🔙 Quay lại trang tải sách pdf ebook Vật Liệu Xây Dựng Mới Ebooks Nhóm Zalo Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com TRUNG TAÂM ÑAØO TAÏO XAÂY DÖÏNG VIETCONS CHÖÔNG TRÌNH MOÃI NGAØY MOÄT CUOÁN SAÙCH Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Viện khoa học và công nghệ xây dựng giao thông Trường ñại học GTVT [email protected] LỜI TÁC GIẢ Hiện nay xu thế trên thế giới và ở Việt Nam là ngày càng nâng cao chất lượng vật liệu, chất lượng công trình xây dựng nhất là các công trình cầu ñường. Cuốn sách này phần nào cung cấp cho ñộc giả các kiến thức hiện ñại về bê tông xi măng, bê tông cường ñộ cao, bê tông át phan và vật liệu Polime. Các lý thuyết và các tiêu chuẩn mới cũng ñược trình bày trong cuốn sách này. Lần tái bản này có bổ sung thêm các kết quả nghiên cứu về bê tông năm 2003-2005. Sách ñược dùng làm tài liệu học tập chính cho học viên cao học ngành Xây dựng Công trình Giao thông, ngoài ra còn là tài liệu tham khảo cho cán bộ nghiên cứu và kỹ sư. Do thời gian và trình ñộ có hạn, chắc chắn cuốn sách còn có những thiếu sót. Tác giả mong nhận ñược những ý kiến ñóng góp của các ñộc giả và ñồng nghiệp ñể lần tái bản sau ñược hoàn thiện hơn. PGS.TS. PHẠM DUY HỮU CÁC TỪ KHÓA 1 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Phạm Duy Hữu; Vật liệu xây dựng mới; Bê tông cường ñộ cao; Bê tông chất lượng cao; Cấu trúc của bê tông; Bê tông siêu dẻo; Bê tông asphalt; Vật liệu Polyme; Cốt sợi cacbon; Cốt sợi thủy tinh. 2 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com CHƯƠNG 1 CÁC YÊU CẦU CHUNG ðỐI VỚI BÊ TÔNG XI MĂNG POÓC LĂNG 1.1. Khái quát Bê tông xi măng poóc lăng có thành phần là xi măng poóc lăng, cốt liệu nhỏ, cốt liệu thô, các chất phụ gia và nước. Thành phần bê tông ñược chế tạo theo yêu cầu về cường ñộ, tính công tác theo yêu cầu riêng, ñặc tính kết cấu… tiêu chuẩn về vật liệu công trình. Bê tông xi măng poóc lăng theo TCVN và ACI ñược phân loại theo cường ñộ nén ở 28 ngày. Tính công tác của bê tông phải ñảm bảo yêu cầu kỹ thuật hoặc trong các quy ñịnh ñặc biệt. Bê tông cổ ñiển có cường ñộ từ 10-20MPa. Bê tông thường có cường ñộ nén từ 20-50MPa, còn bê tông chất lượng cao và rất cao có cường ñộ nén từ 50-200MPa. Trong các trường hợp ñặc biệt có thể yêu cầu tuổi 3, 7, 26 ngày. Bê tông có ba trạng thái (ướt, mềm, cứng rắn) và ở từng trạng thái có những yêu cầu riêng. 1.2. Vật liệu ðể có bê tông ñảm bảo yêu cầu chất lượng vật liệu phải ñược chú ý ñầu tiên. Yêu cầu về vật liệu ñược quy ñịnh cho từng vật liệu chế tạo bê tông với yêu cầu về kết cấu và công nghệ chế tạo bê tông thích hợp. 1.2.1. Xi măng Poóc lăng Xi măng poóc lăng phải phù hợp với yêu cầu tiêu chuẩn quốc gia hoặc theo các tiêu chuẩn quốc tế khác. Cường ñộ chịu nén theo ngày, cường ñộ chịu kéo, thành phần khoáng vật, thời gian ninh kết, tính ổn ñịnh thể tích và ñộ bền là những yêu cầu chính. Loại xi măng ñặc biệt phù hợp với các yêu cầu trong các quy ñịnh ñặc biệt. Nếu không có yêu cầu nào ñược nêu trong các quy ñịnh ñặc biệt xi măng phải phù hợp với yêu cầu của AASHTO M85 loại I hoặc loại II hoặc TCVN. Mác xi măng thường ñược xác ñịnh theo cường ñộ nén (xem bảng 1.1) 3 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Bảng 1.1. Tổng hợp về các loại xi măng trên thế giới Nước Số hiệu Phương pháp thử Cường ñộ chịu nén MPa Vật liệu Kích thước, mm Tạo mẫu N/X 1 3 7 28 ðức 30 35 40 45 50 55 X/C=1/3 40x40x130 (250cm3) Rung 0.5 25 25 - 12 15 20 25 - - 30 35 40 45 50 55 Trung Quốc 275 325 425 525 625 725 1/2.5 - - - - - 40x40x160 (25cm3) - - - - - - - - - - - 0.44 - - - - - - - - - - - - 12 16 21 27 36 16 19 25 32 41 - 28 33 43 53 63 73 Nga 4 00 500 550 600 1/3 40x40x160 0.4 - - - 40 50 55 60 Anh OPC OPC 1/3 bê tông 1/2.5/3.5 70.6 101.6 Chấn ñộng 12000 ±400.2' ñầm 0.4 0.6 - - 23 13 - - 42 30 Mỹ OPC Type 1 1/2.75 50 ñầm 0.485 - 13 20 29 Việt Nam PC 30 PC 40 PC 50 1/3 40x40x160 chấn ñộng 0.4 30 40 50 4 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Tất cả xi măng dùng trong việc chế tạo bê tông ñúc tại chỗ ñối với các bề mặt của các bộ phận giống nhau của một kết cấu phải dùng một loại. Người kỹ sư phải xác ñịnh các tỷ lệ hỗn hợp trên cơ sở các thử nghiệm thực hiện với các vật liệu ñược sử dụng trong công trình. Các tỷ lệ phải ñảm bảo ñể sản xuất bê tông với hàm lượng xi măng nằm trong dung sai ±2,5% ñối với các loại bê tông ñang sản xuất. Lượng xi măng dùng phải lớn hơn lượng xi măng tối thiểu và nhỏ hơn lượng xi măng tối ña do tiêu chuẩn quy ñịnh ñể sản xuất ñược bê tông có ñộ dẻo và tính gia công quy ñịnh mà không vượt hàm lượng nước tối ña. Lượng xi măng tối thiểu là 300kg/m3. Lượng xi măng tối ña là 525kg/cm3 bê tông. Hàm lượng xi măng, hàm lượng nước, cốt liệu thô, ñộ sụt và trọng lượng gần ñúng của cốt liệu nhỏ và thô ñối với mỗi loại bê tông phải theo chỉ dẫn. 1.2.2. Cốt liệu Khối lượng cốt liệu nhỏ và thô ñược xác ñịnh trong thiết kế và dựa trên các phương pháp tính và thí nghiệm quy ñịnh. Nên sử dụng thể tích cốt liệu lớn nhất có thể và ñường kính cốt liệu thô nhỏ nhất có thể. Các khối lượng tương ñối của cốt liệu nhỏ và thô ñược tính với ñơn vị xi măng dựa trên việc sử dụng cát thiên nhiên có mô ñun ñộ mịn trong phạm vi 2,6-3,2, và các phương pháp ñổ bê tông không cần ñến tần số chấn ñộng cao. Khi dùng cát có cỡ hạt thô, lượng tương ñối cốt liệu nhỏ phải tăng lên. ðối với cát mịn hơn lượng tương ñối cốt liệu nhỏ phải giảm. Khối lượng cốt liệu ñược tính bằng kilôgam hàm lượng xi măng và số lít nước quy ñịnh cần thiết cho mỗi loại bê tông. Các tỷ lệ này không ñược thay ñổi trong khi tiến hành dự án xây dựng. Khối lượng theo mẻ của các cốt liệu ñó ñược thiết kế cần ñược hiệu chỉnh khối lượng với ñộ ẩm thực tế. Khi ñịnh lượng cốt liệu ñối với các kết cấu có khối lượng bê tông không lớn (15m3) nếu không thể ñạt ñược tính dễ ñổ và dễ gia công mong muốn có thể thay ñổi khối lượng cốt liệu hoặc dùng phụ gia nhưng không có trường hợp nào hàm lượng xi măng chỉ ñịnh ban ñầu bị thay ñổi. 1.2.3. Nước Trong cụng tỏc bờ tụng cốt thép thường, nước ñể bảo dưỡng, ñể rửa cốt liệu và ñể trộn không ñược có dầu và không ñược chứa quá 1g/lít clorit như Cl, cũng không chứa quá 1,3h/lít sunphát như SO4 . Ngoài các yêu cầu trên, nước ñể bảo dưỡng bê tông không ñược chứa các tạp chất với lượng ñủ ñể làm mất màu bê tông hoặc ăn mũn bề mặt. 5 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 1.2.4. Phụ gia Hiện nay thường dùng phụ gia tăng dẻo, phụ gia giảm nước và làm chậm rắn chắc ñối với Bê tông xi măng poóc lăng, bê tông ứng suất trước, các kết cấu ñúc sẵn và ống bê tông cốt thép. Lượng phụ gia sử dụng phải phù hợp với liều lượng do nhà sản xuất quy ñịnh, với sự chấp thuận của người kỹ sư. Lượng phụ gia sử dụng phải trong phạm vi 0,15 tới 0,25% tổng lượng xi măng cho một mẻ ñơn vị của bê tông trộn và cho phép giảm hàm lượng xi măng tới tối ña 10% của lượng quy ñịnh với các yêu cầu cường ñộ nén. Các phụ gia hóa chất, khi sử dụng phải phù hợp với các yêu cầu của AASHTO M194. Không ñược dùng các hoá chất phụ gia ñặc biệt ñể thay xi măng, các phụ gia chứa clorit như Cl quá 1% theo trọng lượng không ñược sử dụng trong bê tông ứng suất trước và bê tông cốt thép. Nếu dùng phụ gia ñể hút không khí, ñể giảm tỷ lệ nước - xi măng, ñể làm chậm hoặc làm tăng nhanh thời gian ñông cứng, hoặc ñể tăng nhanh sự phát triển cường ñộ chúng phải ñược sử dụng với tỷ lệ liều lượng do nhà sản xuất khuyến cáo theo quy ñịnh trong các quy ñịnh ñặc biệt theo chỉ dẫn của người kỹ sư. Liều lượng các phụ gia phải ñược cân bằng ñong chính xác cho từng mẻ bê tông bằng các phương pháp ñược chấp thuận. Trừ khi có quy ñịnh khác ñối với chất hút không khí, các mẫu phụ gia kiến nghị sử dụng phải do Nhà thầu nộp cho người kỹ sư trước về ý ñồ sử dụng và làm thử nghiệm xác ñịnh sự phù hợp với các tính chất cần có. Các phụ gia chưa qua thử nghiệm không ñược sử dụng. Mỗi loại phụ gia bất kỳ ñều phải ổn ñịnh về tính chất trong toàn bộ qúa trình sử dụng nó vào công trình. Nếu thấy rằng chất phụ gia cung cấp không ổn ñịnh về tính chất phải ngừng ngay việc sử dụng. Phụ gia pha chế ở dạng lỏng, phụ gia lỏng phải có ñủ khả năng ñể ñổ một lần toàn bộ khối lượng cần thiết cho một mẻ trộn. Phụ gia lỏng ñược vào nước trước khi ñổ vào một mẻ trộn. Nếu dùng nhiều hơn một loại phụ gia lỏng, mỗi loại phải ñược pha chế bằng thiết bị riêng ñể chúng không chịu ảnh hưởng lẫn nhau. Chất hút không khí: Chất hút không khí cần phù hợp với các quy ñịnh của ASTM C260. Chất giảm nước: Khi sử dụng các chất giảm nước liều lượng cho phép của chất phụ gia không vượt quá liều lượng dẫn ñến sự co ngót trong bê tông khi khô quá 20% khi ñược dùng trong bê tông ứng suất trước ñúc sẵn; 10% khi dùng trong bê tông ứng suất trước ñổ tại chỗ; 10% khi dùng trong bê tông mặt ñường không có cốt thép. Chất giản nước phải làm giảm yêu cầu về nước của bê tông ñó cho ớt nhất 7% khi dựng với liều lượng tối ña mà nhà sản xuất khuyến cáo. Không ñược dùng chất làm chậm ñông cứng với liều lượng lớn các lượng mà nhà sản xuất khuyến cáo, cũng không nhiều 6 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com hơn mà liều lượng ñể ñạt ñược việc làm chậm mong muốn. Cường ñộ của bê tông chứa chất phụ gia với lượng do người kỹ sư chỉ ñịnh tuổi 48 giờ và lâu hơn không ñược nhỏ hơn cường ñộ của bê tông tương tự không có chất phụ gia. Phụ gia không ñược ảnh hưởng có hại ñến hàm lượng không khí trong bê tông. 1.3. Yêu cầu bê tông trong giai ñoạn ñông cứng 1.3.1. Yêu cầu về cường ñộ nén Yêu cầu về cường ñộ nén là yêu cầu quan trọng và tối thiểu ñối với bê tông ở trạng thái cứng rắn. Cường ñộ bê tông phụ thuộc vào lượng nước, công nghệ chế tạo bê tông, thành phần và chất lượng thi công bê tông. Khi chất lượng bê tông ñược chỉ ñịnh bằng cường ñộ nén, cần xác ñịnh chất lượng bằng cách thử các mẻ thử ñối với các vật liệu ñó ñược thiết kế chính xác với các thiết bị trộn và các phương thức thi công dự ñịnh cho dự án. Việc ñổ bê tông có cường ñộ quy ñịnh không bắt ñầu cho tới nhà thầu sản xuất một mẻ thử theo thiết kế hỗn hợp ñược sử dụng và phù hợp với các yêu cầu về cường ñộ mẻ thử. Cường ñộ bê tông có thể xác ñịnh trên mẫu hỡnh trụ hoặc hỡnh lập phương có kích thước 15cm. Cường ñộ nén trung bỡnh của ba mẫu thử bờ tụng ñúc liên tiếp, phải bằng hoặc lớn hơn cường ñộ nén quy ñịnh ở tuổi 28 ngày hoặc ở tuổi quy ñịnh cụ thể là 3,7,14 hoặc 90 ngày không có quá một trong các mẫu thử có cường ñộ nhỏ hơn cường ñộ quy ñịnh và mẫu thử ñó phải có cường ñộ ít nhất bằng 90% cường ñộ quy ñịnh thử nghiệm theo AASHTO hoặc theo tiêu chuẩn quốc gia. Với mẻ vật liệu thử yêu cầu thiết bị trộn, phương thức và kích cỡ của vật liệu phải giống như khi sử dụng trên công trỡnh. Cường ñộ bê tông dùng cho công trỡnh sẽ ñược xác ñịnh từ các thử nghiệm trên các mẫu thử. Một thử nghiệm cường ñộ phải gồm có cường ñộ trung bỡnh tối thiểu 3 mẫu thử, chế ñộ từ vật liệu lấy từ một khối duy nhất của bê tông. Khi một mẫu thử nào ñó cho thấy rừ việc lấy mẫu hoặc thử nghiệm khụng ñúng ñắn, mẫu thử ñó phải loại bỏ và thử nghiệm cường ñộ phải lấy cường ñộ của cỏc mẫu cũn lại. Các mẫu bê tôgn thử nghiệm ñược bảo dưỡng tại ñịa ñiểm làm việc ít nhất trong một ngày và sau ñó mang ñến ñiểm thử khi các mẫu ñó ñó ñược bảo dưỡng theo ñộ ẩm tiêu chuẩn cho tới thời gian thử nghiệm. Trong các trường hợp cần thêm số liệu có thể sử dụng phương pháp không phá hoại mẫu. 1.3.2. Yêu cầu về biến dạng Bê tông cần có mô ñun ñàn hồi thích hợp và biến dạng do từ biến và co ngót phù hợp với kết cấu. 7 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 1.4. Yêu cầu ñối với bê tông ở trạng thái ướt Sau khi nhào trộn bê tông ở trạng thái ướt cần có dẻo nhất ñịnh ñể ñảm bảo việc vận chuyển. Bê tông ướt cần ñảm bảo ñộ ñồng nhất không phân tầng và phân ly. ðộ dẻo, không phân ly và phân tầng là những chỉ tiêu chất lượng chính ñảm bảo việc ñổ khuôn, ñầm chắc bê tông dễ dàng nhất mà vẫn tạo ra ñược bê tông có ñộ chặt cần thiết. Do yêu cầu có thể sử dụng các loại phụ gia ñể ñiều chỉnh ñộ sụt và thời gian giữ ñộ sụt, thời gian rắn chắc, ninh kết. ðộ dẻo của bê tông ñược xác ñịnh bằng côn Abram với bê tông dẻo và bằng dụng cụ ño ñộ cứng với bê tông cứng (ñộ sụt ≈ 0 cm) với bê tông cứng, ñộ dẻo bê tông ñược xác ñịnh bằng thời gian ñể có thể ñầm chắc bê tông tính bằng giây. ðộ dẻo của bê tông cứng khoảng 60-120 giây (bê tông siêu cứng ñầm chắc bằng lu chấn ñộng dùng trong xây dựng ñường). Bê tông dẻo hoặc siêu dẻo thường có ñộ sụt, ñược thử theo côn Abram biến ñổi từ 4- 10cm và 10-20cm. Các loại bê tông dẻo và siêu dẻo thường có tỷ lệ N/X = 0,3 - 0,4 và có sử dụng phụ gia dẻo hoặc siêu dẻo, trong trường hợp ñặc biệt cso thể dùng N/X ñến 0,25. ðộ sụt thường từ 8-20cm. Với bê tông tự ñầm cần xác ñịnh ñộ chảy sụt (D ≥ 80cm) và thời gian chảy trong dụng cụ thí nghiệm. Yêu cầu sau khi trộn xong bê tông phải có ñộ dẻo phù hợp với yêu cầu về ñộ dẻo và phải giữ ñược ñộ dẻo trong thời gian từ 30-60 phút. Mức ñộ giảm ñộ dẻo trong thời gian trên không nên quá 10%. ở trạng thái ướt bê tông cần giữ nước, tốc ñộ bay hơi chậm ñể tránh gây nứt ở trạng thái ướt. ðảm bảo ñược các yêu cầu trên là rất khó khăn và phải ñược kiểm tra thường xuyên trong quá trình chế tạo bê tông. ðảm bảo các yêu cầu trên chắc chắn sẽ tạo ra bê tông có chất lượng cao. 1.5. Yêu cầu ñối với bê tông ở trạng thái mềm. Bê tông cần tránh bị tác ñộng cơ học gây nứt. ở trạng thái này cần bảo dưỡng chặt chẽ ñể phát triển cường ñộ, tránh co ngót lớn gây nứt (do mất nước). 1.6. Các yêu cầu khác Ngoài bốn yêu cầu trên bê tông ñặc biệt phải thoả mãn các yêu cầu ñặc biệt. Với bê tông làm cầu, tuỳ theo công nghệ có thể yêu cầu cường ñộ bê tông ñảm bảo ở tuổi 3,7,14,28 hoặc 56 ngày. Bê tông cho cầu lớn thường yêu cầu có cường ñộ cao ở tuổi sớm (3,7 ngày). Bê tông trong các công trình thủy công thường yêu cầu ñộ chống thấm cao. Bê tông ở các khu vực nối ghép cầu không co ngót hoặc nở khi rắn chắc. Bê tông ở những kết cấu 8 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com quá nhiều cốt thép hoặc kết cấu có nhiều góc cạnh không có khả năng ñầm chắc cần có tính tự ñặc lại (gọi là bê tông tự ñầm). 1.7. Yêu cầu về ñiều kiện bảo dưỡng bê tông Việc bảo dưỡng bê tông nhằm tạo ra môi trường ñể bê tông phát triển cường ñộ và phải tuân theo các quy ñịnh riêng. Phương pháp nước: Bê tông phải giữ liên tục ẩm ướt bằng cách tưới nước trong một thời gian tối thiểu là 7 ngày sau khi bê tông ñã ñược ñúc. Có thể sử dụng bông, giẻ, thảm hoặc cát ẩm phủ lên làm một môi trường bảo dưỡng ñể giữ ẩm trong thời gian bảo dưỡng. Khi sử dụng bông, giẻ, thảm hoặc cát phủ lên ñể giữ ñộ ẩm bằng cách tưới nước với một vòi nước tạo ra một lớp sương chứ không thành tia nước cho tới khi bề mặt bê tông ñược phủ bằng môi trường bảo dưỡng. ðộ ẩm với vòi phun không ñược ñưa trực tiếp bằng áp lực vào bê tông và không ñược phép tích tự trên bề mặt bê tông với khối lượng lớn ñể tạo ra một dòng hoặc tràn trên bề mặt. Cuối thời kỳ bảo dưỡng các bề mặt bê tông phải làm sạch mọi thứ. Phương pháp màng bảo dưỡng chống thấm: Bề mặt bê tông lộ ra khi hoàn thiện phải ñược phun nước, dùng một vòi phun mù tạo thành một lớp sương chứ không phải thành tia, cho tới khi bê tông ñã ñông cứng, sau ñó phủ màng bảo dưỡng. Màng bảo dưỡng phải giữ tại chỗ trong một thời gian không ít hơn 72 giờ. Giấy chống nước phải giữ phù hợp với các yêu cầu kỹ thuật của AASHTO M139. Các tấm dẻo (polietilen) phải phù hợp với các quy ñịnh của AASHTO M171. Giấy chống thấm nước hoặc màng dẻo phải làm thành từng tấm có bề rộng ñủ ñể phủ toàn bộ bề mặt bê tông. Tất cả các khe nối của các tấm phải gắn kín với nhau bằng xi măng sao cho khe nối không thấm nước. Khe nối phải phủ lên nhau ít nhất 10cm. CÂU HỎI ÔN TẬP 1. Trình bày về các vật liệu thành phần ñể chế tạo bê tông xi măng; 2. Các yêu cầu của bê tông ở các trạng thái khác nhau. 9 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com CHƯƠNG 2 CẤU TRÚC VÀ CƯỜNG ðỘ CỦA BÊ TÔNG XI MĂNG Cường ñộ bê tông phụ thuộc vào ñộ ñặc của bê tông. Nâng cao trình ñộ công nghệ, lựa chọn hợp lý thành phần bê tông sẽ có cấu trúc hợp lý, ñộ ñặc và cường ñộ bê tông cao. Như vậy giữa cấu trúc và cường ñộ bê tông có mối liên hệ chặc chẽ. Cải tiến cấu trúc sẽ ñấn ñến những biến ñổi về cường ñộ bê tông. 2.1. Cấu trúc vi mô của bê tông Hỗn hợp bê tông là hỗn hợp chứa các thành phần chủ yếu: xi măng, nước,cát, cốt liệu lớn (sỏi, ñá). Ngày nay khi ña số bê tông ñều có sự tham gia của phụ gia thì phụ gia trở thành thành phần quan trọng trong hỗn hợp bê tông hiện ñại có tác ñộng ñến cấu trúc vi mo của hỗn hợp bê tông. Khi nhào trộn các thành phần khoáng vật của xi măng với nhau sẽ xảy ra phản ứng thủy hoá các chất cấu thành nên xi măng (thành phần chính C3S2, C2S, C3AF, C3A) tạo nên các chất ngậm nước (C2SnH2, CSH, C3AF.n2H2O, CFH, C3A.n3H2O, CAH và Ca(OH)2) và trở thành hỗn hợp chất kết dính gốc trong hỗn hợp bê tông. Dung dịch dính liên kết các cốt liệu nhỏ (cát) tạo nên dung dịch hồ kết dính vữa xi măng (ñây là chất kết dính thứ cấp). Cuối cùng dung dịch hồ kết dính vữa xi măng bị chui vào kẽ hở của các hạt cốt liệu này và chúng tạo ra cấu trúc hỗn hợp bê tông hoàn chỉnh. Tóm lại có thể phân cấu trúc hỗn hợp bê tông thành cấu trúc con: - Cấu trúc xương của cốt liệu lớn. - Cấu trúc vi mô của hồ kết dính vữa xi măng (như là môi trường liên kết các hạt cốt liệu lớn trong cấu trúc bộ xương khung). - Cấu trúc tiếp giáp giữa hồ xi măng và bề mặt cốt liệu lớn (vùng tiếp giáp cốt liệu): với khung xương cốt liệu lớn ñược biểu hiện qua lực dính vữa xi măng lên bề mặt các hạt cốt liệu lớn (và lực dính này chỉ hình thành khi kết thúc quá trình ninh kết và hỗn hợp bê tông có cấu trúc ổn ñịnh và mất hoàn toàn tính dẻo). Vùng tiếp giáp này tồn tại các lỗ rỗng do nước tách ra ñể lại và là vùng yếu nhất trong cấu trúc bê tông. Tại ñây có thể xuất hiện các vết nứt và các vùng ứng suất cục bộ ñầu tiên trong bê tông khi chịu lực và chịu tác ñộng của các yếu tố môi trường. 