Giáo trình Vật liệu xây dựng - NXB Giao Thông Vận Tải_05 pdf

Chất lượng của cốt liệu lớn ựược ựặc trưng bằng các chỉ tiêu sau: cường ựộ; thành phần hạt và ựộ lớn, lượng tạp chất.. Thành phần hạt của cốt liệu lớn phải nằm trong phạm vi quy ñịnh của

Phần trăm cường ñộ, % 100 50-92 45-83 38-69 20-36

Mô ñun ñàn hồi của bê tông 1 0.95 0.75-0.85 0.5-0.8 0.35-0.7

Hệ số giãn nở nhiệt cần ñược xác ñịnh bằng thí nghiệm ở trong phòng với loại bê tông ñược dùng

Theo 22TCN 272-05 hệ số giãn nở nhiệt có thể lấy như sau:

Bê tông có tỷ trọng thông thường: 10,8 x 10-6/0C

3.9 Tính bền của bê tông trong môi trường nước biển

Yêu cầu về tính năng cơ bản của bê tông bền trong môi trường nước biển là: Cường ñộ cao có khả năng chống ăn mòn hoá học nước biển, bảo vệ cốt thép tốt Theo K.Mehta, B Mockovic cơ chế ăn mòn bê tông trong môi trường nước biển, ăn mòn hoà tan và ăn mòn sunphat Sản phẩm của dạng ăn mòn hoà tan là Ca(HCO3)2, CaSO4.2H2O, CaCl2, Mg(OH)2 ñược tạo ra bởi các chất xâm thực có trong nước biển như CO2, MgCl2, MgSO4 tương tác với Ca(OH)2 và các khoáng khác của ñá xi măng Sản phẩm ăn mòn sunphát là Ettringite ñược tạo ra bởi các muối sunphát có trong nước biển

ðể ñạt ñược tính bền với nước biển bê tông cần có cường ñộ cao, chống

ăn mòn hoà tan và ăn mòn sunphát, chống thấm nước, chống thấm ion Cl-

ðể ñạt ñược tính chất này cần sử dụng bê tông mác cao, bê tông chống ăn mòn sunphát và bê tông có sử dụng các phụ gia khoáng siêu mịn Các phụ gia khoáng thông thường là: Xỉ lò cao có hoạt tính ñặc biệt, tro nhẹ, mêtacaoline, silicafume, tro trấu công nghiệp…

4 VẬT LIỆU CHẾ TẠO BÊ TÔNG NẶNG:

Vật liệu chế tạo bê tông xi măng bao gồm: ñá, cát, nước, xi măng và phụ gia

4.1 Xi măng:

Tuỳ yêu cầu của loại bê tông có thể dùng các loại xi măng khác nhau Chủ yếu dùng xi măng pooclăng Xi măng pooclăng bền sunfat, xi măng pooclăng xỉ, xi măng pooclăng puzolan ñể thoả mãn các yêu cầu tiêu chuẩn kỹ thuật ñặc biệt của dự án Việc lựa chọn mác xi măng là ñặc biệt quan trọng, ñể vừa ñảm bảo ñạt yêu cầu kỹ thuật của bê tông, vừa ñảm bảo yêu cầu kinh tế ðể thoả mãn các yêu cầu trên cần phải dùng xi măng mác thích hợp ñể chế tạo bê tông, không nên dùng xi măng mác cao ñể chế tạo bê tông mác thấp, vì lượng

xi măng dùng sẽ quá thấp, không tạo ra sự ñồng nhất trong cấu trúc bê tông Không dùng lượng xi măng quá cao vì chất lượng bê tông sẽ không cao và không kinh tế

4 1.1 Mác xi măng: ðược chọn theo cường ñộ chịu nén của bê tông

Với bê tông có cường ñộ thấp hơn 30 thường mác của xi măng lớn hơn 1.2- 1.5 lần cường ñộ của bê tông Với bê tông có cường ñộ lớn hơn 35 MPa thì mác xi măng tối thiểu lấy bằng PC40 Có thể chọn mác của xi măng theo lời khuyên ở bảng 5.8

Bảng 5.8 Mác xi măng

Cấp bê tông, MPa 20 30 40 50 60 và lớn hơn Mác xi măng, MPa 30 30 - 40 40 - 50 50 và lớn hơn

4 1.2 Lượng xi măng: Khi lượng xi măng quá lớn (lớn hơn lượng xi

măng tối ña) bê tông sẽ thừa hồ xi măng, cấu trúc không hợp lý, bê tông co ngót dẻo và từ biến lớn Trong quá trình rắn chắc bê tông toả nhiều nhiệt dễ phát sinh vết nứt

Tiêu chuẩn 272-05 qui ñịnh lượng xi măng tối ña không lớn hơn 475kg/1m3 bê tông cho các công trình cầu, ñường, khi dùng xi măng PC40 hoặc xi măng nhóm I (theo ASTM)

Lượng xi măng tối thiểu ñể ñảm bảo tính ñồng nhất cho bê tông ñược tính theo tiêu chuẩn Pháp như sau:

min 1/ 3

250 R b X

D

+

=

trong ñó: D- ñường kính lớn nhất của cốt liệu

Theo tiêu chuẩn ASTM lượng xi măng tối thiểu là: 300kg/m3

4.2 Cốt liệu nhỏ - cát

Cát dùng ñể chế tạo bê tông có thể là cát thiên nhiên hay cát nhân tạo có

cỡ hạt từ 0,14 ñến 5m - theo TCVN; từ 0,15 ñến 4,75 mm - theo tiêu chuẩn của

Mỹ và từ 0,08 ñến 5mm theo tiêu chuẩn của Pháp Chất lượng cát phụ thuộc vào thành phần khoáng, thành phần hạt và hàm lượng tạp chất

Thành phần hạt và ñộ lớn của cát (TCVN 7570-2006) Cát có thành

phần hạt hợp lý sẽ tiết kiệm ñược xi măng, cường ñộ bê tông sẽ cao Thành phần hạt của cát ñược xác ñịnh bằng cách sàng 1000g cát khô trên bộ sàng tiêu chuẩn từ 5 - 0,14mm, lượng sót riêng biệt trên mỗi sàng ai (%) là tỷ lệ % lượng sót trên mỗi sàng mi so với toàn bộ lượng cát ñem thí nghiệm (m):

% 100

m

m

i =

Lượng sót tích luỹ Ai (%) trên mỗi sàng, là tổng lượng sót riêng biệt kể

cát thô,% 0 0-20 15-45 35-70 65-90 90-100 Lượng sót tích luỹ

Thành phần hạt của cát tiêu chuẩn ñược vẽ trên biểu ñồ với trục thẳng ñứng và lượng sót tích luỹ %, trục nằm ngang là ñường kính của các cỡ hạt tương ứng, mm Khi kiểm tra cấp phối hạt của cát tiến hành sàng phân loại và lập bảng về lượng sót tích luỹ của loại cát ñó theo các cỡ sàng quy ñịnh Vẽ ñường biểu diễn của cát cần kiểm tra lên biểu ñồ tiêu chuẩn Nếu ñường biểu diễn nằm lọt trong phạm vi quy ñịnh của hai ñường max và min thì loại cát ñó ñược coi là hợp chuẩn về thành phần hạt

0 20 40 60 80 100

Hình 5.14 Cấp phối tiêu chuẩn cát thô

Thành phần hạt cát theo ASTM C33 - 86 như sau:

Bảng 5.10 Thành phần hạt của cát theo ASTM C33-86

Kích thước lỗ sàng 3/8 in

9,5mm

No4 (4,75)

No8 (2,36)

No16 (1,18)

No30 (0,6)

No50 (0,3)

No100 (0,15) Lượng lọt sàng 100 95-100 80-100 50-85 25-60 5-30 0-10

Tiêu chuẩn Châu Âu BS EN 12620-2002 qui ñịnh thành phần hạt hợp lý cho cát làm bê tông

Mô ñun ñộ lớn của cát ñược tính theo công thức sau:

Mk=(A2.5+A1.25+A0.63+A0.314+A0.14)/100 Dựa vào chỉ tiêu mô ñun ñộ lớn người ta phân cát ra các loại như sau: (bảng 5.11) ( TCVN 7570 - 2006)

Bảng 5.11 Mô ñun ñộ lớn của cát

Thô Mịn

2.0 - 3.3 0.5 - 2.0

Bê tông có cấp từ B35 trở lên phải sử dụng cát thô (Mk ≥ 2.6)

Cát mịn có mô ñun ñộ lớn từ 1-2 dùng cho bê tông cấp B15- B35

Cát thô ñược phép dùng cho các loại bê tông, cát mịn khi cần dùng phải qua các nghiên cứu ñặc biệt

Lượng ngậm tạp chất Hạt nhỏ (bụi, bùn, sét) sẽ làm tăng lượng xi măng

sử dụng trong bê tông Hạt bụi, bùn, sét biến ñổi thể tích lớn khi ñộ ẩm thay ñổi, có thể dẫn ñến phá hoại cấu trúc của bê tông nên phải khống chế chặt chẽ (không ñược lớn hơn 3%) Tạp chất mica không lớn hơn 1,5%, hàm lượng hữu

cơ thấp, ñặc biệt chú ý hàm lượng SO3 không ñược vượt quá 1% Hàm lượng

Cl- trong cát theo khối lượng % không lớn hơn 0.01 với bê tông ứng suất trước,

bê tông dùng cho BTCT không lớn hơn 0.05%

Phản ứng kiềm - silic: Trong thành phần của cát hàm lượng các chất khoáng như Kali, Natri quá lớn có thể gây ra phản ứng kiềm - silic Cát làm

bê tông khi khả năng phản ứng kiềm - silic của cát kiểm tra theo phương pháp hoá học (TCVN 7572-14:2006) phải nằm ở vùng cốt liệu vô hại

Cát ñược coi là không có khả năng phản ứng kiềm-silic nếu biến dạng ε ở tuổi 6 tháng xác ñịnh theo phương pháp thanh vữa nhỏ hơn 0.1%

4.3 Cốt liệu lớn - ñá dăm hoặc sỏi:

Sỏi do mặt tròn, nhẵn, ñộ rỗng và diện tích mặt ngoài nhỏ nên cần ít nước, tốn ít xi măng mà vẫn dễ ñầm, dễ ñổ, nhưng lực dính bám với vữa xi măng nhỏ nên cường ñộ bê tông sỏi thấp hơn bê tông ñá dăm Theo TCVN, cốt

liệu lớn có kắch thước của hạt từ 5 ựến 70mm; theo tiêu chuẩn của Mỹ từ N08 ựến 25 inh, tức là từ 2,36 mm ựến 63 mm (ASTM)

Chất lượng của cốt liệu lớn ựược ựặc trưng bằng các chỉ tiêu sau: cường ựộ; thành phần hạt và ựộ lớn, lượng tạp chất

đường kắnh lớn nhất của cốt liệu (D) có ảnh hưởng lớn ựến cường ựộ bê tông khi Rb < 62 MPa nên chọn D= 25-12,5 mm (1 in - 3/4 in)

khi Rb > 62 MPa nên chọn D= 9,5-12,5 mm

Việc sử dụng cốt liệu thô có ựường kắnh càng lớn càng có lợi về mô ựun ựàn hồi, ựộ dẻo, sự co rút khô

Cường ựộ của ựá dăm ựược xác ựịnh thông qua thắ nghiệm nén mẫu ựá gốc, còn của sỏi (kể cả sỏi dăm) ựược xác ựịnh thông qua thắ nghiệm nén trong xilanh bằng thép và ựược gọi là ựộ nén giập ở trạng thái bão hoà nước đá làm cốt liệu lớn cho bê tông phải có cường ựộ thử trên mẫu ựá nguyên khai hoặc mác xác ựịnh thông qua giá trị ựộ nén dập trong xi lanh lớn hơn 2 lần cấp cường ựộ chịu nén của bê tông khi dùng ựá gốc phún xuất, biến chất; lớn hơn 1.5 lần cấp cường ựộ chịu nén của bê tông khi dùng ựá gốc trầm tắch

Sỏi và sỏi dăm dùng làm cốt liệu cho bê tông các cấp phải có ựộ nén dập trong xi lanh phù hợp với yêu cầu trong bảng 5.12

Bảng 5.12 độ nén dập của ựá dăm và sỏi

độ nén dập bão hoà nước, % khối lượng

không lớn hơn Câp bê tông, B

Bảng 5.13 Các loại mác của ựá dăm né dập ở trạng thái bão hoà nước

độ nén dập ở trạng thái bão hoà nước, % Mác của ựá

dăm, MPa

đá trầm tắch

đá macma xâm nhập và ựá biến chất

đá phún suất phun trào

140

120

- ựến 11

ựến 12 12- 16

ựến 9 9-11

Hàm lượng ion Cl- trong cốt liệu lớn không vượt quá 0.01%

Khả năng phản ứng kiềm silic ñối với cốt liệu lớn ñược quy ñịnh như ñối với cốt liệu nhỏ

Thành phần hạt của cốt liệu lớn ñược xác ñịnh thông qua thí nghiệm

sàng ñá hoặc sỏi trên bộ sàng tiêu chuẩn có kích thước lỗ sàng di = 70, 40, 20,

10 và 5mm; hoặc bộ sàng theo tiêu chuẩn quốc tế phù hợp ; xác ñịnh ai và Airồi vẽ ñường quan hệ Ai và các ñường kính qui ước là: 1,4D; D; D/2; d

D-ñường kính lớn nhất của cốt liệu lớn với lượng sót tích luỹ nhỏ hơn 10% và gần 10% nhất

d- là ñường kính nhỏ nhất của cốt liệu với lượng sót tích luỹ lớn hơn 95% hoặc lớn hơn 90%

Thành phần hạt của cốt liệu lớn phải nằm trong phạm vi quy ñịnh của các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế Theo lượng sót tích luỹ % hoặc lượng lọt qua sàng%

Dcủa cốt liệu lớn cũng phải phù hợp với qui ñịnh của kết cấu bê tông : phải nhỏ hơn 1/3 kích thước nhỏ nhất của kết cấu và nhỏ hơn 3/4 khoảng cách nhỏ nhất của cốt thép; ñối với kết cấu panen mỏng, sàn nhà, bản mặt cầu cho phép bằng 1/2 kích thước nhỏ nhất của kết cấu

ðể kiểm tra thành phần hạt của một loại cát tiến hành như sau:

- Sàng cốt liệu lớn theo bộ sàng mà tiêu chuẩn kỹ thuật của dự án quy ñịnh

- Xác ñịnh bảng thành phần hạt của cốt liệu lớn

- Xác ựịnh ựường kắnh lớn nhất của cốt liệu D và ựường kắnh nhỏ nhất của cốt liệu d Căn cứ vào D và d lựa chọn tiêu chuẩn về thành phần hạt của cốt liệu lớn

- Vẽ biểu ựồ thành phần hạt theo tiêu chuẩn ựã ựược lựa chọn

- Vẽ ựường biểu diễn cấp phối hạt của loại cát cần kiểm tra vào biểu ựồ tiêu chuẩn

đánh giá: Nếu ựường biểu diễn cấp phôắ hạt của cốt liệu lớn nằm trong phạm vi quy ựịnh thì loại cát ựó ựược coi là phù hợp về thành phần hạt

TCVN 7570-2006 chia cốt liệu thành các loại: 5-10; 5-20; 5-40; 5-70; 10-40; 10-70 và 20-70 và qui ựịnh cấp ựộ hạt cụ thể cho từng cấp hạt theo d và

D ghi ở bảng 5-14

Bảng 5-14 - Thành phần hạt của cốt liệu lớn theo TCVN 7570-2006

Lượng sót tắch luỹ trên sàng, % khối lượng ứng với kắch

lỗ sàng

2 in

50

1,5 in 37,5

3/8 in 9,5

N 0 4 4,75

N 0 8 2,36mm

2 in-NO4 95-100 - 37-70 - 10-30 - 0-5

Theo tiêu chuẩn Châu Âu BS EN 13043-2002 qui ñịnh về thành phần cốt liệu cho bê tông ñược xét theo tỷ lệ D/d và kiểm tra tại 6 mắt sàng ñại diện 2D, 1.4D, D/2, D, d và d/2 Thành phần hạt của cốt liệu ñược xét trên toàn bộ dải hạt cốt liệu từ d=0 ñến D=45mm ñược ghi ở bảng 5-16

Bảng 5.16 Thành phần hạt của cốt liệu theo EN 13043-2002

Phần trăm lượng lọt qua sàng theo khối

lượng Loại cốt liệu Cỡ hạt

Thô D/d<2 hoặc D<11.2mm 100 98-100 85-99 25-70 0-20 0-5 Thô D/d<2 hoặc D>11.2mm 100 98-100 90-99 25-70 0-15 0-5 Mịn D/d≤4 và d=0 100 98-100 85-99 25-70 - -

Tự nhiên, 0-8 D=8 và d=0 100 98-100 90-99 25-70 - -

Lượng ngậm tạp chất có hại trong sỏi và ñá dăm chủ yếu là ñất sét, bụi, bùn, tạp chất hữu cơ, muối, Cl- và phản ứng kiềm cốt liệu Hàm lượng của chúng ñược quy ñịnh như sau (bảng 5.17)

Bảng 5.17 Hàm lượng tạp chất có hại trong bê tông Loại tạp chất Bê tông B30 trở lên Bê tông B15-30

qui ñịnh theo hàm lượng xi măng, do các nhà chế tạo qui ñịnh và ñược kiểm tra bằng các mẻ trộn trong phòng thí nghiệm và tại hiện trường

Theo TCVN và tiêu chuẩn ASTM C 494 phân loại phụ gia như sau: Phụ gia hoá học, phụ gia khoáng hoạt tính, phụ gia trơ, phụ gia có công dụng ñặc biệt

Phụ gia hoá học ñược chia làm 7 nhóm: A, B, C, D, E, F, G

Nhóm A: Phụ gia giảm nước hoá dẻo, tăng tính dẻo của hỗn hợp bê tông, như LHD82, KDT2, KANA (Việt Nam), Puzolith

Nhóm B: Phụ gia chậm ninh kết, kéo dài thời gian thi công của bê tông, như PA95, MIGHTY-90RA

Nhóm C: Phụ gia tăng nhanh ñóng rắn, tăng tốc ñộ ninh kết và phát triển cường ñộ sớm cho bê tông, như SAKA 1, NN Các loại phụ gia này trong thành phần có Clorua canxi là chất tăng rắn chắc có hiệu quả tốt Thận trọng khi sử dụng phụ gia này với kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực, bê tông cốt thép, vì chúng có khuynh hướng thúc ñẩy nhanh quá trình ăn mòn cốt thép

Nhóm D: Phụ gia giảm nước và chậm ninh kết, như KANA, Puzolith Nhóm E: Phụ gia giảm nước và ñóng rắn nhanh, như N07

Nhóm F: Phụ giam giảm nước cao hay phụ gia siêu dẻo Loại phụ gia này cho phép giảm ñáng kể lượng nước nhào trộn (10-30%), tăng ñộ lưu ñộng của hỗn hợp bê tông từ 2-4 lần Loại phụ gia này ñược dùng phổ biến ở Việt Nam như PA-99, SELFILL-2010S, R4, RN Các phụ gia này có gốc Ligno Naphtalen, Melamine, Vinyl copolime, Policarboxylate

Nhóm G: Phụ gia giảm nước cao và chậm ninh kết, như MIGHTY-90RA

Phụ gia khoáng hoạt tính là các phụ gia ñược chế tạo từ các chất khoáng

có hoạt tính như: Xỉ lò cao, tro nhẹ, microsilica Các loại phụ gia này thuờng ñược nghiền rất mịn

Phụ gia trơ không có phản ứng hoá học như xi măng Phụ gia trơ ñược sản xuất bằng cách nghiền mịn quặng, ñá vôi, ñất sét

Phụ gia ñặc biệt: Phụ gia cuốn khí, tạo bọt, tạo khí, ức chế ăn mòn cốt thép, phụ gia không co hoặc nở, phụ gia chống thấm, trợ bơm, chống mài mòn

Khi sử dụng phụ gia ngoài việc tăng cường các tính chất ñặc biệt cho bê tông còn có thể cải thiện cấu trúc của bê tông, cải thiện tỷ lệ N/X, cải thiện ñộ ñặc cho bê tông và cho phép tạo ra các loại bê tông mới như: Bê tông chất lượng cao, bê tông phun, bê tông chống thấm cao, bê tông tự ñầm

4.5 Nước:

Nước ñể chế tạo bê tông (rửa cốt liệu, nhào trộn và bảo dưỡng bê tông) phải có ñủ phẩm chất ñể không ảnh hưởng xấu ñến thời gian ninh kết và rắn

chắc của xi măng và không gây ăn mòn cốt thép Nước sinh hoạt là nước có thể dùng ñược, còn các loại nước không nên dùng là : nước ñầm, ao, hồ, nước chứa dầu mỡ, ñường, nước có ñộ pH < 4, nước có chứa muối sunfát lớn hơn 0,27% (tính theo lượng ion SO4 )

Nước biển có thể dùng ñể chế tạo bê tông cho những kết cấu làm việc trong nước biển , nếu tổng các loại muối trong nước không vượt quá 35g trong một lít nước Tuy nhiên cường ñộ bê tông sẽ giảm khoảng 15% và không ñược

sử dụng khi trong bê tông có cốt thép

5 THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG NẶNG:

5.1 Khái niệm :

Thiết kế thành phần bê tông là lựa chọn thành phần vật liệu chế tạo bê tông như nước, xi măng, cát, ñá hoặc sỏi, phụ gia cho 1m3 bê tông sao cho ñảm bảo các yêu cầu kỹ thuật về cường ñộ, ñộ dẻo, các yêu cầu khác và giá thành hợp lý Thể tích của bê tông ñược giả ñịnh là hoàn toàn ñặc

Lượng nguyên vật liệu tính toán cho 1m3 bê tông ñược biểu thị bằng tỷ

số về khối lượng hay về thể tích trên một ñơn vị khối lượng hoặc thể tích xi măng

Nguyên tắc chung của việc thiết kế là nguyên tắc về thể tích tuyệt ñối có nghĩa là thiết kế 1m3 bê tông hoàn toàn ñặc có khối lượng thể tích quy ñịnh

Những ñiều kiện ban ñầu: ðể thiết kế thành phần bê tông cần phải biết trước những ñiều kiện sau:

- ðặc tính và nguồn vật liệu: Vật liệu chế tạo bê tông cần ñảm bảo các yếu tố theo tiêu chuẩn hiện hành Nguồn vật liệu cố ñịnh ñảm bảo ñủ khối lượng cho dự án

