BÊ TÔNG CÁT – THIẾT KẾ THÀNH PHẦN VÀ CHẾ TẠO Sand Concrete - Proportional Design and Production

Tiêu chuẩn này được áp dụng đối với bê tôn g cát phải thỏa mãn các yêu cầu đối với các công trình, bộ phận của công trình hoặc các cấu kiện có sử dụng bê tông cát.. TCVN 9340 : 2012, Hỗn

TCVN XXXXX:2015 Xuất bản lần 1

BÊ TÔNG CÁT – THIẾT KẾ THÀNH PHẦN VÀ CHẾ TẠO

Sand Concrete - Proportional Design and Production

HÀ NỘI – 2015

MỤC LỤC

Lời nói đầu 3

1 Phạm vi áp dụng 4

2 Tài liệu viện dẫn 4

3 Thuật ngữ và định nghĩa 5

4 Vật liệu chế tạo bê tông cát 6

4.1 Cốt liệu 6

4.2 Xi măng 6

4.3 Phụ gia khoáng 6

4.4 Các phụ gia hóa học 7

4.5 Nước 7

5 Thiết kế thành phần bê tông cát 7

5.1 Các yêu cầu thiết kế 7

5.1.1 Cường độ chịu nén đặc trưng f c ’ 7

5.1.2 Cường độ chịu nén trung bình yêu cầu fcr’ 8

5.1.3 Độ lệch chuẩn 9

5.1.4 Hệ số biến động 9

5.1.5 Tuổi thí nghiệm 9

5.1.6 Tính công tác 9

5.1.7 Các yêu cầu khác 10

5.2 Trình tự tính toán thành phần bê tông cát 10

5.2.1 Mối quan hệ giữa thể tích rỗng v của hỗn hợp cốt liệu và độ trải dài cấp phối của nó (d/D): 10

5.2.2 Tính toán lượng hạt mịn 10

5.2.3 Tính toán độ rỗng và lượng nước trong bê tông cát 11

5.2.4 Tính toán hàm lượng cát 12

5.2.5 Đánh giá cường độ chịu nén bê tông cát 12

5.2.6 Mối quan hệ giữa hạt mịn: ximăng, chất độn .13

5.2.7 Kết luận về phương pháp thiế t kế thành phần 14

5.2.8 Các tính chất của bê tông cát và phương pháp kiểm tra 14

6 Chế tạo, vận chuyển và hoàn thiện 15

7 Đảm bảo chất lượng của bê tông cát 15

7.1 Lấy mẫu 15

7.3 Phương pháp đánh giá 16

Phụ lục A 18

Lời nói đầu

TCVN XXXXX:2015 do Tổng cục Đường bộ Việt biên soạn, Bộ Giao thông vận tải

đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN xxxx: 2015

Bê tông cát – Thiết kế thành phần và chế tạo

Sand Concrete - Proportional Design and Production

1 Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn hướng dẫn về việc lựa chọn vật liệu, thiết kế thành phần bê tông cát

Nó miêu tả các tính chất đặc trưng của bê tông cát tươi và khi đã đông cứng, các tính chất này là khác so với bê tông thường Tiêu chuẩn này được đưa ra với mục đích làm rõ các điều kiện chế tạo và để điều chỉnh các tính chất cũng như là các tiêu chí cho phù hợp với bê tông cát

Tiêu chuẩn này được áp dụng đối với bê tôn g cát phải thỏa mãn các yêu cầu đối với các công trình, bộ phận của công trình hoặc các cấu kiện có sử dụng bê tông cát

Tiêu chuẩn này không hướng dẫn việc thi công các công trình cũng như các cấu kiện

2 Tài liệu viện dẫn

TCVN 10302 : 2014, Phụ gia hoạt tính tro bay dùng cho bê tông, vữa xây và xi

măng.

TCVN 8826 : 2011, Phụ gia hóa học cho bê tông.

TCVN 8827 : 2011, Phụ gia khoáng hoạt tính cao dùng cho bê tông và vữa

-Silicafume và tro trấu nghiền mịn;

TCVN 2682 : 2009, Xi măng Poóc lăng - Yêu cầu kỹ thuật;

TCVN 6062 : 2009, Xi măng Poóc lăng hỗn hợp - Yêu cầu kỹ thuật;

TCVN 6882 : 2001, Phụ gia khoáng cho xi măng;

TCVN 4030 : 2003, Xi măng – Phương pháp xác định độ mịn;

TCVN 4506 : 2012, Nước cho bê tông và vữa – Yêu cầu kĩ thuật;

