại bê tông theo c−ờng độ chịu nén 
C−ờng độ nén, MPa Loại bê tông 
15 ữ 25 
30 ữ 50 
60 ữ 80 
100 ữ 150 
Bê tông truyền thống 
Bê tông th−ờng 
Bê tông c−ờng độ cao 
Bê tông c−ờng độ rất cao 
Bê tông truyền thống và bêtông th−ờng đ−ợc áp dụng chủ yếu trong xây dựng 
cầ ...  bị mẫu: 
C−ờng độ chịu nén giới hạn của bê tông đ−ợc xác định dựa trên các mẫu thử và quy 
định thí nghiệm theo tiêu chuẩn AASHTO T141 (ASTM C172) và AASHTO T23 
(ASTM C31). Các mẫu thử hình trụ trong phòng thí nghiệm tuân theo tiêu chuẩn 
AASHTO T126 (ASTM C39). 
Thí nghiệm ép mẫu hình trụ đ−ợc thực hiện theo các yêu cầu kỹ thuật của 
AASHTO T22 (ASTM C39) 
- C−ờng độ chịu nén và chịu uốn 
 75 
 Giá trị c−ờng độ tại hiện tr−ờng là trung bình của 4 kết quả liên tiếp lấy từ thí 
nghiệm c−ờng độ bê tông tuổi 28 ngày, trong đó không có kết quả nào thấp hơn 
c−ờng độ tối thiểu quy định. Trong tr−ờng hợp không phù hợp với yêu cầu này thì 
tất cả các l−ợt trộn đ−ợc đại diện bởi các mẫu này đ−ợc xem nh− không đạt c−ờng 
độ yêu cầu. 
- C−ờng độ đặc tr−ng 
 C−ờng độ đặc tr−ng của loại bê tông đ−ợc xác định ngay sau khi có 30 kết 
quả thí nghiệm đẫu tiên của mỗi loại bê tông. 
C−ờng độ đặc tr−ng đ−ợc tính theo công thức sau: 
 Xo = X - k.S 
Trong đó: Xo – C−ờng độ đặc tr−ng. 
X - Giá trị trung bình hoặc mức trung bình của hàng loạt các kết quả 
k – Hệ số, phụ thuộc vào tỷ lệ % các kết quả đạt đ−ợc d−ới c−ờng độ đặc tr−ng. 
S – Hệ số độ lệch tiêu chuẩn tính theo ph−ơng trình sau: 
( ) 2
1
2
i
1N
XX
S








−
−
= ∑
Xi – Kết quả cá biệt 
N – Số kết quả. 
Bảng 4.13. Các giá trị của hệ số k 
Tỷ lệ % các kết quả đạt d−ới 
giá trị tối thiểu 
Giá trị của 
hệ số k 
0.1 3.09 
0.6 2.50 
1.0 2.33 
2.5 1.96 
5.0 1.64 
Nếu c−ờng độ đặc tr−ng đe đ−ợc xác định thấp hơn c−ờng độ chịu lực tối thiểu 
tại công tr−ờng. Theo TCVN giá trị c−ờng độ t−ơng đ−ơng đ−ợc quy định là cấp 
của bê tông với xác suất 5% đ−ợc ký hiệu là B. 
Trong tr−ờng hợp các kết quả về c−ờng độ chịu nén không đạt các yêu cầu hoặc 
trong tr−ờng hợp có kết quả nghi ngờ, Kỹ s− phải tiến hành kiểm tra c−ờng độ chịu 
nén của mẫu bằng các thí nghiệm nén mẫu đe tiến hành trên các mẫu thí nghiệm 
đ−ợc lấy bằng cách khoan lõi ở những điểm phù hợp do Kỹ s− chỉ định trên kết cấu 
đe thi công. 
 - Bảo quản các mẫu thí nghiệm 
 76 
Chi phí lấy mẫu thí nghiệm và thực hiện các thí nghiệm gồm chi phí đóng kiện, 
chi phí vận chuyển từ công tr−ờng đến phòng thí nghiệm là một phần trong giá dự 
thầu. Nhà thầu phải chịu trách nhiệm phòng tránh các h− hỏng mẫu thí nghiệm 
trong quá trình bốc xếp và vận chuyển. 
