Bμi viết nμy giới thiệu tóm tắt các bước thiết kế hỗn hợp BTTĐ, các thí nghiệm đối với vữa vμ BT cũng như đánh giá, so sánh đặc tính của BTTĐ vμ BT thông thường.. Vật liệu thành phần
Trang 1Công nghệ bê tông tự đầm
ThS Hoàng thị thanh thuỷ
Bộ môn Kết cấu Khoa Công trình - Trường ĐHGTVT
Tóm tắt: Bê tông tự đầm (BTTĐ)được chế tạo lần đầu tiên ở Nhật bản vμo khoảng 10
năm trước đây Thuộc tính đặc biệt của loại bê tông (BT) nμy lμ khả năng tự thoát khí vμ chảy
tới mức cân bằng chỉ dưới tác dụng của trọng lượng bản thân Cơ sở của BTTĐ lμ sử dụng hμm
lượng chất bột vμ phụ gia siêu dẻo cao với hμm lượng xi măng vμ tỉ lệ nước/ xi măng thông
thường BTTĐ có ưu thế đặc biệt khi cốt thép đặt dμy đặc hoặc chi tiết cấu kiện có hình dạng
phức tạp gây khó khăn cho công tác đầm Bμi viết nμy giới thiệu tóm tắt các bước thiết kế hỗn
hợp BTTĐ, các thí nghiệm đối với vữa vμ BT cũng như đánh giá, so sánh đặc tính của BTTĐ vμ
BT thông thường
Summary: Self Compacting Concrete (SCC) was first produced about 10 years ago in
Japan The unset concrete has a special property that is it deaerates just under the influence of
its iron weight and flows to a uniform level The basis of this concrete is a high content of
ultrafines and super-plasticizer with a normal cement content and water/cement ratio This
concrete can be especially advantageous where vibration compaction is particularly difficult
because of heavy reinforcement or unfavourably shaped components This article introduces
briefly the design process for mixture of SCC, the experiments for SCC and the evaluation,
comparison of characteristics of SCC and normal concrete
i Giới thiệu chung
Yêu cầu đặt ra đối với BTTĐ là chỉ dưới
tác dụng của trọng lượng bản thân, vữa BT
được lấp đầy ván khuôn theo hình dạng mong
muốn, bao bọc hoàn toàn cốt thép, tự thoát
khí và không bị phân tầng Để đạt được những
phẩm chất này, BT tươi trước hết phải có độ
chảy đặc biệt lớn Mặt khác, BT phải có độ ổn
định cấu trúc cao, tức là vữa BT phải có độ
nhớt cần thiết chống lại sự lắng của cốt liệu
thô để tránh sự phân tầng của BT Trên hình
1, giới thiệu nguyên tắc cơ bản để chế tạo
BTTĐ theo Okamura (Nhật)
Điều kiện không thể thiếu được để chế tạo thành công BTTĐ với độ chảy lớn là phụ gia siêu dẻo hoạt tính cao Đặc biệt, sự ra đời của phụ gia siêu dẻo thế hệ mới (thí dụ như Polycarbocylate) đã tạo ra một bước tiến trong công nghệ BTTĐ
II Thiết kế hỗn hợp bê tông
1 Vật liệu thành phần
BTTĐ
Độ nhớt của vữa và
BT đủ lớn
Khả năng chống phân tầng cao
Hạn chế hàm lượng cốt liệu
Sử dụng phụ gia siêu dẻo hoạt tính cao
Giảm tỉ lệ nước/ xi măng
Hình 1: Nguyên tắc cơ bản chế tạo BTTĐ theo Okamura
Vật liệu để chế tạo BTTĐ nói chung tương tự như đối với BT thông thường, tham gia vào
hỗn hợp chất bột ngoài xi măng ra phần lớn có thêm tro bay và bột
đá vôi Cũng
có thể sử dụng bụi silic
Trang 2và các chất độn BT dạng mịn khác Trong
cùng một điều kiện, việc sử dụng tro bay làm
tăng độ chảy của BTTĐ, trong khi việc đưa
vào bột đá nghiền làm tăng độ ổn định cấu
trúc và do đó có tác dụng chống phân tầng
trong BT
Cần đặc biệt chú ý đến tác động tương
hỗ giữa xi măng, các chất bột khác và phụ gia
siêu dẻo Phụ gia siêu dẻo trên cơ sở
Polycarboxylate khi phối hợp tốt có thể cho
BT thời gian chảy rất dài, trong khi ở các
trường hợp khác quá trình chảy thường kết
thúc sau một thời gian ngắn
2 Thiết kế hỗn hợp và nhào trộn
Tuỳ theo thành phần chế tạo, BTTĐ được
phân biệt theo ba dạng: dạng bột (Poder -
Typ), dạng nhớt (Viscosity – Agent - Typ), và
dạng tổ hợp (Combination - Typ)
Trong dạng bột, BT được chế tạo với hàm
lượng bột cao Theo phương pháp
OKA-MURA, thành phần nhào trộn được quyết định
trên cơ sở thí nghiệm theo từng bước Các
nghiên cứu cần thiết được tiến hành đối với
hồ, vữa và cuối cùng là BT Sau đây là
phương pháp chế tạo BTTĐ dạng bột loại I
theo OKAMURA
Bước 1: Xác định độ rỗng
Độ rỗng của BTTĐ được đánh giá dao
động trong một khoảng khá lớn, thường
4 ữ 7% Sử dụng giá trị nào là tuỳ thuộc vào
kinh nghiệm của người thi công Sau khi chế
tạo xong BT, cần kiểm tra xem độ rỗng giả
thiết có phù hợp với giá trị trong thực tế không
Bước 2: Xác định hμm lượng cốt liệu thô
Hàm lượng cốt liệu thô được chọn sao
cho thể tích của chúng bằng khoảng 50% thể
tích BT đã trừ lỗ rỗng Như vậy, ta có công
thức tính thể tích cốt liệu thô:
và công thức tính khối lượng cốt liệu thô cho
Bước 3: Xác định hμm lượng cốt liệu nhỏ
(hμm lượng cát)
40% thể tích vữa và được xác định theo công thức sau:
Bước 4: Xác định thμnh phần hỗn hợp
bột
Sự phù hợp của hỗn hợp các chất bột
được đánh giá qua nghiên cứu về khả năng hấp thụ nước của chúng ở đây, người ta nghiên cứu 3 đến 5 hỗn hợp có tỉ lệ nhào trộn
để xác định độ chảy theo phương pháp chảy
được từ thí nghiệm Giao điểm của trục tung với đoạn biểu đồ thẳng nghiêng góc α so với
giá độ hấp thụ nước của hỗn hợp Nói chung,
Hình 2: Đánh giá hỗn hợp chất bột theo
khả năng hấp thụ nước
Bước 5: Xác định hμm lượng nước vμ
lượng phụ gia siêu dẻo
ở bước này vữa được nhào trộn từ lượng chất bột đã xác định ở trên và 40% về thể tích những hạt đá tươi nhỏ, thí dụ tới 4 mm) Lượng
Trang 3nước trước tiên được chọn sao cho tỉ lệ thể
80 ữ 90% giá trị β
Trong bảng 1 giới thiệu thành phần của
hai loại BTTĐ dạng bột (Poder-Typ) từ các vật liệu khác nhau và thành phần của một BT thông
thường cấp cường độ C30/37 để so sánh
Tiếp theo người ta trộn phụ gia siêu dẻo
vào và kiểm tra đặc tính của vữa ở đây sẽ
xác định độ chảy tràn và thời gian chảy qua
phễu của hỗn hợp vữa Luợng phụ gia sẽ
được chọn sao cho độ chảy tràn vào khoảng
với luợng nước đã chọn và phụ gia đã sử dụng
mà không thể thu được kết quả nêu trên thì có
thể điều chỉnh hàm lượng nước và phụ gia để
thay đổi thành phần vữa Nếu vẫn không
được, phải chọn thành phần chất bột khác
Bước 6: Trộn cốt liệu thô vμ đánh giá độ
chảy của BT tươi
Trong bước này, sẽ đánh giá xem với thành
thành phần vữa được xác định từ bước 1 đến
bước 5 có chế tạo được BT có độ chảy cao
hay không ở đây, các cốt liệu thô được nhào
trộn vào vữa theo tỉ lệ đã xác định Việc đánh
giá được tiến hành sau một số thí nghiệm đối
với BT Nếu hỗn hợp tạo thành không đạt
được khả năng tự đầm thì có thể cố gắng thay
đổi thành phần nước và phụ gia siêu dẻo
trong một phạm vi nhỏ để nâng cao khả năng
này Nếu vẫn không được thì phải tìm công
thức khác
Iii Các phương pháp thí nghiệm
Người ta phân biệt các thí nghiệm đối với
hồ hoặc vữa và các thí nghiệm đối với BT
1 Các thí nghiệm đối với hồ hoặc vữa
1.1 Thí nghiệm xác định độ chảy rộng
Thí nghiệm này nhằm xác định độ chảy của vữa cũng như của hồ ở đây sử dụng phương pháp Haegermann, được biểu diễn trên hình 3 Khuôn hình côn được đặt trên một
bề mặt sạch, nhẵn và hơi ẩm, được đổ đầy hồ hoặc vữa tới mép trên Sau đó, khuôn được nhấc lên để cho khối vữa chảy tràn ra chỉ dưới tác dụng của trọng lượng bản thân Độ rộng của “bánh” vữa thu được là đại lượng đánh giá
độ chảy của vữa
Hình 3 Thí nghiệm xác định độ chảy rộng
của hồ vμ vữa bê tông
Bảng 1
Thí dụ so sánh thμnh phần của hai BTTĐ vμ một BT đầm thông thường
Xi măng CEM I 42,5 R (kg/m 3 )
Tro bay (kg/m 3 )
Bột đá vôi (kg/m 3 )
Nước (kg/m 3 )
Cát 0/2 (kg/m 3 )
Cát 2/4 (kg/m 3 )
Cát 4/8 (kg/m 3 )
Sỏi 8/16 (kg/m 3 )
Phụ gia siêu dẻo (Polycarboxylate)
Cường dộ chịu nén fcm (N/mm 2 )
300
250
0
170
460
306
306
460 1,15% lượng XM
67
300
0
300
182
460
306
306
460 1,60% lượng XM
39
300
0
0
165
453
273
544
545
0
45
Trang 4Hình 4 Thí nghiệm xác định thời gian chảy qua
phễu của hồ vμ vữa BT
ở Nhật Bản, người ta không sử dụng giá
trị đường kính bánh vữa mà xác định quan hệ
giữa diện tích bánh vữa thu được và diện tích
đáy dưới của khuôn hình côn có đường kính
chảy tràn tương đối Γ được tính bằng công
thức sau:
Trong chế tạo BTTĐ theo OKAMURA
người ta cố gắng đạt tới giá trị Γ = 5 Giá trị
này tương ứng với đường kính bánh vữa
khoảng 24,5 cm khi sử dụng khuôn hình côn
theo Haegermann
1.2 Thí nghiệm xác định thời gian vữa
chảy qua phễu (hình 4)
Thí nghiệm này nhằm đánh giá độ nhớt
của vữa Phễu được làm sạch và ẩm ở mặt
trong rồi được đổ đầy vữa tới miệng Tiếp theo
sẽ xác định khoảng thời gian tính bằng giây
để vữa chảy hết khỏi phễu sau khi mở nắp
phễu phía dưới Vữa sẽ có độ nhớt càng cao
nếu tốc độ chảy khỏi phễu của nó càng nhỏ
Trong các tài liệu của Nhật, độ nhớt được
gian chảy qua phễu đo được t tính bằng giây:
Trong chế tạo BT theo phương pháp OKAMURA, người ta cố gắng đạt tới độ nhớt
ứng với khoảng thời gian là 10 giây để vữa chảy hết khỏi phễu
2 Các thí nghiệm đối với BT
Để đánh giá độ chảy và độ nhớt của BT, người ta cũng tiến hành hai thí nghiệm cơ bản tương tự như đối với hồ và vữa đã được trình bày ở trên Ngoài ra, còn có một loạt thí nghiệm độc lập và tổng hợp khác nhằm đánh giá khả năng cân bằng nằm ngang sau khi BT ngừng chảy, độ lắng, độ tắc nghẽn cốt liệu, khả năng phân tầng, độ rỗng cũng như độ chảy và độ nhớt của BT
IV Đặc tính của BT cứng
Những đặc tính của BTTĐ được trình bày sau đây là đối với BT có lượng chất bột trong
- Cường độ chịu nén
Cường độ chịu nén của BTTĐ tương
đương với cường độ chịu nén của BT đầm có
tỉ lệ nước/ xi măng thông thường và cường độ
xi măng theo quy chuẩn Cường độ của BTTĐ
- Cường độ chịu kéo
Theo một số tác giả, cường độ chịu kéo của BTTĐ có giá trị bằng 8 ữ 10% cường độ chịu nén, giống như trong BT thông thường Những nghiên cứu khác lại cho biết, con số này bằng khoảng 10 ữ 15%
- Mô đun đμn hồi
Với cùng một cường độ của đá xi măng, BTTĐ nói chung có mô đun đàn hồi nhỏ hơn trong BT thông thường có cùng cường độ
- Cường độ dính bám
Hiện vẫn chưa có những nghiên cứu có tính hệ thống về cường độ dính bám trong BTTĐ và khó có thể so sánh các kết quả khác
Trang 5nhau được đưa ra do các BT được nghiên cứu
có thành phần và cuờng độ khác nhau
- Co ngót vμ từ biến
Biến dạng co ngót của BTTĐ lớn hơn của
BT thông thường và sau 90 ngày đạt 11% độ
co ngót lớn nhất Độ co ngót cuối cùng của
BTTĐ có phụ gia tăng nhớt có thể lớn hơn tới
50% giá trị tương ứng trong BT cấp phối thông
thường có cường độ tương đương
Một số tác giả cho biết, từ biến của BTTĐ
lớn hơn khoảng 10% so với BT đầm thông
thường
- Quan hệ ứng suất - biến dạng
Trên cơ sở những nghiên cứu so sánh
đường cong ứng suất - biến dạng của BTTĐ
và BT thông thường, có thể thấy rõ ở nhánh đi
lên của biểu đồ σ - ε BTTĐ làm việc giống như
BT thường, còn nhánh đi xuống nói chung dốc
hơn Điều này thể hiện rõ trên hình 5 khi so
sánh đường cong σ - ε của ba BTTĐ và một
BT thông thường Tất cả các BT đều có tỉ lệ
nước/ xi măng là 0,55 Các BTTĐ có hàm
này có cường độ khác nhau do sử dụng lượng
tro bay khác nhau Với cường độ chịu nén tăng
lên, biến dạng khi phá hoại cũng tăng lên
V Kết luận
Trong gần mười năm kể từ khi ra đời đến
nay, công nghệ BTTĐ đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi ở Nhật Bản, cũng như bước
đầu áp dụng ở Canađa, Mỹ và ở nhiều nước châu Âu
Ưu điểm của công nghệ này thể hiện rõ rệt ở những mặt sau:
- Tiết kiệm nhân công cho công tác đầm
- Rút ngắn thời gian thi công
- Cải thiện chất lượng bề mặt cấu kiện
BT, tăng mỹ quan công trình
- Đảm bảo chất lượng đổ BT ngay cả khi cốt thép đặt dày đặc hoặc chi tiết cấu kiện có hình dạng góc cạnh
- Nâng cao tuổi thọ công trình
- Giảm độ ồn trên công trường và trong nhà máy sản xuất bê tông
Về khả năng ứng dụng công nghệ BTTĐ
ở Việt nam, xin có một số ý kiến như sau:
Về vật liệu: Với nguồn sản xuất trong
nước và cung cấp của các công ty nước ngoài,
ở nước ta có đủ điều kiện để sản xuất BTTĐ Cần chú ý đến vai trò quyết định của phụ gia siêu dẻo hoạt tính cao gốc Polycarbocylate
Về thiết bị thí nghiệm: các thí nghiệm
nhằm xác định và điều chỉnh thành phần nhào trộn cũng như các tính chất cơ lý của BT cứng
có thể được tiến hành trong phòng thí nghiệm
, các trường đại học
Về trình độ n
ở các viện nghiên cứu
gười thi công: Cần trang bị tốt
kiến thức cho người sản xuất vì thành công của BTTĐ chỉ có thể đạt
được khi tất cả những người tham gia vào quá trình chuẩn bị vật liệu, thiết kế, chế tạo và đổ
BT hiểu biết về công việc của mình và các công đoạn liên quan
Hình 5 Quan hệ ứng suất- biến dạng của BTTĐ vμ BT đầm thông thường
Trang 6Về khả năng chế tạo lắp ghép: Ưu thế
của BTTĐ sẽ được nâng cao nếu rút ngắn
được các công đoạn (do đó giảm bớt các tác
động) Do vậy, việc áp dụng công nghệ mới này trong chế tạo cấu kiện lắp ghép có thể cho sự thành công nhanh chóng hơn khi thi công tại công trường
Tài liệu tham khảo
[1] Gruebl, P., Weigler, H vμ Karl, S Beton -
Arten, Herstellung und Eigenschaften (Bê tông- phân loại, chế tạo và đặc điểm) Nhà xuất bản Ernst & Sohn, CHLB Đức, 2001
[2] Koenig, G., Nguyen Viet Tue vμ Zink, M
Hochleistungsbeton - Bemessung, Herstellung und Anwendung (Bê tông tính năng cao- tính toán, chế tạo và sử dụng) Nhà xuất bản Ernst & Sohn, CHLB Đức, 2001
[3] Grube, H vμ Rickert, J Selbstverdichtender
Beton - ein weiterer Entwicklungsschritt des 5 - Stoff - Systems Beton (Bê tông tự đầm - bước phát triển tiếp theo của vật liệu bê tông 5 thành
