Nghiên cứu ảnh hưởng đặc tính của cốt liệu đến khả năng kháng nứt bê tông đầm lăn

 117 
Nghiªn cøu ¶nh h­ëng ®Æc tÝnh cña cèt liÖu ®Õn 
kh¶ n¨ng kh¸ng nøt Bª t«ng ®Çm l¨n 
TS. Nguyễn Như Oanh 
Bộ môn Vật liệu xây dựng 
Tóm tắt: Đặc tính của cốt liệu có ảnh hưởng đến khả năng kháng nứt của Bê tông đầm lăn (BTĐL) 
được nghiên cứu lý thuyết cũng như bằng thực nghiệm. Hệ số kháng nứt của BTĐL Φ được đưa ra để 
đánh giá khả năng chống nứt của BTĐL. Hệ số kháng nứt của BTĐL Φ có thể dùng để đánh giá khả 
năng kháng nứt của BTĐL dùng cốt liệu thô có mô đun đàn hồi và cường độ khác nhau. 
Từ khóa: Khả năng kháng nứt; Đặc tính cốt liệu; Bê tông đầm lăn (BTĐL); 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ 
Để nâng cao khả năng kháng nứt của bê tông 
đầm lăn, thông thường phải nâng cao cường độ 
kéo và giá trị kéo dãn cực hạn của bê tông, hạ 
thấp mô đun đàn hồi kéo và giảm biến hình do 
co khô của BTĐL. Trong điều kiện bình thường, 
khi nâng cao cường độ kéo thì cũng làm cho mô 
đun đàn hồi kéo của BTĐL tăng lên. Do đó, Về 
cơ bản muốn nâng cao khả năng kháng nứt của 
BTĐL thì phải: giữ nguyên cường độ kéo (hoặc 
nén) nhất định, nâng cao giá trị kéo dãn cực hạn. 
Độ chặt của cốt liệu và vùng tiếp xúc giữa 
vữa CKD và cốt liệu quyết định giá trị mô đun 
đàn hồi của bê tông. Thông thường, bê tông tạo 
lên do 3 thành phần cơ bản là: vữa chất kết dính, 
cốt liệu và vùng tiếp xúc. Mô đun đàn hồi của 
vữa chất kết dính quyết định bởi độ rỗng của 
vữa, yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến độ rỗng của 
thể vữa CKD là do tỷ lệ N/CKD, hàm lượng 
khí, khoáng vật trong phụ gia khoáng, quá trình 
thủy hóa của xi măng, v,v...Vùng tiếp xúc do lỗ 
rỗng, các vết nứt vi mô, các tinh thể tạo thành 
do thủy hóa CKD tạo lên, Tuy nhiên mô dun 
đàn hồi và độ đặc chắc của cốt liệu cũng ảnh 
hưởng đến khả năng kháng nứt của BTĐL. Cốt 
liệu đặc chắc có mô đun đàn hồi cao, Thông 
thường, BTĐL dùng nhiều cốt liệu thô sẽ có mô 
đun đàn hồi lớn, làm nâng cao mô đundàn hồi 
của bê tông. 
Bài viết này, tác giả đi sâu nghiên cứu ảnh 
hưởng của đặc tính của cốt liệu ảnh hưởng đến 
tính kháng nứt của BTĐL. Từ nghiên cứu phân 
tích lý thuyết đến thực nghiệm dùng công thức 
tính toán hệ số kháng nứt Φ của BTĐL. 
2. PHÂN TÍCH LÝ LUẬN VỀ ẢNH 
HƯỞNG CỦA CỐT LIỆU ĐẾN TÍNH 
KHÁNG NỨT CỦA BTĐL 
Trong BTĐL cốt liệu chiếm tỷ lệ lớn, vào 
khỏang từ 75 – 80% thể tích bê tông, do đó các 
đặc tính của cốt liệu (như mô đun đàn hồi, hình 
dạng bề mặt, kích thước hạt, cấp phối, hệ số 
trương nở nhiệt, v,v...) có ảnh hưởng rất lớn đến 
tính kháng nứt của BTĐL. 
2.1 Hệ số kháng nứt của Bê tông đầm lăn 
Từ trước tới nay, có nhiều phương pháp khác 
nhau để đánh giá tính kháng nứt của bê tông 
đầm lăn, nhưng khả năng kháng nứt của BTĐL 
vẫn chưa có chỉ tiêu nào để đánh giá. Có rất 
nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tính kháng nứt của 
BTĐL. Bài viết này căn cứ vào tính năng biến 
hình và cấu trúc của BTĐL, thông qua phân tích 
lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, đã phân tích 
đánh giá khả năng kháng nứt của BTĐL thông 
qua hệ số kháng nứt Φ, được biểu thị bằng công 
thức sau[1] : 
Φ = 
k
kp
ET
R
.. 

 ( 1 ) 
 Trong đó:  p: Giá trị biến dạng kéo cực hạn 
của BTĐL 
Rk : Cường độ chịu kéo của BTĐL (MPa); 
 118 
α : Hệ số biến dạng nhiệt của BTĐL (1/0C); 
T : Tăng nhiệt của BTĐL (0C); 
Ek: Mô đun đàn hồi kéo của BTĐL (MPa); 
Hệ số kháng nứt trên dùng để đánh giákhả 
năng kháng nứt của BTĐL giàu CKD, với 
lượng dùng phụ gia khoáng cao, bê tông khối 
lớn dùng để xây dựng đập trọng lực. Trong 
công thức trên Φ càng lớn thì tính kháng nứt 
càng tốt. Ở thời kỳ đầu (tuổi sớm) của BTĐL 
cường độ chịu kéo còn rất thấp, do có sự 
chênh nhiệt độ T giữa bên trong BTĐL và 
nhiệt độ môi trường lớn làm cho BTĐL sinh 
ra hiện tượng nứt bề mặt. 
Theo nghiên cứu của Trung Quốc[1] , trong 
điều kiện bảo dưỡng bình thường, hệ số kháng 
nứt Φ của BTĐL thay đổi theo thời gian. Thời 
kỳ từ 7 đến 60 ngày, hệ số kháng nứt giảm khi 
tuổi của BTĐL tăng, nhưng sau 60 ngày tuổi, 
hệ số kháng nứt sẽ tăng theo thời gian, tức là 
tính kháng nứt càng lớn khi tuổi của BTĐL 
càng lớn. 
Ở tuổi 14 ngày thì hệ số kháng nứt Φ của 
BTĐL là nhỏ nhất. Do đó các vết nứt của đập 
BTĐL dễ có thể sinh ra ở tuổi vào khoảng 14 
ngày. 
2.2 Quan hệ giữa mô đun đàn hồi của 
BTĐL và mô đun đàn hồi của cốt liệu 
Bê tông đầm lăn có mô đun đàn hồi Ek càng 
nhỏ, biến dạng kéo cực hạn càng lớn, chênh lệch 
nhiệt độ T càng thấp thì BTĐL thì khả năng 
kháng nứt càng tốt; Mô đun đàn hồi của BTĐL 
có quan hệ với cường độ, cấp phối, tuổi bê tông 
và mô đun đàn hồi của cốt liệu. 
BTĐL có thể xem như bao gồm 2 thể tạo 
thành: thể vật liệu đồng chất là thể vữa CKD và 
thể phân tán là cốt liệu, Nếu gọi mô đun đàn hồi 
của thể bê tông là Ec, mô đun đàn hồi của cốt 
liệu là EG, Mô đun đàn hồi của thể vữa CKD là 
Em , Thể tích của cốt liệu là VG , thể tích của thể 
vữa là Vm. Tính cho 1 đơn vị thể tích bê tông ta 
có: VG+Vm=1, coi BTĐL là loại vật liệu phức 
hợp đàn hồi. Theo thuyết của Counto có thể 
biểu diễn: 
Hình 2.1 ( theo thuyết Counto) 
Theo lý thuyết của Counto, giả thiết rằng bê 
tông được tạo lên bởi thể vữa CKD bao bọc 
xung quanh hạt cốt liệu, Giả sử lấy 1 đơn vị thể 
tích bê tông, cốt liệu bên trong có kích thước là 
d (hình vẽ H.2.1). Qua nghiên cứu Counto thấy 
rằng: Mô đun đàn hồi của bê tông Ec, Mô đun 
đàn hồi của thể vữa CKD là Em , Mô đun đàn 
hồi của cốt liệu là EG và thể tích của cốt liệu VG 
có quan hệ với nhau theo công thức sau: 
 Ec =
GmG
m
G
m
VEE
EV
E
)(
11
3/1
 ( 2 ) 
Từ công thức (2) thấy rằng: khi EG, VG giảm 
nhỏ, thì giá trị mô đun đàn hồi bê tông Ec sẽ 
nhỏ. Do vậy, để mô đun đàn hồi của BTĐL nhỏ, 
ta nên chọn loại cốt liệu có mô đun đàn hồi nhỏ, 
thể tích của cốt liệu (đặc biệt là cốt liệu thô) 
thích hợp, tăng thể tích của vữa chất kết dính 
trong bê tông. 