- Ghi chép 
Các ghi chép kết quả thí nghiệm phải đ−ợc Kỹ s− l−u giữ nh−ng Nhà thầu có thể 
yêu cầu cho biết kết quả đó vào bất kỳ thời điểm nào. Nhà thầu chịu trách nhiệm 
thực hiện các điều chỉnh cần thiết để tạo ra bê tông đáp ứng tiêu chuẩn kỹ thuật và 
kết quả thí nghiệm phải chứng minh bê tông có thể đáp ứng hoặc không đáp ứng 
các yêu cầu kỹ thuật. 
5. Kết quả thiết kế 
 Việc thiết kế HPC là đáp ứng khi các loại vật liệu đ−ợc tối −u hoá để tạo ra 
một loại bê tông có độ bền mạnh. N−ớc, vật liệu kết dính, cốt liệu và các hợp chất 
hoá học cần đ−ợc định tỉ lệ một cách có hiệu quả để có đ−ợc hỗn hợp với những 
đặc tính mong muốn nhất cho quá trình đổ, hoàn thiện, xử lý, và điều kiện đóng 
rắn. Việc thiết kế không phải là một quyển sách dạy nấu ăn và trong hầu hết các 
tr−ờng hợp cần có mẻ trộn thử để so sánh các đặc tính của bê tông t−ơi và bê tông 
đe đóng rắn. Nh− đe nói đến ở phần đầu, ng−ời thiết kế cần có sự sáng tạo với 
những loại vật liệu mà mình có cùng với việc định tỉ lệ những loại vật liệu này. Một 
khi, hỗn hợp đe đ−ợc thiết kế và chuẩn bị, đảm bảo rằng có đủ vật liệu sẵn có để 
làm thêm các thí nghiệm phụ cho độ bền. Chỉ làm thí nghiệm mà ng−ời thiết kế tin 
t−ởng là bêtông sẽ có thể đáp ứng những chức năng mong muốn của nó. 
6. Kiểm tra chất l−ợng bê tông 
Công tác kiểm tra chất l−ợng bê tông đ−ợc tiến hành trong thời gian xây dựng và 
khi kết thúc quá trình xây dựng 
6.1. Kiểm tra trong quá trình xây dựng 
- Đo độ sụt của bê tông và độ chảy lan của bê tông tr−ớc khi đổ bê tông. Yêu 
cầu độ sụt ≥ 18cm và độ chảy lan ≥ 50cm. 
- Lấy mẫu bê tông theo quy định. 
- Kiểm tra độ đồng nhất của bê tông. 
- Tuỳ theo công nghệ xác định thời gian giữ độ sụt từ 1-10 giờ 
- Đo nhiệt độ bê tông tr−ớc khi đổ. Yêu cầu nhiệt độ của bê tông không lớn 
hơn 200C. 
- Đo nhiệt độ trong lòng khối bê tông. 
- Kiểm tra c−ờng độ bê tông tuổi 3 ngày hoặc 7 ngày theo yêu cầu dự án để 
quyết định điều chỉnh công thức bê tông và quyết định các b−ớc thi công tiếp theo 
 77 
- Kiểm tra c−ờng độ đặc tr−ng của bê tông ở tuổi 3, 7, 14 và 28 ngày sau khi 
có lớn hơn 30 kết quả thí nghiệm để đánh giá độ phân tán và xác định c−ờng độ đặc 
tr−ng. Nếu c−ờng độ đặc tr−ng nhỏ hơn giá trị của c−ờng độ nén tối thiểu mà dự án 
quy định phải điều chỉnh lại thành phần bê tông và công nghệ bê tông. 
C−ờng độ bê tông đạt yêu cầu nếu c−ờng độ đặc tr−ng đe đ−ợc xác định cao hơn 
c−ờng độ chịu nén tối thiểu mà tiêu chuẩn kỹ thuật của dự án qui định. Trong 
tr−ờng hợp không đạt cần điều chỉnh lại thiết kế thành phần bê tông HPC. 
