Tổng quan các đặc tính cơ học của bê tông chất lượng siêu cao UHPC

Đường cong cấp phối hỗn hợp BTN sử dụng nghiên cứu

Bê tông chất lượng siêu cao (Ultra-high performance concrete - UHPC) là loại bê tông thế hệ mới với nhiều ưu điểm vượt trội hơn so với các loại bê tông truyền thống xét về mặt cường độ cũng như độ bền. UHPC đã được nghiên cứu và phát triển cũng như ứng dụng trên khắp thế giới hơn 40 năm tính đến thời điểm hiện tại. Các quốc gia có quan điểm định nghĩa về UHPC khác nhau, tuy nhiên định nghĩa UHPC trong nghiên cứu của Graybeal (2005) [3] có thể bao quát và tạo ra một khái niệm được sử dụng nhiều nhất:

“UHPC là một loại vật liệu bê tông liên hợp gốc xi măng được tối ưu hóa các thành phần hạt cốt liệu với tỉ lệ nước/xi măng nhỏ hơn 0,25 dẫn đến sự giảm thiểu lỗ rỗng và làm mật độ phân bố của các vi cấu trúc trở nên dày đặc, đồng thời sử dụng cốt sợi phân tán để tăng tính dẻo khi chịu kéo uốn. Trên cơ sở đó, UHPC có thể đạt được những tính năng vượt trội so với bê tông thông thường. Đặc tính cơ học cơ bản nhất của UHPC bao gồm cường độ chịu nén lớn hơn 150 MPa, cường độ chịu kéo trực tiếp sau nứt lớn hơn 5 MPa. Ngoài ra, UHPC còn được đặc trưng bởi độ cứng và độ bền cực kì cao”.

Thông thường, cường độ chịu nén của UHPC nằm trong khoảng 150 - 250 MPa, tuy nhiên tùy theo điều kiện bảo dưỡng nhiệt, cường độ chịu nén của UHPC có thể cao hơn 250 MPa và thậm chí đạt tới 800 MPa [1]. Mô-đun đàn hồi của UHPC nằm trong khoảng 45 - 55 GPa và có thể cao hơn tùy thuộc vào thành phần hạt cốt liệu [1]. Cốt sợi được thêm vào và làm việc như sợi gia cường để đảm bảo tính dẻo của bê tông UHPC (lúc này gọi là UHPFRC - Ultra high performance fiber reinforced concrete). Thành phần cốt sợi tối ưu cho UHPC thường là 2% [9]. Với sự kết hợp của cốt sợi, khả năng chịu kéo và chịu uốn của UHPC được tăng lên cực kì nhiều so với bê tông thông thường. Cường độ chịu kéo một trục trong thí nghiệm kéo trực tiếp của UHPFRC nằm trong khoảng 7 - 11 MPa, trong khi đó cường độ chịu uốn trong thí nghiệm uốn (3 điểm hoặc 4 điểm) của dầm UHPFRC dao động từ 15 - 40 MPa [2]. Bên cạnh đó, UHPC có độ sụt rất cao với độ chảy lan lớn hơn 600 mm, điều này rất thuận lợi cho việc thi công đổ bê tông tạo các cấu kiện mà không cần tác động của đầm rung nào (Hình 1.1a và 1.1b) [2]. Cấp phối cơ bản điển hình của UHPC bao gồm: cát mịn, bột quắc, silica fume, xi măng, sợi gia cường, phụ gia siêu dẻo và nước trên cơ sở nguyên lý lấp đầy lỗ rỗng và tối ưu hóa thành phần hạt (Hình 2.1c). Có rất nhiều cấp phối khác nhau được công bố trên thế giới tùy theo điều kiện vật liệu ở từng quốc gia. Bảng 1.1 so sánh một số chỉ tiêu cơ học của bê tông UHPC và bê tông thường NSC (Normal strength concrete). Tác giả: TS. LÊ HOÀNG AN - Trường Đại học Giao thông vận tải TP. Hồ Chí Minh, ThS. BÙI THANH BẢO - Ban Quản lý dự án Đầu tư xây dựng các công trình giao thông TP. Hồ Chí Minh

Nội dung bài khoa học tại đây