2.1.2. Cấu trúc cốt liệu lớn Cấu trúc cốt liệu lớn tạo nên khung chịu lực phụ thuộc cường ñộ bản thân cốt liệu lớn, tính chất cấu trúc (diện tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu) và cường ñộ liên kết giữa các hạt. Tuy nhiên, thường cường ñộ bản thân của cốt liệu lớn là cao nên ta loại ra khỏi diện yếu tố ảnh hưởng. Trong việc chế tạo hỗn hợp bê tông người ta luôn mong muốn xây dựng một mô hình hỗn hợp bê tông trong ñó các hạt cốt liệu lớn tiếp xúc nhiều chiều với nhau và có hồ kết dính vữa xi măng liên kết giữa chúng. Xây dựng mô hình này nhằm 10 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com ñưa cấu trúc cốt liệu lớn trở thành cấu trúc chính, quyết ñịnh tính chất cấu trúc vi mô của bê tông và quyết ñịnh tính chất chịu lực hỗn hợp của bê tông. Lúc này cấu trúc của vữa xi măng chuyển xuống thứ yếu và chỉ có tính chất liên kết. Về mặt chịu lực ñó vữa xi măng chỉ chịu lực tương tác do liên kết giữa các hạt cốt liệu lớn trong bộ khung mà không chịu lực nội tạng trong lòng nó. Cách xây dựng mô hình cấu trúc bê tông như vậy có khả năng tạo ra bê tông mác rất cao và giảm ñược những tác ñộng vô cùng phức tạp của cấu trúc hồ kết dính vữa xi măng với tính chất cấu trúc vi mô của bê tông. Tuy nhiên, mô hình ñưa ra này chỉ thuần tuý lý thuyết mà rất khó hay không có khả năng tạo ñược trên thực tế nhưng nó ñưa ra nguyên tắc cho tất cả các công nghệ bê tông là tăng ñộ mạnh của cấu trúc bộ xương khung cốt liệu trên cơ sở: + Tăng diện tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu lớn (giữa hai hạt với nhau và của các hạt xung quanh một hạt). + Không gian hở trong bộ khung xương là nhỏ nhất. + Chiều dày của liên kết hồ xi măng với các hạt cốt liệu là hiệu quả (chỉ nhằm mục ñích liên kết). Vậy các yếu tố ảnh hưởng cơ bản tới cấu trúc bê tông là cốt liệu (kích thước, tính chất bề mặt), phương pháp thiết kế thành phần bê tông (cấp phối), ñặc tính kỹ thuật của cốt liệu, kỹ thuật tác ñộng cơ học, ngoài ra có một yếu tố quan trọng ñó là tính linh ñộng của dung dịch hồ vữa xi măng (khi dung dịch vữa xi măng càng linh ñộng dẻo thì cấu trúc cốt liệu lớn càng mạnh). Nhưng toàn bộ tính chất phức tạp trong cấu trúc vi mô của bê tông lại nằm ở liên kết giữa vữa xi măng với các hạt cốt liệu. 2.1.2. Cấu trúc vi mô của ñá xi măng. Các hạt xi măng khi thuỷ hoá bao quanh các hạt là lớp nước và quá trình thủy hoá thực hiện dần từ ngoài hạt vào bên trong ngay tức khắc tạo lớp màng kết dính bao quanh hạt xi măng mà bản chất là liên kết ion giữa phần tử hỗn hợp xi măng và phân tử nước, lớp màng này dày theo thời gian thủy hoá và ngoài nó là lớp nước tự do. Tuy nhiên, lớp màng liên kết này lại cản trở sự thâm nhập của nước và cùng với thời gian tính linh ñộng của các phân tử nước và xi măng giảm dần do vậy làm giảm dần tốc ñộ thủy hoá. Lớp liên kết hạt xi măng - nước dầy dần cùng với nó lớp nước tự do bao ngoài hạt xi măng mỏng dần, thêm vào ñó sự linh ñộng của các hạt xi măng phần do màng nước gây tính nhớt cho các hạt (có thể tính nhớt này ñược bổ sung do tác ñộng của phụ gia) phần do tác ñộng của việc trộn hay tác ñộng cơ học có ñiều kiện gần nhau dần dần hình thành liên kết và xoá bỏ ranh giới giữa các hạt xi măng. Màng liên kết xi măng nước bao quanh các hạt cốt liệu nhỏ và kéo chúng vào hình thành cấu trúc hồ kết dính vữa xi măng Có thể mô tả tóm tắt cấu trúc vi mô của vữa xi măng trong hỗn hợp bê tông như sau: Các hạt xi măng liên kết với nước (loại liên kết ion) tạo nên lớp dính (bao quanh hạt và dày theo tiến trình thủy hoá) làm cơ sở ñể liên kết các hạt xi măng với nhau (liên kết 11 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com cơ học) xoá bỏ ranh giới các hạt và ñồng thời chúng còn liên kết cơ học với cốt liệu nhỏ (cát) tạo nên cấu trúc con vữa xi măng liên kết cấu kết dần và tạo nên cấu trúc ổn ñịnh có tính chất cơ lý. Nhưng phản ứng thuỷ hoá vẫn tiếp tục xảy ra, do vậy trong cấu trúc vẫn tồn tại bộ phận lõi hạt là khối xi măng khan và không gian, giữa các hạt xi măng liên kết là khoảng rỗng có chứa nước. Các yếu tố tham gian vào cấu trúc: + Vai trò của hạt cát: Mới nhìn có thể nghĩ sự tham gia của hạt cát là thừa, nhưng nó lại có vai trò hết sức quan trọng trong phần tăng cường ổn ñịnh không gian của các hạt xi măng liên kết, nó có tác dụng như chất hoạt tính tăng cường sự linh ñộng của các hạt xi măng và phần tử nước kích thích quá trình thuỷ hoá, ñồng thời dưới tac ñộng của cơ học và sự linh ñộng của bản thân trong dung dịch huyền phù (giai ñoạn nước liên kết keo giữa các hạt xi măng) làm giảm bớt sự cản trở của màng liên kết xi măng nước tạo cho sự thâm nhập của phần tử nước vào bên trong hạt ñể thủy hoá tiếp. Do ñó tác dụng cuối cùng là giảm lượng lỗ rỗng trong cấu trúc, tăng ñộ bền, khả năng chịu lực của cấu trúc. + Các hạt xi măng thủy hoá: Tuy rằng lực dính kết các hạt xi măng tuỳ thuộc phần lớn vào loại xi măng (hàm lượng các thành phần trong xi măng), nhưng mức ñộ linh ñộng của các hạt xi măng - nước phá vỡ thế cân bằng tạm thời làm cho các hạt xít nhau hơn tạo nên thế cân bằng ổn ñịnh hơn và giảm các lỗ rỗng, lực dính các hạt cũng cao hơn. Thời ñiểm và khoảng thời gian tác ñộng cơ học có ảnh hưởng tới lực dính này. Ngoài ra tốc ñộ, mức ñộ phản ứng thuỷ hoá ảnh hưởng tới hàm lượng hạt xi măng ñược thủy hoá, mong muốn hết thời gian bảo dưỡng bê tông hoặc thời gian bắt ñầu chịu lực thì hàm lượng xi măng trong lõi hạt xi măng chưa ñược thủy hoá là nhỏ nhất. ðây cũng là một yếu tố ñể tăng cường ñộ của ñá xi măng. 12 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Một số ñặc ñiểm của phản ứng thuỷ hoá hạt xi măng - Là loại phản ứng chậm dần và kéo dài rất lâu. Một số lý thuyết còn nêu rằng ñây là loại phản ứng rất khó kết thúc (ñiều này lý giải phần nào cường ñộ của bê tông tăng dần theo thời gian tất nhiên là không xét tới ảnh hưởng của môi trường, ñiều kiện chịưc lực). - Thông thường theo thí nghiệm thấy rằng hàm lượng xi măng chưa thuỷ hoá sau 28 ngày khoảng dưới 20% hàm lượng toàn bộ hạt. - ðây là loại phản ứng có sinh nhiệt lượng (chủ yếu là do thành phần C3A, C3S thủy hoá sinh ra). Nếu bỏ qua tác ñộng của bên ngoài tổng lượng nhiệt phụ thuộc vào loại xi măng và lượng xi măng. Tốc ñộ và mức ñộ của phản ứng thuỷ hoá phụ thuộc vào yếu tố sau: ñộ mịn của hạt xi măng, nhiệt ñộ nội tại trong hỗn hợp, tác ñộng cơ học (tuy nhiên nếu thời gian ñầm mà lớn lại giảm tốc ñộ thủy hoá), phụ gia tác ñông, tốc ñộ tạo nhiệt. + Các lỗ rỗng trong cấu trúc: Lỗ rỗng luôn tồn tại trong cấu trúc vữa xi măng và ảnh hưởng rất lớn tới tính bền của cấu trúc này. Phải tìm cách giảm tối ña hàm lượng lỗ rỗng. Nguyên nhân tạo ra lỗ rỗng: - Do tính không thể xít ñược của các hạt xi măng khi liên kết. - Do lượng nước tự do (lượng còn lại sau phản ứng thuỷ hoá và lượng nước tự do này thường chiếm 10-20% tổng lượng nước sử dụng, tuỳ theo loại bê tông). - Do hàm lượng bọt khí tạo ra trong quá trình trộn. Như vậy nguyên tắc giảm ñộ rỗng (tăng ñộ chặt) là: - Giảm tối ña có thể lượng nước không cần cho thủy hoá. - Tạo ñộ linh ñộng cho các hạt xi măng khi thủy hoá. - Tác dụng cơ học hợp lý ñể giảm trở lực của liên kết xi măng nước lúc ñầu giúp các hạt xít nhau hơn. Lỗ rỗng ñược tồn tại dưới hai dạng. Lỗ rỗng trong khoảng không giữa các hạt và lỗ rỗng tồn tại dưới dạng các màng lưới mao dẫn. Tính chất cấu trúc vữa – xi măng ñược biểu hiện qua liên kết giữa các hạt xi măng và hàm lượng hạt xi măng ñược thuỷ hoá. Lỗ rỗng trong cấu trúc là luôn luôn tồn tại ngay cả khi lượng nước sử dụng là tối thiểu (chỉ cần cho thuỷ hoá toàn bộ lượng xi măng), lượng lỗ rỗng này sẽ tăng một cách tự nhiên theo mức ñộ tăng hàm lượng nước ngoài thủy hoá và sự tăng hàm lượng xi măng cũng như kích thước hạt xi măng. Cấu trúc vi mô của vữa xi măng ñóng vai trò quan trọng trong tạo lập cấu trúc bê tông và trong bê tông cường ñộ cao tác ñộng của nó với tính chất cấu trúc bê tông còn hơn cả tác ñộng của cấu trúc cốt liệu lớn. Muốn tăng ñộ mạnh của cấu trúc này phải tăng ñộ linh ñộng của bản thân các hạt xi măng, tác ñộng cơ học hợp lý ñể tăng khả năng xếp xít của các hạt xi măng làm giảm hàm lượng lõo rỗng tự nhiên. Giảm tối ña lượng nước thừa không cần cho thủy hoá cho 13 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com toàn bộ xi măng, giảm lượng bọt khí tạo thành, kích thích phản ứng thuỷ hoá sao cho hàm lượng lõi xi măng khan của hạt là ít nhất khi hết giai ñoạn bảo dưỡng. 2.1.3. Cấu trúc vùng tiếp giáp giữa hồ xi măng và cốt liệu Ở vùng tiếp giáp giữa vữa xi măng và cốt liệu tồn tại các lớp vữa xi măng áp sát bề mặt cốt liệu, các vùng chứa nước do sự tách nước bên trong của vữa xi măng, các lỗ rỗng do nước bốc hơi và các hạt CaO tự do cũn lại. Ở vùng này tồn tại lực dính giữa ñá xi măng và cốt liệu. Cấu trúc tốt nhất ở vùng tiếp giáp tạo ra lực dính kết tối ña và có lỗ rỗng tối thiểu. Sự thay ñổi ñộ ẩm ở vùng này chính là nguyên nhân gây ra các biến dạng theo thời gian cho bê tông. Loại bê tông thiết kế với tỷ lệ N/X thấp, ñược trộn hợp lý, ñược ñầm chắc hợp lý sẽ tạo ra vùng tiếp giáp tốt nhất và tạo ra lực dính cao nhất. Vùng tiếp giáo này là vùng quan trọng nhưng yếu nhất của cấu trúc bê tôn. Với bê tông truyền thống vết nứt ñầu tiên trong bê tông xuất hiện tại ñây và phát triển trong cấu trúc hồ xi măng ñã ñông cứng. Với bê tông cường ñộ cao do lượng nước sử dụng ít hơn và do tác ñộng của muội Silíc, cấu trúc vùng tiếp giáp ñược cải thiện ñáng kể, không có CaO tự do, ñộ ẩm thấp, lực dính ñược nâng cao, tạo ra chất lượng mới cho bê tông xi măng. 2.2. Các giai ñoạn hình thành cấu trúc vi mô của hỗn hợp bê tông: có thể chia thành 3 giai ñoạn sau: - Giai ñoạn chưa hình thành cấu trúc: Lúc này bê tông là hỗn hợp biến ñộng, ñược tính kể từ thời gian trộn tất cả thành phần của bê tông cho tới khi bắt ñầu ninh kết. Tính dẻo của hỗn hợp vẫn bảo toàn, hàm lượng xi măng thuỷ hoá trong giai ñoạn này là lớn nhất. Các hạt xi măng bắt ñầu ninh kết (môi trường tiếp xúc giữa các hạt xi măng chuyển từ dạng huyền phù sang dạng keo). - Giai ñoạn hình thành cấu trúc không ổn ñịnh: lúc này hỗn hợp bắt ñầu phát sinh lực kết dính, nhưng lực kết dính kết tinh còn nhỏ, ñã hình thành cấu trúc cân bằng mới bền vững hơn và làm lực dính phát triển cao hơn. Trong giai ñoạn này hỗn hợp ñã mất dần tính dẻo, hình thành tính chất cơ lý. Phần cuối giai ñoạn này tính dẻo ñã mất, bắt ñầu tạo nên tính chất tinh thể ổn ñịnh và nếu tác ñộng cơ học sẽ làm phá hoại cấu trúc tinh thể, lực dính giảm nhanh và không còn phát triển ñược nữa. Giai ñoạn này bắt ñầu từ khi bắt ñầu ninh kết tới khi kết thúc ninh kết. - Giai ñoạn cấu trúc ổn ñịnh: Là dạng cấu trúc tinh thể, lực dính phát triển ñều. Phản ứng thuỷ hoá vẫn còn nhưng rất yếu. Chỉ còn tác dụng cấu trúc qua các dưỡng hộ bên ngoài (nhờ ñộ ẩm và nhiệt ñể phát triển ñều lực dính và tạo ra ảnh hưởng phụ của ứng suất nhiệt trong hỗn hợp bê tông, kich thích phản ứng thuỷ hoá). Quá trình này bắt ñầu từ khi quá trình rắn kết xuất hiện, bê tông mất hoàn toàn tính dẻo, lực dính chủ yếu bắt ñầu trong giai ñoạn này. 14 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 2.3. Trên cơ sở cấu trúc vi mô ñánh giá các yếu tố ảnh hưởng tới yêu cầu cường ñộ của bê tông 2.3.1. Xét yếu tố cường ñộ ở dạng cấu trúc vi mô của bê tông Cấu trúc của hỗn hợp bê tông bao gồm ba tập hợp con như ñã phân tích ở trên. Nhưng thực tế và thí nghiệm ñã chỉ ra rằng ñiểm mấu chốt trong cấu trúc chịu lực của bê tông lại tập trung ở hai tập con: cấu trúc vi mô của vữa xi măng và lực dính kết giữa nó với các cốt liệu lớn trong cấu trúc khung xương. Việc hình thành cường ñộ chịu lực trên cơ sở của cấu trúc ta xét một mẫu mô hình bê tông chịu lực tác dụng: - Tập hợp khung xương xét ñại diện A - Tập hợp cấu trúc vữa xi măng B - Tập hợp lực dính AB. Dưới tác dụng của lực P trong hỗn hợp xuất hiện nội lực sinh ra ứng suất σA, σB. Còn lực dính xuất hiện lực mặt và sinh ra ứng suất bề mặt τAB. Cường ñộ giới hạn của ñá trong bê tông thường rất cao do vậy tính chất chịu lực của cấu trúc bê tông phụ thuộc giới hạn cường ñộ của σA, τAB. Các thí nghiệm lại chỉ ra rằng ñiểm yếu nhất trong cấu trúc tập trung ở tập hợp lực dính AB. Do vậy tính chất chịu lực của bêtông phụ thuộc tính chất dính bám giữa xi măng và cốt liệu lớn (thí nghiệm cho thấy ở ñiểm chịu lực cực hạn vết nứt bắt ñầu hình thành tại bề mặt AB, sau ñó phát triển qua lớp vữa xi măng giữa các bề mặt AB, cuối cùng mẫu bị phá huỷ (với cả ba trường hợp chịu lực nén và uốn, kéo). Cường ñộ giới hạn của ứng suất mặt τBA chính là cường ñộ lực dính. Vậy ñiểm thứ nhất ñể tác ñộng tăng cường ñó là tăng cường ñộ dính Rτ giữa vữa xi măng và cốt liệu lớn. Phân tích khi giá trị của tải tác dụng làm cho ứng suất mặt giữa vữa xi măng và cốt liệu ñạt giá trị cường ñộ dính Rd thì bắt ñầu xuât shiện các vết nứt mặt trên mặt liên kết. Bê tông ñã bắt ñầu vào giai ñoạn phá hoại nhưng vẫn chưa bị phá hoại nếu tiếp tục tăng tải tới một giá trị nào ñó sinh ra ứng suất nội trong vữa xi măng vượt quá khả năng chịu lực của nó thì phát sinh vết nứt xuyên nối các vết nứt mặt với nhau tạo nên ñường nứt rích rắc toàn bộ làm bê tông phá huỷ. Vì vậy, ñiểm thứ hai cho việc tác ñộng tăng cường ñộ của bê tông là tăng cường ñộ vữa xi măng Rv. Nhưng ta biết rằng khi hình thành các vết nứt mặt làm tính ñồng nhất của vữa xi măng giảm, do ñó khả năng chịu lực của vữa xi măng lúc này (trong bê tông) nhỏ hơn cường ñộ của vữa xi măng Rv (khi là mẫu liền khối) và chính khả năng chịu lực của vữa xi măng trong sự tác ñộng của cốt liệu lớn làm giảm tính ñồng nhất và cường ñộ của bê tông. Do vậy về mặt tương quan cường ñộ của bê tông là giá trị nằm giữa cường ñộ dính (Rj) và cường ñộ vữa xi măng (Rv). Ta có biểu ñồ quan hệ của cường ñộ bê tông và cường ñộ dính (Rj) theo thời gian căn cứ theo thí nghiệm ñược công nhân của giáo sư Oztrekin (Thổ Nhĩ Kỳ). 