Thiết kế cấp phối bê tông va kiểm tra bằng thực nghiệm

Cấp phối bê tông là tỷ lệ thành phần các vật liệu cho 1m³ bê tông.Cấp phối bê tông phụ thuộc vào mác bê tông, kích thước cốt liệu, chất kết dính, thành phần phụ gia.Với bê tông thường cấp phối bê tông thường được hiểu là tỷ lệ các thành phần: xi măng (kg), đá (m³), cát (m³), nước (lit) cho 1m³ bê tông.Cấp phối bê tông được quy định trong định mức dự toán vật liệu theo mác bê tôngĐể có được cấp phối bê tông người ta phải tiến hành thí nghiệm nhiều lần với các tỷ lệ thành phần khác nhau để có được tỷ lệ thích hợp cho từng mác bê tông khác nhau.Cũng tương tự như thế các nhà sản xuất xi măng, chất phụ gia cũng cung cấp một cấp phối tham khảo cho từng loại xi măng áp dụng, từng loại phụ gia áp dụng.

Bài 2:

THIẾT KẾ CẤP PHỐI BÊ TÔNG và KIỂM TRA BẰNG

THỰC NGHIỆM

A THIẾT KẾ CẤP PHỐI BÊTÔNG

I Mục đùích thí nghiệm

Thiết kế sơ bộ cấp phối bê tông để làm cơ sở kiểm tra điều chỉnh để có được một cấp phối thỏa yêu cầu

II Thiết kế cấp phối bê tông theo phương pháp thể tích tuyệt đối của Bôlomey-Skramtaiev

II.1 Cơ sở thiết kế:

Cường độ của bêtông : Rb = 300 kgf/cm2

Cường độ xi măng : Rx = 400 kgf/cm2

Độ sụt thiết kế : SN = 7 – 8 cm

Nguyên vật liệu chất lượng trung bình

Các tính chất cơ lý của nguyên vật liệu như bài 1

Trộn hỗn hợp bê tông bằng tay

II.2 Trình tự thiết kế

 Tính lượng nước N

Dmax

Đặc trưng cuả hỗn hợp bê tông Đá dăm

Cốt liệu lớn là đá dăm Dmax = 25 mm

SN = 7 - 8 cm

Tra bảng chọn lượng nước N = 195 lít

 Tính lượng xi măng X

) 5 0 ( 



N

X

AR

5 0 400

300 5









X

b

AR

R

N

X

Với :A = 0.5 là hệ số phụ thuộc vào chất lượng nguyên liệu và phương pháp xác định mác xi

măng

Suy ra X = N x X/N = 195x2.0 = 390 Kg

 Tính lượng đá dăm

Kg r

Đ

aĐ Đ Đ

1247 7

2

1 49

1

434 1 448 0

1000 1

1000

0



















Với  = 1.47, hệ số phụ thuộc lượng xi măng

 Tính lượng cát

Kg N

Đ X

aĐ aX

555 62 2 )]

195 7 2

1247 968

2

390 ( 1000 [ )]

( 1000





Ta có cấp phối cho 1m3 betông

X = 390 Kg

N = 195 Kg

Đ = 1247 Kg

C = 555 Kg

Cấp phối cho 12(l) bê tông

X = 4.68 Kg

N = 2.34 Kg

Đ = 14.96 Kg

C = 6.66 Kg

B PHẦN THỰC NGHIỆM

I Dụng cụ thí nghiệm

1 Khay trộn, bay xây dựng

2 Cân kĩ thuật, chính xác 1 gram

3 Tấm lót kim loại

4 Thước lá kim loại, dài 30cm, chính xác 0.5cm

5 Thanh thép tròn trơn, đường kính 16mm, dài 600mm, hai đầu

múp tròn

6 Khuôn đúc mẫu 15x15x15 cm

7 Máy nén bê tông

6.Côn thử độ sụt với các thông số cho trong bảng

Bảng :

Kích thước Loại côn

d D h

II Phương pháp thí nghiệm

Theo tiêu chuẩn : TCVN 3106 : 1993

TCVN 3119 : 1993

III Trình tự thí nghiệm

Thử độ sụt:

Cân nguyên liệu bằng cân kĩ thuật chính xác đến 1g

X = 4.68 Kg

N = 2.34 Kg

Đ = 14.96 Kg

C = 6.66 Kg

Lau khay trộn, mặt trong côn thử độ sụt và tấm lót kim loại bằng khăn ướt

Trộn ximăng + cát

Trộn ximăng + cát + đá

Cho nước vào, trộn đều

Đặt côn lên tấm kim loại Đứng lên gối đặt chân để giữ cho côn cố định trong cả quá trình đổ và đầm hổûn hợp bê tông trong côn

Đổ mẫu làm 3 phần, cứ mỗi lần đỗ ta đầm 25 cái theo hình xoắn ốc từ ngoài vào Dùng bay gạt bằng mặt,miết cho thật phẳng

Nhấc nón thẳng lên ,đo độ sụt

Nếu độ sụt không đạt theo thiết kế ta phải điều chỉnh bằng cách cho thêm hoặc giảm bớt nước và xi măng sao cho vẫn giữ được tỉ lệ N/X đến khi đạt được độ sụt như thiết kế sau đó đúc mẫu

Đúc mẫu:

Lau dầu khuôn thí nghiệm

Đổ mẫu làm hai phần,mỗi lần đầm 25 cái cũng theo hình xoắn ốc từ ngoài vào Gạt bỏ phần thừa,dùng bay liết bằng mặt

Dùng búa cao su gõ hai bên thành khuôn 25 cái mỗi mẫu

Cân khuôn và mẫu

Dùng giấy đậy bề mặt mẫu

24 giờ sau, tháo khuôn, ghi chú lên mẫu rồi đem mẫu đi dưỡng hộ trong bể dưỡng hộ

Cân khuôn

Sau 7 ngày, lấy một mẫu đem nén thử

Sau 28 ngày, nén hai mẫu còn lại

IV Kết quả

Độ sụt : 3 cm ( không thoả thiết kế )

Cấp phối tăng thêm 10% ximăng

Độ sụt: 6 cm

Cấp phối tăng thêm 15% ximăng

Độ sụt: 8 cm – chọn cấp phối này

Hiệu chỉnh cấp phối cho 1m3 betông

l kg V

m

mau

maubt

hhbt

12

3 31 7 58











Thể tích khối bê tông đãhiệu chỉnh

l

m

hhbt

o

13 28333

2

66 6 96 14 691 2 382 5



V

X X

b

13

382 5 1000



kg

V

N N

b

13

691 2 1000



kg

V

D D

b

13

96 14 1000



kg

V

C C

b

13

66 6 1000

 Bảng kết quả

F (cm2) Sau 7 ngày Đổi 28 ngày

Lực ép

(KN)

Cường độ

chịu nén

(kg/cm2)

V Kết luận

Sau khi thiết kế cấp phối bêtông ta phải làm thực nghiệm để hiệu chỉnh vì do khi tính toán ta tối ưu hoá và đơn giản hoá 1 số tính chất vật liệu thành phần cho tiện việc tính toán và đồng thời các công thực, bảng tra cũng thường rút ra từ thực nghiệm Khi làm thực nghiệm

ta phải làm sao cho điều kiện phải như thực tế thi công để có được cấp phối bê tông ứng dụng được ngoài công trường.Mặt khác, do sai số, sự thiếu chính xác trong quá trình thực nghiệm nên cấp phối bêtông thực tế khó mà như thiết kế Nhưng sự sai sót này ta không cần quan tâm và nó là những sai sót đều có thể xảy ra khi thi công Vì vậy cấp phối đã hiệu chỉnh là cấp phối có tính ứng dụng cao

BÀI 3 NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA LƯỢNG DÙNG XIMĂNG

ĐẾN CÁC TÍNH CHẤT CỦA BÊTÔNG



I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM:

Một cấp phối bêtông hợp lý cần bảo đảm thoả mãn những chỉ tiêu quy định về tính chất của hỗn hợp bêtông và bêtông vối chi phí về vật liệu và sản xuất bé nhất và chỉ tiêu quan trọng nhất là lượng dùng ximăng kinh tế nhất

Vì vậy ta nghiên cứu sự ảnh hưởng của lượng dùng ximăng đến tính chất của bêtông nhằm mục đích tìm cách giảm tối thiểu lượng dùng ximăng mà không làm ảnh hưởng đến cường độ, đồng thời cũng giúp cho ta hiểu biết thêm về các tính chất của hỗn hợp bêtông , đó là nền để sau này ta có thể nghiên cứu tìm ra những loại bêtông mới phục vụ cho xã hội

Cường độ cement trong béton phụ thuộc vào hoạt tính của cement và tỉ lệ giữa lượng dùng nước và lượng dùng cement trong hỗn hởp bétonG

Tỉ lệ N/X quyết định cường độ của đá cement Nếu lượng nước quá nhiều sẽ tạo lổ rỗng trong cấu trúc đá cement dẫn đến hạ thấp cường độ của đá cement và béton

II DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM:

Gồm các dụng cụ dùng để thiết kế cấp phối bêtông giống như bài 2 đã trình bày ở trên

- Khuôn tiêu chuẩn 10x10x10cm bằng kim loại

- Cân kỹ thuật

- Côn tiêu chuẩn hình nón cụt

- Que đầm, bay, giá xúc, búa cao su,…

- Thước đo độ sụt

III TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM:

- Ta đã coÙ cấp phối béton được tính toán ở bài 2, dựa trên cấp phối đó tiến hành thay đổi lượng cement  10%

- Ưùng với lượng cement đó tiến hành tính toán cho các nguyên liệu còn lại: N-C-Đ

- Đúc mẫu béton dựa trên cấp phối đã được hiệu chỉnh theo trình tự

như bài 2

Thành phần cấp phối như sau:

Nguyên vật liệu

Bảng tính cấp phối cho 1m3 bêtông

Lượng ximăng Nước(lit) Ximăng(kg) Cát(kg) Đá (kg)

IV KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM:

Bảng kết quả thí nghiệm :

Kích thước mẫu (10x10x10) Sau 7 ngày

Mẫu 1 200.1 Mẫu 2 198.9

P (KN)

Mẫu 3 190.4 Mẫu 1 200.1 Mẫu 2 198.9 Mẫu 3 190.4

Giảm 10%

lượng

ximăng

(SN=4.5cm) Rn(kg/cm2)

Mẫu 1 267.1 Mẫu 2 270.2

P (KN)

Mẫu 3 256.3 Mẫu 1 267.1 Mẫu 2 270.2

Tăng10%

lượng

ximăng

(SN=8cm)

Rn (kg/cm2)

Mẫu 3 256.3

Điều kiện nén mẫu: 0.85Rmax,min  Rtb  1.15Rmax,min

R28 qui đổi từ R7

Rn qui đổi từ mẫu 10x10x10 sang mẫu

15x15x15

Giảm 10% lượng ximăng

Tăng 10% lượng ximăng

Công thức qui đổi từ mẫu 10x10x10 ra mẫu 15x15x15:

R R x với  = 0.91

BIỂU ĐỒ BIỂU DIỄN SỰ ẢNH HƯỞNG LƯỢNG DÙNG XIMĂNG

ĐẾN CƯỜNG ĐỘ BÊTÔNG

306.16

380.63

412.22

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

Rn (kg/cm2)

1: cừơng độ bêtông sau 28 ngày với cấp phối giảm 10% lượng ximăng

2: cừơng độ bêtông sau 28 ngày với cấp phối chuẩn

3: cừơng độ bêtông sau 28 ngày với cấp phối tăng 10% lượng ximăng

V NHẬN XÉT:

Đầu tiên, lượng dùng ximăng ảnh hưởng đến độ sụt hỗn hợp bêtông do tính dẻo của ximăng khi nhào trộn với nước Độ sụt tăng theo lượng dùng ximăng do khi tăng ximăng, khoảng cách giữa các hạt cốt liệu rộng ra làm cho chúng di chuỷên dễ dàng hơn đồng thời cùng với độ nhớt của ximăng làm cho hỗn hợp có độ linh động hơn

Thứ 2, về cừong độ, nhiều ximăng sẽ làm cho sự dính kết giữa ximăng và cốt liệu, cốt liệu và cốt liệu lớn hơn làm cho bêtông thành 1 thể làm việc đồng thời làm tăng cừong độ

bêtông.Mặt khác nhiều ximăng mà vẫn giữ nguyên lượng nước ( giảm tỉ lệ N/X ) làm cho các lỗ rỗng do nước tự do bay hơi ít đi làm tăng độ đặc chắc bêtông, tăng cường độ

Nhưng mặt khác, dùng nhiều ximăng sẽ không có lợi về kinh tế, tăng giá thành công trình

Vì vậy việc tìm ra lượng dùng ximăng tối ưu, tỉ lệ N/X hợp lí là điều quan trọng để đảm bảo chất lượng bêtông

Bài 4:

ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ GIA TỚI CUỜNG ĐỘ VÀ ĐỘ

SỤT CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG

I MỤC ĐÍCH THÍ NGHỊÊM:

Để chế tạo một hỗn hợp beton thì hai yêu cầu cơ bản phải thỏa mãn đó là tính đồng

nhất và tính công tác Ngoài việc phải đồng nhất thành phần để đảm bảo chất lượng beton thì tính công tác của hỗn hợp beton có ảnh hưởng mạnh mẽ trong công tác thi công Trong đó, tính công tác chịu ảnh hưởng rất lớn bởi các yếu tố: Lượng nước nhào trộn, loại và lượng xi măng, lượng và chất lượng cốt liệu, phụ gia hoạt động bề mặt và gia công chấn động.Trong các yếu tố trên thì tính công tác của hỗn hợp beton chịu sự ảnh hưởng rõ rệt của pgụ gia, chỉ với một lượng nhỏ mà gây ảnh hưởng lớn đến tính công tác Vì vậy , phụ gia được coi là một yếu tố quan trọng để cải thiện tính công tác của hỗn hợp beton

Cấu trúc béton có ý nghĩa rất lớn, nó quyết định đến cường độ của béton Đối với béton có cấu trúc đặc chắc thì cường độ rất cao, ngược lại béton có cấu trúc rỗng, nhiều mao quản thì béton có cường độ kém

Một trong những nguyên nhân tạo nên lổ rỗng mao quản là lượng nước nhào trộn ban đầu Theo như các tài liệu thì chỉ có 1/3 lượng nước còn lai được dùng để cải thiện tính công tác cho hỗn hợp béton va khi bốc hơi thì để lại lổ rỗng trong cấu trúc béton

Để khắc phục nhược điểm này, người ta đưa vào béton 1 hàm lượng phụ gia: chất này thường là những nhóm riêng rẽ của các chất hữu cơ, do có hoạt tính bề mặt cao, được hấp thụ dưới dạng màng mỏng trên bề mặt hạt chất kết dính và các hạt mịn khác gây tác dụng thấm ướt bề mặt các hạt này

Phụ gia là những loại vật liệu khác kết hợp với nước, cốt liệu,xi măng portland được thêm vào mẻ trộn beton để cải thiện, điều chỉnh một số đặc tính của beton Làm cho chúng có khả năng thích ứng với yêu cầu thi công, tiết kiệm xi măng, đem lại hiệu quả kinh tế cao trong xây dựng như: cải thiện tính công tác của beton (làm tăng độ lưu động, hạn chế sự suy giảm độ sụt theo thời gian ) mà không cần tăng thêm lượng nước, hoặc có thể giảm lượng nước mà vẫn có thể đạt dộ lưu động cao cho hỗn hơp beton Làm chậm hoặc tăng nhanh thời gian ninh kết ban đầu, làm giảm hoặc ngăn cản sự phân tầng của hỗn hợp beton, tạo khả năng bơm cho hỗn hợp beton…

Phụ gia siêu dẽo cho phép giảm lượng nước mà vẫn đảm bảo độ dẽo cho béton, làm tăng cao cường độ béton

Sử dụng phụ gia hoạt tính bề m,ặt với hàm lượng bé (0.5-3% so với lượng dùng cement thông thường là 1.5%) cho phép giảm từ 10-12% lượng dùng nước và có thể giảm tương ứng 7-10% lượng dùng cement trong béton và vữa

II DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHỊÊM:

- Máy trộn rơi tự do

- Nón cụt tiêu chuẩn N1 (100x200x300)mm

- Khay đựng, xô đong

- Tấm thép mỏng dùng đặt côn

- Thước xếp có chiều dài tổng cộng 1m

- Thanh thép 30 dài 60 cm hai đầu múp tròn

- Cát, đá, xi măng đã được xác định các chỉ tiêu cơ lí và thiết kế cấp phối đạt yêu cầu ở các bài thí nghiệm trước

- Sử dụng cấp phối đã thiết kế trong bài thí nghiệm trước với SN= 7- 8 cm

- Khảo sát với lượng thay đổi từ 0%, 0.5%, 1%.phụ gia so với lượng xi măng

III TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM: TCVN 3106 : 1993

- Thể tích hỗn hợp beton lấy là 8 lit ( ứng với cỡ hạt cốt liệu lớn nhất là 40 mm)

- Dùng máy trộn chế tạo hỗn hợp beton theo cấp phối đã thiết kế với lượng phụ gia thay đổi cho từng mẻ trộn

- Tẩy sạch beton cũ, lau ẩm côn và các dụng cụ khác tiếp xúc với hỗn hợp beton

- Đặt côn lên tấm thép, đứng lên rồi đặt chân để giữ cho côn cố định trong cả quá trình đổ và đầm hỗn hợp beton trong khuôn

- Đổ beton qua phễu vào khuôn làm 3 lớp, mỗi lớp chiếm khoảng 1/3 của côn Dùng thanh thép chọc đều theo hướng từ ngoài vào trong 25 cái cho mỗi lớp Lớp đầu chọc suốt chiều sâu, các lớp sau chọc xuyên sâu vào lớp trước 2 – 3 cm, ở lớp thứ 3 vừa chọc vừa cho thêm để giữ mức hỗn hợp beton luôn đầy miệng côn

- Chọc xong lớp thứ 3 , nhấc phễu ra, lấy bay gạt phẳng miệng côn, dọn sạch xung quanh côn, dùng tay ghì chặt côn xuống nền rồi nhấc chân khỏi gối đặt chân Từ từ nhấc côn thẳng đứng trong vòng 5 – 10 giây

- Dặt côn sang bên cạnh hỗn hợp vừa tạo hình rồi đo chênh lệch chiều cao giữa miệng côn với điểm cao nhất của khối hỗn hợp chính xác tới 0.5 cm

- Thời gian thử độ sụt tính từ lúc bắt đầu đổ hỗn hợp beton vào khuôn cho tới khi nhấc côn ra khỏi khối hỗn hợp không ngắt quãng và được khống chế không quá 150 giây

III TÍNH TOÁN KẾT QUẢ:

Phụ gia sử dụng Mapefluid N100 SP

Cấp phối cho 1m3beton:

Cấp

phối

% phụ gia

Lượng phụ gia(g)

Nước (Kg)

Cát (Kg)

Đá (Kg)

Xi măng (Kg)

Cấp phối cho 8lit beton

Cấp

phối

% phụ gia

Thể tích phụ gia(l)

Nước (Kg)

Cát (Kg)

Đá (Kg)

Xi măng (Kg)

Kết quả nén mẫu betong (10x10x10): (hệ số tính đổi: 0.91)

Cường độ nén (Kg/cm 2 ) STT Độ sụt SN 7 ngày 28 ngày

2 15 263.04 450.44

3 23 253.31 433.78

Qui đổi sang mẫu 15x15x15

Giá trị trung bình

R28

Rn qui đổi từ mẫu 10x10x10 sang mẫu

15x15x15

BIỂU ĐỒ BIỂU DIỄN SỰ ẢNH HƯỞNG LƯỢNG DÙNG PHỤ GIA

402.33

365 370 375 380 385 390 395 400 405

ĐẾN CƯỜNG ĐỘ BÊTÔNG

Rn (kg/cm2)

1: cừơng độ bêtông sau 28 ngày với cấp phối chuẩn

2: cừơng độ bêtông sau 28 ngày với cấp phối sử dụng lượng phụ gia = 5%X 3: cừơng độ bêtông sau 28 ngày với cấp phối sử dụng lượng phụ gia = 10%X

Phụ gia sử dụng Mapefluid R104

Cấp phối cho 1m3beton:

Cấp

phối

% phụ gia

Lượng phụ gia(g)

Nước (Kg)

Cát (Kg)

Đá (Kg)

Xi măng (Kg)

Cấp phối cho 8lit beton

Cấp

phối

% phụ gia

Thể tích phụ gia(l)

Nước (Kg)

Cát (Kg)

Đá (Kg)

Xi măng (Kg)

Kết quả nén mẫu betong (10x10x10): (hệ số tính đổi: 0.91)

Cường độ nén (Kg/cm 2 ) STT Độ sụt SN 7 ngày 28 ngày

2 14 233.92 400.56

3 25 284.97 487.99

Qui đổi sang mẫu 15x15x15

Giá trị trung bình

R28

Rn qui đổi từ mẫu 10x10x10 sang mẫu

15x15x15

BIỂU ĐỒ BIỂU DIỄN SỰ ẢNH HƯỞNG LƯỢNG DÙNG PHỤ GIA

ĐẾN CƯỜNG ĐỘ BÊTÔNG

360 370 380 390 400 410 420 430

419.24

3

Rn (kg/cm2)

1: cừơng độ bêtông sau 28 ngày với cấp phối chuẩn

2: cừơng độ bêtông sau 28 ngày với cấp phối sử dụng lượng phụ gia = 5%X

3: cừơng độ bêtông sau 28 ngày với cấp phối sử dụng lượng phụ gia = 10%X

IV NHẬN XÉT:

Mục đích chính của việc sử dụng phụ gia là làm giảm lượng nước nhào trộn, tạo tính dẻo ban đầu cho hỗn hợp bêtông và cường độ bêtông Nhờ tính chất tạo dẽo cho hỗn hợp bêtông mà không cần nhiều nước nhào trộn nên lượng nước sử dụng ít, giảm lỗ rỗng do nước bay hơi để lại trong bê tông, tăng độ đặc chắc trong bêtông

Nhưng cũng cần chú ý, lượng phụ gia sử dụng theo chỉ định của nhà sản xuất nếu không sẽ không có kết quả hoặc gặp tác dụng phụ như làm giảm độ PH trong bêtông gây ăn mòn cốt thép