TCVN 7570 : 2006, Cốt liệu cho bê tông và vữa – Yêu cầu kĩ thuật;

TCVN 7572 : 1÷20:2006, Cốt liệu cho bê tông và vữa – phương pháp thử;

TCVN 3105 : 1993, Hỗn hợp bê tông nặng và bê tông nặng - Lấy mẫu, chế tạo và

bảo dưỡng mẫu thử;

TCVN 3106 : 1993, Hỗn hợp bê tông nặng - Phương pháp thử độ sụt;

TCVN 9340 : 2012, Hỗn hợp bê tông trộn sẵn – Yêu cầu cơ bản đánh giá chất

lượng và nghiệm thu;

NF P18-500, Béton de Sable ( Bê tông cát);

ASTM C39: Compressive Strength of Cylindrical Concrete Specimens (Tiêu chuẩn

thí nghiệm cường độ nén mẫu bê tông hình trụ) ;

ASTM C78: Flexural Strength of Concrete (Using Simple Beam with Third-Point

Loading): Cường độ kéo uốn của bê tông (Sử dụng dầm uốn 4 điểm);

EN 206:2013, Béton – Performances, production, mis oeuvre et critères de

conformité (Bê tông - Tính năng, sản xuất, thi công và các tiêu chí phù hợp);

EN 12620 : 2013, Aggregates for concrete (Cốt liệu cho bê tông);

ASTM C33 : 2003, Standard Specification for concrete aggragates (tiêu chuẩn cốt

liệu cho bê tông).

3 Thuật ngữ và định nghĩa

3.1

Bê tông cát (sand concrete)

Bê tông cát là một loại bê tông hạt mịn được hình thành bằng cách nhào trộn cốt liệu nhỏ, xi măng, phụ gia khoáng, nước và phụ gia hóa học (nếu có)

3.2

Các chất độn thêm (additions)

Các chất độn thêm được sử dụng trong bê tông truyền thống cũng có thể được sử dụng trong bê tông cát;

3.3

Tỷ lệ cốt liệu (aggregate ratio)

Tỷ lệ về khối lượng của Cốt liệu lớn/cốt liệu nhỏ phải nhỏ hơn 0,7;

Cho phép sử dụng cốt liệu có cấp phối liên tục với đường kính biến đổi từ 0 mm đến 9,5 mm nhưng vẫn phải đảm bảo tỷ lệ về khối lượng của các hạt lớn hơn 4,75 mm/ các hạt nhỏ hơn 4,75 mm nhỏ hơn hoặc bằng 0,7;

3.4

Bê tông cát được phân biệt với bê tông thường trong thành phần cốt liệu: Bê tông cát sử dụng một hàm lượng cát lớn hơn và kh ông dùng hoặc dùng rất ít cốt liệu lớn

Bê tông cát được phân biệt với vữa bởi thành phần của nó: Vữa thì có hàm lượng

xi măng lớn hơn và không có các chất kết dính phụ thêm, và hơn hết đó là ở mục đích sử dụng: Bê tông cát được sử dụng với mục đích chính là để thay thế cho bê tông truyền thống

4 Vật liệu chế tạo bê tông cát

4.1 Cốt liệu

Cốt liệu chế tạo bê tông cát phải đáp ứng các tiêu chuẩn TCVN 7570 : 2006

Cát đáp ứng tiêu chuẩn TCVN 7570 : 2006 và thêm những điểm sau

 Về cấp phối: Mô đun độ mịn của cát sử dụng phải khác so với giá trị tiêu chuẩn

± 20%;

 Hàm lượng lớn nhất của các hạt nhỏ hơn 0,075 mm của cát dùng cho bê tông cát, đo trong cùng một điều kiện với cùng các đặc trưng theo tiêu chuẩn TCVN

7570 : 2006 lớn nhất nên khoảng 20% và 25%

4.2 Xi măng

Xi măng được lựa chọn theo tiêu chuẩn TCVN 2682: 2009, hoặc tiêu chuẩn TCVN

6260 : 2009

4.3 Phụ gia khoáng

a) Phụ gia khoáng hoạt tính

Các phụ gia khoáng hoạt tính được sử dụng trong bê tông cát thường là các sản phẩm đã được tiêu chuẩn hóa

Tiêu chuẩn kĩ thuật đối với các phụ gia khoáng hoạt tính có thể được liệt kê như sau:

Các phụ gia khoáng hoạt tính tiêu chuẩn sau đây có thể được sử dụng để thay thế một phần chất kết dính xi măng:

 Muội silic, tro trấu theo tiêu chuẩn TCVN 8827 : 2011,

 Xỉ lò cao theo tiêu chuẩn TCVN 4315: 2007

 Tro bay theo tiêu chuẩn TCVN 10302:2014

 Chất độn bột đá vôi theo NF P 18 – 508;

Việc sử dụng kết hợp một trong các phụ gia khoáng hoạt tính và xi măng để tạo thành một loại chất kết dính tương đương trong một số điều kiện được định nghĩa trong tiêu chuẩn TCVN 8827 : 2011

b) Phụ gia khoáng trơ

Một số loại hạt mịn khác có thể được cho thêm vào bê tông nhằm thay đổi một số tính chất đặc biệt của bê tông, và nó đóng vai trò là chất độn Nó có thể được dùng để

 Thêm vào trong bê tông để đảm bảo về mặt lượng (không có vai trò kết dính tương đương)

 Các chất độn tiêu chuẩn mà không được sử dụng để thay thế xi măng: ví dụ như bột xỉ, bột đá

 Các chất độn không theo tiêu chuẩn, nhưng có một số lợi ích về phương diện kĩ thuật có thể được dùng hoặc không được dùng để thay thế một phần xi măng Việc sử dụng cát có hàm lượng hạt mịn (các hạt có đường kính nhỏ hơn 0,075 mm) nằm trong khoảng 12% đến 20% (Xem 5.1)

Độ mịn của các hạt này được đo theo các tiêu chuẩn dành cho các loại hạt được

sử dụng Khi chúng được đo theo phương pháp Blaine (TCVN 4030 : 2003) thì kết quả có độ chính xác ±40m2/kg đối với giá trị trung bình được đảm bảo bởi nhà sản xuất

Các chất độn khác (sợi, chất tạo màu ) được cho phép sử dụng như trong bê tông thông thường theo quy định của nhà sản xuất

4.4 Các phụ gia hóa học

Các phụ gia hóa học không chứa Clorua được phép cho vào bê tông cát nếu chúng tuân theo tiêu chuẩn TCVN 8826 : 2011

Các loại phụ gia chứa Clorua sử dụng phải tuân thủ hàm lượng Clorua tối đa

4.5 Nước

Nước nhào trộn cho bê tông phải tuân theo tiêu chuẩnTCVN 4506:2012

5.1 Các yêu cầu thiết kế

5.1.1 Cường độ chịu nén đặc trưng f c ’

Cường độ chịu nén đặc trưng của bê tông cường độ cao kí liệu là fc’, đơn vị là MPa Khi xác định được độ lệch chuẩn của bê tông thì quan hệ giữa cường độ chịu nén trung bình và cường độ chịu nén đặc trưng được tính theo công thức (1):

trong đó:

X : là giá trị cường độ chịu nén trung bình của các kết quả thí nghiệm;

s : Độ lệch chuẩn, MPa

k: là hệ số phụ thuộc vào xác suất yêu cầu khi kiểm tra chất lượng bê tông – biểu thị mức độ cho phép tỷ lệ % kết quả thấp hơn cường độ chịu nén đặc trưng fc’ được chọn theo bảng sau:

Bảng 1 - Giá trị của hệ số k theo tỷ lệ phần trăm các kết quả thấp hơn fc’

1,28 1,64 1,96 2,33

10 5 2,5 1

5.1.2 Cường độ chịu nén trung bình yêu cầu fcr’

Cường độ chịu nén trung bình yêu cầu fcr’ thường được dùng để lựa chọn thành phần của bê tông

ACI 318 cho phép những thành phần hỗn hợp bê tông được chọn trên kinh nghiệm thực tế hoặc các mẻ trộn thử trong phòng thí nghiệm Để đạt được cường độ chịu nén đặc trưng của dự án, thì bê tông cần phải được tính toán tỉ lệ sao cho cường

độ chịu nén trung bình ngoài thực tế lớn hơn cường độ chịu nén đặc trưng f’cbằng

1 giá trị đủ lớn để xác suất các kết quả không đạt là nhỏ

Khi lựa chọn thành phần hỗn hợp bê tông cát dựa vào kinh nghiệm thực tế thì giá trị cường độ chịu nén trung bình yêu cầu f’cr được lấy giá trị lớn hơn trong 2 công thức sau:

trong đó: s là độ lệch tiêu chuẩn, đơn vị MPa

Bê tông cát sử dụng xác suất là 1 trong 100 các thí nghiệm cường độ nén riêng lẻ

sẽ nhỏ hơn 90% so với cường độ đặc trưng Người thiết kế có thể lựa chọn độ lệch chuẩn nào đó để đạt được chất lượng bê tông theo yêu cầu dự án Độ lệch chuẩn

có thể chọn trong khoảng 56 MPa

Khi không xác định được độ lệch chuẩn thì cường độ chịu nén trung bình yêu cầu được tính theo công thức sau:

fcr’ =1,1fc’ + 4,8 MPa (4)

5.1.3 Độ lệch chuẩn

Độ lệch chuẩn của bê tông kí hiệu là s, được xác định theo công thức sau:

1

)

(

1

2





 



n

X

X s

n

trong đó:

X: là giá trị trung bình số học của các kết quả thử cường độ nén của bê tông, MPa

X = 1

n i i

X n





(6)

Xi: là giá trị của từng kết quả thí nghiệm, MPa Xi là kết quả trung bình của một tổ mẫu gồm 2 hoặc 3 mẫu thí nghiệm);

n: là số kết quả thí nghiệm tối thiểu là 30 Nếu số kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén là 15, 20, 25, 30 thì cần điều chỉnh độ lệch chuẩn với hệ số 1,16; 1,08; 1,03; 1,0

5.1.4 Hệ số biến động

Hệ số biến động v, được xác định theo công thức (7)

100

s v X

5.1.5 Tuổi thí nghiệm

Bê tông cường cát thí nghiệm ở tuổi 7, 28, 56, 91 ngày hoặc 1 năm Tuỳ theo yêu cầu của công trình và vật liệu chế tạo có thể chọn tuổi bê tông cho thiết kế phù hợp

và kinh tế Việc lựa chọn tỉ lệ thành phần hỗn hợp có thể bị ảnh hưởng bởi tuổi thí nghiệm

5.1.6 Tính công tác

Tính công tác là đặc tính của hỗn hợp bê tông tươi để đảm bảo tính dễ đổ, làm đặc

và hoàn thiện để không bị phân tầng Tính công tác được đo bằng độ sụt xác định bởi côn tiêu chuẩn Abrams theoTCVN 3106-1993 Đối với bê tông cát có độ chảy cao nên dùng thêm việc đo độ chảy lan theo ASTM C1611 của hỗn hợp bê tông

Để đảm bảo tính dễ đổ và bơm của bê tông độ chảy lan nên ở mức không nhỏ hơn 500mm

5.1.7 Các yêu cầu khác

Những yêu cầu kỹ thuật khác khi lựa chọn các vật liệu và tỉ lệ thành phần bao gồm:

Mô đun đàn hồi; Cường độ chịu kéo uốn; Nhiệt t hủy hóa; Co ngót và từ biến; Độ bền; Khả năng chống thấm; Thời gian ninh kết; Phương pháp đổ; Tính công tác Tuỳ theo yêu cầu của dự án, khi thiết kế thành phần bê tông cần chọn một nhóm các yêu cầu cho phù hợp

5.2 Trình tự tính toán thành phần bê tông cát

Thành phần của bê tông cát được thiết kế theo cường độ nén đặc trưng theo quy định của dự án

5.2.1 Mối quan hệ giữa thể tích rỗng v của hỗn hợp cốt liệu và độ trải dài cấp

phối của nó (d/D):

Trong đó :

d/D : Độ trải dài cấp phối

vo : Hằng số thực nghiệm 0.70.8

D : Tương ứng với đường kính có lượng sót tích lũy 10% cốt liệu

d : Tương ứng với đường kính có lượng sót tích lũy 90% cốt liệu

5.2.2 Tính toán lượng hạt mịn

Liều lượng hạt mịn được coi như lượng hạt có đường kính nhỏ hơn 75 m, như vậy nó có thể có cả ximăng, cát, chất độn miễn sao chúng thoả mãn điện kiện

về kích thước là được và nó được phân biệt với cát có dải cấp phối từ 75 m đến

D (D: đường kính lớn nhất của cát) cũng tương tự ta cũng có thể coi chất độn mịn

là cốt liệu nếu nó thoả mãn yêu cầu về đường kính trong dải trên

Khi xét độ trải dài cấp phối của cát, độ rỗng tính theo:

ta cần tìm thể tích tối ưu hạt mịn để lấp đầy lỗ rỗng này

Để đơn giản khi tính toán, kí hiệu [hạt mịn] là tổng thể tích các hạt có đường kính nhỏ hơn 75 m và [v] thể tích lỗ rỗng còn lại của khung hạt kể cả cát và hạt mịn (sau khi đã lấp một phần hạt mịn):

với [hạt mịn] + [v] = v

Thể tích tối ưu hạt mịn được tính như sau :

