Khi giá trị Mđl của cốt liệu lớn càng tăng thì
|
03/04/17, 09:52 AM #91
28/04/17, 03:44 PM #92
BÊ TÔNG VÀ CÁC LOẠI SẢN PHẨM BÊ TÔNG
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (335.85 KB, 24 trang ) Chương 5. Bê tông và các sản phẩm của bê tông Bê tông dùng CKD đặc biệt. Theo dạng cốt liệu: Bê tông cốt liệu đặc. Bê tông cốt liệu rỗng. Bê tông cốt liệu đắc biệt (chống phóng xạ, chịu nhiệt, chịu axit). Theo khối lượng thể tích: - Bê tông đắc biệt nặng: (0 >2500kg/m3) được chế tạo từ cốt liệu đặc biệt nặng, dùng cho kết cấu đặc biệt. - Bê tông nặng: (0 = 2200 2500kg/m3) chế tạo từ cát, sỏi, đá bình thường, dùng cho kết cấu chịu lực. 53 Chương 5. Bê tông và các sản phẩm của bê tông - Bê tông tông tương đối nặng: (0 = 1800 2200kg/m3) dùng chủ yếu cho kết cấu chịu lực. - Bê tông nhẹ: (0 = 500 1800kg/m3) + Bê tông nhẹ cốt liệu rỗng: dùng cốt liệu rỗng. + Bê tông tổ ong: (bê tông khí, bê tông bọt) chế tạo từ hỗn hợp CKD, nước, cấu tử silic nghiền mịn và chất tạo rỗng. + Bê tông hốc lớn. - Bê tông đặc biệt nhẹ: cũng là loại bê tôg tổ ong và bê tôg cốt liệu rỗng nhưng có 0 < 500 kg/m3. Theo công dụng: - Bê tông thường: dùng trong các kết cấu bê tông cốt thép (móng, cột, dầm, sàn...) - Bê tông thuỷ công: dung để xây đập, âu thuyền, phủ lớp mái kênh, các công trình dẫn nước,... - Bê tông dùng cho mặt đường, sân bay, vỉa hè. Bê tông dùng cho kết cấu bao che. - Bê tông có công dụng đắc biệt như bê tông chịu nhiệt, chịu axit, bê tông chống phóng xạ. 5.2 Cấu trúc của bê tông xi măng. 5.2.1 Sự hình thành cấu trúc của bê tông. Sau khi đầm nén các cấu tử của hỗn hợp bê tông được sắp xép lại chặt chẽ hơn, cùng với sự thuỷ hoá của xi măng cấu trúc của bê tông dược hình thành (giai đoạn này gọi là giai đoạn hình thành cấu trúc). Quá trình hình thành: các sản phẩm mới hình thành do xi măng thuỷ hoá dần dần tăng lên, đến một lúc nào đó chúng tách khỏi dung dịch quá bão hoà. Số lượng sản phẩm mới tách ra tăng lên đến một mức nào đó thì cấu trúc keo tụ chuyển sang cấu trúc tinh thể, làm cho cường độ của bê tông tăng lên. Sự hình thành cấu trúc tinh thể sẽ sinh ra 2 hiện tượng nhược nhau: tăng cường độ và hình thành nội ứng suất trong mạng lưới tinh thể (đó là nguyên nhân sinh ra vết nứt và giảm cường độ của bê tông). Khoảng thời gian hình thành cấu trúc cũng như cường độ dẻo của bê tông phụ thuộc vào yếu tố sau: - Thành phần của bê tông. - Dạng chất kết dính và phụ gia hoá học. Hỗn hợp bê tông cứng và kém dẻo với tỷ lệ N/XM không lớn có giai đoạn hình thành cấu trúc ngắn. Việc dùng xi măng và phụ gia rắn nhanh sẽ rút ngắn giai đoạn hình thành cấu trúc. Trong trường hợp cần duy trì tính công tác của hỗn hợp bê tông trong lúc vận chuyển cung như thời tiết nóng có thể dùng phụ gia chậm cứng hoá. 5.2.2 Cấu trúc vĩ mô và cấu trúc vi mô: 5.2.2.1 Cấu trúc vĩ mô: Bê tông và các loại vật liệu đá nhân tạo khác có cấu trúc vĩ mô rất phúc tạp. Xét một đơn vị thể tích hỗn hợp bê tông đã lèn chặt bao gồm: thể tích của cốt liệu Vcl, thể tích hồ xi măngVh và thể tích lỗ rỗng Vk. Vcl + Vh + Vk = 1 (5-1) Khi dầm nén tốt thể tích lỗ rỗng khí có tể coi như không đáng kể (Vk = 2-3%) và lúc đó Vcl + Vh = 1 hay: Vcl + X/aX + N =1 54 Chương 5. Bê tông và các sản phẩm của bê tông Vcl = 1 - X/aX - N Vcl = 1 - (1/aX + N/X) X (5-2) Trong đó aX là khối lượng riêng của xi măng (T/m3); N, X: lượng dùng ximăng và dùng nước cho một đơn vị thể tích bê tông đã lèn chặt. 5.2.2.2 Cấu trúc vi mô: Được đặc trưng bằng cấu trúc của vật rắn, độ rỗng và đặc trưng lỗ rỗng của từng cấu tử tạo nên bê tông (đá, CKD, cốt liệu) cũng như cấu tạo của lớp tiếp xúc giữa chúng. Cốt liệu có ảnh hưởng đến hồ xi măng ở trong bê tông và sự hình thành cấu trúc của nó. Nước nhào trộn trong bê tông một phần dùng để bôi trơn hạt cốt liệu, một phần tạo thành cấu trúc của đá xi măng. Còn một phần lớn bị cốt liệu rỗng hút vào. Vì vậy hỗn hợp bê tông dẻo sau khi đổ khuôn có thể xẩy ra sự tách nước ở bên trong, nước sẽ đọng lại trên bề mặt hạt cốt liệu lớn và làm yếu mối liên kết giữa chúng với phần vữa. Vết nứt co ngót ở bên trong sẽ phát triển men theo vùng liên kết yếu. Sự tách lớp ở bên trong sẽ phá huỷ sự toàn khối và sự đồng thất của bê tông, dẫn đến sự không đồng nhất về tính chất. Vùng tiếp xúc giữa cốt liệu và đá xi măng có ảnh hưởng đến sự làm việc đồng hời của các bộ phận, đến tính toán khối và độ ổn định của bê tông. Về thành phần và tính chất, vùng tiếp xúc khác với vùng đá xi măng khác. Do sự thuỷ hoá của C3S mà trên bề mặt cốt liệu có những tinh thể Ca(OH) 2 và CaCO3 và cũng có thể có sự tương tác hoá học giữa cốt liệu với các sản phẩm thuỷ hoá của xi măng ngay ỏ điều kiện bình thường và tương tác càng tăng cường trong điều kiện gia công nhiệt. Độ bền của mối liên kết giữa cốt liệu và dá xi măng phụ thuộc vào các yếu tố: - Bản chất của cốt liệu; - Độ rỗng; - Độ nháp rám bề mặt; - Độ sạch của của mặt cốt liệu; - Phụ thuộc vào loại xi măng, độ hoạt tính của nó; - Tỷ lệ N/X và điều kiện rắn chắc của bê tông. Độ rỗng trong cốt liệu. Trong bê tông bao gồm những lỗ rỗng nhỏ li ti và lỗ rỗng mao quản. Độ rỗng của nó có thể lên tới 10-15% và bao gồm: - Lỗ rỗng trong đá xi măng (lỗ rỗng ren, lỗ rỗnh mao quản, lỗ rỗng do khí cuốn vào). - Lỗ rỗng trong cốt liệu. - Lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu (khoảng không gian giữa các hạt cốt liệu không được chèn đầy hồ xi măng. Với bê tông cốt liệu đặc, đầm nén tốt thì độ rỗng được hình thành chủ yếu trong đá xi măng và lượng khí cuốn vào trong khi thi công. Theo giáo sư Gortrakov G.I, thể tích của bê tông sẽ được tính bằng công thức: Vrb = (N/X – 0,5) + 0,29X + (0,02 0,06) (5-3) (N/X – 0,5).X: Thể tích rỗng mao quản, phụ thuộc vào lượng nước nhào trộn, lượng xi măng và mức độ thuỷ hoá(). 