Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bê tông nhẹ trong xây dựng đường ô tô khu vực đồng bằng nam bộ,luận văn thạc sỹ xây dựng đường ô tô và đường thành phố

Để có được bêtông nhẹ nhiều mác loại khác nhau, yêu cầu phải lựa chọn cốt liệu nhẹ với cường độ khác nhau, để đảm bảo sử dụng chúng hợp lý ximăng, nghĩa là đảm bảo có được bêtông tương ứ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG ĐƯỜNG ÔTÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ

MÃ SỐ : 60 – 58 – 30

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

NGƯT.PGS.TS TRẦN TUẤN HIỆP

Thành Phố Hồ Chí Minh – 2013

LỜI CẢM ƠN

Ngay từ khi bắt đầu đề tài này, cũng như trong quá trình triển khai đề tài và hoàn thành được đề tài của mình, tác giả đã nhận được rất nhiều sự hỗ trợ, quan tâm, giúp đỡ của các thầy cô hướng dẫn, các nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp và các cơ quan liên quan

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến Ban Giám hiệu Nhà trường, Phòng Tổ chức – Hành chính, các Phòng ban trong Nhà trường, Ban Đào tạo – Trường Đại học Giao thông Vận tải – Cơ sở 2 đã giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập, nghiên cứu và tiến hành đề tài của mình

Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn

NGƯT.PGS.TS Trần Tuấn Hiệp – Bộ môn Giao thông công chính, Thầy đã

hướng dẫn tận tình, hỗ trợ và giúp đỡ tác giả với bầu nhiệt huyết trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành đề tài này

Đề tài thể hiện một góc nhìn của tác giả về vấn đề nghiên cứu, chính vì vậy tác giả chân thành cảm ơn và sẽ tiếp thu nghiêm túc những ý kiến đóng góp của các nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp để hoàn thành đề tài; tác giả cũng mong muốn đem những kết luận, kiến nghị của đề tài vào những ứng dụng thực tế ngành giao thông vận tải

Xin chân thành cảm ơn!

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 23 tháng 05 năm 2013

KS Nguyễn Ngọc Trang

LỜI CAM ĐOAN

Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Hội đồng, cũng như kết quả luận văn của mình

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 5

1.1 Đặt vấn đề 5

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 7

1.3 Phương pháp nghiên cứu 8

1.4 Nội dung nghiên cứu 8

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG NHẸ VÀ CÔNG NGHỆ BÊ TÔNG NHẸ - TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG BÊ TÔNG NHẸ TRONG NƯỚC VÀ TRÊN THẾ GIỚI 9

2.1 Tổng quan về Bê tông nhẹ và công nghệ bê tông nhẹ 9

2.1.1 Khái niệm bê tông nhẹ 9

2.1.2 Bêtông nhẹ cốt liệu rỗng 9

2.2.1.1 Tổng quan về Bê tông nhẹ cốt liệu rỗng 9

2.1.1.2 Thiết kế cấp phối bêtông nhẹ cốt liệu rỗng theo phương pháp tính toán kết hợp với thực nghiệm 17

2.1.3 Bê tông nhẹ được tạo rỗng 28

2.1.4 Bê tông nhẹ lỗ rỗng lớn 34

2.1.5 Bêtông tổ ong 36

2.1.5.1 Tổng quan về bêtông tổ ong 36

2.1.5.2 Cấp phối bêtông tổ ong 41

2.1.4 Các cấp phối bê tông nhẹ dùng vật liệu nhẹ 50

2.2.1.1 Cấp phối sử dụng cho bê tông nhẹ dùng hạt polystyren: 50

2.2.1.2 Cấp phối sử dụng dăm gỗ từ phế thải gia công gỗ(1m3) 50

2.1.5 Bê tông nhẹ sử dụng vỏ trấu 50

2.1.5.1 Đặc tính của vỏ trấu 50

2.1.5.1 Sơ lược về bêtông vỏ trấu 52

2.2 Tình hình ứng dụng các loại vật liệu bê tông nhẹ trong nước và trên thế giới 54

2.2.1 Tình hình sử dụng Bê tông nhẹ trên thế giới 54

2.2.1.1 Ứng dụng công nghệ bê tông nhẹ trong lĩnh vực xây dựng 54

2.2.1.2 Ứng dụng công nghệ bê tông nhẹ trong lĩnh vực cầu đường 54

2.2.2 Ứng dụng Bê tông nhẹ ở Việt Nam 55

CHƯƠNG 3 ĐIỀU TRA PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG CƠ SỞ HẠ TẦNG GIAO THÔNG; ĐẶC ĐIỂM VẬT LIỆU XÂY DỰNG VÀ PHẾ THẢI KHU VỰC ĐỒNG BẰNG NAM BỘ 58

3.1 Điều tra phân tích đánh giá hiện trạng cơ sở hạ tầng giao thông 58

3.1.1 Hiện trạng về vận tải 58

3.1.1.1 Phương thức vận tải 58

3.1.1.2 Khối lượng vận tải 58

3.1.1.3 Phương tiện vận tải 62

3.1.2 Hiện trạng kết cấu hạ tầng giao thông Vùng ĐBSCL 64

3.1.2.1 Hiện trạng về KCHT giao thông đường bộ 64

3.1.3 Hiện trạng về KCHT giao thông đường biển 70

3.1.4 Hiện trạng về KCHT giao thông đường thủy nội địa 73

3.1.5 Hiện trạng về kết cấu hạ tầng giao thông đô thị 79

3.1.5.1 Hiện trạng về KCHT giao thông đô thị thành phố Cần Thơ 79

3.1.5.2 Hiện trạng về KCHT giao thông đô thị của các đô thị khác 79

3.1.6 Hiện trạng về công nghiệp giao thông vận tải 79

3.1.7 Đánh giá chung về hiện trạng giao thông vận tải Vùng ĐBSCL 80

3.1.7.1 Các hạn chế chủ yếu và nguyên nhân 80

3.1.7.2 Những thành tựu đạt được và xu hướng phát triển 81

3.2 Đặc điểm vật liệu xây dựng và phế thải khu vực đồng bằng Nam Bộ 82

3.2.1 Tình trạng khan hiếm vật liệu xây dựng vùng ĐBSCL 82

3.2.2 Vật liệu phế thải nông nghiệp vùng ĐBSCL 83

3.3 Bê tông hóa mặt đường, giải pháp thích hợp để đường “ chung sống với lũ” 85

3.3.1 Vài con số 85

3.3.2 Đối sách: phải làm mặt đường bằng vật liệu ổn định nước 85

3.3.3 Sử dụng bê tông cát làm mặt đường ôtô 88

CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ BÊ TÔNG NHẸ TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ KHU VỰC ĐỒNG BẰNG NAM BỘ 91

4.1 Đánh giá thực trạng đường làm bằng bê tông vỏ trấu tại các xã ở huyện Trà Ôn - tỉnh Vĩnh Long 91

