P1. ẢNH HƯỞNG CỦA CỐT LIỆU THÔ ĐẾN BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO, ĐỘ SỤT THẤP

P1. Ảnh hưởng của đặc tính cốt liệu thô đến bê tông cường độ cao, độ sụt thấp

Giới thiệu:

Bê tông cường độ cao (High Strength Concrete – HSC) với cường độ nén >80 MPa cực kỳ nhạy cảm với các đặc tính của cốt liệu thô. Trong các hỗn hợp bê tông có độ sụt thấp (low-slump), thường được sử dụng trong các cấu kiện đúc sẵn có bảo dưỡng nhiệt, việc lựa chọn loại đá, hình dạng và kết cấu bề mặt có ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển cường độ và khả năng thi công.

Tài liệu này trình bày phân tích chi tiết về cách các đặc điểm của cốt liệu thô – bao gồm loại đá (granite, basalt, đá vôi…), tỷ trọng, độ hút nước, hình dạng (thoi dẹt hay lập phương), kết cấu bề mặt, kích thước lớn nhất và cấp phối – ảnh hưởng đến hiệu suất của bê tông cường độ cao, độ sụt thấp. Ngoài ra, tài liệu còn xem xét các tương tác vi cấu trúc tại vùng chuyển tiếp giữa cốt liệu và hồ xi măng (ITZ) và thảo luận thêm các ảnh hưởng phụ đến co ngót, nứt nhiệt, mô đun đàn hồi và khối lượng thể tích của bê tông. Các bảng số liệu, biểu đồ và bảng so sánh minh họa ảnh hưởng này cũng được trình bày. Cuối cùng là các khuyến nghị lựa chọn cốt liệu cho bê tông đúc sẵn cường độ cao (thường có bảo dưỡng nhiệt), có hoặc không có sử dụng vật liệu thay thế xi măng (SCMs).

---

1. Ảnh hưởng của loại đá và tỷ trọng đến cường độ nén

Loại đá và đóng góp vào cường độ:

Khoáng vật và độ cứng của cốt liệu thô có ảnh hưởng đáng kể đến tiềm năng phát triển cường độ nén khi cường độ nền hồ xi măng vượt khoảng 60–80 MPa.

• Các loại đá igneous mạnh và đặc như basalt (bazan) và granite (granít) thường được sử dụng trong các hỗn hợp cường độ cao vì giúp bê tông đạt cường độ cuối cùng cao hơn so với các loại cốt liệu mềm hoặc xốp hơn

• Ví dụ, việc thay thế gravel silic bằng đá vôi hoặc granite nghiền có thể tăng cường độ nén 28 ngày một cách ổn định trong cùng điều kiện cấp phối

• Beushausen & Dittmer (2015) cho thấy sử dụng granite có thể tăng cường độ cho các hỗn hợp có mác từ 30–120 MPa so với đá yếu hơn như andesite

Tóm lại, gravel sông tròn thường không thích hợp cho bê tông >80 MPa vì bề mặt trơn, trơ dẫn đến ITZ yếu

Tỷ trọng và khối lượng riêng (specific gravity):

Khối lượng riêng của cốt liệu có mối liên hệ chặt chẽ với độ cứng và độ bền của đá.

• Các loại đá có tỷ trọng cao như basalt (SG ≈ 2.9) có thể chịu được ứng suất cao bên trong bê tông 80–100 MPa mà không bị nghiền nát

• Cốt liệu có tỷ trọng thấp hơn (SG ≈ 2.5–2.7), như một số đá vôi hoặc đá nhẹ, thường có cường độ thấp và có thể trở thành điểm yếu trong HSC

Nếu cốt liệu yếu hơn hồ xi măng, các vết nứt khi chịu tải sẽ đi qua hạt cốt liệu, có thể làm giới hạn cường độ chịu nén của bê tông.

Cốt liệu “quá cứng” – liệu có phải tốt?

Có bằng chứng cho thấy cốt liệu quá cứng và quá cứng nhắc chưa chắc giúp tăng tối đa cường độ của bê tông. Vì các vết nứt có thể lan quanh các hạt cốt liệu quá cứng do mất tương thích đàn hồi tại ITZ

• Trong một nghiên cứu, việc sử dụng basalt – một loại đá rất cứng – đã cho cường độ nén thấp hơn một chút so với khi dùng granite mềm hơn trong cùng một cấp phối

• Tuy nhiên, nói chung, thiết kế bê tông cường độ cao vẫn ưu tiên dùng cốt liệu cứng nhất có thể, đồng thời cải thiện liên kết hồ–cốt liệu bằng cách sử dụng SCMs như silica fume để giảm yếu điểm ITZ

Ví dụ, trong hỗn hợp ultra-HSC với w/c ~0.2, thay cát mịn bằng đá bazan nghiền giúp tăng cường độ khoảng 28%, trong khi granite chỉ tăng khoảng 9%

Tóm tắt bảng ảnh hưởng của loại đá:

---

📚 Tài liệu tham khảo tiêu biểu:

• Beushausen & Dittmer (2015)

• NIST Technical Note 1963: https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/TechnicalNotes/NIST.TN.1963.pdf

• MDPI Materials 15(14):5072: https://www.mdpi.com/1996-1944/15/14/5072

• Springer: https://link.springer.com/article/10.1617/s11527-021-01868-7

• Sciendo – Ogbonna (2021): https://sciendo.com/article/10.2478/rjti-2021-0006