- ðiều kiện vận chuyển bê tông hoặc cấu kiện bê tông

- ðiều kiện thời tiết

- Trình ñộ thiết bị máy móc và trình ñộ công nhân

5.1.1 Yêu cầu về cường ñộ bê tông tối thiểu và cường ñộ yêu cầu

Cần xác ñịnh rõ cường ñộ bê tông mà thiết kế chỉ ñịnh về trị số và về tuổi; Thông thường trị số cường ñộ thiết kế chỉ ñịnh ký hiệu là Rbt , ñó chính là cường ñộ chịu nén tối thiểu ở tuổi t ngày Cường ñộ nén tối thiểu ở ngày 28 ký hiệu là Rb

ðể ñáp ứng ñược yêu cầu về cường ñộ ñã chỉ ñịnh, bê tông phải ñược thiết kế sao cho cường ñộ nén trung bình ño ñược ngoài thực tế phải lớn hơn cường ñộ nén thiết kế chỉ ñịnh Rb một giá trị ñủ ñể xác suất của những lần thử

mẫu có kết quả không ñạt yêu cầu là nhỏ nhất (có nghĩa là xác suất ñể có cường

ñộ thấp hơn Rb là tối thiểu) Theo TCVN cho phép thiết kế theo cường ñộ thiết

kế chỉ ñịnh là Rb Sự cho phép này chỉ ñúng trong trường hợp ñã có rất ñầy ñủ

số liệu về bê tông và công nghệ

Cường ñộ yêu cầu: Ngày nay các thiết kế thành phần bê tông thường

ñược thiết kế theo cường ñộ yêu cầu Cường ñộ yêu cầu ñược ký hiệu là Ryc là giá trị cường ñộ có xét ñến xác suất các mẫu thử không ñạt yêu cầu là từ 1% ñến 5% Theo TCVN giá trị này là 5%, có nghĩa là các thiết kế ñảm bảo chỉ có nhiều nhất là 5% các mẫu thử có cường ñộ nhỏ hơn cường ñộ tối thiểu, Rb quy ñịnh

Cường ñộ yêu cầu, Ryc ñược tính theo ñộ lệch chuẩn σ như sau :

Ryc = Rb + 1,34σ, Psi hoặc: Ryc = Rb + 2,33σ-500, Psi

ðối với bê tông cường ñộ cao:

Ryc=(Rb+1400)/0.9, Psi Cường ñộ yêu cầu tại công trường Rycc thấp hơn 10% so với cường ñộ yêu cầu trong phòng thí nghiệm

Rycc=Rb+1400 Theo ACI 318 quy ñịnh các trị số về cường ñộ yêu cầu theo cường ñộ bê tông tối thiểu như sau:

f’yc = f’c + 6,9 Mpa, với f’c < 21 MPa f’yc = f’c + 8,3 Mpa, với f’c < 35 MPa f’yc = f’c + 9,66 Mpa, với f’c > 35 MPa Theo kinh nghiệm của các nghiên cứu tại ðại học GTVT Hà Nội thì có thể lấy gần ñúng Ryc như sau:

Ryc = 1,25Rb với Rb < 50 MPa và Ryc = 1,3Rb với Rb > 50 MPa

Trước ñây theo các công thức của tiêu chuẩn Nga thường thiết kế theo cường ñộ tối thiểu Rb Hiện nay các thiết kế trong phòng thí nghiệm ñều thiết

kế theo cường ñộ yêu cầu

5.1.2 Yêu cầu về ñộ sụt và thời gian giữ ñộ sụt

Tuỳ theo ñặc tính của kết cấu (lượng cốt thép, kích thước của kết cấu), nhiệt ñộ môi trường thi công, ñường kính lớn nhất của cốt liệu, ñể lựa chọn ñộ sụt và thời gian giữ ñộ sụt Hai chỉ tiêu này quyết ñịnh việc lựa chọn lượng nước, lượng và loại phụ gia sử dụng

5.1.3 Yêu cầu khác

Ngoài cường ñộ nén tác ñộng ñến việc lựa chọn vật liệu và các tỷ lệ thành phần còn có nhiều yếu tố khác có ảnh hưởng không nhỏ chúng bao gồm:

- Mô ñun ñàn hồi

- Cường ñộ kéo và uốn

- Nhiệt ñộ Hydrat hoá

- Từ biến và ñộ co ngót khô

- ðộ bền hoá học

- ðộ thấm nước hoặc thấm nước biển

- Thời gian và phương pháp chế tạo bê tông và kết cấu bê tông

- Khả năng làm việc và môi trường làm việc của bê tông

5.2 Phương pháp thiết kế thành phần bê tông:

Các phương pháp thiết kế thành phần bê tông ñược sử dụng rộng rãi hiện nay là: phương pháp của Ban môi trường Anh ( The British Department of the Environment), của Viện bê tông Mỹ (The American Concrete Institute), phương pháp ″ Dreux - Gorisse ″ của Pháp, phương pháp Mơñooc (L.J Murdock) của Anh, phương pháp của Hội ñồng bê tông Pooclăng ( The New Zealand Porland Concrete Association), phương pháp Bolomey - Skramtaev (Nga) Mỗi phương pháp ñều có phạm vi thích dụng riêng Trong khuôn khổ giáo trình này xin ñược giới thiệu 3 phương pháp : phương pháp Bolomey - Skramtaev (sử dụng phổ biến ở Việt nam), AC I, và phương pháp ″Dreux - Gorisse″ (sử dụng phổ biến ở Pháp và một số nước châu Âu)

Phương pháp chung là phương pháp lý thuyết kết hợp với ″thực nghiệm″ dựa trên cơ sở lý thuyết ″thể tích tuyệt ñối″, có nghĩa là tổng thể tích tuyệt ñối (hoàn toàn ñặc) của vật liệu trong 1m3 bê tông thì bằng 1000 lít Chúng chỉ khác nhau ở chỗ lựa chọn thành phần và tỷ lệ các cấp hạt cốt liệu

- Kiểm tra trong quá trình thi công, kỹ sư vật liệu tại công trường phải tiến hành ñiều chỉnh thành phần vật liệu, phương pháp thi công khi có các kết quả sai khác với thiết kế ban ñầu

5.2.1 Phương pháp Bolomey - Skramtaev:

Cơ sở lý thuyết của phương pháp này: Bê tông ñược coi là hoàn toàn ñặc

và là tổng của các thể tích ñặc riêng rẽ của các vật liệu tạo ra bê tông

Vab =1000 = Vax + Vac + Vax + Van

Các bước tính toán

a) Xác ñịnh lượng nước N. Dựa vào ñộ cứng hoặc ñộ lưu ñộng, yêu cầu lượng nước nhào trộn ñược xác ñịnh trên bảng tra (bảng 5.18.) Lượng nước xác ñịnh ñược ứng với cát trung bình (Nyc = 7%) và sỏi

Nếu là cát nhỏ thì lượng nước cần tăng lên 7 - 10% và nếu ñộ ẩm của cát tăng lên hoặc giảm ñi cứ 1% thì lượng nước tăng lên hay giảm ñi theo tính toán

tỷ lệ với khối lượng cát trong bê tông

Bảng 5.18 : Lượng nước cho bê tông, kg/m 3

Loại cốt liệu và ñường kính hạt(mm)

ðộ cứng

(x)

ðộ sụt (SN)

1.34 1.42 1.48 1.52

Ghi chú: khi X > 400-500 chúng tôi ñề nghị chọn α từ 1.52 với cốt liệu sỏi và 1.56 với cốt liệu ñá dăm

b) Tỷ lệ X/N: ñược tính theo công thức sau :

- Với bê tông có X/N = 1,4 - 2,5 :

0, 5

yc

x

R X

R X

N = A R −trong ñó : Ryc - Cường ñộ chịu nén yêu cầu của bê tông

Rx - Mác của xi măng

A , A1 - hệ số, ñược xác ñịnh theo bảng 5.5

c) Lượng xi măng :

( )kg N N

ðể ñảm bảo ñộ dẻo cần sử dụng các chất tăng dẻo hoặc siêu dẻo thích hợp

d) Lượng cốt liệu lớn và nhỏ xác ñịnh dựa vào lý thuyết về thể tích tuyệt ñối:

Thể tích 1m3 (hoặc 1000 lít) hỗn hợp bê tông sau khi ñầm chặt là tổng thể tích ñặc của cốt liệu, xi măng và nước:

Thể tích rỗng của cốt liệu lớn phải ñược nhét ñầy vữa xi măng có kể ñến

sự trượt xa nhau của các hạt (α) :

α ρ

ρ ρ

od

D C

C N

N x

X

= +

Từ những phương trình trên tính ñược :

Tính lượng ñá: D, kg

kg r

D

D oD

d

, 1 100

ρ ρ

α

+

=

trong ñó : rd - ñộ rỗng của cốt liệu lớn

α - hệ số trượt (hệ số dư vữa)

Với hỗn hợp bê tông cứng α = 1,05 - 1,15 ; với hỗn hợp bê tông dẻo α biến thiên từ 1,25 - 1,53 và lớn hơn, ñược chọn theo bảng 5-15

Tính lượng cát: C, kg

Theo lý thuyết thể tích tuyệt ñối ta có:

) (

D N X

ρ ρ ρ

Khối lượng của 1m3 bê tông tươi: X+C+D+N, kg/m3

Tỷ lệ theo khối lượng:

X

D X

C X

N X

D X

C X

N X

X

: : : 1 : :

Kiểm tra bằng thực nghiệm: Sau khi tính toán sơ bộ thành phần bê tông

cần chế tạo các mẫu thử và phải kiểm tra lại ñộ lưu ñộng (hay ñộ cứng ), cường ñộ , ñộ bền và các yêu cầu khác theo tiêu chuẩn kỹ thuật của dự án

Cường ñộ chịu nén của bê tông thử theo TCVN 3118-93

Theo tiêu chuẩn ASTM C172 và C31 kích thước mẫu thử 6x12in, lấy cường ñộ nén là thông số chính ñể kiểm tra chất lượng Bộ tiêu chẩn ACI qui ñịnh chất lượng bê tông ñược ñảm bảo nếu:

- Không có kết quả thí nghiệm cường ñộ riêng lẻ nào (trung bình của 2 mẫu thử) nhỏ hơn cường ñộ tối thiểu Trong các trường hợp cụ thể có thể qui ñịnh có 5% hoặc 1% các kết quả thử nhỏ hơn cường ñộ tối thiểu (Rb hoặc fc) ñến 500psi ( 3,44 MPa)

- Mọi giá trị trung bình số học của 3 giá trị cường ñộ nối tiếp nhau phải bằng hoặc lớn hơn f’c

Trong trường hợp cường ñộ chịu nén không ñạt yêu cầu tiến hành thiết

kế lại

Hệ số sản lượng bê tông: Trong thực tế khi chế tạo bê tông vật liệu ựược

sử dụng ở trạng thái tự nhiên (VoX , VoC , Vođ ) , cho nên thể tắch hỗn hợp bê tông sau khi nhào trộn (Vb) luôn nhỏ hơn tổng thể tắch của chúng điều ựó ựược thể hiện bằng hệ số sản lượng β :

D C X

ρ ρ ρ

β

+ +

V N

C

V C X

V X

1000

; 1000

1000

; 1000

0 0 0 0

0 0 0 0

β β

β β

=

=

=

=

5.2.2 Phương pháp ACI (Viện bê tông Mỹ):

Về cơ bản phương pháp này cũng sử dụng cường ựộ yêu cầu theo mẫu hình trụ đó là phương pháp tắnh toán cộng thực nghiệm và dựa vào lý thuyết thể tắch tuyệt ựối Phương trình tổng quát như sau :

VB ρB = Vx.ρx + VC ρC +Vđ ρđ +VN ρN

Lựa chọn ρB theo yêu cầu về công trình theo bảng A5

ρB=B/1m3

; B = C + đ + N + X trong ựó B là khối lượng của bê tông tươi

3 1

Các bước tắnh toán thành phần như sau :

- Chọn ựộ sụt nếu, không cho trước thì có thể chọn theo bảng A.1

- Chọn kắch thước max của cốt liệu thô : Dmax ≤ 1/5 kắch thước nhỏ nhất của kết cấu, ≤ 1/3 chiều dày bản , ≤ 3/4 khoảng cách nhỏ nhất giữa các thanh thép

- Xác ựịnh lượng nước N : tra bảng A.2

- Xác ựịnh tỷ lệ N/X : tra bảng A.3

- Xác ựịnh lượng X :

Khi áp dụng vào thực tế tính toán ở Việt nam, nếu các vật liệu kiểm tra phù hợp thì cũng có thể dùng ñược

Xác ñịnh lượng: lượng cát (cốt liệu mịn) ñược tính như sau:

D a

V

C d

X

D N

trong ñó: ρc - khối lượng riêng trung bình của cát

ρx - khối lượng riêng của xi măng (thường bằng 3,15T/m3)

V - khối lượng khí (tính theo 2%)

Các bước tiếp theo làm tương tự như phương pháp Bolomey - Skramtaev

Phương pháp của ACI - Mỹ chỉ hiệu quả với việc thiết kế thành phần bê tông có cường ñộ nén hoặc bằng 50 Trong trường hợp các bê tông có phụ gia hoặc bê tông có chất lượng cao thì phải dùng các thiết kế ñặc biệt (xem ACI 363-R hoặc tiêu chuẩn ngành GTVT)

Bảng A.1 ðộ sụt của bê tông theo loại kết cấu

ðộ sụt, cm Loại kết cấu