4.1.1 Thực trạng đường bằng bêtông vỏ trấu huyện Trà Ôn 91

4.1.2 Phân tích biện pháp thi công ưu nhược điểm 92

4.2 Nghiên cứu thực nghiệm vỏ trấu 96

4.2.1 Phân tích cấu trúc vi mô của vỏ trấu 96

4.2.2 Phương pháp thí nghiệm vỏ trấu và hỗn hợp bêtông vỏ trấu 98

4.2.2.1 Xác định độ hút nước của vỏ trấu 98

4.2.2.2 Xác định khối lượng riêng của vỏ trấu 100

4.2.2.3 Độ pH của bêtông 102

4.2.2.4 Thử độ xòe bằng ống suttard 105

4.2.2.5 Các thí nghiệm khác 106

4.2.3 Lý thuyết tính toán cấp phối bê tông hạt nhỏ 107

4.2.4 Tính toán thành phần cấp phối bê tông hạt nhỏ sử dụng vỏ trấu M35,

M30, M25 MPa; thay thế 15%, 20%, 25%, 30% thể tích trấu 110

4.2.5 Giải pháp cải thiện và nâng cao độ bền của thực vật trong môi trường kiềm 114

4.2.6 Chi phí cho 1m 3 BTXM vỏ trấu tương ứng với các cấp phối 115

4.2.7 Tiến hành thí nghiệm và xác định kết quả thí nghiệm 117

4.2.7.1 Kết quả thí nghiệm 121

4.2.7.2 Các hình ảnh trong quá trình trộn thử 126

4.2.7.3 Nhận xét 129

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 130

5.1 Kết Luận 130

5.1.1 Phạm vi áp dụng của đề tài 130

5.1.2 Kết quả nghiên cứu 131

5.2 Hạn chế của đề tài 132

TÀI LIỆU THAM KHẢO 133

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề

Hiện nay khu vực đồng bằng Nam bộ (hay còn gọi là đồng bằng sông Cửu Long

- ĐBSCL) là vùng trọng điểm kinh tế, được thành lập theo quyết định số 492/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ ngày 16/4/2009, là vùng kinh tế trọng điểm thứ 4 của đất nước được thành lập sau ba vùng kinh tế trọng điểm Bắc bộ, Trung bộ và Nam bộ với mục tiêu tổng quát của vùng là: Xây dựng Vùng kinh tế trọng điểm vùng Đồng bằng sông Cửu Long trở thành vùng phát triển năng động, có cơ cấu kinh tế hiện đại, có đóng góp ngày càng lớn vào nền kinh tế của đất nước, góp phần quan trọng vào việc xây dựng cả vùng Đồng bằng sông Cửu Long giàu mạnh, các mặt văn hoá, xã hội tiến kịp mặt bằng chung của cả nước; bảo đảm ổn định chính trị và an ninh quốc phòng vững chắc

Vùng Đồng bằng sông Cửu Long được xác định có vị trí vai trò tiếp tục là trung tâm lớn về sản xuất lúa gạo, nuôi trồng, đánh bắt và chế biến thủy sản, có đóng góp lớn vào xuất khẩu nông thủy sản của cả nước, đóng vai trò quan trọng trong chuyển giao công nghệ sinh học, cung cấp giống, các dịch vụ kỹ thuật, chế biến và xuất khẩu các sản phẩm nông nghiệp cho cả vùng đồng bằng sông Cửu Long; là trung tâm năng lượng lớn của cả nước; là trung tâm dịch vụ - du lịch lớn của cả nước; là cầu nối trong hội nhập kinh tế khu vực và giữ vị trí quan trọng về quốc phòng an ninh của đất nước

Hiện nay, hầu hết các tuyến giao thông chính yếu về đường bộ, đường thủy nội địa, cảng biển, cảng hàng không đã và đang được đầu tư nâng cấp, ngoài những thành công về phát triển kết cấu hạ tầng GTVT Vùng kinh tế trọng điểm vùng đồng bằng sông Cửu Long, ngành GTVT trong vùng vẫn còn nhiều hạn chế như: chưa thu hút được vốn đầu tư, đầu tư chưa hiệu quả, chưa có sự thống nhất và phối hợp cao giữa các ngành, chưa có cơ chế rõ ràng về quản lý và thu hút vốn đầu tư Bên cạnh đó, mạng lưới giao thông trong vùng chưa liên hoàn và liên vùng: các tuyến đường cao tốc đường bộ mới hình thành, đường sắt chưa có, chưa có cảng biển nước sâu, giao thông đô thị và giao thông nông thôn chậm phát triển Các dịch vụ vận tải chưa phát triển hoặc phát triển tự

phát, không đồng bộ, chưa đáp ứng được yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội của vùng Nhà nước tập trung phát triển hạ tầng, đặc biệt cơ sở hạ tầng GTVT Để phát triển mối liên kết hệ thống GTVT vùng với các vùng, địa phương trong cả nước cũng như quốc tế đặc biệt là các nước trong khu vực một cách hợp lý - đồng bộ - hiệu quả - bền vững và đáp ứng được định hướng phát triển kinh tế - xã hội của vùng trong tương lai, cần phải nghiên cứu tạo tiền đề cho phát triển các ngành kinh tế - xã hội trong vùng, đặc biệt xem xét tính liên kết giữa các phương thức vận tải trong vùng và tính kết nối giữa các vùng trong khu vực ĐBSCL Đồng thời nghiên cứu phát triển đường giao thông nông thôn trong Chiến lược phát triển bền vững GTVT ở Việt Nam

Vùng đồng bằng sông Cửu Long là vùng hình thành đồng bằng châu thổ của hệ thống sông Mê Kông (sông Cửu Long) chảy vào nước ta Đây là vùng phân bố các trầm tích mềm yếu có bề dày lớn, nguồn vật liệu xây dựng khoáng tự nhiên hầu như rất khan hiếm

Đồng bằng sông Cửu Long có đặc thù phát triển phổ biến các thành tạo trầm tích mềm yếu Điều này đã gây không ít khó khăn cho công tác thiết kế và xây dựng các công trình nói chung và công trình giao thông nói riêng Để xây dựng các công trình giao thông bảo đảm sự ổn định lâu dài, thường đòi hỏi phải áp dụng các giải pháp xử lý nền đất yếu Một giải pháp xử lý nền đường đất yếu thích hợp là giải pháp giảm tải trọng nền đất và các cấu kiện của đường

Đồng bằng Nam bộ là khu vực rất thiếu VLXD, đặc biệt là cốt liệu Nguồn cốt liệu thô (đá) đều vận chuyển từ nơi khác tới, chủ yếu là ở các tỉnh miền Đông Nam Bộ, nên các hoạt động xây dựng trong vùng gặp khá nhiều khó khăn Do công vận chuyển xa, nên giá thành đã bị đội lên rất cao Giá vật liệu tăng cao đã ảnh hưởng không nhỏ tới các công trình xây dựng trong vùng, nhiều công trình xây dựng dân dụng đã phải tạm dừng do chi phí quá cao Do vậy yêu cầu sử dụng vật liệu tại chỗ và các phế thải là một yêu cầu đặc biệt có ý nghĩa

Hiện nay bê tông nhẹ đã được nghiên cứu, thử nghiệm và ứng dụng thành công bước đầu cho các công trình xây dựng, những căn hộ giá rẻ do sử dụng vật liệu mới như bêtông nhẹ để đổ móng, tấm 3D để xây tường, các tấm bêtông nhẹ đã được dùng

để xây dựng lắp ghép hàng trăm căn nhà cho công nhân các khu công nghiệp Một vài địa phương vùng đồng bằng Nam Bộ sử dụng sơ sợi thực vật làm đường GTNT nhưng chỉ cho các phương tiện nhẹ như xe máy, xe thô sơ lưu thông cho đường dân sinh, hộ gia đình nối ra các đường giao thông khác, các đường liên ấp, liên xóm Tuy nhiên chưa được nghiên cứu áp dụng phổ biến vào công tác xây dựng đường ôtô nhất là đường giao thông nông thôn vùng đồng bằng Nam Bộ

Hằng năm, ĐBSCL cung cấp hàng triệu tấn lương thực cho các vùng khác và đóng góp 80% lượng gạo xuất khẩu của cả nước Theo Tổng cục Thống Kê (2009), ĐBSCL hiện có 1.9 triệu ha diện tích canh tác lúa, 3.85 triệu ha diện tích gieo trồng; sản lượng hàng năm khoảng 21 triệu tấn lúa; năng lực xuất khẩu trên dưới 5 triệu tấn gạo/ năm, tương đương 9- 10 triệu tấn lúa Mức xuất khẩu đạt kỷ lục 6 triệu tấn (2009).Tuy nhiên phế thải của ngành công nghiệp sản xuất gạo (vỏ trấu) luôn chứa một lượng lớn các chất hữu cơ dễ bị phân hủy bởi các vi sinh vật làm ô nhiễm nguồn nước tiếp nhận Khi thải ra môi trường tự nhiên, các chất này có khả năng lắng và tạo thành một lớp dày ở đáy nguồn nước gây ô nhiễm nguồn nước Do vậy, khi xây dựng đường ô tô khu vực ĐBSCL với giải pháp bê tông nhẹ có thể tận dụng được các phế thải công nghiệp, nguồn vật liệu địa phương vô cùng phong phú này

Từ những lý do nêu trên, nghiên cứu giải pháp ứng dụng bê tông nhẹ trong xây

dựng đường ô tô khu vực đồng bằng sông cửu Long do vậy có ý nghĩa đặc biệt

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Đề xuất các giải pháp và các vấn đề liên quan nhằm ứng dụng có hiệu quả của công nghệ bê tông nhẹ vào xây dựng các công trình của đường phù hợp với điều kiện địa chất địa lý tự nhiên và vật liệu đồng bằng sông Cửu Long

1.3 Phương pháp nghiên cứu

Kết hợp giữa lý thuyết về BTXM, công nghệ bê tông nhẹ với việc điều tra phân tích hiện trạng cơ sở hạ tầng; giao thông; điều kiện địa lý tự nhiên; VLXD các phế thải công nghiệp; từ đó nghiên cứu đề xuất ứng dụng công nghệ bê tông nhẹ sử dụng vỏ trấu trong xây dựng đường ô tô khu vực đồng bằng sông cửu Long

1.4 Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu được thể hiện qua các chương sau:

Chương1 Mở đầu

Chương 2 Tổng quan về bê tông nhẹ và công nghệ bê tông nhẹ

Tình hình ứng dụng bê tông nhẹ trong nước và trên thế giới

Chương 3 Điều tra phân tích đánh giá hiện trạng cơ sở hạ tầng giao thông; đặc điểm vật liệu xây dựng và phế thải khu vực đồng bằng Nam Bộ

Chương 4.Nghiên cứu giải pháp ứng dụng bê tông nhẹ trong xây dựng

đường ô tô khu vực đồng bằng sông cửu Long

Chương 5.Kết luận và kiến nghị

Chương 2 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG NHẸ VÀ CÔNG NGHỆ BÊ TÔNG NHẸ

- TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG BÊ TÔNG NHẸ TRONG NƯỚC VÀ TRÊN THẾ GIỚI

2.1 Tổng quan về Bê tông nhẹ và công nghệ bê tông nhẹ

2.1.1 Khái niệm bê tông nhẹ

Một trong những nhược điểm của bê tông là khối lượng bản thân lớn Khối lượng thể tích của bê tông thường nằm trong khoảng 2200-2600 kg/m3

Về cơ bản chỉ có một phương pháp để chế tạo bê tông nhẹ đó là tạo lỗ rỗng trong bê tông Có thể đạt được điều này bằng 3 cách:

- Thay thế cốt liệu khoáng thông thường bằng cốt liệu rỗng hay cốt liệu nhẹ;

- Tạo ra các túi khí trong vữa, tạo ra bê tông bọt;

- Không dùng cát trong cốt liệu, tạo ra bê tông không cốt liệu mịn

- Bê tông nhẹ trở nên ngày càng phổ biến trong những năm gần đây do có những ưu điểm rất lớn so với bê tông thông thường

- Cốt liệu nhẹ : có thể phân loại thành 2 nhóm là cốt liệu nhẹ tự nhiên và cốt liệu nhẹ nhân tạo

- Cốt liệu nhẹ tự nhiên: đá bọt; đá điatômot; xỉ núi lửa; bọt núi lửa; mùn cưa; vỏ trấu

- Cốt liệu nhân tạo : tro nhân tạo; than cốc; xỉ bọt

2.1.2 Bêtông nhẹ cốt liệu rỗng

2.2.1.1 Tổng quan về Bê tông nhẹ cốt liệu rỗng

Để chế tạo bêtông nhẹ người ta dùng nhiều loại cốt liệu rỗng khác nhau: nhân tạo – keramdit, aglôpôrit, perlit, xỉ bọt v.v và tự nhiên – tuf, đá bọt v.v… Trong thời gian gần đây để chế tạo bê tông đặc biệt nhẹ người ta dùng các hạt pôlystyrôl nở phồng

Người ta dùng bêtông nhẹ với cốt liệu rỗng trong các kết cấu bao che để giảm khối lượng bản thân của kết cấu chịu lực Cho nên đối với các loại bêtông này bên cạnh cường độ, khối lượng thể tích của bêtông có ý nghĩa rất quan trọng

Theo khối lượng thể tích người ta phân biệt bêtông đặc biệt nhẹ cách nhiệt với khối lượng thể tích ở trạng thái sấy khô dưới 500kg/m3 và bê tông nhẹ với khối lượng thể tích 500 ÷ 1800 kg/m3 Cường độ của bêtông đặc biệt nhẹ ít khi đạt trên 1.5 MPa Cường độ của bêtông nhẹ thường trong giới hạn khá rộng – từ 2.5 đến 30 MPa và cao hơn Bêtông nhẹ thường được chia ra kết cấu cách nhiệt với khối lượng thể tích 500 ÷

1400 kg/m3 và cường độ 2…10 MPa và kết cấu với khối lượng thể tích 1400 ÷ 1800 kg/m3 và cường độ 10 ÷ 30 MPa

Theo cấu trúc người ta phân biệt bêtông nhẹ đặc hay bêtông nhẹ thường, trong

chúng vữa được chế tạo từ cát nặng hay cát nhẹ lấp đầy hoàn toàn các lỗ rỗng giữa các

hạt cốt liệu lớn (thường với độ dãn cách nào đó giữa các hạt cốt liệu), bêtông nhẹ

(rỗng) hóa, phần vữa trong chúng được tạo rỗng nhờ các phụ gia tạo bọt hay tạo khí và bêtông nhẹ rỗng lớn, trong chúng không có cát và các lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu

được bảo tồn Trong xây dựng người ta thường sử dụng nhiều bêtông nhẹ với cốt liệu rỗng có độ lớn đến 20…40 mm, nhưng người ta cũng sử dụng cả bêtông nhẹ hạt nhỏ

Cường độ của bêtông nhẹ, cũng như của bê tông nặng, phụ thuộc vào tỷ lệ xi măng – nước, bởi vì nó quyết định cường độ của đá ximăng, liên kết tất cả các thành phần tạo thành của bêtông thành khối đồng nhất Nhưng cốt liệu rỗng do những đặc điểm cấu trúc của mình có cường độ không cao, thường thấp hơn cường độ của vữa ximăng Cho chúng vào bêtông dẫn đến làm giảm cường độ của nó so với bêtông nặng, dùng cốt liệu đặc chắc, thêm vào nó ở mức độ càng cao, khi hàm lượng của cốt liệu càng lớn thì khối lượng thể tích của nó càng nhỏ Kết quả là các đường cong quan hệ của cường độ của bêtông nhẹ với tỷ lệ ximăng – nước được phân bố thấp hơn các đường cong đối với bêtông nặng thường và bêtông dùng cốt liệu có cường độ khác nhau có các đường cong Rbt = f(X/N) khác nhau (hình 2.1)

23

Rbt

Rmax1Rmax2

Rmax3Rcln1

Rcln2Rcln2 < Rcln1

C3 C2 C1

Hình 2 1 Quan hệ của cường độ bêtông với tỷ lệ ximăng - nước đối với bêtông

thường 1 và bêtông nhẹ dùng cốt liệu rỗng 2,3

Có một đặc điểm rất quan trọng khác của bê tông nhẹ với cốt liệu rỗng là, mỗi một cốt liệu lớn chỉ cho ta bêtông đến cường độ nhất định, khi đạt được cường độ đó rồi, mà vẫn tiếp tục tăng cường độ của vữa nữa thí dụ do giảm tỷ lệ nước trên ximăng,

sẽ không làm tăng đáng kể cường độ của bêtông (hình 2.2)

5 4 3 2 1

50 40 30 20 10

2,3 - bêtông cốt liệu rỗng;

I- vùng cường độ bêtông tăng;

II- vùng cường độ bêtông đạt cường độ cực đại;

b- kết quả của các thí nghiệm;

1- cường độ của keramdit 7 MPa;

2- cũng thế, 5 MPa;

3- cũng thế, 4 MPa;

4- cũng thế, 3 MPa;

5- cũng thế, 2 MPa

Hình 2.2 Ảnh hưởng của cường độ của sỏi keramdit và của vữa đến cường độ

của bêtông keramdit

Đường cong của quan hệ Rbt=f(Rv) có hai đoạn Ở đoạn đầu tăng cường độ của vữa sẽ dẫn đến tăng cường độ của bêtông, nhưng ở mức độ rất thấp, so với bêtông dùng cốt liệu đặc chắc Ở đây cũng xuất hiện ảnh hưởng tương ứng của yếu tố nước ximăng

Ở đoạn thứ tăng cường độ của vữa không dẫn đến tăng rõ rệt của cường độ bêtông, bởi

vì cốt liệu yếu và độ dòn của bộ khung ximăng mỏng cản trở nó Trong trường hợp này tiếp tục tăng cường độ của vữa sẽ không kinh tế, bởi vì trong các hỗn hợp bê tông cùng

độ lưu động cường độ của vữa tăng do tăng lượng dùng ximăng, không cải thiện đáng

kể các tính chất của bêtông Để có được bêtông nhẹ nhiều mác (loại) khác nhau, yêu cầu phải lựa chọn cốt liệu nhẹ với cường độ khác nhau, để đảm bảo sử dụng chúng hợp

lý ximăng, nghĩa là đảm bảo có được bêtông tương ứng với đoạn thứ nhất của đường cong Rbt=f(Rv) chỉ trong trường hợp đặc biệt về khối lượng thể tích đối với bê tông, thì việc sử dụng bêtông tương ứng với đoạn thứ hai của đường cong mới hợp lý

Hàm lượng của cốt liệu rỗng lớn trong trong bêtông nhẹ có ảnh hưởng rất lớn đến cường độ của nó Thông thường hàm lượng này được thể hiện bằng trị số tỷ đối (thể tích của cốt liệu nhẹ trong 1m3

bêtông) Ảnh hưởng của nồng độ cốt liệu phụ thuộc vào phụ thuộc vào tỷ lệ của cường độ của nó và cường độ của vữa Thông thường với cường độ của vữa cao trong bêtông nhẹ kết cấu, thì tăng hàm lượng của cốt liệu sẽ dẫn đến giảm cường độ của bêtông Khi có sự khác biệt không lớn trong cường độ của vữa

và bêtơng, thí dụ trong bêtơng nhẹ kết cấu cách nhiệt, cường độ của bêtơng đạt được cực đại với nồng độ tối ưu nhất định (hình 2.3)

202530354045

2

3

1

0.2 0.3 0.4 0.5 0.60.1

Hình 2.3 Ả nh hưở ng củ a hà m lượng cố t liệ u lớ n

f đế n cườ ng độ bê tô ng R bt 1- R v /R kx = 5.7;

2-R v /R kx = 7.5; 3- R v /R kx = 10.6 (R kx : cườ ng độ củ a bê tô ng keramdit né n dậ p trong xy lanh).

Hình 2.3 Ảnh hưởng của hàm lượng cốt liệu lớn φ đến cường độ bêtơng R bt

1- R v /R kx = 5.7; 2- R v /R kx = 7.5; 3- R v /R kx = 10.6 (R kx : cường độ của bêtơng

keramdit nén dập trong xy lanh)

Khi xác định cấp phối của bê tơng nhẹ cốt liệu rỗng phải tính đến cả ba đặc điểm ảnh hưởng của cốt liệu đến cường độ bêtơng Cho nên việc tính tốn được tiến hành khơng phải trên cơ sở của một cơng thức duy nhất hay đồ thị nào đĩ mà trên cơ

sở của các số liệu của hàng loạt các bảng biểu và các hệ số hiệu chỉnh, được thiết lập nên trên cơ sở tính đến các đặc điểm ấy

Cho cốt liệu rỗng vào làm thay đổi tính chất biến dạng của bêtơng Modul đàn hồi của bêtơng giảm, thêm vào đĩ ở mức độ càng nhiều, khi cốt liệu biến dạng càng lớn và hàm lượng của nĩ càng cao (xem chương 6) Tính chất quan trọng của bêtơng nhẹ là độ dẫn nhiệt của nĩ, tính chất này quyết định đến bề dày của kết cấu bao che Hệ

số dẫn nhiệt của bêtơng nhẹ tăng cùng với tăng khối lượng thể tích

Tăng hàm lượng của cốt liệu nhẹ, giảm khối lượng thể tích của nó dẫn đến giảm

hệ số dẫn nhiệt của bêtông nhẹ, nghĩa là, cải thiện tính chất nhiệt vậy lý của nó Nhưng trong trường hợp này cường độ của bêtông sẽ giảm đi Cho nên trong thực tế buộc phải tìm tỷ lệ tối ưu thế nào đó trong các tính chất của vật liệu ban đầu và của bêtông và lựa chọn cấp phối bêtông sao cho bê tông đạt được các tính chất cần thiết tốt nhất với lượng dùng ximăng có thể nhỏ nhất trong những điều kiện đã định

Cốt liệu rỗng có độ hút nước lớn, khi ở trong hỗn hợp bêtông chúng hút một phần nước của hồ ximăng Quá trình này xảy ra mạnh nhất trong 10-15 phút đầu sau khi trộn hỗn hợp bê tông, thêm vào đó lượng nước do cốt liệu hút vào, phụ thuộc vào cấp phối của hỗn hợp bêtông: nó tăng trong các hỗn hợp bêtông lưu động và chảy với các giá trị cao của tỷ lệ nước trên ximăng và giảm trong các hỗn hợp bêtông cứng với các giá trị thấp của tỷ lệ nước trên ximăng Thông thường trị số hấp thụ nước của cốt

ρ kg/m KJ/(m.0C.h)

liệu rỗng trong hỗn hợp bê tông đạt thấp hơn độ hấp thụ nước của nó ở trong nước 50%, bởi vì nó bị ảnh hưởng của khả năng giữ nước của hồ ximăng

30-Để bù trừ ảnh hưởng của độ hấp thụ nước của cốt liệu rỗng và duy trì độ lưu động của hỗn hợp bêtông, buộc phải tăng lượng dùng nước (hình 2.5) Mức độ tăng lượng nước yêu cầu của hỗn hợp bêtông sẽ phụ thuộc vào lượng dùng cốt liệu nhẹ và lượng nước yêu cầu của nó: lượng cần nước của cốt liệu càng lớn, thì lượng dùng nước

để có được hỗn hợp bêtông có độ lưu động nhất định càng lớn Độ hấp thụ nước của cốt liệu rỗng ảnh hưởng rõ rệt đến khả năng giữ nước của hỗn hợp bêtông, làm giảm khuynh hướng phân tầng ở các hỗn hợp bêtông lưu động và chảy và cho phép sử dụng hỗn hợp bêtông với cùng tỷ lệ ximăng cao Điều đó có ý nghĩa lớn để có được bêtông nhẹ cách nhiệt – kết cấu Cùng với điều đó hỗn hợp bêtông nhẹ khô (cứng) thường bị phân tầng khi chấn động

2

1

20 15 10 5130

150170190210230

Cốt liệu rỗng do khả năng trao đổi ẩm của mình với hồ ximăng của mình ở mức

độ lớn hơn, so với cốt liệu đặc thường, ảnh hưởng tốt đến các quá trình tạo thành cấu trúc của bêtông nhẹ Ở thời kỳ đầu cốt liệu rỗng hút ẩm vào làm cho lớp đá ximăng tiếp

xúc với chúng đặc và chắc hơn Ở giai đoạn thứ hai khi giảm lượng nước trong đá ximăng do thủy hóa của ximăng, cốt liệu rỗng nhả nước hấp thụ trước đây, tạo điều kiện thuận lợi cho sự xảy ra các quá trình thủy hóa của ximăng nhờ đó giảm hiện tượng

co ngót trong đá ximăng Độ lồi lõm cao của bề mặt cốt liệu rỗng đảm bảo sự liên kết tốt giữa đá ximăng và cốt liệu và độ biến dạng tương đối lớn của cốt liệu làm giảm ảnh hưởng âm do co ngót của đá ximăng lên cấu trúc của bêtông, cản trở sự xuất hiện các vết nứt nhỏ do co ngót

Kết quả là trong bêtông nhẹ với cốt liệu rỗng, đá ximăng có thể có được khối lượng thể tích và độ đồng nhất tốt, điều đó làm giảm rõ rệt độ thấm của nó, chính nhờ

đó nó nâng cao tuổi thọ của các kết cấu bêtông và bêtông cốt thép và độ bền vững của chúng trong một số môi trường xâm thực

Đá dăm và cát xốp gồm các hạt có hình dạng không đều đặn, với bề mặt phát triển mạnh, do đó có thể tích rỗng giữa các hạt lớn Để lấp đầy các lỗ rỗng ấy và tạo nên độ bôi trơn đủ giữa các hạt cốt liệu với mục đích có được các hỗn hợp bêtông với tính công tác tốt và không bị phân tầng yêu cầu phải tăng hồ ximăng lên 1.5 – 2 lần và hơn, so với khi dùng cốt liệu đặc chắc

Sử dụng cốt liệu có độ rỗng cao, nhưng với độ hấp thụ nước thấp do làm cho vật liệu có cấu trúc đặc biệt hay gia công đặc biệt bề mặt của cốt liệu bằng các phụ gia kỵ nước hay các vật chất khác, tạo nên trên bề mặt của cốt liệu màng mỏng ít thấm hay một lớp mỏng ở bên trong, cho phép giảm lượng nước yêu cầu của hỗn hợp bêtông, giảm bớt lượng dùng ximăng, nâng cao cường độ và cải thiện các tính chất khác của bêtông cốt liệu rỗng Nhưng những biện pháp ấy thường làm tăng giá thành của bêtông

và lợi ích của việc sử dụng chúng phải được xác định bằng tính toán kinh tế - kỹ thuật Ảnh hưởng của cốt liệu rỗng đến các tính chất công nghệ của hỗn hợp bêtông và đặc điểm đông cứng của bêtông, được người ta tính đến trong khi thiết kế cấp phối bê tông nhẹ và trong các quá trình sản xuất và thi công các kết cấu

Cấp phối của bêtông nhẹ cốt liệu rỗng cũng được xác định bằng phương pháp tính toán – thực nghiệm Ban đầu người ta xác định sơ bộ cấp phối của bêtông, sau đó người ta làm chính xác nó trên các mẻ trộn thử Khi xác định sơ bộ cấp phối bêtông

người ta sử dụng các quan hệ có tính đến các điểm ảnh hưởng của các loại khác nhau của cốt liệu rỗng đến các tính chất của hỗn hợp bêtông và bêtông

2.1.1.2 Thiết kế cấp phối bêtông nhẹ cốt liệu rỗng theo phương pháp tính toán kết hợp với thực nghiệm

Những vấn đề chung khi thiết kế cấp phối sơ bộ

Các thông số ban đầu cần biết khi chọn cấp phối bêtông nhẹ cốt liệu rỗng là mác

về cường độ nén và khối lượng thể tích ở trạng thái khô của bêtông, chỉ tiêu tính công tác (độ sụt hoặc độ cứng) của hỗn hợp bêtông, loại và các chỉ tiêu tính chất của các vật liệu sử dụng (mác ximăng, loại cốt liệu lớn, loại cát, khối lượng thể tích cốt liệu lớn, khối lượng riêng của cát…)

Để thiết kế cấp phối bêtông nhẹ cốt liệu rỗng có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau, tuy vậy cho đến nay phương pháp tính toán kết hợp với thực nghiệm của giáo sư I U M Bazrenov (Nga) đạt được độ chính xác cao nhất, vì khi xác định cấp phối sơ bộ đã sử dụng triệt để các quan hệ phụ thuộc và có xét đến ảnh hưởng của các loại cốt liệu rỗng khác nhau tới các tính chất của hỗn hợp bêtông và bêtông nhẹ Theo phương pháp này đầu tiên xác định cấp phối sơ bộ, sau đó tiến hành điều chỉnh cấp phối bằng các mẻ trộn thí nghiệm

Để có cấp phối hợp lý với lượng dùng ximăng nhỏ nhất, cần phải chọn đúng các loại vật liệu sử dụng Mác ximăng được quyết định căn cứ vào mác bêtông theo bảng 2.1 Bảng này giới thiệu mác xi măng (XM) nên dùng và cho phép dùng đối với bê tông nhẹ cốt liệu rỗng (BTNCLR) mác 150 ÷ 500

Bảng 2.1 Mác BTNCLR 150 200 250 300 350 400 500

Mác

ximăng

Nên

dùng 400 400 400 500 500 500 600 Cho

phép

dùng

300 300 300 400 400 400 500

Bảng 2.2

Mác

BTNCLR

Mác CLR cho theo cường độ nén

Cường độ ép vỡ của CLR trong xi lanh,

(daN/cm2)

Sỏi Dăm (trừ dăm

aglôpôrit)

Dăm aglôpôrít

Bảng 2.3 Loại

CLR

Khối lượng thể tích BTNCLR ở trạng thái khô, mvbk, (kg/m3)

1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 Sỏi rỗng -/500 -/600 -/700 600/800 700/900 800/- 900/-

Dăm

rỗng - -/500 -/600 500/700 600/800 700/900 800/1000

Ghi chú: tử số là khối lượng thể tích của cốt liệu lớn khi đang dùng cốt liệu bé

là cát thường; mẫu số là khối lượng thể tích của cốt liệu lớn khi đang dùng cốt liệu bé

là cát nhẹ

Tỷ lệ phối hợp giữa các cấp hạt trong cốt liệu lớn nên lấy như sau: khi phối hợp hai cấp (5 ÷ 10) : (10 ÷ 20) là 40 : 60%, khi phối hợp 3 cấp (5 ÷ 10) : (10 ÷ 20) : (20 ÷ 40) là 20 : 30 : 50% Cường độ trung bình của cốt liệu lớn tính theo công thức:

Rk = (Rk1.x1 + Rk1.x1 + Rk1.x1) : 100 (2.1) trong đó : Rk1, Rk2, Rk3 – cường độ nén của từng cấp cốt liệu lớn quy đổi từ độ

ép vỡ trong xi lanh thép đường kính 120mm, daN/cm2

;

x1, x2, x3 – hàm lượng của mỗi cấp hạt trong hỗn hợp cốt liệu, %

Cát nhẹ dùng trong bêtông nhẹ mác 150 ÷ 500 cần đảm bảo môđun độ lớn 1.8 ÷ 2.5 và khối lượng thể tích đổ đống không dưới 600 kg/m3 Đối với bêtông mác 150 có thể sử dụng cát perlit phồng nở có khối lượng thể tích không dưới 200 kg/m3, lượng hạt mịn lọt sàng 0.14mm không quá 10% theo thể tích Ngoài ra đối với bêtông mác 150 ÷

200 nếu mác ximăng vượt quá giá trị cho phép dùng trong bảng 1 có thể dùng cát có lượng lọt sàng 0.14 mm tới 25%

