Lựa chọn vật liệu để thiết kế cấp phối bê tông tự lèn

KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 44 (3/2014) 43 
LỰA CHỌN VẬT LIỆU ĐỂ THIẾT KẾ CẤP PHỐI BÊ TÔNG TỰ LÈN 
Nguyễn Quang Phú1 
Tóm tắt: Bài báo giới thiệu việc lựa chọn vật liệu để thiết kế một số cấp phối bê tông tự lèn có 
cường độ từ M30-M60 áp dụng cho xây dựng các công trình Thủy lợi. 
Từ khóa: Bê tông tự lèn; Tro bay; Muội silic; Phụ gia. 
I. Mở đầu1 
Bê tông tự lèn (BTTL) là loại vật liệu khi 
chưa đông cứng có tính linh động rất cao, có thể 
tự điền đầy vào các khuôn hình có hình dạng 
phức tạp, khe hẹp và cốt thép dày đặc. Khi đông 
cứng BTTL có nhiều tính chất tốt và ổn định 
như: Độ đồng đều và đặc chắc cao, cường độ 
cao, bê tông chống thấm tốt, v.v... 
Để cho hỗn hợp BTTL có độ tự chảy cao và 
khả năng tự điền đầy khuôn mẫu, không bị phân 
tầng, tách nước thì tỷ lệ giữa các vật liệu thành 
phần phải hợp lý. Về cơ bản BTTL có thành 
phần không khác nhiều so với bê tông truyền 
thống, khác biệt là trong BTTL có hàm lượng 
chất bột mịn lớn so với bê tông truyền thống, 
chất lượng cốt liệu đòi hỏi cao hơn, trong hỗn 
hợn bê tông phải sử dụng phụ gia giảm nước 
bậc cao và phụ gia điều chỉnh độ linh động. 
Hiện nay, các ngành xây dựng dân dụng, 
công nghiệp, thuỷ lợi, cầu đường ... được mở 
rộng cùng với sự thiết kế đa dạng, phong phú 
trong đó có nhiều dạng kết cấu mà ở đó việc 
đầm bê tông rất khó thực hiện, mặt khác nhiều 
hạng mục công trình cần sức chịu tải rất cao, kết 
cấu phức tạp, đặc biệt là với những công trình 
có mật độ cốt thép lớn, cũng như các yêu cầu 
ngày càng cao về chất lượng của hỗn hợp bê 
tông và bê tông để phù hợp với các đặc thù của 
công trình. Nếu sử dụng bê tông thông thường 
thì khả năng tự đầm chặt bằng trọng lượng bản 
thân của các hạng mục công trình đó không thể 
đảm nhận được, chính vì vậy cần phải có giải 
pháp để nâng cao chất lượng của bê tông, hay 
nói cách khác là các hạng mục đó cần được sử 
dụng BTTL. Việc sử dụng loại bê tông với đặc 
tính tự lèn chặt trong các trường hợp này 
1 Đại học Thủy lợi 
cho hiệu quả cao cả về kinh tế và kỹ thuật. 
Ở nước ta, việc xây dựng những kết cấu 
mỏng dầy cốt thép như cống dưới đê, xi phông 
dẫn nước, cửa van bê tông cốt thép mỏng, đập 
xà lan di động, đập vòm, đập trụ chống ...cũng 
đòi hỏi các mác bê tông cao từ 30÷40MPa hoặc 
lớn hơn, ngoài ra còn đòi hỏi tính chống thấm 
tốt, tính bền cao. Việc sử dụng vật liệu tại chỗ 
để sản xuất BTTL phục vụ cho xây dựng Thủy 
lợi để nâng cao chất lượng các công trình là rất 
cần thiết. 