55 Chương 5. Bê tông và các sản phẩm của bê tông 0,29X: Thể tích lỗ rỗng gen. (0,02 0,06): Thể tích rỗng do khí cuốn vào. 5.3 Tính chất của hỗn hợp bê tông xi măng. 5.3.1 Tính lưu biến. Hỗn hợp bê tông là một vật thể vật lý đồng nhất của xi măng, nước, cốt liệu và phụ gia. Chúng tương tác với nhau bằng lực liên kết vật lý và hoá học. Hồ xi măng (xi măng và nước) là thành phần tạo thành cấu trúc chủ yếu. Khi tăng quá trình thuỷ hoá của xi măng, độ phân tán của pha rắn tăng lên, làm cho độ nhớt và khả năng dính kết của hồ xi măng tăng lên; trong hỗn hợp bê tông bắt đầu xuất hiện biến dạng đàn hồi và cường độ cấu trúc. Mặt khác, nó cũng có thể chảy nhão ra giống như chất lỏng quánh. Vì vậy hỗn hợp bê tông có thể được coi là vật thể đàn hồi- dẻo quánh. Nó vừa mang tính chất của chất rắn vừa có tính chất của chất lỏng lý tưởng. Bản chất lưu biến của hỗn hợp bê tông được biểu diễn bằng phương trình sau: = /E + ( - 0)/.t (5-4) Trong đó - ứng suất trong hỗn hợp bê tông. E- môđun đàn hồi. 0- ứng suất trượt trong hỗn hợp bê tông. - độ nhớt động của hỗn hợp bê tông. t- thời gian. Dưới sự tác dụng của chấn động, lực tương tác giữa các cấu tử vật chất bị phá huỷ, làm mất cường độ cấu trúc của hỗn hợp be tông, có nghĩa là 0 tiến tới không và khi đó hỗn hợp bê tông sẽ tồn tại như là một chất lỏng nặng và quánh, dễ dàng lấp đầy khuôn. 5.3.2 Tính công tác của hỗn hợp bê tông. Tính công tác hay còn gọi là tính dễ tạo hình là tính chất kỹ thuật của hỗn hợp bê tông biểu thị khả năng lấp đầy khuôn nhưng vẫn đảm bảo được độ đồng nhất trong một điều kiện đầm nén nhất định. Để đánh giá tính công tác người ta sử dụng 3 chỉ tiêu: 5.3.2.1 Độ lưu động. Là chỉ tiêu tính chất quan trọng nhất của hỗn hợp bê tông, nó dánh giá khả năng dễ chảy của bê tông dưới tác dụng của trọng lượng bản thân hoặc rung động. Độ lưu động được xác định bằng độ sụt SN (cm)của hình nón cụt hộn hợp bê tông. Hình 1.1. Cách xác định độ dẻo (Sụt) SN của hỗn hợp bê tông 5.3.2.2 Độ cứng 56 Chương 5. Bê tông và các sản phẩm của bê tông Được xác định bằng thời gian rung động cần thiết để san bằng là lèn chặt hỗn hợp bê tông trong nhớt kế kỹ thuật. Dựa vào chỉ tiêu về độ lưu động và dộ cứng người ta phân biệt hỗn hợp bê tông thành loại bê tông cứng, cứng cao, cứng vừa,... Các chỉ tiêu về độ lưu động và độ cứng được lựa chọn theo các loại kết cấu theo kích thước, theo mật độ cốt thép và phương tiện thi công.Việc lựa chọn được thực hiện theo bảng sau đây: Bảng 1.1. Các chỉ tiêu về độ lưu động và độ cứng Kết cấu và phương pháp chế tạo Cấu kiện bê tông cốt thép tháo khuôn sớm Tấm phủ đường ôtô, đường bằng Bê tông toàn khối ít cốt thép Cột, dầm, xà tấm bằng bê tông cốt thép Bê tông nhiều cốt thép Các chi tiết lắp ghép nhà Bê tông rất dày cốt thép ĐC (gy) 20-10 10-6 6-4 4 2 - SN(cm) 0 1-2 2-4 4-8 8-10 12-18 18-24 5.3.2.3 Độ giữ nước Được đặc trưng bằng khả năng giữ nước để đảm bảo độ đồng nhất của hỗn hợp trong quá trình vận chuyển, đổ khuôn và đầm nén. Khi đầm nén hỗn hợp bê tông dẻo, các hạt cốt liệu có khuynh hướng chìm xuống và xích lại gàn nhau, nước bị ép tách ra khỏi cốt liệu và cốt thép, nổi lên phía trên hoặc cùng với xi măng chiu qua kẽ hở của côtfa ra ngoài, toạ thành những lỗ rỗng, làm khả năng chống thấm nước của bêtông giảm. Một phần nước thừa đọng lại bên trong hỗn hợp tạo thành những hốc rỗng, ảnh hưởng xấu đến cấu trúc và tính chất của bê tông. Việc giảm lượng nước nhào trộn và nâng cao khả năng giữ nước của hỗn hợp bê tông có thể thực hiện bằng sử dụng phụ gia hoạt động bề mặt và lựa chọn thành phần hạt của cốt liệu một cách hợp lý. 5.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính công tác của hỗn hợp bê tông. 5.3.3.1 Lượng nước nhào trộn. Là yếu tố quan trọng quyết định tính công tác của hỗn hợp bê tông. Lượng nước nhào trộn bao gồm lượng nước tạo hồ xi măng và lượng nước dùng cho cốt liệu (độ cần nước). Lượng nước trong hồ xi măng xác định độ lưu biến của hồ và do đó xác định tính chất của hỗn hợp bê tông- độ lưu động và độ cứng. Khả năng hấp thụ nước của cốt liệu là một đặc tính công nghệ quan trọng của nó. Khi diện tích bề mặt của các hạt cốt liệu thay đổi, hay nói cách khác, tỷ lệ các cấp hạt của cốt liệu, độ lớn của nó và đặc trưng bề mặt của cốt liệu thay đổi thì độ cần nước cũng thay đổi. Vì vậy, khi xác định thành phần bê tông thì việc xác định tỷ lệ cốt liệu nhỏ- cốt liệu lớn tối ưu để đảm bảo cho hồ xi măng nhỏ nhất rất quan trọng. Để đảm bảo cho bê tông có cường độ yêu cầu thì tỷ lệ N/X phải giữ ở giá trị không đổi và do đó khi độ cần nước của cốt liệu tăng thì dẫn đến chi phí quá nhiều xi măng. Việc xác định lượng nước nhào trộn phải thông qua các chỉ tiêu tính công tác có tính đến loại và độ lớn cốt liệu. (H8-5). Mà tính công tác lại phụ thuộc vào độ nhớt và thể tích của hồ xi măng. Khi lượng nước còn quá ít, dưới tác dụng của lực hút phân tử, nước chỉ đủ để hấp thụ trên vật rắn mà chưa tạo ra độ lưu động của hỗn hợp. Lượng nước tăng lên dến một giới hạn nào đó sẽ xuất hiện nước tự do, màng nước trên bề mặt vật rắn dày thêm, nội ma sát giữa chúng giảm xuống, độ lưu động tăng lên. Lượng nước ứng với lúc hỗn hợp bê tông có độ lưu động tốt nhất mà không bị phân tầng gọi là khả năng giữ nước của hỗn hợp. Đối với hỗn hợp bê tông dùng xi măng pooclăng lượng nước đó khoảng 1,65Ntc (Ntc- lượng nuớc tiêu chuẩn của xi măng). 57 Chương 5. Bê tông và các sản phẩm của bê tông 5.3.3.2 Loại và lượng xi măng. Nếu hỗn hợp bê tông có đủ xi măng để cùng với nước lấp đầy lỗ rỗng của cốt liệu, bọc và bôi trơn bề mặt của chúng thì độ lưu động sẽ tăng. Tuy nhiên, vì lý do giá thành nên lượng xi măng không thể quá nhiều. Độ lưu động còn phụ thuộc loại xi măng và phụ gia vô cơ nghiền mịn, vì bản thân mỗi loại xi măng sẽ có đặc tính riêng về các chỉ tiêu tính chất, như Htc, độ mịn, thời gian ninh kết và rắn chắc. 5.3.3.3 Lượng vữa xi măng. Nếu vữa xi măng (hồ xi măng + cốt liệu nhỏ) chỉ đủ để lấp đầy lỗ rỗng của cốt liệu lớn thì hỗn hợp bê tông rất cứng. Để tạo cho hỗn hợp bê tông có độ lưu động thì phải đẩy xa các hạt cốt liệu lớn và bọc xung quanh chúng một lớp vữa xi măng (H8-6). Do đó thể tích phần vữa sẽ bằng thể tích rỗng trong cốt liệu lớn nhân với hệ số trượt (1,05-1,15 đối với hỗn hợp bê tông cứng, 1,2-1,5 đối với hộ hợp bê tông dẻo). 