Khi xác định lượng dùng ximăng có thể sử dụng các số liệu thực nghiệm trong bảng 2.4 và bảng 2.5, có xét đến sự phụ thuộc của cường độ bêtông nhẹ không chỉ vào hoạt tính chất kết dính (mác ximăng) và tỷ lệ N/X, mà còn vào tính chất và hàm lượng cốt liệu lớn cũng như tính công tác của hỗn hợp bêtông Bảng 2.4 cho lượng dùng ximăng đối với bêtông nhẹ từ cốt liệu lớn có Dmax = 20mm và cát thường, khi độ cứng hỗn hợp bêtông là 20 ÷ 30s Còn bảng 2.5 cho hệ số thay đổi lượng dùng ximăng khi thay mác ximăng, loại cát, cỡ hạt lớn nhất của cốt liệu và tính công tác của hỗn hợp bêtông Đầu tiên theo bảng 2.4 xác định lượng dùng ximăng và mác theo cường độ nén của cốt liệu lớn Sau đó theo bảng 2.5 người ta điều chỉnh lượng dùng ximăng này phù hợp với tính chất của vật liệu sử dụng và tính công tác của hỗn hợp bêtông

Bảng 2.4

Mác

BTNCLR

Mác ximăng

nên dùng

tc c

(N / X) - N

trong đó: N/X – tỷ lệ nước/ximăng đảm bảo độ bẹt của vữa trên bàn nhảy đạt 170mm;

Ntc – lượng nước tiêu chuẩn (độ đặc tiêu chuẩn) của hồ ximăng, %

Bảng 2.6 Hỗn hợp bêtông có Lượng dùng nước N0, (l/m

3) cho hỗn hợp bêtông dùng cát thường (Nc = 7%)

- 20-30 195 180 165 215 200 185

- 30-50 185 170 160 200 185 175

- 50-80 175 160 150 190 175 165

Lượng nước yêu cầu của cát nhẹ lớn gấp 2 ÷ 2.5 lần so với của cát thường Ví dụ: đối với cát keramzit Ncn = 13 ÷ 16%, đối với đá bọt xỉ (termôzít) Ncn = 16 ÷ 18%

Khi lượng dùng cát trung bình là 250 l/m3 tính ra thể tích riêng phần của cát tức chiếm chỗ của cát trong hỗn hợp bêtông ; nếu lượng nước yêu cầu của cát thay đổi 1%

sẽ tương ứng với sự thay đổi lượng nước 0.02 l/l thể tích riêng phần của cát Trong bảng 2.6 người ta đã giả thuyết là dùng cát thường có lượng nước yêu cầu Nc = 7% Vậy khi dùng cát có lượng nước yêu cầu Nc khác đi thì lượng nước trong hỗn hợp bêtông phải được hiệu chỉnh là:

 - khối lượng riêng đối với cát thường là khối lượng riêng phần của cát trong

hồ ximăng của cát trong hồ ximăng đối với cát nhẹ Khối lượng riêng phần là khối lượng 1 đơn vị thể tích hạt loại trừ thể tích lỗ hổng giữa các hạt

Lượng dùng nước của hỗn hợp bêtông còn chịu ảnh hưởng của lượng dùng ximăng X vượt quá 450 kg/m3 thì cứ 1kg tăng lên của lượng dùng ximăng phải tăng lượng dùng nước ≈ 0.15 l Vậy lượng dùng nước của hỗn hợp bêtông phải tăng lên là:

k vb

trong đó: k

vb

m - khối lượng thể tích BTNCLR ở trạng thái khô, kg/m3;

1.15X – khối lượng đá ximăng (kg) trong 1m3 BTNCLR tính với lượng nước liên kết hóa học bằng 15% lượng dùng xi măng ;

ρ - khối lượng thể tích riêng phần của cốt liệu lớn, kg/l ;

X, C, K, N – lượng dùng ximăng, cát, cốt liệu lớn và nước, (kg) trong 1m3bêtông

Về nguyên tắc thì sau khi thay giá trị N từ phương trình (2.6) vào phương trình (2.8) và giải hệ phương trình (2.7), (2.8) sẽ tìm được lượng dùng cốt liệu nhỏ và lớn Tuy vậy, việc tính toán đó khá phức tạp, nên trong thực tế người ta sử dụng các bảng mật độ cốt liệu lớn φ là kết quả tính toán sẵn từ trước theo hệ phương trình (2.7), (2.8)

Bảng 2.7 và 2.8 cho mật độ cốt liệu lớn φ thay đổi phụ thuộc vào khối lượng thể tích của bêtông ở trạng thái khô, khối lượng riêng phần của cốt liệu lớn trong hồ ximăng, lượng dùng nước và ximăng, cũng như lượng nước yêu cầu của cát Để có cùng khối lượng thể tích của bêtông ngay cả khi không thay đổi khối lượng thể tích của cốt liệu lớn thì mật độ cốt liệu lớn cũng có thể thay đổi tới 1.5 ÷ 2 lần phụ thuộc vào lượng dùng ximăng, nước và lượng nước yêu cầu của cát Vì yêu cầu đảm bảo khối lượng thể tích đã định của bêtông, nên trong một số trường hợp người ta buộc phải sử dụng cấp phối có mật độ cốt liệu lớn φ không tối ưu về mặt yêu cầu tính công tác của hỗn hợp bêtông không phân tầng, trị số φ cần đảm bảo không thấp hơn quá 0.025 và không cao hơn quá 0.050 so với trị số φ cho trong bảng 2.8, tức là phải đảm bảo điều kiện:

φ = (φt.ư – 0.025) ÷ (φt.ư + 0.05) trong đó : φ – trị số mật độ cốt liệu lấy theo bảng 2.8 phụ thuộc vào độ rỗng giữa các hạt cốt liệu lớn và tính công tác hỗn hợp bêtông

Bảng 2.7

1600

1 0.43 0.38 0.32 0.42 0.35 0.25 0.39 0.32 - 1.2 0.47 0.42 0.35 0.46 0.4 0.3 0.44 0.38 0.27 1.4 0.5 0.46 0.41 0.5 0.45 0.39 0.48 0.43 0.36 1.6 0.54 0.5 0.45 0.53 0.49 0.44 0.53 0.48 0.43

1700

1 0.39 0.31 - 0.36 0.25 - 0.32 - - 1.2 0.43 0.38 0.27 0.41 0.33 - 0.38 0.28 - 1.4 0.47 0.41 0.33 0.45 0.39 0.3 0.43 0.36 0.29 1.6 0.5 0.46 0.4 0.49 0.44 0.37 0.48 0.42 0.31 1.8 0.54 0.5 0.45 0.53 0.49 0.43 0.53 0.48 0.41

1800

1.2 0.37 0.29 - 0.33 - - - - - 1.4 0.42 0.34 0.25 0.39 - - 0.36 - - 1.6 0.45 0.4 0.26 0.45 0.37 0.25 0.42 0.3 - 1.8 0.51 0.45 0.38 0.49 0.44 0.30 0.48 0.41 0.27 2.0 - 0.5 0.44 - 0.49 0.42 - 0.48 0.44

Ghi chú : trị số φ ở bảng này ứng với lượng dùng ximăng là 300 kg/m3, cứ mỗi

100 kg/m3 tăng (giảm) trị số φ sẽ tăng (hoặc giảm) chừng 0.01

0.36 0.52 0.49 0.47 0.38 0.5 0.47 0.45 0.4 0.48 0.45 0.43 0.42 0.46 0.43 0.41 0.44 0.44 0.41 0.39 0.46 0.42 0.39 0.37 0.48 0.4 0.37 0.35 0.5 0.38 0.35 0.33 0.52 0.36 0.33 0.31 0.54 0.34 0.31 0.29

Lượng dùng cốt liệu lớn K xác định theo mật độ cốt liệu φ và khối lượng thể tích của nó trong hồ ximăng:

K = 1000.φ.ρvk , kg (2.9) Lượng dùng cát thường được xác định căn cứ vào khối lượng thể tích của bêtông, lượng dùng ximăng và cốt liệu:

k

t vb

Khối lượng thể tích của bêtông có thể điều chỉnh bằng cách dùng cát nhẹ và thay đổi tỷ

lệ giữa cát thường và cát nhẹ để đảm bảo mật độ cốt liệu lớn φ tối ưu Để xác định lượng dùng cát thường Ct và cát nhẹ Cn khi đã có lượng dùng ximăng (X), nước (N) và mật độ cốt liệu lớn φ cần phải giải hệ phương trình (suy ra từ hệ phương trình 7, 8 ra) như sau:

trong đó : Nct và Ncn là lượng nước yêu cầu của cát thường vá của cát nhẹ), thì từ (2.11)

và (2.12) ta sẽ có lượng dùng các loại cát nhẹ và cát thường là:

ct n

 Xác định mật độ cốt liệu lớn φ phụ thuộc vào lượng dùng ximăng, nước

N0, khối lượng thể tích cốt liệu lớn trong hồ ximăng và lượng nước yêu cầu của cát

dùng phép nội suy Nếu giá trị φ > φt.ư (bảng 2.8) quá 0.05 thì phải dùng cốt liệu rỗng nhẹ hơn hoặc tạo rỗng phần vữa

 Xác định lượng dùng cốt liệu lớn theo công thức (2.9)

 Xác định lượng dùng cốt liệu bé theo công thức (2.10)

 Xác định lượng dùng nước theo công thức (2.6)

2) Khi dùng cát nhẹ hoặc cát thường phối hợp

 Xác định các lượng dùng ximăng, nước N0, hàm lượng cốt liệu lớn và lượng dùng của nó như trường hợp 1) ở trên

 Xác định lượng dùng cát nhẹ bảo đảm có được khối lượng thể tích đã định của bêtông theo công thức (2.17), trong đó các giá trị A, Q, nct, ncn được xác định theo công thức (2.13) ÷ (2.16)

 Xác định lượng dùng cát thường theo công thức (2.18) Nếu xảy ra trường hợp lượng dùng một trong hai loại cát thường hoặc nhẹ dưới 20 kg/m3

thì chế tạo bêtông nhẹ chỉ dùng một loại cát có hàm lượng lớn hơn

 Điều chỉnh các thông số cấp phối bằng thực nghiệm

Đối với những mẻ trộn thí nghiệm ngoài cấp phối sơ bộ vừa xác định theo các bước trên, cần tính thêm 2 cấp phối nữa, trong đó lượng ximăng lấy lớn hơn và bé hơn

so với cấp phối sơ bộ 10 ÷ 20% Nếu những vật liệu đã sử dụng không đảm bảo đạt được khối lượng thể tích yêu cầu của bêtông k

Theo kết quả thí nghiệm người ta xây dựng các đồ thị quan hệ Rb = f(X/N), rồi căn cứ vào đó quyết định lượng dùng ximăng và điều chỉnh lượng dùng các vật liệu khác từ 1m3bêtông Việc xác định lượng dùng vật liệu cho 1m3 bêtông nhẹ cốt liệu rỗng cũng được tiến hành như đối với bêtông nặng

2.1.3 Bê tông nhẹ được tạo rỗng

Để cải thiện các tính chất nhiệt vật lý của bêtông nhẹ cốt liệu rỗng người ta đã

sử dụng phương pháp tạo rỗng phần vữa bêtông hay theo nó bằng đá ximăng rỗng, nghĩa là chế tạo bêtông nhẹ cốt liệu rỗng lớn không có cát Bêtông nhẹ được tạo rỗng gồm các bêtông có hàm lượng cốt liệu nhẹ lớn 800l/m3, trong các bêtông này thể tích của các bọt khí chiếm 5-25% Người ta tạo rỗng cho các bêtông này bằng cách hoặc là trộn hỗn hợp bêtông của chúng với bọt khí hay tạo bọt vào hỗn hợp bêtông Bọt chỉ tạo rỗng cho các hỗn hợp không có cát, còn các hỗn hợp có cát được tạo rỗng bằng các phụ gia cuốn khí Căn cứ vào cốt liệu được dùng và phương pháp tạo rỗng bêtông nhẹ có các tên gọi sau: bêtông keramdit bọt, bêtông keramdit khí, bêtông keramdit với phụ gia cuốn khí

So với lượng bêtông nhẹ cấu trúc đặc bêtông nhẹ được tạo khí có khối lượng thể tích và hệ số truyền nhiệt thấp hơn Trong đó có thể sử dụng cốt liệu lớn có cấp phối hạt gián đoạn, có thể giảm hay loại trừ hoàn toàn cát rỗng, cho phép dùng cốt liệu rỗng nặng hơn (mà không làm tăng khối lượng thể tích của bêtông)

So với bêtông tổ ong gia công nhiệt trong autoclave bêtông nhẹ được tạo rỗng

có khác biệt ở chỗ, có lượng dùng chất kết dính tương đối thấp hơn, có modul biến dạng và độ vĩnh cửu cao hơn và độ co ngót thấp hơn

Hỗn hợp bêtông nhẹ được tạo rỗng khác biệt ở chỗ, có độ dính kết và tính công tác tốt còn việc sử dụng nó làm đơn giản quá trình tạo hình cấu kiện đi nhiều, không cần phải dùng gia tải khi đổ và lèn chặt hỗn hợp bêtông bằng chấn động

Cường độ của bêtông nhẹ được tạo rỗng có thể đạt 5-10 MPa, còn khối lượng thể tích 700 – 1400 kg/m3 Cường độ và khối lượng thể tích của bêtông phụ thuộc vào cấu trúc của nó Thông thường, vật liệu rỗng đã qua nung (keramdit) với cùng một khối

lượng thể tích có cường độ cao hơn, so với vữa rỗng Cho nên độ bão hòa cực đại của bêtông cốt liệu nhẹ được tạo rỗng, cốt liệu lớn (0.9 – 1.15m3/m3) có khả năng làm tăng cường độ của nó hay làm giảm lượng dùng ximăng

Đối với bê tông nhẹ được tạo rỗng nên sử dụng ximăng PC40 và cao hơn, bởi vì điều đó dẫn đến giảm lượng dùng ximăng và chính nhờ đó giảm được khối lượng thể tích của bêtông (ximăng – thành phần nặng hơn cả của bêtông) Có thể tiến hành lựa chọn mác của keramdit theo khối lượng thể tích và loại cát theo bảng 2.9; trong đó chỉ

rõ sự phụ thuộc của khối lượng thể tích của bêtông keramdit vào loại keramdit, cát và cường độ yêu cầu của bêtông : cường độ yêu cầu càng cao thì lượng dùng ximăng và khối lượng thể tích của keramdit tương ứng càng cao

Bảng 2.9 Khối lượng thể tích của bêtông keramdit được tạo rỗng bằng phụ gia kéo khí

Thạch anh

Việc xác định cấp phối bê tông nhẹ được tạo rỗng bằng phụ gia cuốn khí, được

tiến hành bằng phương pháp tính toán – thực nghiệm với việc tiến hành các mẻ trộn thử

Lượng dùng ximăng cho các mẻ trộn thử được xác định theo bảng 2.10, còn lượng nước sơ bộ - theo bảng 2.11 Khi dùng keramdit nhẹ và rỗng người ta lấy lượng dùng nước cao hơn

Bảng 13.10 Lượng dùng ximăng cho các mẻ trộn thử khi lựa chọn cấp phối của bêtông keramdit với phụ gia cuốn khí

/m3 (các trị số thuộc về sỏi keramdit cường độ thấp hơn) Lượng dùng cát phụ thuộc vào đặc tính đã định của bêtông:

C ρ

X 1000 10

1 V

k c x

Chất tạo bọt

micro

Thể tích của không khí được kéo vào,

%

Cát Keramdit đập nhỏ Cát thạch anh Xỉ đập nhỏ CHB 4 ÷ 8 0.02 ÷ 0.1 0.04 ÷ 0.15 0.05 ÷ 0.15

