Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hóa học giảm co ngót đến một số tính chất của bê tông tính năng cao

 1
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ GIA HÓA HỌC GIẢM CO NGÓT ĐẾN 
MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA BÊ TÔNG TÍNH NĂNG CAO 
Nguyễn Quang Phú 
Nguyễn Thái Huy 
Tóm tắt: 
Bài báo trình bày nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hóa học giảm co ngót đến tính công tác và một 
số tính chất cơ lý của bê tông tính năng cao trong phòng thí nghiệm 
Từ khóa: Bê tông tính năng cao; muội silic; tro bay; xỉ lò cao; phụ gia giảm co ngót; phụ gia giảm 
nước bậc cao; cường độ nén; cường độ kéo; mô đun đàn hồi. 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ 
Hiện nay trong xây dựng các công trình thủy lợi, rất nhiều hạng mục công trình cần phải sử dụng 
bê tông có tính năng cao. Khi sử dụng bê tông tính năng cao sẽ đảm bảo được tính bền rất tốt (tính 
chống ăn mòn, chống xâm thực, chống mài mòn.) của các hạng mục công trình mà bê tông thông 
thường khó đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật đó. Lựa chọn vật liệu phù hợp để sản xuất bê tông tính 
năng cao không những mang lại hiệu quả kinh tế cao mà còn đảm bảo được chất lượng công trình. 
Các loại vật liệu dùng để chế tạo bê tông tính năng cao cần được lựa chọn và phân tích một cách 
hợp lý. Trong việc sử dụng vật liệu để chế tạo, ngoài các thành phần cơ bản như xi măng, cát, đá, nước 
thì phụ gia hóa học đóng vai trò rất quan trọng trong việc thiết kế và thi công bê tông tính năng cao. Yêu 
cầu đặt ra là dùng vật liệu như thế nào để chế tạo bê tông tính năng cao đáp ứng được những yêu cầu kỹ 
thuật nhất định, qua đó đề xuất các phương án thiết kế cấp phối là một nhiệm vụ hết sức cần thiết. 
2. CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT 
2.1. Các yêu cầu đối với hỗn hợp bê tông tươi 
 Bê tông tính năng cao (HPC) cần đáp ứng các tổ hợp tính năng về cường độ và độ bền, cũng như 
những yêu cầu khác cho các kết cấu công trình. Bê tông sử dụng các thành phần nguyên liệu, áp dụng 
các công nghệ trộn, đổ, bảo dưỡng đặc biệt. HPC còn có cường độ sớm, f’c3≥0,85≥f’c28. Cường độ chịu 
nén tối thiểu tuổi 28 ngày ≥ 60,0 ÷ 100MPa (theo Viện Bê tông Hoa Kỳ). Độ bền cao hơn bê tông 
thường tuỳ theo yêu cầu được kiến nghị sử dụng. 
Nhiệt độ bê tông tươi tB<20
0C, nhiệt độ này đảm bảo bê tông khối lớn không bị nứt do nhiệt độ 
trong giai đoạn đầu (1-10 ngày). Mức chênh nhiệt độ bên ngoài và trong lõi khối bê tông không vượt 
quá mức chênh nhiệt độ gây nứt. 
 Nói chung bê tông tính năng cao nên được đổ có độ sụt thấp nhất mà vẫn đảm bảo việc vận 
chuyển và đổ khuôn dễ dàng. Độ sụt từ 5 - 10cm là phổ biến. Tuy nhiên đối với các kết cấu có mật độ 
cốt thép và khoảng cách giữa các cốt thép là rất nhỏ, độ sụt của bê tông chọn từ 15 ÷ 20cm. Thời gian 
giữ độ sụt khoảng 1 - 2 giờ. 
Ở trạng thái tươi khả năng chảy (độ sụt) là một đặc tính quan trọng, nó thể hiện trạng thái dễ 
dàng hoặc khó khăn của việc đổ bê tông phụ thuộc vào các thiết bị hiện có. Độ sụt được xác định bằng 
dụng cụ đo độ sụt (côn Abrams) tại trạng thái trước khi đổ bê tông. Độ sụt yêu cầu 18±2cm và phải giữ 
được tối thiểu là 1giờ. Yêu cầu thời gian giữ độ sụt lớn hơn thời gian thi công hoàn thiện kết cấu. 
2.2. Các yêu cầu đối với vật liệu 
 Vật liệu chế tạo HPC có yêu cầu về các chỉ tiêu chặt chẽ hơn so với bê tông thường và được 
qui định theo tiêu chuẩn ASTM. Các vật liệu chính là: xi măng, các hợp chất hóa học, các vật liệu 
khoáng siêu mịn, nước, cốt liệu, các chất tăng dẻo, các chất làm chậm ngưng kết. 
2.2.1. Xi măng 
Tất cả các loại xi măng được sử dụng phải là xi măng Portland thường (ASTM C150)[1] hoặc 
TCVN 2682-1992[2] đối với xi măng PC40 và PC50. Cần có các thí nghiệm xác định mức độ ảnh 
hưởng của chất bột khi sử dụng xi măng PCB40. 
Khi không cần thiết thì hạn chế sử dụng xi măng kiểu III theo ASTM[1]. 
Lượng xi măng cao có thể dẫn đến nhiệt độ tăng cao trong khối bê tông vì vậy cần qui định 
 2
lượng xi măng tối đa là 525kg/m3
bê tông. Trong trường hợp cần có cường độ cao hơn nên sử dụng 
tỷ lệ N/X thấp (từ 0,35÷0,26) để vẫn đảm bảo được cường độ mà lượng xi măng dùng không quá 
lớn gây các hiệu ứng phụ không có lợi cho bê tông (toả nhiều nhiệt, từ biến và co ngót lớn). 
2.2.2. Phụ gia khoáng hoạt tính 
 Có thể khẳng định phụ gia khoáng hoạt tính (PGKHT) là loại phụ gia không thể thiếu được 
trong bê tông tính năng cao. Vai trò chính của PGKHT là bổ sung hạt mịn cho bê tông nhằm tăng tính 
dính kết giữa các hạt rắn, làm giảm nguy cơ tách nước trong bê tông, cải thiện tính đồng nhất trong bê 
tông. Ngoài ra, PGKHT còn có tác dụng khác như giảm phản ứng kiềm-cốt liệu. 
 PGKHT có thể bao gồm một trong các loại sau: Tro bay (FA), Silica fume (SF), Xỉ lò cao 
(Slag). Ngoài ra, cũng có thể dùng tro trấu nghiền mịn hoặc mêta caolanh. 
2.2.3. Phụ gia hóa học 
 Các hợp chất hóa học nói chung đều được sản xuất từ licnin sunphonat, các axít 
cacbonxiclic (phenol cao phân tử) được hydrat hóa, các nhóm hydrat-cacbon, melamin, naptalin, các 
chất gia tốc vô cơ và hữu cơ dưới các dạng công thức khác nhau. Việc chọn loại và liều lượng cần 
tiến hành bằng các thực nghiệm. Các hợp chất hóa học góp phần tăng đáng kể cường độ nén, kiểm 
soát tốc độ đóng rắn, thúc đẩy nhanh cường độ, cải thiện khả năng làm việc và độ bền lâu. 
2.2.4. Cốt liệu thô 
 Cốt liệu thô thông thường được sử dụng là đá dăm. Việc lựa chọn đá dăm để chế tạo bê tông 
HPC cần có kích thước tối đa của cốt liệu không lớn hơn 25mm và có phần trăm lỗ rỗng thấp. Thể tích 
đã lèn chặt của đá cho bê tông HPC thường từ 0,65 ÷ 0,72. 
 Với bê tông có cường độ nén nhỏ hơn 60MPa thì cường độ tối thiểu của đá gốc phải lớn hơn 
100MPa. Với bê tông có cường độ nén từ 62 ÷ 100MPa (D=19,5-12,5mm) cường độ chịu nén tối thiểu 
của đá từ 100 ÷ 120MPa. 
 Cốt liệu lý tưởng là cốt liệu sạch dạng khối có cạnh và có ít nhất lượng các hạt dẹt và dài, có 
cường độ cao. 
 Thành phần hạt của cốt liệu lớn phải phù hợp với thành phần hạt của tiêu chuẩn được ghi trong 
TCVN 7570-2006[3], ASTM D448, tiêu chuẩn Châu Âu N13043-2002. 
 Lượng ngậm các chất có hại và khả năng phản ứng kiềm cốt liệu trong sỏi hoặc đá dăm nhỏ hơn 
các quy định của tiêu chuẩn 7572-2006[3]. 
2.2.5. Cốt liệu mịn 
 Cốt liệu mịn cũng là một phần rất quan trọng của hỗn hợp bê tông mà nó ảnh hưởng lên khả 
năng làm việc trong quá trình đổ. Nói chung, HPC có thể được sản xuất khi sử dụng một loại cát tròn 
tự nhiên hoặc nghiền từ đá vôi với mô đun độ lớn từ 2,6 đến 3,2. Thành phần cốt liệu mịn phù hợp với 
yêu cầu tiêu chuẩn AASHTO: 
 Cốt liệu mịn phải có hạt bền, cứng và sạch, không lẫn bụi, bùn, sét, chất hữu cơ và những tạp 
chất khác. Việc phân tích thành phần hạt của cốt liệu mịn phải thực hiện theo TCVN 7570-2006[3] hoặc 
AASHTO-T27. 
 Hàm lượng các tạp chất có hại trong cốt liệu mịn không được vượt quá giới hạn quy định trong 
TCVN7572-14-06[4]. 
2.2.6. Nước 
 Các loại nước sử dụng trong bê tông HPC cho việc trộn, bảo dưỡng hoặc các ứng dụng khác 
phải là nước uống được, ngoài ra nước sử dụng cho HPC phải đảm bảo độ sạch hợp lý và không lẫn 
dầu, muối, axít, chất kiềm, thực vật và bất kỳ chất nào khác gây hư hỏng đối với sản phẩm hoàn thiện. 
3. THÍ NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ GIA HÓA HỌC SRA ĐẾN MỘT SỐ TÍNH CHẤT 
CƠ LÝ CỦA HPC 
3.1. Các loại vật liệu sử dụng trong thí nghiệm 
3.1.1. Xi măng 
 Xi măng Pooclăng có cường độ 49,7MPa ở tuổi 7 ngày và 60MPa ở tuổi 28 ngày. Thành phần 
hóa học và các thuộc tính vật lý được thống kê trong bảng 1. 
 3
Bảng 1. Thành phần hóa học và thuộc tính vật lý của xi măng Pooclăng 
Một số thành phần khoáng vật (%) Khối lượng 
riêng 
(g/cm3) 
Đặc trưng bề 
mặt 
(m2/kg) SiO2 Al2O3 CaO MgO Fe2O3 SO3 Loss 
20,60 5,03 64,11 1,46 4,38 1,72 1,18 3,15 450 
3.1.2. Phụ gia khoáng 
 Phụ gia khoáng được sử dụng trong thí nghiệm gồm có: Silica fume (SF), tro bay (FA), và xỉ 
lò cao. Thành phần hóa học và các thuộc tính vật lý của các loại phụ gia khoáng được thống kê trong 
bảng 2. 
Bảng 2. Thành phần hóa học và thuộc tính vật lý của các phụ gia khoáng 
Phụ gia 
khoáng 
Một số thành phần hóa học Khối 
lượng 
riêng 
(g/cm3) 
Đặc trưng 
bề mặt 
(m2/kg) SiO2 Al2O3 CaO MgO Fe2O3 SO3 Loss 
Silica 
fume 
93,15 0,97 1,01 0,43 0,88 0,50 1,50 2,10 24000 
Tro bay 49,39 33,36 4,92 4,13 0,85 1,96 2,49 2,20 615 
Xỉ lò cao 33,12 11,80 1,17 34,95 10,75 0,69 1,23 2,89 439 
3.1.3. Cốt liệu nhỏ 
 Cốt liệu nhỏ được sử dụng trong thí nghiệm là cát tự nhiên. Các thuộc tính của cốt liệu nhỏ 
(cát) được thống kê trong bảng 3. 
Bảng 3. Các thuộc tính của cốt liệu nhỏ (cát) 
Khối lượng thể tích ở trạng 
thái khô 
Khối lượng thể tích Độ hút nước 
Môđun độ lớn 
(g/cm3) (g/cm3) (%) 
2,66 1,65 1,50 2,90 
3.1.4. Cốt liệu lớn 
 Cốt liệu lớn sử dụng trong thí nghiệm là đá. Thành phần của đá có cỡ từ 5 - 10 mm chiếm 
60%, cỡ từ 10 - 20 mm chiếm 40%. Các thuộc tính của cốt liệu lớn được thể hiện trong bảng 4. 
Bảng 4. Các thuộc tính của cốt liệu lớn 
Khối lượng thể tích ở trạng thái khô Khối lượng thể tích Độ hút nước 
(g/cm3) (g/cm3) (%) 
2,76 1,70 0,50 
3.1.5. Phụ gia hóa học 
 Phụ gia hóa học sử dụng trong thí nghiệm gồm có phụ gia giảm co ngót (SRA) và phụ gia 
giảm nước bậc cao (HRWR). Bảng 5 chỉ rõ tên nhãn hiệu, tên hóa học, màu, và khối lượng riêng của 
các phụ gia được sử dụng. 
Bảng 5. Các thuộc tính của phụ gia hóa học 
Tên phụ gia Nhãn hiệu 
Tên hóa học và thành 
phần 
Màu 
Khối lượng 
riêng 
(g/cm3) 
HRWR PCA (1) 
Poly-naphthalene 
sulfonate 
Nâu đen 1,04 
SRA JMSBT-SRA Glycol ether Vàng sáng 1,02 
3.2. Lượng dùng phụ gia trong thí nghiệm 
 4
 Để nghiên cứu sự ảnh hưởng của phụ gia hóa học, trong thí nghiệm đưa ra cách trộn bê tông 
với 2 tỷ lệ N/X là 0,22 và 0,4. Ứng với mỗi tỷ lệ trộn đó thí nghiệm với 4 tỷ lệ % của SRA là 0%, 1%, 
2%, và 4% để kiểm tra. Ba phụ gia khoáng được trộn là: Silica fume, tro bay, xỉ lò cao. Các phụ gia 
khoáng gồm 25% FA và 25% xỉ lò cao được sử dụng trong thí nghiệm ứng với tỷ lệ trộn có N/X=0,4 
và 15% SF và 25% FA được sử dụng trong thí nghiệm ứng với tỷ lệ trộn có N/X=0,22. Sự pha trộn 
HPC được thể hiện trong bảng 6. 
Bảng 6. Tỷ lệ trộn bê tông (theo khối lượng) 
N/X 
Tro bay 
Silica 
fume 
Xỉ lò 
cao 
Xi 
măng 
Đá Cát Nước 
HRWR 
(PCA-I) 
(kg/m3) (kg/m3) (kg/m3) (kg/m3) (kg/m3) (kg/m3) (kg/m3) (kg/m3) 
0,4 100 0 100 200 1110 740 160 2,8 
0,22 155 93 0 372 1150 630 136,4 15,5 
3.3. Phương pháp thí nghiệm 
 Bê tông được trộn bằng máy trộn. Đúc mẫu hình khối lập phương với kích thước 100 mm x 
100 mm x 100 mm và kiểm tra ở tuổi 3, 7, 28 và 90 ngày tuổi theo GBJ82-85. Đúc mẫu hình khối với 
kích thước 100 mm x 100 mm x 300 mm và đo môđun đàn hồi ở 7 và 28 ngày tuổi theo ASTM C469 
và GB/T 50081-2002. Quá trình đúc mẫu phải được lắc và rung kỹ, sau đó đánh ký hiệu phân biệt 
từng mẫu riêng rẽ. Các mẫu được bảo quản ở 200C và độ ẩm 50%. 
3.4. Kết quả thí nghiệm 
 Kết quả kiểm tra bê tông tươi với các tỷ lệ trộn phụ gia SRA khác nhau khác nhau được thống 
kê ở bảng 7. 
Bảng 7. Kết quả kiểm tra bê tông tươi 
N/X 
SRA 
(%) 
Trọng lượng riêng 
(kg/m3) 
Độ sụt 
(cm) 
0,4 
0 2380 21,4 
1 2370 21,8 
2 2270 22,0 
4 2150 23,4 
0,22 
0 2520 14,2 
1 2520 14,2 
2 2490 14,8 
4 2450 15,3 
 Kết quả kiểm tra Cường độ nén được thống kê ở bảng 8; Cường độ kéo trong bảng 9; Mô đun 
đàn hồi trong bảng 10. 
Bảng 8. Kết quả kiểm tra cường độ nén của bê tông 
Tuổi 
(Ngày) 
Cường độ nén fc' (MPa) 
N/X = 0,4 N/X = 0,22 
0% SRA 1% SRA 2% SRA 4% SRA 0% SRA 1% SRA 2% SRA 4% SRA 
3 21,42 21,19 18,73 16,50 62,35 60,74 54,02 50,25 
7 37,50 36,75 36,24 31,69 75,69 74,54 69,08 57,68 
28 57,94 56,90 56,79 52,31 106,49 99,85 99,05 88,45 
90 71,93 68,93 68,62 61,86 112,26 109,47 100,18 98,36 
Bảng 9. Kết quả kiểm tra cường độ kéo của bê tông 
Tuổi Cường độ kéo f’sp (MPa) 
 5
(Ngày) N/X = 0,4 N/X = 0,22 
0% SRA 1% SRA 2% SRA 4% SRA 0% SRA 1% SRA 2% SRA 4% SRA 
3 1,89 1,88 1,85 1,58 4,54 3,84 3,83 3,69 
7 2,75 2,53 2,34 2,28 5,22 4,77 4,69 4,68 
28 4,46 4,30 4,38 4,26 6,56 6,34 6,27 5,95 
90 5,15 4,85 4,26 4,48 7,40 7,15 6,57 6,05 
Bảng 10. Kết quả kiểm tra mô đun đàn hồi của bê tông 
Tuổi 
(Ngày) 
Môđun đàn hồi Ec (GPa) 
N/X = 0,4 N/X = 0,22 
0% SRA 1% SRA 2% SRA 4% SRA 0% SRA 1% SRA 2% SRA 4% SRA 
7 35,82 35,51 34,06 31,26 46,60 46,48 46,00 40,62 
28 41,85 41,75 40,22 38,69 49,71 48,98 48,20 48,08 
4. KẾT LUẬN 
 Phụ gia SRA ảnh hưởng đến khối lượng riêng và độ sụt của hỗn hợp bê tông. Khi tăng hàm 
lượng SRA thì độ sụt tăng lên và trọng lượng riêng của hỗn hợp bê tông giảm xuống. 
 Đối với hỗn hợp bê tông sau khi đóng rắn thì phụ gia SRA ảnh hưởng đến cường độ chịu nén, 
cường độ chịu kéo và mô đun đàn hồi của bê tông. Khi tăng hàm lượng SRA thì cường độ nén, cường 
độ kéo và mô đun đàn hồi đều giảm xuống. Tuy nhiên, trong thành phần của HPC cần có phụ gia giảm 
co ngót để đảm bảo tính bền và tránh hiện tượng co ngót của bê tông. Vì vậy, trong thiết kế thành 
phần bê tông tính năng cao cần có phụ gia giảm co ngót SRA. 
 Tóm lại, phụ gia SRA là một phụ gia hóa học khá quan trọng trong việc thiết kế hỗn hợp bê 
tông tính năng cao. Khi sử dụng cần tính toán một cách hợp lý vì ngoài tác dụng làm tăng độ sụt cho 
hỗn hợp bê tông nó là nguyên nhân dẫn đến giảm cường độ. Tuy nhiên trong các thí nghiệm về độ co 
ngót cho HPC thì đây là phụ gia giảm co ngót rất hiệu quả. Phần nghiên cứu này sẽ được đề cập ở các 
bài báo tiếp theo. 
Tài liệu tham khảo 
1. Tiêu chuẩn ASTM C150. 
2. Tiêu chuẩn TCVN 2682-1992. 
3. Tiêu chuẩn TCVN 7570-2006. 
4. Tiêu chuẩn TCVN7572-14-06. 
5. American Concrete Institute (ACI) Committee 209R-92. 1992. Prediction of Creep, Shrinkage, 
and Temperature Effects in Concrete Structures. ACI Manual of Concrete Practice. Farmington 
Hills: American Concrete Institute. 
6. American Concrete Institute (ACI) Committee 223-98. 1998. Standard Practice for the use of 
Shrinkage Compensating Concrete, ACI Manual of Concrete Practice Part I: Materials and 
General Properties of Concrete. Detroit: American Concrete Institute. 
7. ASTM Committee C09 on Concrete and Concrete Aggregates, ASTM C 138M-01a: Standard 
Test Method for Density (Unit Weight), Yield, and Air Content (Gravimetric) of Concrete. 
ASTM International, United States. 
8. ASTM Committee C09 on Concrete and Concrete Aggregates, ASTM C 143M-03: Standard 
Test Method for Slump of Hydraulic-Cement Concrete. ASTM International, United States. 
9. ASTM Committee C09 on Concrete and Concrete Aggregates, ASTM C 157M-03: Standard 
Test Method for Length Change of Hardened Hydraulic-Cement Mortar and Concrete. ASTM 
International, United States. 
10. GBJ 82-85: Chinese standard, Test Methods of Durability and Long-term Performance of 
Ordinary Concrete, Beijing, 1985. 
11. GB/T 50081-2002: Chinese standard, Test Method of Mechanical Properties on Ordinary 
Concrete. 
 6
Abstract: 
Study on the influence of shrinkage reduced admixture to some mechanical 
properties of high performance concrete 
This paper presents studying the influence of shrinkage reduced admixture to workability and some 
mechanical properties of high performance concrete in the laboratory. 
Keywords: High-performance concrete (HPC); silica fume (SF); fly ash (FA); slag; shrinkage-
reducing admixture (SRA); high-range water-reducing admixture (HRWR); compressive strength; 
elastic modulus; splitting tensile strength