Luận án Nghiên cứu chế tạo bê tông chất lưượng siêu cao sử dụng phụ gia khoáng và vật liệu sẵn có ở Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 
TRƢỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG 
NGUYỄN CÔNG THẮNG 
 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG CHẤT LƢỢNG SIÊU CAO 
SỬ DỤNG PHỤ GIA KHOÁNG VÀ VẬT LIỆU SẴN CÓ Ở VIỆT NAM 
LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT 
HÀ NỘI - NĂM 2016 
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 
TRƢỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG 
Nguyễn Công Thắng 
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG CHẤT LƢỢNG SIÊU CAO 
SỬ DỤNG PHỤ GIA KHOÁNG VÀ VẬT LIỆU SẴN CÓ Ở VIỆT NAM 
CHUYÊN NGÀNH: VẬT LIỆU VÀ CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU XD 
MÃ SỐ: 62520309 
LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT 
 NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC 
 1. PGS.TS. Phạm Hữu Hanh 
 2. PGS.TS. Nguyễn Văn Tuấn 
HÀ NỘI - NĂM 2016 
LỜI NÓI ĐẦU 
Qua đây tác giả xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Phạm Hữu Hanh và 
PGS.TS. Nguyễn Văn Tuấn đã hết lòng giúp đỡ trong suốt quá trình học tập và nghiên 
cứu. 
Tác giả xin chân thành cảm ơn trƣờng Đại học Xây dựng, khoa Vật liệu xây dựng, khoa 
Sau đại học, Phòng thí Nghiệm Vật liệu xây dựng (LASXD115), Bộ môn Vật liệu xây 
dựng, Bộ môn Công Nghệ vật liệu xây dựng, Bộ môn Hóa, Phòng thí Nghiệm Công Trình 
(LASXD125) đã giúp đỡ trong thời gian qua. 
Tác giả xin trân trọng cảm ơn Công ty Cổ Phần Bê tông Công Nghệ Cao Nucetech, Viện 
Khoa học công nghệ xây dựng, Viện Vật liệu xây dựng, Phòng vật liệu - Viện Hàn Lâm 
Khoa học Việt Nam đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong quá trình tiến hành 
nghiên cứu của luận văn. 
Xin chân thành cảm ơn toàn thể bạn bè, đồng nghiệp đã tạo điều kiện, động viên, khích lệ 
tôi hoàn thành luận án này. 
Đặc biệt tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình tôi đã luôn sát cánh, giúp đỡ tôi trong 
thời gian qua. 
 Tác giả luận án 
-i- 
LỜI CAM ĐOAN 
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. 
Các số liệu, kết quả đƣợc trình bày trong luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công 
bố trong bất kỳ công trình nào khác. 
 Tác giả luận án 
-ii- 
MỤC LỤC 
LỜI NÓI ĐẦU ..................................................................................................................... I 
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................ I 
DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................................ VIII 
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ........................................................................... IX 
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................ 1 
1. GIỚI THIỆU ................................................................................................................... 1 
2. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI .................................................................................. 2 
3. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ........................................................................................... 4 
4. PHẠM VI VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .................................................................. 4 
5. Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA LUẬN ÁN ..................................................................... 5 
6. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN ............................................................... 6 
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG CHẤT LƢỢNG SIÊU CAO ................... 7 
1.1 GIỚI THIỆU VỀ BÊ TÔNG CHẤT LƢỢNG SIÊU CAO ................................. 7 
1.1.1 Khái niệm về bê tông chất lƣợng siêu cao ...................................................... 7 
1.1.2 Vật liệu chế tạo bê tông chất lƣợng siêu cao ................................................. 10 
1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG BTCLSC TRÊN THẾ GIỚI ..... 13 
1.2.1 Tình hình nghiên cứu bê tông chất lƣợng siêu cao trên thế giới ................... 13 
1.2.2 Tình hình sử dụng bê tông chất lƣợng siêu cao trên thế giới ........................ 17 
1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG BTCLSC Ở VIỆT NAM ........... 20 
1.3.1 Tình hình nghiên cứu về bê tông chất lƣợng siêu cao ở Việt Nam ............... 20 
1.3.2 Tình hình sử dụng bê tông chất lƣợng siêu cao ở Việt Nam ......................... 21 
1.4 BTCLSC TRONG XÂY DỰNG PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG .......................... 21 
1.5 ĐỊNH HƢỚNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN .............................................. 25 
CHƢƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC TRONG VIỆC CHẾ TẠO BÊ TÔNG CHẤT 
LƢỢNG SIÊU CAO ................................................................................ 27 
2.1 GIỚI THIỆU .......................................................................................................... 27 
2.2 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VIỆC SỬ DỤNG PGK SF và GBFS TRONG 
BTCLSC ................................................................................................................. 31 
2.2.1 Vai trò của phụ gia khoáng trong BTCLSC .................................................. 31 
2.2.2 Ảnh hƣởng của sự kết hợp giữa SF và GBFS trong BTCLSC ..................... 35 
-iii- 
2.3 VAI TRÕ CỦA CỐT SỢI TRONG BÊ TÔNG CHẤT LƢỢNG SIÊU CAO . 40 
2.3.1 Vai trò của sợi trong việc nâng cao tính chất cơ học trong BTCLSC ........... 40 
2.3.2 Vai trò của sợi trong việc hạn chế nứt trong BTCLSC ................................. 43 
CHƢƠNG 3 VẬT LIỆU SỬ DỤNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............. 47 
3.1 VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU ................................................ 47 
3.1.1 Cốt liệu mịn ................................................................................................... 47 
3.1.2 Xi măng ......................................................................................................... 47 
3.1.3 Phụ gia khoáng .............................................................................................. 48 
3.1.4 Cốt sợi thép phân tán ..................................................................................... 50 
3.1.5 Phụ gia siêu dẻo ............................................................................................ 50 
3.1.6 Nƣớc .............................................................................................................. 51 
3.2 CÁC PHƢƠNG PHÁP SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU ........................... 51 
3.2.1 Các phƣơng pháp nghiên cứu tiêu chuẩn ...................................................... 51 
3.2.2 Các phƣơng pháp nghiên cứu phi tiêu chuẩn ................................................ 54 
3.3 QUÁ TRÌNH CHẾ TẠO VÀ BẢO DƢỠNG ...................................................... 58 
3.3.1 Quá trình trộn và đúc mẫu ............................................................................. 58 
3.3.2 Quá trình bảo dƣỡng ..................................................................................... 58 
CHƢƠNG 4 NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT CỦA CHẤT KẾT DÍNH SỬ DỤNG 
HỖN HỢP PHỤ GIA KHOÁNG SILICA FUME VÀ XỈ LÕ CAO HẠT HÓA ..... 60 
4.1 ẢNH HƢỞNG CỦA PGK ĐẾN CÁC TÍNH CHẤT CỦA CKD ...................... 60 
4.1.1 Ảnh hƣởng của GBFS đến lƣợng Ntc và thời gian đông kết của CKD ......... 60 
4.1.2 Điểm bão hòa phụ gia siêu dẻo của hồ CKD ................................................ 61 
4.1.3 Ảnh hƣởng của PGK ở tỷ lệ N/CKD khác nhau đến độ nhớt của hồ CKD .. 62 
4.2 ẢNH HƢỞNG CỦA PGK ĐẾN QUÁ TRÌNH THỦY HÓA CỦA XI MĂNG 68 
4.2.1 Mức độ thủy hóa của xi măng sử dụng PGK ................................................ 68 
4.2.2 Ảnh hƣởng của PGK đến hàm lƣợng Ca(OH)2 trong đá xi măng ................. 74 
CHƢƠNG 5 THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG CHẤT LƢỢNG SIÊU CAO . 78 
5.1 THIẾT KẾ THÀNH PHẦN HẠT TRONG BTCLSC ....................................... 78 
5.1.1 Mô hình lèn chặt dạng nén - Mô hình De Larrard ........................................ 79 
5.1.2 Tính toán độ lèn chặt của hỗn hợp hạt theo mô hình của De Larrard ........... 81 
-iv- 
5.2 THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG CHẤT LƢỢNG SIÊU CAO ............. 84 
5.2.1 Tính toán thành phần bê tông chất lƣợng siêu cao ........................................ 84 
5.2.2 Cấp phối sơ bộ sử dụng trong nghiên cứu ..................................................... 85 
5.2.3 Kết quả thí nghiệm sơ bộ bê tông chất lƣợng siêu cao ................................. 86 
5.2.4 Lập kế hoạch thực nghiệm và tiến hành thí nghiệm ..................................... 90 
CHƢƠNG 6 NGHIÊN CỨU MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA BÊ TÔNG CHẤT 
LƢỢNG SIÊU CAO ............................................................................. 99 
6.1 CẤP PHỐI BÊ TÔNG SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU ............................ 99 
6.2 QUÁ TRÌNH THỦY HÓA VÀ VI CẤU TRÖC CỦA BTCLSC ...................... 99 
6.2.1 Ảnh hƣởng của GBFS đến hàm lƣợng Ca(OH)2 trong BTCLSC ................. 99 
6.2.2 Sự phân bố lỗ rỗng trong BTCLSC ............................................................. 101 
6.3 MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG VÀ BTCLSC ............... 102 
6.3.1 Tính công tác của hỗn hợp bê tông ............................................................. 102 
6.3.2 Cƣờng độ nén của BTCLSC ....................................................................... 103 
6.3.3 Cƣờng độ uốn và độ bền dẻo dai của BTCLSC .......................................... 108 
6.3.4 Mô đun đàn hồi của BTCLSC ..................................................................... 112 
6.3.5 Cƣờng độ ép chẻ và cƣờng độ kéo khi bửa của BTCLSC .......................... 113 
6.3.6 Biến dạng co ngót trong BTCLSC .............................................................. 114 
6.4 MỘT SỐ CHỈ TIÊU VỀ ĐỘ BỀN LÂU CỦA BTCLSC ................................. 121 
6.4.1 Mức độ thấm ion clo của BTCLSC ............................................................. 121 
6.4.2 Xác định khả năng ăn mòn cốt thép ............................................................ 122 
6.5 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO BTCLSC .................................................... 124 
6.6 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM KẾT CẤU TẤM ................. 125 
6.6.1 Các thông số đầu vào .................................................................................. 125 
6.6.2 Kết quả thí nghiệm ...................................................................................... 126 
6.6.3 Đánh giá kết quả thí nghiệm tấm BTCLSC ................................................ 127 
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................................... 130 
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ ............................................ 133 
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 134 
PHỤ LỤC ....................................................................................................................... PL1 
-v- 
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 
STT KÍ HIỆU Ý NGHĨA 
1 ACI Viện bê tông Mỹ (American Concrete Institute) 
2 ASTM Tiêu chuẩn của Mỹ về thí nghiệm Vật liệu (American 
Society for Testing and Materials) 
3 AFGC-SETRA Hiệp hội xây dựng Pháp (Association Française de 
Génie Civil - Service d'études techniques des routes et 
autoroutes) 
4 BTCLSC Bê tông chất lƣợng siêu cao 
5 BTCLC Bê tông chất lƣợng cao 
6 BTCS Bê tông cốt sợi 
7 BTCT Bê tông cốt thép 
8 BTDƢL Bê tông dự ứng lực 
9 BT Bê tông 
10 BTT Bê tông thƣờng 
11 BSI Bê tông công nghiệp đặc biệt (Special Industrial 
Concrete) 
12 BJH Barrett-Joyner-Hanlenda 
13 C Cát 
14 Ca(OH)2 - (CH) Canxi hyđrôxit 
15 C/CL Tỷ lệ cát trên cốt liệu theo khối lƣợng 
16 C/CKD Tỷ lệ cát trên chất kết dính theo khối lƣợng 
17 CKD Chất kết dính 
18 CL Cốt liệu 
19 CP Cấp phối 
20 CPTU Cấp phối tối ƣu 
21 CPM Mô hình lèn chặt dạng nén (Compressive Packing 
Model) 
22 CRC Hợp chất composit dạng nén (Compact Reinforced 
Composites) 
23 C-S-H Hyđrôsilicat canxi 
24 CS Co hóa học (Chemical Shrinkage) 
25 D Độ chảy của hỗn hợp bê tông 
-vi- 
26 DSP Hệ bê tông dạng nén sử dụng các hạt mịn (Densified 
with Small Particles) 
27 Đ Đá dăm 
28 ĐC Mẫu đối chứng 
29 FA Tro bay (Fly Ash) 
30 FHWA Cục đƣờng bộ Hoa Kỳ (Federation Highway Agency) 
31 GBFS Xỉ lò cao hạt hóa nghiền mịn 
32 GBFS/CKD Tỷ lệ xỉ trên chất kết dính, theo khối lƣợng 
33 HHBT Hỗn hợp bê tông 
34 HPC Bê tông chất lƣợng cao (High Performance Concrete) 
35 LS Bột đá vôi (Lime Stone) 
36 MDF Hệ bê tông không chứa khuyết tật lớn (Macro-Defect 
Free) 
37 MKN Mất khi nung 
38 MK Mêta caolanh (Meta kaolin) 
39 MSFRC Bê tông cốt sợi thép đa tỷ lệ (Multi-scale fiber 
reinforced concrete) 
40 N Nƣớc 
41 NC Bê tông thƣờng 
42 N/CKD Tỷ lệ nƣớc trên chất kết dính theo khối lƣợng 
43 N/XM Tỷ lệ nƣớc trên xi măng theo khối lƣợng 
44 N/GBFS Tỷ lệ nƣớc trên xỉ theo khối lƣợng 
45 ITZ Vùng chuyển tiếp/tiếp xúc giữa đá xi măng với cốt liệu 
(Interfacial Transition Zone) 
46 PC Xi măng poóclăng (Portland Cement) 
47 PCB Xi măng poóclăng hỗn hợp 
48 PGK Phụ gia khoáng 
49 PGSD Phụ gia siêu dẻo 
50 RHA Tro trấu (Rice Husk Ash) 
51 RH Độ ẩm tƣơng đối (Relative Humidity) 
52 RPC Bê tông bột hoạt tính (Reactive Powder Concrete) 
53 SEM Hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy) 
-vii- 
54 SF Silica fume 
55 SF/CKD Tỷ lệ silica fume trên chất kết dính, theo khối lƣợng 
56 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam 
57 UHPC Bê tông chất lƣợng siêu cao (Ultra High Performance 
Concrete) 
58 XM Xi măng 
59 XRD Nhiễu xạ tia X (X-Ray Diffraction) 
60 Wn Lƣợng nƣớc liên kết hóa học (Non-evaporable water) 
-viii- 
DANH MỤC CÁC BẢNG 
Bảng 1.1 So sánh một số tính chất của BTCLSC với BTT và BTCLC [47, 53] ................... 7 
Bảng 1.2 Tổng năng lƣợng và vật liệu cho cột bê tông cốt thép theo cấp cƣờng độ nén của 
bê tông (NED = 40 MN, l = 3.50m) [88] .............................................................. 24 
Bảng 3.1 Tính chất cơ lý của cát sử dụng trong nghiên cứu .............................................. 47 
Bảng 3.2 Tính chất cơ lý của xi măng sử dụng trong nghiên cứu ....................................... 48 
Bảng 3.3 Tính chất và thành phần hạt của SF sử dụng trong nghiên cứu ........................... 48 
Bảng 3.4 Các tính chất của GBFS sử dụng trong nghiên cứu ............................................. 49 
Bảng 3.5 Thành phần hóa của xi măng và phụ gia khoáng hoạt tính .................................. 49 
Bảng 3.6 Các tính chất kỹ thuật của sợi thép sử dụng trong nghiên cứu ............................ 50 
Bảng 4.1 Tỷ lệ thành phần vật liệu thí nghiệm hồ CKD ..................................................... 63 
Bảng 5.1 Hệ số nén K ứng với PGK và mô hình khác nhau [66] ....................................... 81 
Bảng 5.2 Tỷ lệ thành phần cấp phối bê tông ....................................................................... 85 
Bảng 5.3 Giá trị mã hoá và giá trị thực nghiệm của các nhân tố ........................................ 91 
Bảng 5.4 Ma trận quy hoạch thực nghiệm ......................................................................... 91 
Bảng 5.5 Các cấp phối thí nghiệm và kết quả nghiên cứu .................................................. 92 
Bảng 5.6 Tỷ lệ thành phần vật liệ ...  
26(1), p. 93-100. 
115. Haines P.J (2002), "Principles of thermal analysis and calorimetry", The Royal 
Society of Chemistry: London, O.T. Sorensen and J. Rouquerol (Eds). 
-PL1- 
PHỤ LỤC 
PHỤ LỤC 1: PHƢƠNG PHÁP QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM BẬC 2 TÂM XOAY 
PHỤ LỤC 2: QUÁ TRÌNH THỬ NGHIỆM TẤM SÀN 
PHỤ LỤC 3: MỘT SỐ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 
-PL2- 
PHỤ LỤC 1 
PHƢƠNG PHÁP QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM BẬC 2 TÂM XOAY 
Lập mô hình thống kê và kế hoạch thực nghiệm 
Trong luận án đã sử dụng phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm bậc hai tâm xoay để 
nghiên cứu ảnh hƣởng của thành phần bê tông tới tính công tác của hỗn hợp bê tông 
và cƣờng độ nén của bê tông, trên cơ sở đó lựa chọn tỷ lệ phối hợp hợp lý giữa xỉ lò 
cao và SF để chế tạo bê tông với độ chảy từ 200-230mm, cƣờng độ trên 150N/mm2, 
cƣờng độ uốn trên 15N/mm2. 
Theo tác giả Nguyễn Minh Tuyển [16], với phƣơng pháp toán quy hoạch thực 
nghiệm đƣợc sử dụng để nghiên cứu ảnh hƣởng của các nhân tố đầu vào đến hàm 
mục tiêu trong khi chƣa hiểu rõ bản chất của sự ảnh hƣởng đó và những ảnh hƣởng 
này đƣợc thể hiện dƣới dạng hàm hồi quy thực nghiệm nhƣ sau: 
 
n
j
jjj
n
uj
uj
ujju
n
j
jj xbxxbxbbY
1
2
1,1
0
^
 j,u = 1, n; j u 
 Trong đó: 
^
Y : là hàm mục tiêu hay đối tƣợng nghiên cứu. 
xj, xu : là các nhân tố đầu vào (còn gọi là các biến số) ảnh hƣởng tới 
hàm mục tiêu. 
b0, bj, bju, bjj : là các hệ số hồi quy tƣơng ứng với các biến, thu đƣợc 
sau khi giải phƣơng trình hồi quy thực nghiệm. 
n : là số thí nghiệm theo kế hoạch. 
Các hệ số của phƣơng trình hồi quy mô tả hệ đƣợc tính toán theo công thức sau: 
 
N
j
n
i
N
j
jijj yxayab
1 1 1
2
210 *** 

N
j
jiji yxab
1
3 ** 
-PL3- 

N
j
jujijiu yxxab
1
4 *** , víi i u; i,u= 1 đến n . 
 
n
i
N
j
N
j
jjij
N
j
jijii yayxayxab
1 1 1
7
2
6
1
2
5 ***** 
Trong đó: a1  a7 là các hệ số phụ thuộc số biến độc lấp và nhân kế hoạch thực 
nghiệm bậc hai tâm xoay, đƣợc thể hiện ở bảng 1 [16]. 
Bảng 1 Các hệ số thực nghiệm [16] 
Số biến 
độc lập 
(n) 
Giá trị 
điểm 
sao 
Các hệ số 
a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 
3 
1.682 0.1663 0.0568 0.0732 0.1250 0.0625 0.00688 0.0694 
Giá trị của cánh tay đòn của điểm sao đƣợc xác định theo công thức: 
 = 2n/4 , nếu nhân kế hoạch là 2n 
4
1
2
n
 , nếu nhân kế hoạch là 2
n-1
Giá trị của số thí nghiệm lặp tại tâm kế hoạch (n0) đƣợc xác định theo bảng 2 
Bảng 2 Các giá trị no, α, số thí nghiệm trong kế hoạch [16] 
Đại 
lƣợng 
nhân 
KH 
Số biến n 
2 3 4 5 5A 6 6 A 7 7A 
2
2 
2
3 
2
4 
2
5 
2
5-1 
2
6 
2
6-1 
2
7 
2
7-1 
 1.414 1.682 2 2.378 2 2.828 2.378 3.333 2.828 
n0 5 6 7 10 6 15 9 21 14 
- Tổng số thí nghiệm trong kế hoạch (N): 
N = 2
n
 + 2*n + n0 , khi nhân kế hoạch là 2
n
. 
N = 2
n-1
 + 2*n + n0 , khi nhân kế hoạch là 2
n-1
Trong đó: 
2
n 
, 2 
n-1
 : Là số thí nghiệm ở nhân kế hoạch. 
2*n : Số thí nghiệm ở các điểm sao . 
n0 : Số thí nghiệm lặp tại tâm kế hoạch. 
-PL4- 
Kế hoạch bậc hai hỗn hợp tâm xoay có ƣu điểm là có tính chất tâm xoay tức là theo 
kế hoạch này thông tin tại tâm kế hoạch sẽ đậm đặc nhất do đó chỉ cần làm thí 
nghiệm lặp tại tâm kế hoạch vì vậy số thí nghiệm cần thiết sẽ ít. Bên cạnh đó thông 
tin chứa đựng trong phƣơng trình hồi quy đƣợc phân bố đồng đều trong không gian 
nhân tố. 
Luận văn sử dụng kế hoạch bậc hai tâm xoay với số nhân tố n = 3, số thí nghiệm 
của nhân kế hoạch 2n = 8, α = 1.682, số thí nghiệm tại cánh tay đòn sao α là 2n = 
6, số thí nghiệm lặp tại tâm no = 6, Tổng số thí nghiệm tiến hành 
N = 2
n
 + 2n + no = 20. 
Phƣơng trình hồi quy có dạng là: 
^
Y = b0 + b1x1 + b2x2 + b3x3 + b12x1x2 + b13x1x3 + b23x2x3 +b11x1
2
 + b22x2
2
 + b33x3
2
Các biến x1, x2, x3 là các biến mã hoá. Các biến mã này quan hệ với các biến thực 
bởi biểu thức: 
i io
i
i
X X
x
X
 (7) 
Trong đó: Xi – Khoảng biến thiên của biến thực 
 Xi là biến thực thứ i 
 Xio là mức 0 của biến thực thứ i. 
Mức 0 của biến Xio là giá trị trung bình của mức trên và mức dƣới của biến đó: 
max min
2
i i
io
X X
X
Khoảng biến thiên Xi là giá trị mà khi lấy mức 0 của biến thực thứ i cộng với nó 
thì đƣợc mức trên của biến thực thứ i (
max
iX ), còn khi lấy mức 0 của biến thực i trừ 
đi nó thì đƣợc mức dƣới của biến thực thứ i (
min
iX ). 
max min
2
i i
i
X X
X
Ta dễ dàng tính đƣợc: ximin = -1, x
i
0 = 0, x
i
max = 1. 
Quan hệ giữa biến mã và biến thực ở mức ±α là: 
-PL5- 
 i io
i
X X
X
 + i io
i
X X
X
 Lựa chọn các nhân tố 
Có nhiều yếu tố ảnh hƣởng tới tính chất của hỗn hợp bê tông và cƣờng độ của bê 
tông chất lƣợng siêu cao nhƣ tỷ lệ N/CKD, tỷ lệ C/CKD, kích thƣớc lớn nhất của 
cốt liệu, thành phần hóa của xi măng, loại và lƣợng dùng phụ gia khoáng và phụ gia 
siêu dẻo... Một số yếu tố ảnh hƣởng tới tính công tác của hỗn hợp bê tông và cƣờng 
độ của bê tông là tỷ lệ giữa thể tích hồ xi măng và thể tích cốt liệu, khi tăng lƣợng 
dùng xi măng, nghĩa là tăng chiều dày lớp hồ xi măng bao quanh cốt liệu, thì độ lƣu 
động của hỗn hợp bê tông và cƣờng độ của bê tông tăng. Nhƣng sự tăng cƣờng độ 
do tăng chiều dày lớp đá xi măng chỉ đến một giới hạn nhất định. Mặt khác, trong 
bê tông chất lƣợng siêu cao, thƣờng lƣợng dùng xi măng rất lớn, khoảng 800-100 
kg/m
3, việc sử dụng thêm phụ gia khoáng hoạt tính không những giảm giá thành sản 
phẩm mà còn cải thiện đáng kể các tính chất kỹ thuật của hỗn hợp bê tông và bê 
tông nhƣ: tính công tác, khả năng chống thấm, cƣờng độ, độ co ngót... 
Xét trong phạm vi nghiên cứu, luận án tập trung nghiên cứu ảnh hƣởng của sự phối 
hợp giữa hai loại phụ gia khoáng hoạt tính là SF và GBFS tới một số tính chất của 
BTCLSC. Vì vậy, các nhân tố ảnh hƣởng chính, đƣợc lựa chọn để nghiên cứu ảnh 
hƣởng của chúng tới hàm mục tiêu cƣờng độ BTCLSC, là hàm lƣợng xỉ lò cao 
trong chất kết dính (GBFS/CKD), tỷ lệ Cát với Chất kết dính (C/CKD), tỷ lệ Nƣớc 
với Chất kết dính (N/CKD). 
Trên cơ sở các biến và khoảng biến thiên đƣợc lựa chọn, đề tài tiến hành lập kế 
hoạch thực nghiệm và thí nghiệm. Kết quả đạt đƣợc sau khi kiểm tra tính có nghĩa 
của các hệ số của phƣơng trình hồi quy, kiểm tra tính tƣơng hợp của mô hình hồi 
quy sẽ thiết lập đƣợc mối quan hệ giữa hàm mục tiêu và các biến X1, X2 và X3. Chi 
tiết kết quả đƣợc trình bày trong chƣơng 5 của luận án. 
-PL6- 
PHỤ LỤC 2 QUY TRÌNH THỬ NGHIỆM TẤM SÀN 
Name B150 
Type Concrete 
Unit mass [kg/m
3
] 2500.0 
E mod [MPa] 5.1000e+004 
fc28 [MPa] 156.00 
ft28 [MPa] 24.00 
Sơ đồ thí nghiệm tấm sàn 
Ta sẽ có 3 giá trị mô đun đàn hồi: 
- Mô đun đàn hồi (E) thử trên mẫu hình trụ, mẫu đối chứng với kích thƣớc 
100x200mm, mô đun đàn hồi thí nghiệm đạt E = 51GPa. 
- E tính toán lý thuyết, giai đoạn đàn hồi, theo Eurocode cho bê tông mác cao: 
 √ 
 √ 
 . 
- E từ thí nghiệm tấm mỏng 2.2m, dày 40mm. 
Mẫu đƣợc tiến hành theo 5 cấp tải: 
C0: không có tải ngoài 
C1: 3.0 kN, cho tải giảm về cấp C0 
C2: 6.0 kN, cho tải giảm về cấp C1 và C0 
C3: 9.0 kN, cho giảm tải trả về cấp C2, C1 và C0, sau đó tăng lên cấp C4 
C4: 12.0kN, cho giảm tải trả về cấp 3, C2, C1 và C0, sau đó tăng lên cấp C5 
C5: tăng tải đến khi mẫu phá hủy 
-PL7- 
Chi tiết quá trình thử tải đƣợc thực hiện nhƣ sau 
(1) Ở cấp tải đến C1 (3 
kN): độ võng của tấm sau 
khi cho tải về "0" bằng 
không, chứng tỏ tại giai 
đoạn này vật liệu làm việc 
trong vùng đàn hồi. 
Kết quả độ võng tính toán 
1.6mm nhỏ hơn 0.225mm 
so với thí nghiệm, và mô 
đun đàn hồi giả thiết 
51GPa trong mô hình tính 
(dựa trên mẫu đối chứng) 
là cao hơn so với giá trị 
thực tế khi tấm chịu uốn. 
Mô hình chất tải và kết quả chuyển vị 
C0=>C1 (3kN) 
Biểu đồ quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của tấm khi P=3kN 
Trong giai đoạn đàn hồi E trong vùng kéo và vùng nén là xấp xỉ nhau, tuy nhiên giá 
trị E = 40GPa nhỏ hơn khá nhiều so với trên mẫu đối chứng (E=51GPa) và lí thuyết 
nội suy E từ công thức của Eurocode (E=59GPa). 
0
10
20
30
40
50
0 0.005 0.01 0.015 0.02
Ứ
n
g
 s
u
ất
, 
d
aN
/c
m
2
Biến dạng vùng kéo (), %
P=0-3kN
0
10
20
30
40
50
0 0.005 0.01 0.015 0.02
Ứ
n
g 
su
ất
, 
d
aN
/c
m
2
Biến dạng vùng nén (), %
P=0-3kN
-PL8- 
(2) Ở cấp tải tiếp theo 
C0=>C1=>C2 (6.0 kN): độ 
võng đo thực tế bắt đầu lớn 
hơn so với tính toán, chứng 
tỏ E thực tế bị suy giảm, vật 
liệu làm việc trong giai đoạn 
đàn dẻo. Độ võng thực tế 
5.225 mm, tƣơng đƣơng 
1/400 nhịp. 
Trong giai đoạn này vật liệu 
không còn đàn hồi, và khi trả 
tải về 0 chúng ta nhận đƣợc 
biến dạng dƣ, biến dạng dƣ 
vủa vùng kéo lớn hơn của 
vùng nén. Đây là giai đoạn 
Mô hình chất tải và kết quả chuyển vị 
Tải trọng C0=>C1=>C2 (6.0 kN) 
chuyển tiếp của đàn hồi và dẻo, ta gọi là giai đoạn "đàn-dẻo" của bê tông. E trong 
vùng kéo giảm nhanh thể hiện ở độ dốc biểu đồ giảm. Tuy nhiên ở vùng nén giảm 
không đáng kể, rõ ràng khả năng chịu nén của bê tông tốt hơn nhiều khả năng chịu 
kéo, và giai đoạn đàn hồi trong vùng nén cũng dài hơn vùng kéo. 
Biểu đồ quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của tấm khi P=6kN 
0
20
40
60
80
100
0 0.02 0.04 0.06 0.08
Ứ
n
g
 s
u
ất
, 
d
aN
/c
m
2
Biến dạng vùng kéo (), %
P=0-6kN
0
20
40
60
80
100
0 0.01 0.02 0.03 0.04
Ứ
n
g
 s
u
ất
, 
d
aN
/c
m
2
Biến dạng vùng nén (), %
P=0-6kN
-PL9- 
(3) Giai đoạn tăng giảm tải C0=>C1=>C2=>C3 (9kN) => C2=>C1=>C0: ta có thể 
phân tích và tính đƣợc biến dạng đàn hồi cũng nhƣ biến dạng dƣ của bê tông nhƣ sau: 
Biến dạng đàn hồi bằng hiệu 
của độ võng C3 và C0 
(22.11-10.49=11.62 mm); 
Biến dạng dƣ là độ võng 
tuyệt đối của C0 (10.49 mm). 
Độ võng giữa tính toán và thí 
nghiệm sai khác nhiều, do vật 
liệu làm việc ngoài miền đàn 
hồi, E suy giảm mạnh và bắt 
đầu nứt gây giảm đặc trƣng 
hình học của tiết diện. Rõ 
ràng vật liệu đã ra xa miền 
đàn hồi, và việc sử dụng tính 
toán mô hình bằng lý thuyết 
đàn hồi là không còn phù 
Mô hình chất tải và kết quả chuyển vị 
C0=>C3; P = 9.197kN (bắt đầu nứt) 
hợp (kết quả mô hình sai khác nhiều thực tế thí nghiệm), cần phải có công cụ mô hình 
khai báo vật liệu phi đàn hồi để tính toán, dự đoán sự làm việc của cấu kiện. E trong 
vùng kéo giảm nhanh thể hiện ở độ dốc biểu đồ tiếp tục giảm. Tuy nhiên, ở vùng nén 
giảm không đáng kể, rõ ràng khả năng chịu nén của bê tông vẫn còn tốt và chƣa đƣợc 
huy động hết, giai đoạn đàn hồi trong vùng nén cũng dài hơn nhiều trong vùng kéo. 
Biểu đồ quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của tấm khi P=6kN 
0
20
40
60
80
100
120
140
0 0.05 0.1 0.15 0.2
Ứ
n
g
 s
u
ất
, 
d
aN
/c
m
2
Biến dạng vùng kéo (), %
P=0-9kN
0
20
40
60
80
100
120
140
0 0.02 0.04 0.06
Ứ
n
g
 s
u
ất
, 
d
aN
/c
m
2
Biến dạng vùng nén (), %
P=0-9kN
-PL10- 
(4) Giai đoạn tăng giảm tải C0=>C1=>C2=>C3=>C4 (12kN) =>C3=>C2=>C1=>C0: 
Ta có thể phân tích và tính đƣợc biến dạng đàn hồi cũng nhƣ biến dạng dƣ của bê 
tông nhƣ sau: Biến dạng đàn hồi bằng hiệu của độ võng C4 và C0 (38.725-
19.075=19.65 mm); Biến dạng dƣ gia tăng là độ võng tuyệt đối của C0 (19.075 mm). 
Độ võng giữa tính toán và thí nghiệm sai khác nhiều, do vật liệu làm việc ngoài miền 
đàn hồi, E suy giảm mạnh và bắt đầu nứt, gây giảm đặc trƣng hình học của tiết diện. 
Kết cấu đã nứt nhƣng tải trọng vẫn có thể tăng lên và E tức thời trong giai đoạn này 
cũng ít suy giảm (biểu đồ gần nhƣ không thay đổi độ cong). Điều này khác hẳn so với 
BTT vì khi nứt bê tông sẽ 
không còn khả năng chịu lực, 
nhƣng đối với BTCLSC thì 
độ dẻo dai cao hơn nhiều, 
thực chất đây là giai đoạn sợi 
thép bắt đầu phát huy tác 
dụng nhận và phân bố ứng 
suất kéo trên kết cấu. Tƣơng 
tự nhƣ cấp tải trên, ta thấy ở 
vùng nén E giảm không đáng 
kể, biến dạng dƣ nhỏ, rõ ràng 
khả năng chịu nén của bê 
tông còn tốt và chƣa đƣợc 
huy động hết 
Mô hình chất tải và kết quả chuyển vị 
C0=>C4; P = 12kN 
Biểu đồ quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của tấm khi P=12kN 
0
40
80
120
160
200
0 0.1 0.2 0.3 0.4
Ứ
n
g
 s
u
ất
, 
d
aN
/c
m
2
Biến dạng vùng kéo (), %
P=0-12kN
0
40
80
120
160
200
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1
Ứ
n
g
 s
u
ất
, 
d
aN
/c
m
2
Biến dạng vùng nén (), %
P=0-12kN
-PL11- 
(4) Tại cấp tải C5: tấm bị phá hoại vết nứt lớn nằm tại gối (1/3 nhịp). Tuy bê tông bắt 
đầu xuất hiện vết nứt nhƣng bê tông vẫn còn khả năng chịu lực. Tƣơng tự nhƣ cấp tải 
trên, ta thấy ở vùng nén E vẫn giảm không đáng kể, biến dạng dƣ nhỏ, khả năng chịu 
nén của bê tông vẫn còn tốt và chƣa đƣợc huy động hết. 
Khi đến tải trọng giới hạn, 
tấm bị phá hủy, vùng chịu 
kéo biến dạng đạt 0.35% 
bằng với giới hạn của bê tông 
cho phép trong các tiêu chuẩn 
tính toán bê tông cốt thép 
trong trạng thái giới hạn. 
Nhƣng vùng nén thì mới đạt 
0.08% rất bé so với giới hạn 
0.35% cho phép. 
Mô hình chất tải và kết quả chuyển vị 
C0=>C5; P = 13kN 
Biểu đồ quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của tấm khi P=13kN 
Có thể thấy rõ ràng không huy động đƣợc bê tông vùng nén. Điều này cho thấy nên 
dùng BTCLSC vào dạng cấu kiện thành mỏng hoặc tấm vỏ, khi đó vùng bê tông chịu 
0
40
80
120
160
200
0 0.1 0.2 0.3 0.4
Ứ
n
g
 s
u
ất
, 
d
aN
/c
m
2
Biến dạng vùng kéo (), %
P=0-13kN
0
40
80
120
160
200
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1
Ứ
n
g
 s
u
ất
, 
d
aN
/c
m
2
Biến dạng vùng nén (), %
P=0-13kN
-PL12- 
nén chỉ cần mỏng, trong khi vật liệu phân tán ra xa trục trung hòa sẽ huy động đƣợc 
vật liệu vùng kéo một cách hiệu quả hơn. 
Ứng suất kéo tối đa của BTCLSC trong mẫu thí nghiệm uốn đạt đƣợc là 17MPa, nhỏ 
hơn kết quả mẫu uốn thí nghiệm (24MPa), do đó việc chuyển tỉ lệ từ mẫu thí nghiệm 
đến giá trị đƣa vào tính toán đánh giá kết cấu cần có sự hiệu chỉnh. 
-PL13- 
PHỤ LỤC 3 MỘT SỐ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 
1. Kết quả phân tích thành phần hạt của xi măng, silica fume, xỉ lò cao hạt hóa 
2. Kết quả nén mẫu BTCLSC 
3. Kết quả uốn mẫu BTCLSC 
4. Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi của BTCLSC 
5. Kết quả xác định sự phân bố lỗ rỗng bằng phƣơng pháp BHJ 
6. Kết quả thử thấm ion clo bằng phƣơng pháp điện lƣợng 
7. Kết quả thí nghiệm ăn mòn bằng phƣơng pháp gia tốc 
8. Một số hình ảnh trong quá trình thí nghiệm 
-PL14- 
Kết quả phân tích thành phần hạt của vật liệu 
-PL15- 
-PL16- 
-PL17- 
-PL18- 
-PL19- 
Kết quả uốn và nén mẫu BTCLSC 
-PL20- 
-PL21- 
-PL22- 
-PL23- 
-PL24- 
-PL25- 
-PL26- 
Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi 
-PL27- 
-PL28- 
Kết quả xác định sự phân bố lỗ rỗng bằng phƣơng pháp BHJ 
-PL29- 
-PL30- 
-PL31- 
-PL32- 
-PL33- 
-PL34- 
Kết quả thử thấm ion clo bằng phƣơng pháp điện lƣợng 
-PL35- 
Kết quả thí nghiệm ăn mòn bằng phƣơng pháp gia tốc 
-PL36- 
MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRONG QUÁ TRÌNH THÍ NGHIỆM 
Thí nghiệm tính công tác của hỗn hợp BTCLSC 
Thí nghiệm độ nhớt hồ CKD Phân tích độ rỗng BTCLSC 
Thí nghiệm uốn - nén mẫu BTCLSC 
-PL37- 
Thí nghiệm co tự sinh và co hạn chế của mẫu BTCLSC 
Thí nghiệm gia tải kết cấu dạng tấm BTCLSC