Một lời giải cho tính chất bền lâu của các kết cấu bê tông phụ thuộc vào chất lợng các công việc xây dựng là sử dụng bê tông tự đầm, nó có thể làm chặt đợc trong mọi góc cạnh của ván khu
Trang 1Bê tông tự làm chặt (tự đầm) Hajime Okamura and Masahiro Ouchi
Bê tông tự đầm đợc phát triển lần đâu tiên vào năm 1988 đã
đạt đợc độ bền cao trong các kết cấu bê tông Từ đó, nhiều loại
bê tông đã đợc phát triển và đợc sử dụng trong các kết cấu đặc biệt ở Nhật Bản
1 Sự phát triển của bê tông tự đầm
Trong một vài năm bắt đầu từ năm 1983, vấn đề về tính bền lâu của các kết cấu bê tông là chủ đề chính đợc quan tâm nhất
ở Nhật Bản Sự sáng tạo của các kết cấu bê tông có độ bền cao thì yêu cầu việc đầm dùi của các ngời thợ có trình độ cao Tuy nhiên, việc giảm dần dần số lợng của những ngời thợ lành nghề trong các khu công nghiệp xây dựng cũng tơng tự nh việc giảm chất lợng của công việc xây dựng Một lời giải cho tính chất bền lâu của các kết cấu bê tông phụ thuộc vào chất lợng các công việc xây dựng là sử dụng bê tông tự đầm, nó có thể làm chặt đợc trong mọi góc cạnh của ván khuôn, hoàn toàn chỉ bằng trọng lợng của nó và sự dung động (hình 1) Sự cần thiết của loại bê tông này đợc đề xuất bởi Okamura năm 1986 Các nghiên cứu để phát triển bê tông tự đầm, chứa đựng nền tảng của việc nghiên cứu khả năng công tác của bê tông, đã đợc áp dụng bởi Maekawa tại tr-ờng đại học Tokyo (Ozawa 1989, Okamura 1993 và Maekawa 1999)
Hình 1 Sự cần thiết của bê tông tự đầm
Lần đầu tiên bê tông tự đầm đợc chế tạo năm 1988 sử dụng các vật liệu đã có trên thị trờng (hình 2) Lần đầu tiên hoạt tính của
Đang ngày càng
giảm Trong t ơng lai
Tính sáng tạo lành
nghệ của các công
nnhân
Bê tông tự làm chặt
(bê tông tự đầm)
Các kết cấu bê tông có
độ bền cao
Trang 2bê tông đợc đề nghị thoả mãn sự đông cứng và co ngót, nhiệt
độ của quá trình thuỷ hoá, mật độ của bê tông sau khi đông cứng và các đặc tính khác Loại bê tông này đợc đặt tên là bê tông “bê tông đặc tính cao” và đợc định nghĩa nh là ba giai
đoạn của bê tông
(1) Bê tông tơi: Khả năng tự đầm dùi
(2) Tuổi ban đầu: chống lại đợc các tác động ban đầu
(3) Sau khi đông cứng: ngăn cản sự tác động của các yếu tố bên ngoài
Hình 2 Sự so sánh của thành phần tỷ lệ của hỗn hợp trộn bê tông
giữa bê tông tự đầm và bê tông thông thờng Trong đó:
Air - thành phần không khí lỗ rỗng trong hỗn hợp bê tông
W - biểu thị cho thành phần nớc chứa trong hỗn hợp
C, Powder - biểu thị cho thành phần bột mịn trong hỗn hợp
S - biểu thi cho hàm lợng cát cột liệu nhỏ trong đá
G - biểu thị cho hàm lợng cốt liệu thô trong hỗn hợp
Hầu hết thời gian, theo Ganel at al 1989 “bê tông đặc tính cao”
đợc định nghĩa giống nh một loại bê tông với độ bền cao là giảm
đợc tỷ lệ N/X Do đó, hoạt động cao của bê tông đã đợc sử dụng trên toàn thế giới nhiều hơn đó là loại bê tông có độ bền cao Vì vậy, sự tạo ra là thay đổi đợc điều kiện cho mục đích của bê tông “bê tông tự đầm đặc tính cao”
2 Khả năng tự đầm của bê tông tơi
2.1 Cơ chế cơ học của tính tự đầm của bê tông
Bê tông tự chặt
Chất trộn: Chất tăng dẻo
Bê tông thông th
ờng
Trang 3Phơng pháp tự đầm bao gồm không chỉ một đặc tính biến dạng cao của vữa hồ bê tông, mà còn là sự chống lại sự phân ly giữa cốt liệu sỏi và vữa hồ xi măng khi bê tông chảy qua khu vực
co các thanh thép gia cờng Okamura và Ozawa đã sử dụng các phơng pháp khác nhau để hoàn thành khả năng tự đầm (hình 3) của bê tông tự đầm (1995)
(1) Hạn chế hàm lợng cốt liệu
(2) Giảm tỷ lệ nớc - bột mịn
(3) Sử dụng các chất tăng dẻo
Tính thờng xuyên của sự va trạm giữa cốt liệu có thể là mối quan
hệ giữa việc tăng các hạt cốt liệu và ứng suất bên trong các hạt có thể tăng khi bê tông đợc hình thành
Trang 4Hình 3 Các phơng pháp tạo bê tông có tính tự đầm cao
Đặc tính dẻo cao của vữa hồ cũng đợc yêu cầu để lựa chọn chống lại sự cản trở sự dịch chuyển giữa các hạt cốt liệu sỏi khi bê tông đợc đổ (hình 4) Khi bê tông đợc đóng cứng, vữa với tính dẻo cao cũng ngăn cản sự tăng ứng suất bên trong tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu Tính linh động cao của vữa có thể giành đợc bằng việc sử dụng các chất tăng dẻo, giữ nguyên đến giảm mạnh
tỷ lệ nớc - bột mịn
Hạn chế hàm l ợng cốt liệu
sỏi
Giới hạn hàm l ợng cát
Tăng cao đặc tính biến dạng
Tăng vừa phải đặc tính dẻo
40% thể tích của vữa
50% thể tích rắn chắc của bê tông
Tăng việc sử dụng chất tăng dẻo
Giảm tỷ lệ N/X Vữa hồ thích hợp
Cốt liệu sỏi
Hạn chế hàm l
ợng
Vữa
1 Tăng khả năng linh động và dẻo cho vữa
Giảm tỷ lệ N ớc - Bột mịn Tăng chất tăng dẻo
2 Giảm áp lực di chuyển
Hạn chế hàm l ợng cốt liệu nhỏ
Trang 5Hình 4 Cơ chế cơ học của bê tông tự đầm
Tỷ lệ trộn cân xứng của bê tông tự đầm chỉ ra đợc và đợc so sánh với những loại bê tông thông thờng và bê tông đầm lăn RCD (Bê tông đầm lăn cho các thân đập - Roller Compacted concrete for Dams) (hình 5) Hàm lợng cốt liệu thì nhỏ hơn bê tông thông thờng do nó đợc đầm rung
Hình 5 Sự so sánh hỗn hợp trộn của bê tông tự chặt với các loại bê
tông thông thờng khác
Tỷ lệ thể tích của các hạt cốt liệu khi nó rắn chắc (G/Glim) của mỗi loại bê tông đợc thể hiện nh trong hình 6 Mức độ sắp xếp của các hạt cốt liệu sỏi thô trong bê tông tự chặt thì sấp xỉ khoảng 50% nó dẫn đến sự giảm tơng tác giữa các hạt cốt liệu với nhau khi bê tông biến dạng Thêm nữa, tỷ lệ thể tích các hạt cốt liệu nhỏ mịn với thể tích của hỗn hợp (S/Slim) trong hỗn hợp vữa cũng chỉ ra tơng tự trong hình vẽ Mức độ sắp xếp của các hạt cốt liệu nhỏ, mịn cát trong vữa bê tông tự đầm khoảng 60% cho nên tính linh động khi bê tông biến dạng có thể đợc hạn chế Một mặt khác, tính dẻo của vữa trong bê tông tự đầm là cao nhất trong số các loại bê tông khác bởi giảm thấp nhất tỉ lệ nớc -bột mịn (Hình 7) Đặc tính này của bê tông tự đầm thì ảnh h-ởng đến việc ngăn cản tính phân lớp của bê tông
Bê
tông
đầm
lăn
Bê tông
thông th
ờng
Bê
tông
tự
đầm
Tỷ lệ % trong thể tích
Trang 6Hình 6 Mức độ tác
động của cốt liệu thô
trong bê tông và cốt
liệu mịn trong vữa Bê tông tự chặt
Bê tông th ờng
Bê tông đầm
lăn
Trang 7Hình 7 Mối quan hệ giữa thể tích vữa và tỉ số nớc - bột mịn
trong các loại bê tông
Vw - thể tích của nớc trong hỗn hợp
Vp - thể tích của bột mịn trong hỗn hợp
Có 3 mục đích cho các thí nghiệm kiểm tra mối quan hệ với tính chất của bê tông tự đầm thông qua các mục đích thí nghiệm: Thí nghiệm (1): Kiểm tra bê tông có hoặc không có là tự đầm với các kết cấu
Thí nghiệm (2): Hiệu chỉnh tỷ lệ hỗn hợp khi bê tông tự đầm không đủ
Thí nghiệm (3): Với các đặc tính của vật liệu
Nh thí nghiệm (1), đợc gọi là thí nghiệm chảy chữ U hay thí nghiệm hộp đợc giới thiệu (Hình 8, 9,10) Thí nghiệm chữ U đợc phát triển bởi nhóm Taisei (Hayakawa 1993) Trong thí nghiệm này, mức độ tự chặt của bê tông có thể tìm ra đợc bằng chiều cao mà bê tông chải ra sau quá trình đổ thông qua một chớng ngại chắn Bê tông với một mức độ lấp đầy cao hơn 300mm có thể coi là bê tông tự đầm Thí nghiệm hộp thì thích hợp hơn cho việc phát hiện ra bê tông tự đầm cao hơn với khả năng phân lớp khác nhau giữa các hạt cốt liệu thô và vữa