Sau khi tính toán xong cấp phối của bêtông cho ba mẻ thử, người ta tiến hành chế tạo và thử các mẫu thử nghiệm Khi chế tạo các mẻ trộn thử người ta điều chỉnh lượng dùng nước theo độ lưu động đã định Theo kết quả thí nghiệm người ta dựng đồ thị quan hệ của cường độ và khối lượng thể tích của bêtông nhẹ của bêtông nhẹ với lượng dùng ximăng đã định vào lượng dùng phụ gia và xác định cấp phối tối ưu Người

ta tiến hành kiểm tra cấp phối ấy trong điều kiện sản xuất, bằng cách điều chỉnh lượng dùng keramdit (có tính đến một phần của nó bị đập vỡ trong máy trộn)

Làm các mẻ trộn thử Theo kết quả thí nghiệm người ta thiết lập các quan hệ Rbt

= f(X), ρ’bt.k=f(X), và sau đó Rbt = f(ρ’bt.k) và trên cơ sở đó người ta lựa chọn cấp phối tối ưu

Bêtông nhẹ không có cát được dùng hợp lý khi sử dụng cốt liệu rỗng với khối lượng thể tích trên 500 kg/m3 Ảnh hưởng của các tính chất cỉa cốt liệu và đá ximăng được tạo rỗng đến các tính chất của bêtông nhẹ được ghi trong bảng 2.13

Bảng 2.13 Các tính chất của bêtông nhẹ không có cát được tạo rỗng

Khối lượng thể tích trung bình, kg/m3 Giới hạn cường độ chịu

nén, MPa

Lượng dùng của hỗn hợp chất kết dính với phụ gia bụi, kg/m3

Cốt liệu

rỗng

Đá ximăng được tạo rỗng

Bêtông nhẹ với đá ximăng được tạo rỗng

Sau khi gia công nhiệt

ẩm trong autoclave

Sau khi gia công nhiệt

Người ta xác định cấp phối hạt của cốt liệu rỗng xuất phát từ điều kiện có được độ rỗng cực tiểu, khối lượng thể tích và cường độ của nó phải thỏa mãn các tính chất đã định của bêtông nhẹ

Lượng dùng cốt liệu rỗng (l)

1) (α V 1

1000 V

Khối lượng thể tích của bêtông tổ ong ở trạng thái khô được xác định xuất phát từ điều kiện khối lượng thể tích đã định của bêtông nhẹ:

ρ' b.t.t.o = (1000)ρ’b.t – Vc.l.rρ’c.l.r/Vb.t.t.o (2.24) trong đó: ρ’c.l.r – khối lượng thể tích đổ đống của cốt liệu rỗng, kg/l

Người ta xác định cấp phối của bêtông tổ ong theo phương pháp sẽ được mô tả trong mục 2.1.5 Trong trường hợp này cường độ của nó không được thấp hơn cường

độ đã định của bêtông nhẹ Cần phải chú ý rằng, cấu kiện bêtông được chế tạo được gia công nhiệt ẩm dưới áp suất khí quyển, để giảm lượng dùng ximăng nên sử dụng phụ gia silic hoạt tính

Người ta tính toán ba cấp phối của bêtông nhẹ cho các mẻ trộn thí nghiệm với lượng dùng cốt liệu rỗng được xác định theo công thức và khác biệt nhau ±10% Theo kết quả thí nghiệm các mẫu đã qua gia công nhiệt ẩm theo chế độ đã định, người ta lập

quan hệ giữa cường độ của bêtông nhẹ và khối lượng thể tích của bêtông tổ ong Người

ta lấy cấp phối tối ưu của bêtông, đảm bảo có được bêtông với cường độ đã định và khối lượng thể tích đã định khi lượng dùng ximăng là nhỏ nhất

2.1.4 Bê tông nhẹ lỗ rỗng lớn

Cấp phối của bêtông nhẹ lỗ rỗng lớn là kết cấu – cách nhiệt với cốt liệu nhẹ cũng được xác định bằng phương pháp tính toán thực nghiệm Trong trường hợp này người ta cho loại và khối lượng thể tích của bêtông Bêtông lỗ rỗng lớn với cốt liệu nhẹ

có độ cứng lớn, cho nên khi xác định cấp phối của chúng, người ta phải kiểm tra độ chống phân tầng của hỗn hợp bêtông

Người ta xác định lượng dùng ximăng để có được bêtông lỗ rỗng lớn theo bảng 3.14

Người ta xác định lượng dùng cốt liệu lớn CL1 căn cứ vào độ rỗng của nó Vr : khi Vr = 40%, CL1 = 1.1 m3/m3 Đối với cấp phối sản xuất, người ta tăng lượng dùng cốt liệu lớn lên thêm 5 ± 15% căn cứ vào loại máy trộn và cường độ của cốt liệu; khi trộn một phần hạt của nó có thể bị vỡ

Bảng 3.14 Lượng dùng ximăng định hướng PC30 cho bêtông lỗ rỗng lớn với cốt liệu nhẹ

Cốt liệu

Khối lượng thể tích của cốt liệu ở trạng thái lèn chặt, kg/m3

Cường độ của bêtông

Cốt liệu nhỏ

rỗng tự nhiên 800 ÷ 1200 285 ÷ 180 275 ÷ 210

Lượng dùng nước, (l)

N=(Ntc X + CL1 W30)/100 (2.25) trong đó:

Ntc – lượng nước tiêu chuẩn của ximăng, %,

W30 – lượng nước hấp thụ theo khối lượng của cốt liệu lớn trong thời gian 30 phút, %

Khối lượng thể tích của bêtông khô:

2.1.5 Bêtông tổ ong

2.1.5.1 Tổng quan về bêtông tổ ong

Bêtông tổ ong – đó là bêtông đặc biệt nhẹ với khối lượng lớn (đến 85% của tổng thể tích của bêtông) các lỗ rỗng không khí nhỏ và trung bình kích thước dưới 1 ÷ 1.5mm

Độ rỗng của bêtông tổ ong được tạo nên bởi:

a) Phương pháp cơ học, khi hồ gồm có chất kết dính và nước, thường có phụ gia cát nghiền mịn, được trộn với bọt trong máy trộn chuyên dụng; khi cứng rắn ta được vật liệu rỗng, được gọi là bêtông bọt;

b) Bằng phương pháp hóa học, khi người ta cho chất tạo khí vào chất kết dính; kết quả là trong hồ của chất kết dính xảy ra phản ứng tạo khí, làm cho hồ nở phồng lên và trở nên rỗng Vật liệu đã cứng rắn được gọi là bêtông khí

Theo khối lượng thể tích và công dụng bêtông tổ ong được chia ra thành bêtông cách nhiệt với khối lượng thể tích 300 ÷ 600 kg/m3 và cường độ 0.4 ÷ 1.2 MPa và bêtông kết cấu với khối lượng thể tích 600 ÷ 1200 kg/m3 (thường là 800 kg/m3) và cường độ 2.5 ÷ 15 MPa

Trong xây dựng người ta thường sử dụng các cấu kiện bêtông tổ ong gia công nhiệt

ẩm trong các autoclave dưới áp lực của hơi nước 0.8 ÷ 1 MPa Bêtông tổ ong gia công nhiệt trong autoclave thường được chế tạo từ các hỗn hợp sau:

a) Ximăng với cát thạch anh, ở đây có 1 phần cát được nghiền nhỏ

b) Hỗn hợp vôi sống với cát nghiền nhỏ; bêtông tổ ong loại này được gọi là silicat bọt hay silicat khí

c) Chất kết dính hỗn hợp ximăng, vôi cát nghiền với tỷ lệ khác nhau Có thể thay cát bằng tro Trong trường hợp này ta có được bêtông bọt hay bêtông tro khí Người ta