LUẬN BÀN VỀ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG CỦA PHÁP

Nước Pháp có thế mạnh về xây dựng cầu đường. Trường Đại học cầu đường Paris là một trường đại học nổi tiếng không những ở Pháp, mà còn có tiếng vang trên thế giới. Nước Pháp là nước đi đâu nghiên cứu sử dụng bê tông và bê tông cốt thép trên thế giới. Hiện nay Pháp và Việt Nam có quan hệ đối tác chiến lược và một số công ty của Pháp đã vào Việt Nam xây dựng một số công trình, chủ yếu trong lĩnh vực hạ tầng, như các hệ thống cấp thoát nước và nhiều công trình hạ tầng khác. Hy vọng rằng trong tương lai quan hệ về kinh tế và khoa học kỹ thuật sẽ ngày càng phát triển. Vì vậy việc 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.

LUẬN BÀN VỀ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG CỦA PHÁP

GS-TSKH Nguyễn Thúc Tuyên

Kỹ sư: Trần Quang Thanh Nước Pháp có thế mạnh về xây dựng cầu đường Trường Đại học cầu đường Paris là một trường đại học nổi tiếng không những ở Pháp, mà còn có tiếng vang trên thế giới Nước Pháp là nước đi đâu nghiên cứu sử dụng bê tông

và bê tông cốt thép trên thế giới Hiện nay Pháp và Việt Nam có quan hệ đối tác chiến lược và một số công ty của Pháp đã vào Việt Nam xây dựng một số công trình, chủ yếu trong lĩnh vực hạ tầng, như các hệ thống cấp thoát nước và nhiều công trình hạ tầng khác Hy vọng rằng trong tương lai quan hệ về kinh tế và khoa học kỹ thuật sẽ ngày càng phát triển Vì vậy việc 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

Phương pháp thiết kế thành phần bê tông mang tên Dreux-Gorisse được dùng phổ biến ở Pháp [1,2] Nội dung cụ thể của phương pháp này gồm:

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

Bảng 1: Đường kính lớn nhất của cốt liệu.

Hạt tròn Hạt nghiền

e - Khoảng cách nằm ngang của cốt thép ≤0,8e ≤0,7e

r - Bán kính trung bình của cốt thép ≤1,4r ≤1,3r

hm - Chiều dày tối thiểu của kết cấu

5

m

h

≤

Bước 2: Xác định lượng xi măng (X), theo công thức

'

x

R X

N =GR +

Trong đó: '

28

R : 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

nó được tra theo Bảng 2

Bảng 2: Hệ số chất lượng cốt liệu.

Chất lượng

của cốt liệu

Độ lớn của hạt

Dmax ≤ 16mm ÷25mm Dmax ≤ 40mm Dmax ≥ 63mm

Bước 3: Xỏc định hàm lượng xi măng (X) theo tỉ số N

X và độ sụt Sn dựng biểu đồ Hỡnh 1

200 250 300 250 400 400+

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

2.2

2.4

2.6

X/N

Sn (cm)

Lượng xi măng Kg/m3 Phụ gia hóa lỏng (Fluidifiant)

Hỡnh 1: Sự phụ thuộc của lượng X vào X

N

và S n

-15

-10

-5

0

+5

+10

+15

Dmax (mm)

%

Hỡnh 2: Biểu đồ điều chỉnh lượng nước

Xi măng tỡm được phải lớn hơn lương xi măng tối thiểu: min 5

250 B X

D

+

=

Trong đú: B: Mỏc bờ tụng,

kg/cm2; D: Đường kớnh lớn nhất của cốt liệu, mm;

Bước 4: Xỏc định lượng

nước theo X và X

N đó biết: Lượng nước tớnh được ứng với cốt liệu khụ cú

Dmax=25mm; nếu Dmax ≠

25mm, thỡ lượng nước cần phải điều chỉnh tăng hoặc giảm phụ thuộc vào Dmax

được tra trờn Hỡnh 2 Nếu cốt liệu bị ẩm, thỡ lượng nước tỡm được phải giảm đi một lượng tựy thuộc vào trạng thỏi ẩm của cốt liệu tra ở Bảng 3

Bảng 3: Trạng thỏi ẩm của cốt liệu.

Trạng thỏi

ẩm của cốt

Lượng nước cần giảm của cỏc cỡ hạt, l/m3

Cỏt 0/5,

mm Sỏi 5/12,5, mm Sỏi 5/20, mm Sỏi 20/40, mm Khụ 0 - 20 Khụng đỏng kể Khụng đỏng

kể

Khụng đỏng kể

Rất ẩm 80 - 100 40 - 60 30 - 50 20 - 40

Bước 5: Xác định đường cong cấp phối cốt liệu:

Để xác định đường cấp phối hạt cốt liệu ta 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

Đường cấp phối chuẩn hình 3 được xây dựng trên cơ sở hạt cốt liệu thực tế

có Dmax giả thiết bằng 20mm; nó được xác định bởi 3 điểm OAB Điểm O có tọa

độ O (0,08;0) Điểm B có toạn độ B (Dmax;100) Điểm A có tọa độ được xác định như sau:

Hình 3: Đường cấp phối hạt của hỗn hợp cốt liệu có D max = 20 mm.

- Hoành độ: Nếu Dmax<20mm, là Dmax Nếu Dmax>20mm, là điểm giữa của vùng sỏi giới hạn với mô đun 38 (tương ứng với cỡ sàng 5mm) và mô đun tương ứng với Dmax của sỏi đó

- Tung độ được xác định như sau:

ax

50 m

Y = − D +K Trong đó: K: Hệ số phụ thuộc vào lượng xi măng, độ lèn chặt và hình dạng

của hạt cát được tra theo bảng 4 K = 0 ứng với bê tông có lượng xi măng là 350kg/m3, hạt cốt liệu tròn, mô đun độ lớn của cát là 2,5, độ lèn chặt trung bình

Bảng 4:Bảng tra hệ số K.

Hình dạng hạt cát Cát hạt

tròn

Cát nghiền

Cát hạt tròn

Cát nghiền

Cát hạt tròn

Cát nghiền

Ghi chú:

1 - Nếu mô đun độ lớn (Mdl) của cát ≠2,5, thì phải cộng thêm hệ số điều

chỉnh Ks = Mdl - 15

2 - Nếu bê tông dùng để bơm cần có độ dẻo cao, thì K phải tăng thêm một giá trị Kp = 5÷10 (tùy thuộc vào độ dẻo cần thiết)

Bước 6: Xác định hệ số lèn chặt (Lc)

Hệ số lèn chặt Lc là tỉ số thể tích tuyệt đối của vật rắn (xi măng và cốt liệu) trong 1m3 bê tông tươi Giá trị của Lc được lựa chọn theo Bảng 5

Bảng 5: Xác định hệ số lèn chặt của bê tông.

Loại

HH

Độ lèn ép Lc ứng với các giá trị Dmax (mm) khác nhau

5 0,820 0,825 0,830 Chấn động yếu 0,765 0,795 0,810 0,82

0 0,825 0,830 0,835 Chấn động bình

thường 0,770 0,800 0,815

0,82

5 0,830 0,835 0,840 Chán động

mạnh 0,775 ,0805 0,820

0,83

0 0,835 ,0840 0,845 Giá 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 là 0,82 tương ứng với loại bê tông thường (Dmax từ 16mm đến 40mm) Giá trị Lc cho trong bảng là ứng với cốt liệu hạt tròn, các trường hợp khác phải trừ đi một lượng từ 0,01 đến 0,03 (Đối với đá dăm trừ đi 0,01)

Bước 7: Xác định hàm lượng cốt liệu:

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

Thể tích tuyệt đối của cốt liệu:

x

1000

X

ρ

Thế tích tuyệt đối của từng loại cốt liệu:V cl1 =g V1 cl và V cl2 =g V2 cl

Trong đó: g1, g2: Phần trăm về thể tích từng loại cốt liệu, %; Vcl1, Vcl2: Thể tích tuyệt đối từng loại cốt liệu, dm3

.

Khối lượng của từng loại cốt liệu:P V1 = cl1 ρa1 và P2 =V cl2 ρa2

Trong đó:ρ ρa1 , a2:Khối lượng riêng từng loại cốt liệu, Kg/dm3

Sau khi tính toán được thành phần tính toán của bê tông Thành phần này phải được kiểm tra và điều chỉnh thông qua thực nghiệm

So sánh phương pháp của Pháp với phương pháp thể tích tuyệt đối dùng công thức Bolomey-Skramtaev được dùng như phương pháp chính thống ở Việt Nam vì đã được đưa vào tiêu chuẩn [3,4], thấy có sự khác nhau như sau:

1) Hai phương pháp này đều kết hợp tính toán (lý thuyết) với thực nghiệm,

có nghĩa là đầu tiên xác định thành phần tính toán, sau đó kiểm tra và điều chỉnh thành phần tính toán thông qua thực nghiệm

2) Hai phương pháp đều tính tỉ lệ N

X theo công thức tương tự nhau, nhưng

hệ số A và G trong công thức được xác định khác nhau: Hệ số A chỉ phụ thuộc vào chất lượng cốt liệu, còn hệ số G phụ thuộc vào chất lượng cốt liệu và Dmax

của cốt liệu lớn Trong các trường hợp cụ thể A và G có giá trị khác nhau Đáng chú ý trong công thức Bolomey-Skramtaev cường độ bê tông (Rb) được xác định trên mẫu hình lập phương 15x15x15cm, còn trong công thức của Dreux-Gorisse được xác định trên mẫu hình trụ 15x30cm, nhỏ hơn Rb của mẫu lập phương 1,12 lần

3) Phương pháp Việt Nam xác định lượng nước theo bảng hoặc biểu đồ và lượng xi măng được xác định từ tỷ lệ X

N và N đã xác định Còn phương pháp của Pháp lại xác định lượng X trước theo biểu đồ, rồi mới tính N từ tỷ lệ X

N và X đã xác định Lượng xi măng trong biểu đồ tối đa là 400 Kg/m3 Đối với mác bê tông lớn mà lượng xi măng không đủ, thì giải quyết bằng cách pha phụ gia hóa lỏng để giảm lượng nước trộn

3) Phương pháp Việt Nam xác định lượng đá (D) theo công thức Sau khi đã xác định được lượng X, N, D, xác định lượng cát như sau:

x d

ρ ρ

Phương pháp của Pháp xác định tỉ lệ cát, đá (theo thể tích tuyệt đối) theo

biểu đồ Thể tích tuyệt đối của cốt liệu:

x

1000

X

ρ

= − (Lc được tra bảng) sau

đó tính riêng thể tích tuyệt đổi và khối lượng của cát và đá

Chúng tôi đã áp dụng phương pháp của Việt Nam và phương pháp của Pháp được viết trong tài liệu [5] để tính toán thành phần bê tông, nhìn chung phương pháp của Pháp tỉ mỷ hơn và cũng phức tạp hơn

Để so sánh chúng tôi đã dùng 2 phương pháp này để tính toán thành phần

bê tông mác 30 (mẫu lập phương) và Rb=27Mpa (theo mẫu hình trụ), độ sụt 5-6cm, dùng đá dăm và cát vàng Kết quả đạt được như trong bảng 6

Bảng 6: Thành phần bê tông theo 2 phương pháp thiết kế.

Phương pháp thiết kế

thành phần bê tông

Thành phần bê tông

X, Kg N, lít C, Kg D, Kg Phương pháp của Pháp 400 179 576 1305 0,45 5 40,5 Phương pháp Việt Nam 328 170 640 1325 0,52 6 35,3

NHẬN XÉT

Từ số liệu của bảng 6 có thể nhận xét như sau:

- Phương pháp thiết kế thành phần bê tông của Pháp cho hàm lượng xi măng, nước và cát cao hơn, còn lượng đá sấp xỉ bằng so với phương pháp của Việt Nam

- Cả hai phương pháp đều cho cường độ cao hơn cường độ yêu cầu, cần điều chỉnh thành phần thông qua thực nghiệm để đạt được cường độ đã đề ra

- Khi có yêu cầu sử dụng phương pháp của Pháp để tính thành phần bê tông, có thể áp dụng được phương pháp này và thực hiện đầy đủ các bước đã nêu trên

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 G Dreux, (1979), Nouveau Guide du Béton Paris” Éditions Eyrolles”

2 M Laquerbe, LE BETON, Institut National des Sciences appliqués

3 TCVN 2253-87, Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép - Quy phạm thi công và nghiệm thu

4 Bộ xây dựng, (2000), Chỉ dẫn kỹ thuật chọn thành phần bê tông các loại, NXB Xây dựng

5 Phùng Văn Lự, Phạm Duy Hữu, Phan Khắc Trí, (2012), Giáo trình vật liệu xây dựng, NXB Xây dựng