II. Các yêu cầu của hỗn hợp BTTL 
- Độ linh động của hỗn hợp BTTL thể hiện 
thông qua đường kính chảy của hỗn hợp (thử 
bằng phương pháp rút côn): Thời gian đạt được 
đường kính D50cm sau 3÷6 giây và Dmax = 65÷75 
cm; 
- Khả năng tự lèn của hỗn hợp BTTL khi 
chảy qua khe thanh cốt thép (thử bằng Lbox): 
0,8
H
H
1
2 ; 
- Đảm bảo thời gian duy trì độ linh động 
theo thời gian đủ để thi công (vận chuyển, bơm 
hỗn hợp vào khối đổ  ); 
- Mác bê tông ở tuổi thiết kế (theo cường độ 
nén yêu cầu); 
- Mác chống thấm và các yêu cầu về độ bền 
v.v; 
III. Trình tự thiết kế thành phần bê tông 
tự lèn 
Bước 1: Xác định hàm lượng cốt liệu lớn 
Thể tích tuyệt đối của đá dùng cho bê tông tự 
lèn: Vđ = 0,28  0,35 m3/m3 bê tông 
Đ = Vđ . đbh 
Trong đó: 
Đ: khối lượng đá trong 1 m3 bê tông, kg. 
Vđ: thể tích đá trong 1 m3 bê tông, m3 
 đ
bh: khối lượng thể tích (bão hòa nước) của 
đá, kg/m3. 
 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 44 (3/2014) 44 
Bước 2: Hàm lượng nước: N = 155  175 
kg/m3. 
Bước 3: Tỷ lệ N/B = 28%  35% theo khối 
lượng. 
Bước 4: Hàm lượng bột B (Xi măng + Tro 
bay). 
B
N
NB 
Trong đó: 
B: khối lượng bột trong 1 m3 bê tông, kg. 
Khối lượng bột trong 1 m3 bê tông thường: 
0,16  0,19 m3/m3 bê tông: thường trong khoảng 
(400  600) kg/m3. 
N/B: tỷ lệ nước/bột theo khối lượng. 
Bước 5: Tỷ lệ N/X, xác định như bê tông 
thường, dùng công thức Bôlômay. 
Rbt28 = A.Rx28.(X/N-0,5), suy ra N/X 
Trong đó: Rbt28: cường độ nén của bê tông 
thiết kế ở ngày tuổi 28, 
Rx28: cường độ nén của xi măng ở ngày tuổi 28, 
A: hệ số tra bảng, 
Bước 6: Hàm lượng xi măng 
X
N
NX 
Trong đó: 
X: khối lượng xi măng trong 1 m3 bê tông, kg. 
N/X: tỷ lệ nước/xi măng. 
Bước 7: Hàm lượng tro bay: T = B – X. 
Trong đó: 
T: khối lượng tro bay trong 1 m3 bê tông, kg. 
B: khối lượng bột trong 1 m3 bê tông, kg. 
X: khối lượng xi măng trong 1m3 bê tông, kg. 
Bước 8: Hàm lượng cát: 
C= bhc
đTx
ANĐTX 
.1000 
Trong đó: 
X, T, C, Đ, N, A: khối lượng xi măng, tro 
bay (phụ gia mịn), cát, đá, nước và thể tích khí 
trong 1 m3 bê tông, kg. 
 x, M, đ: khối lượng riêng của xi măng, tro 
bay và đá, kg/m3. 
 c
bh: khối lượng thể tích (bão hòa nước) của 
cát, kg/m3. 
Điều chỉnh thành phần bê tông theo yêu cầu 
dựa trên các nguyên tắc sau: Điều chỉnh lượng 
nước; Lựa chọn loại phụ gia siêu dẻo phù hợp 
với vật liệu và điều chỉnh hàm lượng của phụ 
gia siêu dẻo; Điều chỉnh hàm lượng phụ gia 
mịn; Điều chỉnh tỷ lệ cát hoặc cốt liệu lớn. 
IV. Vật liệu thí nghiệm 
4.1 Xi măng 
Trong thí nghiệm đã sử dụng loại xi măng 
PC40 Kim Đỉnh để nghiên cứu. Các chỉ tiêu cơ 
lý của xi măng được thể hiện ở bảng 1. 
