## Tổng quan nghiên cứu

Bê tông cường độ siêu cao (UHPC) là loại vật liệu xây dựng tiên tiến với sức kháng chịu nén vượt trội, thường đạt trên 120 MPa, cao hơn nhiều so với bê tông thường và bê tông chất lượng cao. Tại Việt Nam, UHPC bắt đầu được nghiên cứu và ứng dụng từ khoảng năm 2010, đặc biệt trong các công trình cầu giao thông và cấu kiện đúc sẵn. Tuy nhiên, UHPC có tính giòn cao khi chịu lực nén, dẫn đến nguy cơ phá hoại đột ngột. Do đó, việc gia cường bằng cốt sợi nhằm tăng độ dẻo dai và khả năng chịu kéo, uốn của UHPC là rất cần thiết.

Luận văn tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của các loại cốt sợi khác nhau (sợi thép mạ đồng, sợi thép móc hai đầu, sợi tổng hợp PP, PVA, Basalt và sợi hỗn hợp) đến cường độ chịu nén của bê tông UHPC có cường độ trung bình khoảng 120 MPa. Nghiên cứu được thực hiện tại phòng thí nghiệm với các vật liệu chủ yếu có nguồn gốc trong nước, kết hợp với các loại cốt sợi nhập khẩu, trong giai đoạn năm 2020-2021.

Mục tiêu chính là đánh giá tác động của loại sợi và hàm lượng sợi (1% và 2% thể tích) đến sức kháng chịu nén và mô đun đàn hồi của UHPC, đồng thời so sánh hiệu quả của việc phối hợp sợi hỗn hợp so với sử dụng từng loại sợi riêng lẻ. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn cao, cung cấp cơ sở khoa học cho việc lựa chọn cốt sợi phù hợp trong sản xuất và ứng dụng UHPC tại Việt Nam, góp phần nâng cao chất lượng và độ bền của các công trình xây dựng.

---

## Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

### Khung lý thuyết áp dụng

- **Lý thuyết vật liệu composite cốt sợi:** UHPC được xem như vật liệu composite, trong đó cốt sợi đóng vai trò gia cường, cải thiện tính dẻo dai và khả năng chịu lực kéo, uốn của bê tông vốn rất giòn khi chịu nén cao.
- **Mô hình ứng xử cơ học của UHPC:** Đường cong ứng suất - biến dạng thể hiện giai đoạn tuyến tính kéo dài đến 70-90% cường độ cực đại, sau đó là giai đoạn ứng xử sau nứt với sự tham gia của cốt sợi.
- **Khái niệm thể tích sợi (Vf):** Hàm lượng sợi tính theo phần trăm thể tích trong hỗn hợp bê tông, ảnh hưởng trực tiếp đến tính công tác và cơ tính của UHPC.
- **Mô hình dự đoán mô đun đàn hồi (E):** Các mô hình dự đoán dựa trên thành phần vật liệu và hàm lượng sợi được sử dụng để so sánh với kết quả thực nghiệm.

### Phương pháp nghiên cứu

- **Nguồn dữ liệu:** Thu thập tài liệu khoa học quốc tế và trong nước về UHPC, cốt sợi và các tiêu chuẩn liên quan.
- **Thiết kế thí nghiệm:** Chế tạo 72 mẫu hình trụ tròn kích thước 100x200 mm, gồm các nhóm mẫu UHPC không có sợi và UHPFRC với 5 loại sợi khác nhau ở hàm lượng 1% và 2%, cùng nhóm phối sợi hỗn hợp.
- **Quy trình trộn:** Sử dụng máy trộn cưỡng bức 60 lít, trộn khô các vật liệu cơ bản (xi măng PCB50, silicafume, cát mịn, phụ gia siêu dẻo), sau đó trộn ướt và thêm cốt sợi vào hỗn hợp bê tông tươi.
- **Phương pháp thử nghiệm:** Thí nghiệm đo cường độ chịu nén (fc) và mô đun đàn hồi (E) theo tiêu chuẩn quốc tế, mỗi loại mẫu được thử nghiệm trên 6 mẫu, lấy giá trị trung bình của 3 mẫu.
- **Phân tích dữ liệu:** So sánh kết quả giữa các loại sợi, hàm lượng sợi và phối hợp sợi; đánh giá sự phù hợp của các mô hình dự đoán mô đun đàn hồi với kết quả thực nghiệm.
- **Timeline nghiên cứu:** Nghiên cứu thực hiện trong năm 2020-2021, bao gồm giai đoạn thu thập tài liệu, thiết kế thí nghiệm, chế tạo mẫu, thử nghiệm và phân tích kết quả.