[hạt mịn] = 0.375 (0.075/D) 0.2 (% thể tích) (11)

5.2.3 Tính toán độ rỗng và lượng nước trong bê tông cát

Rõ ràng trong bất kỳ loại bê tông nào cũng chứa một độ rỗng nhất định mặc

dù đã được tối ưu hoá Độ chặt tối ưu chỉ đạt được cho một độ rỗng nhỏ nhất khi tính công tác đảm bảo

- Giả thiết độ rỗng của khung cốt liệu gồm thể tích nước [N] và một thể tích rỗng (vkk) Tuy về hình thức giống các công thức trên, công thức về độ rỗng nhỏ nhất theo lí thuyết của bê tông cát nhận cũng dựa trên dải cấp phối (d/D) sau khi đã lấp đầy lỗ rỗng bằng một lượng bột mịn ta có:

d1/D là độ trải dài cấp phối kể cả hạt mịn

- Có hai trường hợp:

+ Khi hỗn hợp có phụ gia siêu dẻo (có thể là lỏng), hỗn hợp hoàn toàn không kết tụ các thành phần hạt độc lập, d1 được coi như giá trị trung bình quy ước của kích thước hạt của thành phần nhỏ nhất với nhau khi đó d1 = 5  7 m Do đó khi biết tỉ diện bề mặt f của thành phần này và khối lượng riêng của nó, đường kính trung bình của hạt (coi hạt như hình cầu) được tính:

B f

d



*

60

Trong đó :

f : Tỉ diện bề mặt (cm2/g)

B : Khối lượng riêng cuả hạt mịn (g/cm3)

+ Khi hỗn hợp không có phụ gia thì hạt mịn dễ vón lại và đường kính chúng tăng lên nhiều

Trong thực tế thì để dễ đổ thì người ta thường tăng lượng nước, tuy nhiên do quá trình thi công bao giờ cũng cuốn theo một lượng không khí nên độ rỗng thực tế bao giờ cũng lớn hơn [[N]+vkk]min, người ta nhận thấy khi tăng lượng nước thì lượng không khí cuốn vào sẽ ổn định, trong bê tông cát lượng khí này lớn hơn bê tông thường do bê tông cát có nhiều hạt nhỏ (lượng không khí cuốn vào lấy khoảng trừ 37%), mịn nên tỉ diện bề mặt lớn hay diện tích tiếp xúc với không khí lớn

Để tính toán lượng nước và độ rỗng còn lại, ta có công thức liên hệ giữa lượng nước và rỗng như sau:

k3: Hệ số lấy trong khoảng 0.200.25

Như vậy đánh giá đúng lượng nước và lỗ rỗng là rất quan trọng vì nó liên quan đến tính công tác của bê tông Như vậy trong thi công thì ta phải tăng nước để đảm bảo

dễ đổ và ổn định lượng khí cuốn vào

5.2.4 Tính toán hàm lượng cát

- Khi tính toán cho 1m3 hỗn hợp thì bằng phép tính đơn giản ta có thể xác định lượng cát dễ dàng

- Chú ý :

+ Trong trường hợp này cát ở trạng thái bão hoà, bề mặt khô (SSD) Đây là điều kiện lí tưởng để đảm bảo chất lượng cát tốt và đủ cho thành phần của bê tông.

+ Cát gồm tất cả các hạt có đường kính lớn hơn 75 m.

5.2.5 Đánh giá cường độ chịu nén bê tông cát

Cường độ chịu nén của bê tông cát đo được bằng việc tham khảo các phương pháp cổ điển, căn cứ vai trò của xi măng, cấu trúc khung xương cốt liệu, bản chất chất độn mịn và hàm lượng thành phần trong hỗn hợp Trong trường hợp

bê tông cát thiết kế bằng một hạt mịn hoạt tính có thể tính bằng công thức Feret

mở rộng như sau:

fcr’ =

2 2 1

) ) 1

(

) ] ([

1 (

.

k k X

v

N R

K

kk x

X F







Trong đó:

KF : Hệ số cốt liệu (4.55)

RX: Cường độ của xi măng (MPa)

[N]: tổng lượng nước (lít)

vkk: Không khí cuốn vào (lít)

X: lượng xi măng cho 1m3bê tông (kg)

fcr’: cường độ trung bình yêu cầu sau 28 ngày, (MPa)

k1: Hệ số puzơlan

k2: Hệ số hoạt tính của bột đá vôi

với

k1= KCV 

X

CV KFS X

0.2< KCV<0.4; 2<KFS<3.3 và k1<0.5;