Bảng 1. Kết quả thí nghiệm xi măng 
Xi măng PC40 
Kim Đỉnh STT Chỉ tiêu thí nghiệm Phương pháp thử Đơn vị 
M1 M2 M3 
1 Khối lượng riêng TCVN : 4030-2003 g/cm3 3,10 3,11 3,11 
2 Độ mịn (Lượng sót trên sàng 0,09) TCVN : 4030-2003 % 3,8 4,1 3,9 
3 Lượng nước tiêu chuẩn TCVN : 6017-1995 % 27,5 28,0 28,25 
Thời gian bắt đầu đông kết TCVN : 6017-1995 ph 135 140 135 
3 
Thời gian kết thúc đông kết TCVN : 6017-1995 ph 210 215 215 
4 Độ ổn định thể tích TCVN : 6017-1995 mm 2,1 2,3 2,5 
Giới hạn bền nén tuổi 3 ngày TCVN : 6016-1995 N/mm2 32,0 32,6 32,5 
5 
Giới hạn bền nén tuổi 28 ngày TCVN : 6016-1995 N/mm2 49,3 49,6 48,9 
6 Nhiệt thủy hóa TCVN 6070-2005 Cal/g 81,55 82,14 82,28 
Nhận xét: Xi măng Kim Đỉnh PC40 đạt tiêu chuẩn theo TCVN 2628-1999 và đạt tiêu chuẩn 
dùng cho bê tông thủy công theo 14TCN 66-2002 “Xi măng dùng cho bê tông thủy công - Yêu cầu 
kỹ thuật”. 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 44 (3/2014) 45 
4.2. Phụ gia khoáng hoạt tính 
Phụ gia khoáng hoạt tính là thành phần 
không thể thiếu trong BTTL, nó vừa có tác dụng 
lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt cát, thay thế một 
phần xi măng, đồng thời nó còn có nhiệm vụ 
như một phụ gia lấp đầy làm tăng thêm độ linh 
động của hỗn hợp BTTL. Trong thành phần của 
phụ gia khoáng hoạt tính có ôxít silíc hoạt tính 
sẽ tác dụng với canxi hydroxit tạo ra các sản 
phẩm hyđrôsilicatcanxi làm tăng cường độ và 
độ bền của bê tông. Sự có mặt của phụ gia 
khoáng hoạt tính có tác dụng giảm lượng nhiệt 
thuỷ hoá trong BTTL. 
Trong thí nghiệm đã sử dụng phụ gia tro bay 
Formusa, tính chất của tro bay đã được kiểm 
nghiệm theo TCVN 6016:1995; TCVN 
6017:1995; TCVN 4030:1985; 14TCN 105-
1999. Kết quả như trong bảng 2 
Bảng 2. Kết quả thí nghiệm tro bay Formusa - Tây Đô 
Kết quả thí nghiệm STT Chỉ tiêu thí nghiệm Phương pháp thử Đơn vị M1 M2 M3 
1 Độ ẩm 14 TCN 108:1999 % 0.54 0.42 0.36 
2 Lượng nước yêu cầu 14 TCN 108:1999 % 29.75 30.0 29.5 
Thời gian bắt đầu đông kết 14 TCN 108:1999 Phút 203 201 202 3 Thời gian kết thúc đông kết 14 TCN 108:1999 Phút 260 258 260 
Chỉ số hoạt tính tuổi 7 ngày so với 
mẫu đối chứng 14 TCN 108:1999 % 89.2 87.8 89.4 4 Chỉ số hoạt tính tuổi 28 ngày so với 
mẫu đối chứng 14 TCN 108:1999 % 90.1 89.3 90.6 
5 Khối lượng thể tích xốp Kg/m3 940 965 945 
6 Tỷ trọng TCVN 4030: 2003 g/cm3 2.21 2.36 2.18 
7 Độ mịn (lượng sót trên sàng 0.08) TCVN 4030: 2003 % 2.1 2.3 2.4 
8 Hàm lượng mất khi nung TCVN 7131:2002 % 2,18 2,14 2,13 
9 Hàm lượng SiO2 TCVN 7131:2002 % 50,78 50,94 50,88 
10 Hàm lượng Fe2O3 TCVN 7131:2002 % 10,38 10,22 10,30 
11 Hàm lượng Al2O3 TCVN 7131:2002 % 32,18 32,50 31,54 
12 Hàm lượng SO3 TCVN 7131:2002 % 0,16 0,12 0,14 
Nhận xét: Phụ gia khoáng hoạt tính (Tro bay Formusa) có các chỉ tiêu thí nghiệm đạt tiêu chuẩn 
yêu cầu. 
