đặt vấn đề về vai trò của các hạt có kích thƣớc nhỏ hơn 0,14 mm làm tăng lƣợng dùng xi măng khoảng 7 % đến 8 %. Tiếp tục tăng hàm lƣợng hạt nhỏ đến 18 % thì lƣợng dùng xi măng chỉ tiếp tục tăng khoảng 3 %. Với các hàm lƣợng hạt nhỏ hơn 0,14 mm khác nhau, thì sự chênh lệch về cƣờng độ chịu nén cũng nhƣ chịu kéo có thể đạt tới 80 % mặc dù các cấp phối có tỷ lệ N/X nhƣ nhau. Bên cạnh đó, giá trị mô đun độ lớn không có tƣơng quan rõ rệt với các tính chất của bê tông.
Phân tích các số liệu về chống thấm cho thấy hàm lƣợng hạt nhỏ hơn 0,14 mm để đạt đƣợc hàm lƣợng chống thấm tốt nhất là 13 %. Tổng hợp các kết quả cho phép kết luận rằng hàm lƣợng hạt nhỏ hơn 0,14 mm tối ƣu nằm trong khoảng từ 5 % đến 12 %. Hơn 20 năm nghiên cứu cát mịn trong chế tạo bê tông hạt nhỏ và bê tông tổ ong không chƣng áp, nhóm tác giả [103], đã sử dụng cát mịn của 17 khu vực khai thác thuộc Liên Xô (cũ), Kazakhstan, Uzbekistan và Turkmenistan. Cát mịn có thành phần chủ yếu cỡ hạt từ 0,25 mm đến 0,01 mm chiếm từ 70 % đến 80 % theo khối lƣợng.
Một số loại cát có thể lên tới 90 % thậm chí 100 % hạt nhỏ hơn 0,14 mm. Tỷ lệ hạt mịn hơn 0,005 mm có thể đạt từ 15 % đến 17 %. Phân loại cát mịn thành các nhóm theo tỷ diện tích bề mặt bao gồm nhóm 1 có tỷ diện tích bề mặt lớn hơn 30 m2/kg, nhóm 2 từ 20 m2/kg đến 30 m2/kg, nhóm 3 từ 10 m2/kg đến 20 m2/kg. Sử dụng cát mịn trên, đã chế tạo đƣợc bê tông hạt nhỏ có cấp cƣờng độ chịu nén đến B22,5 khả năng chịu băng giá đến hơn 500 chu kỳ, mác chống thấm tới W8, độ hút nƣớc ít hơn từ 2 đến 3 lần so với bê tông cát thông thƣờng với lƣợng dùng xi măng từ 350 kg/m3 đến 450 kg/m3.
Ngoài ra, cũng chế tạo đƣợc bê tông khí không chƣng áp có mác theo khối lƣợng thể tích D500 đến D1200, cấp cƣờng độ chịu nén từ B1,5 đến B5, có độ thấm hơi từ 7,5.Pa, hệ số khuếch tán hơi nƣớc từ 10,2.102 m2/h, hệ số thấm hơi nƣớc từ 0,7. 10 Nghiên cứu bê tông hạt nhỏ tại Algieri [51], đƣợc tiến hành với cát sa mạc có mô đun độ lớn 1,22 so sánh với cát sông có mô đun độ lớn 2,83. Các cấp phối nghiên cứu có tỷ lệ nƣớc trên xi măng 0,40; 0,45 và 0,50; tỷ lệ xi măng trên cát là 1/3 và 1/4. Kết quả nghiên cứu cho thấy, với cát sông thì khi sử dụng 1 % phụ gia dẻo hóa, cƣờng độ bê tông giảm khi tăng tỷ lệ nƣớc trên xi măng.
Tác giả cũng nhấn mạnh vai trò của phụ gia với mức gia tăng cƣờng độ đến 40 % khi sử dụng trong bê tông cát mịn sa mạc. Tại Pháp, nghiên cứu về bê tông hạt mịn, năm 1853 kỹ sƣ Francois Coignet đã đƣa ra loại bê tông đặc cho kết cấu cột đổ tại chỗ chính là tiền thân bê tông hạt mịn (bê tông cát). Bê tông cát là hỗn hợp không có đá bao gồm cát, tro bay, xỉ than, đất sét nung, vôi thủy tự nhiên với hàm lƣợng nƣớc thấp; một dãy nhà vẫn tồn tại ở số 72 phố Charles-Michels, Sanit-Denis phía Bắc Pari cũng đƣợc xây dựng bằng loại bê tông này. Sau đó, hỗn hợp này sử dụng trong nhiều công trình xây dựng và hệ thống thoát nƣớc, tƣờng chắn ở quảng trƣờng Trocadero ở Pari và hệ thống kênh thoát nƣớc Vannce trong con đƣờng qua rừng Fontainebleau.
Cũng nghiên cứu về bê tông hạt mịn, ở Liên bang Nga, năm 2007 các nghiên cứu của trƣờng 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 thƣớc nhỏ khác. Nhƣ vậy, có thể thấy rằng việc sử dụng cát mịn làm cốt liệu trong chế tạo bê tông hạt nhỏ, đã đƣợc nhiều nƣớc trên thế giới nghiên cứu và sử dụng. Tuy nhiên, định hƣớng nghiên cứu của luận án là sử dụng cát mịn thay thế toàn bộ cát thô trong chế tạo và sản xuất bê tông thông thƣờng (có cốt liệu lớn). Do đó, cần tập trung vào những nghiên cứu của các nƣớc trên thế giới theo hƣớng nhƣ sau: Sử dụng cát mịn thay thế toàn bộ hoặc một phần cát thô (Mdl > 2), trong bê tông thông thường, các nghiên cứu này đã được nhiều nước trên thế giới triển khai nghiên cứu và sử dụng: Tại Liên Xô (cũ), các nghiên cứu về cát mịn sử dụng trong bê tông đã đƣợc thực hiện từ khá sớm, đặc biệt là cho bê tông thủy công.
Cho đến những năm 50 của thế kỷ XX, sử dụng cát mịn đƣợc chuẩn hóa trong “Hƣớng dẫn kỹ thuật sử dụng cát mịn 11 trong bê tông thủy công” [102]. Tài liệu này chỉ ra nhu cầu tăng lƣợng dùng xi măng trong bê tông sử dụng cát mịn tới 20 % đến 40 %. Các nghiên cứu về sau cho thấy có thể chế tạo bê tông cát mịn với lƣợng dùng xi măng cao hơn không nhiều so với khi sử dụng cát thô. Những năm 70 của thế kỷ XX, cũng ở Liên Xô (cũ) đã sử dụng cát mịn Dơ-nhi-ép, Ba-zơ-khan vào bê tông trong một số công trình thủy công và xây dựng [15].
Một số công trình nghiên cứu của Ki-ri-en-cô của S.ton-nhi-côp và Gu-ba … cũng đã đƣợc công bố. Tuy nhiên, ý kiến vẫn còn những quan điểm khác nhau, thí dụ nhƣ khi Sơ-krăm-ta-ep, Ki-ri-en-cô… cho rằng có thể dùng đƣợc cát nhỏ làm bê tông, thì theo các giáo sƣ Khi-ghê-rô-vich và Góoc-cha-kốp, Vô-rô-bi-ep và Kôma, yêu cầu chỉ dùng cát hạt trung và hạt thô để làm bê tông vẫn cần đƣợc duy trì [14]. Đến những năm 80 của thế kỷ XX, trong quá trình sử dụng cát địa phƣơng khai thác từ sông Enisei để xây dựng thủy điện Sayano-Shushenskaia [93], đã tiến hành nghiên cứu sử dụng cát có mô đun độ lớn từ 1,13 đến 3,07. Kết quả cho thấy ở lƣợng dùng xi măng 300 kg/m3, tỷ lệ N/X từ 0,42 đến 0,50, thì lƣợng dùng cát tối ƣu giảm theo chiều giảm mô đun độ lớn của cát.
Khi dùng cát mịn ở lƣợng dùng tối ƣu thì lƣợng xi măng cần tăng lên để đạt cùng mức cƣờng độ chỉ dƣới 20 kg/m3. Ngoài ra, nghiên cứu này cũng cho thấy, nên tính riêng lƣợng hạt có kích thƣớc từ 2,5 mm đến 5 mm nhƣ một phần của cốt liệu lớn sẽ cho phép chỉ định chính xác hơn lƣợng dùng cát trong bê tông. Cũng tại Liên Xô (cũ), trong những năm 80 của thế kỷ XX một trong những lĩnh vực mà cát mịn đƣợc sử dụng khá rộng rãi là trong ngành giao thông đặc biệt là chế tạo bê tông cho đƣờng và sân bay. Điều này đƣợc thực hiện ở các nghiên cứu của (Viện nghiên cứu đƣờng bộ) đƣợc xem là cơ sở để biên soạn “Hƣớng dẫn sử dụng cát mịn trong bê tông xi măng cho mặt đƣờng ô tô và sân bay” [95] và “Hƣớng đẫn sử dụng bê tông ít cốt liệu lớn sử dụng cát mịn trong xây dựng mặt đƣờng ô tô và sân bay” [96].
Các nghiên cứu trên đều khẳng định lợi ích của việc sử dụng cát mịn địa phƣơng trong chế tạo bê tông đƣờng. Sử dụng cát mịn (mô đun độ lớn từ 1,5 đến 2,0) và rất mịn (mô đun độ lớn từ 1,0 đến 1,5) cho phép chế tạo bê tông với cấu trúc lỗ rỗng nhỏ hơn và phân bố đều hơn, cải thiện đƣợc vùng tiếp xúc giữa cốt liệu lớn và vữa cũng nhƣ giảm chiều dày lớp đá xi măng bao bọc quanh hạt cát so với bê tông sử dụng cát thô. Nhờ 12 đó, có thể cải thiện đƣợc một loạt tính chất của bê tông. Với cùng mức cƣờng độ chịu nén, bê tông sử dụng cát mịn và rất mịn có cƣờng độ chịu kéo uốn và khả năng đàn hồi cao hơn từ 5 % đến 10 % so với bê tông sử dụng cát trung và cát thô.
Tuy nhiên, một số tính năng của bê tông đƣờng sử dụng cát mịn và rất mịn (chịu mòn mỏi và bám dính) kém hơn so với bê tông sử dụng cát trung và cát thô tới 10 % đến 15 %. Để khắc phục nhƣợc điểm này có thể sử dụng thêm cát thô hoặc các hạt cỡ lớn để nâng mô đun độ lớn của cát lên đến 2,0 hoặc 2,5. Cát mịn và rất mịn để chế tạo bê tông đƣờng có hàm lƣợng nhỏ hơn 0,14 mm không vƣợt quá 15 %. Cát có hàm lƣợng hạt nhỏ hơn 0,14 mm tới 20 % có thể sử dụng trong các công trình thử nghiệm.
Cũng theo các hƣớng dẫn trên, để chế tạo bê tông cát mịn và rất mịn cần phải sử dụng các loại phụ gia giảm nƣớc. Lƣợng dùng phụ gia giảm nƣớc trong bê tông sử dụng cát mịn và rất mịn đƣợc chỉ định lớn hơn so với bê tông sử dụng cát thô để giữ nguyên lƣợng dùng nƣớc của hỗn hợp bê tông. Nhờ đó, hạn chế việc phải tăng lƣợng dùng xi măng để đảm bảo yêu cầu về cƣờng độ. Ngoài ra, hiệu quả của phụ gia giảm nƣớc có thể đƣợc tăng cƣờng nhờ việc đảm bảo hàm lƣợng cuốn khí của bê tông từ (4,5÷ 6) %.
Theo các nghiên cứu tại Liên Xô (cũ) [98], cũng cho thấy cát mịn có độ rỗng, tỷ lệ diện tích bề mặt lớn hơn và có thành phần hạt kém hơn so với cát thô. Do đó, cát mịn làm giảm tính công tác của hỗn hợp bê tông và giảm cƣờng độ bê tông dẫn đến phải tăng lƣợng dùng xi măng để đạt cùng giá trị tính công tác và cƣờng độ. Thay thế cát thô bằng cát mịn thì tính công tác của hỗn hợp bê tông chịu ảnh hƣởng rõ rệt và hàm lƣợng cát tối ƣu trong bê tông nhỏ hơn so với cát thô. Tại Trung Quốc từ những năm 65 của thế kỷ XX, cát mịn cũng đã đƣợc nghiên cứu và đƣa vào sử dụng trong bê tông, điều này đƣợc đề cập trong Quy phạm BGY 19-65, cho phép dùng các loại cát có mô đun độ lớn trên 0,7 để làm bê tông.
Bên cạnh đó, Viện nghiên cứu thủy lợi An–Huy, Trung Quốc cũng đã có những công trình nghiên cứu về cát mịn địa phƣơng ứng dụng cho nhiều công trình thủy công và xây dựng.