vật liệu xây dựng bê tông

tài liệu uy tín được biên soạn bởi giảng viên đại học Bách Khoa TPHCM, thuận lợi cho qua trình tự học, nghiên cứu bổ sung kiến thức bộ môn địa chất công trình, bộ môn dầu khí, bộ môn cầu đường xây dựng dân dụng, Tài liệu được kiểm duyệt bởi giảng viên, phòng đào tạo trường đại học bách khoa, lưu hành nội bộ

Chöông 5

BÊ TÔNG

TP HCM

BK

2

1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI BÊ TÔNG:

1.1 Khái niệm:

- Bê tông là loại đá nhân tạo, bao gồm:

+ Cốt liệu: cát, đá dăm, sỏi

+ Chất kết dính: xi măng, thạch cao, vôi,…

+ Nước: để nhào trộn, phản ứng hoá học

+ Phụ gia (có thể có) để cải thiện các tính chất

của hỗn hợp bê tông và bê tông

- Các hỗn hợp này được nhào trộn đồng nhất với nhau, và chưa bắt đầu ninh kết tạo thành bê tông tươi Sau khi được lèn chặt và đóng rắn, tạo thành bê tông

KHÁI NIỆM VỀ BÊ TÔNG

Xi măng

Cát

Đá dăm Nước

Phụ gia

CÁC THÀNH PHẦN CỦA BÊ TÔNG

Company Logo

www.themegallery.com

6

Range in Proportions

7

-Bê tông là loại vật liệu xây dựng quan trọng, được sử dụng

rộng rãi trong xây dựng cơ bản nhờ những ưu điểm sau:

+ Cường độ chịu nén cao, Rn = (20100)Mpa

+ Bền vững và ổn định đối với mưa nắng, nhiệt độ và độ ẩm

+ Giá thành rẻ vì sử dụng nguyên liệu địa phương  90% + Bê tông + cốt thép  bê tông cốt thép

+ Công nghệ sản xuất cấu kiện bê tông có khả năng cơ giới hóa, tự động hóa, làm tăng năng suất

+ Có thể chế tạo được những loại bê tông có cường độ, hình dạng và tính chất khác nhau trên cùng hệ nguyên liệu

8

Tuy nhiên, vật liệu bê tông vẫn còn những nhược

điểm:

+Khối lượng thể tích lớn, nặng (2.2  2.5) T/m3

+ Cường độ chịu kéo thấp Rk = (1/10  1/15)Rn

1.2 Phân loại:

1.2.1 Theo khối lượng thể tích o :

- Bê tông cực nặng : o > 2 500 kg/m3

- Bê tông nặng : o = (1 800  2 500) kg/m3

- Bê tông nhẹ : o = (500  1 800) kg/m3

- Bê tông đặc biệt nhẹ : o < 500 kg/m3

9

1.2.2 Theo chất kết dính:

-Bê tông xi măng : CKD là xi măng, chủ yếu là PC,PCB

-Bê tông silicat : CKD là vôi, cát nghiền mịn ở to,p cao

-Bê tông thạch cao: CKD là thạch cao

-Bê tông polymer : CKD là chất dẻo hóa học, phụ gia vô

cơ

1.2.3 Theo công dụng:

- Bê tông công trình sử dụng ở các kết cấu và công trình chịu lực, yêu cầu có cường độ thích hợp và tính chống biến dạng

- Bê tông công trình - cách nhiệt vừa yêu cầu chịu được tải trọng vừa cách nhiệt, dùng ở các kết cấu bao che như tường ngòai, tấm mái

- Bê tông cách nhiệt yêu cầu cách nhiệt cho các kết cấu bao che có độ dày không lớn

10

-Bê tông thủy công yêu cầu chịu lực, chống biến dạng,

cần có độ đặc chắc cao, tính chống thấm và bền vững dưới

tác dụng xâm thực của nước

-Bê tông mặt đường cần có cường độ cao, tính chống mài

mòn lớn và chịu được sự biến đổi lớn về nhiệt độ và độ ẩm

-Bê tông chịu nhiệt: chịu được tác dụng lâu dài của nhiệt

độ cao trong quá trình sử dụng

-Bê tông bền hóa học: chịu được tác dụng xâm thực của

các dung dịch muối, acid, kiềm và hơi của các chất này mà

không bị phá hoại

-Bê tông trang trí: dùng trang trí bề mặt công trình, có

màu sắc yêu cầu và chịu được tác dụng thường xuyên của

thời tiết

-Bê tông đặc biệt: dùng ở các công trình đặc biệt, hút được bức xạ của tia γ hay bức xạ neutron