5.3.3.4 Phụ gia hoạt động bề mặt. Chỉ cần dùng với một lượng nhỏ (0,05-0,3% khối lượng xi măng) nhưng độ lưu động của hỗn hợp cũng tăng lên đáng kể. Có chế tăng dẻo của phụ gia được giải thích bằng tác dụng làm giảm sức căng mặt ngoài ở mặt phân cách (giữa pha nước và rắn, giữa khí và nước). Các loại phụ gia hoạt động bề mặt thường dùng là phụ gia ưa nước, phụ gia kị nước và phụ gia tạo bọt. - Phụ gia ưa nước: có nhiều loại, loại phổ biến là muối canxi lignosulfonat. Khi muối hấp phụ bề mặt xi măng làm các phân tử nước trên bề mặt bị phá hoại một phần và được giải phóng, hơn nữa làm cho hạt xi măng ưa nước, dễ thấm ứt hơn. Như vậy khi có phụ gia hồ xi măng hồ xi măng cần lượng nước ít hơn, lực dính kết giữa các hạt xi măng giảm, dễ trơn trượt lên nhau, làm độ lưu động của hỗn hợp bê tông tăng. - Phụ gia kị nước: là loại xà phòng natri, axidon, petrolatum đã oxy hoá. Khi hấp phụ trên bề mặt hạt xi măng, do hút bám ion canxi, gốc cacbuahyđrô của chúng hướng ra phía ngoài, vì gốc này có tính kị nước nên không bị thấm ướt. Nhưng lớp mỏng các phân tử định hướng đó có khả năng trượt lên nhau một cách dễ dàng làm cho độ lưu động của hỗn hợp bê tông tăng lên. - Phụ gia bọt khí: chủ yếu là xà phòng natri của các axit hữu cơ. Khi nhào trộn bê tông, phụ gia sẽ cuốn theo vào một lượng không khí. Các bọt khí sẽ làm giảm sức căng mặt ngoài của chất lỏng ở mặt phân cách khí- lỏng. Lượng bọt khí nhờ có các phân tử phụ gia mà được ổn định trong chất lỏng, đồng thời làm tăng thể tích hồ xi măng. Do đó độ lưu động của hỗn hợp bê tông tăng lên. Chú ý: Phụ gia hoạt động bề mặt phần nào phần nào làm kéo dài quá trình thuỷ hoá của xi măng và làm chậm tốc độ phát triển cường độ của bê tông. 5.3.3.5 Gia công chấn động. Là biện pháp có hiệu quả để làm cho hỗn hợp bê tông cứng và kém dẻo trở thành dẻo và chảy, dễ đổ khuôn và đầm chặt. Khi chấn động các phân tử của hỗn hợp bê tông bị dao động cưỡng bức liên tục và sắp xếp lại một cách chặt chẽ hơn. Khi tần số dao động đạt đến giá trị nào đo thì nội ma sát của hỗn hợp giảm đến mức nhỏ nhất do sự xuất hiện một áp lực chống lại tác dụng của trọng lực. Hỗn hợp bị phân tách theo độ lớn, hình dạng và khối lượng của hạt. Cấu trúc ban đầu bị phá hoại. Độ cứng của hỗn hợp giảm xuống, các phần tử sắp xếp lại chặt chẽ hơn. Kết quả hỗn hợp được lèn chặt. 5.4 Cường độ của bê tông. 58 Chương 5. Bê tông và các sản phẩm của bê tông Trong kết cấu xây dựng bê tông có thể làm việc ở những trạng thái khác nhau: nén, kéo, uốn, trượt ... Trong đó bê tông làm việc ở trạng thái chịu nén là tốt nhất. Vì vậy cường độ chịu nén là chỉ tiêu tính chất quan trọng nhất của bê tông. Dựa vào cường độ chịu nén giới hạn trung bình của các mẫu bê tông hình lập phương có cạnh 15cm dưoững hộ trong 28 ngày ở điều kiện tiêu chuẩn (nhiệt độ 202C, độ ẩm không khí 90-100%), định ra mác của bê tông như sau: 100, 150, 200, 250, 300, 400, 500 và 600. Khi dùng mẫu có kích thước không tiêu chuẩn, kết quả thí nghiệm phải nhân với hệ số điều chỉnh K Bảng 1.1. Bảng tra hệ số K theo kích thước mẫu và mác bê tông Kích thước mẫu, cm 20 x 20 x 20 15 x 15 x 15 10 x 10 x 10 150 1,06 1,00 0,96 Hệ số K khi mác của bê tông 200 300 1,05 1,05 1,00 1,00 0,94 0,92 400 1,04 1,00 0,90 Trong quá trình cứng rắn, cường độ bê tông không ngừng tăng lên. Từ 7 đến 14 ngày cường độ phát triển nhanh, sau 28 ngày chậm dần và có thể tăng mãi cho đến hàng chục năm sau và gần như tuân theo quy luật logarit: Rn/R28 = lgn/lg28 với n>3 (5-4) Trong đó: Rn, R28 - cường độ bê tông ở tuổi n và 28 ngày; n- tuổi của bê tông. Ngoài thời gian, cường độ bê tông còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác. Đá xi măng (mác xi măng, N/X) có ảnh hưởng lớn đến cường độ bê tông. Điều này đã được giáo sư N.B. Belaev thể hiện ở công thức: Rb28 = Rx/k(N/X)n , kg/cm2. (5-5) Trong đó: Rb28- cường độ nén giới hạn của bê tông ở tuổi 28 ngày; Rx- mác xi măng; n, k- hệ số phụ thuộc vào chất lượng nguyên vật liệu, đối với bê tông nặng n = 1,5; khi dùng đá dăm k = 3,5; sỏi k = 4. Sự phụ thuộc của cường độ bê tông vào N/X thực chất là phụ thuộc vào thể tích rỗng tạo ra do lượng nước dư thừa. Hình 1.2. Sự phụ thuộc của cường độ bê tông vào lượng nước nhào trộn 59 Chương 5. Bê tông và các sản phẩm của bê tông a- vùng hỗn hợp bê tông cứng không đầm chặt được; b - vùng hỗn hợp bê tông có cường độ và độ đặc cao nhất; c-vùng hỗn hợp bê tông dẻo; d - vùng hỗn hợp bêtông chảy. Độ rỗng r tạo ra do lượng nước thừa có thể dược xác định bằng công thức: r = (N - X)/1000 (.100%) (5-6) Trong đó: N,X- lượng nước và lượng xi măng trong 1m3 bê tông; - Lượng nước liên kết hoá học tính bằng % khối lượng xi măng; Ở tuổi 28 ngày lượng nước liên kết hoá học khoảng 15- 20%. Thực chất quan hệ giữa cường độ Rb và N/X được biểu diễn bằng những đường cong phức tạp. Trong thực tế, để đơn giản hai nhà bác học B.I Bolomey và Skramtaev đã chuyển thành đường thẳng theo các công thực sau: + Đối với bê tông có: X/N = 1,4-2,5 thì Rb = ARx (X/N 0,5) + Đối với bê tông có: (5-7) X/N > 2,5 thì: Rb = A1Rx(X/N + 0,5) (5-8) (Hai công thức trên chỉ dùng cho bê tông đăc chắc dùng xi măng pooclăng, nước và cótt liệu đạt yêu cầu quy phạm) Trong đó: A và A1 là hệ số được xác định theo chất lượng của cốt liệu và phương pháp xác định mác xi măng. Bảng 2.1. Hệ số A và A1 theo phương pháp xác định mác ximăng Chất lượng cốt liệu Chất lượng cao (đá phún xuất đặc, cát ít tạp chất) Chất lượng trung bình. Chất lượng thấp (sỏi, cát hạt nhỏ) A, khi mác xi măng xác định theo phương pháp cứng mềm A1, khi mác xi măng xác định theo phương pháp. cứng mềm 0,5 0,65 0,33 0,43 0,45 0,4 0,6 0,55 0,30 0,27 0,40 0,37 Cốt liệu: Sự phân bố giữa các hạt cốt liệu và tính chất của nó (độ nhám, số lượng lỗ rỗng hở, tỉ diện tích) có ảnh hưởng đến cường độ của bê tông. Bình thường hồ xi măng lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu và đẩy chúng ra xa nhau một chút. Trong trường hợp này do phát huy được vai trò của cốt liệu nên cường độ của bê tông khá cao và yêu cầu cốt liệu có cường độ cao hơn cường độ bê tông 1,5- 2 lần. Khi bê tông chứa lượng hồ xi măng lớn hơn, các hạt cốt liệu bị đẩy ra xa nhau hơn đến mức chúng hầu như không có tác dụng tương hỗ với nhau. Khi đó, cường độ của đá xi măng và cường độ vùng tiếp xúc đóng vai trò quyết định đến cường độ bê tông, nên yêu cầu về cường độ của cốt liệu ở mức thấp hơn. Cấu tạo của bê tông (biểu thị bằng độ đặc của nó) có ảnh hưởng đến cường độ của bê tông. Khi thiết kế thành phần bê tông ngoài việc đảm bảo cho bê tông có độ đặc cao thì việc lựa chọn độ lưu độngvà phương pháp thi công thích hợp có ý nghĩa quan trọng. Đối với mỗi hỗn hợp bê tông, ứng với một điều kiện đầm nén nhất định sẽ có một tỉ lệ nước thích hợp. Nếu tăng mức độ đầm nén thì tỉ lệ nước thích hợ sẽ giảm xuống và cường độ bê tông tăng lên. Cường độ bê tông phụ thuộc vào mức độ đầm chặt thông qua hệ số lèn K1: K1 = ’v/v (5-9) Trong đó: 60 Chương 5. Bê tông và các sản phẩm của bê tông ’v- khối lượng thể tích thực tế của hỗn hợp bê tông sau khi lèn chặt, kg/cm3; v- khối lượng thể tích tính toán của hỗn hợp bê tông, kg/m3; Hộn hợp bê tông cứng có K1 = 0,95-0,98. Phụ gia rắn nhanh: có tác dụng đẩy nhanh quá trình thuỷ hoá của xi măng nên làm tăng nhanh sự phát triển cường độ bê tông dưỡng hộ trong điều kiện tự nhiên cũng như ngay sau khi dưỡng hộ nhiệt. Ngoài ra, phụ gia rắn nhanh còn có tác dụng tăng tính chống thấm nước của bê tông. Phụ gia rắn nhanh phỏ biến nhất CaCl2. Nó chỉ được dùng với một hàm lượng và điều kiện cho phép. 5.5 Tính biến dạng của bê tông. Bê tông là loại vật liệu đàn hồi dẻo. Biến dạng của nó gồm có 2 phần: biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo. 5.5.1 Biến dạng đàn hồi: Tuân theo định luật Húc: = E, kg/cm2 (5-10) Trong đó: - ứng suất trong bê tông; - biến dạng tương đối cm/cm; E- môđun đàn hồi của bê tông, kG/cm2. Biến dạng đàn hồi của bê tông xảy ra khi tải trọng tác dụng rất nhanh và tạo ra ứng suất không lớn lắm (nhỏ hơn 0,2 cường độ giới hạn). Tính đàn hồi của bê tông ở giai đoạn này (đh) được đặc trưng bằng môđun đàn hồi ban đầu và có thể được tính theo công thức: Eđh = 106/1,7 + (360/Rb28 , kg/cm2 (5-11) Trong đó: Rb28- cường độ chịu nén của bê tông ở tuổi 28 ngày, kg/cm2; Môđun đàn hồi của bê tông tăng lên khi hàm lượng cốt liệu lớn, cường độ và môđun đàn hồi của cốt liệu tăng lên và hàm lượng xi măng, tỉ lệ N/X giảm. 5.5.2 Biến dạng dẻo và biến dạng dư. Nếu ứng suất vượt quá 0,2 cường đọ giới hạn của bê tông, thì ngoài biến dạng đàn hồi còn đo được cả biến dạng dư. Như vậy biến dạng của bê tông là tổng của biến dạng đàn hồi (đh) và biến dạng dư (d) b = đh + d. (5-12) Đặc trưng biến dạng của bê tông sẽ là: Ebd = /b = / (đh + d) , kg/ cm2. (5-13) Cũng như các loại vật liệu gốm khác, biến dạng của bê tông trước khi bị phá hoại thường không lớn lám (0,5-1,5 mm/m). 5.5.3 Tính co nở của bê tông. Trong quá trình rắn chắc, bê tông thường phát sinh biến dạng thể tích: nở ra trong nước và co lại trong không khí. Về giá trị tuyệt đối độ co lớn hơn nở 10 lần. 5.6 Vật liệu để chế tạo bê tông nặng. 5.6.1 Xi măng. 61 Chương 5. Bê tông và các sản phẩm của bê tông Loại xi măng: phổ biến nhất là xi măng pooclăng, ngoài ra còn sử dụng các loại xi măng khác tuỳ theo điều kiện môi trường và điều kiện kết cấu: xi măng xỉ, xi măng puzolan, xi măng pooclăng bền sunfat. Mác xi măng: Phải đảm bảo đạt mác bê tông thiết kế vừa đảm bảo và yêu cầu kinh tế (đảm bảo bê tông với giá thành thấp nhất vì trong bê tông thì xi măng là tốt nhất). Để thoả mãn đồng thời 2 yêu cầu trên ta nên: Tránh dùng XM mác thấp để chế tạo bê tông mác cao và ngược lại (vì theo tính toán sẽ cần lượng xi măng quá ít nên không đủ để bao quanh các hạt cốt liệu, do đó không đảm bảo yêu cầu). Bảng 1.1. Chọn mác ximăng theo mác bê tông Mác bê tông Mác XM (nên chọn) Mác XM (cho phép) 100 200 - 150 300 - 200 300 400 250 400 - 300 400 500 350 400 500 400 500 600 500 600 - 600 và lớn hơn 600 - Để thoả mãn yêu cầu thứ 2 phải tuân theo quy định về lượng xi măng tối thiểu. Bảng 1.2. Lượng ximăng tối thiểu Điều kiện làm việc của kết cấu công trình Trực tiếp tiếp xúc với nước Bị ảnh hưởng của mưa gió không có phương tiện bảo vệ Không bị ảnh hưởng của mưa gió Phương pháp đầm chặt Bằng tay 265 Bằng máy 240 250 220 220 200 5.6.2 Cốt liệu nhỏ – cát. Cát dùng để chế tạo bê tông có thể là cát thiên nhiên hay cát nhân tạo có cỡ hạt từ 0,14 đến 5mm. Chất lượng cát phụ thuộc vào thành phần khoáng, thành phần hạt và hàm lượng tạp chất. 5.6.2.1 Thành phần hạt và độ lớn của cát: Được xác định bằng cách sàng 1000g cát trên bộ sàng tiêu chuẩn: 0,14; 0,315; 0,63; 1,25; 2,5mm Lượng sót riêng biệt trên mỗi sàng là a i(%), đó là tỉ số % lượng sót trên mỗi sàng mi so với toàn bộ lượng cát đem thí nghiệm m: ai = (mi/m).100% (5-13) Xác định lượng sót tích luỹ A i(%) trên mỗi sàng, tức là tổng lượng sót riêng biệt kể từ sàng lớn nhất a2,5 đến sàng cần xác định ai: Ai = a2,5 + a1,25 + ... + ai Thành phần hạt cần nằm trong phạm vi cho phép của biểu đồ chuẩn. Độ lớn của cát có ảnh hưởng đến lượng dùng xi măng và có thể được biểu thị bằng 3 thông số: - Môđun độ lớn. - Tỉ diện tích . - Độ cần nước. * Môđun độ lớn Mđl được xác định bằng công thức: Mđl = A2,5 + A1,25 + A0,63 + A0,315 + A0,14 / 100 (5-14) Môđun độ lớn đơn giản biểu thị bằng một con số, không có ý nghĩa vật lý. 62 Chương 5. Bê tông và các sản phẩm của bê tông *Tỉ diện tích Là tổng diện tích bề mặt các hạt cát trong một đơn vị khối lượng (cm2/g). *Độ cần nước Nyc Nyc được xác định theo lượng nước nhào trộn vào hỗn hợp xi măng- cát (X:C = 1:2) sao cho khối vữa hình nón cụt sau khi chấn động trên bàn dằn (30 cái trong 30 giây) có đường kính đáy 170 mm. Nyc = (N/X – Ntc)/2 (5-15) Trong đó: N/X- Tỉ lệ nước- xi măng tương ứng với bánh vữa có đường kính đáy 170mm,% Ntc- lượng nước tiêu chuẩn của xi măng, %. 5.6.2.2 Hàm lượng tạp chất. Các hạt nhỏ lẫn trong cát: d < 0,14mm làm Nyc của cát và tăng lượng dùng xi măng trong bê tông, nên lượng hạt nhỏ không được vượt quá 10%, riêng lượng hạt bụi bùn sét <3%. Lượng hạt sét không quá 0,5% vì nó biến đổi thể tích lớn khi độ ẩm thay đổi dẫn đến phá hoại cấu trúc. Ngoài ra các tạp chất khác như mica, hữu cơ, các loại muối cũng phải thoả mãn các yêu cầu của quy phạm. 5.6.3 Cốt liệu lớn- sỏi và đá dăm. Sỏi do hạt tròn, nhẵn, độ rỗng và diện tích mặt ngoài nhỏ nên cần ít nước, tốn ít xi măng và vẫn dễ đầm, dễ đổ nhưng lực bám dính với vữa nhỏ nên cường độ bê tông thấp hơn đá dăm. Cốt liệu lớn được có độ lớn của hạt từ 5-70mm, kết cấu khối lớn có thể đến 150mm. Chất lượng của cốt liệu lớn được đặc trưng bởi các chỉ tiêu sau: - Cường độ. - Thành phần hạt và độ lớn. - Tạp chât. 5.6.3.1 Cường độ Cuờng độ đá dăm được xác định thông qua thí nghiệm nén mẫu đá gốc. Cường độ của sỏi được xác định thông qua thí nghiệmnén trong xilanh bằng tháp và được gọi là độ nén giập Theo độ nén giập đá dăm được chia làm 7 mác. Bảng 1.1. Mác của đá dăm theo độ nén giập Độ nén giập ở trạng thái bão hoà nước, % Mác của đá dăm Đá trầm tích 1200 1000 800 600 400 300 200 9 9-11 12-14 15-18 19-28 29-38 39-54 Đá mác ma xâm nhập và đá biến chất 16 17-20 21-25 26-34 - Đá phún xuất 9 10-11 12-14 - 63 Chương 5. Bê tông và các sản phẩm của bê tông Mác đá dăm phải tương đương mác của bê tông: Bê tông mác 400- mác đá dăm 8. Bê tông mác 300- mác đá dăm 12. Bê tông mác < 200- mác đá dăm 16. Hạt đá hình thoi, dẹt (có chiều dày < 1/3 chiều dài) và những hạt mềm yếu, bi phong hoá nhìn chung ảnh hưởng xấu đến cường độ của bê tông. Vì vậy người ta quy định lượngchứa những hạt này không quá 10%. Nếu đá dăm có nguồn gốc macma mác 200 và 300 lượng hạt mềm yếu có thể cho phép đến 15%. 5.6.3.2 Thành phần hạt. Thành phần hạt của cốt liệu lớn được xác định thông qua thí nghiệm sàng 3kg đá hoặc sỏi trên bộ sàng tiêu chuẩn có kích thước lỗ sàng 70, 40, 20, 10 và 5mm. Sau khi thí nghiệm xác định ra đường kính lớn nhất và nhỏ nhất của đá Dmax- Dmin. - Dmax là đường kính tương ứng với cỡ sàng có lượng sót tích luỹ nhỏ hơn và gần 5% nhất. - Dmin là đường kính tương ứng cỡ sàng có lượng lọt sàng nhỏ hơn và gần 5% nhất. Ngoài ra, đường kính lớn nhất của viên đá phải phù hợp với kích thước của cấu kiện. - Dmax < 1/3 kích thước nhỏ nhất của kết cấu - Dmax < 3/4 khoảng cách cốt thép. - Đối với kết cấu là panen, sàn nhà, bản mặt cầu cho phép Dmax < 1/2 chiều dầy của kết cấu. 5.6.4 Phụ gia. Phụ gia sử dụng thường có 2 loại: loại rắn nhanh và loại hoạt động bề mặt. Phụ gia rắn nhanh: là các loại muối gốc clo (CaCl2, NaCl, HCl, FeCl3...) hoặc là hỗn hợp của chúng. Muối này sẽ làm tăng nhanh quá trình thuỷ hoá của xi măng từ đó sẽ rút ngắn quá trình rắn chắc của bê tông. Ngoài ra nó còn có khả năng nâng cao cường độ bê tông sau khi bảo dưỡng nhiệt và ở tuổi 28 ngày. Phụ gia hoạt đông bề mặt: được sử dụng với một hàm lượng rất nhỏ nhưng nó sẽ cải thiện một cách đáng kể tính công tác của bê tông từ đó sẽ làm giảm tỷ lệ N/X để chế tạo bê tông. Hiện nay trong công nghệ bê tông người ta còn sử dụng phụ gia đa chức năng- hỗn hpự của phụ gia rắn nhanh và phụ gia hoạt động bề mặt. 5.6.5 Nước. Nước để chế tạo bê tông: + Nước để rửa cốt liệu. + Nước để nhào trộn bê tông. + Nước bảo dưỡng bê tông. Yêu cầu chất lượng: Nước phải có đủ phẩm chất để không ảnh hưởng xấu đến thời gian ninh kết và rắn chắc của xi măng và không gây ăn mòn cốt thép. Các loại nước được phép sử dụng là nước sinh hoạt. Các loại nuớc không dược phép là nước đầm, ao, hồ, cống rãnh. Các loại nước có pH<4, nước có chứa muôi sunfat lớn hơn 0,27 %0 (tính theo lượng ion SO4--) 64 Chương 5. Bê tông và các sản phẩm của bê tông Nước biển có thể dùng để chế tạo bê tông cho những kết cấu làm việc trong nuớc biển, nếu tổng các loại muối trong nước không vượt quá 35g trong 1 lit nước. 5.7 Thiết kế thành phần của bê tông xi măng 5.7.1 Khái niệm. Thiết kế thành phần bê tông là lựa chọn tỷ lệ hợp lý các nguyên vật liệu thành phần (nước, xi măng, cát, đá hoặc sỏi) cho 1m3 bê tông cho dảm bảo các yêu cầu kỹ thuật và kinh tế. Lượng nguyên vật liệu tính toán cho 1m3 bê tông được biểu thị bằng tỉ số về khối lượng hay thể tích trên 1 đơn vị khối lượng hay 1 đơn vị thể tích xi măng. Những điều kiện cần thiết: Để tính toán thành phần bê tông cần phải biết truớc những điều kiện sau: Cường độ và các tính chát yêu cầu khác của bê tông và hỗn hợp bê tông; đặc tính của nguyên vật liệu sử dụng; đặc điểm và điều kiện làm việc của kết cấu. 5.7.2 Phương pháp thiết kế thành phần của bê tông. 5.7.2.1 Phương pháp Bolomey – Skramtaev: Các bước sơ bộ: (dựa trên nguyên lý thể tích tuyệt đối) * Xác định lượng nước N: Dựa vào tính công tác của hỗn hợp bê tông (độ sụt SN, độ cứng ĐC). Lượng nước được xác định bằng cách tra đồ thị Hình 1.1. Lượng nước dùng cho hỗn hợp bêtông sử dụng ximăng pooclăng, cát trung bình và sỏi có đường kính lớn nhất a- hỗn hợp dẻo; b- hỗn hợp cứng; 1 70mm; 2 40mm; 3 20mm; 4 10mm Lượng nước nhào trộn được xác định theo biểu đồ ở trên ứng với cát trung bình (Nyc = 7%). 65 Chương 5. Bê tông và các sản phẩm của bê tông Nếu lượng nước yêu cầu của cát tăng giảm 1% thì tương ứng lượng nước tăng giảm 5lít. * Xác định tỷ lệ X/N, theo công thức sau: - Đối với bê tông thường (X/N = 1,4 2,5) X/N = (Rb/ARx) + 0,5 (5-16) - Đối với bê tông cường độ cao (X/N > 2,5) X/N = (Rb/A1Rx) - 0,5 (5-17) Trong đó: Rb- mác của bê tông yêu cầu. Rx- mác của xi măng, kG/cm2; A1,A- hệ số, được xác định theo bảng . * Xác định lượng xi măng trong 1m3 bê tông: X = (X/N).N, kg Đem so sánh lượng xi măng tìm được với lượng xi măng tối thiểu (bảng 5-5), nếu thấp hơn thì lấy bằng lượng xi măng tối thiểu (giá trị trong bảng), khi đó lượng nước cũng phải tính lại để đảm bảo tỷ lệ N/X. * Lượng cốt liệu lớn và nhỏ: được xác định dựa vào thuyết sau: - Thể tích 1m3 (1000l) hỗn hợp bê tông sau khi đầm chặt bao gồm toàn bộ là thể tích hoàn toàn đặc của cốt liệu, thể tích hồ xi măng, có nghĩa là: Đ/ađ + C/ac + X/ax + N = 1000 (5-18) - Trong đó thể tích lỗ rỗng của cốt liệu lớn được nhét đầy vữa xi măng có kể đến sự trượt xa nhau của các hạt (): C/ac + X/ax + N = Đ.r./ođ (5-19) - Giải 2 phương trình trên: Đ/ađ + (Đ/ođ).r. = 1000 (5-20) Suy ra: Đ = 1000/ (.r/ođ) + 1/ađ (5-21) C = 1000 - (X/ax + Đ/ ađ + N).ac (5-22) Trong đó: N, X, C, Đ - là khối lượng nước, xi măng, cát, đá cho 1m3 bê tông; ax, ađ, ac- là khối lượng tiêng của cát, đá, xi măng; ođ - khối lượng thể tích của đá.; r - độ rỗng của cốt liệu lớn; - hệ số trượt (hệ số dư vữa), ( có thể tra theo biểu đồ, đối với hỗn hợp bê tông cứng = 1,051,15). - Lượng chi phí các nguyên vật liệu cho 1m3 bê tông được biểu thị bằng tỉ lệ khối lượng so sánh với xi măng: X/X : N/X : C/X : Đ/X = 1: N/X : C/X : Đ/X (5-23) 66 Chương 5. Bê tông và các sản phẩm của bê tông Trong thực tế cát và đá luôn bị ẩm nên cần phải tính đến để điều chỉnh lại lượng nguyên vật liệu cho chính xác. * Kiểm tra bằng thực nghiệm: Sau khi tính toán sơ bộ thành phần bê tông cần phải kiểm tra lại độ lưu động (hay độ cứng), cường độ, ... theo tiêu chuẩn. Sau khi kiểm tra, lượng nguyên vật liệu sẽ được chỉnh lại cho phù hợp. Vì vậy cần phải tính lại lượng chi phí của chúng: X = X1/V.1000 N = N1/V.1000 C = C1/V.1000 Đ = Đ1/V.1000 (kg) V = (X1 + N1 + C1 + Đ1)/0bt (lit) (5-24) Trong đó: X1 , N1, C1 , Đ1- lượng xi măng, nước, cát, đá dùng cho mẫu thử có thể tích V lít sau khi kiểm tra, kg; X, N, C, Đ - lượng xi măng, nước, cát, đá dùng cho 1m3 bê tông sau khi kiểm tra, kg; 0bt - khối lượng thể tích của hỗn hợp bê tông sau khi lèn chặt, kg/l. * Hệ số sản lượng bê tông: Trong thực tế khi chế tạo bê tông vật liệu được sử dụng ở trạng thái tự nhiên ( VoX , VoC , VoĐ) cho nên thể tích hỗn hợp bê tông sau khi nhào trộn (Vb) luôn nhỏ hơn tổng thể tích của chúng. Điều đó thể hiện bằng hệ số sản lượng . = Vb / ( VoX + VoC + VoĐ) (5-25) Khi biết lượng nguyên vật liệu cho m3 bê tông thì có thể được xác định treo công thức sau: = 1000/ (X/oX + C/oC + Đ/oĐ) (5-26) Tuỳ thuộc vào độ rỗng của cốt liệu, giá trị nằm trong khoảng 0,55-0,75. Hệ số sản lượng được sử dụng trong việc tính lượng nguyên vật liệu cho một mẻ trộn dung dịch V0: X0 = (.V0/1000).X; C0 = (.V0/1000).C; N0 = (.V0/1000).N; Đ0 = (.V0/1000).Đ (5-27) Trong đó: X0 ,C0 , N0 , Đ0 : lượng xi măng, nước, cát, đá dùng cho 1 mẻ trộn; X, N, C, Đ : lượng ci măng, nước, cát, đá dùng cho 1 m3 bê tông. 5.7.2.2 Phương pháp Dreux – Gorisse: * Các bước tính toán sơ bộ. + Xác định đường kính lớn nhất của cốt liệu Dmax theo bảng 5-7 Bảng 1.1. Đường kính lớn nhất của cốt liệu Đặc tính của kết cấu bê tông e- khoảng cách nằm ngang của cốt thép h - khoảng cách đứng của cốt thép r- bán kính trung bình của mắt cốt thép hm - chiều dày tối thiểu của kết cấu Dmax Hạt tròn 0.8e h 1.4r Hạt nghiền 0.7 e 0.9 h 1.3 r 67 Chương 5. Bê tông và các sản phẩm của bê tông Dmax cũng phải phù hợp với chiều dày lớp bảo vệ C theo bảng 5-8 Bảng 1.2. Chiều dày lớp bảo vệ C Đặc tính của môi trường Xâm thực mạnh Xâm thực trung bình Xâm thực yếu Cmin 4 cm 2cm 1cm Dmax 0.8 C 1.25 C 2C + Xác định lượng dùng xi măng: Xác định tỷ số X/N theo công thức: X/N = ( R’28/ GRX) + 0,5 (5-28) Trong đó: R’28 - cường độ chịu nén của bê tông ở tuổi 28 ngày, kg/ cm2. RX - cường độ chịu nén của xi măng ở tuổi 28 ngày, kg/ cm2. X - lượng xi măng, kg/ cm3. N - lượng nước, l/m3. G - hệ số chất lượng cốt liệu, giá trị gần đúng của nó được tra theo bảng 5-9 (giả thiết hỗn hợp bê tông được rung ép tốt). Bảng 1.3. Hệ số chất lượng cốt liệu Chất lượng của cốt liệu Rất tốt Tốt Trung bình Độ lớn của hạt Mịn Dmax 16-25 cm 0.55 0.45 0.35 Trung bình Dmax 40cm 0.6 0.5 0.4 Lớn Dmax 63cm 0.65 0.55 0.45 Dựa vào tỷ số X/N và SN (cm) cho trước, lượng xi măng X có thể xác định được trên biểu đồ sau 68 Chương 5. Bê tông và các sản phẩm của bê tông Hình 2.2. Sự phụ thuộc của lượng ximăng vào X/N và SN Theo tiêu chuẩn NFP 18-305 “Bê tông đúc sẵn” của Pháp, lượng xi măng tìm được phải lớn hơn lượng xi măng tối thiểu dưới đây: X min 250 B 5 (5-29) D Trong đó: B- mác của bê tông, kg/cm2; D- đường kính lớn nhất của cốt liệu, mm. Căn bậc 5 của D có thể tra theo bảng 5-10. Bảng 2.1. Căn bậc 5 của D Dmax 5 D 6 6.3 8 10 12.5 16 20 25 1.38 1.45 1.52 1.59 1.66 1.74 1.82 1.9 31.5 40 50 63 80 2.0 2.09 2.19 2.29 2.4 100 2.51 + Xác định lượng nước: Từ lượng xi măng X và tỉ số X/N tìm được ta có thể xác định được lượng nước: N = X.(N/X) , kg/m3. (5-30) Lượng nước tính ra ứng với cốt liệu khô có Dmax = 25mm. Nếu Dmax 25mm thì lượng nước cần phải điều chỉnh bằng giá trị tìm được trên hình sau 69 Chương 5. Bê tông và các sản phẩm của bê tông Hình 2.3. Biểu đồ xác định lượng nước tiêu chuẩn Nếu cốt liệu bị ẩm thì nước tìm được phải giảm đi một lượng tuỳ thuộc vào trạng thái ẩm của cốt liệu bảng 5-11 Bảng 3.1. Lượng nước cần giảm so với trạng thái của cốt liệu Trạng thái ẩm của cốt liệu Khô Ẩm Rất ẩm Bão hoà Cát 0/5 0-20 40-60 80-100 120-140 Lượng nước cần giảm, l/m3 Sỏi 5/12.5 Sỏi 5/20 Không đáng kể Không đáng kể 20-40 10-30 40-60 30-50 60-80 50-70 Sỏi 20/40 Không đáng kể 10-20 20-40 40-60 + Xác định đường cong cấp phối cốt liệu: Để xác định đường cong cấp phối của cốt liệu ta dùng bộ sàng tiêu chuẩn (Hình) 70 Chương 5. Bê tông và các sản phẩm của bê tông Hình 2.4. Phân tích thành phần hạt. Đường cấp phối hạt cảu hỗn hợp cốt liệu có D max =20mm Đường cong cấp phối chuẩn được xây dựng trên cơ sở loại cốt liệu thực tế, có Dmax giả thiết bằng 20mm. Nó được xác định bởi 3 điểm OAB. Điểm O có toạ độ (0,08 ; 0), B (Dmax , 100), còn điểm A: - Hoành độ: nếu Dmax 20 thì là Dmax, nếu Dmax 20 thì là điểm giữa của vùng sỏi giới hạn bởi mođun 38 (tương ứng với cỡ sàng 5mm) và môđun tương ứng với Dmax của sỏi đó. - Tung độ Y 50 D max K (5-31) 71 Chương 5. Bê tông và các sản phẩm của bê tông K- hệ số tra bảng 5-12 Bảng 4.1. Bảng tra hệ số K phụ thuộc vào hình dạnh hạt cát Độ lèn chặt Hình dạng hạt cát 400+ phụ gia 400 350 300 250 200 Yếu Trung bình Cát hạt tròn -2 Cát nghiền Cát nghiền 0 Cát hạt tròn -4 0 +2 +4 +6 +8 +2 +4 +6 +8 +10 -2 0 +2 +4 +6 Mạnh Cát nghiền -2 Cát hạt tròn -6 0 +2 +4 +6 +8 -4 -2 0 +2 +4 -2 0 +2 +4 +6 -4 + Xác định hệ số lèn chặt : Hệ số lèn chặt là tỷ số thể tích tuyệt đối của vật rắn (xi măng và cốt liệu) trong 1m3 bê tông tươi. Giá trị được chọn theo bẳng 8-16 + Xác định hàm lượng cốt thép: Từ đường cấp phối chuẩn OAB bằng cách nối điểm 95% lọt sàng của đường cong cát với điểm 5% lọt sangf của đường cong sỏi. Tung độ giao điểm của đường nối với đường cấp phối chuẩn sẽ là tỷ lệ % về thẻ tích tuyệt đối của từng loại cốt liệu g1, g2, ... gn trong hỗn hợp vật liệu rắn. Thể tích tuyệt đối của xi măng: x = X/ax (5-32) Thể tích tuyệt đối của cốt liệu: Ccl = 1000 - x (5-33) Thể tích tuyệt đối của từng loại cốt liệu: Vcl1 = g1.Vcl Vcl2 = g2.Vcl (5-34) Vcln = gn.Vcl Khối lượng của từng loại cốt liệu: P1 = Vcl1 . a1 P2 = Vcl2 . a2 (5-35) Pn = Vcln . an Điều chỉnh thành phần bê tông: được tiến hành giống như phương pháp Bolomey- Skramtaev. 5.8 Thi công bê tông. Hỗn hợp bê tông được chuẩn bị tại các trạm trộn. Quá trình thi công bao gồm các khâu sau: cân đong, nhào trộn, vận chuyển, đổ khuôn, đầm nén, dưỡng hộ và kiểm tra chất lượng. * Cân đong nguyên vật liệu theo khối lượng (nước theo thể tích) được thực hiện bằng tay hoặc tự động. Cân đong tự động thường được áp dụng tại các trạm trộn trung tâm hoặc tại nhà máy. Cân đong bằng tay được áp dụng tại các trạm nhỏ. Sai số cho phép khi cân đong: đối với xi măng 1%, đối với cốt liệu 2%. Khi cân đong phải chú ý đến độ âm của cốt liệu để điều chỉnh cho chính xác. 72 Chương 5. Bê tông và các sản phẩm của bê tông * Trộn: là khâu quan trọng để đảm bảo độ đồng nhất cho hỗn hợp bê tông. Có 2 loại máy trộn: máy trộn tự do và máy trộn cưỡng bức. Máy trộn tự do dùng cho hỗn hợp bê tông dẻo. Máy trộn cường bức dùng bê tông cứng và kém dẻo. * Vận chuyển: hỗn hợp bê tông được thực hiện bằng xe ôtô, xe cút kit, xe goòng. Để đảm bảo độ đồng nhất và độ dẻo cho hỗn hợp bê tông thời gian vận chuyển không được vượt quá giới hạn cho phép. 30 phút khi nhiệt độ của hỗn hợp 30 20C. 60 phút khi nhiệt độ của hỗn hợp 19 10C. 120 phút khi nhiệt độ của hỗn hợp 9 5C. * Việc đổ khuôn: được tiến hành bằng máy đổ, vừa rót vừa san hỗn hợp vào trong khuôn. Để trành phân tầng, chiều cao đổ không lớn quá 1m. * Việc lèn chặt: hỗn hợp bê tông trong khuôn được thực hiện bằng máy đầm rung. Có rất nhiều loại máy đầm: đầm bàn, đầm dùi, đầm rung ép, rung cán, tạo hình ép ly tâm ... Máy đầm bàn để đầm cho các kết cấu có bề mặt rộng, chiều dày mỏng. Máy đầm trục mềm dùng để đầm các kết cấu thành mỏng. Máy đầm chuỳ dùng để đầm các kết cấu bê tông và bê tông cốt thép khối lớn. Mức độ đầm chặt hỗn hợp của bê tông được đánh giá bằng hệ số lèn chặt K 1. Hỗn hợp được coi như là hoan toàn chặt sít khi K1 = 0.98 1. * Bảo dưỡng bê tông là đảm bảo các điều kiện nhiệt- ẩm để cho quá trình thuỷ hoá của xi măng được thuận lợi. Có nhiều phương pháp tạo đièu kiện nhiệt- ẩm cho quá trình rắn chắc của bê tông. Khi thi công bê tông tại công trường hoặc bãi đúc cấu kiện người ta thường phủ lên mặt cấu kiện một lớp cát dày khoảng 5cm, hoặc bao tải, rơm rạ rồi định kỳ tưới nước. Tại các nhà máy nhười ta dùng phương pháp chưng hơi ở áp lực thường, chưng áp, dưỡng hộ điện, dưỡng hộ bằng năng lượng bức xạ. Việc sử dụng phụ gia rắn nhanh cũng là biẹn pháp có hiệu quả để tăng nhanh sự phát triên cường độ bê tông. * Việc kiểm tra: chất lượng bê tông và kiểm tra cường độ bê tông trong kết cấu được tiến hành bằng phương pháp phá hoại và không phá hoại. 5.9 Các dạng bê tông nặng đặc biệt. 5.9.1 Bê tông thuỷ công. 5.9.1.1 Khái niệm Bê tông thuỷ công (BTTC) là loại bê tông nặng dùng dể xây dựng những công trình thuỷ công hoặc bộ phận công trình nàm thường xuyên hoặc không thường xuyên trong nước. Để đảm bảo tuổi thọ cho công trình, bê tông thuỷ công phải có cường độ, tính ổn định, tính chống thấm nước. 5.9.1.2 Xác định Mác của BTTC: Cường độ chịu nén được xác định trên mẫu lập phương kích thước 15x15x15 cm ở tuổi 90 ngày. Theo cường độ chịu nén người ta phân ra 7 mác của BTTC: M100, 150, 200, 250, 300, 350, 400. Cường độ chịu nén dọc trục được xác định tren mẫu hình dầm kích thước 15x15x60 cm ở tuổi 90 ngày. Theo cường độ bèn khi kéo dọc trục, phân ra 7 mác Mk15, 18, 20, 23, 27, 30, 35. 73 Chương 5. Bê tông và các sản phẩm của bê tông Khi thời hạn chịu tải thiết kế của công trình nhỏ hơn 90 ngày thì có thể xác định cường độ ở 60 ngày và 28 ngày. Để đảm bảo độ bền lâu, chống được tác dụng ăn mòn của môi trường nước cần phải chọn loại xi măng và sử dụng các biện pháp chống ăn mòn thích hợp cho bê tông. Loại xi măng sử dụng cho bê tông thuỷ công có thể là: ximăng pooclăng, xi măng pooclăng puzolan, ximăng pooclăng xỉ, ximăng pooclăng bền sunfat, ximăng pooclăng toả nhiệt. 