Luận án Nghiên cứu chế tạo bê tông cốt sợi chất lượng siêu cao hàm lượng tro bay lớn sử dụng cho kết cấu công trình ở Việt Nam

ời gian cũng được phân tích đánh giá. 
52 
- Nghiên cứu và đề xuất mô hình dự báo cường độ bê tông HVFA UHPC theo thời 
gian. 
- Nghiên cứu thực nghiệm ứng xử cơ học của cấu kiện dầm bê tông HVFA UHPC, 
từ đó đề xuất phương pháp tính toán kết cấu phù hợp. 
Trên cơ sở phân tích về nhược điểm của loại bê tông sử dụng hàm lượng FA lớn này, 
mục tiêu đầu tiên đặt ra của luận án là chế tạo được bê tông HVFA UHPC sử dụng các 
vật liệu sẵn có ở Việt Nam bằng cách hướng tới các giải pháp lựa chọn và sử dụng vật 
liệu, cải thiện thủy hóa và phát triển vi cấu trúc, trên cơ sở đó đề xuất phương pháp thiết 
kế bê tông, tập trung vào các điểm chính sau: 
- Sử dụng FA có kích thước mịn hơn 
- Kết hợp với phụ gia khoáng hoạt tính cao SF 
- Tính toán và tối ưu thành phần hạt 
- Sử dụng PGSD để giảm tỷ lệ N/CKD 
- Bảo dưỡng nhiệt ẩm cải thiện vi cấu trúc. 
Để chứng minh các luận điểm khoa học đặt ra, nghiên cứu sinh tiến hành theo các bước 
bao gồm: 
(1) Nghiên cứu và lựa chọn vật liệu sử dụng 
(2) Thiết kế thành phần bê tông trên nguyên tắc tối ưu hóa thành phần hạt và phương 
pháp thể tích tuyệt đối 
(3) Nghiên cứu thực nghiệm các tính chất của bê tông UHPC sử dụng FA với các 
yếu tố ảnh hưởng như hàm lượng FA, kết hợp với SF, tỷ lệ N/CKD, điều kiện 
bảo dưỡng 
(4) Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia khoáng SF và FA, tỷ lệ N/CKD và điều kiện 
dưỡng hộ đến mức độ thủy hóa của xi măng trong HVFA UHPC 
(5) Nghiên cứu xây dựng mô hình dự báo cường độ bê tông HVFA UHPC trên cơ sở 
dữ liệu thực nghiệm 
(6) Chế tạo một số cấu kiện và nghiên cứu ứng xử cơ học của cấu kiện dầm bê tông 
HVFA UHPC. 
53 
CHƯƠNG 3 : VẬT LIỆU SỬ DỤNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 
3.1 VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU 
3.1.1 Cốt liệu (cát quắc) 
Cốt liệu mịn sử dụng trong đề tài là cát quắc có cỡ hạt từ 100-600 µm với các chỉ tiêu 
cơ lý được thể hiện trong Bảng 3.1. 
Bảng 3.1 Tính chất cơ lý của cát sử dụng trong nghiên cứu 
Chỉ tiêu thí nghiệm Đơn vị Kết quả Phương pháp thử 
Khối lượng riêng g/cm3 2,65 TCVN 7572-4:06 
Khối lượng thể tích xốp kg/m3 1460 TCVN 7572-6:06 
Độ rỗng % 44,9 TCVN 7572-6:06 
Hàm lượng bụi bùn, sét % 0 TCVN 7572-8:06 
Độ ẩm bão hòa khô bề mặt % 1,15 TCVN 7572-4:06 
Hàm lượng tạp chất hữu cơ - 
Nhạt hơn 
màu chuẩn 
TCVN 7572-9:06 
3.1.2 Xi măng 
Xi măng được sử dụng trong nghiên cứu là xi măng Nghi Sơn PC50, các tính chất cơ 
lý của xi măng thỏa mãn TCVN 2682-2009 và được thể hiện ở Bảng 3.2 
Bảng 3.2 Tính chất cơ lý của xi măng sử dụng trong nghiên cứu 
Tính chất Đơn vị Kết quả Yêu cầu Phương pháp thử 
Độ nghiền mịn 
- Lượng sót sàng 0,09mm 
- Bề mặt riêng (Blaine) 
% 
cm2/g 
0,60 
4130 
≤ 10 
≥ 2800 
TCVN 4030:2003 
Độ dẻo tiêu chuẩn % 29,5 - TCVN 6017:2015 
Độ ổn định thể tích theo 
phương pháp Le Chatelier 
mm 0,2 ≤ 10 TCVN 6017:2015 
Khối lượng riêng g/cm3 3,15 - TCVN 4030:2003 
Thời gian đông kết 
54 
- Bắt đầu 
- Kết thúc 
Phút 
Phút 
120 
230 
≥ 45 
≤ 375 
TCVN 6017:2015 
Cường độ nén 
- Sau 3 ngày 
- Sau 28 ngày 
MPa 
MPa 
32 
53 
≥ 31,0 
≥ 50,0 
TCVN 6016:2011 
MKN % 0,93 < 3,0 TCVN 141:2008 
Kích thước hạt trung bình µm 10,76 Phân tích Lazer 
3.1.3 Phụ gia khoáng 
a. Silica fume 
Đề tài sử dụng SF dạng hạt rời không nén (condensed/undensified) của hãng Elkem. 