6.2. Kiểm tra khi kết thúc quá trình xây dựng 
Thống kê toàn bộ các kết quả thử nghiệm tại thời điểm thi công và thời điểm 
kết thúc quá trình xây dựng về các đặc tính vật lý và cơ học. Phân tích các kết quả 
và đánh giá theo các quy định hiện hành. 
7. Thiết kế thành phần bê tông CĐC với thí nghiệm vữa lỏng : 
Do bê tông HPC có thêm thành phần phụ gia siêu dẻo, phụ gia khoáng siêu 
mịn và các chất khác nên việc thiết kế phức tạp hơn nhìn từ số l−ợng lớn hơn các 
tham số thực nghiệm. Có tới 4 thành phần phụ có khả năng tham gia vào vật liệu 
(phụ gia siêu dẻo, tác nhân làm chậm, muội silic và các hạt mịn khác nh− tro 
bay). Sự tối −u hoá trực tiếp dẫn đến hàng trăm hỗn hợp bê tông. Ngoài ra, trong 
vữa có các thành phần đặc biệt của bê tông HPC, từ đó xuất hiện ý t−ởng tiến hành 
các thí nghiệm trên vữa lỏng, các thí nghiệm trên bê tông hoàn toàn bình th−ờng để 
kiểm tra các vấn đề trên. Còn về khung cốt liệu không thay đổi bản chất cũng nh− 
tỉ lệ, so với cốt liệu bê tông th−ờng. Do đó, trong ph−ơng pháp này ng−ời ta chọn 
cách giữ nguyên và lấy thành phần cốt liệu đe đ−ợc sử dụng có độ tin cậy cao tr−ớc 
đây. 
- Khi l−ợng MS tăng từ 8 – 12 % hàm l−ợng xi măng giảm để hàm l−ợng X + 
MS = const. Tuy nhiên khi đó hàm l−ợng phụ gia siêu dẻo cũng phải tăng lên để độ 
dẻo của vữa là không đổi. Sau đó dùng loại vữa dẻo để trộn với cốt liệu để có bê 
tông có độ công tác không đổi. Trong tr−ờng hợp cần điều chỉnh độ công tác có thể 
tăng l−ợng n−ớc một chút và tăng cả l−ợng X để đảm bảo tỷ lệ N/X . 
Ng−ời ta có thể làm việc trên một thang vữa có cùng độ chảy; những vữa 
chảy này đ−ợc đ−a vào khung cốt liệu, tạo cho bê tông tính công tác tốt. Từ đó xác 
định thành phần và tính chất của một loại vữa cố định phù hợp. 
 Vùng thay đổi có thể của thể tích vữa là rất nhỏ, nếu ta muốn tránh độ phân 
tầng do thiếu hoặc thừa vữa. 
Độ dẻo của vữa lỏng đ−ợc đo bằng thí nghiệm côn Marsch sửa đổi, theo các 
b−ớc đ−ợc mô tả trong phụ lục 1. Sự cần thiết phải thay đổi một vài b−ớc của thí 
nghiệm - đe đ−ợc áp dụng trên vữa lỏng bơm ứng suất tr−ớc - là do vữa bê tông 
 78 
HPC th−ờng nhớt hơn. Trọng l−ợng th−ờng ch−a đủ để chảy hoàn toàn ra khỏi côn, 
bị tắc, do đó nó vẫn chứa vữa lỏng. 
Sau đây là các chi tiết khác nhau của ph−ơng pháp. 
7.1. Chuẩn bị 
Từ mẫu bê tông địa ph−ơng của kết cấu, thiết kế bê tông HPC với độ dẻo và 
c−ờng độ nén yêu cầu (c−ờng độ nén trung bình ngày 28 từ 60 đến 100 MPa). 
Máy móc sử dụng trong phòng thí nghiệm bê tông (cân, máy nhào vữa và bê 
tông, côn Abrams, nhớt kế LCL, máy nén cho các thí nghiệm cơ học trên bê tông). 