- Không nên sử dụng xi măng mác cao để chế tạo bê tông mác thấp  lượng xi măng ít và không đủ để bao bọc các hạt cốt liệu, lắp đầy các khoảng trống giữa các hạt cốt liệu

- Chọn mác xi măng theo mác bê tông:

Rx 30 30-40 40-50 50 60 60-70

- Loại xi măng: PC hoặc PCB theo TCVN 2682-87; xi măng Portland pouzolane theo TCVN 4033-85; xi măng

Types of Portland Cement

entraining

IV Low heat of hydration

V High sulfate resistance

Các chủng loại cement

13

.\Cac chung loai

cement.MPG

14

- Lượng xi măng quy định tối thiểu:

Portland xỉ lò cao theo TCVN 4316-86 Loại và mác xi măng phải thích hợp với điều kiện sử dụng và điều kiện môi trường làm việc của bê tông, tính chất và vị trí của công trình xây dựng và phải thích hợp với loại cốt liệu

16

2.2 Nước:

Nước dùng trong bê tông là nước được cấp từ hệ thống công cộng, cũng như các nguồn nước sinh hoạt khác Trong các trường hợp khác, nước trộn bê tông cần được phân tích và phải phù hợp với các quy định

của tiêu chuẩn “ Nước cho bê tông và vữa” ‟ Yêu cầu

kỹ thuật: TCVN 4506-87

Prestressed concrete or concrete in

bridge decks

500

Other reinforced concrete containing

aluminum or dissimilar metals or

Alkalies, as (Na2O + 0.658 K2O) 600

18

Atomic Absorptio Spectrophotometer

(thiết bị đo quang phổ sự hấp thụ nguyên tử)

Nước dùng cho bê tông

19

2.3 Cốt liệu nhỏ: cát

- Cỡ hạt trung gian giữa cốt liệu lớn và xi măng, từ (0.15  5.0) mm

- Cấp phối hạt có nguyên liệu thành phần được liên tục

- Chống co ngót, biến dạng, cong vênh

- Giảm lượng xi măng, tăng sản lượng bê tông

- Cát xây dựng ‟ Yêu cầu kỹ thuật TCVN 1770-86

- 2.3.1 Hàm lượng tạp chất có hại:

- Bụi, bùn, setù, mica, sulfat [SO4]2-, tạp chất hữu cơ

21

Fine Aggregate

„ Sand and/or crushed stone

„ < 5 mm (0.2 in.)

„ F.A content usually 35% to 45% by mass or volume of total aggregate

Xác định độ bẩn hữu cơ của cát

22

2.3.2 Thành phần hạt, phạm vi cho phép của cát:

Bộ sàng tiêu chuẩn: 5 ; 2,5 ; 1,25 ; 0,63 ; 0,315 ; 0,16mm

a) Tính lượng sót riêng biệt: ai(%)

Đường kính mắc sàng (mm)

BIỂU ĐỒ THÀNH PHẦN HẠT CỦA CÁT

1,25

0,63 0,315 0,16

Vùng cát hạt lớn

Vùng cát hạt nhỏ Phạm vi cho

phép

25

Sieve size

Percentage of individual fraction retained, by mass

Percentage passing, by mass

Cumulative percentage re- tained, by mass 9.5 mm (3/8 in.) 0 100 0

26

Xác định module độ lớn của cát

27

THIẾT BỊ RÂY SÀNG CÁT

28

VD: thành phần hạt của cát dùng chế tạo bê tông

Tổng cộng: 976.9g Lượng lọt qua sàng 0,16mm: 23.1 g

Module độ lớn:

Và: A0,63 = 43,81%  50%  Cát hạt trung bình

Số liệu thí nghiệm Kích thước cỡ sàng(mm)

2.5 1.25 0.63 0.315 0.16 < 0,16 Lượng sót riêng biệt: mi(g) 60.6 116.2 261.3 395.9 142.9 23.1

Lượng sót riêng biệt(%), ai 6.06 11.62 26.13 39.59 14.29 2,31

Lượng sót tích lũy(%), Ai 6.06 17.68 43.81 83.40 97.69 100

Nhận xét: Cấp phối hạt của cát nằm trong phạm vi cho

phép, dùng để chế tạo bê tông tốt

Đường kính mắc sàng (mm)

BIỂU ĐỒ THÀNH PHẦN HẠT CỦA CÁT

1,25

0,63 0,315

0,16

30

2.4 Cốt liệu lớn: đá dăm, sỏi

- Có cỡ hạt: (5  70]mm

- Là bộ khung chịu lực tổng quát trong bê tông

- Sỏi : là vật liệu ở dạng hạt rời có sẳn trong thiên nhiên, là loại đá trầm tích cơ học, có bề mặt nhẵn, ít góc cạnh, nên cần ít nước, ít tốn xi măng, dễ trộn và dễ đầm, dễ tạo hình

- Đá dăm : được nghiền, sàng từ đá trầm tích, phun trào, hoặc biến chất, nhiều góc cạnh, bề mặt nhám nên cần nhiều nước, nhiều vữa xi măng khi nhào trộn

-Đá dăm, sỏi, sỏi dăm dùng trong xây dựng - Yêu cầu kỹ thuật: TCVN 1771-86

31

Coarse Aggregate

„ Gravel and crushed stone

„  5 mm (0.2 in.)

„ typically between 9.5 and 37.5 mm (3/8 and 1½ in.)

Cốt liệu lớn

33

2.4.1 Lượng ngậm tạp chất có hại:

- Bụi, bùn, sét, tạp chất hữu cơ, muối sulfate, mica,…

2.4.2 Cường độ của cốt liệu lớn:

- Yêu cầu : RCL > RđáXM  RCL  Rb

- Mác đá dăm từ đá thiên nhiên yêu cầu cao hơn mác bê tông như sau:

RCL > 1.5Rb với Rb < 30MPa

RCL > 2.0Rb với Rb  30MPa

Cường độ đá dăm có thể xác định trực tiếp bằng thí nghiệm nén mẫu có kích thước tiêu chuẩn gia công từ đá gốc sản xuất ra đá dăm đó

35

Trong trường hợp không thể xác định trực tiếp cường độ đá dăm, cuội, sỏi từ thí nghiệm cường độ đá gốc, có thể đánh giá qua chỉ tiêu thí nghiệm về độ ép vỡ (Ev). Theo chỉ tiêu này, cốt liệu có độ ép vỡ như sau:

Ev ‟ 8 thích hợp với bê tông mác lớn hay bằng 300

Ev ‟ 12 thích hợp với bê tông mác bằng 200 -300

Ev ‟ 16 thích hợp với bê tông mác nhỏ hơn 200

2.4.3 Hình dáng hạt:

Hạt dăm và cuội sỏi có dạng hình dài và dẹt ảnh hưởng không có lợi tới cường độ bê tông vì thế hàm lượng của chúng trong cốt liệu lớn không được vượt quá 15% theo khối lượng

36

Dmax và Dmin

D max là đường kính lớn nhất của cốt liệu tương ứng với cỡ sàng tiêu chuẩn mà tại đó có lượng sót tích lũy nhỏ hơn 10%

D min là đường kính nhỏ nhất của cốt liệu tương ứng

với cỡ sàng tiêu chuẩn mà tại đó có lượng sót tích lũy lớn

hơn 90%

Kích thước mắt sàng (mm)

BIỂU ĐỒ THÀNH PHẦN HẠT CỦA ĐÁ

Phạm vi cho phép

Ai(%) 0 0  10 40  70 90  100

Cở sàng tiêu chuẩn & phạm vi cho phép

của cốt liệu lớn theo ASTM C 117

41

Grading Limits[Biểu đồ PVCP của cốt liệu]

(tuøy yù)

42

Grading Limits[Biểu đồ PVCP của cốt liệu]

43

THIẾT BỊ RÂY SÀNG CỐT LIỆU LỚN

45

Range of Particle Sizes

Thí nghiệm xác định cỡ hạt lớn nhất của

cốt liệu lớn dùng chế tạo béton

46

47

Số liệu thí nghiệm Kích thước cỡ sàng (mm)

32 25 20 12.5 10 5 <5 Lượng sót riêng

biệt, mi (g) 0 1088 6691 5838 934 213 236 Lượng sót riêng

biệt, ai (%) 0 7.25 44.61 38.92 6.23 1.42 1,57 Lượng sót tích lũy,

Ai (%) 0 7.25 51.86 90.78 97.01 98.43 100

Đường kính lớn nhất của đá: Dmax = 25 mm, vì A25=7,25% < 10% Đường kính nhỏ nhất của đá: Dmin = 12.5 mm, vì A12,5=90,78%

>90% Khối lượng đá đem rây sàng: 15000 g

2

1

D

D 18.75(mm); 1 25Dmax  31.25 (mm)

Nhận xét: Cấp phối hạt của đá nằm trong phạm vi cho

phép, dùng để chế tạo bê tông tốt

49

2.5.1 Phụ gia hoạt tính có thể tác dụng với Ca(OH)2

trong xi măng hoặc vôi tạo nên những silicát bền vững và có cường độ

2.5.2 Phụ gia nhét đầy không có hại, có hoạt tính không đáng kể, được nghiền đến độ mịn như xi măng có tác dụng tăng tính dẻo và sự dính kết của hỗn hợp, nhét đầy cấu trúc bê tông, nhờ đó có thể giảm lượng dùng xi măng trong bê tông

Các chất phụ gia được sử dụng có các đặc trưng kỹ thuật đạt tiêu chuẩn tiến hành Việc sử dụng phải phù hợp với hướng dẫn của đơn vị chế tạo Chủng loại và phạm vi áp dụng phải được phê duyệt Nếu không có các chứng chỉ kỹ thuật được phê duyệt thì chỉ được sử dụng phụ gia sau khi đã tiến hành thí nghiệm trong phòng thí nghiệm và được cơ quan có thẩm quyền cấp giấy phép sử dụng

50

Admixtures for concrete

52

C¸c lo¹i phô gia ®ang ®-îc sö dông t¹i ViÖt nam

Water Reducer (phụ gia giảm nước)

53

Air-Entraining Admixture

54

Retarder/Accelerator

55

Flowing Concrete

PHUÏ GIA SP

57

Thi công bơm bê tông

Self Compacting Concrete [SCC]

58

Reactive-Powder Concrete (RPC)

Ứng dụng bê tông tự lèn sử dụng bột

hoạt tính chế tạo bê tông chất lượng cao

60

Phụ gia chống rửa trôi

62

3 CÁC TÍNH CHẤT CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG

VÀ BÊ TÔNG:

3.1 Các tính chất của hỗn hợp bê tông:

3.1.1 Tính dẻo của hỗn hợp bê tông:

- Biểu thị khả năng lắp đầy khuôn dưới tác động của ngoại lực mà vẫn đảm bảo được độ đồng nhất cho hỗn hợp

- Độ dẻo của hỗn hợp bê tông lưu động (dẻo) (SN, cm),

được xác định bằng độ sụt của cône tiêu chuẩn Abrams, là

đặc trưng thể hiện khả năng thi công bê tông Bê tông tươi được phân thành 4 mức độ theo bảng sau:

Mức độ lưu động Độ sụt (cm) Sai số (mm)

Ít dẽo dẽo Rất dẻo Lỏng

1-4 5-9 10-15 >16

±2

±2

±3

±3

63

Tính công tác của hỗn hợp bê tông lưu động được xác định bằng độ sụt [cm] của khối hỗn hợp bê tông hình nón cụt có kích thước tiêu chuẩn [TCVN 3106 ‟ 1993]

Loại cone (hỗn hợp)

Cone Abrams &

Slump Test

64

Kiểm tra độ sụt bê tông tươi

Slump Test

Kiểm tra độ sụt bê tông tươi

67

Kiểm tra độ bẹt của bê tông tươi

69

Kiểm tra độ sụt và đúc mẫu thử nén, uốn bê tông

70

3.1.2 Tính khô cứng của hỗn hợp bê tông:

Nhào trộn tương đối nặng, do có nội lực ma sát, và lực dính kết lớn, có giá trị ứng suất cắt lớn, nên khi tạo hình nhất thiết phải cần tác dụng cơ học Trong hỗn hợp bê tông cứng, lượng nước không đủ để cấu tạo nên một mạng liên tục những màng nước bao

bọc xung quanh hạt xi măng và các thành phần hạt

mịn khác

Do đó hỗn hợp bê tông cứng là hỗn hợp xốp, rời rạc, không liên tục , gồm các thành phần rời rạc của các hạt cốt liệu được gắn kết với nhau bằng keo xi măng đặc, có nội lực ma sát khô lớn Một hỗn hợp bê tông cứng như thế nhất thiết phải cần đến một năng lượng tạo hình mạnh mẽ

73

3.1.3 Các nhân tố ảnh hưởng đến tính dẻo của hỗn

hợp bê tông :

 Aûnh hưởng của lượng nước nhào trộn: SN = f(N)

 Aûnh hưởng của loại, hàm lượng xi măng:

74

Aûnh hưởng của hàm lượng nước nhào trộn của hỗn hợp

Giả thiết lượng nước ban đầu trong hỗn hợp bê

tông bé, nước chỉ đủ bao bọc mặt ngoài hạt xi măng

và tạo nên màng nước hấp phụ Màng nước này liên

kết rất bền chặt với hạt xi măng, có tính đàn hồi, tính

chịu kéo, cường độ chống cắt và độ nhớt

Nếu lượng nước tăng lên, màng nước hấp phụ

dày thêm do sức căng bề mặt của nước (lực mao dẫn)

nước sẽ dịch chuyển trong các đường mao quản làm

cho hỗn hợp bê tông có tính dẻo

Tiếp tục tăng lượng nước lên sẽ hình thành nước

tự do phân bố vào các ống mao quản thông nhau,

cũng như các hốc rỗng và có thể dịch chuyển dễ dàng

trong các phần rỗng dưới tác dụng của trọng lực

75

Phần thừa của nước tự do trong hỗn hợp bê tông sẽ thâm nhập vào các khe nứt của những hạt rắn và làm dày thêm màng nước bọc quanh chúng Lực hút phân tử sẽ giảm đáng kể, lực mao dẫn mất đi, độ nhớt của hồ xi măng cũng như của hỗn hợp bê tông sẽ giảm đi nhanh chóng Đối với mỗi hỗn hợp bê tông tồn tại một giới hạn trên của lượng nước tự do mà với giới hạn đó nước liên kết trong hỗn hợp không bị phá hoại, hỗn hợp không bị phân tầng, tách nước,

có những tính chất của thể dẻo Giới hạn đó được gọi là khả năng giữ nước của hỗn hợp bê tông Nó phụ thuộc vào khả năng giữ nước của xi măng với các thành phần nghiền mịn khác, và cũng phụ thuộc vào hàm lượng của chúng Khả năng giữ nước của PC  1,65NTC

76

Khi lượng nước tự do > khả năng giữ nước thì sẽ xảy

ra hiện tượng phân tầng và tách nước Lượng nước này gọi là lượng nước thừa Theo định luật Stok, vận tốc lắng xuống của các hạt phụ thuộc vào kích thước hạt rắn, và tỉ trọng của chúng Đầu tiên xảy ra hiện tượng lắng xuống thấy được bằng mắt thường của các hạt lớn, vì độ nhớt của hồ xi măng không đủ giữ những hạt có kích thước lớn này ở trạng thái lơ lững Một thời gian ngắn tiếp theo là sự lắng xuống của những hạt có kích thước bé hơn (cát, bụi, bùn, sét, xi măng) Nước là thành phần nhẹ nhất sẽ nổi lên trên mặt tạo nên hiện tuợng tách nước

Hiện tượng phân tầng và tách nước của hỗn hợp thấy được bằng mắt thường xảy ra một thời gian ngắn Sau đó là quá trình trầm lắng không nhìn thấy được kéo dài khá lâu của những hạt mịn, và sẽ tắt dần khi lượng nước còn lại < khả năng giữ nước của hồ xi măng

77

Bleeding [phaân taàng]

ASTM C 232 (AASHTO T 158)

Bleeding of Concrete

78

Aûnh hưởng của loại, lượng dùng và tính chất của XM:

 Nếu trong hỗn hợp bê tông có một lượng hồ XM

đủ để bao bọc các hạt cốt liệu, và lắp đầy phần rỗng giữa các hạt cốt liệu, làm cho các hạt cốt liệu ít có cơ hội tiếp xúc với nhau, lực ma sát khô sẽ giảm, tính lưu động của hỗn hợp sẽ tăng Nhưng nếu lượng dùng XM nhiều quá thì sẽ không kinh tế

Với cùng một lượng nước nhào trộn, lượng dùng XM: X=[300  400]kg/m3 bê tông thì tính công tác của bê tông tươi không bị ảnh hưởng đáng kể

Loại XM, các loại phụ gia vô cơ nghiền mịn ảnh hưởng đến độ lưu động của hỗn hợp bê tông VD: so với PC thì PCB, XM Portland puzzolan, và portland xỉ có độ nhớt của hồ XM lớn, nên cần nhiều nước hơn