Lý thuyết bê tông cường độ cao

2.Cải thiện cường độ đá xi măng -Các nguyên tắc ứng xử của vật liệu dòn, chẳng hạn như gốm, có thể được sử dụng để xác định quan hệ cấu trúc- tính chất của bê tông chất lượng cao.. Câu 6

Lý thuyết Bê tông cường độ cao

Câu 1: Khái niệm bê tông cường độ

cao

-Bê tông chất lượng cao là một thế

hệ bê tông mới có thêm các phẩm

chất được cải thiện thể hiện sự tiến

bộ trong công nghệ vật liệu và kết

cấu xây dựng

-Xét về cường độ chịu nén thì đó là

bê tông cường độ cao.(High

Strength concrete), xét tổng thể

các tính năng thì gọi là bê tông

chất lượng cao Bê tông chất lượng

cao được gọi tắt theo người Anh là

HPC (High Performace concretes),

theo người Pháp là BHP (BET0NS

A HAUTE PERORMANCES )

- Bê tông cường độ cao (High

Strength concrete) là loại bê tông

có cường độ chịu nén tuổi 28 ngày,

lớn hơn 60 MPa, với mẫu thử hình

trụ có D = 15 cm , H = 30cm

Cường độ chịu nén sau 24 giờ ≥ 35

MPa , cường độ chịu nén ở tuổi 28

ngày ≥ 60 MPa Mẫu thử được chế

tạo, dưỡng hộ, thử, theo các tiêu

chuẩn hiện hành

Thành phần bê tông cường độ cao

có thể dùng hoặc không dùng muội

silic hoặc dùng kết hợp với tro bay

Khi sử dụng muội silic chất lượng

bê tông được nâng cao hơn

Tiêu chuẩn của Bắc Mỹ qui định

bê tông cường độ cao là loại bê

tông có cường độ chịu nén ở tuổi

28 ngày ≥ 42 MPa

Câu 2: Các nguyên tắc cơ bản để chế tạo bê tông cường độ cao

1.Cải thiện cường độ vùng chuyển tiếp

-Khi tỷ lệ N/CKD =0.4-0.7, cường

độ bê tông thấp hơn cường độ vữa xi măng cùng tỷ lệ;

-Giảm tỷ lệ N/CKD;

-Chất siêu mịn: muội silic , tro bay , metacaolanh, tro trấu có tác dụng làm đầy và hoạt

tínhpuzolan SiO 2 +Ca(OH) 2 = C-S-H(phảnứng hút vôi ) -Phụ gia giảm nước mức độ cao đến 40%, qua đó làm giảm lượng nước, độ rỗng của hỗn hợp bê tông giảm làm cho bê tông có cường độ cao hơn.

2.Cải thiện cường độ đá xi măng -Các nguyên tắc ứng xử của vật liệu dòn, chẳng hạn như gốm, có thể được sử dụng để xác định quan hệ cấu trúc- tính chất của bê tông chất lượng cao.

Sự phụ thuộc của cường độ chịu kéo vào độ rỗng: S=S o e -bp

Sự phụ thuộc của cường độ chịu nén với độ rỗng :

f c ’= f o ’ (1-p) m

p- hệ số rỗng b- hệ số phụ thuộc vào kích thước

và hình dạng của lỗ rỗng;