Bê tông
đầm lăn
Bê tông thông th ờng
Bê tông tự chặt
Tỷ lệ thể tích của vữa trong bê tông
V W /V p
Cửa mở trung tâm
Tấm chắn
Chiều cao
Trang 8Hình 8 Thí nghiệm kiểm tra độ chảy bê tông chữ U
Trang 9Nếu bê tông là bê tông tự đầm thông qua thí nghiệm kiểm tra (1), lý do phải xác định cốt để hiệu chỉnh tỷ lệ cân xứng có thể đợc hiệu chỉnh Các thí nghiệm kiểm tra độ sụt hình hộp
và phễu (Hình 11)
Hình 12 Thí nghiệm thử độ sụt vữa
đã đợc công bố cho việc thí nghiệm tính biến dạng và tính dẻo
t-ơng ứng, và các chỉ số cũng đợc định nghĩa là c và Rc
Sf1, Sf2: Giá trị của đờng kính dòng chảy, Slf0 đờng kính côn sụt
Rc = 10/t,
t (giây): giá trị thời gian (giây) cho bê tông chảy qua phễu thử
Hình 9 Thí nghiệm kiểm tra
hộp
Hình 11 Thí nghiệm kiểm tra bằng phễu chữ V
Côn sụt
Quan hệ diện tích
vùng sụt
Trang 10Dòng chảy và các thí nghiệm phễu thử cho vữa và bột đã đợc công bố tới các đặc tính của vật liệu đã đợc sử dụgn trong bê tông tự chặt, ví dụ vật liệu đợc đầm, cát, và các chất phụ gia tăng dẻo Các phơng pháp thí nghiệm cho các đặc tính vữa xi măng cũng đã đợc công bố và các chỉ số cho đặc tính biến dạng và tính dẻo cũng đợc định nghĩa là m và Rm (hình 12 và hình 13)
d1, d2 : các giá trị của đờng kính bãi chảy,
d0 : đờng kính côn chảy
Rm = 10/t,
t (giây) : giá trị thời gian (giây) cho vữa chảy qua phễu
Hình 13 Thí nghiệm phễu thử vữa Một giá trị là m lớn hơn thì tính biến dạng cũng lớn hơn và một giá trị Rm nhỏ hơn thì tính dẻo của nó lớn hơn Phơng pháp đặc tính cho các vật liệu đá đợc công bố sử dụng chỉ số giá trị của
m và Rm
2.2 Các hệ số của bê tông tự đầm trong các thành phần của các kết quả thí nghiệm
Các hệ số làm thành bê tông tự chặt đợc miêu tả trong các thành phần của các kết quả thí nghiệm cho bê tông tơi và vữa hồ dới
đây
(1) ảnh hởng của cốt liệu thô đến kích thớc khoảng cách
Nó không phải luôn luôn có thể dự đoán đợc mức độ tác động trong cấu trúc bởi sử dụng kết quả thí nghiệm đối với mức độ tự làm chặt của bê tông trong cấu trúc, từ kích thớc cỡ hạt lớn nhất thì có khoảng cách nhỏ nấht giữa các cốt thép gia cờng của kết cấu Ví dụ, mối quan hệ giữa thành phần cốt liệu thô trong bê tông và chất chèn kín trong thí nghiệm kiểu hộp, nó là chỉ số tiêu chuẩn cho đặc tính tự chặt của bê tông tơi, đợc thể hiện
Trang 11trong hình 14 và hình 15 Mối quan hệ giữa chất chèn lấp cao thông qua sự trở ngại R1 và thông qua trở ngại R2 phụ thuộc vào thành phần cốt liệu Kết quả thí nghiệm đó cho thấy rằng ảnh hởng của cốt liệu tới khả năng chảy của bê tông tơi lớn hơn thì phụ thuộc vào kích thớc khoảng cách giữa các vật cản Nó có thể nói đợc rằng khả năng tự chặt của bê tông tơi phải đợc bàn luận trong cá thành phần của kích thớc các khối cốt liệu rắn chắc tốt
đến mức có thể trong các thành phần trong thành phần
Trang 12Hình 14 ảnh hởng của cốt liệu đơn vị đến đặc tính tự chặt
của bê tông
Hình 15 Quan hệ về khả năng chảy của vữa và khả năng tự
đầm của hỗn hợp vữa bê tông tơi
(2) Vai trò của vữa hồ nh thể lỏng trong khả năng chảy của vữa
bê tông tơi
Hàm l ợng cốt liệu đơn vị (lít/m 3 )
Cản trở R2 (3h)
Cản trở R1 (5h)
Quan hệ diện tích chảy của vữa, m