5.9.1.3 Yêu cầu riêng đối với BTTC: Đối với BTTC, tính chống thấm nước là tính chất rất quan trọng. Độ chống thám nước đuợc xác định bằng áp lực nước tối đa khi nước còn chưa thấm qua mẫu ở tuổi 90 ngày. Kết cấu phải chịu áp lực nước ở tuổi sớm thì có thể xác định tính chất này ở tuổi 60 và 28 ngày. Căn cứ vào độ chống thấm nước, bê tông thuỷ công được chia ra các mác chống thấm sau đây: CT-2 chịu được áp lực nước tối đa không nhỏ hơn 2kg/cm2. CT-4 chịu được áp lực nước tối đa không nhỏ hơn 4kg/cm2. CT-6 chịu được áp lực nước tối đa không nhỏ hơn 6kg/cm2. CT-8 chịu được áp lực nước tối đa không nhỏ hơn 8kg/cm2. Thành phần của BTTC chọn giống như bê tông nặng bìng thường nhằm đảm bảo các tính chất yêu cầu của bê tông với lượng dùng xi măng ít nhất. Nhưng chất lượng nguyên vật liệu dùng trong BTTC đòi hởi cao hơn, công tác thi công bê tông phải tuân thủ những quy định nghiêm ngặt hơn. Để nâng cao độ đặc cho BTTC có thể sử dụng phụ gia hoạt động bề mặt. 5.9.1.4 Phân loại bê tông thuỷ công: - Theo vị trí so với mực nước: Bê tông thường xuyên nằm trong nước. Bê tông ở vùng nước thay đổi. Bê tông nằm ở trên mực nước thay đổi. - Theo hình khối kết cấu: Bê tông khối lớn (kích thước nhỏ nhất không nhỏ hơn 1m). Bê tông khối không lớn (kích thước nhỏ nhất không lớn hơn 1). - Theo vị trí trong kết cấu: Bê tông mặt ngoài. Bê tông mặt trong. - Theo tình trạng chịu áp lực nước chia ra: Bê tông chịu áp lực. Bê tông không chịu áp lực. Để đảm bảo chất lượng bê tông và độ bền vững cho công trình, đối với mỗi loại BTTC lại có những yêu cầu riêng. 5.9.2 Bê tông đường. 5.9.2.1 Khái niệm Bê tông đường (BTĐ) là loại bê tông nặng được sử dụng rộng rãi cho các lớp áo đường ôtô, dwongf trong các xí nghiệp công nghiệp, đường thành phố và đường sân bay. 74 Chương 5. Bê tông và các sản phẩm của bê tông 5.9.2.2 Điều kiện làm việc của BTĐ: Trong điều kiện khó khăn, ngoài chịu tác động của các phương tiện giao thông mag còn chịu tác động của thời tiết mưa nắng và khô- ẩm liên tiếp. Vì vậy đòi hỏi BTĐ phải có cường độ cao, đặc biệt là cường độ chịu uốn và độ chống mài mòn. Độ chống cọ mòn của BTĐ phụ thuộc vào cấu trúc và thành phần lớp trên của áo đường, các yếu tố này phụ thuộc chặt chẽ vào tỉ lệ N/X, vào nhiệt độ, quá trình rắn chắc và điều kiện độ ẩm. 5.9.2.3 Thành phần của BTĐ Cũng được tính toán như bê tông thường, nhưng yêu cầu về nguyên vật liệu đòi hởi nghiêm ngặt hơn. Xi măng nên dùng là xi măng pooclăng thường và xi măng pooclăng đuờng có mác không thấp hơn PC40. Cát nên dùng cát thiên nhiên. cốt liẹu lớn phải có thành phần hạt hợp lý D max = 40mm dung cho áo đường một lớp và lớp dưới của áo đường 2 lớp. 20mm cho lớp trên của áo đường 2 lớp. 5.9.3 Bê tông bền axit. Khái niệm: Bê tông bèn axit dùng để xây dựng các bể chứa, đường ống và các thiết bị khác trong công nghiệp hoá học, thay thế cho những loại vật liệu đắt tiền như chì lá, gốm chịu axit. Chất kết dính trong BTBA là thuỷ tinh lỏng- loại silicat natri hoặc kali ở dạng lỏng có khối lượng riêng khoảng 1,4kg/l. Chất độn là bột khoáng bền axit nghiền từ cát thạch anh tinh khiết. Chất đóng rắn thường là floruasilicat natri. Cát dùng là cát thạch anh. Đá dăm nghiền từ đá granit, anđêsit... Bê tông được đầm chặt bằng phương pháp rung động, bảo dưỡng bê tông kéo dài 10 ngày trong không khí, với nhiệt độ 15-20C. Sau khi rắn chắc, bê tông được sửa sang bằng cách xoa dung dịch axit clohyđric và sunfuric. 5.9.4 Bê tông polime. Khái niệm: Bê tông polime (BTP) là loại vật liệu hỗn hợp, trong đó bộ khung silicat được liên kết với polime hữu cơ. Sản phẩm bê tôg hoặc bê tông cốt thép sau khi đã sấy khô được cho vào một bình kín để chân không hoá và tẩm dung dịch polime. Sau đó các monome được trung hợp lại trong các lỗ rỗng của bê tông. Để tăng nhanh quá trình trùng hợp có thể sử dụng phương pháp phóng xạ hoặc tác nhân nhiệt. Sản phẩm có thể được tẩm trên toàn bộ chièu dày hoặc chỉ trên lớp mặt. Tính chất của BTP về cơ bản khác với tính chất của bê tông thường. BT M300, 500 có thể chế tạo BTP có cường độ chịu nén đến 1200- 3000kg/cm2, cường độ chịu kéo 120- 200kg/cm2, độ mài mòn tăng 3- 4lần, môđun đàn hồi tăng 1,3- 1,6lần. Độ từ biến nhỏ hơn nhiều lần và độ chống thấm tăng lên 7 lần so với bê tông thường. Tuy vậy, việc tẩm polime làm cho giá thành sản phẩm tăng lên nên chỉ dùng BTP trong những trường hợp có nhu cầu. 75 Chương 5. Bê tông và các sản phẩm của bê tông Câu hỏi ôn tập chương 5 1) Khái niệm và phân loại bê tông. 2) Cấu trúc của bê tông ximăng. 3) Tính chất của hỗn hợp bê tông. 4) Các yếu tố ảnh hưởng đến tính công tác của hỗn hợp bê tông. 5) Khái niệm về cường độ bê tông và các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ. 6) Yêu cầu kỹ thuật của vật liệu để chế tạo bê tông nặng. 7) Phương pháp Bolomey-Skramtaev trong thiết kế thành phần bê tông nặng. 8) Nội dung công tác thi công bê tông. 9) Trình bày về bê tông thuỷ công. Bài tập ôn tập chương 5 1) Hãy kiểm tra thành phần hạt của 2 loại cát dựa vào kết quả sàng phân tích 1000g cát khô cho trong bảng dưới đây theo yêu cầu của cấp phối liên tục tiêu chuẩn cho cốt liệu bê tông, điều chỉnh nếu cần thiết cho phù hợp với yêu cầu. Loại cát Lượng sót riêng biệt trên mỗi sàng 5 2,5 1,25 0,63 0,315 0,14 1 0 165 240 305 215 55 2 90 140 400 220 115 15 3 42 150 325 280 150 43 2) Th iết kế thành phần bê tông nặng mác 20(Mpa) sử dụng ximăng mác 30(Mpa) Yêu cầu về bê tông: Cường độ chịu nén 20Mpa, ở tuổi 28 ngày, mẫu chuẩn 150x150x150 mm Điều kiên thi công: Sàn BTCT, dày 10cm, giới hạn Dmax <= 20mm, nhiệt độ môi trường 14độC Vật liệu chế tao: Xi măng PCB30, thí nghiệm theo pp: TCVN 6016-1995. Đá dăm khối lượng riêng2.67g/cm3, khối lương thể tích 1530kg/m 3, đươngkính hat max 20mm, độ rỗng0,427%. Cát vàng khối lượng riêng2.62g/cm3, Môdul độ lớn 1,5, lượng hạt trên 5mm là 1%, độ ẩm 5%. 76 |