2.3 Ảnh hưởng bởi các đặc tính khác của 
cốt liệu đến tính kháng nứt của BTĐL 
Nguyên nhân co khô của BTĐL chủ yếu là 
do sự bay hơi nước trong vữa CKD của bê tông 
gây lên. Cốt liệu thô trong BTĐL là bộ xương, 
vì vậy hình dạng bề mặt của cốt liệu thô không 
chỉ làm tăng độ rắn chắc cho bộ xương làm tăng 
mô đun đàn hồi của bê tông, ảnh hưởng đến khả 
năng kháng nứt của bê tông. Để giảm nứt của bê 
 119 
tông nên chọn loại cốt liệu thô có tính rắn chắc 
hợp lý, cấp phối hạt tốt, đường kính hạt lớn nhất 
hợp lý, hàm lượng hạt thoi dẹt nhỏ, lượng ngậm 
tạp chất có hại thấp, không gây phản ứng kiềm 
cốt liệu, v, v... để giảm bớt lượng dùng xi măng, 
giảm nhiệt trong bê tông, giảm co khô, đồng 
thời tăng khả năng kháng nứt của BTĐL. 
3. Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của 
cốt liệu đến tính kháng nứt của BTĐL 
3.1 Vật liệu dùng thí nghiệm: 
 1) Xi măng: Trong thí nghiệm dùng loại xi 
măng Portland PCB.40. Tính chất vật lý và 
thành phần hóa học, khoáng vật của xi măng thể 
hiện ở các bảng sau đây: 
Bảng1. Thành phần hóa học và tính chất vật lý của xi măng 
Ký 
hiệu 
Thành phần hóa học chính (%) 
Khối 
lượng 
riêng 
(g/cm3) 
Cường 
độ chịu 
nén R28 
(MPa) 
SiO2 Fe2O3 CaO MgO SO3 Al2O3 Loss HT 
PCB40 19,30 3,69 59,86 3,07 3,06 6,04 3,48 
3,13 46,2 
Bảng 2. Thành phần khoáng vật của xi măng 
C3S (%) C2S (%) C3A (%) C4AF (%) 
51,34 16,62 9,45 11,22 
2) Phụ gia khoáng: Dùng tro bay để chế tạo bê tông có tính chất vật lý như sau: 
Bảng 2. Tính chất vật lý của phụ gia khoáng 
Tên PGK 
Khối lượng 
riêng (g/cm3) 
Độ mịn 
(Lượng sót 
trên sàng 
0,08mm) (%) 
SO3 (%) 
Loss 
(mất khi 
nung) 
(%) 
Tỷ số cường 
độ 
(90 ngày) 
(%) 
Nước yêu cầu 
(%) 
Tro bay PL 2,30 4,3 0,16 8,0 109,7 103,5 
Bảng 2. Thành phần hóa học của phụ gia khoáng (%) 
SiO2 Fe2O3 CaO Al2O3 MgO SO3 Loss K2O Na2O TiO2 
60,62 6,85 1,96 22,22 1,16 0,16 2,74 2,46 0,50 1,18 
3) Cốt liệu dùng cho bê tông: 
a) Cốt liệu nhỏ: Dùng cát vàng Sông Lô, sạch, cấp phối đạt yêu cầu; Các tính chất vật lí của cát 
thể hiện ở bảng 3 dưới đây: 
Bảng 3. Tính chất vật lý của cốt liệu nhỏ ( cát) 
Khối lượng riêng 
(g/cm3) 
Khối lượng 
đơn vị (g/cm3) 
Độ ẩm (%) Mô đun độ lớn 
2,67 1,65 2,4 2,90 
b) Cốt liệu lớn (Đá dăm) 
 120 
Thí nghiệm dùng 2 loại đá dăm khác nhau: 
Một loại nghiền từ đá vôi, một loại nghiền từ đá 
Granit đặc chắc, có thành phần hạt tốt, Dmax của 
2 loại đá dùng như nhau là 40mm; Thí nghiệm xác 
định độ rắn chắc khô, ẩm và mô đun đàn hồi của 2 
loại đá thể hiện ở bảng 4 dưới đây: 
Bảng 4. Tính chất vật lý của cốt liệu lớn ( Đá dăm) 
Loại đá dăm 
Khối lượng 
riêng (g/cm3) 
Khối lượng 
đơn vị (g/cm3) 
Cường độ nén 
dập khô 
(MPa) 
Cường độ nén 
dập ẩm (MPa) 
Mô đun đàn 
hồi (GPa) 
Đá dăm chế 
từ đá vôi 
2,75 1,67 131 87 40,5 
Đá dăm chế 
từ đá Granít 
2,80 1,70 150 140 70 
3.2 Thí nghiệm một số đặc tính của BTĐL 
Để thí nghiệm một số tính năng của BTĐL, 
tiến hành trộn bê tông với cùng tỷ lệ vật liệu 
như nhau, với 2 loại đá dăm khác nhau. 
Bảng 5. Cấp phối của bê tông đầm lăn dùng để thí nghiệm 
Ký hiệu 
Trộn thêm 
MgO (%) 
Lượng dùng vật liệu cho 1 m3 BTĐL (kg) 
Nước Xi măng Tro bay Cát Đá 
SP 4 
100 108 72 832 1358 
Ghi chú:1) BTĐL cấp phối 2, tỷ lệ phối trộn: Đá trung bình : Đá nhỏ = 40: 60 (%); Dmax = 40mm 
 2) Dùng 0,7% Phụ gia hóa Plasment 96, Độ công tác VC = 7 -10s 
Trộn bê tông, đúc mẫu, bảo dưỡng trong điều 
kiện tiêu chuẩn (PTN), đến 28 và 90 ngày tuổi. 
Tiến hành thí nghiệm xác định được một số tính 
năng cơ học của BTĐL như bảng dưới đây: 
Bảng 6. Kết quả thí nghiệm BTĐL dùng 2 loại đá dăm khác nhau 
Cường độ chịu cắt 
(MPa) 
Cường độ chịu nén mẫu 
lập phương (MPa) 
Cường độ chịu 
nén mẫu trụ 
(MPa) 
Ký hiệu 
mẫu 
Loại đá 
dăm 
28 ngày 90 ngày 28 ngày 90 ngày 28 ngày 
SP1 
Dăm 
đá vôi 
1,00 1,55 13,2 16,8 8,1 
SP2 Dăm Granit 0,91 1,47 14,0 17,5 8,7 
Bảng 7. Kết quả thí nghiệm BTĐL dùng 2 loại đá dăm khác nhau (tiếp) 
Mô đun đàn 
hồi nén (GPa) 
Cường độ chịu 
kéo (MPa) 
Mô đun đàn 
hồi kéo (GPa) 
Giá trị kéo 
dãn cực hạn 
(x10-6) 
Tính toán hệ 
số kháng nứt 
Φ (x10-4) 
Ký hiệu mẫu 
28 ngày 28 ngày 28 ngày 28 ngày 28 ngày 
SP1 9,598 0,75 9,983 121 0,65 
SP2 13,330 0,76 12,378 95 0,41 
 121 
3.3 Nhận xét: 
Từ bảng 6, 7 kết quả thí nghiệm cho thấy: Với 
cấp phối bê tông đầm lăn như nhau, chọn 2 loại đá 
dăm có tính năng vật lý và cơ học khác nhau, tính 
năng cơ học của BTĐL sẽ khác nhau; Thấy rằng 
với bê tông SP2 đá dăm granit so với bê tông SP1 
đá dăm từ đá vôi, thì cường độ chịu nén mẫu bê 
tông SP2 tăng không đáng kể (kể cả ở tuổi 28 ngày 
hoặc 90 ngày), nhưng cường độ chịu cắt thì giảm 
đáng kể. Mô đun đàn hồi nén và kéo của bê tông 
SP2 đều lớn hơn đáng kể so với bê tông SP1 (lớn 
hơn từ 39 – 24%), giá trị kéo dãn cực hạn của bê 
tông SP1 lớn hơn SP2 là 21%. 