m- hệ số phụ thuộc lực liên kết giữa các tinh thể, hình dạng và

Câu 6: Cấu trúc vùng chuyển tiếp

trong BTCDC

- Cấu trúc vùng chuyển tiếp có ý

nghĩa quyết định đối với bê tông

cường độ cao.vùng này có cấu trúc

kết tinh, rỗng nhiều hơn và cường

độ nhỏ hơn vùng hồ, do vùng này

có chứa nước tách ra khi hồ xi

măng rắn chắn ở vùng này còn

chứa các hạt xi măng chưa thủy

hóa và các hạt CaO tự do

- Các đặc tính của vùng chuyển

tiếp trong bê tông thường gồm mặt

nứt, vết nứt, cấu trúc c-s-h và bề

mặt các hydrat Ví dụ các vết nứt

xuất hiện bao quanh các hạt silic và

phát triển vượt qua hồ xi măng

Trên mặt trượt của cốt liệu, các

hydrat gồm tấm Ca(OH)2 và các

sợi silicat (sợi C-S-H) chúng chỉ

được liên kết rất yếu vào cốt liệu

và tách ra dễ dàng Sự kết tinh có

định hướng của Ca(OH)2 cũng

được quan sát thấy trên các hạt cốt

liệu silic

- Vùng chuyển tiếp trong bê tông

cường độ cao có độ rỗng lớn và

được cải thiện nhờ muội silic Biến

đổi cấu trúc của bê tông theo

cường độ phát triển theo ba cấp

sau:

+ trong bê tông thường vùng

chuyển tiếp là vùng tiếp xúc rỗng

có các mặt nứt và vết nứt cấu trúc

C-S-H có dạng sợi

+ vùng chuyển tiếp của bê tông

Câu 9: Lợi ích cơ bản của BTCDC

về khả năng chịu lực và tuổi thọ khai thác kết cấu

Lợi ích về tính năng sử dụng lâu dài và tăng cường độ do đó BTCĐC được sử dụng trong kết cấu cho phép chịu tải trọng lớn hơn, và giảm được kích thước của cấu kiện bộ phận chịu lực

BTCĐC được sử dụng trong các kết cấu cầu nhằm tăng chiều dài nhịp, khẩu độ, giảm được chiều cao kết cấu và loại bỏ được các tuyến dầm không cần thiết Do đó mang lợi ích về kinh tế

Hiện tại các nghiên cứu đang được tiến hành nhằm giải quyết các vấn

đề liên quan đến thiết kế chống cắt, chịu uốn và các vấn đề nghiên cứu phát triển lắp ghép theo chiều dài cho các kết cấu dự ứng lực có cường độ khác nhau

Do cải thiện được các đặc tính về mặt cấu trúc của BT thường nên BTCĐC có độ bền với môi trường cao hơn, cùng với một số tính chất

cơ học tốt hơn so với BT thường

Câu 13: Co ngót của BTCĐC

Các biến dạng tự do của bê tông

(co ngót và nở) là những tính chất

quan trọng nhất đối với người xây

dựng Việc kiểm tra chính xác

công trình đòi hỏi tính đến các biến

dạng này Hơn nữa, các biến dạng

tự do không đồng nhất trong các

khối thường dẫn đến các vết nứt,

các rãnh đặc biệt thấm nhập các tác

nhân gây hại

Co ngót là hiện tượng BT giảm thể

tích khi khô cứng trong không khí

A.Cơ chế lý – hoá của co ngót bê

tông thường

Hai chỉ tiêu nội tại kiểm soát các

biến dạng tự do của bê tông: nhiệt

độ và hàm lượng nước tự do.

Ta biết rằng nhiệt độ bê tông có thể

biến đổi theo thời gian, hoặc do

thủy hóa (các phản ứng thường tỏa

nhiệt và đóng vai trò là nguồn gây

nhiệt nội tại),hoặc do trao đổi nhiệt

với phần còn lại của cấu kiện hay

môi trường Sự biến đổi nhiệt độ

này dẫn đến các biến dạng tự do tỉ

lệ với chúng theo một hệ số quen

thuộc (hệ số giãn nỡ nhiệt, giảm

dần khi tăng phản ứng thủyhóa)

Cũng như vậy, hàm lượng nước tự

do có thể thay đổi bên trong do

thủy hoá mất một phần nước, hay

bên ngoài do biến đổi độ ẩm

Có thể chia co ngót thành 3 giai

đoạn sau:

B.Các nhân tố ảnh hưởng đến độ

co ngót

*Tỷ lệ N/XM

Co ngót của hồ xi măng đã thủy hóa tăng nếu tỷ lệ N/XM tăng bởi

vì ở tuổi muộn ta có thể xác định được lượng nước bay hơi trong hồ

xi măng và tốc độ dịch chuyển nước ra bề mặt mẫu thử

*Cốt liệu

Là nhân tố ảnh hưởng lớn nhất đến

co ngót, chúng cản trở sự co ngót xảy ra

Tỷ lệ co ngót của BT (Sc)/ tỷ lệ co

ngót của xi măng (Sp) phụ thuộc vào hàm lượng cốt liệu trong BT(a)

và bằng:

Sc = Sp(1-a)^n

n: hệ số kinh nghiệm từ 1,2-1,7 Tính đàn hồi của cốt liệu, nguồn gốc của cốt liệu, tính chất của xi măng cũng ảnh hưởng đến co ngót

Để giảm co ngót cần lựa chọn thành phần thích hợp, hạn chế lượng nước trộn, đầm chặt BT, giữ cho BT thường xuyên ẩm trong giai đoạn đầu

Câu 19: Các bước thiết kế thành

phần bê tông cường độ cao

Câu 10: Các tính chất cơ học của

bê tông cường độ cao

1.Cường độ BT cuờng độ cao và CLC

a.Cường độ chịu nén

-Cường độ chịu nén của bê tông là tính chất quan trọng để đánh giá chất lượng của BT, mặc dù trong 1

số trường hợp thì độ bền và tính chống thấm còn quan trọng hơn -Cường độ của BT liên quan trực tiếp tới cấu trúc của hồ XM đã đông cứng và cấu trúc của BT

-Cương độ nén của BT phụ thuộc rất lớn vào tỷ lệ nước/xi măng trong BT, chất lượng, hàm lượng của các vật liệu chế tạo bê tông, sự phân bố độ rỗng, hồ xi măng tính bám dính của hồ XM

-Cường độ chịu kéo của bê tông khống chế vết nứt và ảnh hưởng đến các tính chất khác của BT như

độ cứng, khả năng dính bám với cốt thép, độ bền

-Mô đun đàn hồi: chính là 1 đặc tính chỉ dẫn trực tiếp về độ cứng của kết cấ BT Mô đun đàn hồi chịu ảnh hưởng của các vật liệu, thành phần và tỉ lệ phối hợp các vật liệu -Cường độ mỏi (độ bền mỏi)

-Mô đun gãy

-Khối lượng đơn vị của HSC: ɣ=2,4-2,5 g/m3

Co ngót giống như 1 loại biến dạng

Câu 12: Trình bày phụ gia khoáng

chế tạo BT CĐC

Nguồn gốc: tro đáy lò, hoặc muội

ống khói của nhà máy nhiệt điện

Thành phần: SiO2: 5-25% Al2O3:

10-30%

Fe2O3:5-25% và CaO, MgO

-Kích thước hạt, tương ứng với hạt

XM

-Hiệu quả chính: hoạt tính pozolan

làm giảm lượng vôi tự do

-Có 2 loại tro bay: Tro bay loại F:

S+A+F>70%

Tro bay loại C: S+A+F= 50-70%

-Lượng tro bay sử dụng: 10-25%

lượng XM

b Muội silic:

-Nguồn gốc là sản phẩm của hồ

quang khi sản xuất Silic

-Thành phần: SiO2 >85%

-Kích thước đường kính trung bình

là 0.1 µm nhỏ hơn hạt Xm khoảng

100 lần

-Diện tích bề mặt 15000-20000

m2/kg

-Độ ẩm tối đa là 3%

-Hiệu quả: làm đầy, hoạt tính

pozolan, cải thiện cấu trúc vùng

chuyển tiếp

Lượng dùng BT C3S: 8-12%; BT C:

25-30%

c Xỉ lò nung nghiền mịn

-Nguồn gốc: là sản phẩm phụ của

quá trình luyện thép

Câu 3: Cấu trúc chung của BT

Sử dụng các cốt liệu truyền thống

và vữa XM chất lượng cao để tạo

ra BT cường độ cao

Ba đặc tính của vật liệu ảnh hưởng đến cấu trúc của BT CĐC là thành phần và cấu trúc vi mô của

hồ XM, bản chất của liên kết giữa

hồ XM-cốt liệu và chất lượng của cốt liệu trong điều kiện công nghệ

và môi trường ít biến đổi Cấu trúc

BT CĐC cũng gồm 3 cấu trúc con tương tự như BT XM Phần được cải thiện nhiều nhất là cấu trúc hồ

XM và cấu trúc vùng tiếp giáp giữa

hồ XM và cốt liệu Cấu trúc cốt liệu

về cơ bản là không biến đổi Có lẽ đây là vùng kiến trúc bảo thủ nhất Cấu trúc của cốt liệu lớn tạo nên khung chịu lực cho BT,nó phụ thuộc vào cường độ bản thân cốt liệu lớn, tính chất cấu trúc (diện tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu) và cường độ liên kết giữa các hạt Thông thường, cường độ bản thân giữa các hạt có cấp phối hạt hợp lý

đã giải quyết được các lỗ rỗng trong BT và tăng diện tích tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu (giữa các hạt với nhau và các hạt xung quanh 1 hạt) Trong BT CĐC nên sử dụng các cốt liệu truyền thống và các chỉ dẫn chặt chẽ hơn

Câu 4: Cấu trúc cốt liệu trong BT

thường và BT cường độ cao

BT dùng các chất kết dính vô cơ là

các loại vật liệu đá nhân tạo, không

nung Thành phần bao giồm chất

kết dính vô cơ, dung môi (nước),

cốt liệu đá hay sỏi và phụ gia, được

nhào trộn theo tỉ lệ nhất đinh, rắn

chắc mà thành

BT CĐC có tỉ lệ nước/XM=0,25 Sử

dụng phụ gia siêu mịn lá tro bay

hoặc hạt silic siêu mịn

Sử dụng các cốt liệu truyền thống

và vữa XM chất lượng cao để chế

tạo ra BT CĐC Cấu trúc cũng

tương tự BT xi măng

*Cốt liệu lớn và nhỏ có dạng

khoáng thiên nhiên hay nhân tạo

có hình dạng kích thước đặc trưng

bề mặt cường độ rất khac nhau,

tùy theo kích cỡ hạt từ

0.14-150mm (khi cỡ hạt 0.14-5mm là

cát và 5-150mm là sỏi hay đá dăm)

-Chiếm không gian làm giảm lượng

dùng chất kết dính, hạ giá thành

BT

-Cốt liệu lớn làm khung chịu lực

được hồ xi măng gắn kết lại

-Cốt liệu nhỏ tăng nồng độ đặc,

đảm bảo khả năng co ngót cho BT

-Cát có thành phần hạt hợp lý sẽ

tiết kiệm được XM, cường độ BT

sẽ cao

+Lượng tạp chât trong cốt liệu

Cốt liệu thô (đá) quyết định cường

độ và độ dẻo của BT CĐC phụ thuộc vào đường kính và hàm lượng cốt liệu

BT có cường độ nén >75 Mpa thì kích thước cốt liệu nên giữ từ 12,7-9,5 mm Kích thước 19,5-25,4

sử dụng BT nén từ 60-75MPa lập phương

Cốt liệu lý tưởng là cốt liệu sạch, dạng khối, có góc cạnh, được nghiền, hạt thoi dạt nhỏ nhất so với quy định hiện hành

Cốt liệu thô là đá dăm được sản xuất từ đá gốc là đá phún xuất biến chất Cường độ bão hòa nước lớn hơn hoặc bằng 2 lần cường độ

BT Dùng đá trầm tích có cường độ thấp hơn yêu cầu đó

Kích thước hạt lớn nhất 10-20mm theo Việt nam hoặc 9,5-25 theo Mỹ

Câu 16: Ứng dụng của BT CĐC.

BT CĐC có cường độ chịu nén cao,

cường đọ chịu kéo và mô đun đàn

hồi tăng, co ngót từ biến giảm Vì

vậy BT được ứng dụng chủ yếu

trong 3 lĩnh vực sau:

-Các tòa nhà cao tầng: Đây là 1

trong những ứng dụng quan trọng

của BT CĐC Rất nhiều công trình,

tòa nhà cao tầng trên thế giới

được xây dựng sử dụng BR CĐC và

đem lại nhiều kết quả như mong

muốn Xu hướng sử dụng BT CĐC

xây dựng nhà cao tầng ngày càng

tăng Bởi vì việc sử dụng BT CĐC sẽ

chịu được trọng tải lớn hơn, cho

phép giảm kích thước mặt cắt cột,

yêu cầu lượng cốt thép và ván

khuôn sử dụng ít hơn cho phép

Nhà thiết kế tiết kiệm được quỹ

đất trong thành phố Ngoài ra sử

dụng BT cường độ cao còn có

nhiều ưu điểm vượt trội so với BT

thường

VD: ngôi nhà 43-76 tần ở Băc mỹ

đều sử dụng BT 62Mpa Còn các

ngôi nhà ở Chicago 1976-1990

50-70->80Mpa

-Trong xây dựng cầu:

+Thường được dùng cho các dầm

cầu BTCT dự ứng lực với mục đích

giảm tải trọng bản thân dầm và

tăng chiều dài kết cấu nhịp

VD: Ở nhật BT phổ biến là 60Mpa,

Câu 17: Biểu đồ ứng suất biến dạng của BT CĐC và mô hình hóa

để áp dụng cho người thiết kế kết cấu

-Về hình dạng: cần xem xét đến việc tính toán các biến dạng tức thời và biến dạng về sau bởi sự co,

từ biến của BT có cường độ chịu nén từ 60-80Mpa Khi tính toán giới hạn sử dụng: thông thường chỉ cần chọn mô hình đàn hồi và tuyến tính

-Đối với BT CĐC: mô đun đàn hồi

và mô đun tuyến tính ban đầu được coi như nhau do có độ dốc lớn

-Khi tính toán giới hạn cuối ɛb2 BT chịu biến dạng lớn, thì ứng lực phải chịu sẽ đạt tối đa bằng ứng suất nén của BT và rồi giảm tới khi ngắt cường độ nén

Kể từ khi thời điểm lực tác dụng, trường của biến dạng không còn đồng nhất Bề mặt BT bị bóc ở chỗ biến dạng lớn nhất và việc ngắt diễn ra bởi biệc định vị các biến dạng trên đường cong trơn Để đơn giản hóa, ta coi rằng ứng suất

