Bê tông - Phần 4 doc

Mở đầu Việc xây dựng các công trình bằng các cấu kiện bê tông và bê tông cốt thép đúc sẵn đang được phát triển mạnh mẽ ở nhiều nước.. Vì cấu kiện đúc sẵn có nhiều ưu điểm hơn so với các

lượng bản thân đến 25 ữ 30%, mà còn giảm được lượng dùng cốt thép đến 20 ữ 25% so với khi dùng bê tông nặng cốt liệu đặc chắc

Bê tông kêrămzít chỉ đạt được cường độ cao khi lựa chọn được các loại vật liệu có chất lượng và bê tông có thành phần hợp lý

Để chế tạo loại bê tông này, người ta dùng sỏi kêrămzit có cấu tạo lỗ rỗng nhỏ,

đồng nhất và khối lượng thể tích ở cục từ 800 ữ 900 đến 1400 ữ 1800 kg/m3 và cát thạch anh hạt lớn Còn chất kết dính thì dùng xi măng pooclăng mác cao(500 ữ 700) Thành phần bê tông phải bảo đảm cấu tạo đặc chắc, bằng cách nâng cao tỉ lệ xi măng hạ thấp tỉ

lệ N

Xvà đầm chặt bê tông cứng khô sau khi đã đổ khuôn

Đ5.4 cấu kiện bê tông vμ bê tông cốt thép đúc sẵn

I Mở đầu

Việc xây dựng các công trình bằng các cấu kiện bê tông và bê tông cốt thép đúc sẵn

đang được phát triển mạnh mẽ ở nhiều nước Vì cấu kiện đúc sẵn có nhiều ưu điểm hơn

so với cách đổ bê tông tại chỗ là:

- Tạo điều kiện công nghiệp hóa, cơ giới hóa, giảm được số lượng cán bộ và công nhân kỹ thuật trong sản xuất

- Chất lượng công trình được nâng cao do việc lựa chọn, xử lý các nguyên vật liệu

được thực hiện một cách chặt chẽ, khống chế dây chuyền công nghệ để bảo đảm cấu kiện đạt yêu cầu kỹ thuật Hạn chế được ảnh hưởng của thời tiết, triển khai được công tác xây dựng trong cả năm

- Tiết kiệm nguyên vật liệu như gỗ, thép làm ván khuôn và kể cả ximăng, cốt thép, vì được chuẩn bị và sử dụng trong những điều kiện thuận lợi và có sự bảo quản chặt chẽ

- Cải thiện điều kiện làm việc của công nhân, hạn chế được lao động nặng nhọc, giảm lao động ngoài trời Tăng năng suất lao động, giảm bớt tình trạng lưu động của công nhân xây dựng

- Giá thành cấu kiện công trình hạ

Tuy nhiên chi phí vận chuyển lớn và cần nhiều phương tiện vận chuyển cấu kiện từ nhà máy sản xuất đến công trường Để khắc phục nhược điểm này cần chọn địa điểm thích hợp cho nhà máy sản xuất cấu kiện, mặt khác tìm mọi cách giảm trọng lượng của cấu kiện bằng cách dùng bê tông ứng suất trước, dùng bê tông nhẹ Ngoài ra còn dùng biện pháp thiết kế những tiết diện kết cấu thích hợp, hoặc hoàn chỉnh tổ chức quá trình công nghệ, nâng cao mức độ cơ giới hóa và áp dụng rộng rãi sự điều khiển tự động để nâng cao chất lượng cấu kiện và hạ giá thành sản phẩm

Nước ta đã có một số nhà máy sản xuất cấu kiện bê tông như nhà máy bê tông Chèm, nhà máy bê tông Hải Phòng

Gần đây với sự giúp đỡ của các nước anh em, chúng ta đã và đang xây dựng nhiều nhà máy mới với công suất lớn và dây chuyền sản xuất hiện đại

II Khái niệm về bê tông cốt thép

Bê tông cốt thép là một loại vật liệu xây dựng trong đó bê tông và cốt thép cùng làm việc như một thể thống nhất Về mặt cơ học, hai loại vật liệu này có những đặc tính rất khác nhau Bê tông là vật liệu dòn chịu nén tốt, nhưng chịu kéo lại rất kém, ngược lại thép là vật liệu dẻo, chịu kéo rất tốt Do đó dùng thép phối hợp với bê tông ở vùng chịu kéo của cấu kiện chịu uốn thì rất có lợi như trong hình 5.49

Bê tông có khả năng liên kết rất tốt với cốt thép, chính vì vậy kết cấu bê tông được xem như là một kết cấu đồng nhất về mặt chịu lực

Thép và bê tông có hệ số dãn nở nhiệt gần giống nhau, nên đảm bảo được tính toàn khối của bê tông cốt thép

Bê tông có khả năng bảo vệ được cốt thép khỏi bị rỉ do nước và khí ăn mòn gây nên Tùy theo cách đặt cốt thép, người ta chia ra cấu kiện bê tông cốt thép thường và bê tông cốt thép ứng suất trước Trong cấu kiện bê tông cốt thép thường khó ngăn ngừa

được triệt để sự tạo thành vết nứt ở bê tông trong vùng bị kéo, vì độ dãn dài của bê tông rất nhỏ (1 ữ 2mm/m) trong khi thép có thể dãn gấp 5 ữ 7 lần độ dãn của bê tông Sự xuất hiện các vết nứt có thể làm tăng độ võng Nước và không khí thấm vào bê tông và gây ăn mòn cốt thép

Hình 5.49 Sơ đồ chịu uốn

của dầm bê tông cốt thép

Hình 5.50 Dầm bê tông bị nén

sau khi bỏ lực căng cốt thép

1- thanh cốt thép; 2- bê tông đổ và cứng rắn sau khi căng cốt thép; 3- sơ đồ ứng suất kéo trong bê

tông

Để tránh hiện tượng nứt nẻ nói trên, người ta dùng biện pháp nén trước bê tông ở vùng chịu nén bằng hai cách:

- Kéo căng cốt thép rồi đổ bê tông (hình 5.50);

- Kéo cốt thép sau khi đổ bê tông

Nếu dùng cách thứ nhất thì sau khi bỏ lực kéo, cốt thép co lại và tạo cho bê tông lực nén trước Khi đó vết nứt chỉ phát sinh trong vùng chịu kéo nếu như ứng suất kéo vượt quá ứng suất nén sơ bộ Đó là bê tông ứng suất trước

III Yêu cầu chung và phân loại cấu kiện bê tông cốt thép

1 Yêu cầu chung

Các cấu kiện bê tông và bê tông cốt thép được đúc sẵn trong nhà máy bê tông hoặc bãi cấu kiện theo dây chuyền sản xuất và thiết bị cơ giới Hiện nay người ta thường định hình hóa và tiêu chuẩn hóa các cấu kiện ngay trong khâu thiết kế Mặt khác, các cấu kiện hoàn thiện với mức độ cao để sau khi lắp ráp xong không cần phải mất nhiều thời gian cho công tác hoàn thiện nữa Nói chung, trên bề mặt cấu kiện không có vết sứt sẹo, vết nứt, gồ ghề và lòi cốt thép ra

2 Phân loại

Có nhiều cách phân loại cấu kiện bê tông và bê tông cốt thép Theo công dụng của cấu kiện có thể phân thành 4 nhóm chính sau đây:

- Nhóm cấu kiện dùng cho nhà ở và công trình công cộng gồm các blốc và panen tường, đế móng, cột, dầm, tấm sàn v.v…

- Nhóm cấu kiện dùng cho nhà công nghiệp gồm cột, dầm, vì kèo, v.v…

- Nhóm cấu kiện dùng cho công trình giao thông như dầm cầu, tấm lát, tà vẹt, cột

điện v.v…

- Nhóm cấu kiện dùng cho công trình thủy công gồm các loại cọc, ống, tấm sàn…

IV Một số loại cấu kiện bê tông dùng trong công trình thủy lợi

1 ống bê tông cốt thép

Nhiều đường ống trong công trình thủy lợi có là các ống tròn chịu áp thấp Khối lượng các công trình này lên tới 60%

Các ống sản xuất ra có đường kính 50, 60, 80, 100, 120, 150cm và chiều dài bằng

410 và 210cm

ống có đường kính 120 và 150cm có hai lớp cốt thép, còn các ống nhỏ hơn chỉ có một lớp cốt thép Trong trường hợp chỉ có một lớp thì cốt thép không đặt ở chính giữa mặt cắt mà ở gần mép trong để có thể tiết kiệm 7 ữ 10% kim loại do tăng chiều cao tính toán của tiết diện

Các ống dài 210cm được coi là cấu kiện lắp ghép của công trình đường ống dài

Có thể chia làm hai loại ống: ống có áp và ống không có áp ống không áp hay dùng cho mạng lưới thoát nước chế tạo Từ bê tông mác 200 ữ 300 bằng phương pháp ly

tâm phải đảm bảo không thấm nước và chống ăn mòn tốt Theo hình dạng có loại ống miệng loe (hình 5.51) loại ống đầu bằng và loại đặt khác Loại đầu bằng được nối với nhau bằng các măng sông Loại ống đầu loe gắn đầu loe của ống này với đầu không loe của ống kia bằng vữa xi măng (hình 5.52)

Hình 5.51 ống bê tông cốt thép có đường kính

bằng 1000 và chiều dài bằng 4100mm

Hình 5.52 Chi tiết nối tiếp hai đầu ống

1- vữa ximăng; 2- chất nhồi thấm nhựa ống có áp vì chịu áp lực nước nên thường là loại ống bê tông cốt thép ứng suất trước, vì ống bê tông cốt thép thường không đủ khả năng chịu áp lực cao, làm cho thành ống dễ sinh vết nứt li ti và thấm nước Các chỉ tiêu của ống bê tông cốt thép thông thường của Liên Xô được ghi trong bảng 5.38

2 Máng dẫn nước gồm từng đoạn đúc sẵn

ở các nước chế tạo các đoạn máng dài 7m, dày không quá 4cm

- Các tấm blốc trong công trình thủy điện bằng bê tông và bê tông cốt thép

- Các loại cửa van bằng bê tông cốt thép có kích thước theo thiết kế

- Cọc bê tông cốt thép hoặc bê tông cốt thép ứng suất trước

- Cấu kiện gia cố bờ ở cảng

Bảng 5.39

Mác

Đường

kính

trong

(cm)

Chiều dài ống (cm)

Chiều dày thành ống (cm)

Thể tích

bê tông (m 3 )

Khối lượng ống (kg)

Khối lượng cốt thép (kg)

Hàm lượng cốt thép trong 1m 3 bê tông(kg)

0 - 15 150 410 10 2,185 5470 223,0 102

3 Các tấm phẳng và tấm lượn sóng

Dùng để phủ mái kênh và dùng trong các công trình điều tiết v.v…

Các tấm lượn sóng được tiêu chuẩn hóa và thống nhất hóa chế tạo bằng bê tông cốt thép không có ứng suất trước để giữ mái thượng lưu và hạ lưu của công trình thủy lợi lớn Các chỉ tiêu cơ bản của các tấm này nêu trong bảng 5.40

Bảng 5.40

Các chỉ tiêu của 1m 2 tấm Mác

Chiều

rộng

(cm)

Chiều dài (cm)

Thể tích

bê tông (m 3 )

Khối lượng tấm (kg)

Khối lượng cốt thép (kg)

Thể tích bê tông (m 3 )

Khối lượng cốt thép (kg)

V Quá trình sản xuất cấu kiện bê tông và bê tông cốt thép

Các cấu kiện bê tông và bê tông cốt thép được sản xuất chủ yếu ở nhà máy bê tông hoặc bãi đúc bê tông của công trường xây dựng

Việc sản xuất cấu kiện bê tông cốt thép bao gồm các khâu chính sau đây: chế tạo hỗn hợp bê tông, chế tạo cốt thép (khung lưới cốt thép, các thanh thép uốn cong v.v…),

đặt cốt thép vào cấu kiện, đúc cấu kiện (đổ hỗn hợp bê tông và đầm bê tông), bảo dưỡng

bê tông (thông thường dùng phương pháp nhiệt ẩm)

1 Những vật liệu để chế tạo cấu kiện bê tông cốt thép

1 Hỗn hợp bê tông

Có thể dùng bê tông nặng, bê tông nhẹ, bê tông dẻo, bê tông cứng khô; v.v… tùy theo yêu cầu kỹ thuật

Thông thường các cấu kiện đúc sẵn dùng bê tông mác không nhỏ hơn 150; đối với cấu kiện mỏng dưới 40mm và không có gờ phải dùng bê tông có mác không nhỏ hơn 200

và đối với các cấu kiện ứng suất phải dùng bê tông mác không nhỏ hơn 200 hoặc 300

2 Cốt thép

Cốt thép dùng để chế tạo bê tông cốt thép gồm thép thanh, lưới thép, khung thép hoặc dây cáp bằng thép (hình 5.53) Để nâng cao giới hạn chảy của thép, người ta tiến hành gia công nguội như cán bẹp, tuốt nguội và kéo nguội v.v… Việc gia công nguội sẽ

làm thay đổi cấu trúc của thép và tăng giới hạn chảy của thép đến 30%, do đó có thể tiết kiệm được thép trong bê tông hoặc cho phép dùng các thanh có tiết diện nhỏ hơn khi không gia công nguội

Đối với cốt thép dùng trong cấu kiện bê tông cốt thép, thường dùng loại thép sợi có

đường kính bằng 2,5 ữ 8mm và loại thép thanh có đường kính bằng 6 ữ 100mm, hoặc lớn hơn; nhưng khi chế tạo cấu kiện bê tông cốt thép lắp ghép, đường kính của thép thanh không được lớn hơn 40mm

Thép thanh có loại trơn và loại có gờ; loại có gờ liên kết

Hình 5.52 Các loại cốt thép

1- thép tròn; 2- thép sợi; 3- thép cán nóng; 4,5 - thép cán;

6- thép cán bẹp ở trạng thái nguội; 7- lưới thép

ở các công trình xây dựng thường dùng các loại thép sản xuất ở nước ngoài, chủ yếu là thép của Liên Xô Các loại thép này có các đặc trưng cơ bản nêu trong bảng 5.41 dưới đây

Bảng 5.41 Các loại thép thường dùng và đặc trưng cơ bản của chúng

Các loại thép

Đường kính (mm)

Giới hạn chảy (kG/cm 2 )

Giới hạn bền (kG/cm 2 )

Độ d∙n dài tương

đối (%)

Phạm vi

sử dụng

Thép tròn

cốt thép thường CT.3 có kéo nguội đến 2800kG/cm 2 6 ữ 22 2.800 3.800 10 nt

CT.5 có kéo nguội đến 4500kG/cm 2 10 ữ 40 4.500 5.009 8 nt

ứng suất trước 25Γ2C có kéo nguội đến 5500kG/cm 2 6 ữ 40 5.500 6.000 6 nt

30ìΓ2C 10 ữ 32 6.000 9.000 6 nt

Cường độ chịu kéo giới hạn khi kéo nguội các thép sợi từ 12.000 - 20.000 kG/cm2 tùy thuộc vào đường kính của chúng

Nói chung bề mặt các cốt thép dùng cho cấu kiện bê tông cốt thép phải sạch, không

bị hoen rỉ và có vẩy sắt bám ngoài

2 Tạo hình cấu kiện bê tông cốt thép

Khâu tạo hình có thể thực hiện theo một số phương pháp dưới đây:

- Phương pháp khuôn cố định, các cấu kiện được tạo hình trong các khuôn đặt tại

chỗ Trong quá trình chế tạo cho đến khi đưa đi dưỡng hộ cấu kiện bê tông ở nguyên tại

vị trí, còn các thiết bị thi công từng công tác riêng biệt thì di chuyển từ khuôn này sang khuôn khác

Phương pháp đúc khuôn cố định dùng để chế tạo các cấu kiện có kích thước lớn (dầm, dàn v.v…) trong xây dựng nhà công nghiệp, cầu và công trình thủy lợi

Phương pháp đúc khuôn đứng cố định dùng để đúc các tấm tường những cấu kiện mỏng Mỗi khuôn gồm 8 ữ 12 ngăn, cách nhau bằng vách kim loại hoặc bê tông cốt thép Giữa các ngăn có bố trí đường ống dẫn hơi nóng để dưỡng hộ bê tông bằng hơi nước hoặc có những thiết bị để dưỡng hộ bê tông bằng dòng điện để tăng nhanh cứng hóa của bê tông

- Phương pháp khuôn di động, công tác chuẩn bị (cạo sạch, bôi dầu vào thành khuôn, lắp cốt thép, đúc bê tông, dưỡng hộ, tháo ván khuôn) được thực hiện theo một dây chuyền công nghệ liên tục Ván khuôn cùng với cấu kiện được di chuyển tuần tự qua các khâu dây chuyền sản xuất từ vị trí này sang vị trí khác Phương pháp khuôn di động lại bao gồm ba loại: di động theo nhóm máy, di động trên xe và dây chuyền liên tục

- Trong phương pháp di động theo nhóm máy khuôn cùng với cấu kiện di chuyển từ

vị trí này sang vị trí khác với khoảng thời gian tùy ý, phụ thuộc vào thời gian kéo dài của công tác thi công ở vị trí đó, khoảng thời gian này có thể là vài phút (ví dụ đối với công tác bôi trơn mặt ván khuôn) đến mộ vài giờ (đối với công tác dưỡng hộ cấu kiện trong buồng chứng hơi)

Phương pháp này thích hợp đối với nhà máy có công suất trung bình (sản lượng hàng năm vào khoảng 60 ữ100 nghìn m3 cấu kiện), đặc biệt khi sản xuất nhiều loại sản phẩm

- Phương pháp di động trên xe được sử dụng ở trong các nhà máy có công suất lớn

hơn và chỉ sản xuất một kiểu sản phẩm Theo phương pháp này người ta tạo hình cấu

kiện trên các xe khuôn có kích thước 7,5 ì 5,5m, nên có thể chế tạo được các cấu kiện dài 7m và rộng 5m Các xe này di động từ khâu này qua khâu khác của dây chuyền công nghệ trong các khoảng thời gian ngắn và được khống chế chặt chẽ tại các vị trí gia công

Để sản xuất các cấu kiện bê tông cốt thép ứng suất trước cốt thép phải được kéo trước, rồi đổ bê tông, khi bê tông đá rắn chắc thì buông neo cốt thép ra để tạo ứng suất trước cho cấu kiện

Khi sản xuất các cấu kiện hình ống, thường dùng phương pháp ly tâm Theo phương pháp này cốt thép được đặt vào khuôn thép tròn, sau đó đổ bê tông và cho quay dần tới

600 ữ 1000 vòng/phút Dưới tác dụng của lực ly tâm hỗn hợp bê tông sẽ phân bố đều và

ép vào khuôn, tạo nên hình ống

Khi lèn chặt lượng nước thừa và không khí lẫn trong hỗn hợp bê tông bị thải ra ngoài, nên chất lượng cấu kiện được nâng cao Thời gian tạo hình mất khoảng 15 ữ 20 phút

- Theo phương pháp dây chuyền liên tục, việc tạo hình được tiến hành trên một băng

chuyền liên tục, gồm các tấm thép có tiết diện tương ứng với cấu kiện Cốt thép được đặt

ở đoạn đầu của băng chuyền, và tiếp đó đổ bê tông và đầm chặt, sau đó cấu kiện được

đưa qua máy cán để có độ dầy quy định và mặt nhẵn Các cấu kiện được tạo hình xong tiếp tục chạy đến vùng chưng hấp Toàn bộ chu trình sản xuất kéo dài khoảng 2 giờ

3 Dưỡng hộ cấu kiện

Có hai cách: dưỡng hộ tự nhiên và dưỡng hộ nhân tạo Dưỡng hộ tự nhiên chỉ thích hợp khi khối lượng cấu kiện không lớn lắm, vì rất tốn thời gian và sân bãi Phương pháp dưỡng hộ tự nhiên có thể đạt hiệu quả cao hơn nếu dùng xi măng cứng nhanh, hỗn hợp bê tông cứng khô, chất phụ gia làm bê tông cứng nhanh hoặc dùng phương pháp chấn động có giá tải Khí hậu nước ta nóng và ẩm, điều đó rất thuận lợi cho việc dưỡng hộ tự nhiên

Việc dưỡng hộ nhân tạo được sử dụng phổ biến trong nhà máy, trên bãi sản xuất bê tông và gồm những phương pháp sau đây:

- Hấp trong phòng với nhiệt độ đến 100°C và áp suất thường;

- Hấp trong thùng chưng có áp với nhiệt độ 175 ữ 250°C và áp suất 8 ữ 12at;

- Dưỡng hộ trong bể nước nóng;

- Dưỡng hộ bằng dòng điện

Phòng chưng hấp cũng có hai loại: loại liên tục và loại gián đoạn Phòng liên tục là một tuynen, ở một đầu cấu kiện vào liên tục và ở đầu kia cấu kiện cũng ra liên tục Khi

di chuyển trong tuynen, các cấu kiện lần lượt qua các vùng: sấy trước, hấp và làm nguội

ở phòng hấp gián đoạn, cấu kiện được cho vào và lấy ra theo chu kỳ

Chế độ hấp cấu kiện được thực hiện tùy theo yêu cầu về cường độ bê tông, công nghệ chế tạo, tính chất của xi măng và các yếu tố khác

Thông thường dùng chế độ hấp như sau: tăng nhiệt trong 2 ữ 3 giờ từ nhiệt độ thường đến nhiệt độ hấp, hấp 6 ữ 8 giờ và làm nguội trong 2 giờ từ nhiệt độ hấp xuống nhiệt độ thường

Đối với bê tông dùng xi măng pooclăng, nhiệt độ hấp 85 ữ 90°C trong môi trường hơi nước bão hòa; còn đối với xi măng pooclăng puzơlan nhiệt độ hấp bằng 90 ữ 95°C Trong điều kiện ở công trường, không có phòng chưng hấp ở nước ta đã dùng phương pháp hấp trong lều bạt Lều bạt được đóng kín, bên trong để cấu kiện, xả hơi nước nóng vào để hấp cấu kiện bê tông Phương pháp này cơ động, giải quyết được yêu cầu chưng hấp cấu kiện ở hiện trường, tuy nhiên có nhược điểm là mất nhiệt nhiều

4 Vận chuyển và bảo quản

Các cấu kiện bê tông cốt thép có cường độ cao, nhưng lại rất dòn, cho nên phải được vận chuyển và bảo quản cẩn thận, tránh va chạm mạnh, làm sứt mẻ góc cạnh và phát sinh vết nứt

Các cấu kiện cần được xếp thành từng hàng ngay ngắn trên các đà gỗ để tránh va chạm khi đặt xuống Nói chung các cấu kiện phải được xếp theo chiều chịu tải trọng Các tấm lát cần xếp nằm, các sà nặng chữ I và các dàn nặng phải xếp nghiêng Khi vận chuyển bằng các loại xe chuyên dụng, các cấu kiện bằng bê tông cốt thép cần được xếp dọc theo chiều chuyển động

Trên công trường các cấu kiện cần được xếp trong tầm với của các loại cần trục để tránh việc di chuyển tốn công sức

Đ5.5 phương hướng vμ biện pháp tiết kiệm xi măng trong

bê tông

Xi măng là một loại vật liệu đắt tiền Tiết kiệm được xi măng thì sẽ hạ được giá thành bê tông và công trình Tính toán cho thấy rằng nếu tiết kiệm được 10% khối lượng

xi măng sử dụng trong phạm vi cả nước thì từ nay đến năm 1980, hàng năm có thể dành

ra 15 đến 20 triệu đồng tiền vốn xây lắp

Việc tiết kiệm xi măng không chỉ có ý nghĩa kinh tế mà còn có ý nghĩa về kỹ thuật Khi xi măng giảm thì độ co ngót của bê tông cũng giảm, khả năng chống nứt nẻ tăng Đặc biệt trong bê tông khối lớn nói chung, công trình thủy lợi nói riêng việc giảm xi măng sẽ làm giảm lượng nhiệt thủy hóa, tránh được hiện tượng nứt nẻ do nhiệt thủy hóa gây nên

Trong sự nghiệp xây dựng chủ nghĩa xã hội, việc tiết kiệm nguyên vật liệu được coi

là một yêu cầu thường xuyên và một chính sách kinh tế Vì vậy việc tiết kiệm xi măng