Nghiên cứu thực trạng và giải pháp tăng cường quản lý chất lượng bê tông các dự án xây dựng cầu khu vực đông nam bộ luận văn thạc sĩ xây dựng cầu hầm

8 CÁC ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU CHẾ TẠO BÊ TÔNG VÀ CÁC CẤP PHỐI BÊ TÔNG ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG DỰ ÁN XÂY DỰNG CẦU VÀM 2.6... Học viên: Bùi Quang Năng Chương 1: tổng quan về việc sử dụng bê tông tro

Trang 1

BÙI QUANG NĂNG

NGHIÊN CỨU THỰC TRẠNG VÀ GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG BÊ TÔNG CÁC

DỰ ÁN XÂY DỰNG CẦU KHU VỰC ĐÔNG NAM BỘ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2014

Trang 2

BÙI QUANG NĂNG

NGHIÊN CỨU THỰC TRẠNG VÀ GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG BÊ TÔNG CÁC

DỰ ÁN XÂY DỰNG CẦU KHU VỰC ĐÔNG NAM BỘ

Chuyên ngành: Xây dựng cầu hầm

Trang 3

Học viên: Bùi Quang Năng

MỤC LỤC

TỔNG QUAN VỀ VIỆC SỬ DỤNG BÊ TÔNG TRONG CÁC DỰ ÁN XÂY

1.1 Tình hình chung sử dụng bê tông trong các công trình cầu ở nước ta 7 1.2 Bê tông sử dụng trong một số dự án khu vực Đông Nam bộ 8

CÁC ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU CHẾ TẠO BÊ TÔNG VÀ CÁC CẤP PHỐI

BÊ TÔNG ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG DỰ ÁN XÂY DỰNG CẦU VÀM

2.6 Cấp phối bê tông được xem xét trong dự án cầu Vàm Gửi 37

2.6.3 Cấp phối bê tông cấp 35 MPa trạm A và B 40

Trang 4

3.1.2 Quy luật phân phối xác suất của một đại lượng ngẫu nhiên 44 3.1.3 Các tham số đặc trưng của đại lượng ngẫu nhiên 47

3.2 Độ lệch chuẩn, cường độ đặc trưng, cường độ yêu cầu 52 3.3 Hệ thống tổ chức quản lý chất lượng tại cầu Vàm Gửi 54

4.1.1 Phương pháp xác định độ sụt của hỗn hợp bê tông TCVN 3016 :

4.3 Phương pháp kiểm soát chất lượng bê tông theo độ lệch chuẩn và cường

độ đặc trưng theo ACI (American Concrete Institute) 67 4.4 Biểu đồ kiểm soát chất lượng bê tông theo độ lệch chuẩn và cường độ đặc

4.4.1 Dạng biểu đồ đơn giản dùng kiểm soát chất lượng bê tông 70 4.4.2 Biểu đồ Shewhart kiểm soát chất lượng bê tông 71

Trang 5

4.5 Đánh giá chất lượng bê tông dự án theo cường độ đặc trưng 72

4.5.2 Trường hợp không đạt các yêu cầu về cường độ chịu nén 73

4.6 Đánh giá kết quả thí nghiệm nén mẫu bê tông cấp 50 MPa 74

Trang 6

LỜI MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, hạ tầng giao thông ở khu vực Đông Nam bộ

phát triển mạnh Một số dự án đã và đang triển khai như tuyến cao tốc thành phố Hồ Chí Minh – Long Thành – Dầu Giây, nâng cấp mở rộng Quốc lộ 51, nâng cấp mở rộng tuyến An Sương - An lạc Hàng loạt cầu, hầm ở của ngõ thành phố Hồ Chí Minh như cầu Rạch Chiếc, Cầu Sài Gòn, cầu Phú Mỹ, hầm Thủ Thiêm được xây dựng mới Các điểm xung đột tại ngã tư Thủ Đức, vòng xoay Hàng Xanh được giải quyết bằng cầu vượt Khu vực Đồng Nai, Bình Dương, Bà Rịa – Vũng Tàu có cầu Đồng Nai, cầu Hóa An, cầu Gò Găng, cầu Chà Và, cầu Bàn Thạch, cầu Vàm Gửi…

Việc tiếp cận, sử dụng vật liệu mới, phụ gia thế hệ mới trên nền vật liệu truyền thống đã cho ra bê tông chất lượng cao hơn Đồng thời đặt ra yêu cầu cho vật liệu, công nghệ chế tạo, công tác quản lý chất lượng Cùng với nó là việc nâng cao hiểu biết về cấu trúc và tính chất của bê tông, tiên đoán và điều khiển các đặc tính của chúng

Do đặc điểm hình thành từ nhiều loại vật liệu, công nghệ chế tạo, điều kiện môi trường, bảo dưỡng, thói quen sản xuất Dẫn đến cường độ bê tông luôn

có biến động, khiến người làm công tác quản lý chất lượng phải quan tâm Thực tế cho thấy, từng vùng, từng miền điều kiện tự nhiên, xã hội có tính đặc thù Kết cấu cấu bê tông ở vào điều kiện cụ thể, ngoài các yêu cầu chung còn có các yêu cầu riêng Ở miền Đông Nam bộ, nơi có tốc độ tăng trưởng cao và tập trung nhiều công trình giao thông quan trọng Cần thiết phải nhìn nhận, theo dõi, đánh giá chất lượng bê tông nhằm có biện pháp để ngăn ngừa, điều chỉnh nhằm đảm bảo chất lượng bê tông đạt được tiêu chuẩn chất lượng như đã định

Trong khu vực Đông Nam bộ, có nhiều dự án đang triển khai thi công, và cầu Vàm Gửi là một trong số đó Thuộc dự án thành phần số 1, đoạn 1 từ

Trang 7

Km0+00 đến Km1+898.03 nối từ cảng Cái Mép Hạ đến cảng Container Cái Mép, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu Cầu Vàm Gửi được xây dựng mới với chiều dài 285.5m, kết cấu phần trên sử dụng dầm super T, móng mố trụ sử dụng cọc khoan nhồi đường kính 1.5m Tại đây, việc quản lý

và đánh giá chất lượng bê tông được thông qua cường độ đặc trưng Dựa trên cường độ đặc trưng người ta có thể đánh giá được chất lượng bê tông sử dụng cho dự án đồng thời là nguồn dữ liệu cho các kết cấu sử dụng trong môi trường có tính chất tương tự

Đó chính là lý do học viên chọn đề tài “Nghiên cứu thực trạng và giải pháp tăng cường quản lý chất lượng bê tông các dự án xây dựng cầu khu vực Đông Nam bộ” Trong đề tài này, trường hợp nghiên cứu tập trung ở một

dự án điển hình đó là dự án xây dựng cầu Vàm Gửi

Đối tượng nghiên cứu

Cường độ đặc trưng của bê tông khu vực Đông Nam bộ

Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu chất lượng bê tông thông qua kết quả thí nghiệm nén bê tông cường độ 28 ngày tuổi từ đó đánh giá chất lượng bê tông sử dụng cho dự án

và là cơ sở để điều chỉnh cấp phối khi cần thiết

Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu chất lượng bê tông thông qua thí nghiệm nén ở tuổi 28 ngày đối với bê tông cấp 50 MPa, cấp 35 MPa, cấp 30 MPa của trạm bê tông A và trạm bê tông B sử dụng cho Cầu Vàm Gửi, dự án đường Liên cảng Cái Mép – Thị Vải, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với phân tích thống kê xác suất và xử lý số liệu

Kết cấu đề tài: ngoài phần mục lục, lời mở đầu, danh mục tài liệu tham khảo,

đề tài được viết thành 4 chương:

Trang 8

Chương 1: tổng quan về việc sử dụng bê tông trong các dự án xây dựng cầu

ở việt nam hiện nay

Chương 2: tổng quan về vật liệu chế tạo bê tông và các cấp phối bê tông được sử dụng trong dự án xây dựng cầu Vàm Gửi – dự án đường liên cảng Cái Mép Thị Vải

Chương 3: quản lý chất lượng bê tông theo độ lệch chuẩn và cường độ đặc trưng

Chương 4: đánh giá chất lượng bê tông công trình

Kết luận và kiến nghị

Trang 9

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VIỆC SỬ DỤNG BÊ TÔNG TRONG CÁC DỰ ÁN

XÂY DỰNG CẦU Ở VIỆT NAM HIỆN NAY 1.1 Tình hình chung sử dụng bê tông trong các công trình cầu ở nước ta

Để xây dựng đất nước theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa và sớm đưa đất nước trở thành nước công nghiệp theo hướng hiện đại vào năm 2020

Hệ thống công trình giao thông mà đặc biệt là các công trình cầu đường đã, đang và sẽ tiếp tục khẳng định là xương sống của sự phát triển toàn xã hội Các dự án hạ tầng quan trọng, quy mô lớn, có khả năng thay đổi bộ mặt giao thông liên vùng được đầu tư dưới nhiều hình thức và bằng nhiều nguồn vốn khác nhau Sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu một số dự án đã và đang được triển khai với các loại bê tông khác nhau

Bảng 1.1 Một số dự án đã và đang được triển khai tại Việt Nam

1 Dự án xây dựng cầu Gò Găng - TP Vũng Tàu

đoạn 2

Trong nước

2 Dự án xây dựng cầu Chà Và – TP Vũng Tàu Trong nước

3 Dự án xây dựng cầu Rạch Chiếc TP HCM Trong nước

8 Dự án xây dựng đường cao tốc Hà Nội - Lào Cai ODA - Japan

9 Dự án xây dựng cầu Vàm Gửi – Bà Rịa Vũng Tàu

Trì

Trong nước

Các dự án này đều sử dụng vật liệu bê tông cho hầu hết các bộ phận kết cấu Tùy vào cấu kiện (cọc, bệ móng, kết cấu phần trên ) mà bê tông được

Trang 10

sử dụng với cường độ khác nhau, thường từ 16 MPa đến 50 MPa Sau đây là khái quát về việc sử dụng vật liệu bê tông ở một số dự án ven biển Đông Nam

Quy mô xây dựng giai đoạn 1:

Trang 11

Bảng 1.2 Quy định vật liệu sử dụng trong dự án

Cường độ mẫu lập phương 28 ngày tuổi (kg/cm2)

(Phê duyệt thiết kế kỹ thuật trước 2006, dùng 22 TCN 18-79)

Bảng 1.3 Thành phần và cường độ bê tông dùng trong kết cấu

Là cầu có nhịp đúc hẫng lớn nhất miền Đông Nam bộ, cầu Chà Và nối đảo

Gò Găng với đảo Long Sơn thuộc thành phố Vũng Tàu Cầu Chà Và là công trình vượt sông Dinh, nằm trong quy hoạch của thành phố Vũng Tàu đã được Thủ tướng phê duyệt

Quy mô xây dựng giai đoạn 1:

Trang 12

Nước mặt và nước ngầm có tính ăn mòn, bê tông phải được bảo vệ chống ăn mòn phù hợp với TCXDVN 327 : 2004

Trang 13

Cường độ chịu nén tối thiểu

của mẫu bê tông hình trụ 150 mm x

300 mm tại 28 ngày, MPa

giảm tải cho QL51

Trang 14

+ Nhịp chính dầm hộp BTCT DUL có sơ đồ: (55.9+90+55.9)m

+ Nhịp dẫn dầm super T BTCT DUL kéo trước, mặt cầu đổ tại chỗ có

sơ đồ: (39.15+2×40)m

TT Hạng mục Cường độ nén mẫu trụ ở tuổi 28 ngày (f'c),

MPa

Cấp chống thấm, B

Kích thước tối đa của cốt liệu hạt

Cường độ chịu nén tối thiểu

của mẫu bê tông hình trụ 150 mm x

300 mm tại 28 ngày, MPa

Trang 15

- Chiều dài cầu 285.5 m

- Sơ đồ nhịp: Nhịp dầm super T BTCT DUL kéo trước, mặt cầu đổ tại chỗ có

Nước mặt và nước ngầm có tính ăn mòn, bê tông phải được bảo vệ chống

ăn mòn phù hợp với TCVN 9346 : 2012

Trang 16

của mẫu bê tông hình trụ 150 mm

× 300 mm tại 28 ngày, MPa

Cầu Rạch Chiếc rạch bắc qua rạch Chiếc, từ Km 0+225  Km 0+520 (Lý trình dự án)

Cầu BTCT dự ứng lực và BTCT thường, tuổi thọ thiết kế 100 năm

- Tĩnh không: BxH = 15m×4.75m

- Mặt cắt ngang cầu: B = (9.8+0.95+26.5+0.95+9.8)m = 48.0 m

- Chiều dài cầu: 295.5 m

- Sơ đồ nhịp: nhịp dầm BTCT DUL khung liên tục đúc hẫng cân bằng và đúc trên đà giáo có sơ đồ: (37.9+56+92+56+37.9)m

Trang 17

TT Hạng mục ở tuổi 28 ngày (f'c), MPa Cường độ nén mẫu trụ

7 Bản dẫn, gờ chắn xe, gờ chân lan can,

Phần kết cấu ngập nước phải sử dụng phụ gia chống ăn mòn, đảm bảo TCXDVN 327 : 2004

1.3 Kết luận chương 1

Trước năm 2005, chế tạo bê tông M600 tại Bà Rịa Vũng Tàu còn nhiều hạn chế Từ khi có cầu Gò Găng, cùng với kỹ thuật thi công của Nhà thầu, các trạm trộn trong khu vực Vũng Tàu đã sản xuất và cung cấp bê tông có cường

độ tới M600 theo 22TCN 18 - 79, bê tông cấp 50MPa theo 22TCN 272 - 05 Ngoại trừ cầu Gò Găng được thiết kế trước năm 2006 theo 22TCN 18 – 79, các cầu còn lại đều thiết kế theo 22TCN 272 – 05 Trong đó, cấp bê tông đã thay cho khái niệm mác bê tông và cường độ nén quy định của bê tông ở tuổi

28 ngày từ 16 MPa tới 50 MPa

Kết cấu bê tông phải đảm bảo chống ăn mòn theo TCXDVN 327 : 2004

Trang 18

CHƯƠNG 2 CÁC ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU CHẾ TẠO BÊ TÔNG VÀ CÁC CẤP PHỐI BÊ TÔNG ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG DỰ ÁN XÂY DỰNG CẦU VÀM GỬI – DỰ ÁN ĐƯỜNG LIÊN CẢNG CÁI MÉP THỊ VẢI

Kết cấu nói chung, được tạo ra để làm việc trong nhiều môi trường khác nhau, tải trọng khác nhau Cầu bê tông cốt thép làm việc trong điều kiện thường xuyên chịu tác động của tải trọng động và tác động trực tiếp của môi trường Hơn nữa, vùng môi trường biển Đông Nam bộ chịu ảnh hưởng xâm thực, bê tông còn phải thoả mãn các yêu cầu đặc thù để đảm bảo chất lượng theo thời gian , do vậy để đảm bảo làm việc lâu dài và ổn định của các kết cấu công trình cầu thì bản thân hỗn hợp vật liệu chế tạo phải tốt, phải có đủ phẩm chất về cường độ, khả năng chống nứt, khả năng chống xâm thực và cả khả năng dính bám với cốt thép… Đây chính là mục tiêu xuyên suốt trong quá trình nghiên cứu về vật liệu và công nghệ chế tạo bê tông xi măng nói chung và bê tông làm cầu nói riêng

2.1 Xi măng

Hiện nay, trên thế giới đã sản xuất nhiều loại xi măng khác nhau như: xi măng Pooclăng; xi măng Pooclăng hỗn hợp; xi măng Pooclăng Puzơlan; xi măng Portland fly ash chứa lên đến 35% tro bay; xi măng Portland Silica fume; xi măng Supersulfated; xi măng Pooclăng ít tỏa nhiệt; xi măng Pooclăng đóng rắn nhanh; xi măng Pooclăng giãn nở; xi măng trắng và xi măng màu; xi măng giếng khoan; xi măng chống phóng xạ; xi măng chịu axit… Tùy theo yêu cầu về chất lượng công trình xây dựng, kỹ thuật thi công, kiểu dáng, màu sắc kiến trúc, điều kiện môi trường, khí hậu để lựa chọn chủng loại xi măng cho phù hợp

Trang 19

- Xi măng PC là xi măng Pooclăng được nghiền từ clinker với một lượng thạch cao nhất định (chiếm từ 4-5%) Chất lượng xi măng Pooclăng được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 2682:2009

- Xi măng PCB là xi măng Pooclăng hỗn hợp được sản xuất từ việc nghiền hỗn hợp clinker, thạch cao và phụ gia (lượng phụ gia kể cả thạch cao không quá 40% trong đó phụ gia đầy không quá 20%) Chất lượng xi măng Pooclăng hỗn hợp được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 6260 : 2009

Ở các nước trên thế giới và cả ở Việt Nam, xi măng Pooclăng là loại xi măng được sử dụng phổ biến nhất để chế tạo hỗn hợp bê tông xi măng cho mọi công trình trong đó có các công trình mặt đường ô tô sân bay, các công trình thủy lợi, các công trình xây dựng dân dụng, nhà cửa, nhà máy và đặc biệt là các công trình cầu đường

Xi măng Pooclăng là chất kết dính vô cơ rắn trong nước và khi cứng thì có thể bền nước, chứa khoảng 70 - 80% silicat canxi và 15% aluminat canxi Nó

là sản phẩm của quá trình nghiền mịn của clinke với phụ gia thạch cao 5%) Clinke ở dạng hạt được sản xuất bằng cách nung cho đến kết khối (ở 1450℃÷ 1550℃) hỗn hợp chứa cacbonat canxi (đá vôi) và alumosilicat (đất sét, đá macma, xỉ lò cao, v.v…) Thạch cao có tác dụng điều chỉnh thời gian ninh kết của xi măng Ngoài ra trong nguyên liệu xi măng còn chứa ôxít khác như Fe2O3… Khi nhào trộn xi măng với nước tạo thành một hỗn hợp vữa nhào được gọi là vữa xi măng

Xi măng là chất kết dính để liên kết các hạt cốt liệu với nhau tạo ra cường

độ cho bê tông Chất lượng và hàm lượng xi măng là yếu tố quan trọng quyết định cường độ chịu lực của bê tông

Trang 20

Cường độ xi măng được chọn tùy thuộc vào cường độ thiết kế của bê tông Với bê tông làm cầu thì phải dùng xi măng Pooclăng có cường độ 40 và 50, thời gian ninh kết không nhỏ hơn 2 giờ để đảm bảo cho bê tông có độ linh động cần thiết trong thi công đầm chặt

Khi sử dụng xi măng để chế tạo bê tông, việc lựa chọn cường độ xi măng là đặc biệt quan trọng vì nó vừa phải đảm bảo cho bê tông đạt cấp thiết kế, vừa phải đảm bảo yêu cầu kinh tế Nếu sử dụng xi măng cường độ thấp để chế tạo

bê tông cường độ cao thì lượng xi măng sử dụng cho 1 m3 bê tông sẽ nhiều nên không đảm bảo tính kinh tế Nếu dùng xi măng cường độ cao để chế tạo

bê tông cường độ thấp thì lượng xi măng tính toán ra để sử dụng cho 1 m3 bê tông sẽ rất ít không đủ để liên kết toàn bộ các hạt cốt liệu với nhau, mặt khác hiện tượng phân tầng của hỗn hợp bê tông dễ xảy ra, gây nhiều tác hại xấu cho bê tông Vì vậy cần phải tránh dùng xi măng cường độ cao để chế tạo bê tông cấp thấp

Theo kinh nghiệm nên chọn cường độ xi măng theo cường độ bê tông như trong bảng 2.1

Bảng 2.1 Chọn cường độ xi măng theo cường độ chịu nén của bê tông Cường độ

- Xi măng dùng để trộn bê tông là xi măng phù hợp với tiêu chuẩn TCVN

2682 : 2009, TCVN 6260 : 2009, xi măng bền sunfat phù hợp TCVN 6067 :

Trang 21

2004 và đảm bảo các yêu cầu của TCVN 9346 : 2012 về bảo vệ chống ăn mòn trong môi trường biển

- Xi măng về công trường phải có kèm theo giấy chứng chỉ của nhà sản xuất

và phải kiểm tra về nhãn hiệu, mã hiệu và lô sản xuất Làm thử nghiệm kiểm tra để chứng minh ximăng đưa đến hiện trường đạt được yêu cầu như nhà sản xuất đã cấp

- Xi măng để quá 3 tháng, trước khi dùng, Nhà thầu phải thử nghiệm và được Tư vấn Giám sát nghiệm thu mới được dùng

- Tất cả xi măng đều phải có cường độ nén của mẫu vữa xi măng tiêu chuẩn

ở 28 ngày không nhỏ hơn cường độ xi măng được chấp thuận

- Không được phép sử dụng hơn 1 loại xi măng trong cùng một cấu kiện

- Khi các thử nghiệm ở nhà máy hay ở hiện trường cho thấy xi măng không đạt quy cách thì tất cả các đợt xi măng đã nhập kho cùng một lô phải được mang ra khỏi công trường và thay vào đó bằng loại xi măng đáp ứng được mọi quy cách yêu cầu

- Khống chế hàm lượng C3A

+ Xi măng pooclăng hỗn hợp (C3A clinke  10%);

+ Xi măng pooclăng (C3A clinke  10%)

- Theo TCXDVN 305 : 2004 xi măng dùng cho bê tông khối lớn nên chọn:

+ Xi măng pooclăng thông thường, có lượng nhiệt thủy hóa sau 7 ngày ≤ 70cal/g

+ Xi măng ít tỏa nhiệt có lượng nhiệt thủy hóa sau 7 ngày ≤ 60cal/g + Xi măng ít tỏa nhiệt thường phải dùng cho các công trình có yêu cầu đặc biệt về an toàn và chống thấm

Trang 22

Bảng 2.2 Chỉ tiêu chất lƣợng của xi măng pooclăng (TCVN 2682 : 2009)

Thời gian đông kết:

- bắt đầu, phút, không sớm hơn

- kết thúc, phút, không muộn hơn

9 Hàm lƣợng kiềm quy đổi 1) (Na2Oqđ)2), %, ≤ 0.6

Bảng 2.3 Chỉ tiêu chất lƣợng của xi măng pooclăng hỗn hợp

(TCVN 6260 : 2009)

kiểm tra PCB

Trang 23

- Bề mặt riêng xác định theo

phương pháp Blaine cm 2 /g, ≥

3

Thời gian đông kết, phút:

- bắt đầu, không nhỏ hơn

(TCVN 6067 : 2004)

PCSR30 PCSR40 PCSR50

3 Hàm lượng Anhydric sunfuric (SO 3 ), %, ≤ 2.5

5 Tổng hàm lượng tetra Canxi Fero Aluminat và

2 lần Canxi Aluminat (C4AF+2C3A), %, ≤ 25

6 Hàm lượng kiềm quy đổi (Na 2 Oqđ), %, ≤ 0.6

Thời gian đông kết:

- bắt đầu, phút, không sớm hơn

- kết thúc, phút, không muộn hơn

45

375

Trang 24

Chỉ tiêu: 4, 5, 6, 8, 13 xem chi tiết phạm vi áp dụng nêu trong tiêu chuẩn

2.2 Cốt liệu chế tạo bê tông

2.2.1 Cấu trúc cốt liệu lớn

Cốt liệu sử dụng trong bê tông chiếm đến 80% thể tích Cấp phối hạt và cốt liệu lớn nhất Dmax ảnh hưởng đáng kể đến tỷ lệ yêu cầu cốt liệu thô cũng như ảnh hưởng đến lượng xi măng yêu cầu, lượng nước, tính dễ thi công, khả năng bơm hút bê tông, độ rỗng, khả năng co ngót và cả độ bền của bê tông xi măng Do đó trong nhiều tiêu chuẩn thiết kế cấp phối bê tông xi măng người

ta đều quy định rõ cấp phối và cỡ hạt Dmax của cốt liệu dùng để chế tạo hỗn hợp Sự thay đổi cấp phối hạt còn có thể ảnh hưởng đáng kể đến tính đồng nhất giữa các mẻ trộn Cấu trúc cốt liệu lớn tạo nên khung chịu lực phụ thuộc vào cường độ bản thân cốt liệu lớn, tính chất cấu trúc (diện tích tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu) và cường độ liên kết giữa các hạt Tuy nhiên, thường cường độ bản thân của cốt liệu lớn là cao nên ta loại ra khỏi diện yếu tố ảnh hưởng Trong việc chế tạo hỗn hợp bê tông người ta luôn mong muốn xây dựng một mô hình hỗn hợp bê tông trong đó các hạt cốt liệu lớn tiếp xúc nhiều chiều với nhau và

có hồ kết dính vữa xi măng liên kết giữa chúng Xây dựng mô hình này nhằm đưa cấu trúc cốt liệu lớn trở thành cấu trúc chính, quyết định tính chất cấu trúc

vi mô của bê tông và quyết định tính chất chịu lực hỗn hợp của bê tông Lúc này cấu trúc của vữa xi măng chuyển xuống thứ yếu và chỉ có tính chất liên

Trang 25

kết Về mặt chịu lực vữa xi măng chỉ chịu lực tương tác do liên kết giữa các hạt cốt liệu lớn trong bộ khung mà không chịu lực nội tạng trong lòng nó Cách xây dựng mô hình cấu trúc bê tông như vậy có khả năng tạo ra bê tông cường

độ rất cao và giảm được những tác động vô cùng phức tạp của cấu trúc hồ kết dính vữa xi măng với tính chất cấu trúc vi mô của bê tông Tuy nhiên, mô hình đưa ra này chỉ thuần túy lý thuyết mà rất khó hay không có khả năng tạo được trên thực tế nhưng nó đưa ra nguyên tắc cho tất cả các công nghệ bê tông là tăng độ mạnh của cấu trúc khung cốt liệu trên cơ sở:

- Tăng diện tích tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu lớn (giữa hai hạt với nhau và của các hạt xung quanh một hạt)

- Không gian trong khung là nhỏ nhất

- Chiều dày của liên kết hồ xi măng với các hạt cốt liệu là hiệu quả (chỉ nhằm mục đích liên kết)

Vậy các yếu tố ảnh hưởng cơ bản tới cấu trúc bê tông là cốt liệu (kích thước, tính chất bề mặt), phương pháp thiết kế thành phần bê tông (cấp phối), đặc tính kỹ thuật của cốt liệu, kỹ thuật tác động cơ học, ngoài ra có một yếu tố quan trọng đólà tính linh động của dung dịch hồ vữa xi măng (khi dung dịch vữa xi măng càngl inh động dẻo thì cấu trúc cốt liệu lớn càng mạnh) Nhưng toàn bộ tính chất phức tạp trong cấu trúc vi mô của bê tông lại nằm ở liên kết giữa vữa xi măng với các hạt cốt liệu

2.2.2 Cốt liệu

2.2.2.1 Cát

Cát là cốt liệu nhỏ cùng với xi măng, nước tạo ra vữa xi măng để lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu lớn (đá, sỏi) và bao bọc xung quanh các hạt cốt liệu lớn tạo ra khối bê tông đặc chắc Cát cũng là thành phần cùng với cốt liệu lớn tạo ra bộ khung chịu lực cho bê tông Cát dùng để chế tạo bê tông có thể là

Trang 26

cát thiên nhiên hay cát nhân tạo có cỡ hạt từ 0.14÷5 mm Chất lượng của cát

để chế tạo bê tông nặng phụ thuộc chủ yếu vào thành phần hạt, độ lớn và hàm lượng tạp chất, đó cũng là những yêu cầu kỹ thuật đối với cát

Cát sử dụng phải đảm bảo các yêu cầu của TCVN 9346 : 2012 về bảo vệ chống ăn mòn trong môi trường biển, và đảm bảo yêu cầu kỹ thuật trong TCVN 7570 : 2006 (TCVN 7570 : 2006 không áp dụng cho các loại cốt liệu dùng để chế tạo bê tông khối lớn Khi chế tạo bê tông khối lớn phải áp dụng TCXDVN 305 : 2004 và các tiêu chuẩn vật liệu viện dẫn có trong tiêu chuẩn TCXDVN 305 : 2004)

Thành phần hạt: Cát có thành phần hạt hợp lý thì độ rỗng của nó nhỏ, lượng xi măng sẽ ít, cường độ bê tông sẽ cao Thành phần hạt của cát được xác định bằng cách lấy 1000g cát lọt dưới sàng có kích thước mắt sàng 5mm

để sàng qua bộ lưới sàng có kích thước mắt sàng lần lượt là 2.5; 1.25; 0.63; 0.315; 0.14 mm Sau khi sàng cát trên từng sàng có kích thước mắt sàng từ lớn đến nhỏ ta xác định lượng sót riêng biệt và lượng sót tích lũy trên mỗi sàng Lượng sót riêng biệt: ai (%) đó là tỷ số giữa lượng sót trên mỗi sàng so với toàn bộ lượng cát đem thí nghiệm:

i i

Trang 27

Từ yêu cầu về thành phần hạt theo TCVN 7570 – 2006 người ta xây dựng biểu đồ chuẩn (hình 2-1) Sau khi sàng phân tích và tính kết quả lượng sót tích lũy ta vẽ đường biểu diễn cấp phối hạt Nếu đường biểu diễn cấp phối hạt nằm trong phạm vi cho phép thì loại cát đó có đủ tiêu chuẩn về thành phần hạt Độ lớn của cát có ảnh hưởng đến lượng dùng xi măng và được biểu thị bằng môđun độ lớn

Mô đun độ lớn (M) được xác định bằng công thức:

Trang 28

Hình 2.1 Biểu đồ thành phần hạt theo TCVN 7570 - 2006

Bảng 2.6 Hàm lƣợng các tạp chất trong cát

Tạp chất

Hàm lƣợng tạp chất, % khối lƣợng, không lớn hơn

bê tông cấp cao hơn B30

bê tông cấp thấp hơn và bằng B30 vữa

Bê tông dùng trong các kết cấu bê tông cốt

Bê tông dùng trong các kết cấu bê tông và

Trang 29

Chú thích: Cát có hàm lượng ion Cl - lớn hơn các giá trị quy định ở Bảng 2.7 có thể được sử dụng nếu tổng hàm lượng ion Cl -

trong 1m 3 bê tông từ tất cả các nguồn vật liệu chế tạo, không vượt quá 0,6 kg

- Cát được sử dụng khi khả năng phản ứng kiềm  silic của cát kiểm tra theo phương pháp hoá học (TCVN 7572-14 : 2006) phải nằm trong vùng cốt liệu

vô hại Khi khả năng phản ứng kiềm - silic của cốt liệu kiểm tra nằm trong vùng có khả năng gây hại thì cần thí nghiệm kiểm tra bổ sung theo phương pháp thanh vữa (TCVN 7572-14 : 2006) để đảm bảo chắc chắn vô hại

Cát được coi là không có khả năng xảy ra phản ứng kiềm – silic nếu biến dạng () ở tuổi 6 tháng xác định theo phương pháp thanh vữa nhỏ hơn 0.1%

2.2.2.2 Đá

Đá, sỏi là cốt liệu lớn có cỡ hạt từ 5mm ÷ 70mm, chúng tạo ra bộ khung chịu lực cho bê tông Sỏi có đặc điểm là do hạt tròn nhẵn, độ rỗng và diện tích mặt ngoài nhỏ nên cần ít nước, tốn ít xi măng mà vẫn dễ đầm, dễ đổ, nhưng lực dính kết với vữa xi măng nhỏ nên cường độ của bê tông thấp hơn

bê tông dùng đá dăm Ngoài đá dăm và sỏi khi chế tạo bê tông còn có thể dùng sỏi dăm (dăm đập từ sỏi)

Chất lượng hay yêu cầu kỹ thuật của cốt liệu lớn được đặc trưng bởi các chỉ tiêu cường độ, thành phần hạt, độ lớn và lượng tạp chất Cường độ của đá dăm và sỏi dùng cho bê tông được xác định thông qua thí nghiệm nén một lượng đá (hoặc sỏi) trong xi lanh bằng thép và được gọi là độ nén dập

- Đá làm cốt liệu lớn cho bê tông phải có cường độ thử trên mẫu đá nguyên khai hoặc cường độ xác định thông qua giá trị độ nén dập trong xi lanh lớn hơn 2 lần cấp cường độ chịu nén của bê tông khi dùng đá gốc phún xuất, biến chất; lớn hơn 1.5 lần cấp cường độ chịu nén của bê tông khi dùng đá gốc trầm tích

Trang 30

- Tùy theo độ nén đập trong xi lanh, cường độ của đá dăm từ đá thiên nhiên được xác định theo bảng 2.8

Bảng 2.8 Cường độ nén dập trong xi lanh của đá

- Thành phần hạt của cốt liệu lớn được xác định thông qua thí nghiệm sàng 5

kg (lấy mẫu theo TCVN7572-1 : 2006) đá (sỏi) khô trên bộ sàng tiêu chuẩn

có kích thước lỗ sàng lần lượt là 70; 40; 20; 10; 5 mm Sau khi sàng người ta xác định lượng sót riêng biệt (ai) và lượng sót tích lũy (Ai), đồng thời cũng xác định đường kính lớn nhất Dmax và đường kính nhỏ nhất Dmin của cốt liệu

Dmax là đường kính lớn nhất của cốt liệu tương ứng với cỡ sàng có lượng sót tích lũy nhỏ hơn và gần 10% nhất Dmin là đường kính nhỏ nhất của cốt liệu tương ứng với cỡ sàng có lượng sót tích lũy lớn hơn và gần 90 nhất Đá dăm dùng trộn bê tông phải phù hợp TCVN 7570 : 2006 (tiêu chuẩn này không áp dụng cho các loại cốt liệu dùng để chế tạo bê tông khối lớn Khi chế tạo bê tông khối lớn phải áp dụng TCXDVN 305 : 2004 và các tiêu chuẩn vật liệu viện dẫn có trong tiêu chuẩn TCXDVN 305 : 2004) Và thí nghiệm các chỉ tiêu theo TCVN 7572 : 2006, đảm bảo các yêu cầu của TCVN 9346 : 2012 về bảo vệ chống ăn mòn trong môi trường biển

Trang 31

- Cốt liệu lớn có thể được cung cấp dưới dạng hỗn hợp nhiều cỡ hạt hoặc các

cỡ hạt riêng biệt Thành phần hạt của cốt liệu lớn, biểu thị bằng lượng sót tích luỹ trên các sàng, được quy định trong bảng 2.9

Bảng 2.9 Thành phần hạt của cốt liệu lớn Kích

Hình 2.2 Thành phần hạt của đá theo TCVN 7570 : 2006

Đường kính cỡ hạt lớn nhất của đá (sỏi, sỏi dăm) được chọn để sử dụng phải đảm bảo đồng thời các yêu cầu sau đây:

Trang 32

+ Không vượt quá 1/5 kích thước nhỏ nhất giữa các mặt trong của ván khuôn

+ Không vượt quá 3/4 kích thước thông thủy giữa hai thanh cốt thép kề nhau

+ Không vượt quá 1/3 chiều dày tấm, bản

+ Không vượt quá 1/3 đường kính trong của ống bơm bê tông (với bê tông sử dụng công nghệ bơm)

- Hàm lượng hạt thoi dẹt trong cốt liệu lớn không vượt quá 15% đối với bê tông cấp cao hơn B30 và không vượt quá 35% đối với cấp B30 và thấp hơn

- Hàm lượng bùn, bụi, sét trong cốt liệu lớn

Hàm lượng bùn, bụi, sét trong cốt liệu lớn tuỳ theo cấp bê tông không vượt quá giá trị quy định trong bảng 2.10

Bảng 2.10 Hàm lượng bụi, sét trong cốt liệu lớn Cấp bê tông Hàm lượng bùn, bụi, sét, % khối lượng, không lớn hơn

Trang 33

Đá được coi là không có khả năng xảy ra phản ứng kiềm – silic nếu biến dạng () ở tuổi 6 tháng xác định theo phương pháp thanh vữa nhỏ hơn 0.1%

2.3 Phụ gia:

- Tiêu chuẩn phụ gia:

+ TCVN 8826 : 2011 Phụ gia hóa học cho bê tông

+ TCVN 8827 : 2011 Phụ gia hoạt tính cao dùng cho BT và vữa – Silicafume

- Yêu cầu Nhà thầu đệ trình Kỹ sư phụ gia dự kiến sử dụng và chứng chỉ kèm theo của nhà sản xuất khẳng định đặc tính kỹ thuật, thành phần hóa học Chỉ sử dụng khi được sự chấp thuận của Kỹ sư

- Để xi măng phát huy hiệu quả, để bê tông đáp ứng yêu cầu của dự án, dùng các loại phụ gia thích hợp trong quá trình chế tạo bê tông Việc sử dụng phụ gia phải đáp ứng yêu cầu kỹ thuật trong TCVN 8826 : 2011, TCVN 8827 :

2011, TCVN 9346 : 2012, TCXDVN 305 : 2004, 22TCN 266 : 2000 cũng như chỉ dẫn của Nhà sản xuất

+ Tạo ra hỗn hợp bê tông có tính năng phù hợp với công nghệ thi công

+ Tạo ra bê tông đặc chắc, kín, có khả năng chống ăn mòn trong môi trường xâm thực

+ Không gây ảnh hưởng đến tiến độ thi công và không tác hại tới yêu cầu sử dụng của công trình sau này

+ Không ảnh hưởng đến ăn mòn cốt thép

- Các lọai phụ gia sử dụng phải có chứng chỉ chất lượng của nhà sản xuất, được các cơ quan quản lý Nhà nước công nhận Phải thử các tính năng của phụ gia trong quá trình thiết kế thành phần bê tông Việc sử dụng phụ gia cần tuân theo chỉ dẫn của nhà sản xuất

Trang 34

- Thi công bê tông khối lớn (có thể là bệ, thân trụ…) phải chọn phụ gia theo TCXDVN 305 : 2004

+ Các phụ gia thường dùng:

o Phụ gia giảm nước (phụ gia dẻo hóa, dẻo hóa cao, siêu dẻo)

o Phụ gia chậm ninh kết

o Phụ gia hoạt tính: silicafume

+ Phụ gia cần đạt hiệu quả sau đây đối với hỗn hợp bê tông:

o Phải tăng tính công tác, giảm lượng nước trộn;

o Điều khiển được độ tách nước;

o Không tác dụng với nước;

o Giảm độ phân tầng;

o Giảm thổn thất độ sụt theo thời gian

+ Phụ gia cần đạt hiệu quả sau đây đối với bê tông ở trạng thái đóng rắn:

o Giảm tốc độ phát nhiệt thủy hóa của xi măng khi đóng rắn;

o Tăng cường độ bê tông;

o Chèn kín và lấp đầy phần trống do hạt xi măng để lại

o Tác dụng với Ca(OH)2 do xi măng thủy hóa sinh ra

o Tạo ra bê tông có khả năng chống thấm;

o Tăng độ chống mài mòn của bê tông

+ Phụ gia được đưa vào máy trộn đồng thời với việc đưa nước vào Phụ gia đậm đặc phải được hòa với nước cho loãng ra

2.4 Nước

- Lượng nước dùng theo nguyên tắc: ít nhất có thể

Trang 35

- Nước dùng để trộn bê tông, trộn vữa, rửa cốt liệu và bảo dưỡng bê tông phải đảm bảo các yêu cầu theo:

+ TCVN 4506 : 2012 nước cho bê tông và vữa – Yêu cầu kỹ thuật + TCVN 9346 : 2012 về bảo vệ chống ăn mòn trong môi trường biển

- Nguồn nước phải đệ trình Kỹ sư, thí nghiệm, chấp thuận trước khi sử dụng Trong quá trình sử dụng, Kỹ sư có thể yêu cầu thí nghiệm kiểm tra nguồn nước

- Tần suất kiểm tra: bình thường 2 lần/năm, đột xuất nếu thấy nghi ngờ, khi thay đổi nguồn nước

Nước được lấy tối thiểu 5 lít theo TCVN 6663-1 : 2011, bảo quản theo TCVN 6663-3 : 2008, làm thí nghiệm kiểm tra theo các tiêu chuẩn đã nêu trong TCVN 4506 : 2012

Bảng 2.11 Nước cho bê tông và vữa – Yêu cầu kỹ thuật

TCVN 9346 : 2012

Phương pháp thí nghiệm

- Loại bê tông được dùng phải đúng theo quy định của hồ sơ thiết kế

- Cường độ mục tiêu để thiết kế cấp phối bê tông phải đáp ứng yêu cầu hồ sơ thiết kế Khi thiết kế cấp phối bê tông cần xem xét cường độ thiết kế yêu cầu

và cường độ bê tông trong kết cấu Nhà thầu phải tuân theo chỉ dẫn kỹ thuật

Trang 36

của dự án và phải làm đủ số lần thí nghiệm cần thiết để đưa ra được cấp phối đảm bảo yêu cầu

- Việc đổ bê tông chỉ có thể tiến hành khi đề xuất cấp phối được Kỹ sư chấp thuận Trong trường hợp có bất kỳ thay đổi vật liệu thành phần nào, cấp phối mới phải được đệ trình Kỹ sư xem xét Trong mọi trường hợp, Nhà thầu không được tự ý thay đổi bất kỳ thành phần vật liệu nào của cấp phối

- Phải có thiết kế công nghệ trộn, đúc mẫu, bảo dưỡng và các thí nghiệm đạt thông số yêu cầu

- Độ sụt gốc của bê tông thường, bê tông DƯL trong toàn dự án không quá 8cm (là độ sụt khi chưa có phụ gia) Độ sụt tăng thêm của hỗn hợp bê tông được tạo ra bằng cách sử dụng phụ gia dẻo hoặc siêu dẻo

Bảng 2.12 Độ sụt và độ cứng của hỗn hợp bê tông đổ tại chỗ

TT Loại và tính chất của kết cấu

Độ sụt, mm

Chỉ số độ cứng, S Đầm

Kết cấu bê tông cốt thép có mật độ cốt

thép dày đặc, tường mỏng, phễu silô,

cột, dầm và bản tiết diện nhỏ… các kết

cấu bê tông đổ bằng cốp pha di động

50 - 80 80 - 120 12 - 10

5 Các kết cấu đổ bằng bê tông bơm 120 200

- Thời gian trộn hỗn hợp bê tông được xác định theo đặc trưng kỹ thuật của thiết bị dùng để trộn Trong trường hợp không có các thông số kỹ thuật chuẩn xác thì thời gian ít nhất để trộn đều một mẻ bê tông ở máy trộn có thể lấy theo bảng 2.13

Trang 37

Bảng 2.13 Thời gian trộn hỗn hợp bê tông (phút)

Độ sụt bê tông (mm)

Dung tích máy trộn, lít Dưới 500 Từ 500 đến

Bảng 2.14 Thời gian lưu hỗn hợp bê tông không có phụ gia

2.5.2 Quy định thiết kế cấp phối tại dự án

Công dụng mỗi loại bê tông như sau, trừ khi được ghi trên Bản vẽ hoặc theo chỉ dẫn của Kỹ sư:

Bảng 2.15 Yêu cầu bê tông trong dự án

Trang 38

Thành phần vật liệu và khối lượng mẻ bê tông được xác định theo quy định dưới đây Sẽ ra các quyết định sau khi các vật liệu do Nhà thầu cung cấp đã được chấp nhận

Yêu cầu

Loại bê tông

50 MPa

40 MPa

35 MPa

30 MPa

25 MPa Kích thước tối đa của cốt liệu hạt thô,

Trang 39

Trước khi đổ bê tông ít nhất là 35 ngày, Nhà thầu phải trộn thử trong phòng thí nghiệm, có sự chứng kiến của Kỹ sư

Trộn thử trong phòng thí nghiệm phải do Nhà thầu thiết kế trên nguyên tắc:

o Kết quả về cường độ uốn hoặc nén: phải đảm bảo biên độ cường

độ chịu lực đủ để dự phòng theo thông lệ

o Xác suất của các giá trị thí nghiệm cường độ nén làm việc tại công trường nhỏ hơn so với cường độ tối thiểu không quá 5%

Kỹ sư sẽ xác định tỷ lệ trộn trên cơ sở trộn thử bằng các vật liệu sử dụng trong thi công Công trình

Thành phần vật liệu và trọng lượng mẻ được xác định dựa trên các yêu cầu

đã nêu cho từng loại bê tông được liệt kê ở trên

Khi có thay đổi về đặc tính cơ lý hay nguồn cung cấp của bất kỳ vật liệu thành phần nào, thiết kế mới hỗn hợp trộn sẽ được đệ trình để Kỹ sư xem xét chấp thuận Nhà thầu phải hoàn toàn chịu trách nhiệm đối với bất kỳ sự chậm trễ nào do những thay đổi này gây ra và những đòi hỏi thanh toán cho sự chậm trễ hay bù đắp chi phí sẽ không được xem xét Trong suốt quá trình thực hiện Hợp đồng, Kỹ sư có thể chỉ dẫn việc lấy mẫu hỗn hợp bê tông trộn của hạng mục công trình vào bất kỳ lúc nào, để kiểm tra xem sự phù hợp với thiết

kế hỗn hợp trộn đã được chấp thuận trước đó

Chỉ khi được sự chấp thuận của Kỹ sư, Nhà thầu có thể sử dụng cỡ hạt cốt liệu thô khác với qui định

2.6 Cấp phối bê tông được xem xét trong dự án cầu Vàm Gửi

Dưới đây là những cấp phối đã từng được đem ra xem xét

2.6.1 Cấp phối bê tông cấp 50 MPa trạm A

Áp dụng cho dầm super T nhịp 4, 5, 6

Trộn thử cấp phối bê tông cấp 50 MPa

Trang 40

Mục tiêu: cường độ nén trung bình đạt được sau 28 ngày tuổi: 60 MPa + Theo ACI 318M-11: f’cr=1.1 f’c+ 5MPa= 60MPa

Modul Dmax

Phụ gia dẻo Glennium 113Suretec 1115

Rheomac SF100

Tiêu đề	Nghiên cứu thực trạng và giải pháp tăng cường quản lý chất lượng bê tông các dự án xây dựng cầu khu vực Đông Nam Bộ
Tác giả	Bùi Quang Năng
Người hướng dẫn	PGS. TS. Trần Đức Nhiệm
Trường học	Trường Đại học Giao Thông Vận Tải
Chuyên ngành	Xây dựng cầu hầm
Thể loại	Luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2014
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	128
Dung lượng	2,7 MB