Côn Marsch có sửa đổi khác nhau 
Bình từ 100 đến 200 cm3. 
7.2. Thành phần vật liệu 
Dùng cốt liệu địa ph−ơng, hai hoặc ba loại xi măng HPC hoặc P55, một số 
phụ gia siêu dẻo trong số đó, nếu có thể, có naftalen sunfat, nhựa melamin và chất 
làm chậm khi nhà sản xuất phụ gia khuyên dùng. Quan trọng nhất là lựa chọn cặp 
xi măng/ phụ gia siêu dẻo, thực hiện bằng thực nghiệm. 
7.3. Thiết kế bê tông HPC “0” để làm chuẩn 
Từ thành phần của cốt liệu đe lựa chọn: 425 kg xi măng (cho đ−ờng kính lớn 
nhất, D bằng 20 đến 25 mm), 1,5% phụ gia dẻo dạng khô và tìm l−ợng n−ớc để 
nhận đ−ợc một bê tông chảy (độ sụt côn ≈ 20 cm, thời gian của nhớt kế LCL hơn 
10s). Trong giai đoạn này, việc chọn một cặp xi măng/phụ gia siêu dẻo là t−ơng đối 
quan trọng. 
7.4. Vữa chảy chuẩn 
Nhào trộn thành phần t−ơng ứng vữa bê tông HPC “0”, với l−ợng n−ớc nhỏ 
hơn khoảng 10 lít/ 1 m3 dành cho cốt liệu thông th−ờng. Đo thời gian chảy trên côn 
Marsch. 
7.5. Thành phần khoáng của vữa lỏng HPC 
Lựa chọn thành phần khoáng của n vữa lỏng, trong đó cuối cùng ta sẽ chọn 
ra vữa bê tông HPC yêu cầu với các vật liệu thay đổi nh− sau: 
- Loại xi măng có thành phần khoáng vật khác nhau (c−ờng độ nh− nhau, tỉ 
lệ C3A nhỏ nhất th−ờng tốt nhất) 
Tỉ lệ muội silic (th−ờng từ 5 đến 10% khối l−ợng xi măng, tối đa là 20%) 
 79 
- Dự báo một phần hạt mịn (“bụi vôi” hoặc tro bay thì tốt hơn) trong tr−ờng 
hợp ng−ời ta muốn giảm thiểu nhiệt l−ợng toả ra của bê tông HPC. 
7.6. Hàm l−ợng phụ gia siêu dẻo vữa lỏng 
Với mỗi vữa lỏng HPC, tìm một hàm l−ợng n−ớc, với 0,3%*** phụ gia siêu 
dẻo theo khối l−ợng xi măng (khối l−ợng khô), độ công tác đạt chảy, nh−ng 
“chậm” (ví dụ 20s ở côn Marsch). Sau đó, đo sự tăng thời gian chảy theo độ tăng 
hàm l−ợng phụ gia (với tổng l−ợng n−ớc không đổi và chế tạo sẵn với mỗi một lần 
đo vữa lỏng mới, l−ợng phụ gia lớn hơn lần tr−ớc). 
Đ−ờng cong nhận đ−ợc qua một tối thiểu và tăng nhẹ với những hàm l−ợng 
rất lớn phụ gia. L−ợng beo hoà nhỏ nhất để thời gian chảy là nhỏ nhất đ−ợc chọn 
cho các thí nghiệm tiếp theo. 
a. Hàm l−ợng n−ớc trong vữa lỏng HPC 
Với mỗi vữa lỏng HPC khi có mặt của chất phụ gia, xác định l−ợng n−ớc 
thêm vào để nhận đ−ợc thời gian chảy tiêu chuẩn. m vữa lỏng đ−ợc so sánh xem 
chúng có cho phép thực hiện m bê tông HPC với cùng một thể tích vữa và cùng độ 
công tác. 
b. Hàm l−ợng chất làm chậm 
Đo sự biến đổi của thời gian chảy của mỗi vữa lỏng trong thời gian sử dụng 
dự báo của bê tông HPC (ví dụ, 1 hoặc 2h). Nếu thời gian tăng một cách đáng l−u 
ý, làm lại thao tác với sự có mặt của chất làm chậm, khi dùng l−ợng cần thiết để ổn 
định thòi gian chảy trong khoảng thời gian lựa chọn. ở mức độ của nghiên cứu này, 
ta cũng có thể làm t−ơng tự đổ bê tông bằng nhiệt độ cao, khi làm nóng các thành 
phần và bảo quản vữa lỏng trong thiết bị cách nhiệt. Ng−ời ta thấy một xu thế đông 
cứng đáng chú ý hơn (nhất là với nhựa melamin). Ta cũng có thể thiết lập một quan 
hệ thực nghiệm tỉ lệ chất làm chậm/nhiệt độ của bê tông, phục vụ cho việc áp dụng 
thiết kế bê tông HPC trong điều kiện áp suất không khí. Cũng với cách nh− vậy, 
việc đổ bê tông khi nhiệt độ thấp có thể làm t−ơng tự, một vài phụ gia rõ ràng kém 
hiệu quả hơn khi ở 10 thậm chí 200C. 
c. Lựa chọn thành phần vữa lỏng HPC 
Tính thành phần lý thuyết của m bê tông HPC, có cùng một thể tích với vữa 
lỏng với bê tông “0”, vữa này đ−ợc một mặt tạo thành từ n−ớc làm −ớt cốt liệu và 
mặt khác từ vữa lỏng HPC t−ơng ứng. Nhóm xi măng/phụ gia tốt sẽ là nhóm mà 
nhờ đó tỉ lệ N/X là nhỏ nhất. Định luật Feret th−ờng cho phép đánh giá c−ờng độ 
nén và lựa chọn thành phần vữa lỏng nhận đ−ợc. 
 80 
 d. Xác định các tính chất của bê tông HPC nhận đ−ợc 
Các thí nghiệm l−u biến trên bê tông t−ơi và các thí nghiệm cơ học cho phép 
nói rằng nếu ng−ời ta đạt đ−ợc c−ờng độ tìm kiếm. Trong tr−ờng hợp ng−ợc lại, 
quay lại giai đoạn trên. 
Các loại bê tông đ−ợc thiết kế với cùng loại cốt liệu và cùng loại xi măng. 
Ng−ời ta thấy rằng tỉ lệ tối −u hoàn toàn t−ơng tự, điều đó chứng tỏ giá trị của việc 
chọn cách giữ nguyên khung cốt liệu khi v−ợt qua việc thiết kế thành phần bê tông 
địa ph−ơng thông th−ờng với thành phần mới của BT HPC. 
Cách tạo thành BT HPC “0” (giai đoạn 1 của ph−ơng pháp) dẫn đến một loại 
bê tông cuối cùng có thể tích vữa t−ơng đối nhỏ, nh−ng l−ợng lớn không bình 
th−ờng của phụ gia siêu dẻo. 
Cuối cùng, liên quan đến sự mất mát nhanh của tính công tác, ng−ời ta có thể 
nhận đ−ợc, khi thi công theo ph−ơng pháp vữa lỏng, một loại bê tông có xu h−ớng 
đông cứng rất đáng chú ý. Trong một tr−ờng hợp nào đó, có thể sự hấp thụ n−ớc bởi 
cốt liệu đ−ợc viện dẫn để giải thích hiện t−ợng này, đe từng biết đến trong bê tông 
cốt liệu nhẹ. Do đó sự thêm vào của chất làm chậm, hoặc phụ gia chảy sẽ không có 
ảnh h−ởng. Tốt hơn là nếu có thể, làm −ớt cốt liệu tr−ớc khi dùng. 
 e. Ví dụ ứng dụng 
Thiết kế bê tông HPC c−ờng độ nén ở 28 ngày là 90 MPa. BT HPC “0” nhận 
đ−ợc từ một thành phần địa ph−ơng của bê tông th−ờng, chứa cốt liệu đá vôi 
nghiền, cát chảy và xi măng CPA 55, từ thành phần đó thêm phụ gia siêu dẻo họ 
naftalen sunfat. 
Thời gian chảy ở côn Marsch của vữa lỏng tiêu chuẩn là 5s. 3 vữa lỏng HPC 
đ−ợc thiết kế chứa t−ơng ứng 5, 10 và 15 % muội silic theo tỉ lệ khối l−ợng xi 
măng. Tiếp đó xác định hàm l−ợng phụ gia beo hoà - thấy rằng nó tăng lên một 
cách lô gic với l−ợng muội silic – độ cần n−ớc đ−ợc đo để nhận đ−ợc thời gian chảy 
là 5s. ảnh h−ởng của việc lấp đầy muội silic đ−ợc minh họa bằng độ tăng của độ 
cần n−ớc này vào l−ợng hạt mịn (tối −u dao động quanh 20 đến 25%). 
Khôi phục lại tất cả các thành phần của vữa lỏng ở một thể tích tổng là 
257,6l hay thể tích vữa BT HPC “0” nhỏ hơn 10l n−ớc nhào làm −ớt. Khi thêm vào 
khung cốt liệu cùng loại BT HPC “0” này, ta có thành phần lý thuyết của 3 loại bê 
tông chủ yếu, mà trong đó ta đánh giá c−ờng độ từ định luật Feret mở rộng. C−ờng 
độ đặc tr−ng yêu cầu một c−ờng độ trung bình khoảng 100 MPa, do đó ta chọn giai 
đoạn vữa lỏng HPC số 2, hàm l−ợng muội silic 10%. Khi chế tạo loại bê tông này, 
độ dẻo đ−ợc điều chỉnh một chút bằng “chất keo”. Do đó, dẫn đến thêm vào một 
 81 
chút n−ớc trong thành phần cuối cùng. Các thí nghiệm ở ngày 28 đ−a ra c−ờng độ 
dự kiến. 
Trong thí nghiệm này, ng−ời ta đe đạt đến tổng cộng khoảng 5 mẻ bê tông 
25l/1 mẻ, với khoảng 20 vữa lỏng. Chúng đ−ơng nhiên đ−ợc nhân lên nếu ta thay 
đổi bản chất của xi măng và phụ gia chảy. 
Sự tối −u của thành phần BT HPC yêu cầu tiến hành nghiêm chỉnh, với l−ợng 
lớn các tham số. Mô hình lý thuyết và một thành phần nửa thực nghiệm đ−ợc giới 
thiệu, dựa trên các giả thiết sau: 
- C−ờng độ bê tông bị ảnh h−ởng chủ yếu bởi bản chất của vữa kết dính 
- Độ công tác của nó, khi mà cấp phối là cố định, xuất hiện nh− là một sản 
phẩm của hai yếu tố: một phụ thuộc vào nồng độ vữa, hai là điều kiện chảy nội tại 
của loại vữa này. 
Từ những ý t−ởng này, một ph−ơng pháp thiết kế thành phần đ−ợc đề xuất. 
Nó cho phép xác định thành phần của bê tông có c−ờng độ và tính công tác cho 
tr−ớc, sau một số l−ợng khá nhỏ thí nghiệm, tất cả khai thác các tham số quan 
trọng nhất. Các kiểm tra dùng trong ph−ơng pháp đơn giản và cổ điển; nó có thể 
đ−ợc thực hiện trong tất cả các phòng thí nghiệm vật liệu. Ngoài ra, đây là một 
ph−ơng pháp chủ yếu thực nghiệm: không có nghiệm, hay bảng cố định nh− hàm 
l−ợng phụ gia nhận đ−ợc nhờ các tính chất cho tr−ớc. 
Câu hỏi: 
1. Lựa chọn vật liệu chế tạo bê tông HSC và HPC? 
2. Khái niệm về c−ờng độ yêu cầu? 
3. Ph−ơng pháp chung để thiết kế thành phần theo ACI? 
4. Ph−ơng pháp đánh giá chất l−ợng của bê tông HPC?