1. Đề tài nghiên cứu
Bê tông hạt mịn chất
lượng cao

2. 1
MỤC LỤC
Trang
Lời cam đoan...……………………………………………………………………...... 1
Lơì cảm ơn ……………………………..…...……………...………………………...5
Mục lục……………………………………………………………………………...... 3
Danh mục các ký hiệu và cụm từ viết tắt…...……………...………………………...5
Danh mục các bảng biểu…...………………………………………………….….....6
Danh mục các hình vẽ và đồ thị…………...……………….………………….….....7
Phần mở đầu………………………………………………...….…………………..….8
Chương 1. Tổng quan về bê tông hạt mịn chất lượng cao dùng cho sân bay... 13
1.1. Mở đầu...................................................................................................... 13
1.2. Tổng quan về bê tông chất lượng cao ...................................................... 13
1.3. Tổng quan về bê tông hạt mịn chất lượng cao ......................................... 16
1.4. Tổng quan về bê tông hạt mịn chất lượng cao dùng cho sân bay ............ 20
1.4.1. Giới thiệu sân bay và đường băng sân bay..................................... 20
1.4.2. Ưu điểm khi sử dụng bê tông hạt mịn làm lớp phủ mỏng.............. 21
1.4.3. Nhược điểm của lớp phủ mỏng bê tông hạt mịn............................ 22
1.4.4. Các đặc điểm của mặt đường sân bay và mặt đường ô tô.............. 23
1.4.5. Yêu cầu khi sử dụng bê tông làm lớp mặt đường sân bay ............. 23
1.4.6. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới............................ 26
1.4.7. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng ở Việt Nam............................. 29
Chương 2. Cơ sở khoa học sử dụng bê tông hạt mịn cho đường sân bay......... 32
2.1. Tương tác giữa cốt sợi và vật liệu bê tông ............................................... 32
2.2. Tính chất của bê tông hạt mịn cốt sợi ...................................................... 34
2.2.1. Tính chất của hỗn hợp bê tông ....................................................... 34
2.2.2. Tính chất của bê tông hạt mịn chất lượng cao cốt sợi ................... 34
2.3. Cơ sở khoa học sử dụng bê tông hạt mịn cho đường sân bay.................. 37
2.3.1. Cấu trúc bê tông hạt mịn chất lượng cao........................................ 37
2.3.2. Lựa chọn vật liệu chế tạo bê tông hạt mịn ..................................... 44
2.4. Thiết kế thành phần bê tông hạt mịn chất lượng cao ............................... 56
2.4.1. Lý thuyết về thiết kế thành phần hạt .............................................. 56
2.4.2. Thiết kế thành phần bê tông hạt mịn cường độ cao ....................... 59
Chương 3. Nghiên cứu tính chất của vật liệu sử dụng........................................ 63
3.1. Cốt liệu ..................................................................................................... 63

3. 2
3.2. Xi măng .................................................................................................... 64
3.3. Phụ gia khoáng mịn.................................................................................. 65
3.3.1. Silicafume....................................................................................... 65
3.3.2. Tro bay nhiệt điện........................................................................... 66
3.4. Phụ gia siêu dẻo........................................................................................ 66
3.5. Cốt sợi....................................................................................................... 68
Chương 4. Nghiên cứu ảnh hưởng vật liệu đến tính chất bê tông hạt mịn ...... 70
4.1. Thiết kế sơ bộ thành phần bê tông hạt mịn .............................................. 70
4.2. Lập quy hoạch thực nghiệm nghiên cứu ................................................. 71
4.2.1. Chọn hàm mục tiêu......................................................................... 71
4.2.2. Các nhân tố ảnh hưởng................................................................... 71
4.2.3. Kế hoạch thực nghiệm bậc một hai mức tối ưu ............................. 71
4.2.4. Thí nghiệm tìm miền dừng............................................................. 74
4.2.5. Kế hoạch thực nghiệm bậc hai tâm xoay ....................................... 75
4.2.6. Khảo sát ảnh hưởng của lượng sợi đến tính chẩt bê tông .............. 83
Chương 5. Nghiên cứu các tính chất và công nghệ chế tạo bê tông hạt mịn.... 83
5.1. Nghiên cứu các tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông ...................... 83
5.1.1. Nghiên cứu tính công tác hỗn hợp bê tông hạt mịn ...................... 84
5.1.2. Nghiên cứu các tính chất cơ học của bê tông hạt mịn ................... 85
5.2. Nghiên cứu công nghệ chế tạo bê tông hạt mịn ....................................... 90
5.2.1. Quá trình nhào trộn hỗn hợp bê tông ............................................. 91
5.2.2. Quá trình thi công hỗn hợp bê tông................................................ 92
5.2.3. Quá trình dưỡng hộ bê tông............................................................ 93
Tài liệu tham khảo ................................................................................................. 95
Phụ lục .................................................................................................................. 959

4. 3
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CỤM TỪ VIẾT TẮT
BT : Bê tông
BTCT : Bê tông cốt thép
BTCLC : Bê tông chất lượng cao
BTCS : Bê tông cốt sợi
BTHM : Bê tông hạt mịn
BTXM : Bê tông xi măng
C : Cát
CH : Hyđrôxít canxi
CKD : Chất kết dính (xi măng + silicafume + tro bay)
C-S-H : Hyđrô silicát canxi
HHBT : Hỗn hợp bê tông
HMA : Hot mix Asphalt
ICAO : Tổ chức Hàng không dân dụng quốc tế
(International Civil Aviation Organization)
N : Nước
X
N
: Tỷ lệ nước trên xi măng
PCB : Xi măng Pooclăng hỗn hợp – Blended Porland Cements
PC : Xi măng Pooclăng – Porland Cements
PCC : Bê tông xi măng – Porland Cement Concrete
PG : Phụ gia siêu dẻo
PP : Sợi polypropylene
RPC : Bê tông bột mịn
SF : Silicafume
TB : Tro bay nhiệt điện
TWT : Thin Whitetopping
UTW : Ultra thin Whitetopping
X : Xi măng

5. 4
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 1.1. Thành phần cấp phối của hỗn hợp bê tông Ductal. 28
Bảng 1.2. Các tính chất cơ học của Ductal. 28
Bảng 1.3. Các công trình xây dựng sử dụng sản phẩm Ductal. 29
Bảng 2.1. Các đặc tính điển hình của một số sợi dùng trong bê tông. 48
Bảng 2.2. Quan hệ giữa kiểu sắp xếp và độ rỗng giữa các hạt. 58
Bảng 3.1. Tính chất vật lý của cát vàng. 65
Bảng 3.2. Bảng thành phần hạt của cát. 65
Bảng 3.3. Tính chất cơ lý của xi măng Bút Sơn PC40. 66
Bảng 3.4. Nguồn gốc các loại phụ gia khoáng mịn. 67
Bảng 3.5. Tính chất và thành phần hạt của silicafume Elkem. 68
Bảng 3.6. Tính chất và thành phần hạt của tro bay nhiệt điện Phả Lại. 68
Bảng 3.7. Thông số kỹ thuật của sợi PP. 71
Bảng 4.1. Các tỷ lệ vật liệu sử dụng. 72
Bảng 4.2. Cấp phối sơ bộ của hỗn hợp bê tông hạt mịn chất lượng cao. 72
Bảng 4.3. Mã hóa các biến số và các điểm quy hoạch thực nghiệm. 74
Bảng 4.4. Cấp phối bê tông hạt mịn theo quy hoạch thực nghiệm bậc nhất. 74
Bảng 4.5. Kết quả cường độ nén của bê tông ở tuổi 14 ngày quy hoạch bậc nhất. 74
Bảng 4.6. Quan hệ giữa cường độ bê tông tỷ lệ
CKD
C
và
X
N
. 76
Bảng 4.7. Mã hóa các biến số và các điểm quy hoạch thực nghiệm. 77
Bảng 4.8. Cấp phối thực nghiệm bậc hai. 78
Bảng 4.9. Kết quả thí nghiệm độ chảy và cường độ nén theo quy hoạch bậc hai. 78
Bảng 4.10. Kết quả kiểm tra hệ số phương trình hồi quy cường độ bê tông. 79
Bảng 4.11. Kết quả thí nghiệm thành phần cấp phối hợp lý của bê tông hạt mịn. 83
Bảng 4.12. Kết quả khảo sát lượng dùng cốt sợi polypropylene 83
Bảng 5.1. Cấp phối của các mẫu bê tông thí nghiệm. 85
Bảng 5.2. Kết quả thí nghiệm tính công tác của hỗn hợp bê tông hạt mịn. 86
Bảng 5.3. Các tính chất của bê tông hạt mịn chất lượng cao. 87
Bảng 5.4. Kết quả cường độ kháng trượt của mẫu bê tông. 90
Bảng 5.5. Kết quả cường độ bám dính nền của mẫu bê tông. 91

6. 5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Trang
Hình 1. Đường cong quan hệ giữa tải trọng và độ võng của bê tông cốt sợi 13
Hình 1.1. Lớp phủ bê tông dùng trong sân bay hàng không tại Ford Terminal. 29
Hình 1.2. Lớp UTW và TWT được ứng dụng ở Williamsburg – Mỹ. 31
Hình 1.3. Máy bay Boeing 777ER trên sân bay Nội Bài 32
Hình 1.4. Sân bay Đà Nẵng 32
Hình 2.1. Mô hình sự kéo tuột cốt sợi tại bề mặt liên kết của sợi và đá xi măng 35
Hình 2.2. Thí nghiệm xác định cường độ kéo khi uốn của bê tông 39
Hình 2.3. Quan hệ giữa ứng suất uốn và độ võng của bê tông dùng cốt sợi 39
Hình 2.4. Sơ đồ ứng suất và biến dạng của bê tông cốt sợi 45
Hình 2.5. Sợi PP sử dụng để chế tạo bê tông hạt mịn chất lượng cao 49
Hình 2.6. Sự hình thành của vùng chuyển tiếp giữa đá xi măng và cốt liệu khi. 54
Hình 2.7. Cơ chế hoá dẻo của phụ gia hoá học. 56
Hình 2.8. Cơ chế hoá dẻo do cuốn khí. 58
Hình 2.9. Các kiểu sắp xếp của hạt. 59
Hình 2.10. Lỗ rỗng giữa các hạt vật liệu. 60
Hình 3.1. Biểu đồ thành phần hạt của cát. 66
Hình 4.1. Bề mặt biểu hiện sự phụ thuộc của tỷ lệ
CKD
C
và
X
N
đến độ chảy. 81
Hình 4.2. Bề mặt biểu hiện sự phụ thuộc của
CKD
C
và
X
N
đến cường độ nén. 81
Hình 4.3. Ảnh hưởng của biến mã đến tính chất của bê tông. 82
Hình 5.1. Biểu đồ sự phát triển cường độ nén của bê tông vào thời gian. 88
Hình 5.2. Mô hình thí nghiệm xác định cường độ kháng trượt của bê tông. 89
Hình 5.3. Cấu tạo của mẫu thí nghiệm kháng trượt. 89
Hình 5.4. Quy trình chế tạo mẫu thử. 90
Hình 5.5. Đúc mẫu thí nghiệm. 90
Hình 5.6. Mẫu bê tông thí nghiệm. 91
Hình 5.7.Thí nghiệm xác định cường độ bám dính nền. 91
Hình 5.8. Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất bê tông hạt mịn chất lượng cao. 92

7. 6
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Bê tông và bê tông cốt thép (BTCT) đã và đang được sử dụng rất rộng rãi trong
xây dựng cơ bản, phục vụ cho nhiều ngành kinh tế quốc dân cũng như trong xây dựng
dân dụng, công nghiệp, thủy lợi, cầu đường,… Trong đó bê tông là một trong những
loại vật liệu xây dựng được sử dụng với khối lượng lớn nhất, chúng chiếm đến trên 80%
khối lượng của các công trình xây dựng. Và theo thống kê của Hiệp hội bê tông thì hàng
năm trên toàn thế giới sử dụng khoảng 2,5 tỷ m3
bê tông các loại.
Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ và kỹ thuật trên tất cả
các mặt của đời sống xã hội thì ngành công nghiệp xây dựng nói chung và công nghiệp
bê tông nói riêng đã và đang tạo nên những bước phát triển to lớn cho phép chúng ta tạo
ra được nhiều hơn nữa những công trình kiến trúc mang tính đột phá, những công trình
mang tính thế kỉ và những công trình đặc biệt có ý nghĩa quan trọng trong các hoạt động
kinh tế, chính trị, xã hội, quốc phòng và an ninh,… Chất lượng các công trình phụ thuộc
rất nhiều vào độ bền các kết cấu bê tông hay chính là chất lượng bê tông sử dụng. Với
việc áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật vào trong công nghệ chế tạo bê tông, cho
phép chúng ta tạo ra những kết cấu bê tông, bê tông cốt thép và bê tông cốt sợi phân tán
có chất lượng cao, bê tông màu trang trí cường độ lớn [1] tăng tuổi thọ cho công trình.
Tuy nhiên trong điều kiện công nghệ và môi trường ở Việt Nam hiện nay, nhiều
công trình hoặc các bộ phận kết cấu của công trình đã phát sinh vết nứt ngay trong giai
đoạn thi công hoặc chỉ sau một thời gian sử dụng rất ngắn. Do đó, nhu cầu phòng tránh
và xử lý các dạng vết nứt phát sinh trong quá trình thi công và khai thác sử dụng các
công trình bê tông là rất quan trọng. Theo [8], có rất nhiều nguyên nhân gây ra hiện
tượng nứt nẻ, phá hoại kết cấu bê tông như: Do bê tông là vật liệu giòn, khả năng chịu
kéo rất kém; do co khô; do từ biến hoặc tại các lớp phủ mỏng, các vị trí đặc biệt trong
kết cấu chịu các ứng suất phức tạp làm cho vật liệu bê tông thường không đủ khả năng
chịu lực.
Để giải quyết vấn đền này, người ta đã sử dụng nhiều phương pháp khác nhau
như: Căng kéo cốt thép dự ứng lực, dùng phụ gia chống co ngót hay bố trí các loại cốt

8. 7
thép đặc biệt tại các vị trí cần thiết,… Tuy nhiên, các giải pháp này không phù hợp với
các lớp bê tông phủ mỏng và siêu mỏng trên bề mặt của các kết cấu. Một giải pháp được
nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới quan tâm đó là tăng cường tính chất của bê tông bằng
các loại vật liệu phân tán dạng sợi.
Sợi được sử dụng để gia cường bê tông có rất nhiều loại như: Sợi thép, sợi các
bon, sợi thủy tinh, sợi polyme, sợi thực vật,… Trong đó, sợi polyme tổng hợp là một lựa
chọn có nhiều ưu điểm hơn cả vì giá thành rẻ hơn so với sợi các bon, sợi thủy tinh; khả
năng phân tán của chúng lớn hơn so với sợi thép, sợi thực vật và chúng không làm giảm
tính công tác của hỗn hợp bê tông. Chính vì những ưu điểm đó mà chủng loại bê tông
cốt sợi polyme đã được ứng dụng rất rộng rãi trên thế giới.
Khi trộn vào bê tông một lượng cốt sợi phân tán sẽ thu được một loại bê tông cốt
sợi đồng đều và đa hướng. Kết quả đã nghiên cứu [8] cho thấy, cường độ kháng kéo,
kháng uốn, cường độ chống va đập, mài mòn,… của bê tông đều tăng lên rõ rệt so với
bê tông thường.
Sử dụng bê tông cốt sợi làm lớp phủ mặt đường, vỉa hè, lớp phủ trên bề mặt kết
cấu đã mang lại nhiều hiệu quả to lớn, có thể giảm được chiều dày kết cấu; tạo ra các kết
cấu mỏng hơn, ít khe nối, ít bị nứt hơn mà niên hạn sử dụng dài, chi phí bảo dưỡng ít,
rất thích hợp để làm lớp tăng cường trên mặt đường bê tông hiện hữu hoặc làm các lớp
phủ bề mặt của kết cấu công trình xây dựng và công trình giao thông.
Bê tông hạt mịn chất lượng cao sử dụng cốt sợi nhân tạo khi dùng làm mặt đường
sân bay có nhiều đặc điểm vượt trội là:
− Có khả năng tạo cấu trúc hạt nhỏ đặc chắc, đồng nhất cao.
− Cường độ nén cao, cường độ kéo khi uốn khá cao, tính mềm dẻo, khả năng
kháng nứt khi chịu tải trọng và bền trong môi trường.
− Tỷ lệ
CKD
N
thấp nhưng vẫn đảm bảo tính công tác tốt, khả năng dễ tạo hình
của hỗn hợp bê tông cũng như quá trình vận chuyển hỗn hợp bê tông dễ dàng,
không bị phân tầng tách lớp nhờ việc sử dụng phụ gia siêu dẻo có độ hoạt tính dẻo
cao, giảm lượng dùng nước lớn.

9. 8
− Sau khi đóng rắn, bê tông có độ ổn định thể tích, độ co ngót thấp và có khả
năng làm việc kết hợp, liên kết tốt với các vật liệu khác.
− Phương pháp thi công, chế tạo và sử dụng đa dạng: Có thể thi công bằng
phun bắn, bơm đổ trực tiếp hoặc sử dụng hỗn hợp khô trộn sẵn đảm bảo chất lượng
cao và kiểm soát chất lượng dễ dàng.
− Có khả năng sử dụng để thi công kết cấu vỏ mỏng có mật độ cốt thép dày,
các lớp mỏng và siêu mỏng không có cốt thép và những giải pháp mặt bằng kiến
trúc đa dạng.
2. Mục đích nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu là nghiên cứu chế tạo bê tông hạt mịn Dmax = 5mm, cường
độ nén lớn hơn 60MPa, cường độ uốn lớn, độ chảy cao sử dụng cho mặt đường sân bay
trên cơ sở nguồn nguyên vật liệu, thiết bị sẵn có và phù hợp với khí hậu của Việt Nam.
3. Cơ sở khoa học và thực tiễn
Theo [10], [16], [19] bê tông là loại vật liệu composite không đồng nhất gồm ba
thành phần pha:
− Cốt liệu (cát vàng và cốt sợi phân tán).
− Đá xi măng được tạo thành khi hồ xi măng rắn chắc.
− Vùng chuyển tiếp giữa cốt liệu, cốt sợi và đá xi măng.
Sự phá huỷ bê tông dưới tác động của tải trọng sẽ bắt đầu ở bộ phận yếu nhất của
một trong ba pha trên. Do đó, cơ sở khoa học để chế tạo bê tông chất lượng cao là phải
tìm giải pháp để nâng cao chất lượng của ba thành phần pha này.
a) Cơ sở khoa học
Quá trình nghiên cứu chế tạo bê tông hạt mịn chất lượng cao dựa trên một số cơ sở
khoa học sau:
− Nâng cao chất lượng của bộ khung cốt liệu
Một trong những yếu tố quyết định đến các tính chất cơ lý của bê tông phải đề
cập đến là chất lượng và độ đồng nhất của bộ khung cốt liệu.
Cốt liệu phải được lựa chọn từ các loại đá có độ đặc chắc lớn, cường độ cao và
quan trọng là có độ ổn định và đồng nhất cao. Theo nhiều nghiên cứu [9], [13] để

10. 9
nâng cao chất lượng và độ đồng nhất của bộ khung cốt liệu cần phải giảm đường
kính của cốt liệu, bê tông hạt mịn đảm bảo được yêu cầu này.
Thành phần hạt cốt liệu phải đảm bảo độ rỗng nhỏ nhất, độ đặc cao nhất, cấu
trúc hỗn hợp ổn định và có cường độ cao. Khi bộ khung cốt liệu có hình dạng hạt
cốt liệu đồng đều, hàm lượng hạt dẹt cường độ yếu ít, sẽ tạo thành cấu trúc bộ
khung cốt liệu ổn định, tạo điều kiện thuận lợi khi thi công kết cấu.
Thành phần hạt cốt liệu nhỏ sẽ cho phép thi công tạo hình các kết cấu có chiều
dày mỏng, các lớp mặt bao phủ mỏng trên bề mặt công trình.
− Nâng cao chất lượng của đá xi măng
Theo [10], cường độ của đá xi măng phụ thuộc vào các yếu tố sau:
+ Độ rỗng: Các lỗ rỗng trong đá xi măng có kích thước lớn hơn 50 μm, nhất là khi
chúng tập trung tại một khu vực sẽ có ảnh hưởng xấu đến cường độ.
+ Kích thước hạt: Nói chung, cường độ của pha tinh thể tăng lên khi giảm kích
thước hạt tinh thể. Ở đây đá xi măng được coi là vật liệu có cấu trúc tinh thể.
+ Độ đồng nhất: Trong vật liệu nhiều pha sự không đồng nhất về mặt cấu trúc là
nguyên nhân làm giảm cường độ.
Như vậy, để nâng cao cường độ của đá xi măng thì cần phải cải thiện cấu trúc của
đá xi măng bằng cách tác động vào ba yếu tố nói trên.
Việc sử dụng các loại xi măng cường độ cao, cùng với các loại phụ gia khoáng
hoạt tính, phụ gia siêu mịn đã góp phần làm tăng độ đặc của đá chất kết dính do các sản
phẩm thủy hóa của xi măng lấp đầy lỗ rỗng. Hàm lượng lỗ rỗng gel, lỗ rỗng mao quản
trong cấu trúc đá xi măng nhỏ, đây là cơ sở để tạo ra bê tông cường độ cao.
Cấu trúc hồ xi măng đã thủy hóa được xem như là pha đơn tinh thể tạo nên các
thuộc tính đặc, cứng và giòn của bê tông. Với cấu trúc bê tông cốt liệu hạt mịn làm giảm
khoảng cách giữa các thành phần, làm tăng cường độ của đá xi măng.
− Nâng cao cường độ vùng chuyển tiếp giữa đá xi măng và cốt liệu.
Trong hỗn hợp bê tông sau khi tạo hình thường xuất hiện một lớp nước trên bề
mặt bê tông. Đó là do các hạt cốt liệu nặng hơn có xu hướng chìm xuống đáy, còn nước
nhẹ hơn nổi lên trên bề mặt. Hiện tượng này gọi là sự tách nước. Nước cũng có thể tụ

11. 10
tập ở dưới các hạt cốt liệu lớn hoặc các thanh cốt thép, gây ra hiện tượng tách nước bên
trong. Kết quả là tỷ lệ
X
N
của hồ xi măng ở vùng chuyển tiếp cao hơn nhiều so với tỷ lệ
X
N
của hồ xi măng ở những vùng khác cách xa bề mặt cốt liệu.
Theo [10] trong bê tông thông dụng, vùng chuyển tiếp thường có chiều dày trong
khoảng 50 ÷ 100μm, chứa các lỗ rỗng tương đối lớn và các tinh thể lớn của sản phẩm
thuỷ hoá nên có cường độ thấp hơn so với đá xi măng ở khu vực cách xa cốt liệu. Do đó
khi bê tông chịu các tải trọng, ứng suất sinh ra sẽ làm xuất hiện những vết nứt trước tiên
ở vùng chuyển tiếp.
Khi trong vùng chuyển tiếp còn hiện diện các lỗ rỗng lớn và các vết nứt tế vi, thì
cường độ của cốt liệu sẽ không có tác dụng hữu ích gì đến cường độ của bê tông, vì lúc
đó hiệu ứng truyền ứng suất giữa đá xi măng và cốt liệu rất nhỏ.
Trong cấu trúc của bê tông chất lượng cao có tỷ lệ
X
N
nhỏ do sử dụng các loại phụ
gia giảm nước tầm cao và sử dụng phụ gia khoáng hoạt tính siêu mịn sẽ cải thiện cấu
trúc vùng chuyển tiếp, giảm chiều dày, tăng độ đặc chắc, giảm các lỗ rỗng có hại và từ
đó làm tăng cường độ của bê tông.
− Sử dụng sợi polypropylene nhằm mục đích nâng cao khả năng chống nứt,
tăng tính dẻo và cải thiện độ bền của bê tông
So với cốt thép liên tục, cốt sợi polypropylene có khả năng chịu kéo còn hạn chế,
nhưng chúng lại thể hiện được nhiều ưu điểm trong một số trường hợp sau:
+ Trong các vật liệu dạng tấm mỏng vì không gian hạn chế, không thể dùng các
thanh cốt thép thông thường. Do đó, sợi polypropylene phân tán ngẫu nhiên được sử
dụng dưới dạng vật liệu gia cường cho bê tông là thích hợp hơn cả. Trong trường hợp
này, sợi có tác dụng tăng cường độ và tăng độ bền (độ dẻo dai) của bê tông.
+ Vai trò của cốt sợi trong kết cấu là khống chế đường nứt, cải thiện tình hình làm
việc của kết cấu sau khi nứt gãy, tăng năng lực hấp thu năng lượng. Trong trường hợp

12. 11
này sợi không thay thế được cốt thép thông thường, do đó không có tác dụng cải thiện
được cường độ.
Theo [8], quan hệ giữa tải trọng và độ võng của vật liệu bê tông cốt sợi được thể
hiện trên đồ thị hình 1.
Bª t«ng cã hμm lù¬ng cèt sîi cao
Bª t«ng th−êng
P
T¶iträng
ε§é vâng
Bê tông có hàm lượng cốt sợi cao
§é vângT¶iträng
Bª t«ng th−êng
Bª t«ng cã hμm l−îng cèt sîi thÊp
P
ε
Bê tông có hàm lượng cốt sợi thấp
Hình 1. Đường cong quan hệ giữa tải trọng và độ võng của bê tông cốt sợi
Do cốt sợi polypropylene phân tán có rất nhiều ưu điểm nên bê tông hạt mịn chất
lượng cao sử dụng cốt sợi polypropylene có thể chế tạo các tấm mỏng, ít khe nối, có độ
bền cao hơn mà thời gian sử dụng dài, chi phí bảo dưỡng thấp, rất thích hợp để làm các
lớp phủ tăng cường trên mặt đường bê tông hiện hữu.
b) Cơ sở thực tiễn của tác giả
Hiện nay đã có một số công trình khoa học nghiên cứu về chủng loại bê tông chất
lượng cao sử dụng phụ gia siêu dẻo, phụ gia khoáng mịn,… Tuy nhiên, các tác giả chưa
nghiên cứu tổng quát về loại bê tông hạt mịn chất lượng cao, dùng cốt sợi
polypropylene để chế tạo các kết cấu có chiều dày nhỏ, làm các lớp phủ mỏng tăng
cường trong các công trình mặt cầu, mặt đường ô tô, mặt đường sân bay.
Vì vậy, việc nghiên cứu chế tạo loại bê tông hạt mịn chất lượng cao với tính công
tác tốt, cường độ nén và cường độ uốn lớn từ các loại vật liệu có sẵn ở Việt Nam dùng
trong các công trình mặt đường sân bay có ý nghĩa thực tiễn to lớn:
− Chế tạo kế cấu bê tông có chiều dày mỏng dùng trong những công trình hạ
tầng sân - đường của Cảng hàng không như:
+ Phần kết cấu ở hai đầu của đường băng.

13. 12
+ Vị trí giao nhau giữa đường băng và đường lăn.
+ Sân đỗ máy bay.
+ Hangar của sân bay.
+ Bề mặt kết cấu của các khu vực chịu tác dụng phụt của động cơ phản lực và tác
dụng của nhiên liệu.
− Sử dụng để chế tạo các lớp phủ tăng cường trên mặt đường băng sân bay.
− Sử dụng để duy tu, sửa chữa các hư hỏng của công trình.
− Sử dụng để thi công các kết cấu vỏ mỏng không có cốt thép thay thế cho bê
tông lưới thép.
5. Phương pháp nghiên cứu
Quá trình nghiên cứu chế tạo bê tông hạt mịn chất lượng cao, tác giả dựa trên cơ
sở của phương pháp tiêu chuẩn Việt Nam và các phương pháp phi tiêu chuẩn bao gồm:
− Xác định tính chất của cốt liệu theo TCVN 7570 : 2006 và TCVN 7572 : 2006.
− Lấy mẫu, chế tạo và bảo dưỡng mẫu thử HHBT và bê tông hạt mịn chất
lượng cao theo TCVN 3105: 1993.
− Xác định độ sụt của HHBT theo TCVN 3106 : 1993.
− Xác định khối lượng thể tích HHBT theo TCVN 3108 : 1993.
− Xác định độ mài mòn của bê tông theo TCVN 3114 : 1993.
− Xác định cường độ nén của bê tông theo TCVN 3118 : 1993.
− Xác định cường độ kéo khi uốn của bê tông theo TCVN 3119 : 1993.
− Xác định mô đun đàn hồi theo TCVN 3121 : 1993.
− Xác định cường bám dính nền theo TCXD 236 : 1999.
Để nghiên cứu sự ảnh hưởng của tỷ lệ các vật liệu thành phần đến tính chất của
hỗn hợp bê tông và bê tông hạt mịn chất lượng cao, tác giả đã sử dụng phương pháp
toán quy hoạch thực nghiệm.
Ngoài ra, tác giả còn xây dựng mô hình thực nghiệm phi tiêu chuẩn để đánh giá
cường độ kháng trượt của bê tông hạt mịn chất lượng cao.
6. Những đóng góp mới
− Về lý thuyết:

14. 13
+ Hoàn thiện thêm lý thuyết về cấu trúc loại vật liệu mới, bê tông hạt mịn chất
lượng cao có dùng cốt sợi polypropylene, khác so với cấu trúc bê tông thường.
+ Làm phong phú thêm các kết quả về đặc điểm, tính chất của hỗn hợp bê tông và
bê tông hạt mịn chất lượng cao đặc biệt là các tính chất của loại bê tông này có cốt sợi
phân tán sử dụng trong các kết cấu mỏng.
− Về ứng dụng:
+ Bằng thực nghiệm, tác giả đã cho thấy có thể sử dụng lên đến 60% lượng tro
bay nhiệt điện thay cho xi măng để chế tạo bê tông chất lượng cao có cường độ nén đạt
trong khoảng 60MPa ÷ 90MPa.
+ Bằng thử nghiệm, tác giả đã xác định được cường độ kháng trượt và lực dính kết
giữa lớp bê tông cũ với lớp bê tông mới.
7. Kết cấu của tài liệu
Tài liệu được trình bày trên 98 trang giấy A4, gồm phần mở đầu và 05 chương:
Chương 1. Tổng quan về bê tông hạt mịn chất lượng cao cho mặt đường sân bay.
Chương 2. Cơ sở khoa học sử dụng bê tông hạt mịn chất lượng cao cho sân bay.
Chương 3. Nghiên cứu các tính chất của vật liệu sử dụng.
Chương 4. Nghiên cứu ảnh hưởng của vật liệu đến tính chất bê tông hạt mịn chất
lượng cao.
Chương 5. Nghiên cứu các tính chất và công nghệ chế tạo bê tông hạt mịn chất
lượng cao.
Tài liệu tham khảo.
Phụ lục.
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG HẠT MỊN CHẤT LƯỢNG
CAO DÙNG CHO MẶT ĐƯỜNG SÂN BAY
1.1. MỞ ĐẦU
Vận tải hàng không là một ngành vận tải mới và phát triển rất nhanh. Nếu tính từ
khi mở tuyến đường bay đầu tiên từ Paris ÷ London vào năm 1919 đến nay thì ngành
vận tải hàng không mới hơn 80 tuổi [9]. Nếu tính từ chuyến bay thương mại đầu tiên

15. 14
xuyên Đại Tây Dương và Thái Bình Dương tiến hành năm 1945 đến nay thì các chuyến
bay hành khách quy mô toàn cầu mới hơn nửa thế kỷ.
Tuy nhiên, do những lợi thế của vận tải hàng không (nhanh chóng, thuận tiện và
tương đối an toàn) nên số hành khách đi máy bay tăng rất nhanh: Theo [9] vào năm
1950 số hành khách đi máy bay là 31 triệu người trên toàn thế giới, đến năm 1998 chỉ
tính riêng số hành khách đi qua sân bay Atlanta (bang Georgia Mỹ) đã tăng lên đến 73,5
triệu người. Cùng với việc tăng số lượng hành khách, khối lượng hàng hóa vận chuyển
bằng đường không cũng tăng lên tương ứng. Khả năng vận chuyển và tốc độ của máy
bay thương mại cũng phát triển rất nhanh.
Cùng với sự phát triển của vận tải hàng không, việc xây dựng các cảng hàng
không mà trước hết là công tác xây dựng sân - đường bay cũng không ngừng phát triển.
Vận tải hàng không không có biên giới. Vì vậy, những yêu cầu cơ bản đối với mặt
đường của các cấp sân bay giống nhau được xây dựng để phục vụ khai thác các máy
bay hiện đại một cách an toàn đều phải theo đúng những quy định của Tổ chức Hàng
không dân dụng quốc tế (ICAO).
Trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa của nước ta hiện nay, ngành vận
tải hàng không đang được chú trọng xây dựng và phát triển. Mặc dù còn nhiều khó khăn
nhưng ngành Hàng không dân dụng Việt Nam đã và đang khai thác nhiều loại máy bay
hiện đại như B747, B767, A320, A321,… Thị trường hàng không của nước ta đã không
ngừng mở rộng và kết nối với nhiều quốc gia trên toàn thế giới. Các cảng hàng không
Nội Bài, Tân Sơn Nhất, Đà Nẵng và một số sân bay khác đã và đang được nâng cấp, cải
tạo theo công nghệ hiện đại, đáp ứng các yêu cầu của ICAO. Xu hướng và nhu cầu phát
triển vận tải hàng không trên thế giới ngày một tăng, trong khi nhà nước ta hiện nay mới
chỉ có khỏang 10% các sân bay đã có là sử dụng được. Vì vậy, để phục vụ cho cuộc
phát triển kinh tế và củng cố quốc phòng, nhiệm vụ xây dựng các công trình hàng không
của chúng ta trong thế kỷ XXI là rất to lớn.

16. 15
1.2. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG CHẤT LƯỢNG CAO
Bê tông chất lượng cao là loại bê tông không những có cường độ cao mà còn được
đặc trưng bởi sự vượt trội so với bê tông thông dụng về các tính năng khác như: Độ lưu
động cao hơn, mô đun đàn hồi lớn hơn, cường độ chịu uốn cao hơn, độ thấm nước thấp
hơn, khả năng chịu mài mòn lớn hơn và độ bền cao hơn. Có thể chế tạo bê tông chất
lượng cao từ chính các nguyên vật liệu dùng để chế tạo bê tông thông dụng, tức là từ xi
măng pooclăng, cát, đá dăm và nước. Sự khác nhau là ở chỗ bê tông chất lượng cao
được chế tạo với tỷ lệ nước trên xi măng (
X
N
) thấp hơn so với bê tông thường.
So với bê tông thông dụng, trong thành phần của bê tông chất lượng cao còn có
một cấu tử không thể thiếu là phụ gia siêu dẻo [12], [13], [14] được dùng để cải thiện
tính công tác của hỗn hợp bê tông mà không cần tăng lượng nước nhào trộn. Hơn nữa,
tỷ lệ
X
N
này rất gần với giá trị tỷ lệ
X
N
lý thuyết, cần thiết để xi măng pooclăng thuỷ
hoá hoàn toàn. Một thành phần khác thường sử dụng trong bê tông chất lượng cao là
phụ gia khoáng hoạt tính cao, có tác dụng giảm lượng dùng xi măng, cải thiện tính công
tác của hỗn hợp bê tông, tăng độ đặc chắc và độ bền của bê tông.
Ngày nay, bê tông chất lượng cao là hướng nghiên cứu chủ đạo của nhiều nước
trên thế giới. Nếu như mối quan tâm của bê tông cường độ cao là giá trị cường độ có thể
đạt được thì bê tông chất lượng cao cần phải quan tâm đến nhiều chỉ tiêu khác như [12]:
- Dễ tạo hình và đầm chặt mà không bị phân tầng.
- Có các tính chất cơ học lâu dài.
- Có cường độ sớm.
- Có độ dai.
- Ổn định thể tích.
- Bền vững trong môi trường sử dụng.
* Theo quan điểm của trường Đại học Tokyo (Nhật Bản) thì bê tông chất lượng
cao cần thỏa mãn các yêu cầu:
- Dễ tạo hình .
- Hỗn hợp dẻo cao với mức độ phân tầng thấp.

17. 16
- Không bị phá huỷ sớm do co ngót và do ứng suất nhiệt thấp.
- Có cường độ lâu dài và ít bị thấm.
* Theo tài liệu [10], [15] có một số nguyên tắc chế tạo bê tông chất lượng cao:
- Tăng cường độ của đá xi măng, đá chất kết dính: Bằng cách sử dụng các loại xi
măng cường độ cao, xi măng siêu mịn hoặc có thể kết hợp sử dụng các loại phụ gia
khoáng mịn để tăng cường độ của đá chất kết dính.
- Tăng cường độ của khung cốt liệu bằng cách lựa chọn các loại cốt liệu có chất
lượng tốt, thành phần hạt tối ưu và đồng thời kết hợp với việc giảm kích thước của hạt
cốt liệu nhằm mục đích đồng nhất vi cấu trúc.
- Tăng cường độ của vùng tiếp xúc nhờ việc giảm tỷ lệ
X
N
bằng cách dùng phụ
gia giảm nước tầm cao, sử dụng phụ gia siêu mịn silicafume và tro bay nhiệt điện để
tăng cường độ của vùng chuyển tiếp.
- Lựa chọn biện pháp thi công tốt.
* Theo [12], [13], [14] việc sử dụng bê tông cường độ cao có những ưu điểm sau:
- Cường độ cao.
- Mô đun đàn hồi lớn .
- Cường độ ban đầu cao.
- Giảm được tải trọng chết của công trình.
- Nhanh chóng đạt được mức độ từ biến cuối cùng.
- Hiệu quả kinh tế khi sử dụng.
Từ những hiệu quả mang lại, bê tông chất lượng cao đã được ứng dụng rất rộng rãi
ở Việt Nam và các nước trên thế giới. Chúng được ưu tiên sử dụng trong các công trình:
Nhà cao tầng và chọc trời, cầu nhịp lớn, mặt đường cao tốc, mặt đường sân bay,…
1.3. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG HẠT MỊN CHẤT LƯỢNG CAO
Bê tông sử dụng cốt liệu mịn (bê tông hạt mịn - BTHM) đã được nghiên cứu rất
lâu trên thế giới với nhiều mục đích khác nhau.

18. 17
Bê tông hạt mịn (đường kính hạt Dmax ≤ 5mm) hay có thể gọi là bê tông hạt cát đã
có lịch sử phát triển từ rất sớm. Năm 1853, kỹ sư Francois Coignet đã đưa ra loại “bê
tông đặc” cho kết cấu cột đổ tại chỗ chính là tiền thân của bê tông hạt mịn. BTHM là
một hỗn hợp không có đá bao gồm cát, tro bay, xỉ than, đất sét nung, vôi thuỷ tự nhiên
và hàm lượng nước thấp; một dãy nhà vẫn còn ở số 72 phố Charles – Michels, Sanit –
Denis phía Bắc Paris cũng được xây dựng bằng loại bê tông này. Sau đó, hỗn hợp này
sử dụng trong nhiều công trình xây dựng và hệ thống thoát nước, tường chắn ở quảng
trường Trocadero ở Paris và hệ thống kênh thoát nước Vanne trong con đường qua rừng
Fontainebleau.
Theo [12], năm 1918 một thí nghiệm độc đáo đã được Nicolas De Rochefort làm
tại Saint – Peterburg (Nga). Thí nghiệm đã nghiền lẫn cát và clanhke theo tỷ lệ bằng
nhau, sau đó trộn sản phẩm này với cát theo tỷ lệ 1 (sản phẩm nghiền) và 3 (cát). Cường
độ nhận được bằng cường độ của hỗn hợp cát – xi măng rất giàu xi măng (1 xi măng và
2 cát). Thí nghiệm này cũng được giáo sư viện sĩ Rehbinder thực hiện lại như là một cơ
sở của những nghiên cứu riêng của ông về bê tông cát và cơ cấu bí ẩn của quá trính
nghiền hỗn hợp cát – clanhke.
Theo [12], ở nước Nga có lượng cát lớn nhưng hàm lượng sỏi cuội và đá tảng
khan hiếm trên diện rộng. Từ năm 1941 đã không ngừng chế tạo bê tông có thành phần
cát và một hay hai loại chất kết dính (xi măng, vôi) như: Đường sân bay quân sự Pevec
và Arkangelsk, nút giếng dầu cạn, đường ô tô và đường cao tốc Serpukov - Toula, nhà
mái xếp, kết cấu lắp ghép ở thành phố Nadym (Siberia) hầm và tàu điện ngầm vòm
mảnh. Gần đây (2007) những nghiên cứu của trường Đại học Xây dựng Matxcơva đã đề
xuất công nghệ chế tạo bê tông hạt mịn trên cơ sở cát thạch anh không dùng cốt liệu lớn
làm các blốc móng, tấm ốp lòng kênh, viên vỉa hè, bậc thềm và các chế phẩm kích
thước nhỏ khác.
Một dạng của bê tông hạt mịn là xi măng lưới thép, còn gọi là bê tông lưới thép có
cường độ chịu nén và chịu kéo đều cao (nhờ độ cứng tiết diện lớn nên khả năng chịu lực
cao) được dùng phổ biến trong những kết cấu không gian đan thành lưới mắt cáo có độ

19. 18
lớn 10mm và có thể bố trí nhiều lớp lưới cốt thép trong một cấu kiện. Cỡ hạt lớn nhất
của cốt liệu không lớn hơn 3mm và hỗn hợp cần có tính công tác tốt.
Vữa bơm (có thể coi là bê tông hạt mịn) và việc bơm vữa dùng trong các công
nghệ chế tạo dầm cầu bê tông cốt thép dự ứng lực. Trong dầm cầu bê tông cốt thép dự
ứng lực thi công theo phương pháp căng sau: Bó cốt thép dự ứng lực được luồn vào các
ống gel hoặc rãnh chừa sẵn. Sau khi đã căng kéo các bó cốt thép, sẽ tiến hành bơm vữa
vào các ống gel, rãnh. Vữa bơm vào rãnh nhằm bảo vệ cốt thép khỏi bị rỉ và tạo sự kết
dính tốt của cốt thép và bê tông khi làm việc.
Bê tông cốt thép dự ứng lực là một loại kết cấu xây dựng được làm bằng 2 loại vật
liệu: Bê tông và cốt thép cường độ cao, rất khác nhau, rất xa về chỉ tiêu cơ lý. Yêu cầu
chịu lực của kết cấu đòi hỏi hai loại vật liệu này phải liên kết chặt chẽ với nhau. Các bó
thép sau khi căng kéo có bơm vữa sẽ được dính kết chặt chẽ với bê tông. Nó không
những tăng thêm tính chống nứt của bê tông mà còn làm tăng khả năng chịu tải trọng
của kết cấu. Do đó, bơm vữa là một bước thi công quan trọng có liên quan mật thiết đến
tuổi thọ và năng lực chịu tải trọng của công trình.
Theo [12], bê tông hạt mịn có nhiều đặc điểm khác với bê tông thường như:
+ Có tổng tỷ diện tích cốt liệu cao nên thể tích rỗng giữa các hạt cốt liệu lớn. Do
đó, cần tăng hàm lượng hồ xi măng trong hỗn hợp so với bê tông thường.
+ Có độ rỗng cấu tạo nhỏ và có sự phân bố đều đặn của các hạt cốt liệu do đó
giảm được ứng suất tập trung tại chỗ tiếp xúc giữa đá xi măng với cốt liệu.
Tuy nhiên, việc chế tạo bê tông hạt mịn chỉ sử dụng cát làm cốt liệu trước đây gặp
nhiều khó khăn do độ rỗng của hỗn hợp chỉ thuần tuý cát sẽ lớn, bề mặt riêng của cốt
liệu (cát) cũng sẽ tăng lên cần phải tăng lượng dùng xi măng để lấp đầy các lỗ rỗng, bao
bọc các hạt cốt liệu để tăng cường độ và độ lưu động của hỗn hợp bê tông. Ngoài ra,
loại bê tông này cũng cần lượng nước nhiều hơn để đạt độ lưu động cần thiết - việc này
sẽ làm tăng độ rỗng của bê tông. Việc tăng nước và xi măng cũng dẫn tới việc tăng độ
co ngót của bê tông.
Với sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật nhiều loại vật liệu, phụ gia, công
nghệ mới được áp dụng rất hiệu quả cho bê tông. Việc thêm vào bê tông cốt liệu nhỏ
chất độn mịn và phụ gia siêu dẻo đã cho phép giảm đến mức tối thiểu lượng nước và xi

20. 19
măng đồng thời làm hạn chế đến mức tối đa sự co ngót. Với sự khắc phục hiệu quả này
đã xuất hiện nhiều loại bê tông hạt mịn chất lượng cao có những ưu điểm sau đây:
+ Có khả năng tạo ra cấu trúc hạt nhỏ đồng nhất chất lượng cao.
+ Nâng cao hiệu quả biến đổi vật liệu bằng các phụ gia hoá học và phụ gia
khoáng.
+ Tính xúc biến cao có khả năng biến đổi hỗn hợp bê tông.
+ Tính công nghệ cao, có khả năng tạo hình các kết cấu bằng phương pháp rót,
dập khuôn, ép đùn, phun vẩy,…
+ Hỗn hợp không bị phân tầng, tách nước trong quá trình vận chuyển và sử dụng.
+ Sau khi đóng rắn, bê tông có độ co ngót thấp, ổn định thể tích.
+ Bê tông có cường độ cao, liên kết tốt với bê tông cũ hay cốt thép.
+ Dễ vận chuyển, trong đó kể cả vận chuyển trong đường ống.
+ Có khả năng sử dụng rộng rãi hỗn hợp khô đảm bảo chất lượng cao.
+ Có khả năng thu được những vật liệu có những tổ hợp tính chất đa dạng.
+ Có khả năng thu được những giải pháp mặt bằng - kiến trúc mới: kết cấu vách
và lớp mỏng, các kết cấu hỗn hợp từ nhiều vật liệu khác nhau,…
Bê tông bột mịn (Reactive powder concrete - RPC) là một dạng mới của bê tông
hạt mịn chất lượng cao (Ultra high performance concrete). Thành phần phổ biến của bê
tông bột mịn gồm: Bột cát thạch anh rất mịn, xi măng, silicafume, nước, phụ gia siêu
dẻo, cốt sợi phân tán được nhào trộn với nhau theo tỷ lệ nhất định trong đó tỷ lệ
X
N
rất
thấp (khoảng 0,2). Sản phẩm bê tông bột mịn có thể được chưng hấp ở nhiệt độ cao và
độ ẩm lớn hoặc dưỡng hộ tự nhiên thường có cường độ nén cực cao (> 150 MPa),
cường độ uốn khá cao (20 ÷ 50MPa), đặc tính mềm dẻo cao. Việc nghiên cứu RPC ban
đầu ở phòng thí nghiệm Bouygues của Pháp trong những năm 1990. Nhưng việc ứng
dụng RPC đầu tiên được công nhận là sản phẩm của Richard và Cheyrezy (Canada).
Sản phẩm của nhóm nghiên cứu là ứng dụng RPC chế tạo cầu bê tông hạt mịn dự ứng
lực đúc sẵn cho người đi bộ ở Sherbrooke, Quebec – Canada năm 1997.

21. 20
Một ứng dụng rất to lớn của bê tông hạt mịn chất lượng cao có dùng cốt sợi đó là
chế tạo các lớp phủ tăng cường có chiều dày rất nhỏ (Thin and Ultra thin Whitetopping)
trên mặt đường cao tốc, trên cầu hoặt trên mặt đường sân bay.
1.4. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG HẠT MỊN CHẤT LƯỢNG CAO DÙNG
CHO MẶT ĐƯỜNG SÂN BAY
1.4.1. Giới thiệu sân bay và đường băng sân bay
Theo tài liệu [9] có thể chia thành ba loại sân bay khác nhau đó là:
− Sân bay dân dụng được sử dụng cho các hoạt động vận tải, dịch vụ hàng
không hoặc du lịch. Các sân bay dân dụng phục vụ cho vận tải hàng không được gọi
là cảng hàng không.
− Sân bay quân sự là vị trí cất – hạ cánh của các phi đội máy bay chiến đấu
hoặc khi cần để tập hợp lại các phi đội máy bay chiến đấu. Vì vậy, chúng không
được sử dụng thường xuyên.
− Sân bay kỹ thuật thường ở ngay tại các nhà máy chế tạo hoặc sửa chữa máy
bay và là sân bay thí nghiệm cho các máy bay bay thử.
Sự phân biệt giữa ba loại sân bay này không phải luôn rõ ràng, bởi vì trong thực tế
một sân bay thường đảm nhiệm nhiều chức năng.
Bộ phận chính của cảng hàng không đó là sân – đường, nơi dành cho máy bay cất
cánh, hạ cánh, lăn bánh và có cả chỗ đỗ máy bay, phục vụ máy bay. Các bộ phận chính
của sân – đường bay bao gồm: đường băng, đường lăn, sân đỗ và các dải bảo hiểm.
Theo [9], đường băng là bộ phận sử dụng để cất – hạ cánh trong sân bay. Trên các
sân bay có số lần cất – hạ cánh máy bay lớn thì yêu cầu phải làm đường băng có bề mặt
cứng chắc, có khả năng tiếp nhận tốt tải trọng của bánh máy bay.
Mặt đường băng phải có độ dốc ngang bảo đảm thoát nước tốt. Hai bên đường
băng phải bố trí hệ thống thoát nước để nước thoát ra khỏi khu vực bay. Mặt cắt dọc của
đường băng phải đảm bảo tầm nhìn và độ bằng phẳng theo yêu cầu của chuyên môn,
những chỗ đổi dốc phải bố trí đường cong đứng.

22. 21
Theo thống kê, ở các nước trên thế giới cũng như tại Việt Nam thường có hai loại
vật liệu chính thường để dùng làm mặt đường sân bay đó là: Bê tông xi măng được
dùng làm mặt đường cứng và vật liệu bê tông át phan rải nóng làm mặt đường mềm.
Lớp bê tông xi măng (Portland cement Concret - PCC) được đổ lên trên kết cấu
mặt đường bê tông át phan rải nóng (hot mix asphalt - HMA) được gọi là bê tông lớp
phủ mặt đường (whitetopping). Theo [25], lớp phủ này có độ bền trên 80 năm và được
chia thành 3 loại chính:
− Lớp phủ thông thường: Đây là một lớp bê tông rải mỏng có chiều dày
khoảng 200 mm hoặc lớn hơn tùy thuộc vào thiết kế và lực liên kết giữa lớp PCC và
lớp HMA bên dưới.
− Lớp phủ mỏng (Thin whitetopping - TWT) có chiều dày từ 100 ÷ 200 mm.
− Lớp phủ siêu mỏng (Ultra thin whitetopping - UTW) có chiều dày nhỏ hơn
100 mm. Lớp phủ này có yêu cầu phải liên kết tốt với lớp bê tông át phan bên dưới.
Lớp bê tông hạt mịn chất lượng cao dùng để chế tạo các lớp phủ mỏng, được sử
dụng trong nhiều công trình như:
+ Chế tạo các bộ phận hạ tầng của sân – đường bay, bao gồm: Đường băng,
đường lăn, sân đỗ máy bay và các dải bảo hiểm.
+ Làm lớp mặt đối với các loại mặt đường ô tô, bãi đỗ và sân bay.
+ Lớp mặt tăng cường cho các loại mặt đường đã hết tuổi thọ như: Mặt đường bê
tông át phan, mặt đường bê tông xi măng.
1.4.2. Các ưu điểm khi sử dụng bê tông hạt mịn làm lớp phủ mỏng
Theo [25], [29] khi sử dụng bê tông hạt mịn chất lượng cao làm lớp phủ mỏng có
các ưu điểm chính sau:
− Tuổi thọ tương đối cao, cao hơn mặt đường bê tông át phan. Tuỳ theo cấp
hạng đường và tiêu chí đánh giá của từng nước nhưng nói chung tuổi thọ của mặt
đường bê tông xi măng (BTXM) được lấy vào khoảng 20 ÷ 50 năm, Trung Quốc
lấy 45 năm. Tuổi thọ thực tế của mặt đường BTXM nhiều khi lớn hơn dự kiến khi
thiết kế có thể đạt đến 80 năm [25]

23. 22
− Cường độ mặt đường BTXM cao và không thay đổi theo nhiệt độ như mặt
đường nhựa, thích hợp với tất cả các loại xe, ổn định cường độ đối với điều kiện độ
ẩm cao và nhiệt độ lớn, cường độ không những không bị giảm mà có giai đoạn còn
tăng theo thời gian (không bị hiện tượng lão hoá như mặt đường bê tông át phan).
− Có khả năng chống bào mòn, ma sát giữa giữa bề mặt bánh xe với mặt
đường bê tông xi măng cao hơn nhiều so với mặt đường bê tông nhựa, đặc biệt là
khi thời tiết mưa ẩm.
− Chi phí duy tu, bảo dưỡng thấp.
Do thời gian sử dụng tương đối dài, chi phí duy tu bảo dưỡng thấp nên tổng giá
thành xây dựng và khai thác của mặt đường bê tông xi măng thấp hơn so với mặt đường
bê tông át phan.
1.4.3. Nhược điểm của lớp phủ mỏng bê tông hạt mịn chất lượng cao
− Bề mặt lớp phủ thông thường tồn tại các khe nối, vừa làm phức tạp thêm cho
việc thi công và duy tu, bảo dưỡng, vừa tốn kém, lại vừa ảnh hưởng đến chất lượng
vận hành, khai thác. Khe nối lại là chỗ yếu nhất của mặt đường BTXM, khiến cho
chúng dễ bị phá hoại ở cạnh và góc tấm.
− Móng đường BTXM yêu cầu có độ bằng phẳng cao, chất lượng đồng đều và
liên tục. Không được xây dựng mặt đường BTXM trên nền đường có cốt còn tiếp
tục lún như đi qua vùng đất yếu.
− Xây dựng mặt đường BTXM chất lượng cao cho các tuyến đường cấp cao và
đường cao tốc đòi hỏi phải có thiết bị thi công đồng bộ, hiện đại và quy trình công
nghệ thi công chặt chẽ.
− Chi phí xây dựng ban đầu đối với mặt đường BTXM thường cao hơn so với
các loại mặt đường khác.
1.4.4. Các đặc điểm của mặt đường sân bay và mặt đường ô tô
Mạng lưới đường ô tô của mỗi nước có những quy định riêng về trọng lượng của
trục bánh thiết kế, phụ thuộc vào điều kiện kinh tế, xã hội và điều kiện tự nhên của mỗi
nước. Theo [22] tải trọng trục bánh thiết kế của nước ta là 100kN (hoặc một bánh kép
50kN) với áp lực hơi trong bánh xe là 0,65MPa.

24. 23
Với sân bay, do việc vận tải hàng không không có biên giới, hệ thống sân - đường
của sân bay phải tuân thủ các quy định của Tổ chức Hàng không dân dụng quốc tế
(ICAO). Tải trọng trên một càng bánh máy bay có thể lớn hơn 900kN (máy bay Boeing
747) với áp lực hơi trong bánh 1,25MPa (có thể lên đến 1,5 hoặc 1,6 MPa).
Tốc độ lớn nhất của ô tô vận tải trên tất cả các loại mặt đường ôtô của các nước
thường không quá 60km/h. Trên sân bay, tốc độ của máy bay lại phụ thuộc vào kết cấu
của bộ phận sân - đường: Mặt đường băng có chất lượng cao thì cho phép các máy bay
cất – hạ cánh với tốc độ lớn và số lần cất – hạ cánh cũng tăng lên. Vì vậy, phải tiêu
chuẩn hóa việc thiết kế và khai thác mặt đường sân bay theo các quy định của ICAO.
Do tải trọng thẳng đứng của bánh máy bay rất lớn nên chiều dày mặt đường sân
bay thường lớn hơn nhiều so với chiều dày mặt đường ôtô. Tải trọng ngang tác dụng
trên mặt đường sân bay cũng lớn hơn rất nhiều so với trên đường ôtô. Vì vậy, nếu thi
công lớp dính bám trong kết cấu mặt đường mềm sân bay không tốt thì thường xuất
hiện sự trượt của lớp mặt trên lớp móng tại các khu vực chịu các tải trọng lớn và các
đoạn đường hãm phanh.
Từ đó, với kết cấu mặt đường mềm của đường ô tô cấp cao người ta thường làm
thành làn xe riêng cho các loại xe tải vì có nguy cơ hình thành vệt lún bánh xe trên làn
xe này. Trong sân bay, nguy cơ này chỉ xuất hiện trên đường lăn, vì máy bay lăn với tốc
độ thấp và vệt bánh luôn tác dụng qua cùng một chỗ.
Theo [9], [22] để chịu được tác dụng của các tải trọng lớn và các ứng suất tiếp lớn
của bánh máy bay, người ta thường dùng vật liệu bê tông xi măng chất lượng cao để
làm các kết cấu mặt đường cứng của sân bay, hoặc có thể dùng chúng để làm mặt
đường cứng ở hai đầu đường băng tại các sân bay quân sự vì phải chịu tác dụng nhiệt
của các động cơ phản lực.
1.4.5. Các yêu cầu khi sử dụng bê tông làm lớp mặt đường sân bay
Theo các tài liệu [9], [22], khi sử dụng bê tông xi măng làm lớp phủ mặt đường
sân bay cần phải thỏa mãn các yêu cầu sau:
− Bảo đảm cho máy bay lăn bánh an toàn và thuận lợi. Chức năng này đòi hỏi
lớp mặt phải bảo đảm được các yêu cầu về cường độ và độ ổn định dưới tác dụng
của tải trọng cũng như phải thoả mãn các yêu cầu về độ nhám và độ bằng phẳng.

25. 24
− Bảo vệ nền móng dưới tác dụng của nước và độ ẩm. Yêu cầu này đòi hỏi lớp
mặt phải không thấm nước và phải có một chiều dày tối thiểu bảo đảm không xuất
hiện đường nứt dưới tác dụng của tải trọng hoặc do sự truyền nứt từ lớp móng cứng.
− Yêu cầu về cường độ, chống hiện tượng hình thành các vệt lún bánh xe và
hiện tượng mỏi: Do tần suất tác dụng của máy bay tại một vị trí nhỏ hơn nhiều so
với đường ô tô nên yêu cầu chỉ tiêu này không khắt khe như với mặt đường ô tô.
Tuy nhiên, mặt đường sân bay chịu tải trọng lớn hơn nên phải sử dụng hỗn hợp bê
tông nhựa có độ dãn dài khi phá hoại cao hơn so với bê tông nhựa của đường ô tô.
− Yêu cầu về độ nhám: Do số lần hạ cánh của sân bay không lớn nên yêu cầu
đối với độ nhám không cao như đối với mặt đường ô tô, vì bánh máy bay ít làm hao
mòn và trơn nhẵn cốt liệu. Độ nhám (độ bám giữa bánh máy bay và mặt đường) của
mặt đường khô và sạch thường là phù hợp với yêu cầu. Tuy nhiên, khi mặt đường bị
ướt thì thường không đủ độ nhám và mặt đường trở nên trơn trượt.
Vì vậy, khi xây dựng và khai thác mặt đường sân bay cần đặc biệt chú ý đến độ
nhám khi mặt đường ẩm ướt. Để vận hành an toàn, mặt đường sân bay phải đủ độ bám
để hãm phanh khi máy bay hạ cánh (hoặc hãm phanh trong trường hợp việc cất cánh bị
gián đoạn vì lý do kỹ thuật) và để quay bánh khi máy bay tiếp đất lúc hạ cánh.
Do đó, để đạt được độ nhám vĩ mô trên mặt đường bê tông xi măng cần phải xẻ
rãnh tạo nhám. Ở mặt đường sân bay vai trò của độ nhám vi mô không rõ ràng.
− Tính không thấm nước: Nước làm giảm sức chịu tải của kết cấu mặt đường.
Do điều kiện thoát nước của mặt đường sân bay khó khăn hơn so với mặt đường ô
tô (khoảng cách thoát nước xa, thời gian thoát nước mặt trên đường băng lâu) làm
cho tính không thấm nước trở thành một yêu cầu chính đối với mặt đường sân bay
đó là điểm ưu tiên để bảo đảm chất lượng. Muốn vậy, hỗn hợp bê tông nhựa phải có
độ chặt và độ dễ thi công cao.
− Độ bằng phẳng: Theo [9] kiến nghị của Tổ chức Hàng không dân dụng quốc
tế (ICAO) thì bề mặt đường băng không được gồ ghề làm giảm hiệu quả của việc
hãm phanh hoặc có hại cho việc cất cánh và hạ cánh của máy bay. Trên đường lăn

26. 25
của sân bay, do tốc độ lăn bánh của máy bay thấp hơn (20 ÷ 60km/h) nên yêu cầu
về độ bằng phẳng chỉ xấp xỉ với độ bằng phẳng của đường ô tô.
- Bảo đảm sự toàn vẹn của lớp mặt: Dưới tác dụng lực của máy bay (ứng suất do
tải trọng gây ra, do nhiên liệu rơi vãi hoặc do sự phụt của động cơ phản lực) và của môi
trường khí hậu (tác dụng của nhiệt độ, độ ẩm và áp suất), mặt đường có thể bị phá hoại
dưới các hình thức:
+ Nứt và rạn vỡ làm cho mặt đường bị thấm nước.
+ Biến dạng (lún, sệ, vệt bánh,…).
Những hư hỏng này làm cho lớp mặt mất tính toàn khối, vật liệu bị bong bật, có
khả năng gây ra những tai nạn nghiêm trọng khi chúng bị động cơ phản lực hút vào.
Vì vậy để bảo đảm sự toàn vẹn của lớp mặt đường trong các công trình cần phải:
+ Sử dụng vật liệu ổn định với tác dụng của xăng dầu để làm lớp mặt của sân đỗ
máy bay, là nơi máy bay đỗ lâu dài và kết hợp với việc bảo dưỡng, sửa chữa. Với đường
băng và đường lăn vấn đề này không cần đặt ra. Có nhiều biện pháp để chống lại tác
dụng ăn mòn của xăng dầu, mà đơn giản nhất là làm sân đỗ bằng bê tông xi măng.
+ Bảo đảm cường độ, chịu được tác động do lực phụt và nhiệt độ của động cơ
máy bay. Đặc biệt với động cơ cánh quạt, vật liệu có thể bị cánh quạt hút văng mạnh
vào máy bay. Vì vậy, yêu cầu vật liệu bê tông làm lớp mặt phải có đủ lực dính với lớp
nền móng.
+ Bảo đảm ổn định dưới tác động của môi trường. Do diện tích lớn hơn, độ dốc
nhỏ hơn, việc thoát nước khó hơn, tần suất tác dụng máy bay ít hơn, cũng như không
được cây cối, nhà cửa che chắn nắng gió,... cho nên ảnh hưởng của các điều kiện khí
hậu và môi trường đối với mặt đường sân bay lớn hơn so với mặt đường ô tô.
Hiện nay với công nghệ bê tông tiên tiến, việc nghiên cứu chế tạo lớp phủ mỏng
bằng bê tông để tăng cường các tính chất cơ học, tăng độ nhám và tuổi thọ của mặt
đường đang được rất nhiều nhà khoa học quan tâm. Loại bê tông sử dụng cho kiểu kết
cấu này thường là bê tông hạt mịn chất lượng cao, có cường độ nén cao, cường độ chịu
kéo khi uốn lớn, có khả năng chống nứt, ổn định thể tích và liên kết rất tốt với lớp bề
mặt kết cấu hiện hữu.

27. 26
1.4.6. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng bê tông hạt mịn chất lượng cao
ở các nước trên thế giới
Theo [30], một loại bê tông hạt mịn chất lượng cao, sử dụng cốt sợi phân tán, có
cường độ cực cao, đã được công ty Bouygues Lafarge Rhodia sản xuất có tên là Ductal.
Ductal là sản phẩm bê tông hạt mịn chất lượng cao, dùng cốt sợi, có các đặc điểm:
− Có cường độ nén rất cao.
− Cường độ kéo trực tiếp cao, mô đun đàn hồi cao.
− Có tính mềm dẻo và có độ bền cao.
Thành phần cấp phối của hỗn hợp bê tông và các tính chất của loại bê tông này
được nêu trong bảng 1.1 và bảng 1.2.
Bảng 1.1. Thành phần cấp phối của hỗn hợp bê tông Ductal (Ductal mix design)
Vật liệu Đơn vị Giá trị các đại lượng
Xi măng kg/m3
710
Silicafume kg/m3
230
Bột cát Quắc kg/m3
210
Cát kg/m3
1020
Sợi kg/m3
40 ÷ 160
Phụ gia siêu dẻo kg/m3
13
Nước trộn kg/m3
140
Bảng 1.2. Các tính chất cơ học của Ductal
Chỉ tiêu
Đặc trưng cơ học ở tuổi 28 ngày
Ductal – FM Ductal - FO
Dung trọng (kg/m3
) 2500 2500
Cường độ nén (MPa) 150 ÷ 180 100 ÷ 120
Cường độ uốn (MPa) 32 24
Cường độ kéo trực tiếp (MPa) 8 6
Mô đun đàn hồi (MPa) 50 000 50 000
Hệ số nở nhiệt (m/m) 12.10-6
12.10-6

28. 27
Bảng 1.3. Các công trình xây dựng sử dụng sản phẩm Ductal
Tên công trình Quốc gia Năm xây dựng
Cầu bộ hành Sherbrooke Canada 1997
Dầm của nhà máy Điện hạt
nhân Cattenom
Pháp 1997 ÷ 1998
Martel tree Boulogne, Pháp 1998
Rhodia panels Pháp 2000
Cầu bắc qua sông Seonyu Hàn Quốc 2001 ÷2002
Shower cabins Pháp 2002 ÷2003
Nhà bảo tàng Sofia Queen Madrid – Tây Ban Nha 2003
Cầu Shepherds Australia 2003 ÷2004
Nhà máy điện Eraring Australia 2004
Nhà ga xe lửa Papatoetoe New Zealand 2005
Theo [23], lần đầu tiên lớp phủ bằng bê tông (Concrete Pavement) được dùng
trong mặt đường sân bay hàng không từ năm 1927 ÷ 1928 tại Ford Terminal in
Dearborn, Michigan - Mỹ. Trong thời gian đó, lớp phủ bê tông được dùng rất phổ biến
trong nhiều công trình xây dựng như: Mặt đường cao tốc, mặt đường băng sân bay,…
và đã mang lại nhiều hiệu quả to lớn.
Hình 1.1. Lớp phủ bê tông dùng trong sân bay hàng không tại Ford Terminal in
Dearborn, Michigan – Mỹ.
Theo [25], bê tông hạt mịn được sử dụng rộng rãi để chế tạo lớp kết cấu UTW
nhằm phục hồi bất kỳ một khu vực nơi đó bị rửa trôi, lượn sóng của lớp át phan bị
khuyết tật. UTW phổ biến nhất với chiều dày 50 ÷ 200 mm nằm trên lớp HMA. Hiện

29. 28
nay, kỹ thuật này đựơc phát triển cho lớp mặt đường nhỏ, khu vực đỗ xe, sân bay nhẹ.
UTW làm tăng đáng kể chức năng của lớp mặt. UTW được nghiên cứu và sử dụng
nhiều nhất là ở Bắc Mỹ, đặc biệt là Hoa Kỳ [25].
Việc áp dụng đầu tiên của lớp UTW ở đường Luisville ở bang Kentucky năm
1991 và từ đó đã gần 200 dự án ở 28 bang của nước Mỹ. Số liệu thực nghiệm chỉ ra
rằng trong hầu hết các trường hợp thời gian xây dựng ngắn hơn và lâu hơn mới cần sửa
chữa so với bê tông át phan truyền thống. So sánh giá thành lớp bê tông có chiều dày từ
50 ÷ 100 mm rẻ hơn từ 25 ÷ 50% so với lớp bê tông át phan 50 ÷ 75 mm truyền thống
và tuổi thọ gấp 2 lần bê tông át phan.
Đến năm 1999, UTW mới được dùng làm đường chính ở Michigan (Mỹ) nhưng
đã được sử dụng ở đường địa phương như: Tháng 9/1996 đoạn đường vận chuyển tới
công ty thép và trạm trộn bê tông ở Traverse City, tháng 10/1996 ở Coolidge Yard Bus
Terminal, Detroit; tháng 10/1997 ở Washtenaw County.
Khoa giao thông Minnesota cũng đã thiết lập dự án nghiên cứu lớp Whitetopping
cực mỏng ở đoạn ngã ba US-169 sông Elk để nghiên cứu cả về thiết kế và chất lượng
của lớp UTW. Trong đó hỗn hợp bê tông có sử dụng sợi polypropylene hay polyolefin.
Vào năm 1998 với sự giúp đỡ của các Bang, ban quản lý đường và hiệp hội đường
bê tông của Mỹ đã cho thí nghiệm để nghiên cứu trên đoạn dường dài 14,6m với kết cấu
là lớp bê tông xi măng cực mỏng đổ lên trên lớp mặt đường bê tông át phan ở McLean,
Virginia với chiều dày 50 ÷ 100 mm. Mục đích của nghiên cứu: Xác định tính chất của
UTW dưới điều kiện tác động của nhiệt độ và tải trọng bánh xe; nghiên cứu đặc điểm
thiết kế dựa trên tính chất của UTW; xác định sự phản ứng của mặt đường với sự phát
triển của mô hình cơ học.
Lớp phủ bề mặt với vật liệu là bê tông xi măng có cốt sợi phân tán, có thể dùng
chế tạo lớp mặt đường, nơi mà các loại vật liệu làm đường truyền thống thường bị hư
hỏng do bị xô đẩy, nứt vỡ hoặc bị các tác động co ngót biến dạng. UTW tốt nhất dùng
cho đường giao cắt và sửa đường. UTW sẽ giảm chi phí, tăng độ bền, tăng tuổi thọ của
mặt đường. Thi công lớp UTW dễ dàng: Đầu tiên là chế tạo khuôn đường với chiều sâu
100 mm và làm sạch. Sau đó đổ bê tông trực tiếp lên bê tông át phan với việc sử dụng

30. 29
phương pháp làm chặt bằng rung truyền thống. Hỗn hợp bê tông tươi có thể được hoàn
thiện bằng cào hoặc chổi, có thể đặt trực tiếp cảm biến kiểm tra giao thông ở bề mặt lớp
khuôn phía dưới bê tông UTW bằng cách này tránh được ứng suất bên ngoài. Vì mặt
đường cứng không bị lún, dồn hoặc rửa trôi. Cuối cùng, tiến hành tạo các khe rãnh nhỏ
trên mặt đường bằng thiết bị tạo khe, rãnh để tạo hình kết cấu.
Hiện trạng bề mặt sân bay
Williamsburg County Regional
Quá trình thi công sân bay Williamsburg
County Regional bằng lớp Whitetopping
Bề mặt sân bay Williamsburg
County Regional sau khi thi công
Sân bay Savannah-Harding được thi
công bằng lớp Ultra thin Whitetopping
Hình 1.2. Lớp UTW và TWT được ứng dụng ở Williamsburg – Mỹ
1.4.7. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng bê tông hạt mịn chất lượng cao ở
Việt Nam
Những năm gần đây ở nước ta, hầu hết các dự án đường bộ mới đều được thiết kế
theo tiêu chuẩn mặt đường cao tốc, xe chạy với tốc độ có thể đạt trên 100km/h. Vấn đề
đặt ra chính là tạo nhám cho mặt đường, đảm bảo khai thác an toàn không bị trơn trượt
giữa bánh xe và mặt đường.

31. 30
Mặt đường sân bay được xây dựng để máy bay vận hành trên đó. Yêu cầu mặt
đường sân bay phải đủ sức chịu tải trọng, có bề mặt ổn định, bằng phẳng, độ nhám cao
và không có bụi khi sử dụng.
Hình 1.3. Máy bay Boeing 777ER trên
sân bay Nội Bài Hình 1.4. Sân bay Đà Nẵng
Để đáp ứng các yêu cầu đó thì vật liệu chế tạo mặt sân - đường của cảng hành
không phải có những tính chất đặc biệt, chất lượng cao. Những năm gần đây nước ta
một số nhà khoa học tại các trường Đại học, các Viện chuyên ngành đã tiến hành nghiên
cứu nhiều công trình khoa học để áp dụng bê tông cường độ cao, bê tông chất lượng cao
vào trong kết cấu của đường sân bay.
Năm 2007, Công ty Tư vấn và Thiết kế Hàng không Việt Nam đã thiết kế và thi
công các kết cấu của mặt đường sân bay Kiến An (Hải Phòng) bằng bê tông cường độ
cao cốt sợi thép. Trường Đại học Giao thông Vận tải Hà Nội [21] đã có nhiều tác giả
nghiên cứu chế tạo bê tông cốt sợi thép tại phòng Thí nghiệm Công trình của trường.
Bên cạnh đó tại Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng đã có nhiều ứng dụng thực
tế hơn, đó là sử dụng bê tông cốt sợi thép để tu bổ và sửa chữa hư hỏng của các công
trình, ví dụ như: Sử dụng bê tông cốt thép phân tán để tu bổ lớp mặt đường công trình di
tích [1], sửa chữa Hangar máy bay [17].
Qua một số tóm lược trên ta thấy, việc nghiên cứu chế tạo bê tông hạt mịn chất
lượng cao sử dụng cốt sợi phân tán, với tính công tác tốt, cường độ chịu nén cao, cường
độ chịu kéo khi uốn lớn, giá thành hạ từ các nguồn vật liệu sẵn có ở Việt Nam, dùng cho
các công trình đường giao thông, đường sân bay là rất cần thiết.

32. 31
Nhận xét chương 1
Trên cơ sở nghiên cứu tổng hợp và phân tích tình hình ứng dụng bê tông hạt mịn
chất lượng cao ở nước ngoài và triển vọng áp dụng công nghệ bê tông hạt mịn chất
lượng trong nước, có thể rút ra một số Nhận xét sau:
− Việc nghiên cứu chế tạo bê tông hạt mịn chất lượng cao sử dụng trong các
công trình giao thông là rất cần thiết, phù hợp với điều kiện Việt Nam, đáp ứng
được yêu cầu cho kết cấu có chiều dày mỏng, lớp phủ mỏng tăng cường trên bề mặt
đường cao tốc, mặt đường băng sân bay.
− Việc sử dụng cốt liệu có kích thước hạt nhỏ, hỗn hợp bê tông có độ linh động
cao, cấu trúc bê tông đặc chắc phù hợp cho kết cấu bao che dạng lớp mỏng, tấm
mỏng không có thanh cốt thép chịu lực trong các lớp mặt đường là giải pháp hiệu
quả nhất để tăng độ bền của các kết cấu.

33. 32
Chương 2. CƠ SỞ KHOA HỌC SỬ DỤNG BÊ TÔNG HẠT MỊN CHẤT
LƯỢNG CAO CHO MẶT ĐƯỜNG SÂN BAY
2.1. TƯƠNG TÁC GIỮA CỐT SỢI VÀ VẬT LIỆU BÊ TÔNG
Việc bổ sung sợi vào trong cấu trúc của bê tông có thể làm thay đổi đáng kể tính
chất của bê tông vì chúng có ảnh hưởng đến tính chất của bê tông cả ở trạng thái dẻo và
trạng thái rắn chắc. Đóng góp chính của cốt sợi polypropylene là sự cải thiện tính chất
của bê tông đã cứng rắn.
Theo [16], [19] bê tông là loại vật liệu composite nhiều thành phần có pha nền là
hồ xi măng. Sự tương tác giữa sợi và vật liệu nền (pha nền) là vấn đề cơ bản quyết định
chất lượng và các tính chất của bê tông cốt sợi. Theo các nghiên cứu [8], [21] các yếu tố
ảnh hưởng đến sự tương tác giữa sợi và pha nền hồ xi măng bao gồm:
− Điều kiện, trạng thái của vật liệu nền.
− Cấu trúc, thành phần của vật liệu nền.
− Loại sợi, hình dạng, đặc điểm bề mặt, độ cứng và tính chất của sợi.
− Hướng sợi: Sợi bố trí đẳng hướng hoặc bố trí ngẫu nhiên.
− Tỷ lệ thể tích sợi sử dụng.
− Tính bền của sợi khi làm việc lâu dài trong bê tông cốt sợi.
Hiệu quả chủ yếu của sợi là nâng cao tính chất cơ học của hồ xi măng trong hai
quá trình gồm:
+ Quá trình truyền tải trọng từ vật liệu nền xi măng sang sợi.
+ Ảnh hưởng của cốt sợi đến sự xuất hiện các ứng suất khi tăng tải trọng của vật
liệu nền xi măng.
Việc cải biến các khả năng cơ học của bê tông cốt sợi đều thông qua sự tương tác
giữa cốt sợi phân tán và đá xi măng.
Theo [10], bê tông nặng là hỗn hợp không đồng nhất của các thánh phần: Xi
măng, cốt liệu, nước và phụ gia. Phản ứng thủy hóa giữa xi măng và nước dẫn đến sự co
ngót rõ rệt của hồ xi măng khi đông cứng. Hàm lượng cốt liệu, cốt sợi hợp lý có hai ưu
điểm lớn đó là:
+ Tiết kiệm được khối lượng hồ xi măng.

34. 33
+ Là thành phần chống lại sự co ngót do quá trình xi măng thủy hóa, chống nứt
cho bê tông khi bị biến dạng.
Theo [8] đã chỉ ra rằng, trong cấu trúc của bê tông tồn tại những vệt nứt vi mô tại
bề mặt của các phân tử cốt liệu thô có kích thước lớn. Các vết nứt này có thể tồn tại
ngay ở trạng thái không tải.
Khi bê tông bị kéo dưới các tải trọng khác nhau, bao gồm cả quá trình vật liệu bị
mỏi, các vết nứt vi mô sẽ lan rộng theo bề mặt cốt liệu và một phần ở vùng chuyển tiếp
xung quanh hạt cốt liệu.
Khi bổ sung thành phần cốt sợi vào bê tông, khối bê tông trở thành hỗn hợp được
tăng cường. Các loại sợi có tác dụng tăng cường giới hạn chịu kéo, có thể gây ra các vết
nứt vi mô ban đầu trong bê tông. Tuy nhiên, mức độ tăng cường giới hạn chịu kéo còn
phụ thuộc vào số lượng và sự hiệu quả của sợi tại vùng có thể xuất hiện đỉnh vết nứt.
Theo [21] mô phỏng sự tương tác giữa cốt sợi phân tán và vật liệu đá xi măng dựa
trên hình dạng của lực kéo tuột đơn giản (hình 2.1).
l
dx Sîi
PP
xVËt liÖu ®¸ xi m¨ng
σ(x) + dσ
τ(x)
2r
dx
σ(x)
P(x) P(x) + dP
Trong đó:
P- là lực kéo tuột của sợi ra khỏi vật liệu.
τ(x)- là ứng suất trượt tại mặt phân cách.
σ(x)- là ứng suất dọc theo chiều dài sợi.
Hình 2.1. Mô hình sự kéo tuột cốt sợi tại bề mặt liên kết của sợi và đá xi măng
Các quá trình liên quan đến sự tương tác giữa sợi và đá bê tông chủ yếu xảy ra
trong vùng tương đối nhỏ xung quanh sợi và đá xi măng. Tác dụng chủ yếu của cốt sợi
trong bê tông cốt sợi được thể hiện sau khi vật liệu bị nứt. Khi đó chúng sẽ bắc cầu qua
vết nứt và vì vậy ngăn ngừa được sự phá hủy kết cấu. Sự bắc cầu của sợi xuyên qua vết
nứt được đánh giá làm nền tảng cho những dự đoán về tính chất của bê tông cốt sợi
trong vùng đã nứt, qua đó cũng xác định được sự liên quan của cơ chế truyền ứng suất
trượt ma sát và ứng suất đàn hồi.

35. 34
2.2. TÍNH CHẤT CỦA BÊ TÔNG HẠT MỊN CỐT SỢI
2.2.1. Tính chất của hỗn hợp bê tông
Bê tông cốt sợi khó trộn hơn bê tông thường, những tham số ảnh hưởng đến tính
chất của hỗn hợp bê tông cốt sợi là:
− Loại sợi và hàm lượng sợi.
− Loại cốt liệu lớn, hình dạng và hàm lượng cốt liệu lớn.
− Phương pháp đưa cốt sợi vào trong hỗn hợp bê tông khi trộn.
− Loại và hàm lượng phụ gia siêu dẻo sử dụng.
Tính công tác của hỗn hợp bê tông cốt sợi là một yêu cầu rất quan trọng, quyết
định đến các quá trình trộn, đổ và đầm bê tông. Sợi polypropylene có tính chất là mềm
dẻo, bề mặt trơn nhẵn do đó không làm tổn thất nhiều độ dẻo của hỗn hợp bê tông. Mặt
khác, loại sợi này có đặc điểm là dễ dàng phân tán trong môi trường kiềm của hỗn hợp
bê tông, không bị vón cục hoặc tạo thành những khối cầu trong quá trình trộn.
Do đó bê tông hạt mịn chất lượng cao, sử dụng cốt sợi polypropylene (PP), có tính
công tác tốt, có thể tự lèn chặt vào kết cấu trong quá trình đổ, hoặc có thể thi công bằng
phương pháp bơm bê tông, phun bê tông mà không xảy ra hiện tượng tắc nghẽn vòi
bơm, vòi phun bê tông.
2.2.2. Tính chất của bê tông hạt mịn chất lượng cao cốt sợi đã hóa cứng
Cốt sợi PP đã đem lại cho bê tông nhiều tính chất đặc biệt, hệ thống nhiều pha của
bê tông và sợi hình thành hệ thống đàn hồi - dẻo. Ưu điểm chính của hệ thống này là sự
phát triển khả năng chịu tải trước và sau khi hình thành vết nứt trong cấu kiện bê tông,
khác hẳn so với tình trạng của bê tông thường sau khi đã có vết nứt đầu tiên.
Trong các ứng dụng làm mặt đường, mặt sàn, làm cấu kiện đúc sẵn, làm bê tông
phun, các ứng suất trong bê tông được phân bố ngẫu nhiên và bị ảnh hưởng bởi các điều
kiện tác động của ngoại lực. Do đó không thể xác định trường ứng suất thực tế và đặt
một hay hai lớp cốt thép ở những vị trí cố định trong khi ứng suất thay đổi từ trên đỉnh
đến đáy cấu kiện. Các điều kiện đặt tải như tải trọng chu kỳ, biến đổi nhiệt độ, lực cắt,
lực xung kích, co ngót đã phát triển sự phân bố ngẫu nhiên ứng suất trong bê tông.

36. 35
Sự phân bố ngẫu nhiên các loại sợi trong bê tông đảm bảo rằng ứng suất được
phân bố lại trong toàn khối vật liệu nền bê tông. Các vi vết nứt mà có thể phát triển thêm
do ứng suất sẽ bị các sợi ngăn chặn lại trong toàn thể tích vật liệu bê tông cốt sợi của cấu
kiện. Như vậy, các vết nứt nhỏ bị khâu lại trước khi phát triển thành các vết nứt lớn hơn
mà có thể gây hư hại cho kết cấu.
Tính chất của bê tông đông cứng được cải thiện một cách đáng kể thông qua việc
thêm một cách đáng kể thông qua việc thêm vào bê tông một thể tích cốt sợi thích hợp.
Sợi sẽ làm việc có hiệu quả nếu chúng được liên kết theo phương của ứng suất kéo chủ
và nếu khoảng cách giữa các sợi càng nhỏ càng tốt. Nhân tố quan trọng nhất đối với sự
hình thành vết nứt chính là khoảng cách cực đại thực tế giữa các sợi. Như vậy, phân
phối và định hướng sợi phải càng đồng dạng càng tốt bởi vì như vậy sẽ sản sinh tính
đồng nhất vĩ mô và tính chất đẳng hướng trong vật liệu. Đây chính là ảnh hưởng của sợi
phân tán có thể được khai thác trong thực hành, trong khi thực tế không thể thực hiện
được việc kiểm tra toàn diện một kết cấu xây dựng.
Các sợi ảnh hưởng đến cường độ kéo, cường độ cắt và nén, tính chất của vết nứt
và quá trình biến dạng của bê tông. Những sự biến đổi, những thành phần khác trong
quá trình trộn bê tông hoặc quá trình sử dụng bê tông có thể có ảnh hưởng quan trọng
đối với tính chất này. Đặc trưng hình học của những cấu kiện và điều kiện thí nghiệm
cũng có một ảnh hưởng quan trọng và phải được tính đến bằng các hệ số tính toán.
Như bê tông thông thường, những tác động của môi trường ảnh hưởng đáng kể
đến tính chất của bê tông cốt sợi đã đông cứng. Ảnh hưởng này có thế xuất hiện do sự
bốc hơi nước bề mặt, do quá trình rửa trôi bề mặt ngoài, do tải trọng xung kích, tải trọng
lặp hay các tác động hoá học khác. Như vậy, quá trình bảo dưỡng bê tông đông cứng có
một vị trí rất quan trọng để đảm bảo chất lượng của kết cấu.
a) Ảnh hưởng của sợi đến khả năng phát triển vết nứt của bê tông
Ảnh hưởng quan trọng nhất của sự tồn tại các sợi polypropylene trong vật liệu bê
tông đó là chúng có thể điều khiển quá trình phát triển vết nứt. Chúng làm chậm quá
trình phát triển vết nứt và khi vết nứt đã mở rộng thì chúng có vai trò phân phối lại tải
trọng trong vùng nứt. Như vậy, các sợi polypropylene có ảnh hưởng đáng kể đến trạng

37. 36
thái biến dạng của kết cấu bê tông trước khi xuất hiện vết nứt và sau khi đã xuất hiện vết
nứt. Phạm vi ảnh hưởng đến sự biến dạng của bê tông phụ thuộc vào hình dạng sợi, hàm
lượng sợi và tính chất của tải trọng.
Các sợi polypropylene phân tán cũng cải thiện quá trình phân phối vết nứt. Trong
quá trình chịu tác dụng của tải trọng và ứng suất, số lượng vết nứt tăng trong vật liệu có
tăng thêm nhưng chiều rộng và khoảng cách giữa các vết nứt sẽ giảm đi. Theo [21] việc
tăng cường cốt sợi phân tán chủ yếu làm tăng thêm cường độ sau nứt của bê tông, còn
cường độ trước khi nứt của chúng tăng không đáng kể. Cường độ trước khi nứt của bê
tông chủ yếu phụ thuộc vào số lượng của sợi, không phụ thuộc vào kiểu sợi.
Trạng thái sau phá hủy của bê tông cũng được cải thiện một cách đáng kể. Theo
[21], biến dạng khi phá hủy của bê tông cốt sợi có thể tăng lên tới 10 lần đối với vật liệu
thông thường. Như vậy, với cấu trúc có cốt sợi sẽ làm tăng thêm khả năng làm việc của
kết cấu sau khi phá hủy.
b) Ảnh hưởng của cốt sợi đến khả năng chịu kéo khi uốn của bê tông
Khi vật liệu chịu tải trọng uốn, toàn bộ mặt cắt tiết diện cùng tham gia chịu lực,
biểu đồ biểu diễn quá trình biến dạng là một hình chữ nhật được chia thành hai vùng
gồm vùng kéo và vùng nén.
Theo [21] bê tông cốt sợi có thể làm việc hiệu quả trong trường hợp kết cấu chịu
ứng suất uốn. Với các loại bê tông thường không sử dụng cốt sợi, khi tải trọng uốn tăng
lên, trục trung hòa của tiết diện chịu lực sẽ nâng dần lên, diện tích chịu nén sẽ giảm dần.
Trong thớ chịu kéo, ứng suất kéo đạt đến cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông thì vết
nứt bắt đầu xuất hiện. Chúng được mở rỗng đến giá trị cực đại và kết cấu bị phá hoại.
Nhưng đối với bê tông có sử dụng cốt sợi phân tán, khi ứng suất kéo trong thớ bê
tông chịu kéo đạt đến giá trị cực đại, trong cấu trúc vật liệu cũng bắt đầu xuất hiện vết
nứt. Khi đó cốt sợi phân tán đồng đều trong cấu trúc sẽ không cho vết nứt mở rộng, làm
tăng khả năng chịu kéo của tiết diện và lúc này một sự cân bằng mới được thiết lập
trong vật liệu.
Dựa trên cơ chế này ta thấy, bê tông sử dụng các loại cốt sợi phân tán nói chung
có khả năng chịu tải trọng tốt hơn hẳn so với bê tông thông thường.

38. 37
Theo [21] quan hệ giữa ứng suất uốn và độ võng của bê tông dùng cốt sợi thép
phân tán và bê tông thường không sử dụng cốt sợi được thể hiện như sau:
50 100 100 100 50
400
MÉu bª t«ng
P
100
Hình 2.2. Thí nghiệm xác định
cường độ kéo khi uốn của bê tông
§é vâng ε
T¶iträng
1
2
3
4
P
Hình 2.3. Quan hệ giữa ứng suất uốn và
độ võng của bê tông dùng cốt sợi
Dựa vào biểu đồ ta thấy:
− Đường (1) thể hiện sự phá hủy của bê tông thông thường, trong đó sự phá
hủy xảy ra ngay sau khi cường độ vết nứt vượt quá giới hạn cho phép
− Đường (2) thể hiện sự phá hủy của bê tông sử dụng cốt sợi thép có hàm
lượng nhỏ (0,7% thể tích), khả năng liên kết của sợi với nền xi măng kém, sợi có
chiều dài lớn làm cho sợi bị cắt đứt trước khi sợi phát huy được hết khả năng chịu
kéo của nó.
− Đường (3) và (4) thể hiện sự chịu kéo rất tốt của bê tông, trong đó cấu trúc
của bê tông được bổ sung các loại sợi có tính liên kết tốt và khả năng chịu kéo cao
do sợi được bẻ neo hai đầu hoặc được uốn móc.
2.3. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VIỆC SỬ DỤNG BÊ TÔNG HẠT MỊN CHẤT
LƯỢNG CAO CHO MẶT ĐƯỜNG SÂN BAY
2.3.1. Cấu trúc bê tông hạt mịn chất lượng cao
Bê tông chất lượng cao không chỉ có cường độ nén cao mà còn đạt nhiều tính
năng quan trọng khác như: Độ bền trong môi trường chịu tác động hoá học cao, bền
băng giá, tính thấm rất thấp, ổn định thể tích tốt,… Vì vậy, loại bê tông này đáp ứng đầy
đủ các yêu cầu về mặt vật liệu để xây dựng hoặc sửa chữa các công trình giao thông.

39. 38
Bê tông nói chung và bê tông chất lượng cao nói riêng là một loại vật liệu không
đồng nhất gồm 3 pha: Đá xi măng; cốt liệu và vùng chuyển tiếp giữa cốt liệu và đá xi
măng. Do vậy, cấu trúc của bê tông do ba pha này hợp thành quyết định đến các tính
chất của bê tông sau này.
2.3.1.1. Cấu trúc thành phần hạt của bê tông hạt mịn chất lượng cao
Cấu trúc hỗn hợp cốt liệu tạo nên khung xương chịu lực cho bê tông [7], [10],
[12], [13], cấu trúc này phụ thuộc vào cường độ bản thân hạt cốt liệu, tính chất cấu trúc
(đặc tính bề mặt hạt, diện tích tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu với đá xi măng và cường độ
liên kết giữa các hạt). Thông thường, cường độ bản thân hỗn hợp cốt liệu có cấp phối
hạt mịn hợp lí đã đồng thời giải quyết được các chức năng:
+ Tăng diện tích tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu.
+ Không gian hở (độ rỗng xốp) trong bộ khung là nhỏ nhất và kích thước lỗ rỗng
xốp bé được phân bố đồng đều.
+ Chiều dày của liên kết hồ xi măng với các hạt cốt liệu là hiệu quả nhất (chỉ
nhằm mục đích liên kết).
Đối với bê tông hạt mịn chất lượng cao việc nghiên cứu lựa chọn một cấp phối
cốt liệu tối ưu đã đảm bảo cho bê tông đồng thời thoả mãn các yêu cầu sau:
- Cường độ của cốt liệu: Trong bê tông thường, vì lượng nước nhào trộn quá lớn
so với lượng nước cần thiết để xi măng thuỷ hoá hoàn toàn nên đá xi măng và vùng
chuyển tiếp giữa đá xi măng và cốt liệu có cấu trúc không đặc chắc, trở thành khâu yếu
nhất trong cấu trúc bê tông. Do đó, việc lựa chọn một loại cốt liệu nhất định có cường
độ cao là không cần thiết.
- Đối với bê tông hạt mịn chất lượng cao, bằng các biện pháp thích hợp có thể làm
cho đá xi măng và vùng chuyển tiếp đạt cường độ rất cao, nên khung cốt liệu có cường
độ thấp thì sẽ là khâu yếu nhất trong cấu trúc bê tông. Điều này tương tự như trong bê
tông nhẹ cốt liệu rỗng. Tuy nhiên, với hỗn hợp cốt liệu mịn, các hạt có kích thước bé
nên độ đồng đều và cường độ tốt tạo khung hỗn hợp cốt liệu có cường độ cao.
- Thành phần hạt của cốt liệu: Cùng với việc tính toán hợp lý thành phần bê tông
đảm bảo các hạt bé, các thành phần hạt mịn và siêu mịn đều đầy lỗ rỗng giữa các hạt lớn

40. 39
và biện pháp thi công tốt sẽ tạo cho loại bê tông hạt mịn có bộ khung cốt liệu chịu lực
ổn định, hàm lượng lỗ rỗng thấp nhất, kích thước lỗ rỗng nhỏ và được phân bố đều, tăng
tính chống thấm và cấu trúc bê tông đồng nhất cao cho bê tông.
- Tính chất bề mặt cốt liệu đã làm tăng cường khả năng liên kết giữa cốt liệu và
các thành phần khác trong hỗn hợp bê tông hạt mịn do kích thước hạt cốt liệu mịn đã
làm tăng diện tích bề mặt dẫn đến tăng cường độ lớp tiếp xúc do tăng khả năng liên kết
giữa cốt liệu và đá xi măng.
2.3.1.2. Cấu trúc vi mô đá xi măng
Khi các hạt xi măng tiếp xúc với nước, các khoáng trong xi măng sẽ hoà tan vào
dung dịch, pha lỏng sẽ bão hoà với các ion khác nhau, trong dung dịch các ion kết hợp
với nhau tạo thành các sản phẩm thuỷ hoá lấp đầy các khoảng trống tăng độ đặc chắc
của đá xi măng. Tại bất kì thời điểm nào của quá trình thuỷ hoá, những khoảng trống
chưa được lấp đầy giữa các hạt xi măng sẽ bao gồm các hốc, các lỗ rỗng mao quản.
Cùng với sự thuỷ hoá của xi măng và giảm độ rỗng mao quản thì sự truyền ẩm trong hệ
sẽ ngày khó khăn. Do đó, quá trình thuỷ hoá tiếp theo của các hạt xi măng có kích thước
lớn hơn sẽ rất chậm thông qua các phản ứng pha rắn.
Theo [11], cấu trúc của đá xi măng gồm những sản phẩm hyđrát khác nhau, trong
đó nhiều nhất là các sợi silicat thuỷ hoá C-S-H và Ca(OH)2 kết tinh dạng khối tấm lục
giác, chúng chồng lên nhau và các hạt xi măng chưa được thuỷ hoá. Độ rỗng của đá xi
măng trong khoảng 25 ÷ 30% theo thể tích với cùng một tỷ lệ
X
N
= 0,5. Hệ thống lỗ
rỗng này gồm hai loại:
- Lỗ rỗng do cấu trúc C-S-H, kích thước khoảng vài μm.
- Lỗ rỗng mao quản giữa các hyđrat, bọt khí, khe rỗng, kích thước của chúng từ
vài μm đến vài mm. Khi bê tông chịu lực trong cấu trúc xuất hiện những vết nứt cũng
làm tăng độ rỗng của đá xi măng.
Các sản phẩm thuỷ hoá tạo thành ở các giai đoạn đầu quá trình kết tinh khi trong
hệ xi măng - nước còn rất nhiều nước và khoảng trống là những cụm tinh thể lớn gọi là
sản phẩm thuỷ hoá ngoài. Các sản phẩm thuỷ hoá ngoài sắp xếp không chặt chẽ và có

41. 40
kích thước tinh thể lớn. Ngược lại, các sản phẩm thuỷ hoá sinh ra từ phản ứng pha rắn
tạo thành ngay trên bề mặt hạt xi măng được gọi là sản phẩm thuỷ hoá trong. Các sản
phẩm này sắp xếp chặt chẽ hơn và kết tinh kém hơn so với sản phẩm thuỷ hoá ngoài.
Theo [10], các sản phẩm thuỷ hoá có mức độ kết tinh càng thấp và sắp xếp càng
chặt chẽ thì cường độ xi măng càng cao. Do đó, để tăng cường độ đá xi măng thì cần tạo
được cấu trúc chứa nhiều sản phẩm thuỷ hoá trong bằng cách triệt tiêu sản phẩm thuỷ
hoá ngoài. Cường độ đá xi măng phụ thuộc vào các yếu tố sau:
+ Độ rỗng: Các lỗ rỗng trong đá xi măng có kích thước lớn hơn 50µm, nhất là khi
chúng tập trung tại một khu vực sẽ có ảnh hưởng xấu đến cường độ. Trong bê tông hạt
mịn chất lượng cao, tỷ lệ
X
N
của hồ xi măng rất thấp, các hạt xi măng sẽ xích lại gần
nhau hơn, độ rỗng mao quản và các khoảng trống tự do giảm và phân bố đều, các sản
phẩm thuỷ hoá dễ dàng đan xen với nhau tạo thành cầu nối liên kết giữa các hạt xi
măng. Điều này giải thích tại sao bê tông hạt mịn sẽ phát triển cường độ nhanh hơn. Mặt
khác khi các hạt xi măng xích lại gần nhau và liên kết với nhau nhanh thì sự truyền ẩm
trong hệ sẽ trở nên khó khăn hơn, thúc đẩy sự hình thành các sản phẩm thuỷ hoá.
+ Kích thước hạt: Nói chung, cường độ của pha tinh thể tăng lên khi giảm kích
thước hạt. Ở đây, đá xi măng được coi là vật liệu có cấu trúc tinh thể, khi tỉ lệ
X
N
giảm
sẽ thúc đẩy sự hình thành các sản phẩm thuỷ hoá trong được đặc trưng bằng cấu trúc
mịn; quan sát trên kính hiển vi thấy đá xi măng không chứa các tinh thể Ca(OH)2 dạng
phiến lục giác.
+ Độ đồng nhất: Trong vật liệu nhiều pha sự không đồng nhất về mặt cấu trúc là
nguyên nhân làm giảm cường độ.
2.3.1.3. Cấu trúc vùng chuyển tiếp đá xi măng - cốt liệu
Trong hỗn hợp bê tông khi tạo hình thường hay xuất hiện một lớp nước trên bề
mặt bê tông. Đó là do các hạt cốt liệu nặng hơn có xu hướng chìm xuống đáy. Còn nước
nhẹ hơn nổi lên trên bề mặt. hiện tượng này gọi là sự tách nước. Nước cũng có thể tập
trung dưới các hạt cốt liệu hoặc thanh cốt thép, gây ra hiện tượng tách nước bên trong.
Kết quả là tỷ lệ
X
N
của hồ xi măng ở những vùng này khác xa bề mặt cốt liệu.

42. 41
Cấu trúc của vùng tiếp xúc đá xi măng - cốt liệu có ý nghĩa quyết định cường độ
và các đặc tính bền của kết cấu trong công trình.
Vùng chuyển tiếp của đá xi măng và cốt liệu trong bê tông thường, gọi là vùng
chuyển tiếp, vùng này có cấu trúc kết tinh, lỗ rỗng nhiều hơn và cường độ nhỏ hơn các
vùng khác, do vùng này chứa nước tách ra khi hồ xi măng rắn chắc. Ngoài ra, tại vùng
này còn chứa các hạt xi măng chưa thuỷ hoá và các hạt Ca(OH)2 tự do. Các đặc tính của
vùng này thường gồm các mặt nứt, cấu trúc C-S-H ngoài, trên các mặt trượt của cốt liệu
có các hyđrat dạng tấm Ca(OH)2 và sợi C-S-H, chúng chỉ được liên kết rất yếu và tách
ra rất dễ dàng.
Trong bê tông thường, vùng chuyển tiếp này có chiều dày khoảng 50÷100 µm,
chứa các lỗ rỗng tương đối lớn và các tinh thể của quá trình thuỷ hoá lớn nên cường độ
thấp hơn so với đá xi măng ở khu vực xa cốt liệu. Vì thế, bê tông thường có cường độ
thấp, giảm tính chống thấm của bê tông và làm bê tông bị ăn mòn, phá huỷ do xâm thực.
Trong bê tông hạt mịn chất lượng cao nhờ việc sử dụng phụ gia siêu dẻo làm giảm
tỉ lệ
X
N
đến thấp nhất đồng thời sử dụng loại phụ gia khoáng hoạt tính siêu mịn đã cải
thiện được cấu trúc vùng chuyển tiếp, giảm chiều dày và làm tăng cường độ của nó. Khi
quan sát kính hiển vi điện tử quét cho thấy độ đặc và độ đồng nhất trong vùng chuyển
tiếp rất cao, cấu trúc đá xi măng rất ít lỗ rỗng và không thấy tích tụ các tinh thể vôi tự do
nhờ sự hoạt động của SiO2 bằng phản ứng puzzơlan.
2.3.1.4. Cấu trúc của lớp cốt sợi PP trong bê tông hạt mịn chất lượng cao
Bê tông xi măng thông thường là một vật liệu giòn, có cường độ chịu kéo và năng
lực biến dạng thấp. Để sử dụng bê tông làm vật liệu xây dựng kinh tế thì phải bố trí cốt
cho chúng. Loại cốt được sử dụng phổ biến nhất là các thanh cốt thép liên tục được bố
trí ở các vị trí đã chọn để chúng thu nhận ứng suất kéo.
Các nghiên cứu thực nghiệm [1], [8], [21] cho thấy, nếu trộn vào trong hỗn hợp bê
tông xi măng các sợi ngắn, gián đoạn và phân bố một cách ngẫu nhiên theo kiểu ma trận
thì có thể cải thiện đáng kể về các tính chất cơ học so với các hỗn hợp bê tông tương
ứng không có cốt sợi.