Chỉ số hoạt tính của SF được xác định theo TCVN 8827:2011, các tính chất được thể 
hiện ở Bảng 3.3. 
Bảng 3.3 Tính chất và thành phần hạt của SF sử dụng trong nghiên cứu 
% Cỡ hạt có kích thước hạt < D (µm) 10 25 50 75 90 
Đường kính hạt (µm) 0,132 0,140 0,150 0,160 0,171 
Đường kính trung bình (µm) 0,150 
Khối lượng riêng (g/cm3) 2,20 
Khối lượng thể tích (kg/m3) 250 
Bề mặt riêng (Blaine) (cm2/g) 220.000 
Chỉ số hoạt tính với xi măng (%) 111 
 b. Tro bay 
Đề tài sử dụng FA mịn loại F của nhà máy nhiệt điện Phả lại như trong Bảng 3.4 
Bảng 3.4 Các tính chất của FA sử dụng trong nghiên cứu 
STT Các chỉ tiêu Đơn vị Giá trị Phương pháp thử 
1 Khối lượng riêng g/cm3 2,44 TCVN 4030:2003 
2 Chỉ số hoạt tính với xi măng % 103 TCVN 6882:2001 
3 Đường kính hạt trung bình µm 5,43 Phân tích Lazer 
55 
4 Độ mịn theo lượng sót trên 
sàng 45 µm 
% 1.5 TCVN 8827:2011 
5 MKN % 2,2 TCVN 8262:2009 
c. Thành phần hóa học của xi măng và phụ gia khoáng hoạt tính 
Bảng 3.5 Thành phần hóa của xi măng và phụ gia khoáng hoạt tính 
Vật liệu 
Thành phần hóa học, % 
SiO2 Fe2O3 Al2O3 CaO MgO Na2O K2O SO3 TiO2 MKN 
Xi măng 21,22 4,35 6,31 63,78 0,36 - 2,56 - 0,44 0,93 
SF 92,3 1,91 0,86 0,32 0,85 0,38 1,22 0,3 - 1,68 
FA 49,66 1,75 33,59 2,45 0,19 0,2 8,2 - 1.64 2,2 
+ Thành phần hạt của các vật liệu: theo phương pháp phân tích nhiễu xạ lazer. 
Hình 3.1 Thành phần hạt của các vật liệu nghiên cứu 
3.1.4 Phụ gia siêu dẻo 
Hiệu quả sử dụng PGSD cho bê tông UHPC dựa trên PC (PCE) [131]. 
- Dạng, màu sắc: Dạng lỏng, màu vàng nâu 
- Tỷ trọng: 1,06 ± 0,02 g/cm3 
- Độ pH: 6,0 ± 1,0 
- Hàm lượng chất khô: 30% 
0
20
40
60
80
100
0.01 0.1 1 10 100 1000
Lư
ợ
n
g 
lọ
t 
tí
ch
 lũ
y,
 (
%
)
Cỡ sàng, (mm)
FA 
SF 
XM 
Cát 
56 
3.1.5 Cốt sợi thép 
Sợi thép sử dụng trong đề tài là sợi Dramix OL13/0,20, các tính chất cơ lý của sợi thể 
hiện ở Bảng 3.6 
Bảng 3.6 Các tính chất kỹ thuật của sợi thép sử dụng trong nghiên cứu 
TT Thông số kỹ thuật 
Loại sợi thép 
OL 13/0,20 
1 Hình dạng sợi Sợi thẳng 
2 Tiết diện ngang Tròn 
3 Chiều dài sợi (mm) 13 
4 Đường kính (mm) 0,20 
5 Tỷ lệ hướng sợi (L/D) 65 
6 Lực kéo đứt (MPa) 2600-2750 
Hình 3.2 Sợi thép Dramix OL 13/0,20 sử dụng trong nghiên cứu 
3.1.6 Nước 
Nước sử dụng trong đề tài thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật của tiêu chuẩn Việt Nam 
TCVN 4506:2012 đối với nước trộn vữa và bê tông. 
3.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU 
3.2.1 Các phương pháp nghiên cứu tiêu chuẩn 
Bảng 3.7 Tính chất cơ lý của vật liệu sử dụng trong nghiên cứu 
 Tính chất Phương pháp thử 
Xi măng 
 Phương pháp xác định cường độ nén và uốn TCVN 6016:2011 
 Xác định lượng nước tiêu chuẩn, thời gian đông kết 
và độ ổn định thể tích theo phương pháp Le 
Chatelier. 
TCVN 6017:2015 
 Độ mịn, khối lượng riêng TCVN 4030:2003 
 MKN TCVN 141:2008 
Silica fume 
 Xác định chỉ số hoạt tính TCVN 8827:2011 
57 
Tro bay 
 Xác định thành phần hóa học TCVN 8262:2009 
 Chỉ số hoạt tính với xi măng TCVN 6882 : 2001 
 MKN TCVN 8262:2009 
Cát quắc 
 Phương pháp xác định các chỉ tiêu cơ lý của cốt liệu 
mịn 
TCVN 7572:2006 
Nước 
 Tính chất của nước TCVN 4506 : 2012 
Phụ gia siêu dẻo Theo tiêu chuẩn nhà 
sản xuất Các tính chất của PGSD 
Sợi thép Dramix OL13/0,2 Theo tiêu chuẩn nhà 
sản xuất Các tính chất cơ lý của sợi 
 - Xác định tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông 
 Các tính chất của bê tông HVFA UHPC nghiên cứu bao gồm: tính công tác, 
cường độ nén, mô đun đàn hồi, cường độ kéo gián tiếp, cường độ kéo uốn, trong đó có 
kể đến sự ảnh hưởng của hàm lượng cốt sợi đến các tính chất này. 
Bảng 3.8 Bảng các tính chất thí nghiệm đề xuất đối với hỗn hợp bê tông và bê tông 
TT Thí nghiệm Tiêu chuẩn Hình ảnh 
1 Tính công tác ASTM C1856-
2017 
58 
TT Thí nghiệm Tiêu chuẩn Hình ảnh 
2 Cường độ nén ASTM C109; 
ASTM C39 
3 Mô đun đàn 
hồi 
ASTM C469 
4 Ép chẻ ASTM C496 
59 
TT Thí nghiệm Tiêu chuẩn Hình ảnh 
5 Uốn 4 điểm 
mẫu dầm 
ASTM C1018 
3.2.2 Các phương pháp nghiên cứu phi tiêu chuẩn 
(4) Các phương pháp phân tích hóa lý hiện đại để xác định thành phần khoáng, hóa 
của vật liệu. Thành phần hạt của xi măng, FA, SF được xác định bằng phương pháp 
nhiễu xạ laser. 
- Nghiên cứu đề xuất phương pháp thiết kế cấp phối bê tông HVFA UHPC 
Trong luận án này, hàm lượng FA sử dụng hướng tới trên 50% để nghiên cứu chế tạo 
bê tông UHPC. Về nguyên tắc, phương pháp thiết kế bê tông HVFA UHPC được đề 
xuất trên cơ sở thiết kế tối ưu thành phần hạt, sau đó từ việc lựa chọn tỷ lệ N/CKD và 
áp dụng nguyên tắc thể tích tuyệt đối sẽ xác định được cấp phối nghiên cứu. Trên cơ sở 
đó thử nghiệm và tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng, cũng như hàm lượng FA lớn nhất 
thỏa mãn các tính chất theo yêu cầu của bê tông UHPC, trong đó có xét tới ảnh hưởng 
của điều kiện bảo dưỡng nhiệt đến cường độ của bê tông. 
- Nghiên cứu quá trình thủy hóa bê tông HVFA UHPC 
Quá trình thủy hóa của hệ bê tông HVFA UHPC được đánh giá thông qua hàm lượng 
Ca(OH)2 (CH) của các mẫu cấp phối. Hàm lượng CH được xác định bằng phương pháp 
phân tích nhiệt vi sai trọng lượng (TGA). 
Để nghiên cứu ảnh hưởng của hỗn hợp PGK FA và SF với điều kiện dưỡng hộ và tỷ lệ 
N/CKD khác nhau đến mức độ thủy hóa của đá xi măng và bê tông, luận án tiến hành 
thí nghiệm phân tích nhiệt vi sai trọng lượng (TGA), trên cơ sở thí nghiệm này để xác 
định mức độ thủy hóa qua việc giảm khối lượng và quá trình thủy hóa của đá xi măng ở 
những thời điểm và điều kiện khác nhau thông qua hàm lượng CH có trong đá xi măng. 
Hàm lượng CH trong đá xi măng có thể được xác định bằng phương pháp phân tích 
nhiệt vi sai trọng lượng (TGA - Thermogravimetric Analysis). Hàm lượng CH của các 
mẫu thí nghiệm trong luận án này được xác định bằng phương pháp phân tích nhiệt vi 
60 
sai (TGA) với thiết bị như ở Hình 3.3. Phương pháp TGA được đánh giá là một phương 
pháp chính xác và đã được chấp nhận áp dụng rộng rãi [25]. Ở phương pháp này, mẫu 
trước khi thí nghiệm được chuẩn bị và sấy khô như trong thí nghiệm xác định lượng 
nước liên kết hóa học các mẫu thử sau khi sấy khô và nghiền đến cỡ hạt nhỏ hơn 100μm 
sẽ được nung với tốc độ 10oC/phút đến 1100oC trong môi trường khí argon. Khối lượng 
của mỗi mẫu thử khoảng 10 đến 20 mg. Sự thay đổi về khối lượng của mẫu thử khi nhiệt 
độ nung tăng lên được xác định, và thể hiện thông qua một đường cong. Chẳng hạn một 
đường cong DTG điển hình đối với mẫu đá xi măng có thể thấy ở Hình 3.4. 
Hình 3.3 Thí nghiệm phân tích TGA 
Hình 3.4 Đường cong TG/DTG điển hình đối với mẫu đá xi măng trong nghiên cứu 
TG
DTA
DTG
-0.95 %
-0.84 %
-10.13 %
T e m p e r a t u r e / d e g C
+00
 100.0 200.0 400.0 600.0 800.0 1000.0
W
e
i
g
h
t
/
m
g
+00
 -5.00
 -2.00
 0.00
 2.00
 4.00
 6.00
 8.00
 10.00
 12.00
 14.00
 16.00
 18.00
 20.00
H
e
a
t
F
l
o
w
/
u
V
+00
 -500.0
 -400.0
 -300.0
 -200.0
 -100.0
 0.0
 100.0
D
T
G
/
m
g
/
s
+00
 -0.01
 0.00
 0.01
61 
Thực tế có rất nhiều phương pháp xác định hàm lượng CH từ đường cong mất khi nung 
này [22]. Trong nghiên cứu này, hàm lượng CH dược xác định bằng phương pháp hình 
học, như miêu tả ở [22, 75]. 
Hình 3.5 Phương pháp hình học được sử dụng để xác định hàm lượng CH từ đường 
cong mất khối lượng trong phân tích nhiệt [22, 75] 
Phương pháp này có thể được mô tả ngắn gọn thông qua một ví dụ về việc giảm khối 
lượng đột ngột điển hình trên đường cong TG từ nhiệt độ ban đầu Ti đến nhiệt độ sau 
Tf. Đầu tiên, tiến hành vẽ 02 đường thẳng tiếp tuyến ứng với đường cong ở nhiệt độ ban 
đầu Ti và đường cong ở nhiệt độ sau Tf, sau đó vẽ đường tiếp tuyến ở đường cong thay 
đổi khối lượng đột ngột cắt 02 đường thẳng tiếp tuyến vừa vẽ tương ứng ở Te và To. 
Nhiệt độ T0.5 được xác định là nhiệt độ trung bình tương ứng với 02 điểm Te và To, từ 
đó vẽ đường vuông góc từ điểm T0.5 cắt 02 đường thẳng tiếp tuyến tương ứng ở Ti và 
Tf, và khoảng cách giữa 2 điểm giao này được xác định là hàm lượng CH. Như vậy ở 
phương pháp hình học này sẽ quy đổi việc mất khối lượng tại nhiệt độ T0.5 là do mất 
khối lượng nước của CH. 
Từ đó, hàm lượng CH được xác định theo công thức (3.1) sau: 
mCH(t)= 
|MấtkhốilượngởnhiệtđộT0 5|
mc
MCH
MH2O
 (%) (3-1) 
Trong đó: mc: là khối lượng xi măng trong sử dụng (kg) 
 mCH và mH2O: là khối lượng phân tử của CH và H2O (kg/mol). Mất khối 
lượng từ khoảng nhiệt độ 600-880oC là do quá trình cácbonat hóa của CaCO3. 
- Nghiên cứu mô hình dự báo cường độ bê tông HVFA UHPC theo thời gian 
Phương pháp phi tiêu chuẩn này dựa trên mô hình fib 2010 đối với bê tông thường trong 
điều kiện tiêu chuẩn để xây dựng mô hình dự báo sự phát triển cường độ nén của bê 
tông UHPC với các yếu tố ảnh hưởng khác nhau như hàm lượng FA, tỷ lệ N/CKD, các 
0
100
0 10
M
ấ
t 
k
h
ố
i l
ư
ợ
n
g
 c
ủ
a
 m
ẫ
u
, 
m
g
T0.5 Nhiệt độ, oC
Đường cong TG 
Ti 
Tf 
Te 
To 
M
ất
 k
h
ố
i 
lư
ợ
n
g
Tiếp tuyến ban đầu 
Tiếp tuyến cuối 
62 
điều kiện dưỡng hộ. Thực tế, việc thực hiện được mô hình dự báo này được tiến hành 
trên cơ sở tổng cộng 20 cấp phối bê tông UHPC với tỷ lệ N/CKD khác nhau và hàm 
lượng FA thay thế của xi măng khác nhau. Cường độ nén của bê tông được bảo dưỡng 
ở các điều kiện bảo dưỡng khác nhau: (1) môi trường tiêu chuẩn có nhiệt độ 27 2°C 
và độ ẩm tương đối lớn hơn 95%; và (2) bảo dưỡng nhiệt ẩm (90 ± 5oC) trong 48 giờ 
đầu sau đó là bảo dưỡng tiêu chuẩn. Thời gian bảo dưỡng nhiệt ẩm thích hợp ở tuổi sớm 
để tăng cường cường độ nén trong 28 ngày của bê tông UHPC với hàm lượng FA khối 
lượng lớn được đánh giá bằng 120 mẫu với thời gian dưỡng hộ nhiệt khác nhau từ 1 đến 
7 ngày. Cuối cùng, thiết lập phương trình thực nghiệm để xác định cường độ của bê tông 
UHPC theo thời gian được xây dựng từ phân tích hồi quy phi tuyến tính (NLRA) sử 
dụng dữ liệu thực nghiệm hiện tại để đánh giá sự phát triển cường độ nén của bê tông 
UHPC với HVFA. Từ đó thiết lập hàm xác định cường độ của bê tông UHPC, từng tham 
số ảnh hưởng được khảo sát đã được kết hợp và điều chỉnh nhiều lần bằng phương pháp 
sai phân cho đến khi thu được hệ số tương quan tương đối cao hơn (R2). Thực tế với bộ 
dữ liệu 600 kết quả thí nghiệm, luận án tiến hành nghiên cứu các hệ số điều chỉnh để 
xây dựng mô hình dự báo sự phát triển cường độ cho bê tông HVFA UHPC. 
 - Nghiên cứu ứng xử cơ học của cấu kiện dầm bê tông HVFA UHPFRC 
 Trên cơ sở các tính chất cơ học khảo sát được, đề tài tiến hành chế tạo và nghiên 
cứu ứng xử cơ học của cấu kiện dầm bê tông HVFA UHPFRC để làm cơ sở hướng tới 
ứng dụng thực tế cho các kết cấu công trình. Phương pháp nghiên cứu này được đặt ra 
trên cơ sở nghiên cứu các lý thuyết tính toán kết cấu và đề xuất mô hình thực nghiệm 
đối với cấu kiện dầm cơ bản. Từ đó đánh giá và đề xuất được lý thuyết tính toán kết cấu 
phù hợp, cũng như đề xuất các hệ số điều chỉnh phù hợp liên quan, chẳng hạn có kể sự 
ảnh hưởng của hàm lượng cốt sợi đến tính toán vùng kéo của bê tông UHPC. Từ kết quả 
thí nghiệm thực tế đánh giá được kết quả của mô hình tính lý thuyết và mô hình 
ABAQUS. 
3.3 NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CẤP PHỐI BÊ TÔNG 
HVFA UHPC 
Hiện nay phương pháp thiết kế bê tông UHPC nói chung chưa được thống nhất, và xét 
cho trường hợp riêng bê tông UHPC sử dụng HVFA cũng chưa có nghiên cứu nào đề 
xuất. Khi sử dụng HVFA, bê tông thường và bê tông cường độ cao có những nhược 
điểm đặt ra là sự phát triển chậm cường độ ở tuổi sớm, và cần phải nghiên cứu giải pháp 
cải thiện. Đây là vấn đề khoa học cần phải giải quyết có tính hệ thống, cần phải phân 
tích nhận định các điểm khoa học đối với việc đề xuất phương pháp thiết kế cấp phối bê 
tông HVFA UHPC. 
63 
Tác giả Le T.T [29] đưa ra phương pháp thiết kế trong luận án năm 2008 trên cơ sở 
phương pháp hồ dư (excess paste volume). Dựa trên các vật liệu đầu vào, tác giả lựa 
chọn các tỷ lệ như hàm lượng SF, GBFS, FA, PGSD và tỷ lệ N/CKD. Các cấp phối tính 
toán dựa trên phương pháp thể tích tuyệt đối khi điều chỉnh hàm lượng cát (theo thể tích) 
và thử các tính chất của cấp phối tính toán như tính công tác, cường độ nén, cường độ 
uốn, năng lượng phá hủy cho đến khi đạt theo yêu cầu Hình 3.6. 
Hình 3.6 Thiết kế thành phần UHPC do Le T.T đề xuất [29] 
Tác giả Meng, W. [105] đề xuất hệ thống từ tối ưu vật liệu đầu vào từ hệ hồ CKD trên 
cơ sở các tính chất của hồ về tính công tác, tính lưu biến và cường độ, sau đó lựa chọn 
tỷ lệ N/CKD cho hồ và phối hợp với cát bằng cách thay đổi tỷ lệ CKD/C (theo thể tích), 
rồi tối ưu hàm lượng cốt sợi bằng cách thử và điều chỉnh các tính chất của hỗn hợp bê 
tông (độ chảy) và bê tông (cường độ nén). Sau khi đạt các tính chất theo yêu cầu của bê 
tông thì xét đến chi phí vật liệu Hình 3.7. 
Xi măng
Lựa chọn:
Tỷ lệ SF/CKD
Tỷ lệ GGBS/CKD
Tỷ lệ PFA/CKD
Hàm lượng PGSD
Tỷ lệ N/CKD
Thí nghiệm 
Cường độ nén
Cường độ uốn
Năng lượng phá hủy
Hàm lượng sợi thép
Tính chất của UHPFRC
(Cường độ, tính công tác )
PGSD
SF,GGBS,PFA
Kiểm tra tính 
công tác
Thể tích rỗng
Lượng vữa dư
Cát quắc
Nước
Sợi thép
Hàm lượng cát quắc
Thành phần hỗn hợp UHPFRC
Cấp phối sơ bộ
64 
Hình 3.7 Thiết kế thành phần UHPFRC do Meng, W. đề xuất 
Đối với luận án đặt ra khi sử dụng HVFA với nhược điểm là cường độ tuổi sớm ngày 
thấp, do đó cần xét đến sự phát triển và nâng cao cường độ của bê tông HVFA UHPC ở 
tuổi sớm. Đây là vấn đề khoa học cần phải giải quyết có tính hệ thống, cần phải phân 
tích nhận định các điểm khoa học đối với việc đề xuất phương pháp thiết kế cấp phối bê 
tông HVFA UHPC. 
3.3.1 Phương pháp thiết kế tối ưu thành phần hạt bê tông HVFA UHPC 
Thiết kế thành phần hạt (cấp phối hạt) là việc tìm ra tỷ lệ phối hợp giữa các hỗn hợp cốt 
liệu để đạt được các tính chất theo yêu cầu của hỗn hợp bê tông và bê tông. Trong thực 
tế có nhiều phương pháp khác nhau khi thiết kế thành phần hạt cho bê tông. Đối với bê 
tông UHPC thì có 2 phương pháp phổ biến được áp dụng là phương pháp de Larrard 
[14, 15] và phương pháp Andreasen cải tiến. Trong luận án này sử dụng phương pháp 
de Larrard vì có thể tính toán trực tiếp ra độ lèn chặt của hỗn hợp hạt, đồng thời có kể 
đến sự tương tác của các cấp hạt (hiệu ứng lỏng lẻo và hiệu ứng tường chắn). Bên cạnh 
đó, các nghiên cứu thực nghiệm đã khẳng định việc tính toán thành phần hạt theo mô 
hình của de Larrard được đánh giá là phù hợp cho việc thiết kế thành phần bê tông 
UHPC [31]. 
Hai mô hình tính toán do de Larrard đề xuất năm 1999 để đánh giá độ lèn chặt của 
hỗn hợp hạt là mô hình tuyến tính (The linear packing density) và mô hình lèn chặt dạng 
nén (Compressive Packing Model - CPM) [14, 15]. Trong đó mô hình dạng nén có tính 
đến độ lèn chặt lý thuyết (i) và kể đến tác dụng nén thực tế thông qua hệ số nén (K). 
Rn ≥ 120MPa
( bảo dưỡng tiêu chuẩn) 
Rn ≥ 150MPa
(bảo dưỡng nhiệt ẩm)
1. Tối ưu hóa CKD hệ hồ
Xác định chi phí của UHPC
2. Chọn sơ bộ tỷ lệ N/X hệ hồ
3. Xác định lượng cát trong hỗn hợp
4. Đánh giá tỷ lệ C/CKD của hệ vữa
5. Tối ưu hóa hàm lượng sợi trong UHPC
6. Điều chỉnh N/X hoặc HRWR và đánh giá UHPC
Hỗn hợp cuối cùng Đánh giá các tính chất liên quan của UHPC
Xác định độ rắn chắc của UHPC
Độ chảy nhỏ nhất ≥ 280 10mm
Xác định độ rắn chắc của UHPC
1b. Thu hẹp lựa chọn CKD trên cơ sở tính chất của hỗn hợp vữa tươi 
và đóng rắn 
1c. Lựa chọn cuối cùng thành phần CKD dựa trên các đặc tính lưu 
biến của hỗn hợp vữa
1a. Lựa chọn CKD tiềm năng dựa trên độ chảy của hỗn hợp vữa
Lựa chọn vật liệu thô và đầu vào dự 
kiến của UHPC
Độ chảy nhỏ nhất ≥ 280 10mm
Điều 
chỉnh 
N/X
Điều 
chỉnh 
PGSD
H
R
W
R
 đ
ã 
đ
iề
u
 c
h
ỉn
h
 đ
ể 
đ
ạt
 đ
ộ
ch
ảy
 n
h
ỏ
 n
h
ất
 c
ủ
a 
28
0 
10
m
m
Có
Có
Không
Không
65 
Độ lèn chặt lý thuyết là khả năng lèn chặt lớn nhất khi các hạt lần lượt được thay thế 
từng phần với mục đích là đạt được hỗn hợp có độ rỗng nhỏ nhất hay độ đặc là lớn nhất. 
Trong thực tế luôn có sự thay đổi về độ lèn chặt do các hạt sắp xếp một cách ngẫu nhiên 
trong hỗn hợp đồng thời khoảng trống trong hỗn hợp cũng được điền đầy một cách ngẫu 
nhiên bởi các hạt trong đó. 
Mô hình lèn chặt dạng nén [14, 15] bao gồm quá trình lèn chặt để đạt được độ lèn 
chặt lý thuyết i, được xác định là khối lượng thể tích lèn chặt lớn nhất của các hạt, khi 
các hạt được thay thế từng phần. Công thức tính toán về độ lèn chặt tối ưu với n cấp hạt 
và i cấu tử được thể hiện theo công thức (3-2) như sau: 
i = 
𝛽𝑖
 −∑ [ −𝛽𝑖+ 𝑖𝑗( −
1
𝛽𝑗
)𝑦𝑗−∑ [ −𝑎𝑖𝑗
𝛽𝑖
𝛽𝑗
]𝑦𝑗
𝑛
𝑗=𝑖+1
𝑖−1
𝑗=1
 (3-2) 
Trong đó: 
j là độ lèn chặt riêng biệt của cỡ hạt dưới cỡ sàng i 
yi: lượng sót sàng riêng biệt trên cỡ sàng i. 
 aij và bij: