Nghiên Cứu ứng Dụng Kết Cấu Nhịp Cầu Bê Tông Cốt Cứng

Định nghĩa bê tông cốt cứng, ưu khuyết điểm của loại hình này : Các loại hình kết cấu đã và đang được áp dụng : - Kết cấu gạch, đá : là loại hình kết cấu chịu nén tốt , áp dụng cho việcv

NỘI DUNG ĐỀ TÀI

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN

1.1 Định nghĩa bê tông cốt cứng, ưu khuyết điểm của loại hình này :

Các loại hình kết cấu đã và đang được áp dụng :

- Kết cấu gạch, đá : là loại hình kết cấu chịu nén tốt , áp dụng cho việcvượt khoảng không bằng dạng khung vòm

- Kết cấu bê tông : tương tự như kết cấu gạch, đá

- Kết cấu gỗ : chịu uốn, kéo , nén tốt, tỉ trọng nhỏ, vượt được nhịp xa

- Kết cấu thép : tương tự kết cấu gỗ

- Kết cấu bê tông có cốt : cốt của bê tông có thể là chất hữu cơ (tre ,nứa , gỗ ) hoặc chất vô cơ (sắt , thép ) Khi đó, bê tông sẽ chịunén và vật liệu sử dụng làm cốt sẽ chịu kéo (vì khả năng chịu kéo củabê tông rất thấp)

Loại hình kết cấu bê tông cốt cứng :

- Định nghĩa : là một dạng của bê tông có cốt , trong kết cấu này, gần nhưtoàn bộ tải trọng là do dầm thép chịu, bê tông chỉ có tác dụng như mộtloại vật liệu bảo vệ cho dầm thép hình, bê tông chỉ chịu một phần lựcnén và làm tăng khả năng ổn định động lực học của toàn bộ kết cấu,giảm độ mảnh cho kết cấu dưới tác dụng của lực nén

- Ưu khuyết điểm của loại hình kết cấu này :

+ Ưu điểm : chiều cao kiến trúc thấp (có thể áp dụng cho các cầu trong vượttrong thành phố), có thể đảm bảo chất lượng của phần bê tông cường độ cao

do được thi công trong nhà xưởng, có thể tận dụng các dầm thép đã đượcbọc một phần để làm đà giáo Tiến độ thi công cũng theo đó được rút ngắn.+ Khuyết điểm : sử dụng kết cấu yêu cầu mác bê tông,mác thép đều cao ,cần phải sử dụng kích có lực ép lớn, thiết bị phức tạp.

1.2 Giới thiệc các công trình đã được áp dụng trước đây, dự kiến áp dụng cho các kết cấu nhịp :

Các công trình đã được áp dụng : gần đây , tại Việt Nam đang được thi côngmột chiếc cầu có công nghệ tương tự là cầu trên đường cao tốc Nội Bài – BắcNinh , do các chuyên gia Trung Quốc tiến hành

Dự kiến nhịp áp dụng có khẩu độ nhỏ hơn 50m là có lợi nhất

1.3 Mục đích yêu cầu của đề tài: nhằm giới thiệu một loại hình kết cấu mới cho ngành giao thông vận tải, đánh giá loại hình này, phạm vi áp dụng

Loại hình kết cấu mới này có thể nhận được ưu điểm của cả 02 loại hình kếtcấu thép và BTCT dự ứng lực Lý do : nó có khả năng vượt được nhịp xa vìtĩnh tải nhỏ và có sử dụng dự ứng lực

Sử dụng các ưu điểm của mình nên kết cấu này được áp dụng vào các cầuvượt trong thành phố , thị trấn … (chiều cao kiến trúc thấp , thi công nhanh ,vượt nhịp lớn …)

CHƯƠNG 2

CẤU TẠO PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KẾT CẤU

(NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN)

2.1 Vật liệu

2.1.1 Bê tông :

Vì cần đảm bảo điều kiện chịu nén tốt tại thớ dưới của dầm, kết cấu yêucầu mác bê tông tại phần trên của mặt cắt ngang phải lớn Cụ thể, trong trườnghợp này, bê tông có thể phải sử dụng đến mác M600 Cường độ chịu nén khiuốn của bê tông là 520kg/cm2

Loại cường độ Ký

150 200 250 300 400 500 600 200 250 - 600

A B A B

- Nén dọc trục

(cường độ của lăng

Bê tông cường độ cao mác 600 được chế tạo theo tiêu chuẩn chế tạo bêtông cường độ cao với mẫu thử lập phương 15x15x15cm, tuổi 28 ngày, có sửdụng phụ gia siêu dẻo, phụ gia khoáng và cốt liệu truyền thống

Mặc dù các số liệu thử nghiệm mẫu thử do nhà sản xuất cung cấp có thểcho chỉ số tốt về cường độ, nhưng vẫn cần các kiểm tra được tiến hành trên cácmẻ trộn thử nghiệm Các thử nghiệm này chỉ dùng những vật liệu dược sửdụng cho bê tông sau này với cường độ được xác định sau 7 , 28 ngày và 56, 91ngày nếu cần thiết.

Hàm lượng xi măng cao trong bê tông cường độ cao có thể dẫn đến nhiệt độcao trong khối bê tông Vì vậy , cần thử nghiệm cả tính tỏa nhiệt và có nhữngchỉ dẫn cần thiết về độ tỏa nhiệt của xi măng

- Cốt liệu :

Cốt liệu nhỏ (cát) :

Cốt liệu nhỏ với hình dáng hạt tròn và bề mặt nhẵn cần ít nước trộn trong bêtông và vì lý do này nó được ưu tiên sử dụng Sự phân loại tối ưu của cốt liệumịn đối với bê tông cường độ cao được quyết định bởi ảnh hưởng của nó lênnhu cầu về nước Cát với mô đun độ lớn nhỏ hơn 2,5 không được phép sử dụng Cát với mô đun độ lớn khoảng 3,0 cho độ sụt và cường độ nén tốt nhất Cốt

liệu nhỏ là cát sông sạch, loại to có mô đun độ lớn nằm trong khoảng 2,5 – 3,2và có cấp phối tốt, không có phản ứng kiềm với xi măng các tính chất của cátphải đạt các yêu cầu của tiêu chuẩn TCVN 1770 – 86.

Cốt liệu thô (đá) :

Bê tông có cường độ nén lớn hơn 750daN/cm2 (mẫu lập phương) với hàmlượng xi măng cao và tỉ lệ nước / xi măng thấp thì kích thước tối đa của cốtliệu thô nên giữ ở mức tối thiểu ½” (12,7mm) hoặc 3/8” (9,5mm) Các kíchthước tối đa ¾” (19,0mm) và 1” (25,4mm) được sử dụng khi cường độ bê tôngtừ 600-750daN/cm2 (mẫu lập phương)

Cốt liệu lý tưởng cho bê tông cường độ cao là cốt liệu sạch, dạng khối , cógóc cạnh, 100% đã được nghiền và có ít nhất các hạt dẹt và dài

Các khoáng chất thuộc nhóm Silic có khả năng liên kết tốt với xi măngpoóc lăng

Cốt liệu lớn dùng cho bê tông cường độ cao là đá dăm được sản suất từ đágốc là đá phún xuất và biến chất có cường độ ở trạng thái bão hòa nước lớnhơn hoặc bằng 02 lần cường độ bê tông Khi dùng đá trầm tích có cường độthấp hơn yêu cầu đó, phải thí nghiệm cường độ bê tông với đá này để chứngminh rằng loại đá này có thể cho cường độ bê tông mong muốn Nên dùng đádăm có kích thươc (Dmax) từ 10 đến 20mm theo tiêu chuẩn Việt Nam (hoặc từ9,5 – 25mm theo tiêu chuẩn Mỹ) có cấp phối liên tục và thành phần hạt đượcqui định trong ASTM C 33 hoặc TCVN 1771 – 87 Các tính chất của đá dămđược thử nghiệm theo tiêu chuẩn TCVN 1772-87

- Nước :

Các yêu cầu về chất lượng nước đối với bê tông cường độ cao không đòi hỏiphải nghiêm ngặt hơn nước dùng cho bê tông thường Nước sinh hoạt có thểdùng để chế tạo bê tông cường độ cao.

Nước trộn bê tông phải phù hợp vơi TCVN 4506-87 hoặc AASHTO-26

2.1.2 Thép :

Cường độ thép phải đảm bảo các yêu cầu về cường độ , các tiêu chuẩn theoquy trình AASHTO hoặc ASTM như sau :

Ký hiệu AASHTO

Thép kết cấu Thép hợp kim thấp cường

độ cao

Thép hợp kim thấp tôi và ram

Thép hợp kim tôi và ram, cường độ chảy dẻo cao M270M cấp

250

M270M cấp 345

M270M cấp 345W

M270M cấp 485W

M270M Các cấp 690/690W Ký hiệu ASTM

tương đương

A 709M cấp 250

A 709M cấp 345

A 709M cấp 345W

A 709M cấp 485W

A 709M Các cấp 690/690W Chiều dày của các

bản Tới 100 Tới 100 Tới 100 Tới 100 Tới 100

Trên 65 đến 100 Thép hình Tất cả các

Không áp dụng

Không áp dụng Cường độ chịu kéo

nhỏ nhất, F u , Mpa 400 450 485 620 760 690Điểm chảy nhỏ nhất

hoặc cường độ chảy

nhỏ nhất, F y , Mpa

250 345 345 485 690 620

Yêu cầu về thép và qui cách thép:

Cấu tạo dầm thép:

Thép phù hợp với các tiêu chuẩn đã nêu được đưa đến công trình

Thông thường, các loại thép hiện có trên thị trường đa số là loại thép nhập(thép tấm) có chiều dày là bội số của 12mm, chiều dài tối đa đến 12m.

Ta thiết kế với tình hình thực tế như vậy nên khi chọn lựa các kích thướccần phải lấy sao cho phù hợp

Cụ thể, ta chọn bề dày tấm bản bụng là 24mm, các cánh có bề rộng bằngnhau và dày 60mm Cho chiều dài dầm là 48m

(Hình vẽ xem trang sau)

2.1.3 Sự liên kết thép - bê tông :

Là biểu thị liên kết và thiết lập các cốt đai

Các thanh cốt đai nằm trên dầm thép được hàn vào mặt trên dầm, đây cóthể được xem như là các neo trên dầm chủ trong kết cấu dầm thép liên hợpbản BTCT Các thanh thép đai nằm trên suốt chiều dài bụng dầm và bản cánhdưới cũng được tính toán tương tự

Như vậy, sự liên kết thép – bê tông được thay thế bằng liên kết giữa théprâu (neo) và bê tông Tính toán neo như trong trường hợp tính neo của dầmthép liên hợp bản BTCT

- Lực trượt trên một đơn vị chiều dài dầm khi dầm chịu uốn dưới tác dụngcủa tải trọng thẳng đứng :

b td

II h

II t II h

I n

Q Q T

1

+

=+ (trang 439, TK cầu thép và cầu BTCT trên đường Ôtô)

2.2 Kết cấu

2.2.1 Áp dụng cho chiều dài nhịp L=48m

Chiều dài nhịp : dự kiến tính toán cho nhịp dài L=48,0m Khoảng cách giữa

02 dầm là 2,5m (khổ cầu B=7m có lề 2x1,5m chỉ cần 04 dầm trên mặt cắtngang)

Chiều dài nhịp L=48,0m , phải tổ hợp của các dầm I có chiều dài tối đa12,0m ta đưa ra lựa chọn sau :

12+6+12+6+12 = 48m, vì như

vậy thì các mối nối không nằm

tại các vị trí nguy hiểm

Dầm thép hình có thể phải

dùng tổ hợp của các tấm thép

Các tấm thép trên thị trường có

chiều dài tối đa là 12,0m ; bề

dày của tấm thép là bội số của

12mm Tại vị trí giữa nhịp ta

chọn được bề dày bản cánh là 60mm (2x24mm + 1x12mm), chiều dày bảnbụng là 24mm Tại các vị trí khác trên chiều dài của dầm, ta có thể tiến hànhcắt cánh để có chiều dày, bề rộng phù hợp

Dạng mặt cắt ngang : mặt cắt ngang dầm thép bọc có dạng chữ T, sửdụng dầm thép hình có dạng chữ I Chiều cao dầm thép là 1450mm, dầm bọccao 1800mm

Việc tính toán kết cấu hoàn toàn dựa trên chương trình tính đã được lập sẵn trên nền Exel

Các điều kiện được đưa ra từ đầu, việc nhập các số liệu chỉ cần phù hợp với các điều kiện đã nêu

Ta chỉ kiểm tra xem một số điều kiện sau đâ có phù hợp không :

Ứng suất kéo tại tim dầm thép khi chịu hoạt tải có nhỏ hơn ứng suất kéo chophép của thép hay không

Ứng suất nén tại vùng bê tông chịu nén (sau khi dỡ bỏ kích và neo ngoài) có nhỏ hơn khả năng chịu nén của BT thớ dưới không

Ứng suất tại thớ trên dầm prebeam có nhỏ hơn khả năng chịu nén của bê tông mác 300 không

Ứng suất cắt tại đầu dầm có nhơ hơn khả năng chịu cắt của dầm không ( có thể chỉ cho bản bụng dầm thép chịu)

NGUYÊN LÝ TÍNH, LẬP CHƯƠNG TRÌNH

Các trình tự và các công thức tính toán để lập nên chương trình tính và duyệt khi thiết kế dầm Prebeam:

Bước 1: Nhập số liệu:

Trong bước này, ta nhập tất cả các thông số cần thiết trước, các thông số còn lại có thể tính toán sẽ tự động thay đổi khi bạn nhập các giá trị mới ở phầntrên vào

Bước 2: Tính toán các thông số cần thiết:

Tính hệ số phân bố ngang, đây là hệ số rất quan trọng trong việc thiết kế dầm cầu

Ta có thể sử dụng cách tính bất kỳ để xác định được hệ số phân bố ngang (có thể là tối đa)

Bước 3: Tính toán các momen, ứng suất do tất cả các ngoại lực gây ra

Tính tóan :

Hệ số phân bố ngang tính cho xe tải thiết kế (xe hai trục thiết kế có hệ số tương tự) :

THEO HƯỚNG DỌC CẦU

THEO CHIỀU NGANG CẦU

Bố trí xe tải thiết kế (hoặc xe hai trục thiết kế trên mặt cắt ngang) :

Dầm dọc bất lợi nhất là dầm biên, hệ số phân bố ngang :

1800

7250N 7250N

Hệ số phân bố ngang tính cho làn xe thiết kế :

Hệ số phân bố ngang của dầm giữa :

I : Mô men quán tính của dầm (mm4) = 4,755E+11mm4 = 0,47554m4

eg : Khoảng cách giữa các trọng tâm của dầm cơ bản và bản mặt (mm)

eg = 87,236749mm

==> ηg = 0,571668

Nghiên cứu, đề xuất các giải pháp phịng ngừa sự cố khi thi

biên, ηb = e ηg = 0,695393

Với e = 0,77 + de/2800 =1,216429

Tổng hợp hệ số phân bố ngang lớn nhất : ==> η= 0,695393

TÍNH MÔ MEN KHI CHỊU TẢI CỦA DẦM :

a Tĩnh Tải

Tải trọng rãi đều bản thân dầm, qd = 3,8593192 T/m

Tải trọng lớp phủ mặt cầu,hệ số vượt tải n=1,1, trọng lượng riêng γ = 2,3T/m3,dày d1 = 0,05 m

q1 = n.d1.γ = 0,31625 T/mTải trọng lan can, tay vịn, hệ số vượt tải n=1,1, qtc=0,025T/m

q2= n.qtc = 0,0275 T/m

==> Tổng tĩnh tải, q = qd + q1 + q2 = 4,2030692 T/m

b Hoạt tải do xe tải thiết kế gây ra :

Trường hợp chất tải 1 : khoảng cách giữa hai trục nặng là 4300mm :

3,5T

5,7 14,5T

7,85 14,5T

4300 3,35

4300 0,35

14,5T 3,5T

2,5

14,5T

TRƯỜNG HỢP CHÂÁT TẢI 2TRƯỜNG HỢP CHÂÁT TẢI 1

Mô men tại giữa nhịp do xe tải thiết kế gây ra là, MTK

1= 399,4 Tm

Trường hợp chất tải 2 : khoảng cách giữa hai trục nặng là 9000mm :

Mô men tại giữa nhịp do xe tải thiết kế gây ra là, MTK

2= 351,3 Tm

Trường hợp chất tải bất lợi nhất cho mặt cắt giữa nhịp là :

MTK max = 399,4 Tm

c Hoạt tải do xe hai trục thiết kế gây ra :

Trường hợp chất tải 1 : khoảng cách giữa hai trục nặng là 4300mm :

10

10

1,9 2,5 9,4

L = 40000

TRƯỜNG HỢP CHÂÁT TẢI 1

TRƯỜNG HỢP CHÂÁT TẢI 2

2x11T

Mô men tại giữa nhịp do xe tải thiết kế gây ra là, M2T

Trường hợp chất tải 2 : khoảng cách giữa hai trục nặng là 9000mm :

Mô men tại giữa nhịp do xe tải thiết kế gây ra là, M2T

2= 353,1 TmTrường hợp chất tải bất lợi nhất cho mặt cắt giữa nhịp là :

M2T max = 429,0 Tm

d Hoạt tải do làn xe thiết kế gây ra :

Mô men tại giữa nhịp do tải trọng làn thiết kế gây ra là, Mq= 267,84 Tm

Mô men tại giữa nhịp do tĩnh tải gây ra là, Mtĩnh = 1210,48393 Tm

TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG LÀN THIẾT KẾ

10 ( ω = 200m2)

q = 0,93T/m

L = 40000

Mô men bất lợi nhất gây ra do Tải trọng làn thiết kế kết hợp với xe hai trục thiết kế :

Các số liệu ban đầu :

Tỉ lệ L/L1 = 2,571428571 lần

+ Khoảng cách từ điểm đặt lực đến đầu dầm : L1 = 19 m

+ Khoảng cách giữa 2 điểm đặt lực : L2 = 10,66666667 m

Tìm P min với L 1 , L 2 tương ứng :

Ứng suất cần thiết, σ = 3101,569642 kg/cm2

Mômen cần đạt khi tạo vồng : M = (σ.Fa.H0thép) = 158552240,1kg.cm

= 1585,522401T.m

P = M/L1 = 84,93870005 T

Độ vồng chế tạo : f = (5/384).(ptc.l4/Et.I) =(5/384).(8.Mtc.l2/(Et.I)) = 0,45869 m

So sánh với thiết kế của công trình nghiên cứu khác :

Dầm dài 38m, cao 1,2m, khoảng cách giữa 02 dầm là 1,33m, độ vồng chế tạo 0,402m, lực tạo vồng 700kN.

Nếu tăng chiều cao dầm, độ vồng chế tạo sẽ giảm nhưng lực tạo vồng sẽ lớn.

Độ võng dầm bọc :

f = (5/384).(ptc.l4/Eb.I) =(5/384).(8.Mtc.l2/(Eb.Ib)) = 0,04481 m

Để tính toán độ vồng chế tạo của dầm thép, ta tính độ võng của dầm thép tương ứng khi chịu tác dụng của tải trọng tương đương gây ra để dầm thép bọc chịu hết khả năng của mình Phương trình độ vồng của dầm thép là : f = ax2 + c

Với :

a = c/(l2/4) = 0,000796 m

(x : được tính từ tim dầm ra 02 bên)

2.2.2 Các dạng mặt cắt ngang (nhịp)

2.3 Nguyên lý tính toán (tính duyệt mặt cắt):

Tính duyệt mặt cắt theo các điều kiện sau :

Khi tính toán kết cấu loại này, ta chỉ việc lựa chọn mặt cắt ngang cho dầmthông qua các số liệu phải nhập vào trong bảng tính Excel sao cho mô mengây ra tối đa không vượt qua khả năng chịu đựng của dầm

Việc cuối cùng phải làm là tính duyệt lại các mặt cắt theo các tiêu chuẩn vềcường độ, ứng suất, độ võng, xuất hiện vết nứt.

2.3.1 Về trạng thái ứng suất, cường độ

Nằm trong phương pháp tính toán về trạng thái giới hạn thứ nhất (về khảnăng chịu lực) Cấu kiện được tính toán phải thỏa mãn điều kiện đảm bảo ứngsuất lớn nhất xuất hiện tại bất cứ điểm nào trên cấu kiện phải nhỏ hơn khảnăng chịu tải cho phép của vật liệu cấu tạo nên cấu kiện tại vị trí đó

Ứùng suất kéo tại vị trí đáy dầm phải nhỏ hơn khả năng chịu kéo của cốtthép thớ dưới trong dầm Ứng suất chịu nén của thớ trên dầm phải nhỏ hơn khảnăng chịu nén của bê tông cánh trên dầm (mác BT M600)

Ta cần phải tính toán và kiểm tra các điều kiện đảm bảo cường độ chịu lựccủa toàn bộ hoặc một phần của cấu kiện Song song đó , ta cũng phải kiểm trasức chịu tải của các phần của cấu kiện trong suốt quá trình thi công

a Kiểm tra khả năng chịu tải của dầm thép chịu lực nén khi tạo vồng (giaiđoạn thi công):

Dựa vào bản tính , ta so sánh ứng suất gây ra tại thớ trên và dưới củadầm thép khi chịu lực uốn tạo vồng với ứng suất cho phép của vật liệu.Xét về khả năng ổn định cục bộ và ổn định tổng thể, ta cho bố trí cácsườn tăng cường đứng suốt dọc dầm , cách khoảng 2m/ dầm

b Kiểm tra khả năng chịu nén của phần bê tông thớ dưới sau khi tháo neo(giai đoạn thi công):

Trong bản tính thể hiện đầy đủ ứng suất gây ra tại phần bê tông bảncánh dưới khi tháo neo sau giai đoạn đổ bê tông phần bên dưới.

Ưùng suất tạo ra sau khi đúc bản cánh dưới và gỡ bỏ gông neo,Tổng lực nén lên phần bê tông là : 1.140 Tấn

Diện tích phần bê tông chịu nén là : 0,396m2.Ưùng suất gây ra là :  = 29Mpa (< [ ]=52Mpa)

c Kiểm tra khả năng chịu nén của phần bê tông thớ trên của dầm thép bọcvà khả năng chịu kéo của bản thép cánh dưới trong giai đoạn chịu tảitrọng bất lợi nhất (giai đoạn khai thác):

Mô men lớn nhất gây ra tại giữa nhịp do tải trọng bất lợi nhất là :M=1904Tm

Từ đó ta tính được ứng suất kéo và nén lớn nhất gây ra tại mép dưới vàtrên dầm

Ưùng suất cắt lớn nhất gây ra cho dầm (tính cho bản thép bụng chịu)

Lực cắt lớn nhất do tải trọng bất lợi gây ra là Qmax = 150 Tấn

 τmax = 459 kg/cm2 < [τ] = 485 kg/cm2

Về cường độ :

Nằm trong phương pháp tính toán về trạng thái giới hạn thứ nhất (về khảnăng chịu lực) Tải trọng tác dụng lên kết cấu phải thỏa mãn điều kiện đảm

bảo nhỏ hơn cường độ chịu tải cho phép tại bất kỳ điểm nào trên chiều dài củacấu kiện.

Mô men (lực cắt, lực nén) gây ra tại bất kỳ điểm nào trên cấu kiện phảinhỏ hơn mô men (lực cắt, lực nén) lớn nhất mà cấu kiện có thể chịu được

2.3.2 Về xuất hiện vết nứt

Đây là cấu kiện chịu uốn, kết cấu sử dụng dự ứng lực vì vậy không chophép xuất hiện vết nứt trên bề mặt cấu kiện

2.3.3 Về độ võng

Kết cấu là kết cấu bê tông cốt thép Tuy nhiên, kết cấu chịu lực chính vẫnlà thanh thép hình chữ I Độ võng cho phép được quy định theo dầm dự ứnglực [f]1/400

2.3.4 Tính toán mất mát ứng suất :

Kết cấu chịu lực chính của dầm là thanh thép hình chữ I, khi dự ứng lực chodầm sẽ gây mất mát ứng suất Tuy nhiên, ở đây chỉ tính mất mát ứng suất dosự co ngót của bê tông Các mất mát khác không được tính trong khi phân tíchkết cấu

Cường độ yêu cầu :

Thành phần bê tông được xác định trên cơ sở kinh nghiệm ngoài thực tếhoặc thông qua các mẻ trộn thử trong phòng thí nghiệm để đáp ứng các yêucầu về cường độ qui định, bê tông phải được xác định thành phần theo mộtcách nào đó mà các kết qủa cường độ nén trung bình phải lớn hơn cường độnén thiết kế quy định (Rb) một giá trị đủ cao để xác suất của giá trị cường độthấp là nhỏ nhất Khi chọn phương pháp xác định thành phần bê tông cường độcao trên cơ sở kinh nghiệm thực tế, có thể khuyến cáo rằng cường độ yêu cầu(Ryc) được sử dụng làm cơ sở cho việc chọn thành phần bê tông

Tỉ lệ nước / xi măng trong bê tông cường độ 600 :

Hàm lượng xi măng cao và hàm lượng nước thấp sẽ tạo ra cường độ caohơn Tuy nhiên, khi dùng khối lượng lớn xi măng trong hỗn hợp bê tông cũngcó nghĩa làm tăng nhu cầu nước của hỗn hợp Sự tăng xi măng tới một điểmnào đó sẽ không phải luôn luôn làm tăng cường độ nén Khi vật liệu phụ giakhoáng theo trọng lượng cần được đùng để thay thế cho tỉ lệ nước / xi măngtheo truyền thống lượng xi măng và phụ gia khoáng được qui định là lượngchất dính kết

Tổng lượng nước được xác định theo độ sụt của bê tông Bê tông khôngđược làm dẻo ngoài hiện trường có độ sụt đo được trung bình là 12 cm

Bê tông sử dụng chất phụ gia siêu dẻo có tỉ lệ nước – vật liệu kết dính thấpvà độ sụt cao từ 14 đến 20 cm

Tỉ lệ nước / chất kết dính về trọng lượng đối với bê tông mác 600-800 phổbiến nằm trong phạm vi từ 0,27-0,40 Khối lượng của chất phụ gia siêu dẻo đôi

khi được tính vào tỉ lệ nước – vật liệu kết dính Tỉ lệ N/CDK được xác địnhnằm trong khoảng 0,27-0,40 tuỳ theo cường độ bê tông và mác xi măng và Dmax của cốt liệu lớn.

Xác định lượng nược trộn và hàm lượng không khí:

Khối lượng nước trên một đơn vị thể tích bê tông xác định phụ thuộc vàokích thước tối đa, hình dáng và cấp, loại của đá, lượng xi măng và loại phụ gialàm giảm nước được sử dụng Nếu chất PGSD được sử dụng thì hàm lượngnước trong hỗn hợp này được tính toán như là một phần của N/(X+K) Bảng3.1 đưa ra cách ước tính lượng nước trộn cần thiết cho việc sản xuất bê tôngcường độ cao với các loại đá có kích thước tối đa từ 9,5 đến 25mm trước khicho thêm bất kỳ một phụ gia hoá học nào

Dự tính lượng nước trộn cần thiết và hàm lwowjnn không khí của bê tôngtươi trên cơ sở sử dụng cát có độ rỗng 35%

Độ sụt, cm

Lượng nước trộn , lít/m3

Kích thước tối đa của đá, mm

174183189

168174180

165171177

Hỗn hợp có sử dụng chất PGSD.

Bảng trên còn cho các giá trị tương ứng đối với hàm lượng không khí lẫnvào hỗn hợp bê tông Khối lượng nước trộn này là tối đa đối với các loại đá cógocù cạnh, sạch, hình dạng phù hợp và được phân loại tốt nằm trong giới hạncủa tiêu chuẩn ASTM C33 và TCVN 1771-86

Lựa chọn tỉ lệ N/(X+K):

Trong hỗn hợp bê tông cường độ cao, sử dụng các vật liệu khác như muộisilic (MS) hoặc tro bay (TB) , được gọi chung là các chất khoáng (K) Tỉ lệnước so với xi măng và khoáng được tính bằng cách chia trọng lượng của nướctrộn cho trọng lượng kết hợp của xi măng và khoáng: N/(X+K)

Cụ thể là: N/(X+MS) hoặc N/(X+TB)

Trong bảng 3.2 và cho các giá trị tối đa của N/(X+K)

Giá trị tối đa N/(X+K) khyuên dùng đối với bê tông được sản xuất có PGSDCường độ 28 ngày ngoài

thực địa Rycc,Mpa

Rlập phương /Rtrụ

Tỉ lệ M/(X+K)Kích thước tối đa của cốt liệu thô, tính bằng

mm

5848,3

28 ngày

56 ngày

0,500,55

0,480,52

0,450,48

0,430,4666

55

28 ngày

56 ngày

0,440,48

0,420,45

0,400,42

0,380,40

28 ngày

56 ngày

0,380,42

0,360,39

0,350,37

0,340,3683

69

28 ngày

56 ngày

0,330,42

0,360,39

0,350,37

0,340,3691

76

28 ngày

56 ngày

0,330,37

0,320,35

0,310,33

0,300,32100

83

28 ngày

56 ngày

0,270,30

0,260,28

0,250,27

0,250,26

Rycc = Rb + 9,65 Mpa (mẫu hình trụ)

Rycc = Rb + 11,6 Mpa (mẫu hình lập phương)

Căn cứ vào Rycc và dmax của đá có thể xác định được tỷ lệ N : (X+K)

Tính toán hàm lượng vật liệu kết dính

Trọng lượng của vật liệu kết dính cần thiết trên m3 bê tông có thể xác địnhđược bằng cách chia lượng nước cho N/(X+K) Tuy nhiên, nếu có những yêucầu đặc biệt như lượng xi măng tối thiểu hoặc tối đa hoặc qui định về loại phụgia khoáng thì các yêu cầu đó cũng phải được thoã mãn

CDK=N:N/(X+K)Từ hàm lượng chất kết dính xác định lượng xi măng tối ưu dùng cho bê tôngcường độ cao

Khối lượng xi măng hợp lý được dùng ở các hỗn hợp cường độ cao được xácđịnh thông qua các mẻ trộn thử nghiệm

Đối với bất kỳ một tổ hợp vật liệu nạp đó được sử dụng trong một hỗn hợpbê tông, cần có một hàm lượng xi măng để tạo ra cường độ bê tông là lớn

nhất Cường độ tối đa có thể không tăng nữa bằng cách thêm xi măng vào hỗnhợp nằm ngoài hàm lượng tối ưu.

Cần đánh giá đúng tính năng của xi măng, muội silic, hỗn hợp hoá chất vàcốt liệu ở các nồng độ khác nhau để chỉ ra hàm lượng tối ưu của xi măng vàsự kết hợp tối ưu của các vật liệu

Bê tông có cường độ tối đa đến 600 (mẫu lập phương) và 500(mẫu hình trụ)dùng tro bay thì lượng tro bay trong bê tông khoảng 15-35% so với lượng ximăng Lượng muội silic khoảng 5-15% so với lượng xi măng Hàm lượng thựctế của từng loại phụ gia khoáng hoặc hỗn hợp khoáng được xác định thông quathực nghiệm

Xác định thành phần cốt liêu (Cát và đá):

Trong quá trình định thành phần bê tông cường độ cao, cố liệu được xem làrất quan trọng vì nó chiếm thể tích lớn nhất so với bất kỳ một thành phần naòkhác trong bê tông Thường bê tông cường độ 600-800 được sản xuất bằng cáccốt liệu có trọng lượng thông thường

Cốt liệu mịn:

Hàm lượng cốt liệu mịn thấp hơn so với hàm lượng cốt liệu thô có thể làmgiảm yêu cầu về hồ xi măng và thường kinh tế hơn Tuy nhiên, nếu tỉ lệ cátquá thấp thì sẽ gặp khó khăn về tính công tác của bê tông nhất là việc hoànthiện bê tông cường độ cao

Hàm lượng cát trong bê tông cường độ cao được tính toán theo nguyên lýthể tích tuyệt đối, nghĩa là

Trong đó: là thể tích đặc của đá, nước, không khí, xi măng và vật liệukhoáng Lượng cát (kg/m3 bê tông) được tính như sau:

Trong đó: khối lượng riêng của cát.

Cốt liệu thô

Số lượng và kích thước tối ưu của cốt liệu thô khi sử dụng với một loại cátsẽ phụ thuộc rất lớn vào các tính chất của cát Đặc biệt nó sẽ phụ thuộc vào độlớn của cát

Kích thước tối đa của cốt liệu thô được chọn theo số liệu cho trong bảng 3.4.Kích thước tối đa của cốt liệu thô không nên cượt quá 1/5 kích thước hựp nhấtgiữa các bề mặt của khối lập phương, hoặc 1/3 chiều sâu của các tấm, cũngnhư không vượt quá ¾ khe hở nhỏ nhất giữa các thanh tăng cứng, các bó thanh,thanh thép ứng suất trước hoặc các ống

Bảng đường kính lớn nhất của cốt liệu thô (đá)

Cường độ bê tông yêu cầu, Mpa

tuổi 28 ngày, cường độ lậpphương/cường độtrụ

Kích thước tối đa của cốt liệu

thô,(đá), mmNhỏ hơn 75/62,5

Không nhỏ hơn 75/62,5

Từ 19 đến 25Từ 9,5 đến 12,7

Hàm lượng tối ưu của cốt liệu thô phụ thuộc vào các đặc tính cường độ củachính nóvà phụ thuộc vào kích thước tối đa của cốt liệu thô Hàm lượng cốtliệu thô tối ưu khuyên dùng được cho trong bảng 3.5 và được chọn tuỳ thuộcvào kích thước tối đa của cốt liệu thô (đá)

m3/m3 bê tông

Thể tích đá tối ưu ở các đường kính lớn nhất(với cát có độ lớn từ 2,5 đến 3,2)Đường kính lớn nhất của đá, mm 9,5 12,7 19 25

Thể tích của đá dăm trong 1m3 bê tông,

m3 (vđ)

Trể tích đầm chặt của đá được thí nghiệm theo ASTM39 (đ = 1602 – 1,634g/cm3)

Lượng đá (kg/cm3) cho 1m3 bê tông được tính như sau:

Trong đó: xác định theo bảngKhối lượng thể tích đá ở trạng thái đầm chặt được xác định bằng thí nghiệmASTM 39

I/ CÔNG TÁC BÊ TÔNG :

1 Chuẩn bị mẻ trộn:

Kiểm tra, vận chuyển và cất giữ vật liệu:

Việc kiểm tra, vận chuyển, và cất giữ các vật liệu đối với bê tông mác 600(mác 500 theo mẫu hình trụ) về căn bản không khác với các bê tông có cườngđộ thông thường như đã được mô tả trong TCVN vàACI Cần bảo quản các cốtliệu đúng quy cách, giữ độ ẩm đồng đều trong quá trình chuẩn bị mẻ trộn, cầnthực hiện việc lấy mẩu đúng qui trình Cần thận trọng khi để xi măng ở nhiệtđộ tối đa 77 độ C mẻ trộn được tiến hành ở thời tiết nắng nóng

Các thành phần vật liệu nên được giữ ở nhiệt độ thấp trước khi trộn Thờigian giao vật liệu nên giảm xuống ở mức tối thiểu và đặc biệt chú ý đến kếhoạc thi công và thiết bị đổ bê tông tránh tình trạng bị gián đoạn kế hoạch.

2 Cân đong vật liệu:

Các vật liệu dùng cho sản xuất bê tông mác 600 (mác 500 theo mẫu hìnhtrụ) có thể được định lượng bằng máy bán tự động hoặc tự động hoàn toàn Đểđảm bảo chất lượng và độ chính xác nên xi măng và chất phụ gia khoáng đượccân bằng thiết bị tự động Các thiết bị định lượng tự động và đồng hồ đo nướcgiúp duy trì đúng tỉ lệ nước / KCD cần thiết Cần phải xác định chính xác độẩm của cốt liệu mịn (cát) và cốt liệu thô (đá) để điều chỉnh lượng nước trộn.Nước trộn phải được làm mát, dử dụng nước trộn lạnh có thể làm giảm đángkể nhiệt độ của bê tông tươi

3 Nạp nguyên vật liệu:

Bê tông đồng đều được trộn trong máy trộn cố định hoặc xe trộn Bê tôngtrộn trong máy trộn trung tâm thường được nạp nguyên liệu bằng chuyền tải vànạp cốt liệu, xi măng và nước cùng một lúc.Nếu dùng xe trộn, thì sự nạpnguyên liệu phải tránh quá trình hydrat hoá xi măng trong quá trình vậnchuyển, tránh mật độ sụt bê tông Phương pháp mạp nguyên liệu như sau: Thunạp cốt liệu và ¾ nước vận chuyển đến nơi đổ nạp xi măng và khởi độngthùng trộn Các chất PGSD được cho đều vapf bê tông ở cuối chu kỳ trộn Nếuđộ sụt không đồng đều khi xả bê tông, thì các thao tác được sử dụng để nạp