LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH VẬT LIỆU VÀ CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU XÂY DỰNG nghiên cứu chế tạo bê tông keramzit chịu lực có độ chảy cao

Vì vậy nghiên cứu chế tạo BTCLR chịu lực, trên cơ sở hỗn hợp bê tông có độ chảy cao và có tính năng tự lèn, sẽ khắc phục được những nhược điểm cơ bản nêu trên trong quá trình thi công..

Trường đại học xây dựng

==== * * ====

ThS Nguyễn Duy Hiếu

nghiên cứu chế tạo

bê tông keramzit chịu lực có độ chảy cao

luận án tiến sĩ kỹ thuật

Hà nội - 20 0

Trường đại học xây dựng

==== * * ====

ThS Nguyễn Duy Hiếu

nghiên cứu chế tạo

bê tông keramzit chịu lực có độ chảy cao

Lời nói đầu

Luận án tiến sỹ kỹ thuật: Nghiên cứu chế tạo bê tông keramzit chịu

lực có độ chảy cao, được thực hiện tại Trường Đại học Xây dựng, dưới sự

hướng dẫn khoa học của GS TSKH Phùng Văn Lự và TS Trần Bá Việt

Tác giả xin nói lời cảm ơn sâu sắc đối với GS TSKH Phùng Văn Lự và

TS Trần Bá Việt về sự hướng dẫn tận tình trong quá trình thực hiện luận án Tác giả xin chân chân thành cảm ơn tập thể các thầy cô giáo thuộc Khoa Vật liệu Xây dựng, Khoa Đào tạo Sau đại học, Trường Đại học Xây dựng đã

có nhiều ý kiến đóng góp về chuyên môn và giúp đỡ quý báu trong quá trình thực hiện luận án

Xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ của Phòng thí nghiệm VLXD, Phòng thí nghiệm Công trình thuộc Trung tâm thí nghiệm và kiểm định công trình Xây dựng – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Xin cảm ơn sự hợp tác của Viện chuyên ngành Bê tông, Trung tâm Tư vấn chống ăn mòn và Xây dựng - Viện Khoa học công nghệ Xây dựng, Công ty xi măng Nghi Sơn và nhà phân phối sản phẩm của Aqalon

Xin trân trọng cảm ơn các Nhà khoa học và các đồng nghiệp đã đọc và

đóng góp những ý kiến quý báu về nội dung của luận án

Tác giả xin nói lời biết ơn đến những người thân trong gia đình bởi sự

động viên và chia sẻ khó khăn trong thời gian thực hiện luận án

Tác giả luận án

Lêi cam ®oan

T«i xin cam ®oan ®©y lµ c«ng tr×nh nghiªn cøu cña riªng t«i

C¸c sè liÖu, kÕt qu¶ nªu trong luËn ¸n lµ trung thùc vµ ch−a tõng ®−îc ai c«ng bè trong bÊt kú c«ng tr×nh nµo kh¸c

T¸c gi¶ luËn ¸n

Mục lục

Trang

Chương 1 Tình hình nghiên cứu vμ sử dụng bê tông keramzit

chịu lực có độ chảy cao

5

1.1 Tình hình nghiên cứu và sử dụng BTK chịu lực trên thế giới 51.1.1 Keramzit - cốt liệu rỗng cho bê tông nhẹ chịu lực 5 1.1.2 Tình hình nghiên cứu về BTK chịu lực 61.1.3 Tình hình sử dụng BTK chịu lực trên thế giới 151.2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng BTK ở Việt Nam 16

1.2.2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng BTK 17

2.2 Cơ chế tự chảy và biện pháp tăng độ chảy của HHBT 212.3 Cơ chế phân tầng và biện pháp giảm phân tầng cho HHBTK 272.4 Các biện pháp cải thiện tính chất cơ lý của BTK chịu lực 30

2.5 Cơ chế biến dạng thể tích của BTK trong quá trình rắn chắc 33

2.6 Các phương pháp giảm co ngót cho BTK chịu lực 37 2.6.1 Điều chỉnh thành phần bê tông và chất kết dính 37 2.6.2 Sử dụng phụ gia giảm co và phụ gia bù co 38

2.7 Bảo dưỡng bên trong cho BTK chịu lực có độ chảy cao 41 2.7.1 Cơ sở khoa học của bảo dưỡng bên trong 41 2.7.2 Cơ sở khoa học về trao đổi nước giữa KRZ và đá xi măng 44 2.7.2.1 Cấu trúc rỗng và hiện tượng hút nước của KRZ 44 2.7.2.2 Sự dịch chuyển nước từ bên trong KRZ đến đá xi măng 45 2.7.3 ảnh hưởng của nhiệt độ bảo dưỡng đến biến dạng của BTK 49

3.2.2.1 Xác định độ mất nước của bê tông 57 3.2.2.2 Xác định độ co mềm và co khô của bê tông 58 3.2.2.3 Xác định độ phân tầng của hỗn hợp BTK 59 3.2.2.4 Xác định thời gian chảy qua phễu (V- Funnel Test) 60 3.2.2.5 Xác định khả năng tự lèn của HHBTK bằng dụng cụ hộp L 60 3.2.2.6 Xác định độ các thông số bảo dưỡng ẩm BTK 60

3.4 Sơ đồ khối của quá trình nghiên cứu 63

Chương 4 Nghiên cứu thiết kế thμnh phần bê tông keramzit

chịu lực có độ chảy cao

65

4.2 Thiết kế thành phần BTK chịu lực có độ chảy cao 65 4.2.1 Lựa chọn hàm lượng tro tuyển và mức ngậm cát hợp lý 65 4.2.2 Quy hoạch bậc 2 tâm xoay và ma trận quy hoạch thực nghiệm 67 4.2.3 Thiết lập các phương trình hồi quy thực nghiệm 69 4.2.4 ảnh hưởng của thành phần đến tính công tác của HHBTK 71 4.2.5 ảnh hưởng của thành phần đến khối lượng thể tích của BTK 76 4.2.6 ảnh hưởng của thành phần đến cường độ của BTK 78

4.4 Nghiên cứu sử dụng cốt sợi trong BTK chịu lực có độ chảy cao 84 4.4.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của sợi ARG đến tính chất của BTK 84 4.4.2 Tối ưu hoá hàm lượng và chiều dài của sợi ARG 87

Chương 5 Nghiên cứu công nghệ chế tạo bê tông keramzit chịu lực

có độ chảy cao trong điều kiện khí hậu Việt Nam

90

5.2 Nghiên cứu quá trình hút nước của keramzit 91

5.3 ảnh hưởng của các CĐCN đến tính công tác của HHBTK 91

5.3.2 Độ hút nước ban đầu của keramzit khi áp dụng nội bảo dưỡng 94 5.3.3 Độ chảy và tổn thất độ chảy của hỗn hợp BTK 97

5.3.6 Bình luận về hiệu quả nâng cao tính công tác của HHBT 1015.4 ảnh hưởng của các CĐCN đến biến dạng mềm của BTK 1025.5 ảnh hưởng của các CĐCN đến tính chất cơ lý của BTK 108

5.5.3 Khả năng chống thấm nước và thấm ion Clo của BTK 112 5.6 ảnh hưởng của các CĐCN đến cấu trúc vi mô của BTK 115 5.7 ảnh hưởng của nội bảo dưỡng đến mức độ thuỷ hoá của xi

măng trong BTK

118

5.8 ảnh hưởng của các CĐCN đến lực bám dính giữa BTK và CT 121 5.9 Nghiên cứu bảo dưỡng BTK chịu lực có độ chảy cao trong điều

kiện khí hậu Việt Nam

122

5.10 Nghiên cứu biến dạng cứng của BTK chịu lực có độ chảy cao 134 5.11 Nghiên cứu sự làm việc của tấm sàn BTK dưới tải trọng 127 5.12 Phân tích hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khi sử dụng BTKCL-ĐCC

-Danh môc c¸c ký hiÖu, c¸c ch÷ viÕt t¾t

CÊp phèi bª t«ng sö dông KRZ kh« Kd

CÊp phèi bª t«ng sö dông KRZ −ít Kw

CÊp phèi bª t«ng sö dông KRZ −ít vµ cèt sîi thuû tinh Kwg

CÊp phèi bª t«ng sö dông KRZ ø¬t vµ sîi polypropylen Kwp

CÊp phèi bª t«ng sö dông KRZ kh« vµ cèt sîi thuû tinh Kdg

CÊp phèi bª t«ng sö dông KRZ −ít vµ phô gia nhít Kwv

CÊp phèi BT cèt liÖu nÆng (Normal-weight Aggregate) NA

Co ho¸ häc cña xi m¨ng (Chemical Shringkage) CS

Cường độ nén Rn

Cường độ nén của bê tông 28 ngày bảo dưỡng tiêu chuẩn RTC

Đường kính lớn nhất của cốt liệu Dmax

Đường kính nhỏ nhất của cốt liệu dmin

Độ chảy sụt tự do của HHBT (Slump Flow) D (hoặc SF)

Độ chảy của HHBT qua vòng J-ring Dj (hoặc DJ)

Khối lượng thể tích bão hoà khô bề mặt ossd

Khối lượng thể tích của bê tông ở trạng thái khô bk, dr

Khối lượng thể tích sau tháo khuôn (demoulding density) d

Khối lượng thể tích BT tháo khuôn sau 28 ngày bảo dưỡng v (hoặc vb)

Mật độ thể tích của keramzit trong BTK 

Mức ngậm cát của cốt liệu theo thể tích VC/VCL

Nước N

Danh mục các bảng

Bảng 1.1 Yêu cầu kỹ thuật của CLR dùng trong BTCLR chịu lực

Bảng 1.2.` Thành phần hạt yêu cầu của CLR cho BTCLR chịu lực

Bảng 2.1 Vật liệu và thành phần của BTTL so với bê tông thường

Bảng 2.2 Tính chất vật lý của các khoáng và sản phẩm thuỷ hoá XM Bảng 2.3 Độ co hoá học của các khoáng của xi măng khi hidrat

Bảng 3.1 Tính chất cơ lý của xi măng Nghi Sơn PCB40

Bảng 3.2 Tính chất của tro tuyển Phả Lại

Bảng 3.3 Tính chất cơ lý của sợi thuỷ tinh bền kiềm ARG

Bảng 3.4 Tính chất cơ lý của keramzit Bemes

Bảng 3.5 Tín chấtcơ ý của cátvàng

Bảng 3.6 Danh mục tiêu chuẩn nước ngoài sử dụng trong nghiên cứu Bảng 3.7 Tiêu chuẩn chấp nhận cho BTTL cốt liệu có Dmax≤ 20mm Bảng 3.8 Ma trận quy hoạch thực nghiệm bậc 2 tâm xoay với k = 3 Bảng 3.9 Ma trận quy hoạch thực nghiệm bậc hai tâm xoay với k = 2 Bảng 4.1 Miền giá trị của các biến mã và biến thực

Bảng 4.2 Cấp phối BTK theo kế hoạch thực nghiệm

Bảng 4.3 Kết quả thí nghiệm các tính chất của HHBT và BTK

Bảng 4.4 Thang nguyện vọng theo Harrington

Bảng 4.5 Điều kiện biên cho các hàm mục tiêu

Bảng 4.6 Giá trị yi* và giá trị nguyện vọng qi* để xác định n

Bảng 4.7 Kết quả tính toán tìm hàm nguyện vọng chung Q theo các hàm

nguyện vọng riêng phần qi của các hàm mục tiêu

Bảng 4.8 Giá trị phù hợp của *, m* và hàm mục tiêu theo N/CKD Bảng 4.9 Miền giá trị của các biến mã và biến thực nghiên cứu BTKCS Bảng 4.10 Ma trận thực nghiệm và kết quả thí nghiệm BTKCS

Bảng 4.11 Giá trị biến thực tìm được trên cơ sở tối ưu hoá hàm mục tiêu Bảng 4.12 Kết quả thí nghiệm tính chất của BTK cốt sợi ARG

Bảng 5.1 Các mẫu BTK sử dụng trong nghiên cứu

Bảng 5.2 Cấp phối BTK và bê tông nặng tự lèn

Bảng 5.3 Quy trình trộn áp dụng cho các cấp phối

Bảng 5.4 Các giá trị đo T50; D0 và DJ của HHBT

Bảng 5.5 Kết quả thí nghiệm tính công tác của hỗn hợp BTK

Bảng 5.6 Cường độ (daN/cm2), khối lượng thể tích (kg/m3) của bê tông ở

các tuổi khác nhau

Bảng 5.7 Kết quả thí nghiệm khả năng chống thấm của BTK

Bảng 5.8 Kết quả thí nghiệm thấm ion Clo của các mẫu bê tông

Bảng 5.9 Chỉ số CPS khi phân tích X-Ray các mẫu

Bảng 5.10 Độ bám dính giữa cốt thép và BTK chịu lực có độ chảy cao Bảng 5.11 Sự thay đổi cường độ BTK theo thời gian bảo dưỡng ẩm

Bảng 5.12 Vật liệu bê tông và cốt thép cho tấm sàn

Bảng 5.13 Kết quả tính toán thép và khả năng kháng nứt của tấm sàn

Danh mục các hình vμ đồ thị

Hình 1.1.a Các bọt khí trong vùng ITZ khi sử dụng cốt liệu khô

Hình 1.1.b Vùng ITZ khi sử dụng cốt liệu hút nước trước khi trộn

Hình 1.2 ảnh hưởng của thể tích cốt liệu đến độ co của BT

sử dụng các loại CLR khác nhau (so với độ co của nền vữa) Hình 2.1 Quan hệ giữa ứng suất cắt  và tốc độ biến dạng cắt n

Hình 2.2 Mô hình co ngót của hệ xi măng – nước

Hình 2.3 Cấu trúc (a) và phân bố lỗ rỗng của Kerramzit (b)

Hình 3.1 Mô tả dụng cụ đo co ngót của BTCLR

Hình 4.1 Độ đặc của hỗn hợp tro - cát phụ thuộc tỷ lệ phối trộn

Hình 4.2 Độ đặc của hỗn hợp cốt liệu phụ thuộc mức ngậm cát

Hình 4.3 Đồ thị độ chảy của HHBTK khi x1 = 0

Hình 4.4 Đồ thị độ chảy của HHBTK khi x2 = 0

Hình 4.5 Đồ thị độ chảy của HHBTK khi x3 = 0

Hình 4.12 Đồ thị khối lượng thể tích của BTK khi x1 = 0

Hình 4.13 Đồ thị khối lượng thể tích của BTK khi x2 = 0

Hình 4.14 Đồ thị khối lượng thể tích của BTK khi x3 = 0

Hình 4.15 Đồ thị cường độ nén YR của BT khi x1 = 0

Hình 4.16 Đồ thị cường độ nén YRcủa BT khi x2 = 0

Hình 4.17 Đồ thị cường độ nén YRcủa BT khi x3 = 0

Hình 5.1 Độ hút nước của Keramzit phụ thuộc thời gian ngâm mẫu Hình 5.2 Quan hệ giữa N/CKD và lượng nước cần bù co hoá học Hình 5.3 Độ chảy sụt tự do (Do) và tổn thất độ chảy của HHBT Hình 5.4 Độ chảy và tổn thất độ chảy J-ring (DJ) của HHBT

Hình 5.5 Hình ảnh thí nghiệm độ chảy tự do và độ chảy J-ring Hình 5.6 Độ phân tầng của HHBT

Hình 5.7 BTK có sợi ARG: (a)- cắt dọc mẫu trụ 15x30cm

Hình 5.8 Mức tự lèn (Do - DJ) của HHBT

Hình 5.9 Hệ số tự lèn của HHBT - Thí nghiệm bằng dụng cụ L-boxHình 5.10 Biến thiên nhiệt độ và độ ẩm không khí

Hình 5.11 Mất nước của BTK theo thời gian (mùa lạnh)

Hình 5.12 Biến dạng mềm của BTK - keramzit ướt (mùa lạnh)

Hình 5.13 Biến dạng mềm của BTK - keramzit khô và ướt (mùa lạnh)Hình 5.14 Biến thiên nhiệt độ và độ ẩm không khí ngày hè 20/6/2008 Hình 5.15 Mất nước của BTK trong những giờ đầu (mùa nóng) Hình 5.16 Biến dạng mềm của các mẫu BTK (mùa nóng)

Hình 5.17 Cường độ của BTK với Hp ban đầu khác nhau

Hình 5.18 Sự phát triển cường độ của BTK và BT thường

Hình 5.19 Sự phát triển cường độ của BTK có mặt cốt sợi

Hình 5.20 Sự phát triển cường độ của BTK và BT nặng tự lèn

Hình 5.21 Mô đun đàn hồi của BTKTL so sánh với BT nặng tự lèn

Hình 5.22 Mác chống thấm của BTK và BTTL

Hình 5.23 Độ thấm ion Clo của các mẫu bê tông

Hình 5.24 Hình SEM của các mẫu BTK và BT thường

Hình 5.25 Hệ số thuỷ hoá của CKD theo tuổi mẫu

Hình 5.26 Nhiệt độ và độ ẩm môi trường (từ ngày 16/10/2007)

Hình 5.27 Biến dạng cứng 28 ngày đầu của BTK (từ ngày 16/10/2007)Hình 5.28 Nhiệt độ và độ ẩm môi trường (từ ngày 21/6/2008)

Hình 5.29 Biến dạng cứng của BTK trong 28 ngày đầu (từ ngày 21/6/2008)Hình 5.30 Biến dạng cứng dài ngày của BTK (từ ngày 21/6/2008)

Hình 5.31 Sơ đồ chất tải lên tầm sàn

Hình 5.32 Sơ đồ bố trí các đồng hồ đo biến dạng

Hình 5.33 Quan hệ tải trọng - biến dạng kéo (+) và nén (-)

Hình 5.34 Quan hệ tải trọng - biến dạng vùng chịu kéo (giữa nhịp bản)Hình 5.35 Quan hệ tải trọng - biến dạng vùng nén (giữa nhịp bản)

Hình 5.36 Quan hệ tải trọng - độ võng của tấm sàn (giữa nhịp bản)

Các hình ảnh trong phần Phụ lục:

 Kết quả X-Ray của các mẫu BTK ở tuổi 3, 7 và 28 ngày

 Kết quả phân tích nhiệt vi sai của các mẫu ở các tuổi 3, 7 và 28 ngày

 Biểu đồ thành phần hạt của xi măng PCB40 Nghi Sơn

 Biểu đồ thành phần hạt của tro tuyển Phả Lại

 Kết quả thí nghiệm chống thấm nước của bê tông

 Kết quả thí nghiệm độ thấm ion Clo của bê tông

 Một số ảnh chụp trong quá trình nghiên cứu thực nghiệm

 Một số hình ảnh chế tạo và thi công BTK tại hiện trường

1 Tính cấp thiết của đề tμi

Hiện nay ở nước ta việc xây dựng mới nhiều nhà cao tầng là một nhu cầu bức thiết Từ hàng chục năm nay, nhiều công trình nghiên cứu và thực tế sử dụng trên thế giới đã minh chứng rằng, BTCLR là vật liệu thể hiện rõ những đặc tính