---

## Kết quả nghiên cứu và thảo luận

### Những phát hiện chính

- **Ảnh hưởng của loại sợi đến cường độ chịu nén:** Sợi thép thẳng micro và sợi thép móc hai đầu làm tăng cường độ chịu nén của UHPC rõ rệt, với mức tăng lên đến 10-15% so với mẫu không có sợi. Sợi tổng hợp như PVA, PP và Basalt cũng góp phần tăng cường độ nhưng mức độ thấp hơn, khoảng 5-8%.
- **Tác động của hàm lượng sợi:** Khi tăng hàm lượng sợi từ 1% lên 2%, cường độ chịu nén tăng trung bình 8-12% đối với sợi thép, trong khi với sợi tổng hợp mức tăng thấp hơn, khoảng 3-6%. Tuy nhiên, hàm lượng sợi vượt quá 2% có thể gây hiện tượng vón cục, làm giảm tính đồng nhất và độ chảy lan của hỗn hợp.
- **Hiệu quả phối hợp sợi hỗn hợp (hybrid fiber):** Việc phối hợp các loại sợi khác nhau với tổng hàm lượng 2% cho kết quả tăng cường độ chịu nén cao hơn khoảng 15% so với UHPC không sợi, vượt trội hơn so với việc sử dụng từng loại sợi riêng lẻ.
- **Mô đun đàn hồi (E):** Mô đun đàn hồi của UHPC có sợi tăng từ 25 GPa lên khoảng 30 GPa khi sử dụng sợi thép ở hàm lượng 2%, trong khi sợi tổng hợp có tác động nhẹ hơn. Kết quả thực nghiệm phù hợp với các mô hình dự đoán đã được công bố.

### Thảo luận kết quả

- Sự tăng cường độ chịu nén nhờ cốt sợi được giải thích bởi khả năng ngăn chặn sự phát triển vết nứt vi mô và chuyển đổi phá hoại giòn sang dẻo dai hơn. Sợi thép với độ bền kéo cao và hình dạng móc hai đầu giúp tăng khả năng liên kết cơ học trong bê tông.
- So với các nghiên cứu quốc tế, kết quả phù hợp với xu hướng tăng cường độ khi tăng hàm lượng sợi trong khoảng 1-3%, tuy nhiên vượt quá 3% có thể gây giảm hiệu quả do phân bố sợi không đều.
- Việc phối hợp sợi hỗn hợp tận dụng ưu điểm của từng loại sợi, vừa hạn chế vón cục, vừa tăng cường tính dẻo dai và sức kháng chịu nén, phù hợp với điều kiện vật liệu và công nghệ tại Việt Nam.
- Kết quả mô đun đàn hồi cho thấy sự cải thiện rõ rệt khi sử dụng sợi thép, góp phần nâng cao độ bền và khả năng chịu biến dạng đàn hồi của UHPC.
- Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh cường độ chịu nén và mô đun đàn hồi giữa các nhóm mẫu, giúp trực quan hóa hiệu quả của từng loại sợi và phối hợp sợi.

---

## Đề xuất và khuyến nghị

- **Áp dụng sợi thép thẳng micro và móc hai đầu:** Khuyến nghị sử dụng sợi thép thẳng micro và móc hai đầu với hàm lượng 1-2% để tối ưu hóa cường độ chịu nén và độ dẻo dai của UHPC trong các công trình xây dựng tại Việt Nam.
- **Phát triển phối hợp sợi hỗn hợp:** Khuyến khích nghiên cứu và ứng dụng phối hợp sợi hỗn hợp nhằm tận dụng ưu điểm của từng loại sợi, nâng cao hiệu quả cơ học và tính công tác của UHPC, đặc biệt trong các dự án cầu và kết cấu chịu tải cao.
- **Kiểm soát hàm lượng sợi và quy trình trộn:** Đề xuất kiểm soát hàm lượng sợi không vượt quá 2% để tránh hiện tượng vón cục, đồng thời áp dụng quy trình trộn cưỡng bức với tốc độ và thời gian phù hợp nhằm đảm bảo phân bố sợi đồng đều.
- **Đào tạo và chuyển giao công nghệ:** Tổ chức các khóa đào tạo kỹ thuật cho kỹ sư và công nhân xây dựng về công nghệ chế tạo và thi công UHPC có cốt sợi, nhằm nâng cao chất lượng thi công và ứng dụng rộng rãi vật liệu này.
- **Thời gian thực hiện:** Các giải pháp trên nên được triển khai trong vòng 1-2 năm tới, bắt đầu từ các dự án thí điểm và mở rộng ra các công trình quy mô lớn hơn.

---

## Đối tượng nên tham khảo luận văn

- **Kỹ sư thiết kế kết cấu:** Cung cấp cơ sở khoa học để lựa chọn loại cốt sợi và hàm lượng phù hợp nhằm tối ưu hóa hiệu suất chịu lực và độ bền của kết cấu bê tông UHPC.
- **Nhà thầu xây dựng:** Hướng dẫn quy trình trộn, chế tạo và thi công UHPC có cốt sợi, giúp nâng cao chất lượng công trình và giảm thiểu rủi ro phá hoại giòn.
- **Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành xây dựng:** Tài liệu tham khảo quan trọng về các phương pháp thí nghiệm, phân tích và đánh giá ảnh hưởng của cốt sợi đến tính chất cơ học của UHPC.
- **Chính sách và quản lý vật liệu xây dựng:** Cung cấp dữ liệu thực nghiệm và khuyến nghị kỹ thuật để xây dựng tiêu chuẩn, quy chuẩn về vật liệu UHPC và cốt sợi tại Việt Nam.

---

## Câu hỏi thường gặp

1. **Tại sao cần sử dụng cốt sợi trong bê tông UHPC?**  
Cốt sợi giúp giảm tính giòn của UHPC, tăng độ dẻo dai, khả năng chịu kéo và uốn, đồng thời ngăn chặn sự phát triển vết nứt vi mô, từ đó nâng cao độ bền và tuổi thọ công trình.

2. **Loại sợi nào hiệu quả nhất trong việc tăng cường cường độ chịu nén của UHPC?**  
Sợi thép thẳng micro và sợi thép móc hai đầu được chứng minh có hiệu quả cao nhất, làm tăng cường độ chịu nén lên đến 10-15% so với mẫu không có sợi.

3. **Hàm lượng sợi tối ưu trong UHPC là bao nhiêu?**  
Hàm lượng sợi tối ưu thường nằm trong khoảng 1-2% thể tích để đảm bảo tính công tác và hiệu quả cơ học, tránh hiện tượng vón cục và giảm độ chảy lan của hỗn hợp.

4. **Phối hợp sợi hỗn hợp có lợi ích gì?**  
Phối hợp sợi hỗn hợp tận dụng ưu điểm của từng loại sợi, tăng cường độ chịu nén và độ dẻo dai hơn so với sử dụng từng loại sợi riêng lẻ, đồng thời cải thiện tính đồng nhất của hỗn hợp.

5. **Quy trình trộn UHPC có cốt sợi cần lưu ý gì?**  
Cần trộn khô các vật liệu cơ bản trước, sau đó trộn ướt với phụ gia siêu dẻo, cuối cùng thêm cốt sợi từ từ và trộn cưỡng bức với tốc độ cao để đảm bảo phân bố sợi đồng đều, tránh vón cục.

---

## Kết luận

- Bê tông UHPC có cốt sợi thể hiện sự cải thiện rõ rệt về cường độ chịu nén và mô đun đàn hồi so với UHPC không sợi.  
- Sợi thép thẳng micro và móc hai đầu là các loại sợi hiệu quả nhất trong việc tăng cường tính cơ học của UHPC.  
- Hàm lượng sợi từ 1-2% là mức tối ưu để cân bằng giữa tính công tác và hiệu quả cơ học.  
- Phối hợp sợi hỗn hợp mang lại hiệu quả vượt trội so với sử dụng sợi đơn lẻ.  
- Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và kỹ thuật quan trọng cho việc ứng dụng UHPC có cốt sợi tại Việt Nam, đề xuất các giải pháp và hướng phát triển trong 1-2 năm tới.

**Hành động tiếp theo:** Khuyến khích triển khai các dự án thí điểm ứng dụng UHPC có cốt sợi, đồng thời phát triển tiêu chuẩn kỹ thuật và đào tạo chuyên môn cho đội ngũ kỹ thuật xây dựng.