Từ kết quả ở bảng 7, lấy hệ số biến dạng 
nhiệt của BTĐL α = 7x10-6/oC, sự tăng đoạn 
nhiệt ở 28 ngày tuổi của BTĐL T =20oC, dùng 
công thức (1) ở trên ta tính được hệ số kháng 
nứt Φ của 2 loại bê tông như cột cuối của bảng 
7; Hệ số Φ của SP1 là: 0,65x10-4 lớn hơn Φ của 
SP2 là: 0,41x10-4. 
 Điều đó cho thấy BTĐL dùng đá dăm có độ 
rắn chắc và mô đun đàn hồi lớn có khả năng 
kháng nứt kém hơn. 
4. KẾT LUẬN 
Hiện nay, xây dựng đập BTĐL khối lớn trên 
Thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng đều 
có hiện tượng sinh các vết nứt trên bề mặt hoặc 
trong khối đổ bê tông, điều đó làm ảnh hưởng 
đến chất lượng BTĐL và dễ sinh ra hiện tượng 
thấm qua bê tông, giảm độ bền công trình. Tính 
kháng nứt của BTĐL bị ảnh hưởng bởi nhiều 
yếu tố như: cấp phối, nhiệt độ, thi công, v,v.... 
Bài viết này bằng phân tích lý thuyết và thực 
nghiệm các tác giả đã chỉ ra rằng cốt liệu (đặc 
biệt là cốt liệu lớn) có ảnh hưởng đáng kể đến 
tính kháng nứt của BTĐL. 
Để biểu thị khả năng kháng nứt của BTĐL có 
thể dùng hệ số Φ (công thức (1)) để tính toán sơ 
bộ và đánh giá khả năng kháng nứt của BTĐL. 
Từ đó trong thiết kế cấp phối BTĐL lựa chọn 
cốt liệu hợp lý vừa đảm bảo cường độ vừa ngăn 
ngừa và hạn chế nứt nẻ trong BTĐL. 
Tài liệu tham khảo: 
[1] 方坤河著，碾压混凝土材料、结构与性能．武汉大学出版社．2004.2 ．武汉； 
[2]刘数华，方坤河，曾力，孙永波．混凝土抗裂性能评价指标综述．公路（交通类核心
期刊）．2004.4：104～106； 
[3]刘数华，曾力，吴定燕．碾压混凝土抗裂性能研究．哈尔滨工业大学学报（核心期刊
、EI核心）．2005.10（待发）； 
[4]曾力，刘数华，吴定燕．提高碾压混凝土抗裂性能的试验研究．水力发电学报（核心
期刊，EI收录）．第二十三卷第五期2004.5：32～35； 
[5] Nguyen Nhu Oanh, Liu Shuhua, Fang KunheInfluence of Mineral Admixtures on Crack Resistance 
of Roller Compacted ConcreteKey Engineering Materials (Indexed by SCI, EI and ISTP); 2006. 
Abstract 
A STUDY OF AGGREGATE CHARACTERISTICS AFFECTING THE ANTI-CRACKING 
CAPABILITY OF ROLLER COMPACTED CONCRETE (RCC) 
Dr. Nguyen Nhu Oanh 
Building Materials Deparment 
The aggregate characteristic’s affecting anti-cracking capability of Roler Compacted Concrete (RCC) 
are studied in theory and experiment. An anti-cracking parameter Φ is introduced to indicate the anti-
cracking capability of RCC. The parameter Φ can then be used as a guide line to evaluate the anti-cracking 
capability of RCC mixed with aggregates of different modulus of elasticity and strengh. 
Key words: anti-cracking capability; aggregate characteristics; Roller Compacted Concrete (RCC).