ưu việt, có thể thoả mãn những yêu cầu khắt khe về tải trọng công trình, yếu tố vi khí hậu cho không gian ở [8], [9], [10] Hơn nữa, sử dụng BTCLR nói chung và BTK nói riêng có thể giảm đáng kể tổng giá trị công trình, mặc dù đơn giá của

nó cao hơn [52]

Tuy nhiên, công nghệ chế tạo bê tông BTCLR có những yêu cầu riêng so với bê tông nặng Đối với BTCLR, rất dễ xảy ra hiện tượng phân tầng khi vận chuyển và tạo hình sản phẩm do quá trình nổi lên của cốt liệu nhẹ, khó đảm bảo

sự phù hợp giữa ba yếu tố: phương pháp thi công, chế độ lèn chặt và tính công tác, tổn thất độ sụt của hỗn hợp bê tông khá lớn, Những đặc tính này trong thi công là nguyên nhân làm cho ứng dụng của chúng khó được phổ biến Vì vậy nghiên cứu chế tạo BTCLR chịu lực, trên cơ sở hỗn hợp bê tông có độ chảy cao

và có tính năng tự lèn, sẽ khắc phục được những nhược điểm cơ bản nêu trên trong quá trình thi công

Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển mới về phụ gia cho bê tông, công nghệ bê tông tự lèn được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng bởi những

đặc tính ưu việt của nó Sử dụng bê tông tự lèn có thể giảm 5-10% tổng chi phí công trình, cải thiện điều kiện lao động và môi trường, rút ngắn thời gian thi công [25]

2 Mục đích nghiên cứu

Việc nghiên cứu chế tạo bê tông keramzit chịu lực, mà hỗn hợp bê tông có

độ chảy cao và tự lèn, không những đáp ứng một phần nhu cầu bức thiết về vật liệu nhẹ cho xây dựng mà còn là một sự đột phá mang tính khoa học, nhằm mang lại một hiệu quả kép của hai loại vật liệu tiên tiến - bê tông tự lèn và bê tông nhẹ Vì vậy mục đích nghiên cứu của luận án là:

- Nghiên cứu chế tạo BTK chịu lực, mác M25  M30, khối lượng thể tích của bê tông bk  1800 kg/m3, hỗn hợp bê tông có độ chảy cao (D = 600  750 mm) và có tính tự lèn, sử dụng làm sàn và mái bê tông cốt thép đổ tại chỗ hoặc làm lớp bê tông đổ bù sàn lắp ghép

- Nghiên cứu chế độ công nghệ nhằm nâng cao chất lượng cho BTK chịu lực có độ chảy cao và tự lèn, phù hợp với điều kiện sử dụng vật liệu và môi trường khí hậu miền Bắc Việt Nam

3 Đối tượng vμ phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là bê tông keramzit chịu lực chế tạo từ hỗn hợp bê tông có độ chảy cao (BTKCL-ĐCC), gồm các nội dung sau:

- Nghiên cứu tổng quan về BTKCL-ĐCC;

- Nghiên cứu cơ sở khoa học về BTKCL-ĐCC;

- Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần cấp phối đến tính công tác và tính chất cơ lý của BTKCL-ĐCC Xác định cấp phối tối ưu của BTKCL-ĐCC theo nguyện vọng thiết kế

- Nghiên cứu một số chế độ công nghệ nhằm nâng cao chất lượng cho BTKCL-ĐCC trong điều kiện vật liệu và khí hậu địa phương Đánh giá các tính chất của nó trong điều kiện khí hậu Hà Nội

- Nghiên cứu sự làm việc của bản sàn BTCT chế tạo từ BTKCL-ĐCC

3.2 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu chế tạo BTK chịu lực, hỗn hợp bê tông có độ chảy cao và tự lèn,

đạt các chỉ tiêu công tác và tính chất cơ lý theo mục tiêu đề ra, trong điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm của khu vực Hà Nội

4 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm Phần nghiên cứu

lý thuyết chủ yếu là phân tích, diễn giải Phần nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành theo các phương pháp tiêu chuẩn của Việt Nam và nước ngoài Do tính chất của đối tượng nghiên cứu nên đề tài đã sử dụng một số phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đặc thù, tuy chưa có trong tiêu chuẩn, nhưng đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới và trong nước khuyến cáo sử dụng

5 ý nghĩa khoa học của luận án

- Phân tích và làm sáng tỏ ảnh hưởng của vật liệu và thành phần cấp phối

đến tính công tác và tính chất cơ lý của BTKCL-ĐCC

- Nghiên cứu làm sáng tỏ cơ sở khoa học về hiện tượng phân tầng của HHBT và sự biến đổi thể tích khi rắn chắc của BTCLR Trên cơ sở đó đề xuất các giải pháp hạn chế phân tầng và giảm co ngót cho BTKCL-ĐCC

- Phân tích và làm sáng tỏ cơ sở khoa học của bảo dưỡng từ bên trong cho BTCLR chịu lực Nghiên cứu lý thuyết về ảnh hưởng của nhiệt độ và độ ẩm đến hiệu quả của bảo dưỡng từ bên trong Nghiên cứu làm rõ cơ sở khoa học về sự trao đổi nước giữa CLR và nền đá xi măng trong quá trình rắn chắc, từ đó đề xuất

giải pháp nội bảo dưỡng áp dụng cho BTKCL-ĐCC trong điều kiện khí hậu Việt

Nam

6 Những đóng góp mới của luận án

 Lần đầu tiên luận án đã nghiên cứu thành công sản phẩm bê tông đạt

đồng thời các yếu tố: nhẹ, chịu lực, có độ chảy cao và tính tự lèn Bằng quy hoạch thực nghiệm, đã thiết lập được các hàm hồi quy mô tả quan hệ giữa thành phần cấp phối đến các tính công tác và tính chất cơ lí của BTKCL-ĐCC; tối ưu

hoá được cấp phối BTK theo yêu cầu thiết kế, trên cơ sở thiết lập và xử lý hàm nguyện vọng Harrington

 Luận án đã xây dựng được các hàm hồi quy mô tả ảnh hưởng của chiều dài và hàm lượng cốt sợi thuỷ tinh bền kiềm (ARG) đến các tính công tác và tính chất cơ lý của BTKCL-ĐCC; đã xác định được các thông số tối ưu của cốt sợi ARG theo các mục tiêu kỹ thuật và công nghệ

 Luận án đã nghiên cứu và đề xuất các phương pháp hạn chế phân tầng, giảm co ngót cho BTKCL-ĐCC, và minh chứng bằng thực nghiệm hiệu quả của các phương pháp đó

 Lần đầu tiên nghiên cứu đề xuất giải pháp nội bảo dưỡng cho

BTKCL-ĐCC Đã thiết lập được công thức tính toán độ hút nước cần thiết của keramzit có xét đến ảnh hưởng của nhiệt độ và sự trao đổi nước của bê tông với môi trường; minh chứng được hai thông số kỹ thuật bảo dưỡng ẩm bê tông khi áp dụng chế

độ nội bảo dưỡng, trong điều kiện khí hậu mùa đông và mùa hè ở khu vực Hà

Nội

 Bằng lý thuyết và thực nghiệm luận án đã minh chứng hiệu quả của giải pháp sử dụng keramzit ngậm nước kết hợp với cốt sợi phân tán hoặc phụ gia biến tính độ nhớt, trong việc nâng cao chất lượng cho BTKCL-ĐCC

 Luận án đã nghiên cứu ứng dụng BTKCL-ĐCC chế tạo tấm sàn bê tông cốt thép; minh chứng bằng thực nghiệm khả năng làm việc dưới tải trọng của tấm sàn BTKCL-ĐCC so với tấm sàn bê tông nặng cùng mác

Chương 1 Tình hình nghiên cứu vμ sử dụng

Bê tông keramzit chịu lực có độ chảy cao

1.1 Tình hình nghiên cứu vμ sử dụng BTK chịu lực trên thế giới

1.1.1 Keramzit - cốt liệu rỗng cho bê tông nhẹ chịu lực

Sỏi keramzit (KRZ) là một loại vật liệu được sản xuất bằng cách nung nở phồng đất sét dễ chảy, diệp thạch sét hay á sét ở nhiệt độ khoảng 10501250oC Các nước Châu Âu gọi sản phẩm này là Leca hay Liapor, ở Nga gọi là Keramzit

Đặc điểm cơ bản của KRZ là cấu tạo lỗ rỗng nhỏ và phần lớn ở dạng kín Dạng hạt chủ yếu hình cầu, ô van, hình trứng hay trụ Nhờ cấu tạo và dạng hạt như vậy nên KRZ được sử dụng làm cốt liệu rỗng cho bờ tụng Mặc dù nó có độ rỗng lớn, khối lượng thể tích từ 500 đến 1200 kg/m3, nhưng vẫn có cường độ cao, độ hút nước nhỏ, tốc độ hút nước trong hỗn hợp bê tông so với các loại cốt liệu rỗng khác chậm hơn [7], [10]

Chất lượng của CLR dùng để chế tạo bê tông nhẹ chịu lực được đánh giá theo tiêu chuẩn ASTM C330-99 hoặc TCVN 6220-97 Yêu cầu kỹ thuật của CLR dùng cho BT nhẹ chịu lực được thể hiện trong bảng 1.1 Thành phần hạt yêu cầu của CLR được quy định như trong bảng 1.2

Bảng 1.1 Yêu cầu kỹ thuật của CLR dùng trong BTCLR chịu lực [33]

TT Chỉ tiêu kỹ thuật Tiêu chuẩn thí

nghiệm

Giới hạn cho phép

1 Tạp chất hữu cơ ASTM C40 Không đậm hơn

Bảng 1.2 Thành phần hạt yêu cầu của CLR cho BTCLR chịu lực [33]

100 - 25-60 - 0-10 - - - - 19,0 -:- 4,75 100 90-

100 - 10-50 0-15 - - - -

90-100 40-80 0-20 0-10 - - - 9,5 -:- 2,36 - - 100 80-

100 5-40 0-20 0-10 - - 12,5 -:- 0 - 100 95-

100 - 50-80 - - 5-20 2-5 9,5 -:- 0 - - 100 90-

100 65-90 35-65 - 10-25 5-15

Để chế tạo BTCLR chịu lực, trong các tài liệu [21], [56] còn quy định một

số tính chất cơ lý khác của CLR (khối lượng thể tích đổ đống lớn nhất; khối lượng thể tích hạt; cường độ tối thiểu khi nén giập) phù hợp với khối lượng thể tích và mác của bê tông

1.1.2 Tình hình nghiên cứu về bê tông keramzit chịu lực

Hiện nay, có 3 phương pháp chính để tính toán thành phần BTK chịu lực: (a)- Phương pháp của Viện Bê tông Mỹ ACI 211.2-98 [38]; (b)- Phương pháp của Satish Chandra và Leif Berntsson [52]; và (c)- Phương pháp của Nga [21] Các phương pháp này có khác nhau về trình tự tính toán, số liệu thực nghiệm cũng như logic tiếp cận vấn đề Tuy nhiên chúng có điểm chung là sự kết hợp giữa tính toán sơ bộ và hiệu chỉnh cấp phối bằng thực nghiệm Trong thực tế, thành phần hỗn hợp bê tông phải hiệu chỉnh nhiều lần mới mang lại hiệu quả kinh tế – kỹ thuật Một số nghiên cứu khác đã đưa ra chỉ dẫn hay nguyên tắc thiết

kế thành phần áp dụng cho BTCLR cường độ cao, BTCLR vận chuyển bằng bơm,

BTCLR có khả năng tự đầm [55], [56], [59], [61], [62], [73] Tuy nhiên, phần lớn những kết quả nghiên cứu này mới chỉ mang tính định hướng

Nhiều nghiên cứu cho rằng, nên cho cốt liệu hút nước trước khi cho vào trộn

bê tông, đặc biệt khi chế tạo bê tông có độ chảy cao, vận chuyển bằng bơm Tuy nhiên việc sử dụng cốt liệu ướt có thể gây một số bất lợi sau: bê tông ẩm ướt lâu gây ảnh hưởng đến các vật liệu khác tiếp xúc với nó; ảnh hưởng đến độ ẩm trong nhà; khối lượng thể tích và hệ số truyền nhiệt của bê tông tăng; có thể làm giảm cường độ và độ chống thấm đối với bê tông mác thấp [10], [52]

Do đặc thù dễ bị phân tầng của cốt liệu nhẹ trong vận chuyển và quá trình tạo hình, do đó trong một thời gian dài, việc nghiên cứu BTK chủ yếu để chế tạo hỗn hợp bê tông cứng, kém dẻo, có độ sụt không vượt quá 20cm Gần đây, để phù hợp với tiến bộ trong công nghệ xây dựng hiện đại, nhu cầu vận chuyển BTK bằng bơm tăng lên Hơn nữa, công nghệ bê tông tự lèn được phát triển, thể hiện

được đặc tính ưu việt của nó Điều đó đã tạo động lực để các nhà khoa học nghiên cứu chế tạo BTK có độ chảy cao và BTK có tính năng tự lèn Loại bê tông này tổng hợp được những đặc tính ưu việt của hai loại vật liệu: bê tông nhẹ và bê tông tự lèn

Dự án nghiên cứu về BTK chịu lực của liên minh Châu Âu– EuroLightCon [56] đã chế tạo thành công BTK có độ chảy cao và ứng dụng sản phẩm vào thực

tế xây dựng, cải tạo nhiều công trình tại châu Âu Trên cơ sở sử dụng phụ gia siêu dẻo, phụ gia biến tính độ nhớt, kết hợp với hàm lượng chất bột cao, cấp phối hợp lý, đã chế tạo thành công những hỗn hợp BTK có tính công tác tốt, độ chảy lớn, dễ bơm, tốn ít chi phí đầm chặt

Từ năm 2002, đã có một số tác giả quan tâm đến nghiên cứu về BTK có khả năng tự lèn [61], [62], [77], [73] Nhìn chung, lý thuyết về tính lưu biến của hỗn hợp bê tông nặng tự lèn có thể áp dụng cho BTK tự lèn Gerick, Yao [73] cho rằng, điều quan trọng trong chế tạo BTK tự lèn là tính lưu biến của hồ xi măng

Để hồ xi măng có độ nhớt cao nhưng ứng suất chảy lại thấp, tỷ lệ nước trên chất kết dính (theo thể tích đặc) nên giao động trong khoảng 0,85  1,0 Tổng lượng

bột mịn trong bê tông phải đủ lớn, khoảng 550  650 kg/m3 bê tông Mức ngậm cốt liệu nhỏ của cốt liệu từ 45  50% tính theo thể tích Nên sử dụng xi măng có thành phần khoáng C3A thấp, để giảm nước tiêu chuẩn và giảm tổn thất độ chảy của hỗn hợp bê tông theo thời gian

Lo, Tang, Cui và A Nadeem [73] đã tiến hành so sánh các tính chất của bê tông nhẹ tự lèn (sử dụng cốt liệu phiến sét nung nở phồng, hàm lượng chất kết dính 500-650 kg/m3) và bê tông nặng tự lèn, có cùng cường độ nén Kết quả thực nghiệm cho thấy, khối lượng thể tích của BTK bằng 75%, mô đun đàn hồi bằng 80% so với bê tông nặng Tính công tác của hai loại hỗn hợp bê tông xấp xỉ như nhau

Michael Haist, Vicktor Mechtcherin và Harald S Muler [61] đã nghiên cứu

ảnh hưởng của cốt sợi phân tán đến tính chất của BTK có khả năng tự lèn Sợi thuỷ tinh bền kiềm (ARG), sợi PP và sợi thép đã được sử dụng trong nghiên cứu Các tác giả đã nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ nước trên chất kết dính đến tính lưu biến của hồ xi măng, của vữa cũng như của HHBT Kết quả nghiên cứu cho thấy, tỷ lệ nước trên chất kết dính trong BTK tự lèn thích hợp trong khoảng 0,7  0,8 (theo thể tích đặc) Sự có mặt của sợi thuỷ tinh hoặc sợi polypropylen với hàm lượng lớn hơn 0,1% đã làm giảm đáng kể độ chảy của HHBT Sợi thép với hàm lượng 0,5% làm giảm không nhiều độ chảy của HHBT nhưng làm tăng đáng

kể cường độ kéo-uốn và khả năng bền va đập của bê tông nhẹ Cả ba loại sợi trên, với hàm lượng phù hợp, ảnh hưởng không nhiều đến cường độ nén của bê tông C.L Hwang, M.F Hung và C H Tsai [62] đã nghiên cứu chế tạo bê tông nhẹ có độ chảy lớn, sử dụng CLR chất lượng cao Khác với các nghiên cứu khác, các tác giả đã sử dụng thuật toán thiết kế hỗn hợp có độ đặc cao nhất – thuật toán DMDA (Density Mixture Design Alglorithm) và chế tạo được hỗn hợp bê tông

có độ sụt từ 210  250mm, độ chảy xoè đạt 400  600mm, khối lượng thể tích của bê tông tươi trong khoảng 1700  2000 kg/m3, cường độ nén 28 ngày tuổi đạt

28  40 MPa

Quá trình trộn hỗn hợp BTK và thiết bị trộn, nhìn chung, cũng tương tự như

bê tông nặng Sau nhiều năm nghiên cứu và đúc kết kinh nghiệm, đã đưa ra quy trình trộn 2 giai đoạn: giai đoạn 1- trộn vữa, bao gồm xi măng, phụ gia khoáng mịn, cát và khoảng 2/3 nước trộn Giai đoạn 2- thêm KRZ lớn cùng lượng nước còn lại (cùng phụ gia tăng dẻo nếu có) và trộn đến kết thúc [52] Phương pháp này tạo được HHBT có tính đồng nhất cao, chất lượng tốt, rất phù hợp đối với BTK kết cấu có khối lượng thể tích thấp Độ hút nước của cốt liệu nhẹ cỡ nhỏ

ảnh hưởng mạnh đến tính chất của hỗn hợp bê tông Với mục đích ước lượng thời gian trộn, nhiều khi cần xác định đường cong hút nước theo thời gian của KRZ Thực nghiệm chứng tỏ, chỉ sau vài phút đầu, trong HHBT, độ hút nước của cốt liệu với cỡ hạt nhỏ hơn 8 hoặc 10mm, đã hầu như không tăng nữa [52] Khi cần thiết có thể bổ sung nước trong quá trình trộn, tuy nhiên phải giám sát chặt chẽ quá trình [39], [52]

Vận chuyển hỗn hợp BTK chịu lực cũng được thực hiện như với bê tông thường, tuy nhiên cần chú ý xảy ra hiện tượng phân tầng do KRZ nổi lên trên,

đặc biệt khi sử dụng phương pháp bơm hỗn hợp BTK có độ chảy cao Theo các tác giả, khi bơm, KRZ hút nhiều nước của hồ xi măng do áp lực bơm gây nên, sau khi ra khỏi ống bơm, áp lực giảm đột ngột, nước trong cốt liệu lại tách ra

Điều đó làm mất tính đồng nhất của bê tông và cường độ sẽ giảm xuống, tuy nhiên sự suy giảm này là không nhiều Các nghiên cứu cũng đưa ra khuyến cáo, chỉ vận chuyển bằng bơm khi sự suy giảm cường độ sau khi bơm so với trước khi bơm không vượt quá 10% [56] Với bê tông vận chuyển bằng bơm, phép thử độ chảy xoè hợp lý hơn phép đo độ sụt Độ chảy hợp lý của HHBT trong khoảng

600  650 mm [52]

Đối với BTK, có thể sử dụng các phương pháp và các thiết bị tạo hình như

đối với bê tông nặng Tuy nhiên, so với bê tông nặng, việc tạo hình cấu kiện BTK cần gia tải bề mặt Lèn chặt bằng rung động quá mức sẽ làm giảm tính đồng nhất của bê tông do KRZ có xu hướng nổi lên bề mặt cấu kiện Thực tế cho thấy rằng,

với BTK, nên sử dụng máy đầm mặt, thiết bị rung kết hợp ép bề mặt với biên độ giao động bé tần số giao động cao (ít nhất là 200Hz).

Cũng như bê tông nặng thông thường, bảo dưỡng là quá trình quan trọng, nhằm bảo đảm cho BTK có đầy đủ điều kiện tốt để đóng rắn và phát triển cường

độ sau khi thi công, ảnh hưởng đến sự phát triển cường độ, khả năng chống thấm

và độ bền của nó Nghiên cứu sự ảnh hưởng của điều kiện bảo dưỡng tới sự phát triển cường độ, mô đun đàn hồi, mức độ co nở, hình thành vết nứt, khả năng chống thấm của bê tông, các tác giả đã đi đến kết luận: ảnh hưởng nhiều và mạnh nhất tới các tính chất của bê tông là môi trường nhiệt độ và độ ẩm thấp [10] Trong điều kiện đó, cường độ bê tông có thể giảm 20  50%, mô đun đàn hồi giảm 10-15% so với bê tông được bảo dưỡng chuẩn Tuy nhiên những nghiên cứu này mới chỉ tiến hành đối với bê tông sử dụng KRZ ở trạng thái khô ban đầu, sử dụng phương pháp bảo dưỡng truyền thống Đối với BTK chịu lực sử dụng cốt liệu nhẹ ngậm nước với mục đích bảo dưỡng từ bên trong, các vấn đề trên chưa

được quan tâm nghiên cứu

Có khá nhiều công trình nghiên cứu vi cấu trúc của các loại KRZ và vi cấu trúc của bê tông cũng như ảnh hưởng của chúng đến các tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông [52], [71], [77] Nhiều công trình đã đi sâu nghiên cứu cấu trúc rỗng của cốt liệu, sự hình thành cấu trúc và đặc trưng cấu trúc vi mô của bê tông KRZ Việc tạo được bê tông nhẹ có cấu trúc tối ưu là vấn đề khá phức tạp, liên quan tới nhiều yếu tố vật liệu và công nghệ

Neville A [78], M.Z.Ximônov [10], Zhang M H [77] và các tác giả khác cùng đưa ra mô hình về cấu trúc của BTK, nghiên cứu và lý giải quá trình hình thành vùng tiếp xúc, đá xi măng và các yếu tố ảnh hưởng tới cấu trúc, tới các tính chất kỹ thuật của bê tông

Satish Chandra, Leif Berntsson [52], và các tác giả khác [63], [71], [77] cũng đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của cốt liệu đến vi cấu trúc của bê tông nhẹ, đặc điểm của vùng chuyển tiếp giữa đá xi măng với cốt liệu (ITZ), phản ứng xảy ra trên bề mặt cốt liệu Bằng các phương pháp nghiên cứu hiện đại, các tác

giả chứng minh rằng, đối với CLR được chế tạo trên cơ sở gia công nhiệt đất sét như Keramzit, Agloporít, Lytag Bề mặt hạt cốt liệu là các pha nóng chảy alumô silicat, thuỷ tinh vô định hình Do vậy, có thể xảy ra phản ứng giữa Ca(OH)2 của nền xi măng với các pha hoạt tính trên bề mặt hạt cốt liệu, tạo ra sản phẩm mới bền nước, tăng độ bền cho vùng ITZ, giảm co ngót, giảm từ biến

và tăng khả năng chống thấm cho bê tông Kết quả nghiên cứu cho rằng, với điều kiện áp suất khí quyển và nhiệt độ 950C sẽ hình thành sản phẩm bền vững 2CaO.SiO2 .2H2O; mức độ thuỷ hoá ở vùng ITZ cao hơn vùng phía trong của đá

xi măng

Các nghiên cứu khẳng định rằng, liên kết giữa nền xi măng và cốt liệu còn phụ thuộc loại cốt liệu và trạng thái bề mặt của nó [52] Khokhorin [71] đã nghiên cứu vùng ITZ trong BTK bằng kính hiển vi điện tử quét và xác định được

bề dày vùng ITZ xấp xỉ 60m, cường độ trong tiểu vùng này đạt 9  15MPa, trong khi ở ngoài vùng đó chỉ đạt 6  9MPa Điều này chứng tỏ trong vùng ITZ

đã có chất mới được hình thành từ phản ứng của các sản phẩm hoạt tính trên bề mặt hạt keramzit với sản phẩm thuỷ hoá của xi măng Tuy nhiên, hiện tượng này chỉ xảy ra khi trong BTK có đủ nước để cung cấp cho phản ứng puzolan nói trên Zhang và Gjorv [77] đã chứng minh bằng thực nghiệm rằng, với BTK có N/X rất thấp (<0,3), hiện tượng trên là không rõ ràng

Cấu trúc vùng ITZ còn chịu ảnh hưởng bởi độ hút nước của KRZ Helland

và Maage [52] đã nghiên cứu bề mặt chuyển tiếp này trong bê tông nhẹ, sử dụng KRZ ở trạng thái khô khi trộn, bằng kính hiển vi điện tử Hình ảnh thu được (hình 1.1.a) cho thấy trên vùng tiếp giáp giữa KRZ và nền vữa xuất hiện dải bọt khí, hình thành do KRZ hút nước của hồ xi măng, làm giảm tính đồng nhất trong cấu trúc của bê tông, giảm cường độ và khả năng chống thấm của sản phẩm

ảnh hưởng của tỷ lệ N/X hay N/CKD và tổ hợp các chất kết dính khác nhau

đến các tính chất của BTCLR cũng được nhiều tác giả đã nghiên cứu [37], [38], [52] Khác với bê tông nặng, đối với BTK, rất khó xác lập một quan hệ tường minh ảnh hưởng của tỷ lệ N/X đến cường độ của bê tông Lượng dùng chất kết dính ảnh hưởng đến cường độ bê tông rõ rệt hơn so với tỷ lệ N/X [37], [38] Việc

sử dụng xi măng pooclăng kết hợp với một số loại phụ gia hoạt tính như silicafume, tro bay, xỉ lò cao nghiền mịn đã ảnh hưởng đến tính công tác và sự phát triển cường độ của bê tông Cũng theo các tác giả này, với bê tông nhẹ cùng một loại cốt liệu và tổng lượng chất kết dính như nhau có mặt 30% phụ gia khoáng, mô đun đàn hồi của chúng đều cao hơn khoảng 10 đến 15% so với bê tông sử dụng 100% xi măng pooclăng

Một trong những tính chất cơ học quan trọng ảnh hưởng đến sự làm việc của BTK chịu lực là mô đun đàn hồi của nó Đã có nhiều công trình nghiên cứu

về tính chất này của BTK chịu lực Các nghiên cứu chỉ ra rằng, mô đun đàn hồi của BTK thông thường bằng khoảng 50  75% so với bê tông nặng [37], [52],

[78] Mô đun đàn hồi của bê tông phụ thuộc mô đun đàn hồi của nền vữa, mô

đun đàn hồi cốt liệu và sự liên kết của nền và cốt Tính tương hợp đàn hồi của pha nền và cốt ảnh hưởng lớn đến sự xuất hiện vết nứt trong bê tông khi chịu tải trọng [76], [78] Schutz, F.R đã khảo sát nghiên cứu mô đun đàn hồi động lực (Eda) của nhiều loại CLR khác nhau, từ CLR thiên nhiên đến các loại CLR trên cơ sở đất sét và xỉ hạt, cỡ hạt từ 12  16 mm, và kết luận rằng, giữa khối lượng thể tích hạt (h) và Eda có quan hệ phi tuyến dạng parabon, thể hiện bằng phương trình 1.1 [52]

Trong đó A = 5000  13000 (MPa) phụ thuộc loại cốt liệu;

[h] - trị số không thứ nguyên của khối lượng thể tích hạt quy về kg/dm3

Đối với CLR là keramzit và xỉ hạt, A = 8000  13000 MPa

Theo Muller-Rochhol, quan hệ giữa mô đun đàn hồi và khối lượng thể tích của cốt liệu là tuyến tính theo phương trình 1.2 và 1.3 [52]

Trong đó: b là khối lượng thể tích đổ đống của cốt liệu (kg/dm3)

Mô đun đàn hồi của KRZ thấp hơn nhiều so với cốt liệu nặng thông thường (quartz: 60.000MPa; đá vôi: 80.000MPa; đá bazan:100.000MPa)

Mô đun đàn hồi của nền vữa, phụ thuộc tỷ lệ N/CKD, mác xi măng, tỷ lệ Cát trên CKD, tính chất của cát và hàm lượng bọt khí, dao động trong khoảng 12.000  26.000 MPa [52] Như vậy, độ lệch về mô đun đàn hồi giữa nền và cốt trong BTK ít hơn so với trong bê tông nặng cốt liệu đặc chắc Do đó, trong BTK, tính biến dạng đồng thời giữa nền và cốt sẽ tốt hơn, đường cong quan hệ ứng suất

- biến dạng có điểm xuất hiện vết nứt đầu tiên gần với điểm tới hạn phá huỷ hơn

so với bê tông nặng

Mô đun đàn hồi của bê tông còn phụ thuộc vào mức độ liên kết giữa bề mặt cốt liệu với chất kết dính Khokhorin [71] đã nghiên cứu độ cứng của các tiểu

vùng vật liệu trong BTK, bê tông thường và kết luận rằng, mô đun đàn hồi trong vùng ITZ cao hơn ngoài vùng ITZ đối với bê tông sử dụng KRZ Một yếu tố khác

có ảnh hưởng khá sâu sắc đến tính chất cơ lý nói chung và môđun đàn hồi nói riêng của BTK là sự biến dạng thể tích và từ biến của nó

Trong quá trình đông kết và rắn chắc, bê tông có sự biến đổi thể tích, mà

điển hình là sự co ngót Hình 1.2 thể hiện độ co của bê tông sử dụng nhiều loại CLR khác nhau so với độ co của nền vữa, và BTK có độ co nhỏ nhất trong cùng

điều kiện bảo dưỡng [52]

Hình 1.2 ảnh hưởng của thể tích cốt liệu đến độ co của bê tông

sử dụng các loại cốt liệu khác nhau (so với độ co của nền vữa)

Trong tác phẩm của mình [52, tr.201-226] Chandra và Berntsson đã tổng hợp các kết quả nghiên cứu của Adbdullah, Liu,.X, Yang và Jiang về quan hệ giữa khối lượng thể tích hạt, cũng như nguồn gốc và phương pháp sản xuất CLR với quá trình co ngót của bê tông Kết quả nghiên cứu thể hiện trên hình 1.2 cho thấy: khối lượng thể tích hạt của CLR càng lớn, phương pháp thiêu kết cốt liệu ở nhiệt độ cao, cấu trúc lỗ rỗng càng kín thì độ co ngót của bê tông càng giảm Gần đây, các nhà khoa học vật liệu đã nghiên cứu sử dụng cốt sợi phân tán

để hạn chế co ngót và cải thiện một số tính chất cơ lý cho BTK chịu lực O.Kayali, M.N Haque và B.Zhu [66] đã sử dụng sợi Polypropylene (PP) siêu mảnh và sợi thép phân tán để giảm co cho bê tông nhẹ sử dụng cốt liệu trên cơ sở tro bay thiêu kết và đi đến kết luận: trị số co ở tuổi dài ngày của BTCLR gần gấp

đôi trị số co của bê tông nặng cùng cường độ nén; sự có mặt của sợi PP đã giảm

đáng kể co mềm nhưng không có tác dụng đáng kể đến độ co cứng, trong khi sợi thép lại giảm đáng kể co khô cho bê tông; cốt sợi đã làm gia tăng đáng kể khả năng chịu kéo-uốn nhưng ảnh hưởng không nhiều đến cường độ nén và mô đun

đàn hồi của bê tông Cường độ kéo cao cùng với mô đun đàn hồi thấp đã hạn chế vết nứt do co ngót cho BTCLR

Do tính chất đặc thù của KRZ nên tính chất nhiệt vật lý và khả năng bền nhiệt của BTK cũng nhận được nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học Khi bê tông Keramzit chịu nhiệt trong khoảng nhiệt độ 10  100oC cường độ chịu nén của bê tông tăng từ 40  50%, do hiện tượng “tự chưng hấp” Việc sử dụng tro bay thay thế 10  20% xi măng làm hệ số truyền nhiệt của BTK giảm nhiều hơn

so với sử dụng Silicafume, tuy nhiên khi tỷ lệ thay thế đến 30% thì mức độ giảm tương đương nhau Thực nghiệm chúng tỏ hệ số truyền nhiệt của BTK giảm tuyến tính theo khối lượng thể tích khô của nó [52]

Nhờ cấu trúc đặc biệt và khả năng chống thấm nước và chống thấm nhập ion Clo tốt nên BTK chịu lực đã được nghiên cứu sử dụng khá nhiều trong môi trường biển [51], [57], [70], [71] BTK sử dụng cốt liệu cỡ hạt 5-20mm có độ bền chống băng giá đạt tới 300 chu kỳ, hệ số bền nước biển 0,78 Sử dụng phụ gia tăng dẻo làm tăng độ bền băng giá và tăng hệ số bền nước biển [87], [88] Kết quả nghiên cứu vi cấu trúc và cường độ các mẫu bê tông nhẹ đã sử dụng trong chế tạo con tàu nổi tiếng Selma từ 1917 là minh chứng khẳng định độ bền của BTK trong môi trường biển sau gần 70 năm [48], [52]

1.1.3 Tình hình sử dụng BTK chịu lực trên thế giới

Từ hàng chục năm nay, BTK đã được sử dụng rộng rãi cho các công trình xây dựng dân dụng, công nghiệp, giao thông, các công trình biển ở hầu hết các nước phát triển [54] Tại Canada và Mỹ đã sử dụng tấm tường bằng BTK thay thế tường gạch đất sét nung Người ta còn sử dụng BTK để làm vật liệu bọc đường ống hay trong các kênh dẫn chất tải nhiệt ở các vùng lạnh giá, đem lại hiệu quả cao [52]

Nhờ tính bền vững trong môi trường xâm thực, nên BTK đã sớm được sử dụng chế tạo tàu thuyền Trong chiến tranh thế giới lần thứ 2, đã có 14 tàu chiến

đựng khách sạn Park-Plaza trên phố Lours Tại Sidney cũng đã xây dựng ngôi nhà 50 tầng cao 184m bằng bê tông nhẹ First National Bank là toà nhà cao 633 feet, giữa Minneapolis và Denver, sử dụng bê tông cốt liệu nhẹ [63], [95] Ngoài

ra công nghệ sử dụng bê tông nhẹ còn phải kể tới những nước phát triển về lĩnh vực này như Đức, Nhật, Anh, Thuỵ Điển, Liên Xô cũ và các nước khác

Nhìn chung trên thế giới, BTCLR nói chung và BTK chịu lực nói riêng đang không ngừng phát triển và ngày càng được ứng dụng rỗng rãi, đem lại những lợi ích to lớn về kinh tế, kỹ thuật và kiến trúc

1.2 Tình hình nghiên cứu vμ sử dụng BTK ở Việt Nam

1.2.1 Tình hình sản xuất sỏi nhẹ keramzit

Cũng như điatômit và vermiculit, khoáng sét keramzit ở Việt Nam cũng mới chỉ được nghiên cứu ở một số khu vực, từ sau 1975 Theo kết quả khảo sát của Tổng cục Địa chất (Đoàn Địa chất 61, Viện Địa chất Khoáng sản) nghiên cứu

điều tra vào các năm 1975  1977 cho thấy, trữ lượng sét keramzit ở nước ta rất lớn, nhiều mỏ trữ lượng lớn và chất lượng tốt như: Phú Long (Phú Thọ), Vĩnh Long,

Đồng Nai, Bình Dương, [22]

Năm 1995, Nguyễn Đình Nghị và các cộng tác viên thuộc Viện Công nghệ Vật liệu xây dựng [19] đã nghiên cứu chế tạo thành công keramzit bằng phương pháp khô từ nguồn sét Phú Long (Phú Thọ), nhưng do giá thành cao và các nguyên nhân khách quan khác nên chưa áp dụng được vào sản xuất

Trước năm 2010, ở nước ta có công ty Cổ phần Thương mại và sản xuất BEMES, là cơ sở duy nhất sản xuất KRZ Sản phẩm sỏi keramzit của Công ty BEMES với cỡ hạt từ 0 – 40mm, thoả mãn tiêu chuẩn ASTM C330, TCVN 6027-

1997, đã được sử dụng chế tạo bê tông keramzit mác M20 trong một số công trình tại Hà Nội, nhà tiền chế vùng bão lụt Nam Trung Bộ, trường học ở Lai Châu nhưng khối lượng còn hạn chế [7] Giá thành keramzit sản xuất trong nước còn cao do quy mô sản xuất nhỏ và chịu sự cạnh tranh với nguồn sỏi nhẹ nhập khẩu

từ Trung Quốc Hiện nay sản xuất sỏi nhẹ từ đất sét và phế thải đang được Nhà nuớc kêu gọi đầu tư và xếp vào loại dự án ưu tiên

1.2.2 Tình hình nghiên cứu vμ sử dụng BTK

Năm 1985, Nguyễn Đình Nghị và công tác viên [19] đã nghiên cứu công nghệ sản xuất keramzit từ nguồn đất sét Phú Long và cũng đã có một số nghiên cứu về bê tông sử dụng sản phẩm đó Từ những năm 90 của thế kỷ 20, sau khi sản xuất thành công sỏi nhẹ KRZ, nhiều công trình nghiên cứu về bê tông keramzit đã

được thực hiện Năm 1997, đã có tiêu chuẩn TCVN 6220-97 quy định các tính chất của sỏi, dăm sỏi và cát keramzit [29] Gần đây Nguyễn Văn Chánh và Lê Phúc Lâm (ĐH Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh) đã nghiên cứu chế tạo sỏi keramzit

từ một số nguồn sét phía Nam đất nước [3] Đề tài đã lựa chọn được nguyên liệu, tính toán được thành phần phối liệu và đề xuất công nghệ nung hợp lý, tuy nhiên sản phẩm đang ở mức độ thử nghiệm

Tận dụng tính chất cách nhiệt và chịu nhiệt tốt hơn của KRZ so với cốt liệu

từ đá thiên nhiên, Nguyễn Minh Đức đã tiến hành nghiên cứu chế tạo bê tông keramzit chịu nhiệt dùng trong xây dựng công nghiệp [11] Tác giả đã nghiên cứu khả năng chịu nhiệt của KRZ và BTK, trên cơ sở dùng chất kết dính là xi măng pooclăng hỗn hợp có phụ gia sa mốt nghiền mịn Bằng nghiên cứu này tác

giả kết luận, có thể sử dụng BTK với chất kết dính phù hợp để xây dựng một số hạng mục cách nhiệt và chịu nhiệt

Năm 2001, bằng một công trình nghiên cứu khá đầy đủ về BTK sử dụng keramzit của BEMES, tác giả Nguyễn Văn Đỉnh (ĐHXD) đã bảo vệ thành công luận án tiến sỹ kỹ thuật [10] Tác giả đã nghiên cứu ảnh hưởng của tính chất và thành phần cốt liệu, cũng như điều kiện khí hậu nóng ẩm của nước ta đến hầu hết các tính chất của BTK chịu lực có độ sụt thấp Công trình nghiên cứu này đã xác

định được các thông số công nghệ chế tạo BTK: nên sử dụng máy trộn cưỡng bức

để trộn HHBT; xác lập được công nghệ trộn hai giai đoạn và thời gian chờ của HHBT không nên quá 45 phút; thời gian đầm hợp lý từ 15  45 giây tuỳ theo độ sụt; xác định được các thông số trong công nghệ đầm lại; vv

Tính chất biến dạng và chế độ bảo dưỡng BTK trong điều kiện khí hậu Miền Bắc Việt Nam đã được nghiên cứu [7], [10], [18] Từ kết quả nghiên cứu về biến dạng thể tích của BTK mác M15 - M20, hỗn hợp bê tông có độ sụt 6  8cm tác giả đã rút ra các nhận xét sau:

“BTK co ngót nhiều hơn bê tông nặng có cùng mác, trị số độ co của BTK giảm khi mác bê tông tăng Trong điều kiện khí hậu nước ta bê tông nhẹ keramzit sau khi tạo hình, nếu không được bảo dưỡng sẽ bị mất nước, đặc biệt vào những ngày hè Tốc độ mất nước càng nhanh, lượng hồ xi măng càng lớn thì tốc độ co mềm của bê tông càng lớn Giá trị co ngót đạt cực đại trong 5h đầu đối với mẫu có mô đun hở Mh = 30 m-1 từ 1,153  1,367 mm/m mùa hè, còn mùa

đông sau 7h đạt từ 1,1  1,27 mm/m Mẫu được phủ kín có giá trị co mềm đạt rất thấp, từ 0,265  0,364 mm/m vào mùa hè, và từ 0,22  0,36mm/m vào mùa đông, tuỳ theo mác bê tông Do đặc điểm của khí hậu nóng ẩm nước ta, bê tông keramzit không chỉ có biến dạng co mà còn nở mềm Quá trình nở mềm xảy ra ngay sau khi co mềm kết thúc và có thể kéo dài vài giờ sau đó trong mùa hè, nhưng giá trị nở mềm nhỏ hơn nhiều so với bê tông nặng cốt liệu đặc chắc“ Năm 2001, Nguyễn Tiến Đích, Nguyễn Đăng Do và các cộng tác viên đã thực hiện một chương trình nghiên cứu khá đầy đủ về vật liệu nhẹ dùng cho nhà

và công trình, trong đó có phần nghiên cứu về BTK chịu lực [7] Đề tài chủ yếu

nghiên cứu khảo sát các tính chất cơ lý của kết cấu BTK chịu lực chế tạo từ HHBT có độ sụt thấp Các tác giả đã cho thấy khả năng ứng dụng tốt của BTK với cường độ nén từ 15  30 MPa, khối lượng thể tích từ 1600  1800 kg/m3, trong chế tạo các kết cấu chịu lực Không những tính chất công nghệ và ứng xử của bê tông keramzit dưới tác dụng của tải trọng được nghiên cứu, mà phương pháp tính toán kết cấu BTK cũng đã được đề xuất Việc ứng dụng thử làm dầm sàn cho công trình Trụ sở Công ty bê tông xây dựng Hà Nội cho thấy các thông

số công nghệ đã xác lập là phù hợp với thực tế thi công

Để góp phần mở rộng phạm vi sử dụng BTK một số công trình khác đã và

đang được các nhà khoa học tiếp tục nghiên cứu như khả năng chế tạo BTK vận chuyển bằng bơm [12], công nghệ tái đầm chặt BTK [15], công nghệ chế tạo BTK cấu tạo rỗng, vv

Gần đây, dưới sự hướng dẫn của NCS, một số nhóm sinh viên thuộc Trường

ĐHKT Hà Nội đã tiến hành một số nghiên cứu về BTK chịu lực [15], [16], [17] Công trình nghiên cứu [15] đã xác lập được công nghệ tái đầm chặt để chế tạo BTK có độ sụt (6  8cm), mác theo cường độ chịu nén M15 và M20, khối lượng thể tích khô 1500 – 1700 kg/m3 Sử dụng bàn rung tiêu chuẩn tạo mẫu bê tông nặng trong phòng thí nghiệm, hai thông số quan trọng đã được xác định là thời

điểm và thời gian đầm lại mẫu BTK Thời điểm đầm lại phụ thuộc thời gian đông kết của bê tông; Thời gian đầm lại phụ thuộc tỷ lệ N/X; sau khi đầm lại hợp lý, cường độ nén của BTK tăng khoảng 5  15% tuỳ theo tỷ lệ N/X Tỷ lệ N/X càng lớn, hiệu quả tăng cưòng độ do đầm lại càng tăng [15] Từ một cấp phối BTK mác M30, nhóm nghiên cứu [16], [17] đã chứng minh bằng thực nghiệm rằng, khi sử dụng thêm cốt sợi thuỷ tinh hoặc sợi PP phân tán với hàm lượng và chiều dài nhất định, sẽ có hiệu quả trong việc giảm phân tầng và co ngót cho BTK tự lèn

Nhận thức được đặc tính ưu việt của BTK chịu lực nên gần đây, ở nước ta, một số đơn vị đã mạnh dạn đầu tư nghiên cứu và triển khai sản xuất BTK chịu lực với nguồn sỏi nhẹ trong nước hoặc nhập từ Trung Quốc Sản phẩm đã được ứng dụng trong xây lắp và cải tạo một số công trình như: sàn và chân tường Nhà

hát Lớn (BTK mác M30) [21]; sàn mái đổ liền khối, kết cấu 3D, dầm và cột, công son khách sạn Hintơn, khách sạn Fortuna, Hà Nội Club với BTK cấp độ bền B20, B25

Những đặc điểm chung và các tính chất đặc thù của bê tông keramzit có độ chảy cao và BTK có tính năng tự lèn, dùng trong chế tạo kết cấu chịu lực vẫn chưa được quan tâm nghiên cứu Ngoài bài toán về cấp phối cho BTK chịu lực có

độ chảy cao và tự lèn chưa có lời giải thỏa đáng, trong công nghệ BTK chịu lực nói chung vẫn còn một số vấn đề kỹ thuật chưa được giải đáp cụ thể như: KRZ có nên bão hoà nước hay không? Độ hút nước ban đầu của nó bao nhiêu là tối ưu?

Độ ngậm nước hợp lý của KRZ trong bê tông phụ thuộc các yếu tố nào? vv Theo đó, quá trình bảo dưỡng BTK chịu lực có độ chảy cao và tính chất của nó trong điều kiện khí hậu nhiệt đới Việt Nam sẽ như thế nào?

Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về chất lượng công trình và khai thác những công nghệ tiên tiến của xây dựng hiện đại, cần nghiên cứu các giải pháp kinh tế-kỹ thuật để khắc phục các nhược điểm và phát huy hơn nữa các ưu điểm của BTK Việc nghiên cứu chế tạo BTK chịu lực có độ chảy cao hoặc có tính năng tự lèn nhằm mục đích tạo ra chủng loại bê tông tiên tiến, kết hợp được các tính chất ưu việt của bê tông nhẹ và BTTL là hướng đi đúng đắn, hứa hẹn nhiều triển vọng trong quá trình phát triển và hội nhập toàn cầu về vật liệu xây dựng tính năng cao

Chương 2 cơ sở khoa học về Bê tông keramzit chịu lực

có độ chảy cao

2.1 Khái niệm về bê tông keramzit chịu lực có độ chảy cao

Theo ACI 213R-87 [37], BTCLR chịu lực là loại bê tông nhẹ, sử dụng cốt liệu lớn là CLR đạt yêu cầu theo ASTM C330-99, cốt liệu nhỏ chỉ là cát nặng hoặc cát nhẹ hoặc là hỗn hợp của cát nặng và cát nhẹ, khối lượng thể tích khô trong khoảng 1440 – 1850 kg/m3,cường độ nén tuổi 28 ngày không thấp hơn 17,2 MPa

Chưa có định nghĩa và tiêu chuẩn chính thức về BTCLR có độ chảy cao nói

chung và BTK chịu lực có độ chảy cao nói riêng Trong luận án này, BTK có độ

chảy cao được hiểu là loại bê tông nhẹ kết cấu, sử dụng cốt liệu lớn là sỏi keramzit, cốt liệu nhỏ có thể chỉ là cát vàng, cường độ nén tuổi 28 ngày không thấp hơn 20Mpa, khối lượng thể tích tự nhiên không lớn hơn 1800 kg/m3, hỗn hợp bê tông có độ chảy tự do không thấp hơn 600mm

2.2 Cơ chế tự chảy vμ biện pháp tăng độ chảy của HHBT

Khi ở trong côn tiêu chuẩn, HHBT dự trữ một thế năng phụ thuộc chiều cao

và khối lượng thể tích của nó Khi HHBT được giải phóng khỏi côn, thế năng dự trữ này thoạt tiên chuyển thành động năng chảy của các phần tử và năng lượng tiêu tốn để thắng ma sát nhớt giữa các pha và làm tăng diện tích bền mặt riêng của nó Khi vữa bê tông ngừng chảy thì đường kính bánh vữa cũng như bề mặt riêng của HHBT đạt giá trị lớn nhất Như vậy thế năng dự trữ ban đầu của khối vữa một phần chuyển thành năng lượng bề mặt của hỗn hợp, một phần sinh công thắng ma sát nhớt xuất hiện do sự trượt tương đối giữa các pha khi chảy Để tăng

độ chảy xoè của HHBT, tức là tăng diện tích bề mặt riêng của nó, cần giảm sức căng bề mặt của vữa cũng như giảm thiểu phần năng lượng tiêu hao do ma sát

trượt giữa các pha Muốn vậy cần đảm bảo tính đồng nhất của HHBT trong khi chảy

Cũng như BT thường, tính công tác của hỗn hợp BTCLR phụ thuộc nhiều vào lượng nước trộn, tỷ lệ nước – chất kết dính, tính chất của cốt liệu và mức ngậm cát của hỗn hợp cốt liệu Tuy nhiên, đối với BTCLR, do khối lượng thể tích của hỗn hợp thấp hơn, mặt khác CLR nhẹ hơn nên có xu hướng nổi lên tụ tập phần trên của khối vữa, hạ thấp trọng tâm của nó, làm giảm thế năng ban đầu của khối bê tông, dẫn đến độ chảy cũng như vận tốc chảy của nó sẽ thấp hơn so với hỗn hợp BT nặng có cùng độ nhớt

Xét hỗn hợp bê tông như là vật liệu composit gồm nền vữa xi măng và cốt liệu Theo đó, khả năng chảy tự do và chảy vượt cốt thép để tự lấp đầy khuôn của HHBT phụ thuộc mức độ chênh lệch giữa vận tốc chảy của pha nền và cốt trong

bê tông Khả năng tự lèn sẽ tốt nhất khi vận tốc dịch chuyển của các pha là gần nhau nhất Điều này chỉ đạt được khi HHBT có độ tự chảy đủ lớn đồng thời sự cố kết giữa nền vữa và cốt liệu phải được duy trì trong quá trình dịch chuyển, tránh

được sự phân tách pha Khi HHBT chảy lỏng nhưng bị phân tầng, cốt liệu dịch chuyển chậm hơn sẽ bị dồn lại và tăng mật độ trước các khe hở của cốt thép, ma sát nội tăng lên và HHBT sẽ ngừng chảy

Điểm khác biệt về thành phần của vật liệu sử dụng trong BTTL so với BT thường là hàm lượng bột lớn, cốt liệu nhỏ nhiều và cốt liệu thô ít Phụ gia siêu dẻo và vi cốt liệu là hai vật liệu không thể thiếu trong chế tạo BTTL Những đặc

điểm đó nhằm tạo ra sự tương tác giữa pha nền và pha cốt, sự kết hợp cân bằng giữa hai tính chất đối lập là độ chảy và sự phân tầng của HHBT

Nhiều tác giả đã nghiên cứu và đề xuất các mô hình lý thuết về tính lưu biến của hỗn hợp BTTL, trên cơ sở phương trình động học mô tả dòng chảy của chất lỏng Newton Theo đó, quan hệ giữa ứng suất cắt  và tốc độ biến dạng cắt ,

độ nhớt  được viết:

Tuy nhiên, do HHBT không hoàn toàn là chất lỏng Newton, do đó một số tác giả đã có sự điều chỉnh, đưa ra một số mô hình gần với thực tế hơn [79]:

Mô hình Bingham:  = 0,B + AB.n (2.2) Mô hình Herrschel-Bulkley:  = 0,HB + AHB.nb (2.3) Mô hình Bingham cải tiến:  = 0,HB + AB.n (2.4) Trong đó:

0,B, 0,HB là ứng suất cắt ban đầu của HHBT

AB, AHB là mô men cản biểu kiến, đặc trưng cho độ nhớt của HHBT

n và nb là tốc độ quay của roto nhúng trong HHBT, đặc trưng cho tốc độ biến dạng cắt

Hình 2.1 thể hiện các đường cong giữa ứng suất cắt  và tốc độ biến dạng cắt n Theo đó, mô hình của Herrschel-Bulkley gần với kết quả thực nghiệm hơn cả

Hình 2.1 Quan hệ giữa ứng suất cắt  và tốc độ biến dạng cắt n

Đảm bảo đồng thời giữa độ chảy cao và tính đồng nhất tốt của HHBT là yếu tố cơ bản của BTTL Để có được điều đó, đối với BTTL, cần có sự bổ sung

và điều chỉnh thành phần vật liệu sử dụng [2] Từ kết quả của nhiều công trình nghiên cứu có thể tổng kết về vật liệu sử dụng và thành phần của BTTL như trong bảng 2.1

Bảng 2.1 Vật liệu và thành phần của BTTL so với bê tông thường [79]

Đặc điểm vật liệu Bê tông thường Bê tông tự lèn

1.1 Chủng loại Phụ gia hoá dẻo hoặc PGSD PGSD; có thể có PG điều

chỉnh độ nhớt 1.2 Tác dụng hay yêu cầu

cần đạt

Tăng độ sụt Tăng độ chảy; Duy trì tính

công tác tốt theo thời gian

mịn

Xi măng + phụ gia mịn (bắt buộc)

2.1 Hàm lượng  0,064m 3

/m3BT ( 200 kg/m 3 BT)

 0,13m 3

/m3BT ( 400 kg/m 3 BT) 2.2 Tác dụng hay yêu cầu

Đảm bảo độ chảy và khả năng tự lèn

liệu vμ giám sát thi công

- Yêu cầu cao hơn; giám sát

áp dụng phương trình Fuller sẽ có độ tin cậy cao hơn đối với cốt liệu đá dăm và dăm rỗng Phương pháp thực nghiệm thường dùng là xây dựng đường cong của

độ đặc hỗn hợp CLR theo tỷ lệ thể tích hạt của các cấp hạt, từ đó xác định tỷ lệ phối hợp tốt nhất giữa các cấp hạt thành phần, mà tại đó cho độ đặc của hỗn hợp

là lớn nhất Khi có nhiều cấp hạt, để tiết kiệm thời gian và tăng độ chính xác cho bài toán, có thể sử dụng phương pháp toán quy hoạch thực nghiệm

Về chất lượng của cốt liệu nhẹ sử dụng chế tạo BTCLR chịu lực được kiểm tra đánh giá theo tiêu chuẩn ASTM C330-99 KRZ có đặc tính khác biệt so với cốt liệu đặc là: cường độ hạt và khối lượng thể tích hạt tăng khi Dmax giảm Do

đó, để chế tạo BTK chịu lực mác cao, người ta thường sử dụng CLR cỡ trung bình và cỡ nhỏ cùng với cát nặng thông thường Khi dùng CLR cỡ nhỏ cũng hạn chế được hiện tượng phân tầng cốt liệu, đặc biệt đối với hỗn hợp bê tông có độ chảy cao hay tự lèn

Đối với hỗn hợp BTCLR có độ chảy cao, và hơn nữa là có tính năng tự lèn,

về nguyên tắc có thể áp dụng lý thuyết về tính lưu biến của hỗn hợp bê tông nặng

tự lèn Tuy nhiên cần đặc biệt lưu ý đến sự khác biệt của CLR và cốt liệu thường

Lý thuyết về tính lưu biến của hệ huyền phù có hàm lượng pha phân tán cao đã

được phát triển và áp dụng cho hồ hay vữa xi măng Sam X Yao và Ben C Gerick [89] cho rằng, điều quan trọng trong chế tạo BTCLR tự lèn là tính lưu biến của hồ xi măng Để hồ xi măng có độ nhớt cao nhưng ứng suất chảy lại thấp, tỷ lệ theo thể tích của nước và chất kết dính nên dao động trong khoảng 0,85  1,0 [89] Lượng hồ trong loại bê tông có độ chảy cao phải đủ lớn để giảm

ma sát trượt giữa các hạt cốt liệu, tạo khả năng chảy cho HHBT Tổng lượng bột mịn trong bê tông khoảng 550  650 kg/m3 bê tông Có thể thay thế một phần xi măng, và/hoặc một phần cát, bằng các loại phụ gia khoáng hay vi cốt liệu thông dụng Trong luận án đã sử dụng tro tuyển nhiệt điện Phả Lại thay thế một phần xi măng và cốt liệu nhỏ để tăng hàm lượng hạt mịn trong bê tông

Sở dĩ sử dụng tro tuyển, với vai trò như một vi cốt liệu trong BTCLR, là bởi

nó có các tính chất kỹ thuật - kinh tế như sau [1], [20], [75]:

- Có hoạt tính puzolanic, tạo khoáng hydrosilicatcanxi (C-S-H) tăng độ bền của bê tông;