15 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com ðặc trưng của lực dính: - Lực dính là ñại lượng ñặc trưng cho cấu trúc chịu lực của bản thân vật liệu bêtông. - Lực dính phát triển chậm (ñiều ñó lý giải vì sao sau 28 ngày cường ñộ của bê tông vẫn tăng lớn do sự phát triển của lực dính và ñặc trưng của phản ứng thuỷ hoá vẫn tiếp tục thủy hoá xi măng khan làm tăng ñộ mạnh của cấu trúc vữa xi măng). - Sau 70 ngày cường ñộ dính (Rd) và cường ñộ chịu uốn của vữa xi măng (Ruv) xấp xỉ bằng nhau. Giáo sư Oztrekin còn ñưa ra công thức thực nghiệm về mối quan hệ của các cường ñộ trên cho thấy các ngày tuổi. Cường ñộ chịu uốn: Rub = 0,428Rnv + 0,128Rd + 0,08 (MPa) (Hệ số tương quan là 0,983) Cường ñộ chịu nén: Rnb = 0,526 Rnv + 2,665 Rd + 3,3 (MPa) (Hệ số tương quan trung bình0,985) Tuy nhiên cường ñộ lực dính có thể khác nhau tại mỗi mặt liên kết vữa xi măng và mỗi cốt liệu lớn. Cũng như ngay cả tập hợp vữa xi măng cũng tưởng tượng có vô số mặt phẳng cắt qua nó và mỗi mặt phẳng lại có cường ñộ chịu lực khác nhau (Tất nhiên lực dính mỗi mặt dính giữa vữa xi măng và cốt liệu cũng khác nhau tuỳ theo diện tích mặt liên kết, lực dính D = RdF, trong ñó F là diện tích mặt ngoài của cốt liệu), và chắc chắn bê tông bị phá huỷ theo mặt phẳng không gian rích rắc yếu nhất (ñó là mặt nối các tập hợp, có cường ñộ chịu lực là bé nhất). Chính mặt không gian yếu cục bộ này lại quyết ñịnh tới cường ñộ bê tông và cùng nó chi phối lý luận về việc tăng cường ñộ của vữa xi măng và cường ñộ dính. Như vậy ñể sử dụng ñiểm mấu chốt 1 và 2 phải dựa trên cơ sở bê tông có cường ñộ ñồng nhất cao ñể các mặt không gian có trong hỗn hợp bê tông là bình ñẳng nhau và xác suất ñể tìm ra một mặt không gian yếu là thấp. Vậy ñiểm mấu chốt thứ ba ñể tăng cường ñộ của bê tông là phải tăng tính liên tục ñồng nhất của hỗn hợp bê tông (Các biểu hiện trực quan qua ñộ chặt của bê tông). ðiểm này là một cách thể hiện sự tham gia của tập hợp cấu trúc khung cốt liệu lớn vào việc tăng cường ñộ của bê tông. Như vậy, xét về mặt cấu trúc các yếu tố làm tăng cường ñộ của bê tông là phải tác ñộng vào làm tăng cường ñộ dính (Rd), tăng cường ñộ xi măng (Rv) và tăng tính ñồng nhất của bê tông. 2.3.2. Các hướng kỹ thuật làm tăng cường ñộ dính (Rd) Cường ñộ dính xuất hiện khi bê tông kết thúc quá trình ninhkết và giá trị của nó tăng dần theo thời gian tới giá trị cực ñại của cường ñộ bê tông nhưng nó cũng giảm dần ở giai ñoạn bê tông bị bão hoà theo thời gian sử dụng và ñiều kiện sử dụng. Cường ñộ dính (Rd) 16 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com phụ thuộc vào một số yếu tố sau: loại xi măng, hình dạng cốt liệu, tính chất bề mặt, tính chất cơ lý mặt cốt liệu (tính chất nhiệt ẩm), áp lực ép vữa xi măng vào ñá. Tất nhiên ta có thể thấy khi sử dụng xi măng cường ñộ cao, cốt liệu có tổng diện bề mặt lớn (cùng ñường kính) tính chất bề mặt nhám và sạch thì tăng ñược cường ñộ dính Rd. Nhưng ở ñây tập trung xem xét hai nhân tố quan trọng, áp lực ép vữa xi măng, tính chất nhiệt ẩm của cốt liệu. Nếu tạo ñược lực ép vữa xi măng vào cốt liệu qua thiết bị ñầm rung lớn thì áp lực ép giữa ñá xi măng và cốt liệu sẽ lớn. Nhưng nếu thời ñiểm kết thúc ñầm quá dài thì lại có tác dụng ngược lại phá huỷ liên kết mới tạo thành và làm lực dính không thể phục hồi lại ñược. Tính chất nhiệt ẩm của cốt liệu có liên quan tới dự sự hình thành và ñộ lớn của ứng suất nhiệt riêng phát sinh tại lớp vữa tiếp xúc trực tiếp với cốt liệu, ứng suất nhiệt riêng gây tính không liên tục của vữa xi măng tại bề mặt tiếp xúc và làm cho liên kết này tiến nhanh hơn tới giới hạn cường ñộ (cường ñộ dính giảm). Bản chất của hiện tượng trên là ở chỗ: cốt liệu ñá (thường là dạng ñá vôi) có tính chất hút nước, lượng hút nước khoảng 5%. Khi trộn vào trong hỗn hợp bê tông nó bắt ñầu hút nước, kết thúc quá trình ninh kết liên kết vữa xi măng- cốt liệu mới thực sự xuất hiện và phát triển ổn ñịnh, vào lúc này việc hút nước của cốt liệu làm cho xi măng tại lớp vữa tiếp xúc bị mất nước cho quá trình thuỷ hoá bị chậm lại ñột ngột, lõi xi măng khan trong các hạt xi măng tiếp xúc với ñá yếu hơn các lớp xa hơn. ðó là nguyên nhân dẫn ñến cường ñộ dính suy giảm. Ngoài ra, việc hút nước của ñá có thể phát sinh ứng nhiệt trong lớp vữa xi măng tiếp xúc do sự chênh lệch nhiệt lượng sản sinh từ phản ứng thuỷ hoá giữa lớp vữa xi măng tiếp xúc với cốt liệu và lớp vữa măng lân cận nó. Ứng xuất nhiệt còn phát sinh do sự chênh lệch nhiệt ñộ của lớp vữa xi măng và cốt liệu. Nhiệt lượng sinh ra trong quá trình thuỷ hoá làm cho nhiệt ñộ của lớp vữa xi măng cao hơn cốt liệu có sự truyền nhiệt từ lớp vữa xi măng tiếp xúc cho cốt liệu làm phát sinh sự chênh lệch nhiệt ñộ giữa cốt liệu và lớp vữa lân cận với lớp tiếp xúc, kết quả là phát sinh ứng suất trong lớp vữa xi măng tiếp xúc. Bản chất ở ñây giống với bản chất hiện tượng phát sinh ứng suất riêng tại lớp mặt bê tông tiếp xúc với môi trường, vì ứng suất kết hợp với sự cản trở sự dịch vị của lớp bê tông do cốt thép mà ñã phát sinh ra nứt do có ngót. Lợi dụng tính chất nhiệt ẩm này vào sự tác ñộng tăng cường ñộ dính Rt là làm cho ñá no nước trước khi trộn chung các thành phần và có thể phải làm lạnh cốt liệu (khi thời tiết nóng) trước khi trộn. Tuy nhiên ñây chỉ là biện pháp kỹ thuật nhỏ ñơn giản và rất cần thiết. 17 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Ngoài ra ñể tránh xuất hiện ñiểm trên mặt cốt liệu yếu cục bộ phải ñảm bảo sự bao phủ ñều trên khắp bề mặt cốt liệu bằng vữa xi măng. ðiều này có ñược nhờ kỹ thuật trộn và tính linh ñộng của vữa xi măng. Tóm lại, hướng kỹ thuật sẽ là: - Tác ñộng cơ học hợp lý. - Cải thiện tính chất nhiệt ẩm của cốt liệu. - Tăng tính linh ñộng của các hạt xi măng thuỷ hoá. 2.3.3. Các hướng kỹ thuật tăng cường ñộ vữa của xi măng (Rv) Cường ñộ vữa xi măng (Rv) phụ thuộc cường ñộ xi măng, lượng xi măng sử dụng, lực ép chặt các hạt xi măng vào nhau và hạt xi măng quanh hạt cát, làm giảm tối ña ñộ rỗng trong cấu trúc vữa xi măng, giảm hàm lượng lõi xi măng khan chưa ñược thuỷ hoá. Tuy nhiên, giải pháp tăng cường ñộ nhờ việc tăng hàm lượng xi măng là giải pháp không hiệu quả, lý do là do tính chất không thể xếp xít nhau của các hạt xi măng tất yếu gây ra các lỗ rỗng trong cấu trúc vữa xi măng. Tăng cường ñộ vữa xi măng (Rv) cho mục ñích tăng cường bê tông. Tốt nhất là sử dụng xi măng có chất lượng cao với hàm lượng xi măng hợp lý. ðiều này còn cho phép giảm các hiệu ứng phụ trong bê tông. 2.4. Cường ñộ của bê tông 2.4.1. Xác ñịnh cường ñộ của bê tông Thường việc này phải thực hiện ngay trên mẫu chuẩn. Mẫu thử có thể là mẫu lập phương 15x 15x 15 cm. Kết quả thử trên mẫu này khá ổn ñịnh, do ñã loại trừ ảnh hưởng phá huỷ cục bộ do nở ngang. Ở các nước Châu Âu, Mỹ, Nhật lại dựa trên cơ sở mẫu trụ 15x 30 cm hợp lý về mặt chịu lực thực tế. Quy trình xác ñịnh cường ñộ trong ñiều kiện nghiêm ngặt (ñiều kiện dưỡng bộ, bề mặt mẫu, số lượng mẫu, cách lấy mẫu trong hỗn hợp, cách gia tăng tải…) và giá trị cường ñộ là kêt quả sự kết hợp các giá trị chịu lực cực hạn và tính xác suất của kết quả thử. Cách ñánh giá cường ñộ qua các bước sau: - Lấy mẫu thử hỗn hợp bê tông, dưỡng hộ trong ñiều kiện tiêu chuẩn. - Tác dụng lực ñể xác ñịnh giá trị cực hạn của cường ñộ từng mẫu bê tông (Ri). - Tính các giá trị xác suất: n Rn− =∑n: số lượng mẫu thử. R i i Cường ñộ trung bình: 1, m n 2 ∑ R R ( ) − = 1 i Hệ số lệch chuẩn: i m Sn R S Hệ số tán: R CR == 1 V m = - Xác ñịnh cường ñộ tiêu chuẩn theo công thức sau: 18 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com RTC= Rm (1-1,64 Cv) R Cường ñộ tính toán: ( 1) TC R K TT = 〉 K K- Hệ số an toàn xét tới sự bất lợi do tính không ñồng nhất hay không ổn ñịnh trong thi công, loại bỏ tác ñộng bất lợi tạo ra mẫu kém phẩm chất (thường hệ số K≈ 1,3 và bê tông mác cao thì hệ số K≥1,3 và bê tông mác rất cao thì hệ số K thường lớn hơn nữa). Cv- Hệ số biến sai nói lên sự biến ñộng về số liệu cường ñộ của mẫu và cường ñộ trung bình của lô mẫu. Bên trong thì hệ số Cv biểu hiện trình ñộ thi công, mức ñộ ổn ñịnh trong chế tạo bê tông. Công nghệ càng cao và ổn ñịnh thì hệ số Cv càng nhỏ. Các quy trình ñều quy ñịnh giới hạn của Cv và với mác càng cao thì hệ số Cv ñòi hỏi càng giảm (ñây là vấn ñề khó ñạt ñược ở Việt Nam nếu chúng ta không có công nghệ bê tông mạnh và ñồng bộ) và sự tác ñộng của vật liệu bê tông tới công trình càng lớn. Khi sản xuất mác bê tông lớn hơn M500, ñòi hỏi Cv< 0,125. Chú ý ở ñây hệ số 1,64 là hệ số xác suất ñảm bảo số lượng mẫu có cường ñộ lớn hơn cường ñộ trung bình ñạt 95% hay viết RTC= 0,795 Rm (khi lấy Cv= 0,125). ðể tiến hành so sánh khi cần thiết người ta phải tính ñổi cường ñộ mẫu lập phương và mẫu trụ tròn theo công thức:   R 1) 2 0,77 . ( 1000 10000 / ) m = − = ≈     R R R MPa kG cm Tru LP 0 R 0 R 2) 1,16 1,24 LT R= ⎟ (Tiêu chuẩn VN 3118- 93) Tru 3) RTrụ= (0,72⎟ 0,77)RLP; RLP: Cường ñộ mẫu lập phương ðể so sánh và phân loại sử dụng khái niệm cấp bê tông là giá trị cường ñộ chịu nén mẫu tiêu chuẩn. 2.4.2. Các loại cường ñộ của bê tông Các loại cường ñộ của bê tông ñược chỉ dẫn trong các quy ñịnh thiết kế, ñược xây dựng trên cơ sở ý tưởng tính toán riêng biệt. Do vậy mỗi tiêu chuẩn lại có quy ñịnh khác nhau về số lượng, ñặc ñiểm của mỗi loại cường ñộ. Với sự hoàn thiện về mặt lý thuyết thì quy ñịnh về cường ñộ cần cụ thể tạo ra cơ sở ñể các tính toán thiết kế giống với sự làm việc thực của kết cấu. Cường ñộ ñược phân loại như sau: - Theo trạng thái giới hạn tính toán: + Cường ñộ tiêu chuẩn: RTC (trạng thái giới hạn 2,3). + Cường ñộ tính toán: RTT (trạng thái giới hạn 1). - Theo giai ñoạn tính toán: Với các kết cấu ñược tính toán thiết kế theo 2 giai ñoạn thi công và khai thác, cần xác ñịnh: + Cường ñộ giai ñoạn thi công. 19 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com + Cường ñộ trong giai ñoạn khai thác. Do ở giai ñoạn thi công vật liệu bê tông bị khai thác sớm mà trong giai ñoạn khai thác cường ñộ vẫn phát triển cho tới giá trị lớn nhất. Do vậy trong giai ñoạn thi công khi ñem tính toán cường ñộ bê tông bị chiết giảm 10%. Khi thiết kế thành phần bê tông cường ñộ bê tông yêu cầu tối thiểu ñạt ñược là 1,15 Rb. - Theo ñiều kiện khai thác: Cường ñộ bị chiết giảm thông qua hệ số ñiều kiện làm việc (m) do sự bất lợi của môi trường, hay tính chất khai thác. - Theo thời gian khai thác bê tông bị bão hoà (chỉ dùng ñể kiểm ñịnh lại công trình). - Theo tính chất xâm thực và tác ñộng của môi trường, xác ñịnh cường ñộ theo ñiều kiện bão hoà nước hoặc bị ăn mòn. - Khi thiết kế kết cấu cần xem xét trạng thái làm việc ñể xác ñịnh các loại cường ñộ sau: + Cường ñộ chịu nén (Rn): Chủ yếu là cường ñộ mẫu lăng trụ và lập phương. Loại cường ñộ mẫu trụ thích hợp với kết cấu mảnh, dạng hộp. + Cường ñộ chịu uốn (Ru): Thực chất là cường ñộ chịu nén khi uốn phá hoại mẫu. + Cường ñộ chịu kéo (Rk): Thử nghiệm trên các mẫu kéo trực tiếp (ít sử dụng). + Cường ñộ cắt trượt khi uốn (Rc): ðể kiểm tra ứng suất tiếp. + Cường ñộ chịu ứng suất nén chủ và kéo chủ. + Cường ñộ chịu mỏi Rm (khi p< 0,1)) Rnc, Rkc. Cường ñộ nén, uốn cực hạn Rn, Ru: ñể tính trong trường hợp khi bê tông chịu ép mặt, chịu nén tại mối nối. Ngoài ra các tiêu chuẩn còn ñưa ra các cường ñộ tiêu chuẩn và tính toán chỉ tính riêng cho trạng thái giới hạn và phân rõ ràng cường ñộ tính toán theo giai ñoạn thi công hoặc giai ñoạn khai thác. 2.4.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới cường ñộ của bê tông 1- Ảnh hưởng của tỉ lệ N/X: Quan hệ N/X và cường ñộ của bê tông là quan hệ ñặc trưng trong mọi cách chế tạo hỗn hợp bê tông nặng. Tỷ số N/X còn biểu hiện phối hợp tác ñộng của hàm lượng lỗ rỗng tạo thành trong bê tông. Quan hệ N/X và Rb tuân theo ñịnh luật Abram: “Cường ñộ của bê tông tỷ lệ nghịch với tỷ lệ của hàm lượng nước và xi măng trong hỗn hợp”. Quan hệ này ñã ñược Feret và Abram trình bày trong các ñịnh luật về bê tông. Quan hệ giữa Rb và tỉ lệ N/X có thể xem từ công thức Bôlômay- Ckrămtaep. b x 0,5 X   = ±     R ARN Trong ñó: A- Hệ số cốt liệu (0,4 ⎟ 0,65) tuỳ thuộc vào loại cốt liệu, chất lượng cốt liệu và phương pháp thử cường ñộ xi măng; Rx- Mác xi măng, daN/cm2. 20 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Như vậy ñiểm mấu chốt ñể tăng cường ñộ bê tông là giảm lượng nước ñến cực tiểu bằng cách lựa chọn sao cho tỷ lệ N/X là thấp. Ngoài ra có thể dùng các loại phụ gia siêu dẻo giảm nước (có thể giảm từ 15 ⎟ 40% lượng nước), như vậy tỉ lệ N/X chỉ còn từ 0,35 ⎟ 0,45 với bê tông thường và tỷ lệ 0,35 NX〈 với bê tông cường ñộ cao. Cường ñộ và lượng xi măng: Khi Rx lớn với cùng lượng xi măng cố ñịnh có thể ñạt ñược cường ñộ bê tông cao hơn khi dùng Rx thấp. Tuy nhiên Rx cũng chỉ nên bằng (1,1- 1,4) Rb. Với bê tông chất lượng cao do công nghệ và thành phần ñược cải tiến có thể ñạt ñược Rb≥ Rx. 2- Chất lượng cốt liệu: Vấn ñề ñảm bảo chất lượng cốt liệu chưa thực sự ñạt ñược ở nước ta. ðể tăng hoặc giảm cường ñộ bê tông thì tỷ lệ C/ð có ảnh hưởng khá rõ ràng. Cần sớm công nghiệp hoá khâu chế tạo cốt liệu ñể quản lý ñược chất lượng cốt liệu. 3- Mức ñộ sử dụng phụ gia: siêu dẻo ngoài tác dụng giảm nước còn chống vón cục hạt xi măng có thể cho khả năng tăng cường ñộ khoảng 10⎟ 30%. Hàm lượng phụ gia cần ñược xác ñịnh thông qua các mẻ trộn thử tại các phòng thí nghiệm hợp chuẩn. 4- Các phụ gia Silíc siêu mịn: Có tác dụng tốt ñể tạo thành bê tông cường ñộ cao, cường ñộ tăng 30⎟ 70% so với bê tông truyền thống. ðể tăng cường ñộ bê tông nên sử dụng tổng hợp các biện pháp trên. ðể tiện sử dụng và bảo ñảm chất lượng hiện nay ở Châu Âu và Mỹ ñã pha sẵn phụ gia muội silíc vào xi măng nhà máy. Các loại xi măng này ñược gọi là xi măng siêu cường ñộ. Hàm lượng MS từ 5-20% và có cường ñộ từ 100-200Mpa. Bê tông sử dụng loại xi măng MS có thể có cường ñộ từ 100-200Mpa. CÂU HỎI ÔN TẬP 1. Cấu trúc vi mô của bê tông; 2. Các giai ñoạn hình thành cấu trúc và các yếu tố ảnh hưởng; 3. Cường ñộ của bê tông xi măng và các yếu tố ảnh hưởng ñến cường ñộ. 21 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com CHƯƠNG 3 BÊ TÔNG CƯỜNG ðỘ CAO SIÊU DẺO (BÊ TÔNG CƯỜNG ðỘ CAO THẾ HỆ 1) 3.1. Tổng quan Bê tông siêu dẻo cường ñộ cao có thể ñược coi là loại bê tông cường ñộ cao thế hệ thứ nhất (năm 1988) ñược sử dụng ở Việt Nam. Bê tông siêu dẻo có cường ñộ cao là loại bê tông có ñộ sụt từ 8⎟20cm và trong thành phần có sử dụng phụ gia siêu dẻo tỷ lệ N/X= 0,4- 0,35 có thể ñạt ñược R= (1- 1,2) Rx và có cường ñộ sớm (có R3 ≈R28 ). Việc sử dụng phụ gia hoá dẻo cho xi măng và bê tông ñược bắt ñầu từ lâu và hiện nay càng phổ biến nhất là các nước công nghiệp phát triển. Phụ gia ñược cho vào hỗn hợp bê tông với một lượng nhỏ (thường từ 0,2- 2% theo lượng xi măng dùng trong bê tông) nhằm nâng cao phẩm chất sử dụng cải thiện các tính năng kỹ thuật của vữa xi măng và bê tông. ðến nay, việc nghiên cứu và sử dụng phụ gia có một quá trình kéo dài hơn một thế kỷ: bằng phát minh dành cho việc tìm ra loại phụ gia hoá học ñược cấp vào năm 1885. Tuy nhiên, các phụ gia hoá học chỉ thực sự ñược phát triển mạnh mẽ từ những năm 50 của thế kỷ 20 và ngày càng trở thành yếu tố quan trọng trong công nghệ xây dựng và sản xuất cấu kiện ñúc sẵn ở những nước phát triển. Trong những năm 1970, ở Nhật Bản có tới 80% sản lượng bê tông sử dụng phụ gia hoá học, ở Mỹ là 65%, Canada là 90%, Úc là 70%... Ở nước ta, phụ gia hoá học mới chỉ ñược sử dụng tất hạn chế. Chủ yếu là các công trình lớn do nước ngoài viện trợ. Ví dụ như: Công trường thuỷ ñiện Thác Bà ñã dùng phụ gia hoá dẻo SSB của Liên Xô (cũ), công trường thực nghiệm Hà Nội sử dụng Clorua- can xi làm phụ gia ñông rắn nhanh. Năm 1987, phụ gia hoá dẻo ñã từ bãi thải giấy sản xuất bằng phương pháp kiềm ñã ñược sử dụng ổn ñịnh ở thuỷ ñiện Sông ðà. Việc nghiên cứu và chế tạo phụ gia cũng ñược phát triển mạnh trong các trường ðại học, Viện nghiên cứu khoa học trong mấy năm gần ñây như phụ gia: Benít 0, Benít 3, KDT 2, siêu dẻo SD- 83, phụ gia dẻo PA và Puzơlit, phụ gia nở A.S.P… Phụ gia SD- 83 ñược giới thiệu như là những phụ gia dẻo ñầu tiên ñược chế tạo ở nước ta. Bê tông siêu dẻo có cường ñộ cao là loại bê tông có ñộ sụt từ 8- 20cm và có cường ñộ tuổi 7 ngày bằng khoảng 0,85 Rb, ở tuổi 28 ngày có Rb= 1-1,2 Rx. Loại bê tông có ñộ sụt lớn (siêu dẻo) thích hợp với công nghệ xây dựng cầu hiện ñại (công nghệ lắp ñẩy hoặc hẫng). Loại bê tông này hiện nay ñã ñược sử dụng phổ biến trên thế giới và bắt ñầu ñược sử dụng ở Việt Nam. 22 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 3.2. Cấu trúc của bê tông siêu dẻo cường ñộ cao 3.2.1. Cấu trúc của ñá xi măng không có phụ gia Hỗn hợp bê tông là hỗn hợp chứa các thành phần chủ yếu là xi măng, nước, cát, cốt liệu lớn. Khi nhào trộn các thành phần này với nhau, sẽ xảy ra các phản ứng thuỷ hoá giữa các chất cấu thành xi măng với nước, tạo nên các chất ngậm nước và trở thành hỗn hợp chất kết dính gốc trong hỗn hợp bê tông. Dung dịch liên kết các cốt liệu nhỏ (cát) tạo nên dung dịch hồ kết dính vữa xi măng (ñây là chất kết dính thứ cấp). Cuối cùng dung dịch hồ kết dính vữa xi măng lại chui vào kẽ hở của các hạt cốt liệu này và chúng tạo ra một cấu trúc hỗn hợp bê tông hoàn chỉnh. Tóm lại, người ta phân cấu trúc hỗn hợp bê tông thành các cấu trúc con: - Khung xương cấu trúc của cốt liệu lớn. - Cấu trúc vi mô của hồ kết dính vữa xi măng. Thành phần khoáng vật xi măng chủ yếu Bảng 3.1 XI MĂNG CLINKE % Hoá chất % Clinke Ký hiệu 65 ± 2 CaO 60 ± 10 Gradient Clinke 3CaO. SiO2 C3S 20 ± 2 SiO2 16 ± 10 2CaO. SiO2 C2S 6 ± 2 Al2O3 1 – 13 3CaO. Al2O3 C2A 3 ± 2 Fe2O3 0 – 16 4CaO. Al2O3. Fe2O3 C4AF Một số ñặc ñiểm trong cấu trúc vĩ mô của ñá xi măng: Các hạt xi măng khi thuỷ hoá, bao quanh các hạt là lớp nước và quá trình thuỷ hoá thực hiện dần từ ngoài vào trong bê tông, ngay tức khắc tạo lớp màng kết dính bao quanh hạt xi măng mà bản chất là liên kết ion giữa các phân tử hỗn hợp xi măng và phân tử nước tự do. Tuy nhiên lớp màng liên kết này lại cản trở sự xâm nhập của nước và cùng với thời gian, tính linh ñộng của nước và các phần tử xi măng giảm dần và do vậy làm chậm dần tốc ñộ thuỷ hoá. Lớp liên kết hạt xi măng – nước dầy dần cùng với lớp nước tự do bao ngoài hạt xi măng mỏng dần, thêm vào ñó có sự linh ñộng của các hạt xi măng. Phần do lớp màng gây tính nhớt cho các hạt, phần do tác ñộng của việc trộn hay tác ñộng cơ học có ñiều kiện gần nhau, dần dần hình thành liên kết, xoá bỏ ranh giới giữa các hạt xi măng. Màng xi măng nước bao quanh các hạt cốt liệu nhỏ và kéo chúng vào hình thành nên cấu trúc hồ kết dính vữa xi măng. Ta có thể mô tả tóm tắt cấu trúc vi mô của vữa xi măng trong hỗn hợp bê tông như sau: Các hạt xi măng liên kết với nước (loại liên kết ion) tạo nên lớp kết dính (bao quanh hạt và dày theo quá trình thuỷ hoá) làm cơ sở ñể liên kết các hạt xi măng với nhau (liên kết cơ học) xoá bỏ ranh giới các hạt và ñồng thời chúng còn liên kết cơ học với cốt liệu 23 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com nhỏ – cát tạo nên cấu trúc ion của vữa xi măng và ñây là cấu trúc ổn ñịnh, có tính chất cơ lý. Nhưng phản ứng thuỷ hoá vẫn tiếp tục xảy ra, do vậy trong cấu trúc vẫn còn tồn tại bộ phận lõi hạt là khối xi măng khan và không gian giữa các hạt xi măng liên kết là khoảng rỗng chứa nước. Do sự tích tụ các hạt xi măng là các hạt bên trong không thuỷ hoá nên thực ra ở tuổi 28 ngày chỉ có khoảng 32 – 40% hạt xi măng ñã thuỷ hoá vì vậy chỉ ñạt 40 – 80% cường ñộ. 3.2.2. Cấu trúc của bê tông khi sử dụng phụ gia siêu dẻo Ngày nay người ta không còn xem thành phần của hỗn hợp bê tông chỉ là xi măng, ñá, cát, nước, mà còn có thêm phụ gia. Phụ gia ñã trở thành thành phần quan trọng trong hỗn hợp bê tông hiện ñại và nó có tác ñộng ñến cấu trúc vi mô của bê tông. Khi cho phụ gia vào hỗn hợp thì phụ gia sẽ làm tăng ñộ linh ñộng của các hạt xi măng, bằng cách tác ñộng làm tăng sự linh ñộng của dung dịch huyền phù bao quanh hạt xi măng và tăng tính nhớt của các hạt xi măng. Cơ chế tác ñộng của phụ gia là phân ly trong nước thành các nhóm phân cực mạnh (các nhóm hyñro cacbon (OH); (COOH); (CHO); nhóm sulsonic (HSO3)…) và gốc còn lại ở dạng cao phân tử, phân cực yếu. Các nhóm phân cực mạnh tác dụng vào dung dịch huyền phù làm tăng sự linh ñộng của nó, còn nhóm gốc cao phân tử có sức căng bề mặt càng bé hơn nước nên bị hấp thụ bề mặt các hạt phụ gia làm tăng tính nhớt của hạt. Ngoài ra người ta nhận thấy các phụ gia trên cơ sở axít lignosunfuric còn có tác dụng cuốn một lượng nhỏ không khí tạo ra các bọt bám xung quanh các hạt xi măng làm giảm diện tích tiếp xúc giữa các hạt giảm lực ma sát giữa các loại, dẫn tới tăng tính linh ñộng của hạt xi măng và khi hấp thụ lên mặt xi măng, nó sẽ kiềm chế tốc ñộ phản ứng thủy hoá. Mặt khác phụ gia siêu dẻo có thể cho phép giảm nước khoảng 10 – 20% vì vậy có thể tăng ñược cường ñộ khoảng 30%. Nói tóm lại, khi cho phụ gia siêu dẻo vào hỗn hợp bê tông sẽ làm tăng ñộ linh ñộng của dung dịch huyền phù và tăng tính nhớt của bề mặt các hạt xi măng giảm ñược lượng nước dùng, do ñó cải thiện ñược cấu trúc vi mô. Kết quả là giảm ñộ thấm, liên kết cao hơn với cốt liệu và cốt thép, cường ñộ cao hơn và nâng cao tuổi thọ của kết cấu công trình bằng BTCT. 3.3. Nguyên tắc của bê tông cường ñộ cao và tăng nhanh quá trình ñông rắn. Việc sử dụng phụ gia hoá dẻo cũng như siêu dẻo nhằm mục ñích tăng cường ñộ của bê tông hoặc giảm lượng xi măng. ðối với các công trình ñặc biệt lại ñòi hỏi sự cần thiết ñáp ứng yêu cầu cường ñộ cao và tăng nhưng quá trình ñông rắn (như ở sân bay, hải cảng…). Yêu cầu cường ñộ sớm là rất hợp lý với các cầu xây dựng theo phương pháp phân ñoạn mà ñây lại là cách thức công nghệ hiện ñại trong xây dựng cầu sử dụng (công nghệ ñúc ñẩy, ñúc hẫng) thi công phân ñoạn liên tiếp tại công trường, ñổ bê tông tại chỗ. ðiều ñó giúp cho ta tăng tiến ñộ xây dựng nhờ khả năng căng kéo cốt thép dự ứng lực, sớm giải phóng ván khuôn bệ ñúc của một phân ñoạn nhanh. Yêu cầu cường ñộ bê tông 24 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com sau 2 – 3 ngày phải ñạt ñược 70 – 80% cường ñộ của bê tông sau 28 ngày. Thực chất cường ñộ ñạt sớm ñược là phải gia tăng quá trình ñông rắn trong xi măng (giảm thời gian bắt ñầu ninh kết và kết thúc ninh kết). Lý do là bê tông bắt ñầu có khả năng chịu lực khi các liên kết keo của thành phần ngậm nước chuyển sang kết tinh. Như vậy các tác ñộng vào yêu cầu tăng cường ñộ sớm phải dựa trên cơ sở sự ảnh hưởng và tăng tốc ñộ phản ứng thuỷ hoá hay kích thích quá trình chuyển hoá nhanh từ dung dịch huyền phù sang dinh dịch keo và kết tinh. Nhưng ta cũng biết rằng, phản ứng thuỷ hoá thời gian ñầu rất mãnh liệt, sau ñó giảm nhanh do màng dịch thể C3AH6 không tan ñược sẽ ñầy dần, bao quanh các hạt xi măng, cản trở sự xâm nhập của nước. Do ñó rất khó tác ñộng làm tăng tốc ñộ phản ứng thuỷ hoá và người ta thường theo xu hướng tác ñộng vào sự chuyển hoá các dung dịch sang kết tinh nhanh. 3.3.1. Sự tác ñộng làm tăng nhanh ninh kết bên trong Quá trình thuỷ hoá của xi măng bắt ñầu từ dung dịch huyền phù quanh hạt xi măng sang dung dịch keo, sau tới quá trình kết tinh. Các nguyên tắc cơ bản ñể tăng quá trình chuyển hoá trên. - Nguyên tắc tác dụng vào dung dịch huyền phù làm nó chóng chuyển sang dung dịch keo và chuyển sang kết tinh. - Cho vào chất có khả năng kiềm chế sự hoà tan của các sản phẩm của quá trình thuỷ hoá xi măng (Ca (OH)2 hay C3AH6) làm giảm sự linh ñộng của các phần tử nước do giảm bớt không gian chuyển ñộng, vả lại các chất không hoà tan này thường nặng, thắng ñược ái lực ñiện của phân tử phân cực nước, dễ tiến lại gần nhau và liên kết keo với nhau, dần dần thành các cụm liên kết lớn, làm chuyển nhanh sang dung dịch keo. - Chất cho vào có khả năng tác dụng với sản phẩm xi măng thuỷ hoá hay bản thân thành phần xi măng, tạo ra các sản phẩm là các phần tử hơn khó tan hay có các thành phần tương tự như các sản phẩm thuỷ hoá nhưng mang lại hiệu quả tốt hơn cho quá trình chuyển hoá. - Tăng ñộ hoà tan của thành phần CSH lý do là ñiều này làm giảm ái lực ñiện giữa các sợi CSH trong dung dịch huyền phù (do các sợi CSH mang ñiện cùng dấu ñẩy nhau). Các nguyên tắc trên có thể xem như là các nguyên tắc xuất hiện pha kết tinh sớm. Một vấn ñề liên quan là các sản phẩm thuỷ hoá CSH, C3AH6 tạo ra các cường ñộ liên kết dính trong hỗn hợp bê tông, nhưng thời gian liên kết của chúng lại khác nhau. C3AH6 kết tinh sớm, còn khi ñó CSH vẫn ñang tồn tại ở thể keo rất lâu, làm cường ñộ phát triển từ từ. Do vậy một mấu chốt ñể tăng cường ñộ sớm làm nhanh chuyển hoá liên kết keo của CSH sang kết tinh (dẫn tới 2 khái niệm cường ñộ sớm làm nhưng quá trình ninh kết tưởng ñồng nhất, nhưng vẫn có ñiểm riêng biệt. Nó tăng nhanh quá trình liên kết tất yếu tăng cường ñộ sớm, nhưng nó chủ yếu tác ñộng vào quá trình kết tinh). Và nguyên tắc tăng nhanh quá trình chuyển hoá từ liên kết keo sang kết tinh là tăng nhiệt 25 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com trong dung dịch keo. Tuy nhiên tăng nhiệt ñộ tới giới hạn ñể khônglàm phá vỡ liên kết keo (với hỗn hợp bê tông thường Tmax = 650C và không ñược tăng ñột ngột). Nguyên tắc này ñược xem như nguyên tắc ñẩy mạnh quá trình hoá hoàn toàn sang pha kết tinh. Có thể lấy ví dụ các chất cho theo nguyên tắc làm xuất hiện pha kết tinh sớm. Theo nguyên tắc ñầu tiên, như các chất thạch cao CaSO4. 2H2O Hydro – Aluminat Canxi CaOAl2O3. 6H2O (là các chất không có khả năng phân ly, không tác dụng với sản phẩm của quá trình thuỷ hoá). Theo nguyên tắc tác dụng hoá học với sản phẩm thuỷ hoá hay các thành phần của hạt xi măng. Các chất này thường là dạng muối (chủ yếu là muối của axít mạnh, bazơ yếu, hay của axít yếu – bazơ mạnh) có khả năng phân ly thành ion trong nước như: CaCl2, FeCl2, Fe2(SO4)3, FeSO4, AlCl3, Al2(SO4)3, Fe(NO3)2 (axít mạnh – bazơ yếu) hay: NaAlO2, Na2SO3… (của axít yếu – bazơ mạnh). Nếu là muối của axít mạnh – bazơ yếu thì thường hay có phản ứng của cation kim loại với các sản phẩm thuỷ hoá tạo nên chất khó tan và chất kích thước như: Fe+3 + 3H2O = Fe(OH)3 ↓ + 3H+ Hay: Ca+2 + Fe+3 + 8(OH)- → Ca(FeO2)2nH2O↓ + (4 – n)H2O Ca+2 + Fe+3 + 12(OH)- → 3CaO.Fe2O3. 6H2O Hay FeCl3, Fe(SO4)3 tác dụng với Ca(OH)2 tạo thành các sản phẩm phức tạp như: 3CaO.Al2O3.Fe2O3.3CaSO4.31H2O… khó tan ñã lắng (thực chất ñây là phản ứng giữa các ion). Khi sử dụng muối axít yếu – bazơ mạnh có phản ứng anion gốc axít với các sản phẩm muối axít yếu – bazơ với các sản phẩm thuỷ hoá tạo nên chất khó tan như NaAlO2. 2Na- + 2AlO3 + 4Ca+2 + 8(OH)- + 11H2O = Ca3(AlO2).Ca(OH)2.13H2O + 2Na- + 2OH- (Ca3(AlO2).Ca(OH)2.13H2O) dễ kết hợp với các chất trong dung dịch huyền phù tạo nên liên kết keo sớm và nhanh kết tinh). Hay các loại muối gốc SiO2-2 khi phân gốc axít Silicat (SiO3)-3 kết hợp với nước tạo nên các gốc axít (H2SiO2)-2; (H3SiO4)-2 tác dụng với CaO.Al2O3… tạo nên chất nặng khó tan. Theo nguyên tắc 3 thường có các chất muối axít mạnh, bazơ mạnh như: NaCl, KCl, NaNO3, Na2SO3. Nguyên tắc tăng tốc ñộ thuỷ hoá ở giai ñoạn ñầu: Nhiệt ñộ kích thích tốc ñộ của quá trình thuỷ hoá. Ta biết rằng phản ứng thuỷ hoá có toả nhiệt, tổng lượng nhiệt một phần bị toả ra môi trường, một phần tác ñộng vào hỗn hợp bê tông, biểu hiện ở nhiệt ñộ hỗn hợp. Nhiệt ñộ trong hỗn hợp mà tăng lên, làm tăng sự linh ñộng của các phần tử nước và tăng khả năng thâm nhập vào hạt xi măng, lượng xi măng thủy hoá sẽ tăng và nhiệt lượng toả ra nhiều hơn, và kích thích trở lại phản ứng thuỷ hoá. Nhưng tác ñộng của nhiệt ñộ tới phản ứng thủy hoá chỉ ở giai ñoạn ñầu khi màng dịch thể C3AH6 chưa dày ñể kiềm chế phần tử nước. Việc tăng tốc ñộ phản ứng 26 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com thuỷ hoá làm tăng nhanh sự chuyển hoá dung dịch quanh hạt, dẫn tới ninh kết sớm, ñược thực hiện nhờ sự sử dụng ñiều chỉnh nhiệt ñộ trong hỗn hợp theo hướng sau: - Cho hỗn hợp chất phụ làm tăng lượng nước liên kết hoá học, dẫn tới tăng nhiệt lượng trong hỗn hợp (ví dụ: CaCl2, FeSO4) nhưng các chất này chỉ kích thích toả nhiệt trong giai ñoạn ñầu mà không làm thay ñổi tổng nhiệt lượng toả ra. - Tác ñộng nhiệt bên ngoài (làm thay ñổi tổng nhiệt lượng). - Giữ nhiệt do phản ứng thuỷ hoá tạo ra, trách sự toả nhiệt trong môi trường. - Tăng nhiệt lượng toả ra nhờ sử dụng xi măng: Aluminat (hàm lượng Al2O3 chiếm 40%: nhiệt chủ yếu do thuỷ hoá 3CaOAl2O3 (C3A) tạo ra). Sử dụng ảnh hưởng của nhiệt ñộ vào hai mục ñích chính: - Tăng thời gian ninh kết nhờ tăng tốc ñộ thuỷ hoá hạt xi măng. - Tăng cường ñộ sớm nhờ ảnh hưởng của nó làm tăng nhanh chuyển hoá CSH từ phía keo sang pha kết tinh. Nói tóm lại, yếu tố nhiệt chỉ làm thay ñổi tốc ñộ phát triển cường ñộ bê tông mà không làm thay ñổi cường ñộ cuối cùng của bê tông. 3.3.2. Sự tác ñộng làm nhanh ninh kết và phát triển cường ñộ từ bên ngoài. Dựa trên lý luận về ảnh hưởng của nhiệt ñộ, nhưng việc ñiều chỉnh trong hỗn hợp bê tông ñược thực hiện từ bên ngoài. Các ñiều chỉnh dựa trên cơ sở giữ nhiệt toả ra môi trường hay dưỡng hộ nhờ nhiệt. 3.3.3. ảnh hưởng của tác dụng hỗn hợp ñáp ứng ñồng thời tính linh ñộng và cường ñộ cao sớm. Thực chất nói ñến linh ñộng của các hạt xi măng ở ñây là nói tới ñáp ứng yêu cầu tăng cường ñộ hay ñộ sụt hoặc cả hai yêu cầu. Việc ñáp ứng ñồng thời tính linh ñộng và cường ñộ sớm ñược thực hiện theo hai hướng: + Sử dụng các tác nhân ñiều chỉnh nhiệt bên ngoài ñể tăng cường ñộ và kết hợp sử dụng phụ gia tăng ñộ linh ñộng. + Sử dụng hỗn hợp chất phụ gia (chất phụ gia tăng tính linh ñộng và phụ gia tăng nhanh ninh kết). Ngoài ra còn trường hợp sử dụng phụ gia làm kéo dài thời gian ninh kết phục vụ cho thi công, ñể tránh kéo dài quá mức, lại sử dụng phụ gia tăng nhanh ninh kết, hoàn toàn có thể sử dụng hỗn hợp chất phụ gia ñể ñáp ứng ñồng thời các yêu cầu trên và chúng coi gần như ñộc lập tác dụng với nhau. Nhiều trường hợp phụ gia tăng dẻo, làm dẻo ảnh hưởng gây ra bởi phụ gia ninh kết ninh, gây giảm cường ñộ. 27 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 3.4. ảnh hưởng của phụ gia siêu dẻo ñến tính chất cơ lý của bê tông ðể nghiên cứu sự ảnh hưởng của phụ gia siêu dẻo ñến các tính chất cơ lý của bê tông, người ta tiến hành một số thí nghiệm với mẫu không và có phụ gia. Yêu cầu cường ñộ bê tông 400, R3 = 0,7Rb, R7 = 0,85Rb. 3.4.1. Thí nghiệm Mẫu thử ñược chế tạo theo nguyên tắc lượng xi măng dùng không thay ñổi, thay ñổi tỷ lệ N/X và dùng phụ gia siêu dẻo. - Vật liệu: + Xi măng Poóc lăng PC40 (Rx = 400). + Phụ gia Sikament R4, theo tiêu chuẩn C494 – 81 loại G, với liều lượng 1 lít/ 100 xi măng. Có ñặc ñiểm màu nâu xẫm, tỷ trọng 1,139 kg/l. + Cốt liệu thô (ñá): ñá vôi nghiền, ñường kính lớn nhất: 20mm với thành phần và ñường cong cấp phối cho theo bảng 3.2, hình 3.1. + Cốt liệu mịn (cát): cát sông tự nhiên, với thành phần và ñường cong cấp phối cho ở bảng 3.3, hình 3.2. + Nước: nước máy sinh hoạt. - Mẫu thử 1: Không có phụ gia (mẫu K), với 360 kg xi măng tỷ lệ N/X = 0,6. ðộ sụt yêu cầu 5cm. - Mẫu thử 2: Mẫu không có phụ gia loại Sikament loại R4, liều lượng 1/100kg xi măng (mẫu C), với 360 kg xi măng tỷ lệ N/X = 0,48 (bớt nước 20%). - Mẫu thử 4: Thiết kế theo TCVN có phụ gia, ñộ sụt từ 10 – 12cm xác ñịnh cấp phối hạt và các chỉ tiêu khác theo tiêu chuẩn của Mỹ ASTM, bớt nước 20% so với mẫu 3 – 6. Thành phần hạt thô (ñá vôi) Theo tiêu chuẩn ASTM (Mỹ) Bảng 3.2 Cỡ sàng (MM) Lượng lọt sàng (%) 25 100,00 19 94,08 12,5 62,45 9,5 62,45 4,75 8,87 Khối lượng riêng: 2,7 g/cm2 Thành phần hạt cát Bảng 3.3 Cỡ sàng (MM) Lượng lọt sàng (%) 9,50 100,00 4,75 97,08 28 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 2,36 85,66 1,18 62,29 0,30 14,61 0,15 3,22 Khối lượng riêng: 2,61g/cm2 3.4.2. Kết quả thử nghiệm Thành phần vật liệu ñược kiểm tra theo TCVN và ASTM. Kết quả ghi trong bảng 3.2, 3.3, 3.4. Các kết quả ghi trong bảng 3.4 ñược thiết kế theo tiêu chuẩn Mỹ (mẫu 1-0 và 3 – 0) và TCVN có phụ gia (mẫu 2 và 4), trong hai mẫu này thông thường cho thấy thiết kế theo ASTM cho kết quả lượng ñá ít khoảng 10% và lượng cát tăng khoảng 10 – 15%. Tiến hành ño tốc ñộ giảm sụt kéo dài ñộ sụt của các mẫu có phụ gia kéo dài rõ ràng. Trị số ñột sụt giảm từ 10 – 12cm. Thời gian giữ ñộ sụt thủ công 7 – 8cm là 30 – 45 phút. Sau khi trộn bê tông, thời gian này ñủ ñể thi công các dầm cầu dự ứng lực. Sự phát triển cường ñộ theo thời gian (bảng 3.7) của mẫu không phụ gia là R3, R7… R28 ứng với hệ số: 0,28 – 0,37, 0,6 – 0,7, 0,7 – 0,95; 1 của các mẫu có phụ gia là: 0,71; 0,72; 0,86; 0,96; 1,06; 1,16; Như vậy cường ñộ ở tuổi 3 ngày ñạt > 0,6R và 7 ngày R7 > 0,85R. Tuổi bê tông có ngày thứ 3 ñủ ñể kéo cốt thép dự ứng lực ở tuổi 7 ngày ñủ ñể tiến hành ñẩy các ñôi dầm theo mô ñun 7 ngày. Với yêu cầu R6 = 400 (theo ñịa hình Việt Nam). Các quy luật trên ñược trình bày ở hình 3.4, 3.5, 3.6 3.4.3. Kiểm tra trên kết cấu ñã xây dựng Các chi tiết thí nghiệm của bê tông siêu dẻo ñược áp dụng cho thực tế chế tạo các dầm cầu BTCT dự ứng lực của ngành GTVT, các kết quả chế tạo dầm ñược các Công ty tư vấn nước ngoài ñánh giá là ñạt chất lượng tốt. Kết quả ño cường ñộ và nén mẫu cọc dầm BTCT ñược ghi trong bảng “Kết quả ép mẫu RT dầm”. Các số liệu ñã ñược kiểm tra thông qua hệ số CV. Hệ số CV biến ñổi trong phạm vi nhỏ hơn 10% như vậy các số liệu trên có ñủ tin cậy. Tốc ñộ phát triển cường ñộ theo thời gian 0,8- 0,85 ở tuổi 7 ngày và cường ñộ tuổi 28 ngày bao giờ cũng lớn hơn 400kG/cm2. Nhận xét: Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy: Bê tông siêu dẻo có ñộ dẻo sau khi chế tạo là 10-20cm. ðộ sụt thi công là 7-8cm. Thời gian giữ ñộ sụt cao là 30-45 phút. 29 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Cường ñộ bê tông phát triển sớm ñủ cường ñộ tuổi 3 ngày và 7 ngày theo yêu cầu của công nghệ thi công cầu BTCT dự ứng lực nhịp sớm. 30 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Tỷ lệ hỗn hợp Bảng 3.4 Mẫu Kí hiệu Phụ gia Tỉ lệ hỗn hợp trong bê tông ð+ C/X C/ð+ C ð/ð+ C N/X X (kg) C (kg) ð (kg) N (kg) 1- O + Không phụ gia ðộ sụt cao 5,43 0,45 0,55 0,60 360 850 1050 210 2- P • Có phụ gia: Sikament R4- 1%X 5,43 0,45 0,55 0,48 360 850 1050 172 3- O x TCVN 5,04 0,35 0,65 0,42 370 650 1200 155,5 4- P ∆ Có phụ gia 5,04 0,35 0,65 0,38 370 650 1200 140,6 Sự giảm ñộ sụt theo thời gian Bảng 3.5 Thời gian trôi qua (phút) Sự giảm ñộ sụt của hỗn hợp bê tông (cm) 1-O 2- R 3- O 4- P 0 5,00 13,40 4,00 12,00 15 3,50 10,20 3,00 9,40 30 2,10 7,00 2,50 8,70 45 1,80 6,00 2,00 5,90 60 1,50 5,50 1,00 5,00 75 1,00 5,00 0,00 4,50 90 0,00 2,80 4,30 105 2,30 4,00 120 2,00 3,80 150 0,40 3,50 160 0,00 3,20 180 2,90 210 1,20 240 0,60 255 0,00 31 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Mẫu Kí hiệu Phụ gia Sự phát triển cường ñộ của bê tông theo tg (kG/cm2) 24h 3 ngày 7 ngày/TB 28 ngày 1- O Không phụ gia 82,00 79,00 80,00 80 0,20 173,00 162 178,00 171 0,43 238,00 242 245,00 242 0,60 276,00 289 283,00 283 0,71 2- P Có phụ gia 177,00 175,00 174,00 175 0,44 261,00 270 276,00 269 0,67 345,00 350 352,00 349 0,87 421,00 415 439,00 425 1,06 3- O Không phụ gia 145,00 152,00 150,00 148 0,37 206,00 215 219,00 213 0,53 301,00 304 310,00 305 0,76 380,00 386 378,00 381 0,95 4- P Có phụ gia 190,00 188,00 189,00 189 0,47 303,00 305 302,00 303 0,76 385,00 387 382,00 385 0,96 450,00 456 463,00 456 1,14 32 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Hình 3.1. Quan hệ Sn và thời gian Chú ý: - Bê tông không phụ gia ở thời gian 45 chỉ có thể có ñộ sụt 2 -3cm. Thi công khó - Bê tông có phụ gia siêu dẻo R4 ở 45 phút sau khi trộn có ñộ sụt từ 7-9cm Thi công dễ dàng. 33 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Hình 3.2. Sự biến ñổi cường ñộ với thời gian 34 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Hình 3.3. Sự biến ñổi Rb và Rx với thời gian 35 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Sự phát triển cường ñộ bê tông dùng xi măng Chinh Phong, Bỉm Sơn và các lo Loại xi măng Xi măng Chinh Phong (400kg/1m3) Xi măng B Phụ gia (%) 0.3 0.6 1 0.3 Ngày 3 7 28 3 7 28 3 7 28 3 7 28 3 Cường ñộ R 31.9 40.2 48.5 22.4 31.1 41.2 SiKa W 28.8 38.9 44.2 33.8 41.4 49.2 23.7 Sikament R4 30.2 39.1 46.6 R555- MBT 26.3 35.1 39.3 30.1 41.2 47.5 32.6 36 49.5 20.4 26.2 36 23.6 Mighty 90 RA - KAO 31.1 42.3 48.1 19.1 39 42.9 22.7 28.4 38.6 10.4 PA 95 - Cienco 1 29 41.9 46.4 28.7 37 48.7 22.1 36 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Mức ñộ giảm ñộ sụt Loại xi măng Xi măng Chinh Phong (400kg/1m3) Xi măng Bỉm Sơn (400kg/1m Phụ gia (%) 0.3 0.6 1 0.3 0.6 Mức ñộ giảm ñộ sụt (mm) 0' 30' 60' 0' 30' 60' 90' 120' 0' 30' 60' 90' 0' 30' 60' 90' 120' 0' 30' 60' 90' Plastiment F 130 70 200 125 100 90 Sika W 180 150 130 110 70 200 105 95 190 140 120 100 Sikament R4 205 140 110 90 R555 MBT 130 80 210 160 130 100 70 215 140 105 90 200 150 80 190 160 130 110 Mighty 90 RA - KAO 190 100 80 210 170 135 120 90 * 155 155 100 60 * 210 170 140 PA 95 - Cienco 1 130 70 160 50 170 120 100 70 37 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 3.4.4. Kết luận Từ kết quả nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm và ñược kiểm nghiệm trên các dầm BTCT ñã chế tạo ñề xuất các kết quả sau: 1. Vật liệu Vật liệu chế tạo theo yêu cầu ñặc biệt. ðặc biệt lưu ý bê tông phải gồm 4 thành phần: - ðá, cát phù hợp với TCVN hoặc các tiêu chuẩn quốc tế khác. Tốt nhất dùng ñá dăm, cát có Mk >2.5. - Xi măng PC 40, PC 50 theo TCVN hoặc loại I theo tiêu chuẩn ASTM. - Phụ gia siêu dẻo Sika, phecmal, có thể dùng phụ gia siêu dẻo do Việt Nam chế tạo, song cần kiểm tra lại ñộ ổn ñịnh của sản phẩm phụ gia. Liều lượng khoảng 1.2 - 2.4 lít cho 1m3 theo lượng xi măng sử dụng cho 1m3 bê tông. - Thành phần dẻo bê tông ñược thiết kế theo TCVN hoặc tiêu chuẩn theo yêu cầu công trình. 2. Công nghệ chế tạo Chế tạo bê tông theo công nghệ bê tông bình thường. Chỉ lưu ý sử dụng ñúng chủng loại và lượng phụ gia thích hợp. Số lượng dầm chấn ñộng chỉ cần 1/4 so với công nghệ cũ, ưu tiên dùng loại dầm có tần số cao. 3. Các ñặc tính của bê tông siêu dẻo cường ñộ cao sớm - Hỗn hợp bê tông (bể tông tươi): ðột sụt ban ñầu: 10-20 cm ðột sụt thi công: 7-8cm Tỷ lệ N/X: 0.38-0.41 Thời gian thi công : 30-45 phút - Bê tông: Tốc ñộ phát triển cường ñộ R3 ≥ 0.7 Rb R7 ≥ 0.85 Rb F28 ≥ 1.1 Rb - Với vật liệu Việt Nam có thể ñạt cường ñộ sau: R3 ≥ 280 kG/cm2 R7 ≥ 350 kG/cm2 R28 ≥ 400 kG/cm2 4. Phạm vi áp dụng Loại bê tông siêu dẻo cường ñộ chịu nén 40 ⎟50MPa có thể dùng ñể chế tạo các dầm bê tông cốt thép dự ứng lực thi công theo công nghệ hoặc hẫng, thời gian kéo cốt thép sau 3 ngày hoặc 7 ngày. 38 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Lưu ý các công trình cụ thể cần tiến hành các thí nghiệm ñể kỹ sư tư vấn có số liệu quyết ñịnh. Trên cơ sở các nghiên cứu trên khi thay ñổi loại phụ gia có thể thử nghiệm lại theo phương pháp trên ñể ñối chứng. CÂU HỎI ÔN TẬP 1. Tổng quan về bê tông siêu dẻo cường ñộ cao; 2. Cấu trúc của bê tông siêu dẻo cường ñộ cao; 3. Các giải pháp kỹ thuật nâng cao tính dẻo và cường ñộ của bê tông siêu dẻo cường ñộ cao. 39 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com CHƯƠNG 4 BÊ TÔNG CƯỜNG ðỘ CAO Kể từ khi xuất hiện xi măng, bê tông xi măng, việc sử dụng bê tông vào các công trình xây dựng là phổ biến có hiệu quả về yêu cầu kỹ thuật và kinh tế. Trong các công trình xây dựng giao thông như Cầu - ðường thì bê tông và bê tông cốt thép là vật liệu chính. Trong cầu bê tông cốt thép bê tông là vật liệu ñể chế tạo dầm cầu, trụ cầu, bản cầu và ñường ôtô. Với dầm cầu thì bê tông có mác 30MPa với kết cấu bê tông cốt thép thường và khoảng 40 MPa trở lên với kết cấu bê tông dự ứng lực. Với trụ cầu thì mác bê tông khoảng từ 25 ⎟ 30 MPa. Với kết cấu nhịp cầu thì mác bê tông khoảng từ 30 ⎟ 50 MPa. Với ñường ôtô thì mác bê tông có khoảng 20 ⎟ 50 MPa. Như vậy hiện nay nước ta ñang dùng bê tông có cường ñộ thấp ñể xây dựng các công trình lớn (mác tối ña là 70 MPa). Khi áp dụng các bê tông có cường ñộ cao có thể làm cho kết cấu ñược giảm nhẹ mà vẫn cho khả năng chịu lực của kết cấu ñạt yêu cầu thiết kế và khai thác. Bê tông cường ñộ cao ñược ký hiệu là BHP hoặc HPC* ñược dùng phổ biến ở Mỹ (nhà cao tầng) Nauy, Nhật Bản (công trình biển) Pháp, ðức, Anh, Trung Quốc, ... (cầu, ñường) và ở Việt Nam cũng ñang nghiên cứu và áp dụng. Bê tông cường ñộ cao ngày càng ñược sử dụng phổ biến, ñó là một thế hệ mới nhất của các vật liệu tạo ra kết cấu mới. Người ta gọi theo quy ước bê tông có cường ñọ cao là bê tông có cường ñộ nén ở 28 ngày ≥ 60 ⎟ 100 MPa. Trong thực tế nó tạo ra một gam bê tông mới có thể làm ñược trên công trường với cốt liẹu thông thường và vữa chất kết dính ñược cải thiện bằng cách dùng một vài sản phẩm tốt như chất siêu dẻo và muội Silíc. Loại bê tông mới này tạo ra cơ sở cho các kết cấu cầu, ñường, nhà kiểu mới ra ñời. Dưới ñây trình bày một cách tổng quan về các vật liệu này, ñi từ logic công thức bê tông và gắn các tính chất cơ bản với cấu trúc của chúng, thảo luận một vài vấn ñề mới, một vài ý dựa theo các kết quả của các thí nghiệm mới ñây. Sau ñó nêu một vài dự ñịnh có triển vọng về các việc áp dụng bê tông cường ñộ cao trong các lĩnh vực các công trình cầu ñường. Về chất lượng bê tông cường ñộ cao có chất lượng cao hơn bê tông thường về cường ñộ và ñộ bền lâu. Bê tông cường ñộ cao có giá thành khoảng 1.65 - 2 lần so với bê tông thường. 40 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 4.1. Tổng quan về bê tông cường ñộ cao 4.1.1. Nguyên tắc phối hợp thành phần của bê tông cường ñộ cao. Trong thực tế bê tông cần có ñộ dặc rất cao, vì ñó là ñặc ñiểm chính của cấu tạo bê tông. Ý kiến ñầu tiên của vật liệu bê tông là cố gắng tái tạo lại một khói ñá ñi từ các loại cốt liệu. ðộ ñặc chắc của hỗn hợp như vậy ñược tạo nên sẽ ñược ñiều hoà bởi dải cấp phối của nó, nghĩa là phụ thuộc vào ñộ lớn cực ñại của cốt liệu. Các hạt lớn, tuỳ theo yêu cầu cần sử dụng có giới hạn, thông thường kích cỡ của cốt liệu lớn khoảng 10 - 25mm. Các kích cỡ nhỏ do ñặc tính vật lý bề mặt gây nên sự vón tụ, tự nhiên của các hạt xi măng. Sự vón tụ của các hạt xi măng càng ít thì chất lượng của bê tông càng cao (về ñộ dẻo, cường ñộ...) Khi xi măng gặp nước, nó thuỷ hoá từ ngoài vào trong hạt xi măng tạo ra một lớp màng bao bọc lấy hạt xi măng, làm giảm tốc ñộ thuỷ hoá của các hạt xi măng. ðồng thời do hiện tượng vật lý bề mặt gây ra vón tụ của các hạt xi măng, tạo ra các cục xi măng lớn mà chỉ có ở lớp ngoài mới ñược thuỷ hoá, còn bên trong do bị lớp ñá thuỷ hoá bao bọc nên không thuỷ hoá ñược, làm giảm chất lượng của bê tông. Từ ñó người ta nghĩ ñến một sản phẩm siêu mịn, có ít phản ứng hoá học ñể bổ sung vào thành phần của bê tông. Lượng hạt này sẽ biễn tới lấp ñầy các chỗ trống mà các hạt xi măng không lọt vào ñược, ñồng thời với kích thước nhỏ hơn hạt xi măng rất nhiều nó bao bọc xung quanh các hạt xi măng và với ñặc tính không tác dụng với nước nó sẽ là lớp ngăn cách không cho các hạt xi măng vón tụ lại với nhau. Muội Silic (Mocrosilica) là một sản phẩm phụ của công nghiệp luyện kim, là sản phẩm ñáp ứng ñược yêu cầu trên. Ngoài ra, ñể hạn chế tỷ lệ rỗng trong bê tông thì tỷ lệ N/X hợp lý cũng là một vấn ñề quan trọng. Nếu nước trong bê tông mà lơn thì lượng nước thừa sau khi thuỷ hoá sẽ bay hơi ñể lại các lỗ rỗng. Do ñó, ñể thu ñược một loại bê tông chất lượng cao người ta hạn chế tỷ lệ N/X nhỏ hơn 0.35. Tất nhiên với tỷ lệ N/X thấp tức là tỷ lệ X/N cao dễ dàng ñạt ñược cường ñộ cao. Nhưng khi ñó tính công tác của bê tông sẽ thấp. ðể giải quyết ñộ sụt của bê tông ñạt từ 10-15 cm thì ta phải cho vào bê tông một loại phụ gia siêu dẻo. Thành phần tổng quát của bê tông cường ñộ cao sẽ là: Lượng dùng xi măng có thể biến ñổi trong khoảng từ 400 - 500 kg/m3; liều lượng muội Silic trong khoảng từ 5 - 15% trọng lượng xi măng; tỉ lệ N/X khoảng 0.25 - 035; tỷ lệ chất siêu dẻo từ 1 - 1.2 lít/100 kg xi măng. 4.1.2. Tác dụng của phụ gia siêu dẻo ðó là sản phẩm ñược chia ra thành 3 họ lớn là: của Naptalen Sunfonat và các nhựa Melamin, Poli cácboncilate. Chúng làm cho các hạt nhỏ trong bê tông 41 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com không vón lại (xi măng và các chất siêu mịn) bằng cách hút bám xung quanh từng hạt mịn. Do ñó chúng làm triệt tiêu ñược các lực hút ñể hình thành cục vón các hạt nhỏ. Hoạt ñộng này có tác dụng làm cho hồ xi măng dẻo hơn. Và như vậy người ta có thể giảm tỉ lệ N/X mà vẫn giữ ñược tính dễ ñổ tốt. Trong thực tế việc sử dụng chất làm tăng ñộ dẻo ñã dẫn ñến giảm tỷ lệ N/X mà giới hạn dưới của nó vào khoảng 0.25. Khi ñó cùng một loại xi măng có cường ñộ là 50 MPa và hệ số cỡ hạt K = 4.91 dự ñoán cường ñộ theo biểu thức của Feret cho cường ñộ bê tông vào khoảng 78 MPa. Với xi măng PC 30 có thể dự ñoán mác bê tông ñạt 60 MPa. 4.1.3. Hoạt ñộng của muội Silic trong bê tông 1. Tác dụng của muội Silic. Là sản phẩm phụ của công nghệ sản xuất Silíc, là một chất siêu mịn ñược sử dụng rộng rãi nhất, với kích thước từ 0.1 ∝m ñến vài ∝m, muội Silic có tác dụng kép về mặt vật lý và hoá học. ðầu tien nó có tác dụng lấp ñầu bằng cách xem vào giữa các hạt xi măng, cho phép làm giảm lượng nước mà tính dễ ñổ vẫn như nhau. Sau ñó chúng có tính chất Pozoolan bằng cách tác dụng với vôi có trong xi măng. ðể ñảm bảo không có sự vón tụ muội Silic khi trộn chất này vào trong bê tông, ta cần sử dụng cả chất tăng dẻo và chất làm chậm ñông cứng. 2. Muội Silic cải thiện chất lượng bê tông thông qua 2 cơ chế hoạt ñộng cơ bản sau: Cơ sở phản ứng Pozoolan và tác ñộng lấp ñầy các vi lỗ rỗng mà các hạt xi măng không vào ñược (lỗ rỗng gel của hố xi măng) do ñường kính hạt muội Silic chỉ khoảng 0.1∝m - 0.05∝m. Khi xi măng Poóc lăng (Portland) tác dụng với H2O hình thnàh 2 sản phẩm chính là CaO.2SiO2. 3H2O (Canxi Silicat hyñrat) và Ca (OH)2 (canxi hiñrôxit). 2(3CaO.SiO2) + 6H2O → 3CaO. 2SiO2. 3H2O + 3Ca(OH)2 (CHS+CH) Sản phẩm chính CSH là chất kết dính mạnh có tác dụng liên kết các thành phần của bê tông thành một khối. Sản phẩm yếu hơn CH không tham gia vào việc liên kết các cốt liệu nhưng lại chiếm một thể tích rất lớn trong khối bê tông (Chiếm khoảng 1/4 sản phẩm Hyñrat). Mặt khác CH còn có phản ứng với CO2 tạo thành một loại muối tan và thoát ra ngoài bê tông gây ra các lỗ rỗng, ñồng thời nó tạo ra môi trường kiềm hay ăn mòn cốt thép trong bê tông. Khi có muội Silic, nhờ có phản ứng Pozoolan, SiO2 tác dụng với CH tạo thêm ra sản phẩm CSH làm tăng thêm sự dính kết và làm giảm nhân tố gây ăn mòn. 2SiO2 + 3Ca(OH)2 + 3H2O → 3CaO. 2SiO2. 6H2O 42 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Là sản phẩm siêu mịn (cỡ hạt trung bình vào khoảng 0.10∝m, bằng 1/100 cỡ hạt xi măng). Muội Silic bao quanh các hạt xi măng, lấp ñầy các lỗ vi rỗng mà các hạt xi măng không lọt vào ñược. Do ñó khối bê tông trở nên ñặc chắc hơn, hình thành một môi trường gần như liên tục và ñồng nhất, làm tăng khả năng chịu lực và ñộ bền của bê tông (ñặc biệt là ñộ bền nước và ñộ bền nước biển). ðịnh lý Feret khi có tính ñến sự ñóng góp của muội Silic vào cường ñộ của bê tông thì cẩn phải có sự thay ñổi. Hiệu quả về mặt hoá học của muội Silic phụ thuộc vào lượng vôii tự do của bê tông, như vậy là phụ thuộc vào lượng xi măng. Vậy ta cần phải ñưa thêm số hạng S/X (Silic/XM) vào biểu thức cường ñộ qua một hàm số ∅ (S/X) nào ñó. Lúc này, ñịnh lý Feret cải tiến có dạng là: k R fV V 1S ⋅ c =+ c v e + ρ⋅     c 1X + + ϕ         Trong ñó: k - Hệ số cấp phối hạt; Rc - Mác thực của xi măng; ρ - Khối lượng thể tích xi măng; Vv và Ve lần lượt là thể tích lỗ rỗng và thể tích nước; X - Lượng xi măng; C - Lượng cát. Hàm số ∅ (S/X) ñược tính theo công thức sau: ∅(S/X) = 0.4[1- exp(-11S/X) Ngoài ra, chất phụ gia siêu dẻo cũng có một tác dụng giảm nước lớn tạo ra hiệu quả tăng cường ñộ bê tông. Như vậy, chất hoá dẻo làm tăng ñộ dẻo bê tông mà không tăng tỷ lệ N/X hoặc những rủi ro phân lớp, khống chế ñộ sụt của bê tông lâu dài, không phản tác dụng với cường ñộ của bê tông. 4.2. Các ñặc tính của bê tông Microsilica cường ñộ cao 4.2.1. Hoạt ñộng ở trạng thái còn ướt - tính dễ ñổ Mặc dù lượng dùng nước thấp hơn nhiều so với thông thường nhưng loại bê tông này luôn có ñộ sụt côn Abram vào khoảng 20 cm khi ra khỏi máy trộn. Sự tách li các hạt ñược cho phép bởi chất siêu dẻo, từ ñó ta thu ñược một loại bê tông chảy dưới tác dụng của trọng lượng với mức ñộ phụ thuộc vào ñộ nhớt của hỗn hợp. ðể giữ tính dễ ñổ trong thời gian dài có thể dùng thên chất làm chậm 43 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com ninh kết tuỳ theo yêu cầu sử dụng. Ngoài ra người ta nhận thấy rằng ở bê tông dùng muội Silic không có hiện tượng tách nước và phân tầng như ở bê tông thường. ðiều ñó ñược giải thích bằng tỉ lệ N/X thấp và sự có mặt của các hạt cực mịn trong bê tông cho phép bê tông ổn ñịnh ở trạng thái ướt. Do ñó bê tông ñảm bảo ñược ñộ ñặc và ñộ ñồng nhất của bộ xương cốt liệu, nó giúp cho bê tông có cường ñộ ngay khi còn ướt biên dạng co ngót, từ biến thấp. 4.2.2. Cường ñộ chịu nén ðây là tính chất quan trọng nhất của bê tông. Với các loại bê tông thông thường cường ñộ nén tối ña chỉ ñạt 50MPa, nhưng với liều lượng muội Silic phù hợp thì cường ñộ bê tông có thể tăng lên gấp ñôi. Thực tế hiện nay, với các loại cốt liệu tốt cùng với một liều lượng muội Silic hợp lý thì cường ñộ bê tông có thể tăng lên rất nhiều (có thể ñạt tới cường ñộ trên 140 MPa). Sự tăng cường ñộ trong bê tông chất lượng cao nhanh hơn nhiều so với bê tông thường. Cường ñộ chịu kéo cũng cao hơn nhưng thấp hơn tỷ lẹ thông thường, tức là RK có thể ñạt 40-60daN/cm2. Bê tông cường ñộ cao ñược dùng nhiều nhất ở Bắc Mỹ cho nhà cao tầng; Ở Pháp cho cầu ñường có quy mô lớn; Ở Úc và Nhật cho hầm và cầu lớn. Mác bê tông cường ñộ cao từ 70 MPa cho nhà 50-70 tầng; Mác 60-80 MPa cho cầu và hầm. Nhược ñiểm chính của loại bê tông này là giá thành tăng so với bê tông thường khoảng 10-20 USD/m3 bê tông. Trên cơ sở xi măng Việt Nam PC 30 và Chinh Phong PC40, cốt liệu ñá dăm, cát sông, bê tông có mác 60-70 MPa trên cơ sở công nghệ thông thường ñã ñược chế tạo tại trường ðại học Giao thông Vận tải Việt Nam. 4.3. Giới thiệu về muội Silic và phụ gia siêu dẻo 4.3.1. Muội Silíc Mô tả: Muội Silíc là một chất bộ Silic khô rất mịn ñược làm chặt, ñược chỉ ñịnh dùng ñể làm tăng cường ñộ nén và uốn của bê tông, tăng ñộ bền mài mòn của nước. Tác dụng: Muội Silic cải thiện phẩm chất của bê tông thông qua hai cơ chế: Các hạt Microsilica có khả năng lấp ñầy các vi lỗ rỗng giữa các hạt xi măng tạo nên một cấu trúc có ñộ thấm nước nhỏ hơn. Ngoài ra microsilica phản ứng với Hiñrôxits Canxi tự do ở bên trong bê tông ñể tạo ra thêm Silicat Canxi thuỷ hoá (dạng keo), tạo ra sẹ dính kết chặt chẽ hơn giữa hồ và cốt liệu. 44 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Các áp dụng tiêu biểu: Muội silic có thể ñược dùng ñể chế tạo bê tông có cường ñộ cao (ñến 80Mpa) và bê tông cường ñộ rất cao (ñến 150MPa) bằng vật liệu có sẵn ở ñịa phương và bằng các công nghệ ñang dùng. Nó cũng có thể ñược dùng trong bê tông ñúc sẵn có bê tông ứng suất trước có yêu cầu cường ñộ ban ñầu cao. Việc dùng Microsilica cũng cho phép sản xuất ra bê tông có ñộ kín cao hơn và ñộ thấm nước giảm ñi nhiều khi so với hỗn hợp thông thường. ðộ thấm giảm ñi là rất có lợi cho việc làm chậm sự xâm nhập của Clo ở nơi có ăn mòn cốt thép (Bản mặt cầu và công trình bê tông trong môi trường biển...). Muội Silic cũng tăng cường ñộ bền của bê tông chống xâm thực hoá học và mài mòn của nước. Lợi ích: - Cường ñộ tăng ñáng kể ở tất cả các tuổi. - Giảm ñộ thấm nước do hình thành các lỗ không hội tụ trong bê tông. - ðộ bền tăng lên. - ðộ kín nước ñược cải thiện. - ðộ bền chống mài mòn của nước cao hơn. - ðộ bền chống sunphát tăng và trị số thấm Clorit (PCPT) vào bê tông nhỏ (dưới 1.000 coulombs). Tỉ lệ pha trộn: Tỉ lệ pha trộn phải tính bằng phần trăm Microsilica trên trọng lượng của xi măng hoặc bằng số kg trên một m3 bê tông. Phạm vi thích hợp và tiêu biểu của tỉ lệ pha trộn là khoảng 5-15% Microsilica theo khối lượng xi măng. ðể chế tạo bê tông cường ñộ nén thấp hơn 60 MPa có thể dùng tro nhẹ, meta cao lanh hoặc tro trấu. Các loại phụ gia trên có thể dùng ñộc lập hoặc dùng kết hợp 2 hoặc 3 khoáng siêu mịn tuỳ theo yêu cầu về tính chất và giá thành. Thông thường là sử dụng kết hợp giữa MS và tro nhẹ. Dưới ñây giới thiệu một số phụ gia bê tông ñang ñược sử dụng hiện nay: *FORCE 10.000D PHỤ GIA BÊ TÔNG CHẤT LƯỢNG CAO Lợi ích: Cường ñộ tăng nhiều ở tất cả các tuổi ðộ thấm giảm ñi ðộ bền tăng lên ðộ kín nước ñược cải thiện ðộ bền chống mài mòn của nước cao hơn ðộ bền chống sunphát và A.S.R lớn hơn. 1. Mô tả: 45 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Force 10.000D là một chất bột mịn Silic khô ñược làm chặt, ñược chỉ ñịnh dùng ñể tăng cường ñộ chịu nén và uốn của bê tông, tăng ñộ bền mài mòn. 2. Thuật ngữ: Microsilic (Microsilica) ñược hiểu là muội Silic (Silic fume). Chất bột làm chặt cũng là chất bột ñược ñầm chặt. Force 10.000D là một sản phẩm Microsilic khô ñược làm chặt. Tác dụng của hai chất ñó ñối với các tính chất bê tông là tương ñương. 3. Tác dụng: Force 10.000D cải thiện phẩm chất của bê tông thông qua hai cơ chế. Các hạt Microsilic cực nhỏ có khả năng lấp ñầy các vi lỗ rỗng giữa các hạt xi măng, tạo nên một cấu trúc có ñộ thấm nước nhỏ hơn. Ngoài ra, Micróilic phản ứng với Hyñrôxit Canxi tự do ở bên trong bê tông ñể tạo ra thêm Silicat Canxi thuỷ hoá (dạng keo) tạo ra sự dính kết chặt chẽ hơn giữa hồ và cốt liệu. 4. Các áp dụng tiêu biểu: Force 10.000D có thể ñược sử dụngd dể chế tạo thường xuyên bê tông có cường ñộ bằng 600 daN/m2 và cao hơn trong hầu hết các trường hợp bằng vật liệu có sẵn ở ñịa phương và bằng các phương pháp ñang dùng. Nó cũng có thể ñược dùng trong bê tông ñúc sẵn và bê tông ứng suất trước có yêu cầu cường ñộ ban ñầu cao. Việc pha Force 10.000D cũng sản xuất ra bê tông có ñộ kín cao hơn và ñộ thấm nước giảm ñi nhiều, khi so sánh với hỗn hợp thông thường. ðộ thấm giảm ñi là rất có lợi trong việc làm chậm sự xâm nhập của Clo ở nơi nào có ăn mòn cốt thép, ví dụ như gara ñỗ ôtô, bản cầu và bê tông trong môi trường biển. Force 10.000D cũng tăng cường ñộ, ñộ bền của bê tông chống xâm thực hoá học và mài mòn của nước. 5. Số liệu về chất lượng: Thông tin chi tiế và các số liệu thử về chất lượng của Force 10.000D trong các áp dụng và sử dụng khác nhau ñược nêu trong bản tin kỹ thuật của Grace về phụ gia này. 6. Sự tương hợp với các phụ gia khác. Force 10.000D tương hợp với tất cả các chất cuốn khí, các phụ gia giảm nước, phụ gia siêu dẻo, phụ gia làm chậm ninh kết và chất ức chế ăn mòn DCL. Chỉ có chất tăng nhanh ninh kết không chứa Clo, như Daraset mới có thể ñược dùng với bê tông pha Force 10.000D. Tất cả các phụ gia phải ñược pha vào một cách riêng rẽ, ñể ñảm bảo phẩm chất của chúng ñã ñược nêu. Nên trộn các hỗn hợp thử và thử trước bê tông ñể tìm ñược tỷ lệ pha trộ tối ưu và bảo ñảm chất lượng cao nhất. 7. Quy ñịnh ñối với phụ gia Microsilic: 46 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Bê tông phải ñược thiết kế theo phương pháp thiết kế thành phần hỗn hợp ñược thừa nhận như "Thiết kế hỗn hợp bê tông thường" của tổ chức nghien cứu xây dựng, hoặc quy ñịnh về việc lựa chọn thành phần bê tông (AIC 211.1-85). Microsilic phải là Force 10.000D như ñược sản xuất bởi W.R.Grace &Co, hoặc ñược chứng tỏ là tương ñương. Nó phải ñược sử dụng theo ñúng các lời khuyên của nhà sản xuất. Tỷ lệ pha trộ của Force 10.000D ñược quy ñịnh theo giá trị ñạt ñược của các kết quả trộn thử ñối với vật liệu bê tông ñược ñề nghị. 8. Loại quy ñịnh: Phù hợp với các yêu cầu của ASTM C-311. 9. Tỷ lệ pha trộn: Tỷ lệ pha trộ Force 10.000D sẽ ñổi dựa trên các yêu cầu của việc áp dụng. Tỷ lệ pha trộ phải tính bằng phần trăm Microsilic trên trọng lượng của xi măng hoặc bằng số kg trên một mét khối bê tông, như phạm vi thích hợp và tiêu biểu của tỷ lệ pha trộn bằng 5 ⎟ 15% Microsilic theo khối lượng xi măng. Nếu không ñược quy ñịnh thì tham khảo ý kiến của người ñại diện của Grace ñối với nhu cầu công việc ñặc biệt của người sử dụng. 10. Phương pháp dùng: Hỗn hợp bê tông: Force 10.000D có thể ñược sử dụng ở trung tâm sản xuất bê tông hoặc máy trộn di ñộng. Force 10.000D phải ñược sử dụng phối hợp với phụ gia giảm nước (cả hai loại tăng dẻo thường và siêu dẻo như ñược chấp nhận bởi ASTM), ñể ñảm bảo tính dễ ñổ của hỗn hợp. Force 10.000D không ảnh hưởng ñến thời gian ninh kết của bê tông. Khi mong muốn kéo dài thời gian giữ ñộ sụt ñể vận chuyển và hoàn thiện... có thể dùng Force 10.000D với một chất siêu dẻo kéo dài ñộ sụt loại G theo ASTM C494 như Daracem 100 ñược sản xuất bởi W.R.Grace & Co, hoặc một chất tương ñương ñược chấp nhận. Hoàn thiện và bảo dưỡng các tấm: Bê tông có pha phụ gia Force 10.000D có thể ñược dùng trong các kết cấu phẳng hay có thay ñổi một chút hoặc không thay ñổi với quy trình kiến nghị ñược nêu trong ACU 302 "Hướng dẫn thi công sàn và tấm bằng bê tông" Phụ gia Force 10.000D sẽ làm giảm sự tiết nước trên mặt bê tông trong phạm vi áp dụng lớn. Phải làm theo ACI 308 "Quy trình chuẩn về bảo dưỡng bê tông" ñể ñảm bảo rằng bất cứ sự cố nào có thể xảy ra do ñộ tiết nước giảm ñi sẽ là ít nhất. Người ñại diện của Grace sẵn sàng xem xét nhu cầu công tác ñặc biệt là người sử dụng. Chế tạo hỗn hợp thử trước khi xây dựng: 47 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Các hỗn hợp như trên ñược chế tạo từ một và tuần trước khi bắt ñầu xây dựng. Việc ñó sẽ cho người sản xuất cơ hội ñể xác ñịnh quá trình tự trộ thích hợp và số lượng các phụ gia khác cần thiết ñể giao hỗn hợp bê tông theo yêu cầu cho công trường. Hỗn hợp thử cũng giúp xác ñịnh xe, tổ hợp vật liệu bê tông và quy trình xây dựng có cho phép bê tông thoả mãn chất lượng quy ñịnh không. Kinh nghiẹm rộng rãi của Grace về sản phẩm này có thể giúp người sản xuất bê tông giao ñược sản phẩm ñạt yêu cầu, bất kếthành phần của hỗn hợp là bao nhiêu. Cất giữ và phân phối: Force 10.000D rời có thể ñược cất giữ trong silô chứa xi măng, Silô phải hoàn toàn sạch, không có tạp chất còn sót lại làm bẩn Silô. ống dẫn lên Silô ñể dỡ tải ở các xe xitéc cũng sạch và không bị tắc. Các ñường ống bằng kim loại cứng chắc có ñường kính nhỏ (4ft) với nhiều góc (ñặc biệt là góc vuông) sẽ kéo dài thời gian dỡ tải. Các ống cao su mềm ñược lót phẳng có ñường kính lớn (6ft) cho thời gian dỡ tải nhỏ nhất. Sự phân phối Force 10.000D rời ñược tiến hành theo cùng cách thức ñược dùng cho xi măng. Quy trình thường dùng là cho phụ gia rơi từ silô vào thùng cân. Fore 10.000D ñóng trong bao tải phải ñược cất giữ ở nơi khô ráo, ñược bảo vệ. Sự phân phối thủ công bằng cách xé rách bao là phương pháp thông thường. Phải dùng mặt nạ ñơn giản ñể che bụi khi phân phối sản phẩm ñóng bao. Force 10.000D không ñược coi là nguy hiểm cho sức khoẻ. 48 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com ðóng bao: Force 10.000D ñược ñóng sẵn trong bao 25 kg. Việc giao phụ gia rời cũng có thể thực hiện theo các yêu cầu lớn. * MB-SF PHỤ GIA CÓ CHẤT KHOÁNG OXIT SILIC SIÊU MỊN 1. ðặc tính: MB - SF là phụ gia có chất khoáng oxit silic siêu mịn, nén chặt và khô dùng ñể sản xuất bê tông chất lượng ñặc biệt. Nó cải thiện tính ñông cứng của bê tông theo hai hướng. Trước hết, MB-SF là chất Pozoolan khi phản ứng hoá học với các thành phần trong bê tông sẽ làm tăng số lượng thành phần gel hyñrat silicat canxi, vì vậy làm tăng cường ñộ và tính chặt của bê tông. Thứ hai, MB - SF là chất khoáng siêu mịn, khi ñược cho vào bê tông sẽ lấp ñầy mọi khoảng hở giữa các thành phần xi măng và làm tăng mật ñộ cũng như ngăn nước cho bê tông. 2. Công dụng: MB-SF giúp cho việc sản xuất bê tông với những tính chất ñặc biệt sau: - Tăng cường ñộ bền vững lâu dài - Cường ñộ nén cao ñồng ñều - Bảo vệ bê tông chống lại sự ăn mòn. - Cường ñộ uốn cao hơn. - Chống lại sự co giãn thường xuyên. 3. Sử dụng cho: Tính giảm thấm của bê tông MB - SF ngăn chặn sự xâm nhập của nước, muối sunphát và các chất xâm thực sẽ bảo vệ bê tông và cốt thép chống lại sự ăn mòn và các chất có hại. ðiều này làm cho MB - SF trở thành một chất lý tưởng cho kết cấu móng, tầng hầm ñậu xe, trụ cầu, công trình biển và mọi kết cấu ñòi hỏi sự chống thấm cho bê tông. Do tính chất giãn nở và lấp các lỗ rỗng trong bê tông MB - SF cũng sẽ cung cấp một cường ñộ nén rất cao cho bê tông, tăng ñộ dẻo nên có thể giảm kích thước cấu kiện, tăng chiều dài nhip và cải thiện yếu tố kinh tế cho mọi công trình. Như các ưu ñiểm trên, MB - SF cũng cải thiện chất lượng cho các loại bê tông ñúc sẵn, bê tông ứng suất trước và bê tông trộn sẵn. MB - SF có thể ñược sử dụng với các loại xi măng Poóc lăng theo tiêu chuẩn ASTM, AASHTO hoặc CRD. Nó cũng ñược sử dụng chung với các loại phụ gia giảm nước mức ñọ cao như phụ gia Rheobuild của MBT. 49 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 4. Liều dùng: MB - SF ñược sử dụng với tỷ lệ 3 ⎟ 10% theo lượng xi măng phụ thuộc vào yêu cầu tăng cường ñộ hoặc chống thấm, liều lượng chính xác cho yêu cầu cường ñộ ñược xác ñịnh bằng thí nghiệm thực tế. Khi dùng cho bê tông dẻo, sử dụng liều lượng 3 ⎟ 5% theo trọng lượng xi măng. Liều lượng trên sử dụng cho hầu hết các hỗn hợp bê tông trộn bình thường. Tuy nhiên, sự thay ñổi ñiều kiện công việc hoặc vật liệu dùng nằm ngoài giới hạn trên, trong trường hợp ñó hãy liên lạc với ñại diện MBT tại ñịa phương. 5. Hướng dẫn sử dụng: MB-SF ñược tồn tại các trạm trộn tương tự như xi măng hay các vật liệu gốc xi măng khác. MB - SF ñược ñề nghị sử dụng cùng với các chất phụ gia giảm ñược mức ñộ cao của MBT ñề ñạt ñược khả năng làm việc tốt nhất khi vẫn duy trì tỷ lệ N/X thấp như mong muốn. 6. Mức ñộ ñông cứng: Thời gian ñông kết của bê tông phụ thuộc nhiều vào tính chất hoá học và vật lý của các chất có trong bê tông, nhiệt ñộ bê tông, ñiều kiện khí hậu và việc sử dụng các phụ gia hoá học. Nên trộ thử với các vật liệu thực tế ñể quyết ñịnh liều lượng tối ưu. 7. ðóng gói: MB - SF dựng trong bao 20kg * SIKACRETE - PPI PHỤ GIA BÊ TÔNG GỐC SILICAFUME 1. Mô tả: Sikacrete - PPI là loại phụ gia bê tông thế hệ mới dạng bộ, dựa trên công nghệ kỹ thuật Silicafume. 2. Ứng dụng: Sikacrete - PPI ñược sử dụng ñể tăng ñộ ñặc chắc, tuổi thọ và cường ñộ nén của bê tông. 3. ðặc ñiểm tính chất: Sikacrete - PPI chứa SiO2 hoạt tính có tác dụng làm tăng thành phần thuỷ hoá của xi măng trong quá trình ninh kết. Sử dụng Sikacete - PPI cải thiện các tính chất của bê tông như: - Tăng tính thi công trong một thời gian dài. - Hỗn hợp bê tông ñồng ñều hơn. - Tăng cao tuổi thọ của bê tông. - Tính bền sunphát cao. 50 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com - Tăng tính kháng Cácbonat hoá. - Giảm thiểu số ăn mòn của Clo. - Tăng cường ñộ ban ñầu và cường ñộ sau cùng cho bê tông. Sikacrete - PPI không chứa Clo hoặc các thnàh phần ăn mòn khác. Do ñó nó có thể dùng rất an toàn cho bê tông cốt thép và bê tông dự ứng lực. 4. Dữ liệu kỹ thuật: - Thành phần: Thành phần thuỷ hoá Polime cải tiến kết hợp với các hoạt chất. - Dạng: Bộ màu xám ñậm. - Tỷ trọng khô: γ = 0.6 ⎟ 0.8 kg/L. - Tồn trữ: Bảo quản trong ñiều kiện khô ráo, trong bao niêm kín, không bị rách. Sản phẩm sẽ lưu giữ ít nhất một năm. Sikacrete - PPI không bị ảnh hưởng bởi sương giá. - ðóng gói: 20 kg/bao. - Tính ñộc hại: Sản phẩm ñược Uỷ ban an toàn và sức khoẻ Thuỵ Sỹ xác nhận không ñộc hại. 5. Chuẩn bị cho mẻ trộn: Liều lượng: Nên sử dụng liều lượng Sikacrete - PPI là 5 -10% theo trọng lượng xi măng. ðối với bê tông thường: 1 bao Sikacrete - PPI (20kg) cho 1m3 bê tông. Chuẩn bị cho mẻ trộ bê tông: Sikacrete - PPI ñược thêm vào các thành phần khô của mẻ trộ tại trạm trộn trước khi cho nước vào. Nên trộn khoảng 90 giây ñể ñảm bảo Sikacrete - PPI ñược phân tán ñều khắp. Lượng nước trộn nên ñược ñiều chỉnh theo liều lượng Sikacrete - PPI và ñộ dẻo yêu cầu. Nếu cần thiết có thể dùng kết hợp trong mẻ trộ những loại phụ gia bê tông khác (Fro V5. Sika Retarder. Sika Anti Freeze). - Lưu ý quan trọng: Trong ñiều kiện thường, dùng ñúng loại cốt liệu, liều lượng 10 kg Sikacret - PPI 100kg xi măng ñủ ñảm bảo tháng với băng giá, thay ñổi thời tiết. ðối với cát xấu, nên thêm Fro V5 phụ gia tạo bọt vào mẻ trộn và trộn tử trước khi sử dụng ñại trà. - ðổ bê tông và bảo dưỡng: Bê tông sử dụng Sikacrete phải ñược ñổ và thi công giống như mọi bê tông thông thường khác có ñộ dẻo, ñộ sụt từ trung bình ñến cao. Nơi nào sử dụng Sikacrete - PPI thì hỗn hợp bê tông phải ñược chuẩn bị và ñổ ñúng theo những quy phạm thi công thông thường và phải có phương pháp bảo dưỡng ñúng mức ngay sau khi ñổ bê tông. Sikacrete - PPI là loại sản phẩm ñược chế tạo cho mục ñích sử dụng bê tông ñặc biệt. Nên liên hệ Phòng kỹ thuật cho những ứng dụng cụ thể. 51 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 4.3.2. Ph gia siêu d o 1. Sikament - 520 Mô tả: R4 là một chất siêu hoá dẻo có tác dụng làm chậm việc ñông cứng, dùng cho sản phẩm bê tông chảy ở khí hậu nóng và cũng là tác nhân giảm nước tạo cường ñộ sớm, ñược chế tạo theo ASTM C494 nhóm G. Ưu ñiểm: 520 cung cấp một số các tính chất sau: - Như một chất hoá dẻo: có hiệu quả cao mà không gây ra những rủi ro phân lớp, khống chế ñộ sụt của bê tông lâu dài, không gây ra tác dụng phụ với chất lượng của bê tông. Khối lượng rieng từ 1.2 - 1.22 g/cm3. - Như là một chất giảm nước: cường ñộ của bê tông tăng sớm một cách ñáng kể, giảm nước ñến 30%. ðặc biệt thích ứng với khí hậu nóng, tránh ñược sự xâm nhập của không khí, không bị co ngót, nâng cao chất lượng bề mặt, tăng ñộ chống thấm. Liều lượng: 0.8 - 2.6% theo trọng lượng của 100kg xi măng. Liều lượng thích hợp phụ thuộc vào chất lượng, tính chất của xi măng, tỉ lệ N/X và nhiệt ñộ của môi trường. Với xi măng PC40, tỉ lệ N/X = 0.45, liều lượng 1.21/100kg, ñộ sụt 18-20cm trường. Với xi măng PC40, tỉ lệ N/X = 0.45, liều lượng 1.21/100kg, ñộ sụt 18-20cm sau 45 phút là 14-16cm. Cường ñộ 7 ngày MPa, 28 ngày 55MPa mẫu hình trụ. 2. Sika Viscocrete - 3400 – phụ gia giảm nước cục cao và kéo dài ninh kết cho bê tông Sika Viscocrete - 3400 có công thức phù hợp với ASTM C494 loại G. Sản phẩm Sika Viscocrete - 3400 là chất siêu hoá dẻo gốc Polyme thế hệ thứ 3 có hiệu quả kéo dài ninh kết cho bê tông trong khí hậu nóng. Sika Viscocrete - 3400 thích hợp ñể sản xuất bê tông tại chỗ cũng như trộn sẵn cho các loại bê tông có tỷ lệ N/X thấp, bê tông chất lượng cao, bê tông tự ñầm và bê tông phun. Liều lượng sử dụng từ 0.5 - 1 lít/100kg XM. ðộ dẻo của bê tông có thể kéo dài ñến 2 giờ. Phụ gia sử dụng tốt ở nhiệt ñộ 50C - 300C trong thời gian 12 tháng. Các thí nghiệm sử dụng phụ gia Sika Viscocrete - 3400 với lượng vật liệu: X = 470kg, N = 150 lít, ð = 1050 kg, C = 740 kg, phụ gia 0.7 lít/100kg XM Nghi Sơn PC40, Xuân Mai PC40, Bút sơn PC40 cho ñộ sụt từ 18-21cm, ñộ sụt sau 60 phút còn 10-15cm. Cường ñộ bê tông mẫu lập phương ở tuổi 3 ngày từ 40-60MPa, tuổi 7 ngày 57-72Mpa, tuổi 28 ngày 69-80MPa. Các thí nghiệm tại Trường ðại học Giao thông Vận tải với cát vàng sông Lô có MK = 2.68, XM Nghi Sơn PC40 cũng cho các kết quả tương tự. Loại phụ gia trên là phụ gia ngoại nhập nên có giá thành còn cao. 52 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Ngoài các phụ gia trên còn có thể sử dụng các phụ gia siêu dẻo chế tạo trong nước cũng cho các kết quả tương tự. 4.4. Thiết kế thành phần bê tông theo phương pháp ACI 4.4.1. Ph ng pháp chung. - Chọn ñộ sụt nếu không cho trước thì có thể chọn theo bảng 5.5. - Thông thường Dmax = 25 nếu Rb ≤ 60MPa còn Rb ≥ 60MPa thì Dmax = 10mm - 12.5mm. - Xác ñịnh lượng nước N: tra bảng 5.6 - Xác ñịnh tỷ lệ N/X: tra bảng 5.7. Ở ñây X = lượng xi măng + muội Silic. - Xác ñịnh lượng xi măng X:X = N/ (N/X). Giả ñịnh hàm lượng muối Silíc: S=8-10%X. Từ ñó xác ñịnh lượng xi măng và lượng muối Silic. - Xác ñịnh khối lượng cốt liệu thô ð: tra bảng 5.8 ñược thể tích của cốt liệu thô (Vcd) ñã ñược ñầm chặt ñể ñạt ñược γd = 1.6g/cm3. Tính toán lượng cốt liệu thô ð (kg): ð = γd . Vdc, kg - Xác ñịnh lượng cốt liệu mịn theo công thức: C=B - (X+N+ð), kg trong ñó: B - Khối lượng của bê tông tươi (kg/cm3) ñược tra từ bảng 5.9. Lượng cát có thể tính theo lý thuyết thể tích tuyệt ñối có xét ñến 2% lượng bọt khí có trong bê tông theo công thức sau:   § X S C 1000 V . = − − − − ρ     ρ ρ ρk c d x s Trong ñó: ρd - Khối lượng riêng của ñá; ρx, ρs - Khối lượng riêng xi măng và muội Silíc; Vk - Thể tích không khí; ρc - Khối lượng riêng của cát. 4.4.2. Thành ph n bê tông ñã ñ !c ch"n theo ACI Bảng tính toán lượng vật liệu cho 1m3 bê tông Mẫu D (kg) C (kg) X (kg) N (kg) MS (kg) N/X D/C (D+C)/C 0 1100 634 455 227.5 0 0.5 1.73 2.75 1 1100 634 455 170 0 0.38 1.73 2.75 2 1100 634 455 170 36 0.38 1.73 2.75 3 1100 634 455 170 45 0.38 1.73 2.75 53 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 4.5. Các nghiên cứu thực nghiệm và kết quả 4.5.1. V)t li+u làm m-u - Xi măng PC 30 và PC 40 - Cát: Bảng cấp phối cát ðường kính mắt sàng (mm) 5 2.5 1.25 0.65 0.315 0.14 <0.14 a1 0 285 491 488 327 177 50 a1% 0 15.7 27.0 26.8 17.9 9.7 2.9 A1% 0 15.7 42.7 69.5 87.4 97.1 1000 TCVN 0 0-20 15-45 35-70 70-90 90-100 15.7 42.7 69.5 87.4 97.1 M 3.1 + + + + = = k 100 - ðá dăm: G 1818g = Bảng cấp phối ñá dăm ðường kính mắt sàng (mm) 40 20 10 5 a1% 0 47.5 43.4 9.1 A1 0 47.5 90.9 100 Dmax = 40mm 1/2 Dmax = 20 G = 4kg 4.5.2. Thành ph n v)t li+u (cho m0i 3 m-u) Mẫu Thành phần MS (kg) Phụ gia (lít) ð (kg) C (kg) X (kg) N (lít) 0 12.1 6.97 4.95 2.48 0 0 1 12.1 6.97 4.95 1.88 0 0.06 2 12.1 6.97 4.95 1.88 0.396 0.06 3 12.1 6.97 4.95 1.88 0.743 0.06 γ0 = 2.3350 4.5.3. K3t qu5 Thời gian (ngày) Cường ñộ nén (MPa) Mẫu thường Mẫu 0% MS Mẫu 8% MS Mẫu 10% MS (0) (1) (2) (3) 3 15.1 20.2 33.1 31.5 7 19.7 26.7 46.2 42.6 14 24.1 30.0 57.2 53.0 28 30.4 39 65.0 61.0 54 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Mẫu 0 Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 ðộ sụt (cm) 2 16 8 14 Mô ñun ñàn hồi Edh (kG/cm2) 346715 381231 443686 436650 4.5.4 S7 phát tri9n c :ng ñ; theo th:i gian Hình 4.1 4.6 Nhận xét kết quả Với xi măng PC30, vật liệu Việt Nam (cát, ñá, nước), sử dụng chất siêu dẻo R4 hàm lượng 1% so với lượng xi măng, muội silíc 8 ⎟ 10 dễ dàng ñật ñược bê 55 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com tông ở tuổi 3 ngày khoảng 300; tuổi 7 ngày >400 và tuổi 28 ngày khoảng 600 daN/cm2. Các loại bê tông này không thấm nước, mẫu không nứt nẻ sau 28 ngày, ñộ sụt khoảng 10 ⎟ 12cm. Vậy sử dụng bê tông M600 là có triển vọng. 4.7 Bê tông cường ñộ cao M70 4.7.1 Công thức bê tông cường ñộ cao M60 – M70 Thành phần của bê tông chất lượng cao (cường ñộ cao) M70 trên cơ sở vật liệu – xi măng PC40 (Hải Phòng, Hoàng Thạch, Bỉm Sơn) Cấp phối hạt : cát vàng (MK > 2.5), ñá dăm 1x2 cường ñộ 600 ⎟ 700 daN/cm2, nước sạch 130 ⎟ 160 lít/m3BT. Các vật liệu ñược nhào trộn trong máy thông thường. Chất phụ gia: sử dụng phụ gia siêu dẻo Daracen 100, Darex Super20 hay Grace, Daratars – 40 theo tiêu chuẩn BS 5075 - ASTM C494 loại D, ñộ sụt ñạt 14 ⎟ 20cm. Các phụ gia này cho phép giảm nước từ 10 ⎟ 15%, giữ ñộ sụt bê tông giảmchận, giữ ñược ñộ sụt ổn ñịnh trong 60 phút. Phụ gia R4 – Sika rất quen thuộc ở Việt Nam cho phép giảm nước khoảng 15%. ðộ sụt ñạt ñến 15cm. Phụ gia Rheo build 561 (ðức) cho phép ñạt ñộ sụt ñến 16 ⎟ 20cm, thời gian giữ ñộ sụt ñến 90 phút. Hàm lượng các phụ gia trên tuỳ của các hãng khác nhau xong ñều ở mức ñộ 0.8 ⎟1.5 lít/100 kg xi măng, trong thành phần ñều không có Clo, không gây ăn mòn cốt thép. Các chất muội silíc: Ở Việt Nam hiện nay có 3 loại muội silíc ñược bán do các hãng Thụy Sỹ, Mỹ, ðức và giá khoảng 80.000 ⎟ 90.000 ñồng cho 1kg. ðó là Force 1000D (Mỹ): MB – SF (ðức) và Sika-PPI. Các loại phụ gia này tính chất giống nhau, ñược chế tạo theo tiêu chuẩn quốc tế, ñảm bảo tăng ñộ chống thấm và cường ñộ bê tông từ mác 400 ñến mác 800 và lớn hơn tuỳ theo yêu cầu. Hàm lượng dùng từ 5 ⎟ 15% lượng xi măng. Các phụ gia trên dạng bột min, màu ñen, ñóng gói 20kg, không sợ tác ñộng môi trường. 4.7.2 Xác ñịnh quan hệ giữa tỷ lệ chất siêu dẻo, hàm lượng muối silíc và cường ñộ bê tông, tỷ lệ X/N khi dùng xi măng PC40. Tỷ lệ X/N có 3 mức: 2.85, 3.44 Tỷ lệ muội Silíc là 5%, 8%, 10% và 15% so với lượng xi măng, kg. Chất siêu dẻo với hàm lượng 1 lít/100XM ; 1.25 lít/100XM ; 1.5 lít/100XM; với xi măng PC40. ðiều kiện chế tạo: 3 nhóm mẫu thử, mỗi nhóm mẫu thử gồm 9 mẫu ñược thử nghiệm ở 3, 7, 28 ngày và mẫu ñối chứng ký hiệu A0. 56 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Thành phần BT: X = 450 kg; C = 660 kg; ð = 1150kg, tỷ lệ X/N biến ñổi như trên. Như vậy lượng mức sẽ biến ñổi từ 160 – 140 – 130 lít/m3BT. Công thức bê tông và kết quả thử ñược ghi ở bảng 4.1 và ñược biểu diễn trên các biểu ñồ (hình 4.3, 4.4, 4.5, 4.6, 4.7). Nhận xét kết quả: Cường ñộ bê tông tăng khi lượng siêu dẻo tăng do lượng nước dùng ít ñi, cường ñộ ñược tăng từ 400 lên ñến 574 daN/m2, tức là khoảng 20 ⎟ 25%. Kết hợp với sử dụng muội Silíc cường ñộ có thể tăng ñược khoảng từ 500 ñến 700 có nghĩa là tăng ñược khoảng 40%. Theo kinh nghiệm quốc tế thì với PC40 nếu thiết kế hợp lý có thể ñạt M800. Như vậy kết quả thí nghiệm trên có thể chấp nhận ñược. Hàm lượng muội Silíc dùng từ 5 ⎟ 15% cho kết quả bước ñầu như sau: Với hàm lượng 5% cường ñộ bê tông tăng không cao, khi dùng ñến 15% so với lượng xi măng cường ñộ phát triển không chậm lại. Vì vậy hàm lượng muội silíc chỉ nên dùng từ 8 ⎟ 10% theo lượng xi măng là hợp lý. Với xi măng PC40 cốt liệu Việt Nam, lượng silíc 8⎟10%, công nghệ thông thường có thể ñạt ñược mác bê tông theo cường ñộ nén mẫu lập phương là 700 daN/m2. 4.8 Áp dụng thử nghiệm trong công trình Với công thức bê tông nêu trên ñã áp dụng vào công trình cầu bản BTCT dự ứng lực có chiều cao thấp với yêu cầu mác bê tông ñạt 500 daN/cm2 ở tuổi 3 ngày và yêu cầu R28 ≥ 600 daN/cm2. Các kết quả ép mẫu và ño tại kết cấu cầu cho kết quả khả quan, cường ñộ bê tông buổi 3 ngày lớn hơn 500 daN/cm2 và tuổi 28 ngày ñạt 650 daN/cm2. Triển vọng áp dụng bê tông cường dộ cao là rất lớn. Ở châu Âu và Mỹ, Nhật, Trung Quốc ñã áp dụng có kết quả trong xây dựng nhà, cầu, ñường (xem hình 4.2). Ở Việt Nam áp dụng bê tông cường ñộ ñến 60-70 trong cầu dây xiên và cầu BTCT dự ứng lực. 57 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Hình 4.2 Cầu và hầm bằng bê tông cường ñộ cao 58 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Công thức bê tông với xi măng PC400, γb = 2350 – 2400 kg/m3- Bảng 4.1 TT Ký hiệu N X C D X N / X N / Siêu dẻo (lít) kg Si % R3 R7 R28 0 A0 170 450 660 1150 0.35/2.85 4.5 0 375 435 495 1 A1 160 450 660 1150 0.35/2.25 4.5 25.5/5% 430 490 568 2 A2 150 450 660 1150 0.31/3.22 5.62 25.5/5% 459 566 650 3 A3 130 450 660 1150 0.29/3.44 6.75 25.5/5% 510 632 698 4 B4 160 450 660 1150 0.35/2.25 4.5 36/8 440 562 576 5 B2 140 450 660 1150 0.31/3.22 5.62 36/8 525 582 675 6 B3 130 450 660 1150 0.29/3.44 6.75 36/8 498 628 732 7 C1 160 450 660 1150 0.35/2.25 4.5 45/10 407 538 590 8 C2 140 450 660 1150 0.31/3.22 5.62 45/10 470 590 690 9 C2 130 450 660 1150 0.29/3.44 6.75 45/10 505 618 735 10 D1 160 450 660 1150 0.35/2.25 4.5 67.5/15 394 517 550 11 D2 140 450 660 1150 0.31/3.22 5.62 67.5/15 450 580 688 12 D3 130 450 660 1150 0.29/3.44 6.75 67.5/15 465 610 748 Hình 4.3 Tốc ñộ phát triển cường ñộ với hàm lượng Silíc = 5% 59 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Hình 4.4 Quan hệ giữa hàm lượng chất siêu dẻo, muội Silíc và cường ñộ bê tông Hình 4.5 Tốc ñộ phát triển cường ñộ với hàm lượng Silíc = 8% 60 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Hình 4.7 Tốc ñộ phát triển cường ñộ với hàm lượng Silíc = 15% 4.9 Kết quả cường ñộ thực tế tại thành phố Hồ Chí Minh (Cầu Hoàng Hoa Thám) Thiết kế thành phần bê tông: X = 500 kg ð = 1200 kg C = 650 kg N = 150 lít Phụ gia siêu dẻo 5 lít (Rheo Build 1000) Rheo build 1000 – Muội Silíc 5% theo khối lượng xi măng. Xi măng Chinh Phong Hải Phòng PC40. Mẫu, 1.5 x15 x15cm. Ngày ñúc: 19/3/1999. Ngày nén: 22/03/1999 (tuổi 3 ngày) cường ñộ :511,502,156. Cường ñộ trung bình : Rtb=500 daN/m2 16/04/1999 : Cường ñộ 28 ngày :644,648,644. Cường ñộ trung bình : Rtb=645,9 daN/m2 Thành phần cốt liệu: Cát ðồng Nai: Mk=2,78; ñá Hoá An: Rñá =700 daN/m. Cấp phối ñạt theo TCVN- Hàm lượng hạt dẹt: 11,74. Khối lượng riêng: 2,62. Khối lượng ñơn vị: 1,5. 61 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Kết luận: Cường ñộ trung bình 3 ngày: 506 daN/m2. Cường ñộ trung bình 28 ngày: 645 daN/M2. 4.10 Các nghiên cứu về bê tông cường ñộ cao có cường ñộ nén ñến 100Mpa. Trong năm 2003 -2004 tại Trường ðại học Giao thông vận tải ñã tiến hành các thử nghiệm bê tông có cường ñộ nén ñến 100 MPa từ các vật liệu trong nước, phụ gia siêu dẻo thế hệ 3 muội Silíc, tỷ lệ N/X=0.24-0.32. Thành phần của bê tông như sau: ð=1050- 1130kg; C=640⎟740 kg; X=420⎟500 kg; MS=21⎟50 kg. Phụ gia Polycacboncilate từ 0,7⎟ 1 lít/100 kg XM (Nghi sơn PC40). Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng ñộ sụt từ 21-23 cm, lượng không khí trong bê tông từ 0,9- 1,3 %. Kết quả thí nghiệm về cường ñộ nén và môñun ñàn hồi ghi ở bảng 4.3.. Cường ñộ bê tông thực tế trên các dầm BTCT dự ứng lực (cầu Hoàng Hoa Thám) Bảng 4.2 TT Ngày ño R3 R28 Ghi chú 1 20/03/99 510 647 2 17/04/99 567 672 3 29/04/99 525 652 4 29/04/99 512 647 5 11/05/99 542 658 6 11/05/99 526 646 7 22/05/99 537 647 8 22/05/99 545 656 9 04/06/99 546 660 10 04/06/99 546 670 11 12/06/99 520 650 12 12/06/99 53 670 ðánh giá SR = 25.33 Cv = 0.048 Cv = 0.052 Rtb = 527 Rtb = 656 Các tính chất của bê tông M100 theo thời gian Bảng 4.3 ðơn vị 1 ngày 3 ngày 7 ngày 14 ngày 28 ngày Cường ñộ nén MPa 23 44 65 70 104 62 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Cường ñộ uốn MPa 10.1 Mô ñun ñàn hồi MPa 53000 ðộ thấm Clo Coulombs 78 Có thể kết luận các bê tông cường ñộ cao chế tạo tại Việt Nam ñạt ñược cường ñộ chịu nén từ 70 – 100MPa ở tuổi 28 ngày. Kết quả thí nghiệm về ñộ bền nước và mức ñộ thấm Clo ñạt yêu cầu (dưới 1000 coulombs). CÂU HỎI ÔN TẬP 1. Tổng quan về bê tông cường ñộ cao; 2. ðặc tính của bê tông cường ñộ cao sử dụng muội silic; 3. Muội silic và phụ gia siêu dẻo; 4. Thiết kế thành phần bê tông theo phương pháp ACI; 5. Nhận xét các kết quả thực nghiệm về bê tông cường ñộ cao. 63 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG XI MĂNG Phương pháp chung ñể thiết kế thành phần bê tông gồm hai bước: - Tính toán lựa chọn thành phần. - Thử nghiệm kiểm tra 5.1 Các phương pháp thiết kế thành phần bê tông 5.1.1 Mở ñầu Những năm gần ñây, nhiều phương pháp thiết kế thành phần bê tông ñã ñược công bố. ðể giúp cho người sử dụng thấy rõ ưu, nhược ñiểm của các phương pháp ñể lựa chọn phương pháp thích hợp ñể sử dụng thì cần phải tiến hành nghiên cứu các phương pháp ñó với nhau và ñưa ra nhận xét, kiến nghị sử dụng. Các phương pháp thiết kế thành phần bê tông ñược sử dụng rộng rãi trên trên thế giới và ñược ñưa ra nghiên cứu xem xét ở ñây: 1. Ban môi trường của Anh (The British Department of the Envionment viết tắt là DOE). 2. Viện bê tông Mỹ (The American Concrete Unstiute viết tắt là ACI-211). 3. Hội bê tông Poóc lăng Niuzilân (The New Zealand Porland Concerte Assocition viết tắt là NZ – PCA). 4. Mơñoóc (L.J.Murdock) 5. Công thức Bôlômây – Xkrămteap (Nga) dùng ñể thiết kế bê tông thông thường. Ở Việt Nam cũng dùng công thức này (viết tắt là BK). 6. Viện bê tông và bê tông cốt thép Mỹ (ACI). Phương pháp này ñể thiết kế bê tông cường ñộ cao ACI 363 – R92 (BTCðC). Phương pháp DOE công bố năm 1975 thay thế cho phương pháp thông dụng sổ tay về ñường số hiệu 4. Phương pháp ACI-211 lần ñầu tiên ñược Uỷ ban Viện bê tông Mỹ 613 ñưa ra năm 1954 và sau ñó liên tục ñược bổ sung vào năm 1980. Phương pháp NZ – PCA ñã ñược hoàn thiện thêm làm nó tương ñối linh hoạt hơn phương pháp ACI – 211. Phương pháp Mơñoóc trình bày dưới dạng công thức lần ñầu tiên vào năm 1975 và gần ñây ñược ñổi mới vào năm 1979. Phương pháp của Bôlômây – Xkrămtaep là xây dựng công thức xác ñịnh tỷ lệ nước/ximăng trên cơ sở kinh nghiệm ñược công bố vào năm 1967. Ở Việt Nam cũng sử dụng công thức này ñể tính toán thành phần bê tông có mác thông thưonừg theo trình tự sau: - Xác ñịnh tỷ lệ nước/xi măng (N/X) ñối với cường ñộ bê tông cho trước. 64 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com - Xác ñịnh lượng nước hoặc tỉ lệ cốt liệu/xi măng (C+ð)/X ñối với ñộ lưu ñộng cho trước. - Xác ñịnh tỷ lệ cốt liệu thô với cốt liệu nhỏ của cấp phối cho trước. Nói chung ở các phương pháp trên tỷ lệ nước với xi măng và mối quan hệ cường ñộ ñược dựa trên ñịnh luật Abram. Tuy vậy liều lượng thành phần bê tông tìm ñược bằng cách tra bảng hoặc tra biểu ñồ là kết quả của các nghiên cứu thực nghiệm ñược tiến hành dựa trên các ñiều kiện cụ thể của từng ñịa phương hay từng quốc gia. Do vậy các ñề xuất kiến nghịe có liên quan ñến lượng nước hoặc tỉ lệ cốt liệu/xi măng với ñộ lưu ñộng của bê tông tươi hay xác ñịnh tỉ lệ cốt liệu thô với cốt liệu nhỏ cũng ñược dựa trên các số liệu thực nghiệm. Vì các ñề xuất kiến nghị về các tỉ lệ của các thành phần vật liệu bê tông là ở dạng không tường minh và phụ thuộc vào các ñiều kiện riêng của từng nước. Mỗi phương pháp chỉ thích ứng với một giới hạn riêng của nó. ðể cho người sử dụng khỏi bị sai lầm, cần phải làm cho họ sáng tỏ hiệu lực của từng phương pháp ñối với từng ñiều kiện riêng biệt của nó. 5.1.2 Mục ñích và phương pháp nghiên cứu. Nghiên cứu này nhằm giúp cho người sử dụng thấy rõ ưu, nhược ñiểm của 6 phương pháp thiết kế thành phần bê tông như ñã nêu ở trên và ñưa một số nhận xét, kiến nghị sử dụng. Nội dung nghiên cứu bao gồm: - So sánh phạm vi sử dụng của các phương pháp thiết kế thành phần bê tông. - So sánh các kết quả tính toán của các phương pháp nêu trên về cường ñộ bê tông có quan hệ với tỉ lệ nước/xi măng và cốt liệu/xi măng. - ðưa ra một số nhận xét và kiến nghị sử dụng phương pháp thiết kế thành phần bê tông dùng ở Việt Nam. 5.1.3 So sánh về phạm vi sử dụng của các phương pháp thiết kế thành phần bê tông. ðể tiến hành so sánh phạm vi sử dụng của 6 phương pháp ñã nêu trên sẽ căn cứ vào các tiêu chuẩn sau ñây: - Loại xi măng ñược sử dụng - Loại cốt liệu (thô và mịn) ñược sử dụng. - ðộ lưu ñộng. - Cường ñộ yêu cầu. - Bê tông chứa bọt khí. Trong mục này chỉ ñề cập tới dạng tường minh của các phương pháp thiết kế thành phần bê tông. 65 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Phương pháp DOE chỉ sử dụng cốt liệu phù hợp với tiêu chuẩn BS – 882 Part 2 1973 và vì vậy phương pháp này không thể áp dụng ñối với cốt liệu có cấp phối khác ví dụ như cấp phối không liên tục (gây ñoạn). Hai phương páp ACI và NZ – PCA sử dụng mô ñun mịn (ñộ mịn) như là một chỉ số của cấp phối cốt liệu trong khi ñó các phương pháp Bo – Xkrăm và BTCðC cũng sử dụng ñến nó. Sử dụng mô ñun ñộ mịn là một chỉ số không phải lúc nào cũng chính xác vì nó có thể xảy ra trường hợp cốt liệu có cấp phối rất khác nhau nhưng có mô ñun hạt gần giống nhau. Phương pháp Mơñoóc “chỉ số bề mặt” ñể xét ñến ảnh hưởng của cấp phối hạt và dùng “chỉ số góc cạnh” ñể tính ñến dạng hạt. Kết quả là phương pháp Mơñoóc có khả năng áp dụng vào thực tế cho bất cứ loại kích cơ và dạng cốt liệu nào. Trong khi ñó phương pháp ACI và NZ – PCA giả thiết rằng cường ñộ của bê tông là hàm số chỉ phụ thuộc vào tỉ số nước/xi măng. Phương pháp DOE kể ñến ảnh hưởng của dạng hạt của cốt liệu thô (nghĩa là phân ra loại hạt bị nghiền hoặc không bị nghiền). Phương pháp Mơñoóc là phương pháp phát triển hơn vì nó kể ñến ảnh hưởng của cấp phối hạt cốt liệu và cả ñến tỉ số cốt liệu/xi măng. Phương pháp Bo – Xkrăm và phương pháp ACI cũng coi cường ñộ bê tông 1 là một hàm số của nước/xi măng và hơn nữa còn ñề cập ñến cường ñộ của xi măng. Tóm lại, phạm vi sử dụng của 6 công thức thiết kế thành phần của bê tông ñược tóm tắt so sánh ở bảng dưới ñây. Rõ ràng rằng phương pháp Mơñoóc là phương phác ñược sử dụng linh hoạt nhất khi kể ñến các ñặc tính của cốt liệu. Tuy vậy, kinh nghiệm cho biết rằng phương pháp Mơñoóc là phương pháp phức tạp, phiền toái nhất mặc dù có thể lập thành chương trình tính toán ñể giảm bớt công việc tính toán bằng tay. 5.1.4 So sánh các kết quả tính toán của các phương pháp thiết kế thành phần bê tông. 1. Phương pháp luận ðể có cái nhìn tổng quát cần so sánh các kết quả tính toán thiết kế thành phần bê tông của 6 phương pháp nêu trên. Các tính toán ñược tính toán căn cứ vào các số liệu sau: - Cường ñộ nén của bê tông theo mẫu của lập phương 28 ngày từ 23 ñến 53 MPa biến ñổi từng bước 5 MPa. - ðường kính hạt lớn nhất 20mm và 40mm. - ðộ sụt 50mm và 100 mm (5 – 10cm). Cần lưu ý rằng cường ñộ nén của Anh (DOE) và Nga ñược xác ñịnh bằng mẫu lập phương 150 x 150 x 150mm của Mỹ (ACI) và Niuzilân (NZ-PCA) 66 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com ñược xác ñịnh bằng mẫu hình trụ ñường kính φ 150mm cao 300mm. ðể có thể so sánh trực tiếp các kết quả của các phương pháp cần phải tính cường ñộ nén của mẫu hình trụ sang cường ñộ nén của mẫu hình lập phương. Mỗi quan hệ giữa cường ñộ nén mẫu hình trụ và mẫu hình lập phương ñược biểu diễn bằng biểu thức sau: KR = 0.72 + 0.77 Khi ñổi từ RLP sang R trụ như sau: Rtrụ = KR . KLP Trong ñó: KR – Tỉ số giữa cường ñộ nén mẫu hình trụ với cường ñộ mẫu hình trụ lập phương RLP – Cường ñộ nén của mẫu hình lập phương (tính theo ñơn vị psi) Kết quả tính toán ñược vẽ thành biểu ñồ ñể tiện so sánh. 2 – Tỉ số nước / xi măng. Với một tỉ lệ nước / xi măng như nhau thì phương pháp NZ – PCA chọ bê tông có cường ñộ cao nhất sau ñó thứ tự ñến Mơñoóc, Bo – Xkrăm, DoE, ACI và cuối cùng là ACI 364 – R. 3 – Tỉ số cốt liệu / xi măng. Bê tông là vật liệu hỗn hợp gồm xi măng, nước, cốt liệu (cát, ñá dăm hoặc cuội sỏi). Khi thiết kế thành phần bê tông xét ñến vấn ñề kinh tế người ta cố gắng dùng ít nhất lượng xi măng trong 1m3 bê tông mà vẫn ñạt ñược các yêu cầu kỹ thuật khác. Vì vậy tỉ số cốt liệu/ xi măng là một chỉ tiêu kinh tế khi thiết kế thành phần bê tông. Các phương pháp thiết kế ñều dựa vào lý thuyết về thể tích tuyệt ñối như sau: N C X A + + + = ρ ρ ρ ρ n c x d 1000 Các ñường cong quan hệ giữa cường ñộ bê tông và tỉ số cốt liệu/ xi măng của 6 phương pháp ñược vẽ trên hình 5.1. ðối với hai loại cốt liệu thô và ñường kính hạt lớn nhất là 20mm và 40mm và có ñộ sụt tương ứng là 50mm và 100mm. Ở hình 5.1, ta thấy rằng ñối với bê tông có ñường kính cốt liệu lớn nhất 20mm, phương pháp Mơñoóc sử dụng lượng xi măng ít nhất (hoặc tỉ số cốt liệu/ xi măng lớn nhất) tiếp theo ñó là các phương pháp NZ – PCA, Bo – Xkrăm, DOE, ACI và cuối cùng là phương pháp CTCðC. ACI dùng nhiều xi măng nhất. ðối với bê tông có ñường kính cốt liệu lớn nhất 40mm ta thấy rằng phương pháp Mơñoóc là kinh tế hơn cả ñối với bê tông có cường ñộ dưới 40MPA (40kG/cm2) còn bê tông có cường ñộ trên 40 MPa thì phương pháp NZ – PCA lại kinh tế hơn cả. Các phương pháp Bo – Xkrăm, DOE và ACI có ñường cong 67 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com gần sát nhau như vậy mức ñộ dùng xi măng tương tự nhau, còn phương pháp BTCðC thì dùng phương pháp khác cho nên bê tông thiết kế theo BTCðC có giá thành cao nhất (ACI 364 – R). 5.1.5 Các nhận xét về 6 phương pháp thiết kế thành phần bê tông và kiến nghị sử dụng ở Việt Nam. Các phương pháp ñều dùng lý thuyết về thể tích tuyệt ñối. Chỉ khác nhau về công thức dự ñoán bê tông theo tuổi bê tông. Phương pháp Mơñoóc cho lượng dùng xi măng ít nhất với hỗn hợp bê tông mác dưới 50MPa có ñường kính cốt liệu lớn nhất 20mm và với bê tông mác 40 MPa còn bê tông có ñường kính cốt liệu lớn nhất 40mm. Ngược lại phương pháp NZ – PCA cho lượng dùng xi măng ít nhất ñối với hỗn hợp bê tông mác trên 50 MPa có ñường kính cốt liệu lớn nhất 20m và bê tông mác trên 40 MPa có ñường kính cốt liệu lớn nhất 40mm. Nhưng cần chú ý là tiêu chuẩn cường ñộ xi măng của Niuzilân cao hơn của Mỹ và Anh. Các giá trị của tỉ số nước/ xi măng thu ñược ñối với bê tông có cường ñộ khác nhau bằng cách sử dụng 6 phương pháp thiết kế khác nhau ñược vẽ trên ñồ thị hình 5.1 So sánh phạm vi sử dụng các phương pháp thiết kế thành phần bê tông Bảng 5.1 DOE ACI NZ PCA Mơñoóc Bơ Xkrăm BT CðC Xi măng - Poóc lăng thông thường v v v v v v - Poóc lăng ñông cứng nhanh, Poóc lăng chống sunphát v - - v - Poóc lăng toả nhiệt ñộ thấp, xi măng sunphát cao - - - v Cốt liệu - Cấp phối theo tiêu chuẩn Anh BS882-73 v v v v v - Các loại cấp phối khác - - v v v v - Cốt liệu thô ñược nghiền v v v v v v - Cốt liệu thô không ñược nghiền v - v v - Cát nghiền v v v - Cát không nghiền v v v v v v 68 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com - Cốt liệu không liên tục (gây ñoạn) - - - v v v ðộ lưu ñộng: - ðộ sụt v v v v v v - ðộ cứng (Vebe) v - - - v - Hệ số ñầm chặt - - - v Cường ñộ: - 28 ngày v v v v v v - 3, 7, 28 và 91 ngày v v - - v Bê tông có bọt khí v v v Ghi chú: - Cường ñộ mẫu lập phương 15 x 15 x 15cm cho phương pháp DOE (Anh), Bo – Xkrăm, BTCðC (Nga). - Cường ñộ mẫu hình trụ φ 15 x 30cm cho phương pháp ACI và NZ – PCA. - Quan sát các ñường cong biểu thị quan hệ giữa cường ñộ bê tông và tỉ lệ số nước/ xi măng của 6 phương pháp thiết kế thành phần bê tông ở hình 5.1 ta thấy rằng ñối với một cường ñộ xi măng của các nước có khác nhau nên việc sử dụng tỉ lệ nước/ xi măng khác nhau mà tỉ lệ nước/ xi măng có ảnh hưởng rất lớn ñến cường ñộ bê tông. - Phương pháp ACI (Mỹ) sử dụng lượng xi măng và cát nhiều hơn so với các phương pháp khác. - Phương pháp BTCðC sử dụng nhiều lượng xi măng nhất và ñòi hỏi tỷ lệ nước/ xi măng thấp nhát mặc dù ñã thiết kế bê tông và xi măng mác P500 (PC40) Vì vậy kiến nghị sử dụng các phương pháp thiết kế bê tông ở Việt Nam là: - Nên nghiên cứu áp dụng thử nghiệm phương pháp thiết kế bê tông của Mơñoóc và NZ – PCA ( Niuzilân) khi sử dụng xi măng mác PC40. - Có thể sử dụng phương pháp thiết kế bê tông DOE (Anh), ACI ( Mĩ) nhưng cần sử dụng hệ số ñiều chỉnh mà các quy trình ñó cho phép ñể phù hợp với ñiều kiện ở Việt Nam ( nghĩa là giảm lượng cát, xi măng và tăng lượng ñá theo thiết kế). ðể thiết kế bê tông có mác tương ñối cao 500Mpa theo cường ñộ chịu nén của mẫu hình trụ Φ 15 cm ⋅ 30cm tương ñương 600 Mpa mẫu hình lập phương 15 ⋅ 15 ⋅ 15 ( hệ số tính ñổi 1,2 theo quy trình Anh ) ñã thiết kế bê tông theo phương pháp ACI và có sử dụng số ñiều chỉnh. Kết quả thành phần bê tông cho 1m2 như sau: 69 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com - Xi măng 500 kg P500 ( Bỉm Sơn) - Nước 171 lít - Cát 580 kg Mô ñun ñộ mịn =2,8 - Sỏi 1120kg Dmax = 20mm - Phụ gia 5,8 lít Với thành phần bê tông trên, tiến hành ñổ bê tông ñể ñúc 27 phiến dầm bê tông dự ứng lực với xi măng Bỉm Sơn P500 cùng 1 lô số liệu 650 và ñã ép 81 mẫu thử ñạt 529 da N/cm2 ñối với mẫu hình trụ 15 ⋅ 30 cm ñộ lệch tiêu chuẩn ( Stand Daviation): 52,265 kg/cm2 hệ số biến sai (Coflicinent of Variation) 10,62 %. 5.2 Phương pháp tính toán thành phần bê tông 5.2.1 Cơ sở của phương pháp B – SK ( Nga) – TCVN Cơ sở phương pháp này là xây dựng công thức xác ñịnh tỷ lệ N/X ( nước/ ximăng) trên cơ sở kinh nghiệm, nó ñược công bố vào năm 1967. ðây là phương pháp tính toán cộng với thực nghiệm. Ở Việt Nam phương pháp này ñang sử dụng rộng rãi ñể tính toán thành phần bê tông mác thông thượng, ñược quy ñịnh trong TCVN. 5.2.2 Cơ sở của phương pháp ACI ( Mỹ) - Dựa trên cơ sở dữ liệu kiểm tra hoặc những kinh nghiệm với vật liệu tự nhiên ñã ñược sử dụng, có xét ñến cường ñộ yêu cầu tuỳ theo phương pháp thống kê kinh nghiệm và thống kê trong phong thí nghiệm. - Khối lượng ñơn vị của cốt liệu. - Lượng nước yêu cầu của bê tông có ñược từ những kinh nghiệm với những vật liệu ñã có sẵn. 70 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Hình 5.1 Dự toán cường ñộ bê tông tính theo các công thức 71 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com - Quan hệ giữa cường ñộ và tỉ lệ nước/ xi măng ñối với quá trình liên kết giữa xi măng và cốt liệu có sẵn. - Quan hệ giữa cường ñộ và tỷ lệ nước /ximăng ñối với quá trình liên kết giữa xi măng và cốt liệu ñã có. 5.1.3. Các bước tính toán thành phần bê tông tính cho 1m2 1. Phương pháp B –SK (TCVN) Chọn ñộ sụt tuỳ theo yêu cầu của kết cấu, phương pháp này không dùng tỉ số cường ñộ yêu cầu, mà dùng khái niệm cường ñộ thiết kế Rb28. Chọn kích thước lớn nhất của cốt liệu thô (Dmax). Dmax≤ 13chiều dày bé nhất của công trình. Riêng ñối với bàn mỏng như sân, bàn mặt cầu, mặt ñường ôtô, ñường sân bay thi Dmax≤12 kích thước bé nhất ( khoảng cách giữa các cốt thép). Xác ñịnh tỉ lệ nước/ xi măng (N/X) theo công thức: N   R ARX = −     b x 28 N 0,5 (1)   R A RX = +     b x 28 1 0,5 (2) Dùng công thức (1) 1,4 2,5 NX= ⎟ (tương ứng với loại bê tông có mác≥ 400) Dùng công thức (2) khi 2,5 NX≤ ( tương ứng với loại bê tông có mác ≥500). A1 và A là hệ số thực nghiệm xác ñịnh từ ñiều kiện nguyên vật liệu và phương pháp xác ñịnh mác xi măng tra bảng 5.2. Rb28 – Mác bê tông yêu cầu. Rx- Mác xi măng sử dụng. Xác ñịnh lượng nước N : Tra bảng 5.3 Xác ñịnh lượng xi măng X: N X N = X . Xác ñịnh lượng cốt liệu thô ( ñá - ð): ð1000 = Trong ñó: Rd - ðộ rỗng của ñá: r α . 1 d + γ ρ d d ϒd,ρd- Khối lượng thể tích và khối lượng riêng của ñá. Comment: Comment: 72 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com α- Hệ số tăng lượng vữa xi măng ñể ñủ bao bọc các hạt cốt liệu lớn ñượcláy từ α≈1,1 -1,5 tuỳ theo lượng xi măng dùng. Xác ñịnh lượng cốt liệu mịn (cát- C)     X D C N ρ = − + +         1000 c ρ ρ x d Trong ñó : ρxρc – Khối lượng riêng của xi măng và cát. 2. Phương pháp ACI Xác ñịnh fcyc = 1.25 fc’ Trong ñó: fc- Cường ñộ chịu nén bê tông ở ñộ tuổi 28 ngày. Fcyc – Cường ñộ bê tông yêu cầu, ñảm bảo xác suất có cường ñộ thấp là nhỏ nhất. Chọn ñộ sụt nếu không cho trước thì có thể chọn theo bảng 5.5. Chọn kích thước lớn nhất của cốt liệu thô: max15 D ≤ Kích thước nhỏ nhất của kết cấu, ≤ chiều dày bản, 34 Comment: Comment: 1 ≤ Khoảng cách nhỏ nhất giữa các thanh cốt thép. 5 Xác ñịnh lượng nước N : Tra bảng 5.5 (ACI-211) Xác ñịnh tỉ lệ N/X theo Cường ñộ yêu cầu : tra bảng5.7 (ACI-211) Xác ñịnh lượng X: N NX = Xác ñịnh khối lượng cốt liệu thôn ð: Tra bảng 5.8ñược thể tích Vdc’ của cốt liệu thô ñã nén chặt tối ña. ð . = ρd dc V Xác ñịnh cốt liệu mịn theo công thức lý thuyết thể tích tuyệt ñối. C V V V V ρ = − − − − = (1000 ). n dc x k c   N D X V = − − − −     ρ 1000 x ρ ρ ρ N d x k c Trong ñó: Vk ≈ 2% - thể tích không khí trung bình. 5.2.4. Nhận xét về nguyên lý tính toán của 2 phương pháp. - Cả 2 phương pháp ñều dựa trên nguyên lý thể tích tuyệt ñối: tổng thể tích ñặc riêng rẽ từng vật liệu bằng thể tích bê tông nghĩa là hỗn hợp bê tông hoàn toàn ñặc. Vb = Vx + V+ Vd +Vc -Phương pháp ACI và phương pháp B- SK gia thiết rằng cường ñộ bê tông phụ thuộc vào tỷ lệ N/X, cường ñộ xi măng, ñường kính cốt liệu thô, mô ñun mịn của cát, chất lượng cốt liệu nhỏ. 73 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com - Phương pháp B – SK không ñề cập ñến cường ñộ yêu cầu (Coi Rbyc = Rb), trong khi ñó phương pháp ACI coi mô ñun mịn như một chỉ soó của cấp phối nguyên liệu. - Phương pháp ACI ñề cập ñến tính chất của bê tông (có thể tích không khí và không tạo khí) và xác suất ñảm bảo cường ñộ ñược xét thông qua fcyc. 5.2.5. Các bảng tra sử dụng 2 phươngpháp trên ñể tính toán thành phần bê tông. 1. Phương pháp B – SK Hệ số A và A1 Bảng 5.2 Chất lượng cốt liệu A A1 Chất lượng cao 0,65 0,43 Chất lượng trung bình 0,60 0,40 Chất lượng thấp (cát hạt nhỏ, xi măng mác thấp) 0,55 0,37 Lượng nước Bảng 5.3 ðộ cứng ðộ sụt SN(cm) Loại cốt liệu và Dmax(mm) Sỏi ðá dăm 10 20 40 10 20 40 150-200 0 145 130 120 155 145 130 90 -120 0 150 135 125 160 150 135 60-80 0 160 145 130 170 160 145 30-50 0 165 150 135 175 165 150 20-30 0-1,0 175 160 145 185 175 160 15-20 1-1,5 185 170 155 195 195 170 2-2,5 190 175 160 200 190 175 3-4 195 180 165 205 195 180 5 200 185 170 210 200 185 7 205 190 175 215 205 190 8 210 195 180 220 210 195 10-12 215 200 190 225 215 200 Hệ số α Bảng 5.4 Lượng xi măng trong 3m3 bê tông α Sỏi ðá dăm 74 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 250 1,34 1,30 300 1,42 1,36 350 1,48 1,42 400 và lớn hơn 1,52 1,47 Ghi chú: α trong bảng 5.4 sử dụng cho hỗn hợp bê tông dẻo. Còn ñối với hỗn hợp bê tông cứng thì: α= 1,05⎟ 1,1. 2. Phương pháp ACI – 211. Loại kết cấu ðộ sụt, cm Lớn nhất Nhỏ nhất Mỏng của tường và cột bằng cốt thép 8 2-4 Mỏng bằng giếng chìm, móng tường 8 2-4 Dầm và tường có cốt thép 10 2-4 Cột nhà 10 2-4 Bàn mỏng, tấm lát tường 8 2-4 Bê tông làm cầu, ñường 8-16 2-4 Ghi chú : - Có thể tăng 2cm ñối với phương pháp ñầm rung khác - ðộ sụt gốc ñể chọn lượng nước cho các bê tông có ñộ sụt 4cm (Sn= 4cm) Phân ñộ sụt cần tăng thêm khi dùng phụ gia cần xác ñịnh bằng thí nghiệm, không ñược tăng lượng nước. Bảng 5.6 ðộ sụt (cm) Khối lượng nước, kg/m3 của bê tông theo Dmax n(mm) 10 12,5 20 25 40 Bê tông không tạo khí 2-5 205 200 185 180 160 8-10 225 215 200 195 175 Lượng khí(%) 3,0 2.5 2,0 1,5 1,0 Bê tông tạo khí 3-5 180 175 165 160 145 8-10 200 190 180 175 160 Khối lượng khí(%) 8,0 7,0 6,0 5,0 4,5 75 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Bảng 5.7 Cường ñộ bê tông yêu cầu ở 28 ngày daN/cm2 Tỷ lệ nước /xi măng Bê tông không tạo khí Bê tông tạo khí 450 0,38 - 400 0,43 - 350 0,48 040 300 0,55 0,46 250 0,62 0,53 200 0,70 0,61 150 0,80 0,71 Ghi chú : Cường ñộ bê tông trong bảng 5.6 ñược xác ñịnh trên mẫu thử trụ 15x30cm bảo dưỡng 28 ngày ở 23 ±1,70C bằng cách nén và uốn mẫu thử. ðối với mẫu thử hình lập phương cường ñộ bê tông sẽ tăng lên 20%. Xác ñịnh Vñ- Thể tích cốt liệu thô ñã lèn chặt. Bảng 5.8 Dmax(mm) Thể tích cốt liệu thô ở mỗi ñơn vị thể tích bê tông ứng với các mô ñun hạt 2,40 2,60 2,80 3,00 10 0,50 0,48 0,46 0,44 12,5 0,59 0,57 0,55 0,53 20 0,66 0,64 0,62 0,60 25 0,71 0,69 0,67 0,65 40 0,76 0,74 0,72 0,70 50 0,78 0,76 0,74 0,72 70 0,81 0,79 0,77 0,75 150 0,87 0,85 0,83 0,81 Ghi chú : Có thể giảm 10% thể tích cốt liệu thô ñối với bê tông dùng máy bơm môñun hạt của cát ñược xác ñịnh ứng với bộ sàng 0,149 ;0,297 ;0,595 ;1,19 ;2,38 và 4,76 m 76 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Bảng 5.9 Dmax(mm) Ước tính khối lượng bê tông. Kg/m3 Bê tông không tạo không khí Bê tông tạo không khí 10 2285 2190 12,5 2315 2235 20 2355 2280 25 2375 2315 40 2420 2355 50 2445 2375 70 2465 2400 150 2505 2435 CÂU HỎI ÔN TẬP 1. So sánh sự giống và khác nhau giữa các phương pháp thiết kế thành phần bê tông xi măng; 2. Nội dung phương pháp thiết kế thành phần bê tông theo Bolomay-Skramtaep; 3. Nội dung phương pháp thiết kế thành phần bê tông theo ACI; 77 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com CHƯƠNG 6 BÊ TÔNG ÁT PHAN Bê tông át phan là một loại ñá nhân tạo có thành phần chủ yếu là bi tum dầu mỏ, hỗn hợp vật liệu khoáng (ñá, cát, mạt, bột khoáng) và phụ gia. Nó ñược sử dụng làm ñường ô tô. 6.1. Phân loại bê tông át phan và các yêu cầu về chỉ tiêu cơ lý của bê tông át phan – 22 TCN249-98. Căn cứ cỡ lớn nhất của cấp phối ñá (tương ứng cỡ sàng tròn tiêu chuẩn mà cỡ sàng nhỏ hơn sát ngày dưới nó có lượng sót tích luỹ lơn hơn 5%) bê tông át phan rải nóng ñược phân ra 4 loại : bê tông nhựa hạt nhỏ, bê tông nhựa hạt trung, bê tông nhựa hạt lớn và bê tông nhựa hạt cát. Theo ñộ rỗng còn lại sau khi ñầm chặt bê tông át phan ñược phân ra hai loại : - Bê tông át phan ñặc (BTA) có ñộ rỗng còn dư từ 3% ñến 6% theo thể tích. Trong thành phần hỗn hợp bắt buộc phải có bột khoáng. - Bê tông át phan rỗng (BTAR) có ñộ rỗng còn dư lớn hơn 6% ñến 10% theo thể tích và chỉ dùng làm lớp dưới của mặt bê tông át phan hai lớp hoặc làm lớp mỏng. - Theo chất lượng của vật liệu khoáng ñể chế tạo hỗn hợp, bê tông át phan ñược phân ra 2 loại : loại I và loại II chỉ ñược dùng cho lớp mặt ñường cấp tới hạn 40km/h hoặc dùng cho lớp dưới của mặt ñường bê tông hai lớp hoặc dùng cho phần ñường dành cho xe thô sơ. Thành phần cấp phối của các loại bê tông át phan nằm trong giới hạn quy ñịnh theo bảng 6.1, cấp phối thiết kế phải liên tục. Tỷ lệ thành phần 2 loại hạt kế cận nhau không ñược biến ñổi từ giới hạn dưới ñến giới hạn trên. Hàm lượng nhựa tính theo% khối lượng của cốt liệu khô, tham khảo ở bảng 6.2. ðể có hàm lượng tối ưu, cần phải làm các mẫu thí nghiệm 3-4 hàm lượng nhựa thay ñổi nhau từ 0,3 -0,5 % chugn quanh hàm lượng nhựa tham khảo. Chọn hàm lượng nhựa sao cho hỗn hơp bê tông nhựa rải nóng thoả mãn các yêu cầu trong bảng 6.2 (BTA) và 6.3 (BTAR). 78 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Yêu cầu các chỉ tiêu cơ lý của bê tông át phan ñặc Bảng 6.1 TT Các chỉ tiêu Yêu cầu ñối với bê tông át phan loại Phương pháp thí nghiệm I a, Thí nghiệm theo mẫu nén hình trụ 1 ðộ rỗng cốt liệu khoáng chất ,% thể tích 15-19 15-21 2 ðộ rỗng còn dư , % thể tích 3-6 3-6 3 ðộ ngâm nước, % thể tích 1,5-3,5 1,5-4.5 4 ðộ nở, % thể tích, không lớn hơn 0,5 1,0 5 Cường ñộ chịu nén, daN/cm2 , ở nhiệt ñộ + 200C Không nhỏ hơn + 500C Không nhỏ hơn 35 14 25 12 Quy trình thử nghiệm bê tông át phan 6 Hệ số ổn ñịnh nước, không nhỏ hơn 0,90 0,85 7 Hệ số ổn ñịnh nước, khi cho ngậm trong 15 ngày ñêm, không lớn hơn 0,85 0,75 8 ðộ nở,% thể tích, khi cho ngậm nước trong 15 ngày ñêm, không lớn hơn 1,5 1,8 b, Thí nghiệm theo phương pháp Marshall (mẫu ñầm 75 cú mỗi ngày) 1 ðộ ổn ñịnh (Stability) ở 60 0C, kN, không nhỏ hơn 8,00 7,5 2 Chỉ số dẻo quy ước (flow) ứng với S= 8 kN, mm nhỏ hơn hay bằng 4,0 4,0 3 Thương số Marshall (Marshall Quotient) ðộ ổn ñịnh (Stability) kN Chỉ số dẻo quy ước (flow) mm min2,0 max5,0 min 1,8 max 5,0 4 ðộ ổn ñịnh còn lại sau khi ngâm mẫu ở 600C , 24 giờ só với ñộ ổn ñịnh ban ñầu, % lớn hơn 75 75 5 ðộ rỗng bê tông át phan (Air voids) 3-6 3-6 6 ðộ rỗng cốt liệu (Voids in mineral aggregate) 14-18 14-20 79 Trung taâm ñaøo taïo xaây döïng VIETCONS http://www.vietcons.org https://thuviensach.vn