4.3.Cốt liệu 
Đối với BTTL, cốt liệu có vai trò hết sức 
quan trọng, nó ảnh hưởng tới các tính chất cơ 
lý của hỗn hợp bê tông khi trộn, vận chuyển 
và tự lèn chặt, cũng như chất lượng bê tông 
sau khi rắn chắc. Tỷ lệ giữa các loại cốt liệu 
ảnh hưởng trực tiếp tới tính chất của BTTL, vì 
vậy trong quá trình thiết kế cần tìm được tỉ lệ 
hợp lý nhất giữa các hạt cốt liệu sao cho hỗn 
hợp BTTL có các tính chất đạt yêu cầu như 
mong muốn mà lượng dùng chất kết dính ít 
nhất. 
4.2.1. Cốt liệu mịn (cát): 
Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của cát 
thí nghiệm như ở bảng 3; thành phần hạt như 
trong bảng 4. 
Bảng 3. Các tính chất cơ lý của cát 
Kết quả thí nghiệm 
STT Chỉ tiêu thí nghiệm 
M1 M2 M3 
1 Khối lượng riêng, g/cm3 2,63 2,62 2,63 
2 Khối lượng thể tích xốp, g/cm3 1,41 1,43 1,42 
3 Độ hổng, % 50,2 49,2 49,8 
4 Lượng bùn, bụi, sét, % 0,98 1,03 0,96 
5 Mô đun độ lớn 2,65 2,67 2,63 
6 Tạp chất hữu cơ Đạt Đạt Đạt 
 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 44 (3/2014) 46 
Bảng 4. Thành phần hạt của cát 
Lượng sót tích lũy trên từng sàng, % 
STT 
Kích thước lỗ sàng 
(mm) M1 M2 M3 
1 5 0,0 0,0 0,0 
2 2.5 6,3 5,6 4,5 
3 1.25 16,3 15,1 16,2 
4 0.63 54,7 56,5 53,3 
5 0.315 88,7 90,4 89,6 
6 0.14 99,1 99,2 99,0 
Nhận xét: Cát có các chỉ tiêu cơ lý đạt yêu cầu dùng cho bê tông thủy công theo 14TCN 68-2002 và 
TCVN 7570 : 2006. 
4.2.2. Cốt liệu thô (đá dăm): 
Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của đá dăm như ở bảng 5; thành phần hạt như trong bảng 6. 
Bảng 5. Các chỉ tiêu tính chất cơ lý của đá dăm 
Kết quả thí nghiệm 
STT Chỉ tiêu thí nghiệm 
M1 M2 M3 
1 Khối lượng riêng, g/cm3 2,71 2,72 2,72 
2 Khối lượng thể tích, g/cm3 2,68 2,70 2,69 
3 Khối lượng thể tích xốp, g/cm3 1,35 1,36 1,38 
4 Khối lượng thể tích lèn chặt, g/cm3 1,53 1,55 1,53 
5 Hàm lượng bùn bụi bẩn, % 0,63 0,87 0,81 
6 Hàm lượng thoi dẹt, % 25,0 19,2 21,8 
7 Hàm lượng hạt mềm yếu, % 1,0 0,86 1,1 
8 Độ hút nước, % 0,45 0,43 0,41 
Bảng 6. Thành phần hạt của đá dăm 
Lượng sót tích lũy đá 5-20mm, % 
STT 
Kích thước lỗ sàng 
(mm) M1 M2 M3 
1 70 - - - 
2 40 0,0 0,0 0,0 
3 20 8,4 7,8 9,1 
4 10 72,2 73,1 70,5 
5 5 97,5 98,8 96,3 
Nhận xét: Đá dăm 5-20mm có các tính chất cơ lý đạt tiêu chuẩn dùng cho bê tông thủy công 
theo 14TCN 70-2002 và TCVN 7570:2006. 
4.4. Phụ gia giảm nước 
Sử dụng phụ gia giảm nước (siêu dẻo) có tác 
dụng tăng tính công tác của hỗn hợp BTTL, 
giảm lượng dùng nước và tăng độ đặc của bê 
tông. Trong thí nghiệm sử dụng phụ gia siêu dẻo 
loại Viscocrete 3000-10 của hãng Sika. Phụ gia 
có màu nâu nhạt, dạng lỏng, gốc 
Polycarboxylat. 
V. Kết quả thiết kế thành phần cấp phối BTTL 
Trong báo cáo đã thiết kế cấp phối BTTL cho 
các mác M30, M40, M50, M60. Sau khi lựa 
chọn vật liệu để thiết kế cấp phối cho các mác 
bê tông khác nhau, tiến hành thí nghiệm các chỉ 
tiêu cơ lý của bê tông đạt yêu cầu đề ra. Kết quả 
thành phần vật liệu cho các mác BTTL được thể 
hiện trong bảng 7 dưới đây. 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 44 (3/2014) 47 
Bảng 7. Thành phần vật liệu BTTL cho các mác thiết kế 
Vật liệu dùng cho 1m3 bê tông Mác bê 
tông Tro bay Xi măng Cát Đá Nước Viscocrete 3000-10 
MPa (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) ( lít ) 
30 213 287 848 770 175 6,0 
40 210 340 880 704 170 6.6 
50 207 393 893 660 165 7.2 
60 206 444 906 616 160 8.0 
VI. Kết luận 
Để thiết kế một cấp phối bê tông tự lèn 
(BTTL) đạt được các yêu cầu kỹ thuật đặt ra 
cho một công trình thực tế, cần phải tuân thủ 
theo các trình tự cần thiết như sau: 
+ Xác định yêu cầu về các chỉ tiêu kỹ thuật 
mà hỗn hợp BTTL và sản phẩm BTTL cần đạt 
được theo thiết kế; 
+ Thiết kế cấp phối BTTL trong phòng thí 
nghiệm, điều chỉnh cấp phối sao cho đạt được 
các yêu cầu về kỹ thuật đã đặt ra; 
+ Thí nghiệm điều chỉnh cấp phối BTTL tại 
hiện trường: Muốn cho hỗn hợp BTTL đạt được 
các chỉ tiêu cơ lý yêu cầu, cần phải thí nghiệm 
lại tại công trường (vật liệu và thiết bị trộn tại 
hiện trường xây dựng) để hiệu chỉnh lại cấp 
phối, đảm bảo đạt được các yêu cầu đặt ra, nhất 
là độ linh động và thời gian duy trì độ linh động 
trong quá trình thi công. 
Ngoài ra, để thiết kế cấp phối bê tông tự 
lèn cho từng công trình cụ thể, việc lựa chọn 
các loại vật liệu chế tạo bê tông một cách hợp 
lý, đạt các chỉ tiêu kỹ thuật theo tiêu chuẩn 
hiện hành là rất cần thiết. Việc tính toán sơ bộ 
như trên và chế tạo thử nghiệm trong phòng 
thí nghiệm theo điều kiện tiêu chuẩn, bắt buộc 
phải thí nghiệm lại tại từng công trình với 
điều kiện khí hậu, vật liệu cụ thể để điều 
chỉnh cấp phối cho phù hợp. 
Bê tông tự lèn là loại bê tông sử dụng phụ gia 
siêu dẻo thế hệ mới, do vậy rất dễ bị ảnh hưởng 
của điều kiện môi trường, điều kiện vật liệu, 
nhất là độ ẩm của cát và đá. Do đó, với mỗi ca 
trộn đầu tiên trong ngày thi công cần phải thí 
nghiệm để kiểm tra lại độ ẩm của cốt liệu, độ 
linh động của hỗn hợp bê tông và cần được lấy 
mẫu thí nghiệm cường độ nén cho từng hạng 
mục công trình tại các vị trí quan trọng. 
Tài liệu tham khảo: 
1. Bui Khanh Van and Michael Khrapko. Development and Applications of Self-Compacting 
Concrete in New Zealand. Proceeding of The Second International Symposium on Self-Compacting 
Concrete, October, 2001, Tokyo, Japan (697-706). 
2. Hoàng Phó Uyên, Nguyễn Quang Phú, Lê Văn Đồng và nnc. Hội thảo một số kết quả nghiên 
cứu ứng dụng bê tông tự lèn trong xây dựng Thủy lợi, 6/2012. 
3. Hoàng Phó Uyên. Một số kết quả nghiên cứu ứng dụng bê tông tự đầm trong xây dựng Thủy 
lợi, Tạp chí NN&PTNT 1/2004 (81-83) 
4. K.H. Kayat and R. Morin. Performance of Self-Consolidating Concrete Use to Repair Parapet 
Wall in Montreal. Proceeding of First North American Conferece on the Design and Use of Self-
Consolidating Concrete, November 2002, United State of America, (419-424). 
5. Kamal Henri Khayat and Pierre Claude Aitcin. Use of Self-Consolidating Concrete in 
Canada Present Situation and Perspectives. Proceeding of International Workshop on Self-
Compacting Concrete, August 1998, Kochi, Japan (11-22). 
6. M. Vachon and J. Daczko. U.S. Regulatory Work on SCC. Proceeding of First North 
American Conferece on the Design and Use of Self-Consolidating Concrete, November 2002, 
United State of America, (377-380). 
 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 44 (3/2014) 48 
7. Nguyen Nhu Quy, Nguyen Tan Quy and Stroeven P. Investigation into Effects of Fine Fillers 
on The Properties of High-Fluidity Mortar. Proceeding of ICCMC/IBST 2001. International 
Conference on Advanced Technologies in Design, Contruction and Maintenance of Concrete 
Structures, Mach 2001, Hanoi, Vietnam, (588 - 593). 
8. Nguyễn Như Quý, Nguyễn Tấn Quý. Thí nghiệm vữa siêu dẻo và bê tông cường độ cao, độ 
sụt lớn với sự có mặt của tro bay qua tuyển Phả lại. 
9. Nguyễn Như Quý. Nghiên cứu chế tạo bê tông tự lèn sử dụng vật liệu sẵn có trong điều kiện 
Việt nam. Báo cáo tổng kết đề tài cấp Bộ - Trường Đại học xây dựng Hà nội. 
10.Nguyễn Tuấn Hiển, Đỗ Hữu Trí, Kết quả bước đầu nghiên cứu bê tông tự đầm phục vụ xây 
dựng công trình giao thông. Tạp chí khoa học Viện Khoa học và Công nghệ GTVT, 2003. 
11.Nguyễn Văn Chánh, Phan Xuân Hoàng, Nguyễn Ninh Thụy. Bê tông tự lèn. Tạp chí phát 
triển Khoa học công nghệ ĐH Quốc gia thành phố HCM, Vol 3, Tháng 5/6/ 2000 (72-79). 
12.Paul Ramsburg, John Bareno, Ondrej Masek. Durability of SCC in Precast Application. 
13.Self-Compacting Congcrete Technology, Fresh Concrete: Measuring and Assessment. Sika 
Company. 
14.Tim Avery. Self-Compacting Concrete powerful tool for Complicated pours. Concrete 
monthly,  
15.Wolfgang Brameshuber and Stephan Uebachs. Practical Experience with the Application of 
Self-Compacting Concrete in Germany. Proceeding of The Second International Symposium on 
Self-Compacting Concrete, October, 2001, Tokyo, Japan (687-696). 
Abstract: 
THE SELECTION OF MATERIALS TO DESIGN 
THE SELF COMPACTED CONCRETE 
This paper presents the selection of materials to design some ratios of Self Compacted Concrete 
(SCC) with strength from M30 to M60 (MPa) applying for the Hydraulic construction works. 
Keywords: Self Compacted Concrete; Fly Ash; Silica Fume; Admixture. 
Người phản biện: PGS.TS. Hoàng Phó Uyên BBT nhận bài: 18/12/2013 
Phản biện xong: 7/3/2014