- biến dạng của vật liệu có thể mô

tả qua biểu diễn ứng suất-biến dạng, ngay cả sau khi cho lực tác dụng

–Nếu không cần tính toán cụ thể, chi tiết biến dạng ta có thể chấp

Câu 1: Khái niệm bê tông cường độ

cao

Câu 2: Các nguyên tắc cơ bản để

chế tạo bê tông cường độ cao

Câu 3: Cấu trúc chung của BT

Câu 4: Cấu trúc cốt liệu trong BT

thường và BT CĐC

Câu 5: Cấu trúc của BT thường BT

CĐC

Câu 6: cấu trúc vùng chuyển tiếp

trong BT thường và BT cường độ

cao

Câu 8: Các đặc tính được cải tiến

của bê tông cường độ cao so với

BT thường

Câu 10: Các tính chất cơ học của

bê tông cường độ cao

Câu 11: Trình bày phụ gia siêu dẻo

chế tạo BT cường độ cao

Câu 12: Trình bày phụ gia khoáng

chế tạo BT cường độ cao

Câu 13: Co ngót của BTCĐC

Câu 14: Từ biến của BT cường độ

cao

Câu 15: Độ bền của BT CĐC

Câu 16: Ứng dụng của BT CĐC

Câu 17: Biểu đồ ứng suất biến

dạng của BT CĐC và mô hình hóa

để áp dụng cho người thiết kế kết

cấu

Câu 18: Khái niệm và phương pháp

xác định cường độ yêu cầu Fcr’ khi

thiết kế thành phần BT CĐC

Câu 19: Các bước thiết kế thành

Câu 14: Từ biến của BT cường độ cao

a Cơ chế của từ biến Nếu đặt tải trọng không đổi theo thời gian lên một mẫu bê tông thường (thí nghiệm từ biến), thì nhận được biến dạng gấp đôi sau vài tuần, gấp ba sau vài tháng và có thể gấp năm sau vài năm trong những điều kiện cực đại Có thể nhận thấy một hiện tượng tương

tự khi đặt tải trọng kéo, hoặc uốn

Từ biến của bê tông phụ thuộc vào nhiều thông số sau: bản chất của

bê tông, tuổi đặt tải và nhất là các điều kiện môi trường

b Các yếu tố ảnh hưởng đến từ biến

Tải trọng: Với các tải trọng thay đổi, người ta có thể xét rằng từ biến tỉ lệ với tải trọng đặt vào, tuy nhiên từ 50% tải trọng phá hủy, nó tăng nhanh hơn ứng suất (quan hệ phi tuyến)

Bản chất bê tông: Từ biến biến đổi giống biến dạng tức thời, trừ các loại bê tông đặc biệt có các đặc trưng riêng với chỉ số động học về quá trình mất nước khác biệt: đó

là trường hợp bê tông nhẹ có cốt liệu rỗng, chứa nước, từ biến nhỏ hơn bê tông thường có cùng cường độ;

Các điều kiện môi trường: khi

Câu 6: cấu trúc vùng chuyển tiếp

trong BT thường và BT cường độ

cao

Cấu trúc vùng tiếp xúc hồ XM-cốt

liệu có ý nghĩa quyết định cho loại

BT CĐC Cấu trúc thông thường

của BT gồm 3 vùng: cấu trúc cốt

liệu, cấu trúc hồ XM và cấu trúc

vùng tiếp xúc hồ XM-cốt liệu Vùng

tiếp xúc hồ XM-cốt liệu trong BT

thường, gọi là “vùng chuyển tiếp”,

vùng này có cấu trúc kết tinh, rỗng

nhiều hơn và cường độ nhỏ hơn

vùng hồ do ở vùng này chưa nước

tách ra khi hồ XM rắn chắc Ở vùng

này còn chứa các hạt XM chưa

thủy hóa và các hạt CaO tự do

Các đặc tính của vùng liên kết hồ

XM-cốt liệu trong BT thường gồm

mặt nứt, vết nứt, các cấu trúc

C-S-H và bề mặt các hydrat Ví dụ các

vết nứt xuất hiện bao quanh các

hạt silic và phát triển vượt qua hồ

XM Trên mặt trượt của cốt liệu,

các hidrat gồm tấm Ca(OH)2 và các

sợi silicat (sợi C-S-H) Chúng chỉ

được liên kết rất yếu vào cốt liệu

và tách ra dễ dàng Sự kết tinh có

định hướng Ca(OH)2 cũng được

quan sát thấy trên các hạt cốt liệu

silic

Vùng liên kết giữa hồ XM-cốt liệu

có độ rỗng lớn và được cải thiện

nhờ muội silic Biến đổi cấu trúc

Câu 18: Khái niệm và phương pháp xác định cường độ yêu cầu Fcr’ khi thiết kế thành phần BT CĐC

-Cường độ thiết kế yêu cầu của BT CĐC được sử dụng để đáp ứng cường độ thiết kế tối thiểu (chỉ định) FCr’ với xác suất là 1 hoặc 5% Những yêu cầu này đã được định nghĩa trong tiêu chuẩn ACI 318 và dựa trên kinh nghiệm sử dụng BT cường độ yêu cầu

*Các phương pháp:

1 Sản phẩm BT đã được sản xuất

và có đủ số liệu về cường độ (>30

số liệu thí nghiệm) và xác đinh bởi

hệ số tiêu chuẩn: