LUẬN VĂN THẠC SỸ: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI THEO PHƯƠNG PHÁP CỦA PHÁP

Bê tông là loại vật liệu đá nhân tạo, nhận được bằng cách đổ khuôn và làm rắn chắc một hỗn hợp hợp lý của chất kết dính, nước, cốt liệu (cát, sỏi hay đá dăm), phụ gia hóa học và phụ gia khoáng. Có trường hợp còn pha thêm cốt sợi. Hỗn hợp nguyên liệu mới nhào trộn xong được gọi là hỗn hợp bê tông hay bê tông tươi. Trong bê tông cốt liệu đóng vai trò là bộ khung chịu lực. Hồ xi măng (CKD) và nước bao bọc xung quanh hạt cốt liệu đóng vai trò là chất bôi trơn, đồng thời lấp đầy khoảng trống giữa các hạt cốt liệu. Sau khi cứng hóa, hồ xi măng gắn kết các hạt cốt liệu thành một khối ở dạng đá và được gọi là bê tông. Bê tông có cốt thép gọi là bê tông cốt thép. Bê tông được dùng rộng rãi trong các công trình xây dựng, giao thông, thủy lợi. Bê tông dùng cho công trình thủy lợi được gọi là bê tông thủy công

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài.

Bê tông là vật liệu phổ biến nhất trong xây dựng nói chung và xây dựngcông trình thủy lợi nói riêng Thành phần bê tông có ảnh hưởng rõ rệt đến cáctính chất của bê tông mới trộn cũng như bê tông đã đông cứng và có ảnhhưởng đến chất lượng bê tông, nên cần phải xác định chính xác thành phần bêtông trước khi chế tạo và đưa vào sử dụng Cho đến nay ở các nước sử dụngnhiều phương pháp thiết kế thành phần bê tông khác nhau, ở nước ta dùngphổ biến phương pháp của Nga (đã Việt Nam hóa) và Mỹ, nhưng chưa thấydùng phương pháp của Pháp, mặc dù phương pháp này đã được giới thiệutrong giáo trình Vật liệu xây dựng của nhà xuất bản giáo dục từ năm 1992.Nước Pháp có nền khoa học tiên tiến và có nhiều thành tựu về xây dựng vàvật liệu bê tông đặc biệt một số công trình bê tông của Pháp được xây dựng ởnước ta từ rất lâu đến nay vẫn tồn tại Phương pháp thực tiễn Dreux-Gorisse

là phương pháp chính thống được dùng phổ biến không những ở Pháp mà còn

ở nhiều nước trên thế giới như Algierie, Maroc, Tunisie Hiện nay Pháp vàViệt Nam có quan hệ đối tác chiến lược và một số công ty của Pháp đã vàoViệt Nam xây dựng một số công trình Hy vọng rằng trong tương lai quan hệ

về kinh tế và khoa học kỹ thuật giữa hai nước sẽ ngày càng phát triển Vì vậyviệc nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật, công nghệ xây dựng của Pháp, trong đó

có thiết kế thành phần bê tông là vấn đề cần thiết Đề tài nghiên cứu này mangtính cấp thiết nhất định và có điểm mới

2 Mục đích của đề tài.

Tổng hợp các phương pháp thiết kế thành phần bê tông đã có, trong đó

có phương pháp của Pháp, để phân tích, đánh giá, vận dụng phương pháp này

và có sự hiệu chỉnh cần thiết nhằm đạt được hiệu quả cao hơn khi thiết kếthành phần bê tông.

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu.

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về cấu trúc bê tông có chú ý đến tỉ lệ C

D tối ưu để đạt hiệu quả cao hơn

5 Nội dung của Luận văn:

Mở đầu

Chương 1 Tổng quan về bê tông, bê tông thủy công và các phương phápthiết kế thành phần bê tông

Chương 2 Cơ sở lý thuyết của đề tài

Chương 3 Nguyên vật liệu sử dụng và PP nghiên cứu thí nghiệm

Chương 4 Thiết kế thành phần bê tông và thí nghiệm bê tông

Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

CHƯƠNG 1 T

ỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG, BÊ TÔNG THỦY CÔNG

VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG 1.1 Khái niệm về bê tông và bê tông thủy công.

Bê tông là loại vật liệu đá nhân tạo, nhận được bằng cách đổ khuôn vàlàm rắn chắc một hỗn hợp hợp lý của chất kết dính, nước, cốt liệu (cát, sỏihay đá dăm), phụ gia hóa học và phụ gia khoáng Có trường hợp còn phathêm cốt sợi

Hỗn hợp nguyên liệu mới nhào trộn xong được gọi là hỗn hợp bê tônghay bê tông tươi

Trong bê tông cốt liệu đóng vai trò là bộ khung chịu lực Hồ xi măng(CKD) và nước bao bọc xung quanh hạt cốt liệu đóng vai trò là chất bôi trơn,đồng thời lấp đầy khoảng trống giữa các hạt cốt liệu Sau khi cứng hóa, hồ ximăng gắn kết các hạt cốt liệu thành một khối ở dạng đá và được gọi là bêtông Bê tông có cốt thép gọi là bê tông cốt thép Bê tông được dùng rộng rãitrong các công trình xây dựng, giao thông, thủy lợi Bê tông dùng cho côngtrình thủy lợi được gọi là bê tông thủy công Theo tiêu chuẩn Nhà nước(TCVN 8218:2009) [25], bê tông thủy công được phân loại như sau:

1.1.1 Theo vị trí của bê tông so với mực nước:

+ Bê tông thường xuyên nằm trong nước;

+ Bê tông ở vùng có mực nước thay đổi;

+ Bê tông ở trên khô (nằm trên vùng có mực nước thay đổi)

1.1.2 Theo hình khối kết cấu công trình:

+ Bê tông khối lớn (cạnh nhỏ nhất không dưới 2,5m và chiều dầy lớnhơn 0,8m - theo Tiêu chuẩn Việt nam TCVN 4453:93) [15];

+ Bê tông khối không lớn

1.1.3 Theo vị trí kết cấu công trình:

+ Bê tông ở mặt ngoài;

+ Bê tông ở bên trong

Như vậy bê tông thủy công có khi tiếp xúc với nước và có khi ở trên khôkhông tiếp xúc với nước; khi đó bê tông thủy công cũng có yêu cầu giống như

bê tông cho công trình xây dựng Đề tài luận văn này nghiên cứu thiết kếthành phần bê tông ở trên khô không tiếp xúc với nước

Bê tông sử dụng cho kết cấu công trình phải có thành phần hợp lý để bêtông đạt được các yêu cầu do thiết kế đề ra Thành phần bê tông biểu thị bằng

tỉ lệ phối hợp các vật liệu thành phần trong bê tông theo khối lượng hoặc theothể tích Thành phần theo khối lượng được dùng chủ yếu trong thực tế xâydựng vì cân trọng lượng chính xác hơn đo lường theo thể tích Thành phần bêtông thường được biểu thị bằng khối lượng của các vật liệu thành phần trong1m3 hỗn hợp bê tông Để xác định thành phần bê tông hợp lý, phải thiết kếthành phần bê tông theo một phương pháp quy định nào đó

Dưới đây là một số phương pháp thiết kế thành phần bê tông được sửdụng trong thực tế và được giới thiệu trong nhiều tài liệu [1,2,3,5,7,8,28,32,34,35,36,39]:

1.2 Các phương pháp thiết kế thành phần bê tông.

1.2.1 Phương pháp tra bảng.

Đây là phương pháp đơn giản được đưa vào Tiêu chuẩn Việt Nam(TCVN) và một số tài liệu khác [4,28] Dựa vào những bảng lập sẵn, tra ngay

được lượng vật liệu dùng cho 1m bê tông Do bảng tra thành phần bê tôngquá lớn, nên không viết ở đây Hiện nay trên vỏ bao xi măng của nhiều nhàmáy đều ghi thành phần bê tông tính sẵn cho 1m3 và dùng loại xi măng đóngtrong bao cho một số mác bê tông để thuận tiện cho người sử dụng Đây cũng

là một kiểu bảng tra do nhà sản xuất xi măng cung cấp Nói chung phươngpháp này chỉ sử dụng cho các công trình nhỏ dùng khối lượng bê tông khôngquá 100m3 và mác thấp

1.2.2 Phương pháp thực nghiệm hoàn toàn.

Phương pháp này được viết trong tài lệu [1] và được dùng cho các côngtrình có quy mô to lớn (khối lượng công trình trên 5.000m3) hoặc những bộphận có tính chất quan trọng và muốn có tính toán chính xác về vật liệu sửdụng Khi đó để xác định các thông số thiết kế không dùng các công thức,bảng và biểu đồ lập sẵn mà hoàn toàn dựa vào số liệu thực nghiệm trên vậtliệu sử dụng cho bê tông công trình Trước hết thông qua hàng loạt thí nghiệmlập các quan hệ, vẽ ra đường biểu diễn thực nghiệm, rồi căn cứ vào các quan

hệ đã lập để thiết kế thành phần bê tông

Thông thường cần xác định các quan hệ cơ bản sau đây

+ Xác định mức ngậm cát tối ưu: Để xác định được mức ngậm cát tối ưu

ta có hai cách thí nghiệm khác nhau

Cách thứ 1: Ấn định độ chịu lực (R28) của bê tông, nghĩa là cố định tỉ số

Cách thứ 2: Cố định Sn như vậy với mỗi mức ngậm cát khác nhau (ta

lấy nhiều mức ngậm cát khác nhau hơn kém 2%) để đảm bảo độ lưu độngnhất định sẽ có những lượng dùng xi măng và nước khác nhau Vẽ biểu đồquan hệ mức ngậm cát với lượng dùng xi măng (Hình 1.2) Mức ngậm cát nàoứng với lượng dùng xi măng ít nhất sẽ là mức ngậm cát tối ưu

nhóm bê tông có tỉ số X

N khác nhau (ứng với mức ngậm cát tối ưu)

Đúc mẫu với mỗi loại hỗn hợp bê tông đó, rồi thí nghiệm để xác định R28

của bê tông Các tỉ số X

N khác nhau sẽ cho trị số R28 khác nhau Vẽ biểu đồ

quan hệ R 28 X

N

 (Hình 1.3)

+ Tìm quan hệ giữa độ lưu động Sn và lượng dùng xi măng:

Độ sụt của bê tông là hàm số phụ thuộc vào mức ngậm cát, tỉ số X

N (phụthuộc vào mác bê tông và phụ thuộc vào lượng dùng xi măng khác nhau).Mức ngậm cát đã tìm được ở trên là mức ngậm cát tối ưu Với cường độ bê

tông nhất định (tỉ lệ X

N nhất định), thì quan hệ giữa độ sụt và lượng dùng ximăng là tỉ lệ thuận tức là khi tăng lượng xi măng, thì độ sụt tăng Để tìm quan

hệ đó ta phải làm công tác thực nghiệm như sau:

Chế tạo các mẻ trộn bê tông có lượng dùng xi măng khác nhau và xácđịnh được các độ lưu động khác nhau Căn cứ vào kết quả thí nghiệm vẽđường biểu diễn quan hệ giữa S n X như trong Hình 1.4.

Với mỗi mác bê tông làm thí nghiệm tương tự, lập được từng biểu đồquan hệ giữa độ lưu động với lượng xi măng cho từng mác bê tông khác nhau.Như vậy ta đã làm xong việc lập các quan hệ giữa các thông số của bêtông Muốn tính toán thành phần của bê tông theo phương pháp này, sử dụngcác đồ thị đó như sau:

- Đầu tiên từ độ lưu động do thi công yêu cầu, dùng biểu đồ Hình 1.4

tra được lượng dùng xi măng cho 1m3 bê tông

- Từ mác bê tông yêu cầu, dùng biểu đồ Hình 1.3, tra ra tỉ số X

N ; từ đótính được lượng nước dùng cho 1m3 bê tông

- Cuối cùng từ độ lưu động dùng biểu đồ Hình 1.1 tra được mức ngậmcát Biết được các thông số đó, có thể tính toán được thành phần bê tông

1.2.3 Phương pháp thể tích tuyệt đối (TTTĐ).

a Phương pháp thể tích tuyệt đối dùng công thức Bolomey.

Phương pháp này được đề cập trong giáo trình vật liệu xây dựng đầu tiêncủa Trường Đại học Thủy Lợi [1]

Đây là phương pháp dựa trên nguyên tắc là tổng thể tích tuyệt đối riêng

rẽ của các vật liệu thành phần phải bằng đơn vị thể tích hỗn hợp của bê tông.Như vậy coi hỗn hợp bê tông hoàn toàn đặc

Ở đây khi tính toán thành phần bê tông, có thể biểu thị bằng lượng vậtliệu thành phần như: Xi măng; Nước; Cát; Đá dùng cho 1m3 bê tông hay biểudiễn tỉ lệ giữa các thành phần trong đó lấy khối lượng xi măng bằng 1 Theophương pháp này các bước tính theo thứ tự như sau:

N

X

Bước 2: Tính lượng nước và lượng xi măng sau khi xác định được tỉ lệ X

N Tìm được lượng nước sau đó tính ra lượng xi măng Lượng nước đượcxác định theo Hình 1.5, dựa vào Dmax của cốt liệu và độ sụt

Ghi chú:

- Đường a dùng cho sỏi có Dmax = 10mm;

- Đường b dùng cho sỏi có Dmax = 20mm;

- Đường c dùng cho sỏi có Dmax = 40mm;

- Đường d dùng cho sỏi có Dmax = 80mm

Biểu đồ trên được thành lập trong điều kiện dùng bê tông đá sỏi và loạicát trung bình Trong trường hợp dùng đá dăm và các loại cát khác, thì phảiđiều chỉnh lượng nước như sau:

- Nếu dùng đá dăm, lượng nước dùng phải tăng thêm 10 lít;

- Nếu dùng cát nhỏ, lượng nước dùng tăng thêm 10 lít;

- Nếu dùng cát lớn, lượng nước dùng giảm đi 10 lít;

- Nếu X có pha phụ gia khoáng hoạt tính cũng phải tăng thêm 10 lít;

- Khi tỉ lệ C

D = 1 cũng tăng nước thêm 10 lít;

- Khi tỉ lệ C

D=0,5, thì nước phải giảm đi 10 lít;

Nếu thi công bằng máy độ lưu động đo bằng chỉ số độ công tác (độcứng) thì lượng nước tra theo Bảng 1.1

Bảng a.2: Lượng nước dùng cho bê tông khi thi công bằng máy.

Độ lưu động Lượng nước (lít) dùng cho sỏi

Bảng a.3: Lượng xi măng tối thiểu, kg/m 3

Điều kiện làm việc của kết cấu

công trình

Phương pháp đầm

Bị ảnh hưởng của mưa gió mà

Bước 3: Tính lượng cát, đá dùng cho 1 m3 bê tông

Có 2 cách để xác định lượng C, D Dựa vào mức ngậm cát (m C

.

c

c d

r C

-  : Hệ số khoảng cách hay hệ số tăng cát để lấp đầy lỗ rỗng của đá,hay còn gọi là hệ số trượt.

Hệ số  khi bê tông được đầm chặt bằng máy chấn động thường, lấybằng 1,0  1,2 Khi đầm chặt bằng tay, lấy   1, 2 1, 4 

Có thể tính tỉ lệ C

D theo công thức sau: . c

d

C r D









Sau khi tính được mức ngậm cát hoặc tỉ lệ C

D, tính thể tích tuyệt đối củacốt liệu và khối lượng riêng của cốt liệu hỗn hợp cát và đá từ đó sẽ tính được

tổng khối lượng cát và đá (C+D) Biết được C+D và trị số C

Vc, Vd, Vx, Vn: Thể tích tuyệt đối (hoàn toàn đặc) của C, D, X, N

C, D, X, N: Khối lượng cát, đá, xi măng, nước dùng cho 1m3 bê tông

Từ đó tìm được thể tích tuyệt đối của hỗn hợp cốt liệu cát và đá như sau:

Trên đây là phần tính toán đơn thuần để xác định lượng cát, đá, xi măng,nước dùng cho 1m3 bê tông Tính toán dựa vào một số bảng tính sẵn và côngthức các điều kiện thành lập các bảng hay công thức đó có thể khác điều kiệnhiện tại, cho nên cần phải thêm phần thực nghiệm để kiểm tra, điều chỉnhthành phần đã tính toán.

Bước 4: Kiểm tra bằng thực nghiệm.

- Kiểm tra về độ sụt: Thường thì với thành phần tính toán, độ sụt của hỗnhợp bê tông không đạt yêu cầu nên phải kiểm tra lại Tính lượng vật liệu chomột mẻ trộn khoảng 10 lít Sau đó trộn bê tông để kiểm tra độ sụt của bê tông.Nếu chưa đạt, ta phải cho thêm nước và xi măng cho tới khi đạt độ sụt yêu

cầu (chú ý phải thêm cả nước và xi măng để giữ cho tỉ lệ X

N không đổi) Nếu

độ sụt vượt quá yêu cầu thì phải giảm nước

- Kiểm tra cường độ của bê tông Rb: Đúc mẫu để thử cường độ với thànhphần bê tông đã được hiệu chỉnh Thông thường thì R28 của mẫu không bằngmác bê tông thiết kế (Rtk), nhưng cũng có những trường hợp sai khác như sau:+ R28<Rtk: Khi đó phải tính toán lại từ đầu Nguyên nhân của việc khôngđạt yêu cầu về cường độ thiết kế là do mác xi măng không đúng Ta tínhngược lại từ kết quả thực tế của Rb sẽ có Rx chính xác và làm lại từ đầu

+ R28>Rtk: Nếu vượt quá 15% như vậy sẽ gây lãng phí xi măng và cũngcần tính toán thí nghiệm lại và giảm bớt xi măng

Tính lại lượng vật liệu dùng cho 1m3 bê tông: Sau khi điều chỉnh để đạtđược độ sụt và cường độ yêu cầu thì lượng vật liệu đã thay đổi, nên phải tínhtoán lại theo trình tự sau:

+ Xác định khối lượng thể tích của hỗn hợp bê tông (mới nhào trộn)bằng thực nghiệm: b

+ Tính ra thể tích thực tế của mẻ bê tông bằng cách chia tổng khối lượngcủa mẻ trộn cho khối lượng thể tích của bê tông (b).

+ Tính lượng vật liệu dùng cho 1m3 bê tông: mt .1000

mt

X X V



Trong đó:

- X: Lượng xi măng (Kg) dùng cho 1m3 bê tông đã đạt Sn yêu cầu;

- Xmt: Lượng xi măng (Kg) dùng cho 1 mẻ trộn BT đã đạt Sn yêu cầu;

- Vmt: Thể tích mẻ trộn (lít);

- Các loại vật liệu khác (C, D, N) cũng tính tương tự như vậy

Sau khi đã tính được lượng X, C, D, N có thể để cấp phối như vậy,hoặc biểu thị theo kiểu sau đây (ta chia khối lượng các vật liệu cho khối lượng

xi măng):

X X X X  X X X

b Phương pháp TTTĐ dùng công thức Bolomey-Skramtaev.

Phương pháp này là phương pháp chính thống của Liên xô trước đây vànước Nga hiện nay [35], đồng thời được sử dụng rộng rãi ở nước ta nhiềunăm nay và đã được đưa vào TCVN 4453-87 [14] và được viết trong nhiều tàiliệu [7,8,28] Phương pháp này cũng là phương pháp thiết kế thành phần bêtông kết hợp tính toán với thực nghiệm để điều chỉnh thành phần Cơ sở đểtính toán lý thuyết là tổng thể tích tuyệt đối của các vật liệu thành phần bằngthể tích của hỗn hợp bê tông, chính vì vậy phương pháp này cũng là phươngpháp thể tích tuyệt đối tương tự như phương pháp viết ở trên

Nội dung của phương pháp này bao gồm các bước sau đây:

Bước 1: Xác định tỉ lệ X

N từ công thức Bolomey-Skramtaev

0,5

b x

R X

N A R  ;Đối với bê tông mác cao, dùng công thức (2) và tính được:

2

0,5

b x

R X

N A R  ;

Trong đó:

- Rb: Mác bê tông yêu cầu, Mpa;

- Rx: Mác xi măng, Mpa;

- A1, A2: Hệ số phụ thuộc vào chất lượng cốt liệu, tra trong Bảng 1.3.

Chất lượng cao (đá phún xuất đặc, cát ít tạp chất) 0,65 0,43

Chất lượng thấp (sỏi, cát hạt nhỏ) 0,55 0,37

Bước 2: Xác định lượng nước trộn.

Thường dựa vào chỉ tiêu tính công tác (độ sụt, độ cứng) của hỗn hợp bêtông Tuy nhiên để xác định chính xác lượng nước sơ bộ cần dựa vào các đặctính của các vật liệu sử dụng như xi măng, cát, sỏi hay đá dăm Việc xác địnhlượng nước cần dùng thường dựa vào bảng tra hoặc biểu đồ Hình 1.6

0 4 9 13 18 22 27 31 120

130 140 150 160 170 180

(1) Dmax=70 mm; (2) Dmax=40 mm; (3) Dmax=20 mm; (4) Dmax=10 mm

Bước 3: Xác định lượng dùng xi măng (X).

Lượng xi măng được xác định theo công thức X ( ).X N

N

 , (kg)

So sánh lượng xi măng vừa tính được với lượng xi măng tối thiểu chophép được quy định trong Bảng 1.4 và dùng trị số lớn hơn

Bảng b.2: Lượng dùng xi măng tối thiểu.

Điều kiện làm việc của kết cấu công trình Phương pháp đầm chặt

Bằng tay Bằng Máy

Bị ảnh hưởng của mưa gió, không có

Bước 4: Xác định lượng cốt liệu lớn và nhỏ.

Hỗn hợp bê tông sau khi nhào trộn và đầm chặt được coi như đặc chắchoàn toàn có nghĩa là chúng thỏa mãn phương trình thể tích tuyệt đối:

-  x, ,c d : Khối lượng riêng của xi măng, cát, đá;

-: Hệ số trượt (hệ số dư vữa)

Với hỗn hợp bê tông cứng, lấy   1,05 1,15  (trung bình là 1,1); còn vớihỗn hợp bê tông dẻo, thì  được xác định bằng cách tra biểu đồ Hình 1.7

1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6

Lượng dùng cốt liệu lớn:

1000 d 1

D r





Bước 5: Kiểm tra bằng thực nghiệm và hiệu chỉnh thành phần tính toán.

Trong thiết kế sơ bộ dùng một số bảng tra và biểu đồ Đây là các số liệutổng hợp từ thực nghiệm trên một số vật liệu, có thể sai khác với vật liệu tadùng cho thiết kế thành phần bê tông, nên sau khi tính toán sơ bộ cần phảikiểm tra tính công tác (độ sụt), cường độ bê tông Trong quá trình kiểm tra

có thể phải hiệu chỉnh lượng dùng các vật liệu để bê tông đạt các yêu cầu đã

đề ra Cuối cùng tính lại lượng chi phí vật liệu cho 1m3 bê tông hoặc lượngdùng cho một mẻ trộn bê tông của máy trộn có tính đến hệ số sản lượng của

mẻ trộn và độ ẩm của cốt liệu ở hiện trường

1.2.4 Phương pháp tỷ dụ lượng.

Phương pháp này được viết trong tài liệu [1]; phần đầu tính giống nhưphương pháp thể tích tuyệt dối, tức là đầu tiên tìm được lượng xi măng vànước, sau đó lượng cát, đá được tính như sau:

Lượng dùng đá theo thể tích xốp không phải xác định, mà lấy ví dụ bằng

900 lít (coi như trong 1m3 có 900 lít đá ở trạng thái xốp tự nhiên) Do đó tatính được khối đá phải dùng cho 1m3 bê tông là:

Như vậy với mỗi giá trị K ta lại tìm được một lượng dùng cát khác nhau.

Từ 3 lượng dùng cát ứng với 3 giá trị K khác nhau (tức K=1; K=1,1; K=1,2)

vẽ biểu đồ quan hệ ta xác định được lượng dùng cát hợp lý nhất Đó là lượngdùng cát mà bê tông dùng ít xi măng nhất khi cả 3 hỗn hợp đều phải đảm bảo

độ lưu động (độ sụt) như nhau

Đến đây ta tính được lượng cát, đá, xi măng, nước dùng cho 1m3 bêtông Phần thực nghiệm của phương pháp này giống phương pháp thể tíchtuyệt đối dùng công thức của Bolomey

1.2.5 Phương pháp thực tiễn Dreux - Gorisse của Pháp.

Phương pháp này được dùng phổ biến ở Pháp và được viết trong Giáotrình vật liệu xây dựng của Nhà xuất bản giáo dục [8] Nội dung thực hiệnphương pháp này gồm các bước sau đây:

Bước 1 Xác định đường kính lớn nhất của cốt liệu Dmax:

Đường kính lớn nhất của cốt liệu được xác định theo Bảng 1.5 Theo đóDmax cũng phải phù hợp với chiều dày tối thiểu của lớp bảo vệ cốt thép (Cmin)

và tùy thuộc vào tính xâm thực của môi trường Bảng 1.6

Bảng a.1: Đường kính lớn nhất của cốt liệu.

Bảng a.2: Tính xâm thực của môi trường.

N GR  ;

Trong đó:

- R28: Cường độ chịu nén của bê tông ở tuổi 28 ngày, kg/cm2;

- Rx: Cường độ chịu nén của xi măng ở tuổi 28 ngày, kg/cm2;

- X: Lượng xi măng, kg/m3;

- N: Lượng nước, l/m3;

- G: Hệ số chất lượng cốt liệu

Giá trị gần đúng của G được tra theo Bảng 1.7 (thường giả thiết hỗn hợp

bê tông được rung ép tốt)

Bảng a.3: Hệ số chất lượng cốt liệu.

Chất lượng

của cốt liệu

Độ lớn của hạt

Dmax  16mm 25mm Dmax  40mm Dmax  63mm

1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 X/N

- D: Đường kính lớn nhất của cốt liệu, mm;

25mm, thì lượng nước cần phải điều chỉnh, tăng hoặc giảm, phụ thuộc vàoDmax và được tra trên Hình 1.9

2 10 16 25 40 63 100 -15%

Hình 4.1: Biểu đồ xác định lượng nước điều chỉnh

Nếu cốt liệu bị ẩm, thì lượng nước tìm được phải giảm đi một lượng tùythuộc vào trạng thái ẩm của cốt liệu tra ở Bảng 1.9

Bảng a.5: Trạng thái ẩm của cốt liệu.

Bước 4: Xác định đường cong cấp phối cốt liệu:

Để xác định đường cấp phối hạt cốt liệu, sử dụng bộ sàng tiêu chuẩn:0,080; 0,100; 0,125; 0,160; 0,200; 0,250; 0,315; 0,40; 0,50; 0,63; 0,80; 1,00;1,25; 1,60; 2,00; 2,50; 3,15; 4,00; 5,00; 6,30; 8,00; 10; 12,5; 16; 20; 25; 31,5;40; 50; 63; 80mm

độ được xác định như sau:

Hình 5.1: Đường thành phần hạt của hỗn hợp cốt liệu có D max = 20 mm.

+ Hoành độ: Nếu Dmax<20mm, thì hoành độ là Dmax Nếu Dmax>20mm, thìhoành độ là điểm giữa của vùng sỏi giới hạn với mô đun 38 (tương ứng với cỡsàng 5mm) và mô đun tương ứng với Dmax của loại sỏi đó

+ Tung độ được xác định: Y  50  D max K;

Trong đó:

- K: Hệ số phụ thuộc vào lượng X, độ lèn chặt và hình dạng của hạt cáttra theo Bảng 1.10 K = 0 ứng với bê tông có lượng X là 350kg/m3, hạt cốtliệu tròn, mô đun độ lớn của cát là 2,5, độ lèn chặt trung bình

Cát hạttròn

Cátnghiền

Cát hạttròn

Cátnghiền

thường 0,760 0,790 0,805 0,815 0,820 0,825 0,830Dẻo Chọc 0,760 0,790 0,805 0,815 0,820 0,825 0,830

Chấn động yếu 0,765 0,795 0,810 0,820 0,825 0,830 0,835Chấn động bình 0,770 0,800 0,815 0,825 0,830 0,835 0,840

thườngChán động

mạnh 0,775 ,0805 0,820 0,830 0,835 ,0840 0,845

Cứng

Chấn động yếu 0,775 0,805 0,820 0,830 0,835 0,840 0,845Chấn động bình

thường 0,780 0,810 0,820 0,830 0,835 0,840 ,0845Chấn động

mạnh 0,785 0,815 0,830 0,840 0,845 0,850 0,855Giá trị Lc thay đổi từ 0,750 (đối với bê tông chảy, hạt nhỏ) đến 0,855(đối với bê tông cứng, chấn động mạnh, hạt thô) Giá trị trung bình của Lc là0,82 tương ứng với loại bê tông thường (Dmax từ 16mm đến 40mm) Giá trị Lccho trong bảng là ứng với cốt liệu hạt tròn, các trường hợp khác phải trừ đimột lượng từ 0,01 đến 0,03 (Đối với đá dăm trừ đi 0,01)

Bước 6: Xác định hàm lượng cốt liệu.

Từ đường cấp phối chuẩn OAB ta nối điểm 95% lọt sàng của đườngcong cát với điểm 5% lọt sàng của đường cong sỏi Tung độ giao điểm củađường nối với đường cấp phối chuẩn sẽ cho tỉ lệ % về thể tích tuyệt đối củatừng loại cốt liệu g1, g2, trong hỗn hợp cốt liệu

Thế tích tuyệt đối của xi măng:

x

x

X V





Thể tích tuyệt đối của cốt liệu: V cl  1000L cV x

Thế tích tuyệt đối của từng loại cốt liệu:

- Vcl1, Vcl2: Thể tích tuyệt đối từng loại cốt liệu, dm .

Khối lượng của từng loại cốt liệu:

- a1 , a2:Khối lượng riêng từng loại cốt liệu, Kg/dm3

Bước 7: Điều chỉnh thành phần bê tông theo Sn và cường độ yêu cầu.

Xác định khối lượng thể tích đầm chặt của hỗn hợp bê tông sau đó tínhchính xác thành phần của 1m3 bê tông theo các công thức dưới đây:

 : Khối lượng thể tích của hỗn hợp bê tông sau khi đầm chặt, kg/l

1.2.6 Phương pháp của Mỹ (ACI 211.1).

Phương pháp thiết kế thành phần bê tông của Mỹ là pháp lệnh được ápdụng ở Mỹ Ở nước ta phương pháp này được dùng chủ yếu cho những côngtrình do nước ngoài thiết kế và giám sát, thi công

Các số liệu làm cơ sở cho việc TKTPBT được đưa vào trong các bảngtra là cỡ hạt cốt liệu lớn nhất, mô đun độ nhỏ của cát đường kính danh nghĩalớn nhất của hạt cốt liệu, độ sụt của hỗn hợp bê tông và cường độ bê tông

Cường độ của xi măng không được đề cập đến trong phương pháp này Cácloại xi măng khác nhau của Mỹ được trình bày trong tiêu chuẩn phân loại đốivới xi măng Pooclăng ASTM C150 [30].

Về cơ bản phương pháp thiết kế thành phần bê tông của Mỹ có các bướctương tự phương pháp thể tích tuyệt đối dùng công thức Bolomey-Skramtaev,nhưng có xét đến hàm lượng khí trong bê tông và không dùng công thức

cường độ bê tông mà dùng bảng tương quan giữa cường độ bê tông và tỉ lệ N

X

Các số liệu cơ bản cần phải xác định trước khi TKTPBT là:

Khối lượng thể tích đầm chặt và khối lượng riêng của đá;

Khối lượng riêng, mô đun độ lớn của cát

Cường độ yêu cầu (cường độ mục tiêu) của bê tông xác định bằng cáchnhân cường độ thiết kế (cường độ đặc tính) với một hệ số an toàn hoặc lấycường độ thiết kế cộng thêm một gia số theo công thức sau:

Ryc = Rtk + 1,65.S;

Trong đó:

- Ryc: Cường độ yêu cầu của mẫu bê tông ở tuổi 28 ngày, được lựa chọn

để dùng trong thiết kế thành phần bê tông

- Rtk: Cường độ đặc tính do thiết kế quy định ở tuổi 28 ngày

- S: Sai lệch chuẩn, là số đo thống kê tự do biến đổi so với cường độtrung bình của các mẫu thử bê tông hình trụ S được đánh giá nằm trong phạm

vi 3,8Mpa6,23Mpa được xác định theo các thí nghiệm cường độ liên tiếpcủa 30 hoặc nhiều hơn 30 mẫu bê tông được đúc ở hiện trường đối với mác bêtông đó

Các bước thiết kế thành phần bê tông theo tiêu chuẩn của Mỹ gồm:

Bước 1: Chọn độ sụt

Nếu độ sụt không được quy định, thì có thể chọn một giá trịnh thích hợpcho công trình từ Bảng 1.12 Các giá trị độ sụt nêu trong bảng được áp dụngkhi đầm chặt bê tông bằng chấn động Nên dùng các hỗn hợp bê tông có độsụt thấp khi đó bê tông vẫn đảm bảo tính dễ đổ và bê tông đặc chắc nhất.Trong trường hợp cần độ sụt cao hoặc muốn có bê tông chảy, có thể sử dụng

phụ gia hóa học nhưng cần chú ý giữ nguyên hoặc giảm tỉ lệ N

X hoặc N

CKDvàkhông để xảy ra hiện tượng tiết nước và phân tầng, đồng thời cường độ phảiđạt yêu cầu

Bảng a.1: Đột sụt đề nghị cho các loại kết cấu công trình khác nhau

Loại kết cấu công trình Đột sụt, in (cm)

Ghi chú: Có thể tăng độ sụt thêm 1 in đối với phương pháp đầm chặt không phải là chấn động (1in = 2,54cm)

Bước 2: Chọn kích thước danh nghĩa lớn nhất của cốt liệu.

Kích thước danh nghĩa lớn nhất của cốt liệu càng lớn sẽ cho độ rỗng củacốt liệu càng nhỏ Từ đó bê tông có cốt liệu cỡ lớn yêu cầu ít vữa hơn trongmột đơn vị thể tích bê tông Thông thường nên dùng kích thước danh nghĩa

lớn nhất của cốt liệu có giá trị về mặt kinh tế và thích hợp với kích thước củakết cấu Trong mọi trường hợp kích thước danh nghĩa lớn nhất của cốt liệukhông vượt quá 1/5 kích thước nhỏ nhất của kết cấu, 1/3 chiều dày của bảnhoặc 3/4 khoảng cách giữa các thanh cốt thép, bó cốt thép hoặc sợi thép ứngsuất trước Các giới hạn này có thể bỏ qua, nếu tính dễ đổ và phương phápđầm chặt đảm bảo kết cấu bê tông không bị rỗng và rỗ Ở các vùng dày đặccốt thép và ống để lại sau khi kéo cốt thép cũng như các ống dẫn, phải chọnkích thước danh nghĩa lớn nhất của cốt liệu sao cho bê tông được đổ khôngxẩy ra hiện tượng phân tầng nhiều, không có các khoảng trống và lỗ rỗng Khicần bê tông có cường độ cao, có thể đạt kết quả tốt nhất bằng cách giảm kíchthước danh nghĩa lớn nhất của cốt liệu, vì chúng tạo ra độ đồng nhất tốt hơn

để tạo ra bê tông cường độ cao với tỉ lệ N

X đã cho

Bước 3: Xác định lượng nước trộn sơ bộ và hàm lượng khí.

Lượng nước trong một đơn vị thể tích bê tông yêu cầu để tạo ra được độsụt yêu cầu phụ thuộc và kích thước danh nghĩa lớn nhất, hình dạng hạt, tínhchất bề mặt của hạt cốt liệu, cấp phối hạt cốt liệu, nhiệt độ bê tông, lượngngậm khí và việc sử dụng phụ gia hóa học Khi lượng vật liệu dính kết trongmức sử dụng thông thường trong hoàn cảnh thuận lợi, thì việc sử dụng mộtvài loại phụ gia khoáng nghiền mịn có thể giảm một chút yêu cầu nước trộn

Bảng 1.13 cho lượng nước trộn yêu cầu sơ bộ đối với bê tông chế tạo bằng cốtliệu có kích thước danh nghĩa cực đại khác nhau Hàm lượng khí khác nhau,tùy thuộc vào cốt liệu dùng Lượng nước yêu cầu có thể tra trong Bảng 1.13

Đây cũng là xác định bước đầu; lượng nước sẽ được điều chỉnh sau này thôngqua thí nghiệm kiểm tra độ lưu động (độ sụt) của hỗn hợp bê tông

1in(2,54)

1,5in(3,81)

2in(5,08)

3in(7,62)

6in(15,24)

Bê tông không cuốn khí (không pha phụ gia cuốn khí)

- 1yd3 = 0,7646m3, 1in = 2,54cm, 1lb = 0,45 Kg, 1lb/yd3 = 0,59325 Kg/m3

Cường độ nén ở tuổi 28 ngày, psi (Mpa) Tỉ lệ N

X theo khối lượng

- Cường độ bê tông được xác định trên mẫu hình trụ có kích thước 6in

x 12in (15,24cm x 30,48cm) được bảo dưỡng ẩm 28 ngày trước khi nén mẫu

- Đơn vị: 1psi = 7,03.10-2 daN/cm2; 1daN/cm2 = 1/10Mpa

Bước 5: Tính toán hàm lượng xi măng.

Lượng xi măng yêu cầu bằng hàm lượng nước trộn đã xác định ở bước 3

chia cho tỉ lệ N

X được xác định ở bước 4 Tuy nhiên khi xác định được ximăng theo tính toán phải so sánh với lượng xi măng tối thiểu, lượng xi măngnào lớn hơn thì chọn để đảm bảo cường độ và độ bền cho bê tông

Bước 6: Xác định hàm lượng cốt liệu lớn.

Các giá trị gần đúng của thể tích cốt liệu lớn được đầm chọc bằng thanhsắt được cho trong Bảng 1.15 Có thể thấy rằng đối với tính dễ đổ bằng nhau,thể tích cốt liệu lớn trong một đơn vị thể tích bê tông không chỉ phụ thuộc vàokích thước danh nghĩa lớn nhất của cốt liệu lớn mà còn phụ thuộc cả vào môđun độ nhỏ của cốt liệu nhỏ

Bảng a.4: Thể tích cốt liệu lớn được đầm chặt trong một đơn vị thể tích BT.

- Các thể tích này được lựa chọn từ các quan hệ thực nghiệm để tạo ra

bê tông có cường độ và tính dễ đổ thích hợp với kết cấu công trình bê tông cốtthép thông thường Đối với bê tông có tính dễ đổ kém hơn như bê tông mặtđường, có thể tăng thể tích này thêm khoảng 10%

Bước 7: Đánh giá hàm lượng cốt liệu nhỏ.

Khi hoàn thành bước 5 tất cả các thành phần cốt liệu đã được đánh giátrừ cốt liệu nhỏ Hàm lượng cốt liệu nhỏ được xác định theo phương pháp thểtích tuyệt đối, nhưng tính cả hàm lượng khí trong bê tông đã được xác địnhtrong Bảng 1.13 Ngoài ra hàm lượng cốt liệu nhỏ có thể được xác định bằnghiệu số giữa khối lượng thể tích của hỗn hợp bê tông và tổng khối lượng củacác thành phần khác (trừ cốt liệu nhỏ) Thông thường biết khối lượng thể tíchcủa bê tông với độ chính xác hợp lý từ thực nghiệm với vật liệu dùng hoặc tratheo bảng lập sẵn.

1.2.7 Phương pháp của Anh.

Phương pháp này được viết trong tài liệu [32] Nội dung cụ thể được tómtắt như sau:

Bước 1: Xác định cường độ mục tiêu Rmt; từ cường độ đặc tính R dtquyđịnh (theo yêu cầu của thiết kế công trình) R mt R dt M

Trong đó:

- M: Số gia để đảm bảo an toàn

Bước 2: Từ cường độ đặc tính xác định được tỉ lệ N

X theo biểu đồ(lượng nước ở đây là lượng nước tự do tức là nước trộn) không kể đến nướctrong cốt liệu bão hòa nước dựa vào Bảng1.16 và biểu đồ hình 1.11

Loại xi măng Loại cốt liệu lớn Rb, Mpa ở các tuổi, ngày

Xi măng pooclăng thường

hoặc pooclăng bền sunphát

Nghiền 34 43 55 61Căn cứ vào loại xi măng và cốt liệu sử dụng xác định được R28 từ bảngtrên rồi chấm điểm trên đường khởi đầu ở Hình 1.11 Vẽ một đường song songvới các đường có sẵn trên biểu đồ gọi là đường đặc trưng Từ điểm ứng vớiRmt đã xác định kẻ đường nằm ngang (song song với trục hoành) Đường nàycắt đường đặc trưng ở 1 điểm Từ điểm này dóng đường thẳng đứng xuống

trục hoành và xác định được tỉ lệ N

X

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0

10 20 30 40 50 60 70 80

X

Bước 3: Xác định lượng nước tự do (nước trộn, không kể nước trong cốt

liệu bão hòa nước), theo Bảng 1.17 phụ thuộc vào Sn, loại cốt liệu và Dmax

Dmax, mm Loại cốt liệu Lượng nước ứng với các độ sụt khác nhau

Ghi chú: Nếu cốt liệu lớn và cốt liệu nhỏ không cùng loại, thì lượng

nước trộn bê tông tính theo công thức sau:

N  N  N ;

Trong đó:

- N l: Lượng nước trộn ứng với cốt liệu lớn;

-N n: Lượng nước trộn ứng với cốt liệu nhỏ

Bước 4: Xác định lượng xi măng Kg/m3, theo lượng nước trộn và tỉ lệ

nhỏ hơn thì phải lấy lượng xi măng tối thiểu Khi đó tỉ lệ N

X sẽ nhỏ hơn vàcường độ bê tông tăng thêm

Nếu lượng xi măng lại cao hơn một giá trị quy định, thì có thể thay đổiloại xi măng, thay đổi Dmax hoặc dùng phụ gia giảm nước; khi đó lượng nước

giảm nhưng tỉ lệ N

X giữ nguyên thì lượng xi măng sẽ giảm đi

Bước 5: Xác định tổng khối lượng cốt liệu lớn và nhỏ.

- Trước hết phải xác định khối lượng thể tích của hỗn hợp bê tông theobiểu đồ Hình 1.12 phụ thuộc vào lượng nước trộn và khối lượng thể tích củahỗn hợp cốt liệu được đầm chặt ở trạng thái bão hòa nước (SSD) Nếu không

biết khối lượng thể tích của hỗn hợp cốt liệu thì có thể lấy bằng giá trị gầnđúng như sau: 2,6 Kg/l đối với cốt liệu không nghiền và 2,7 Kg/l đối với cốtliệu nghiền Khi sử dụng biểu đồ Hình 1.12 làm như sau: Chấm điểm ứng vớikhối lượng thể tích của cốt liệu trên trục tung bên phải, kẻ đường thẳng songsong với hai đường ở trên và dưới được đường đặc tính Dóng đường thẳng

đứng từ một điểm ứng với tỉ lệ N

X đã xác định trên trục hoành Qua giao điểmcủa đường dóng với đường đặc tính vẽ đường nằm ngang sẽ xác định đượckhối lượng thể tích của hỗn hợp bê tông (b)

- Tổng khối lượng cốt liệu được xác định như sau:C D  b X N

- Đầu tiên xác định tỉ lệ cát, theo biểu đồ Hình 1.13 phụ thuộc vào Dmax,

độ sụt Cách sử dụng biểu đồ Hình 1.13 như sau: từ tỉ lệ N

X đã biết, dóngđường thẳng đứng cắt đường tương ứng với % lọt sàng 0,6mm ở 1 điểm Từđiểm đó, kẻ đường nằm ngang cắt trục tung ở 1 điểm tương ứng với % tỉ lệcát đá trong hỗn hợp cát + đá

0.2 0.4 0.6 0.8 10

20 30 40 50 60 70 80

100 80 60

40 15

0.2 0.4 0.6 0.8 10

20 30 40 50 60 70 80

100

80 60 40 15

0.2 0.4 0.6 0.8 10

20 30 40 50 60 70 80

100 80 60 40 15

1.2.8 Phương pháp của Canada.

Phương pháp này được viết trong tài liệu [33] Về cơ bản phương phápcủa Canada tương tự như phương pháp của Mỹ được viết trong tiêu chuẩnACI 211.1 Các hàm lượng của xi măng, nước và đá được xác định theo các

thể tích của hỗn hợp bê tông) và phương pháp dựa trên thể tích tuyệt đối.Phương pháp TKTPBT của Canada chỉ dựa trên khối lượng có nghĩa là lấykhối lượng thể tích của hỗn hợp bê tông (b) tra được trong bảng biểu thịquan hệ bvà Dmax trừ đi các khối lượng của xi măng, nước và đá đã biết sẽđược khối lượng của cát Ở cuối các bảng tra được lấy từ tài liệu của Mỹ đều

có ghi được sự đồng ý của ACI, để đảm bảo bản quyền của ACI 211.1

1.2.9 Phương pháp Ba phương trình của Ba Lan.

Phương pháp này được viết trong chuyên đề của Tiến sĩ Nguyễn HồngChương [5] Đây là phương pháp của Ba Lan Điểm khái quát chính củaphương pháp là các giá trị của nghiên cứu thực nghiệm có khác nhau theocông nghệ bê tông ở Châu Âu Phương pháp ba phương trình bao gồm việclập và giải ba phương trình tuyến tính, phù hợp với sự cân bằng về thể tíchcủa các thành phần, với lượng nước yêu cầu của xi măng và cốt liệu phù hợpvới yêu cầu về cường độ của bê tông Từ số liệu của bảng tra về các thông sốcủa các vật liệu sử dụng người ta xác định được các trị số đưa vào tính toán.Hai trong số các phương trình này được đưa vào tính toán là các phương trìnhthực nghiệm

Việc áp dụng phương pháp ba phương trình đòi hỏi chặt chẽ những yêucầu về cỡ hạt cốt liệu (được mô tả bằng đường cong phân tích thành phầnhạt) Điều này được quy định rõ trong tiêu chuẩn Ba Lan PN-88-06250

Phương trình cường độ trong PP này giống phương trình của Bolomey: