Công Nghệ Bê Tông Và Bê Tông Đặc Biệt (NXB Xây Dựng 2011) - Phạm Duy Hữu, 232 Trang

Khi thiết k ế thành phần bê lông, cấn phải xem xét đến m ột thực tế là; C hất lượng của các vật liệu thành phần luôn thav đối và có sự khác nhau giữa chất lượng bê tông trong phòng thí n

PGS.TS PHẠM DUY HỮU

CÔNG NGHỆ BÊ TÔNG

VÀ BÊ TÔNG ĐẶC BIỆT

(Tái bản lần thứ nhất có bổ sung và sửa chữa)

NHÀ XUẤT BẢN XÂY DựNG

LỜI G IỚ I T H IỆ U

Bê tông là vật liệu chủ yếu dùng trong xây dựng dân dụng, giao thông vận tải và công nghiệp.

Trong xây dựng hiện đại bê tông chiếm khoảng 50% các công trinh xây dựng trên th ế giới Tuy nhiên bê tông thường bộc lộ một s ố nhược điểm cơ bản như cường độ chịu kéo thấp, khối lượng công trình lớn Ngày nay ngoài bê tông truyền thống có cường độ chịu nén tối đa đến 60MPa còn có nhiều bê tông hiện đại có cường độ chịu nén đạt đến 250MPa uà có độ bền cao hơn Việc phát triển các loại bê tông mới và các phương pháp công nghệ mới đ ể tim ra các bê tông có chất lượng cao với các tính năng đặc biệt sẽ cho phép sáng tạo ra các kết cấu xây dựng ưà công nghệ xây dựng mới làm tầng độ bền khai thác của công trinh xây dựng đến 100 năm.

Ngày nay bê tông chất lượng cao được ứng dụng chủ yếu cho các

công trinh có quy mô ỉớn n h ư các ngôi nhà nhiều tồng, các công trinh

biển và các công trình giao thông (cầu, đường, hầm).

Cuốn sách Công nghệ bê tông và bê tông đặc biệt do GS TS Phạm Duy Hữu (chương 1, 2, 3, 6, 10); TS Đào Văn Đông (chương 4,

5, 8) ưà ThS Phạm Duy Anh (chương 1, 8, 9) biên soạn với mục đích làm tài liệu học tập cho nghiên cứu sính, học viên cao học và sinh viên của N gành xây dựng công trinh giao thông và Ngành kỹ thuật xây dựng Trường Đại học Giao thông Vận tảí Cuốn sách còn là tài liệu tham khảo cho sinh viên các ngành khác và các cán bộ nghiên cứu Sách được N hà xuất bản Xây dựng xuất bản lần đầu năm 2005, lần tái bản này các tác giả đã bô sung sửa chữa, cập nhật các kiến thức hiện đại hơn Tuy nhiên chắc khó tránh khỏi thiếu sót Rất mong được sự góp ý của bạn đọc cho nội dung của cuốn sách được hoàn thiện hơn.

C ác tác giả

Chương 1

NHŨNG YÊU CẦU VỂ CHẤT LƯỢNG VÀ CÔNG NGHỆ BÊ TÔNG

1.1 K H Á I N IỆ M VỂ V Ậ T LIỆU, KẾT C Â U VÀ C Ô N G N G H Ệ

Công trình xây dựng phải được thi công đảm bảo duy trì được chức năng làm việc trong suốt thời gian tuổi thọ thiết kế K ết cấu phải có khả năng chống lại tất cả các tác động phát sinh trong thi công và trong quá trình làm việc sau này và phải có đủ độ bển lâu với chi phí bảo trì thấp nhất Phải xem xét theo một hệ thống sau: vật liệu - kết cấu - công nghệ - kiểm tra chất lượng

V ật liệu phải tuân thủ những yêu cầu của các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế tương ứng, nhằm đảm bảo công nãng yêu cầu của kết cấu sẽ được duy trì trong suốt thời gian tuổi thọ thiết kế Có thể được phép sử dụng những vật liệu khác so với những vật liệu quy định của các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế đang sử dụng, khi chứng tỏ được những vật liệu này có thể đáp ímg các yêii cẩu ('ông năng của kết cấu

Đ ội ngũ cán bộ thi công, phải được tổ chức để đảin bảo hoàn thành vai trò và trách nhiệm của họ đã được xác định ngay từ khi bắt đầu Dự án Công nghệ thi công tại hiện trường phải đạt yêu cầu công năng của kết cấu sẽ phải được đảm bảo trong suốt thời gian tuổi thọ thiết k ế (sử dụng)

Trong quá trình thi công, cần phải thực hiện các biện pháp kiểm tra chất lượng thoả đáng để đảm bảo rằng công năng của vật liệu kết cấu và tiêu chuẩn của lực lượng thi công luôn đạt được yêu cầu đề ra

Bốn yếu tố trên khi được kết hợp sẽ tạo ra một hệ thống công nghệ xây xây dựng tối

ưư Công nghệ bê tông cũng đi theo con đường xem xét tổng hợp đó

Bê tòng thông thường là bê tòng được dùng cho xây dựng thông thường, không bao gồm các bê tông có phụ gia đặc biệt Những bê tông đặc biệt là; Bê tông chất lượng cao,

bê tông nhẹ, bê tông khối lớn, bê tông cốt sợi, bê tông đầm lăn, bê tông tự đầm , bê tông thi công dưới nước, bê tỏng phun, bê tỏng lò phản ứng hạt nhân

1.2 YÊU CẦU C ơ BẢN VỂ CHÂT LƯỢNG BÊ TÔNG ở 3 TRẠNG THÁI

Bê tông được sản xuất tại trạm trộn hoặc ở hiện trường phải đáp ứng các yêu cầu chất lượng trong các trạng thái sau đâv: Bẽ tông tươi, bê tông m ềm và bê tông rắn chắc Xem xét về chất lượng bê tông cần xem xél cá ba trạng thái trên:

li và khả năng chống dồn tách cốt liệu.

Bê tông ở trạng thái hỗn hợp - bê tông tươi phải có lính dễ đổ tốt để dễ dàng lấp đầy khuôn khi dùng đầm thông thường Tốc độ suy giảm tính dễ đổ phải nằm trong giới hạn cho phép để giữ được tính dễ đổ yêu cầư trong suốt quá trình thi công bê tông Tính dỗ

đổ tốt nghĩa là:

- Có khả nãng biến dạng hoặc tự chảy phù hợp với phương pháp thi công cụ thổ

- K hông có hiện lượng phân tầng (dồn, tách cốt liệu lớn) trong các khu vực ván khuôn khi đổ bê tông

Phương pháp thí nghiệm thông dụng là thử độ sụt bê tông, độ sụt phải được duy trì trong m ột quãng thời gian thích hợp đối với mỗi biện pháp thi công

H iện không có phương pháp liêu chuẩn để xác định độ phân li của hỗn hợp bê tông Phương pháp đơn giản và tiện dụng nhất có thê là quan sát khôi bê tông đã thử độ sụt và đánh giá độ phân li ihông qua su dồng nhâì của bé tông Bê tông cần có đủ độ dính đc trong trường hợp có độ sụt thấp tlù các hạt cốt liệu sẽ không bị tách khỏi khối bè tônsỉ khi thử độ sụt Đối với hỗn hợp bê tông có độ sụt cao hoặc bê tông chảy thì phải không ihấy xuất hiện vành rỗng xi m ăng h o ặt vành nước chạy xung quanh khối bè tông thử ciộ sụt

Đ ối với bê tông tự đầm cần phải làm Ihí nghiệin vể khả nãng bê tông lọt qua không gian cốt thép

1.2.2 T rạn g thái bé tông mềm

Trạng thái bê tông m ềm là giai đoạn từ sau khi đổ bê tông lới lúc kết thúc ninh kết Cho dù bê tông có thể tốt nhưng hiện tượng lún sụt và co m ềm vẫn có thể xẩy ra là do thực tế thi công kém

Đ ánh giá bê tông trong trạng thái mềm theo hai chỉ tiêu sau;

- Thể tích tách nước của bê tông tiêu chuẩn phải không lớn hơn giá trị đã được quy

định (tính bằng % thể tích mẫu bê tòng),

- Mức lún sụt của m ẫu bê tông tiêu chuẩn phải không lớn hơn giá trị đã được quy định (tính bằng % chiều cao mẫu bê tông)

N ếu m ẫu bê tông có giá trị lún sụt nhỏ như q u y đ ịnh thì có thể ngãn ngừa được sự

co m ềm bằng cách giữ cho bê tỏng khòng bị m ất nước do hay bị bay hơi qua bề mặt

hở bê tông

Bê tông ở trạng thái còn mềm phải có những đặc trưng yêu cầu sau đây:

- K hông có hoặc có rất ít hiện tượng tách nước

- K hông có hoặc có rất ít hiện tượng lún sụt

Bê tông trong trạng thái tuổi ban đầu phải có những đặc trưng yêu cầu sau:

- Co ngót tự sinh, nếu không thể tránh được thì không được q u á lớn đến mức gây ra biến dạng phá hoại trong nhữag chi tiết liên kết của kết cấu Biến dạng tự co tuyến tính của m ột m ẫu bê tông tiêu chuẩn không bị ghìm giữ phải không lớn hơn giá trị được quy định (tính bằng % chiểu dài ban đầu của mẫu bê tông)

- Q uá trình tăng nhiệt độ trong bê lóng cần phải được kiếm soát để tránh ứng suất phụ thêm do nhiệt độ có thể dẫn đến nứt hoặc biến dạng bên trong hoặc ở mặt ngoài kết cấu

Độ chênh lệch nhiệt dộ lớn nhất ớ bất kv 2 điểm nào trons khối bê tông phải không được lớn hơn m ột giá trị quy định (lính bằng '’C) Độ chênh lệch nhiệt độ lớn nhất có thể được đánh giá bằng m ột phương pháp ihử quá irình nâng đoạn nhiệt của m ột m ẫu bê tông tiêu chuẩn trong m ột điều kiện môi trường tiêu chuẩn

- Cường độ tuổi ban đầu của bê tống cần phải đủ lớn đổ chịu được các tải trọng đã được quy định sau khi tháo ván khuôn 'ĩhường đó là lải trọng tĩnh và tải trọng động trong quá trình ihi công Cường độ của bê tông ihường được biểu thị bằng cường độ nén

ở tuổi 3 ngày hoặc 7 ngày (R j hoặc R7) Với trình độ vật liệu và công nghệ V iệt N am ta nên chọn R7 ngày

1.2.3.2 Trạng thái tuổi muộn

Bê tông trong trạng thái rắn chắc phải có những đặc tính tốt, tồn tại trong thời gian dài Có 10 đặc tính này được mỏ tả chi tiết dưới đây:

l 2 3 2 1 Đ ục tính cơ học

Đ ặc tính cơ học bao gồm cường độ và mô đun đàn hồi Cường độ bê tồng phải đủ lớn

để chịu được ứng suất phát sinh do các tải trọng thiết kế với m ột hệ thống an toàn thích hợp M ô đưn đàn hồi vật liệu bê tõng phải không nhỏ hơn giá trị dùng trong thiết k ế kết cấu Cần quan tâm, đến vấn đề mô đun đàn hồi động

Cường độ đặc trưng của bè tông đã đóng rắn thưòng được đánh giá thông qua cường

độ nén phá hoại m ẫu ở tuổi 28 ngày, hoặc bằng phương pháp quy định khác cho những

đ iều kiện riên g (các phương pháp không phá huỷ)

C ư ờ ng đ ộ và đ ộ c h ố n g thấm của bê tông đã đóng rắn phụ thuộc vào tỷ lệ N /X , loại

xi m ă n g , lượng h ố xi m ãng, điều kiện bảo dưỡng, cũng như loại và lượng dùng các phụ gia và cốt liệu

ỉ 2.3.2.2 Độ bền lâu

Các đặc trưng bển lâu có liên quan của bê tông phải đạt được cho thời gian làm việc lâu dài và phụ thuộc vào môi trường sử dụng Những đặc trưng sau đây phải được xem

x ét theo điều kiện m ôi trường xung quanh mặt ngoài bê tỏng

Đ ộ n ỏ tro ng điều kiện ẩm ướt Bê tông không được nở thêm trong điều kiện ẩm ướt:

Đ ộ nở tu y ệt đối của bê tông trong m ột thí nghiệm ngâm nước phải không được quá lớn đến m ức gây ảnh hưỏíng bất lợi cho các chi tiết lân cận Độ nở tuyến lính của m ột m ẫu

bê tông tiêu ch u ẩn , phải không được lớn hơn mức giá trị đã được quy định (tính bằng % chiều dài ban đầu của m ẫu bê tông) trong một khoảng thời gian quy định Hàm lượng

SO3 của x i m ăng và các vật liệu thay thế xi măng là một trong những nguyên nhân chính gây ra nở bê tô n g trong điều kiện ướt

C o khô Bê tông không được có lượng co khô quá lớn, dẫn đến xuất hiện vết nứt có

thể nh ìn thấy T uỳ theo yêu cầu cụ thể của m(5i quốc gia, lượng co khó tuyệt đối của m ột

m ảu bê tông tiêu chuẩn, tính theo sự Ihíiy đỏi chiều dài tuyến tính trong một điểu kiện

k hô tiêu ch u ẩn liên tục, phải không được lớn hưn giá trị được quy định (tính bằng lĩiicro biến dạng)

1 2 3 2 3 C achoìiat Iioá

T uỳ theo yêu cầu cụ thể của mỗi quốc gia, cliiều dàv lớp bê tông bị cacbonat hoá trên

m ẫu bê tông tiêu chuẩn, thí nghiệm bằng phương pháp nhanh tiêu chuẩn, phải không được lổfn hofn m ức giá trị đã được quy định (tính bằng mm) trong một giai đoạn thí

n g h iệm xác định G iá trị quy định được xác lập đảm bào rằng: Q uá trình cacbonat hoá sẽ

k h ô n g đạt tới vị trí cốt thép ngoài cùng trong kết cấu bê tông trước thời gian bảo trì theo

q uy địn h thiết k ế hoặc theo dự kiến, hoặc trước khi hết tuổi thọ ihiết kế

ì 2 3 2 4 Ă n m òn cốt thép

Đ ộ thẩm thấu nước của lớp bê tông bảo vệ tới cốt thép phải đủ nhỏ để hạn c h ế việc xâm n h ập của nước, các khí và ion nhằm bảo vệ cốt thép trong bẻ tông Độ thẩm thấu của m ẫu bê tô n g phải không được lớn hon mức giá trị đã được quy định (tính bằng

cm V cm V sec) G iá trị lớn hơn có thể được quy định cho lớp bê tông bảo vệ dày hơn Giá trị chỉ dẫn được xác định sao cho đảm bảo rằng hàm lượng clorit sẽ không cao hơn mức giới hạn ch o p hép tại vị trí cốt thép ngoài cùng của kết cấu bê tỏng trước thời gian bảo trì theo quy định

Bề rộng vết nứt phải không được lớn hơn giới hạn cho phép trong th iết bị kết cấu trong m ôi trường xâm thực.

Hàm lượng các thành phần hoá học, khoáng vật của xi m ăng như CaO và C3A là những yếu tố ảnh hưởng chính để đảm bảo chống ăn mòn cốt thép

Loại xi m ăng, hàm lượng xi mãng và lượng phụ gia phải được lựa ch ọ n th ích hợp cho

bê tổng làm việc trực tiếp trong môi trường xâm thực

1 2 3 2 5 Plìảiì ứng kiềm - cốt liệu

Bè tông phải không có nguy cơ phản ứng kiềm - silic hoặc phản ứng kiềm - cacbonat Nếu có nguy cơ phản ứng kiềm - cốt liệu thì hàm lượng kiềm trong xi m ăng phải không được lớn hcfn mức giá trị quy định hoặc phải dùng xi măng hỗn hợp (có thêm m uội silic, tro bay hoặc xỉ lò c a o )

1 2 3 2 6 Đ ộ hao mòn

Bè tông không bị hao mòn ở mức nghiêm trọng trong suốt tuổi thọ thiết kế Y êu cầu

về chống hao m òn của bê tông phụ thuộc vào dạng kết cấu hoặc chi tiết và vào điều kiện mòi trường m ặt ngoài bê tông, chất lưựng xi mãng và cốt liệu làm bê tông

J 2 3 2 7 Ổn âịiilì suỉỷiit

Bè tông phải đủ độ bền siilíat Tuỳ theo yêu cầu cụ thể của m ỗi quốc gia, độ nở của

m ột m ẫu bê tông tiêu chuẩn cho mộl thí nghiệm tiêu chuẩn về độ nở su lía t phải không được lớn hơn m ức giá trị đã được quy định (tính bàng % c h iều d ài b an đ ầu c ủ a m ẫu

bê tỏng) trong m ột giai đoạn thí nghiệm xác định

1 2 3 2 8 Ôn định hoú cliíít

Bê tông sử dụng phải đủ cứng và bền chống lại các tác động hoá chất như tác động của axít và m uối Phần trăm khối lượng bị m ất so với khối lượng ban đầu củ a bê tông trong m ột thí nghiệm tiêu chuẩn phải nhỏ hơn mức giá trị đã được q uy định

ỉ 2.3.2.9 Đ ộ hền đóiìiỊ hăng và tan hăn^

Bê tông phải chịu được số chu kỳ đóng băng và tan băng tối thiểu trong m ột th í nghiệm , trong đó m ô đun đàn hồi không nhỏ hơn số % đã được q uy đ ịn h so với giá trị ban đầu (mức độ giảm thấp)

1.2.3.2.10 Đ ộ suy giả/ìì do siiili vật

Phải có m ột giới hạn tổn thất cường độ tính bằng % so với cường độ ban đầu trong

m ột th í nghiệm nhanh tốc độ suy giảm cường độ do sinh vật

1.3 Y ÊU C Ầ U V Ậ T L IỆ U

Vật liệu sử dụng để làm bẽ tỏng phái không được xẩy ra bất kỳ hiệu ứng có hại nào đến chất lượng của bê tông

Chất lượng củ a vật liệu phải dáp ứng được tiêu chuẩn công nghiệp của mỗi nước hoặc tiêu chuẩn quốc tế ở Việt Nam phải thỏa m ãn TCV N và TCN (tiêu chuẩn ngành).

Xi m ăng được phân ra các loại chính gồm có: Xi m ăng pooclăng (xi m ãng pooclãng

th ư ờ n g , xi m ãn g đ ó n g rắn nhanh, xi m ăng đ ó n g rắn cực n h an h , xi m ăn g bền su lfa t,

xi m ăng ít toả n h iệt và xi măng ít kiềm ), xi m ăng hỗn hợp (xi m ăng p ooclăng xí,

xi m ăng pooclăng tro bay và xi m ăng puzơlan), xi m ăng bền nhiệt độ cao (xi m ăng alum in), xi m ăng giếng khoan dầu, xi mãng màu (trắng và các loại khác)

Cần phải lựa chọn loại xi mãng thích hợp sau khi đã xem xét loại quy mô, vị trí, môi trường xung quanh và phương pháp thi công, cũng như điều kiện thời tiết và mùa khí hậu

Cốt liệu nhỏ d ù n g làm bè lông phải không được gây bất cứ hiệu ứng có hại nào đến chất lưọng bê tông và không làm tăng lượng xi m ăng trong bê tông

Cốt liệu nhỏ phải cứng, bền, đủ cường độ, sạch và thành phần hạt Ihích hợp Theo các tiêu chuẩn thích hợp

Sự có mặt của các chất có hại như bụi rác, bùn, chất hữu cơ, clorit hoặc bất kỳ các chất có hại nào khác với khối lượng không được lớn hơn giới hạn cho phép

Cần kiểm tra và làm thí nghiệm cốt liệu nhó thoả m ãn đầy đủ các yêu cầu, những điều kiện quy định

Phụ g ia khoáng là các phụ gia thường ở dạng bột và được thêm vào lúc cân đong nhằm nâng cao m ột số tính chất của bê tông và có thê được phân ra 2 loại sau đây;

- Phụ gia có hoạt tính puzơlan như: xí hoạt tính, tro bay, silicafum e, tro núi lửa, đất điatôm ít và m ột số đá phiến sét hoặc dất sét tự nhiên hoặc là đã được gia n h iệ t

- Phụ gia không có hoạt tính puzơlan như đá quắc đập nhỏ, cát silic, đá vôi đôlôm it hoặc đá vôi canxi, đá granit và các loại bụi đá khác, không được gây ra các tác nhàn gây

nở làm m ất ổn định thể tích của bê tông

Phụ gia khoáng có ảnh hướng đến tính chất vạt lý của hỗn hợp bê tông tươi đến cường độ, các tính chất cơ học, lính chất lioá học, tính chất biến đổi theo thời gian của

bê tông đã đóng rắn Vì vạy chất lượng và lượng dùng phụ gia được thí nghiệm và kiểm chứng trước

Khi cốt liệu nhỏ không có đủ kích cỡ thì có thể dùng phụ gia khoáng để tãng thêm các tính năng dễ đổ, dễ san gạt và dẽ hoàn thiện Trong các trường hợp này, việc dùng

m ột loại phụ gia có tỷ diện tích lớn như xi inãng phải không làm tâng hàm lượng nước yêu cầu của bê tông

dễ đổ, hàm lượng bọt k hí và độ bền lâu và được tính theo hàm lượng xi măng

Phụ gia hoá gồm có các phụ gia giảm nước (phụ gia giảm nước thông thường và phụ gia giảm nước cao) phụ gia chậm ninh kết, phụ gia hỗ trợ bơm, tác nhân dính, chất ức

c h ế ăn m ò n

Phụ gia chứa các chất có hại như ion clorit, kiềm và sulfat có thể gây ra hiệu ứng xấu đối với bê tông và cốt thép Lượng dùng cúa các chất này cần phải được hạn chế

- M ỗi phụ gia chỉ được dùng sau khi đã có sự đánh giá để m inh chứng rằng nó sẽ

k h ông có hiệu ứng có hại đến chất lượng của bẽ lòng dự kiến Việc đánh giá này là quan trọng trong những trường hợp sau đàv:

+ Sử dụng loại xi m ăng đặc biệt

+ Sử dụng nhiều loại phụ gia

+ Cân đong và n h ào trộn ở nhiêt dộ cao hơn hoặc thấp hơn nhiệt độ quy định

- Sự tương thích của phụ gia thường thay đổi do các yếu tố như hàm lượng nước, loại

xi m ãng, loại và cỡ hạt cốt liệu, phương pháp và độ dài thời gian nhào trộn Cần iàm nhiều thí nghiệm để chọn cac cặp tương thích này

1.3.4 Nước

Nước trộn bê tông phải khỏng được chứa m ột lượng bất lợi các chất có hại, sẽ tác động xấu đến chất lượiig bê tòng ớ trạng thái tươi, trạng thái tuổi ban đầu, trạng thái đóng rắn và trạng thái lâu dài cúa bô tông và cốt thép

N hiệt độ nước trộn phải không quá thấp hoặc qưá cao ( 5 ° c 35°C)

Cần lưu ý đến các vấn đề sau:

- Nước ng ầm có thể chứa các chất có hại như: su líat và ion clorit

- Nước hồ và nước sông có thể chứa các chất thải công nghiệp và lượng lớn đất sét và các chất khác Các chất này có thế tác động xấu đến chất lượng bê tông và cốt thép

- Nước ven biển và nước biển thường có chứa sulfat, ion clorit và các ion khác có thể gây nở bê tông và ăn m òn cỏì thép, giảm cường độ bê tông Chỉ nên sử dụng nước biển trong các loại bê tông cường đô rất thấp và không sử dụng cốt thép

1.3.5 T h àn h phần bê tónfí

Tliành phần bê tông pliải được tínỉi toán thiết k ế dựa trên các tính chất đặc trưng của

bê tông và sự sai khác chất lượng lại công trường thi công Vì vậy cần tính toán thiết kế bằng cường độ yêu cầu Ironí' phònụ thí nghiệm (fyj.) hoặc cường độ yêu cầu tại công trường có thể lấy gần đúng = 0,9fy^

Thành phần bê tông phải duợc tinh loán để đạt được các tính chất của bê tông

Chất lượng bê tông khôiig chí phụ thuộc vào chất lượng của các vật liệu thành phần

và quá trình thi công mà còn phu tliuộc vào số lượng của m ỗi vật liệu thành phần

Hàm lượng nước là một yêu lố râì quan trọng N ó ảnh hưởng đến chất lượng bê tông

ở trạng thái bê tông tươi, trạng tliái bê lông đã đóng rắn và đến công nãng lâu dài của bê tông Hàm lượng nước cho mỗi mức dỗ đố thích hợp phải càng ít càng tốt Vì hàm lượng nước thấp sẽ giảm bớt nguy cơ sinh nứt và co khô nhưng lại tăng cường độ, độ chống thấm và độ bền của bê tông

Cường độ nén thường được dùns làm cường độ đặc trưng cho tất cả các loại bê tông Cường độ uốn cũng là một thuộc tính quan trọng khi bê tông được dùng trong việc xây dựng bê tông lớp m ặt Cườiiií độ bé lỏng tỷ lệ nghịch với tỷ lệ N/X

Khi thiết k ế thành phần bê lông, cấn phải xem xét đến m ột thực tế là; C hất lượng của các vật liệu thành phần luôn thav đối và có sự khác nhau giữa chất lượng bê tông trong phòng thí nghiệm với hiện trường (10-15%)

1.4 Y Ê U C Ẩ U V Ề C Ô N G N G H Ệ BÊ T Ô N G

1.4.1 C ân đong và nhào trộn

- Phương pháp cân đong chính xác và nhào trộn bê tông thích hợp với điều kiện cụ thể của kết cấu và đặc tính công trình

- Sai số cân đong vật liệu phải nằm trong giới hạn cho phép

- N hào trộn phải tạo được hỗn hợp đồng nhất và được thực hiện trong các thiết bị quyđịnh với thời gian trộn quy định

- Khi sử dụng các phụ gia, cần xem xét kiến nghị quy trình nhào trộn của người sản xuất

Tăng đáng kể nhiệt độ hỗn hợp bê tông

Giới hạn thời gian vận chuyển hỗn hợp bê tông cần thỏa m ãn được quy định về thờigian ninh kết của xi m ãng và bê tông

- Chiều cao đổ tự do của hỗn hợp không được cao hơn mức quy định

- Để đầm có hiệu quả chiều dày mỗi lớp đổ bê tông phải không cao hcín mức quy định

- Cần phải có giải pháp đặc biệt khi đổ bê tông trong điều kiện thời tiết nóng để tránh

bị m ất nước nhanh Biện pháp chủ yếu là giảm nhiệt độ bê tông và bảo dưỡng hợp lý

1.4.4 Đ ầm bê tông

Cần phải đầm tốt để đảm bảo độ chặt và tính đồng nhất của bê tông, không làm chảy

m ất nước xi m ăng ra khỏi khuôn, thời gian đầm thích hợp, thời gian quá ngắn làm cho

bê tông khống đủ chặt, quá dài gây phân tầng bê tông, làm mất k h í cuốn, sự tụ tập nước hoặc khí Đ ầm không đúng thiết kế thi công sẽ tạo ra những chỗ rỗng trong bê tông, hỏng ván khuôn và sai lệch cốt thép Năng lượng đầm thích hợp, cần q u y định về thời gian đầm , khoảng không gian đầm và công suất m áy đầm

m ặt xốp, có bọt hoặc rỗ tổ ong, không gây ra hiệu ứng không có lợi cho kết cấu

1.4.6 B ảo dưỡng bê tông

Bảo dưỡng cần phải được liến hành đúng mức để đảm bảo rằng bề m ặt và chất lượng

bê tông sẽ đạt được tiêu chuẩn Ihiết kế, cần phải được tiến hành ngay sau khi bê tông bị phơi ngoài không k h í và liên tục trong một khoảng thời gian không ít hofn m ức quy định tối thiểu để đạt cường độ yêu cầu

Nước tưới bảo dưỡng bê tõng không quá nóng có thể tác động không lợi đến chất lưọtng bê tông

M ục đích của bảo dưỡng là tăng quá trình đóng rắn và độ bển bê tông Đ ồng thời cũng ngăn ngừa sự phát triển của các vết nứt và các hiệu ứng có hại khác

N hiệt độ nước bảo dưỡng cao sẽ tăng nhanh quá Irình phát nhiệt thuỷ hoá và phát triển cường độ N hưng cưííng (lộ vể sau sẽ bị giảm

Bảo dưỡng bình thường bằng nước là cách tốt nhất T uỵ nhiên các dạng bảo dưỡng khác như bảo dưỡng bằng hơi nước và bảo dưỡng bằng A utoclav (hấp trong áp lực cao) vẫn có thể áp d ụ n g tuỳ theo you cấu đặc tính riêng (thí dụ như phát triển sớm cường độ theo dự kiến)

Bảo dưỡng bằng cách bọc kín kêì cấu bê tông cốt thép được áp dụng thay cho bảo dưỡng tưới nước đã định Cách này cho phép giữ hoàn toàn khòng cho nước bay khỏi bé tông trong giai đoạn bảo dưcTOi; \ à dạt được cường độ thiết kế

1.5 K IỂ M T R A C H Ấ T LƯỢNG VÀ ĐẢM B Ả O C H Ấ T L Ư Ợ N G

1.5,1 K iểm tra chất lượng bê tông

Chất lượng các vật liệu ihành phần và tay nghề công nhân cần phải được kiểm tra đúng mức để đạt được chất lưọng yêu cầu của bê tông

Chất lượng bê tông phải được thử nghiệm theo tiêu chuẩn của nước sở tại

Hệ thống k iểm tra chất lượng \'ề kỹ thuật và tổ chức cần được thiết lập theo những điều kiện cụ th ể củ a m ỗi quốc gia

Các kết quả th í nghiệm do nhà cung cấp bê tông cấp thường không được coi là giải pháp chính tắc để kiểm tra '/à đảm bảo chất iượng Kết quả thí nghiệm phải do m ột bên độc lập thứ ba cu n g cấp

1.5.2 Tại trạm cân đong và nhào trộn

V iệc kiểm tra chất lượng tại trạm cần phải được theo dõi để đảm bảo chất lượng và tính đồng nhất của hỗn hợp bê tông sản xuất ra

V iệc kiểm tra chất lượng tại trạm được tiến hành cho các vật liệu thành phần trước khi cân đong và n h ào trộn; bê tông trong và sau khi trộn

N hững giới hạn sai số về tính dễ đổ và cường độ bê tỏng phải được q uy định

Trong m ột số trường hợp hàm lượng k hí và Clorit trong hỗn hợp bê tông phải được kiểm tra

1.5.3 Tại côn g trường

K iểm tra chất lượng bê tông trước khi đổ tại công trường cần được tiến hành:

- K iểm tra ch ất lượng tại công trường cần được tiến hành địn h kỳ từ lúc chuẩn bị ván khuôn tới khi bảo dưỡng bê tông

- T hí nghiệm kiểm tra chất lượng cần phải được tiến hành theo các phưofng pháp quy định trong tiêu ch u ẩn quốc gia hoặc m ột tiêu chuẩn quốc tế được chấp nhận

T rong trường hợp cụ thể hoặc để đáp ứng những yêu cầu cụ thể, các th í nghiệm nhanh có thể được d ù n g coi như là những thí nghiệm chuẩn về chất lượng

1.5.4 T hẩm tra bê tỏng đóng rán

Bê tông ở trạng thái đóng rắn khòng được có bất kỳ chỗ nứt, rổ tổ ong hoặc khuyết tật nào có thể dẫn tới làm giảm cường độ và độ bền làu

1.6 YÊU CẨU V Ể BÊ TÔNG ÚNG L ự c TRƯỚC

Có nhiều phưofng pháp tạo ứng lực trước khác nhau đã và đang được áp dụng Trong phần này chỉ giới th iệu phưcíng pháp trong đó lực kéo căng được tạo ra bằng cơ học thông qua hệ th ống bó thép căng và các neo Phương pháp này được phân ra hai phạm trù là: H ệ thống căng sau và hệ thống cãng trước Hệ thống căng sau cũng được chia làm hai nhóm : Phương pháp có bám dính, nghĩa là các bó thép và bê tông được dính kết với nhau thành m ột khối bằng một lớp vữa bơm; phương pháp k h ô n g dính bám , ở đây các bó thép căng và bê tô n g của kết cấu được hợp thành một thể thống nhất, trong đó dự ứng lực trước được g iữ bằng lực dính bám giữa thép và bê tông Hệ th ống căng trước được dùng chủ yếu cho các sản phẩm bê tông đúc sẵn

1.6.1 N hững yêu cầu cơ bản

V iệc lựa chọn vật liệu, chế tạo, vận chuyển và lắp đật bê tông ứng lực trước phải được tiến hành sao cho kết cấu đã được hoàn thành phải đạt được những yêu cầu thiết k ế về tính hiệu quả, an toàn cường độ, khả năng sử dụng, khả năng dễ sửa chữa và những vấn

đề về m ôi trường

1.6.1.1 Yêu cầu vật liệu

Các tính chất của bê tômg, cốt ihép, thép kéo căng, ống gen, neo và những vật liệu có liên q u an phải phù hợp với t[iê!u chuẩn lioậc những quy định quốc gia hoặc quốc tế

a) B ê tông

Các tính chất cần kiểm tira đôi với bê tòng ứng lực trước là: Cường độ nén, cường độ kéo vào thời điểm truyền ứnig lực trước và ở tuổi 28 ngày, m ỏ đun đàn hồi, hệ số Poatxông, thay đổi thể tích «doi thay đổi nhiệt độ, từ biến và co ngót

K ết cấu bê tông ứng lực tirưức thường đòi hỏi bê tông có chất lượng cao hơn so với yêu cầu đối với kết cấu bê Itôing cốt thép thông thường Đ ể đạt được chất lượng cao, cần thiết phải tính toán thành plnầin bê lòng, trộn bê tông, đổ và bảo dưỡng bê tông m ột cách cẩn thận

T rong công tác bê tông lứnig iực trước, thép kéo căng, ống gen, cốt thép thường và các neo thường được đặt gò bó tnonig những không gian bê tông chật hẹp T hêm vào đó bê tông qu an h vùng neo phái c:hịiu ứn;g suất cục bộ khá cao Vì vậy, bê tông cần phải đủ dẻo

và kích thước lớn nhất cúa cổt liệu lớn phải tính toán cẩn thận để đảm bảo sẽ đầm đủ chặt bê tông xung quanh cốit tlhé.p thông thường và thép kéo căng

h) Vữa hotìi

Vữa bơm trong be tóriị', ứmg; lưc trước được dùng bảo vệ thép kéo cãng không bị ăn mòn

V ữa bơm và vậl lịCil dìliìlg dc bioìlì pllủi Ihoả m ãn những yêu cầu sau đây;

- Xi m ăng pooclăiig phải luiân tlhủ tiêu chuẩn công nghiệp địa phương

- Nước trộn vữa phải saclh, kbiông chứa các chất có hại cho thép

- Phụ gia phải đưa đến ciííc tính năníĩ cho vữa vể hàm lượng nước thấp, có độ chảy tốt

1.6.1.2 Yêu cầu về còng' mglnệ

Trước khi đổ bê lỏng, vị ti í c ác bó ihép cãng phải được kiểm tra lại tại các tiết diện đặc trưng của kết Cấu Bẽ tồn;íỊ ph.ải được đổ sao cho hàng lối của bó thép cãn g và vị trí cốt thép thường không bị tlna'y đổii, Cẩn đặc biệt chú ý khi đầm bê tông ở các vị trí neo

bó thép cãng C ác lỗ rỗng plhíyi s;au tấm đệm phải được sửa chữa trước khi tiến hành kéo căng

Các bó thép căiriỉỉ dự ứng 1 ực v;à các ống gen phải được gìn giữ chắc chắn bằng cách dùng đủ các giá đ ỡ được đật đu mau sao cho vị trí các bó thép căng được giữ cố định dưới tác động của trọna lưọine hiỗni hợp bê tông và lực chấn rung m ạnh của đầm bê tỏng Bất kỳ sự sai lệch vị Irí nào cúia cáic bó thép căng trong quá trình đổ bê tông và bất kỳ hư hỏng vật lý nào đô)i với ống gen phiài được sửa chữa trước khi tiếp tục công việc

B ảo ílưỡỉig b ê tiôn^

Bảo dưỡng bê tòng pliảa đưoc tiến hành để tránh các dạng nứt do co và đảm bảo cường độ và các tíinh chất yêu cáiu khác cúa bê tông

Thao tác kéo ccun> tạo ứìiiị lực trước

Khi th í nghiệm mẫu trong điéu kiện hiện trường cho thấy bê tông đã đạt cường độ yêu cầu thì có thể bắt đầu việc kéo căng Các bó thép chỉ được kéo căng khi đã có các thông số về độ dãn dài đồ thị chuẩn định và có đủ lực lượng thao tác có kinh nghiệm Việc kéo căng tạo ứng lực phải được kiểm tra cho từng bó thép căng sao cho lực kéo

c ủ a mỗi bó sẽ không nhỏ hơn giá trị quy định, có xét đến sự phân tán do nhiều nguyên nhàn khác nhau

Khi m ột số bó thép cãng dược đặt trong m ột chi tiết kết cấu bê tông và các bó được phàn nhóm thì việc kéo căng các bó thép căng phải được kiểm tra cho từng nhóm và cả

ch o từng bó riêng

D ùng đ ồ n g hồ đo lực dọc trực tiếp, như đồng hồ đo động lực, là rất tố t c h o việc

k iểm định

Công tác kéo căng các bó thép được kiểm tra bằng 2 cách: dùng đồng hồ đo đọc tại

m áy bơm đầu cao áp, có thể chuyển đổi thành giá trị lực kéo và dùng độ dãn dài lý thuyết của bó thép căng tính theo công thức thích hợp

Cần phải có m ột bảng các giá trị dãn dài từng bó thép cãng được cung cấp như là m ột phần của hồ sơ thiết kế

1.6.2 K iểm tra và đánh í»iá giám định chất lượng

Kiểm tra chất lượng của bê tông, thép kéo căng, cốt thép thường neo, bộ nối và các vật liệu sử dụng phải được thực hiện theo tiêu chuẩn cóng nghiệp địa phương và những

q u y định cụ thể khác

Những vật liệu không đạt tiêu chuẩn chất lượng phải được loại bỏ trước khi sử dụng.Phải thiết lập một hệ thống kiểm Ira chất lượng tay nghề dựa theo yêu cầu kỹ thuật thi còng thích hợp để đạt được đầu ra có chất lượng cao

1.6.2.1 T ron g quá trình đ ổ bê tông

Việc kiểm tra và giám định chất lượng tại công trình phải được tiến hành đ ể đảm bảo

ch át lượng công việc Những yêu cầu tối thiểu phải như sau:

- Ván khuôn và giàn giáo phải đủ vững chắc để chịu được tải trọng kết cấu và lải liọ n g thi công m à không gây ra hư hỏng

- Các bó thép căng phải được đặt đúng hàng và đúng vị trí bằng hệ các thanh đỡ đểtránh sai lệch hàng lối và vị trí

- Ống gen phải được làm sạch và không có khuyết lật trước khi đặt vào vị trí và suốt

q u á trình đổ bê tông

- Đầm bẻ tông phải đủ đế đạt được bẽ tông đổng nhất đặc biệt là vùng qu an h ống gen, nhiưng không được làm sai lệch vị trí của chúng

1 6 2 2 T ro n g q u á trinh truvền ímg lưc trước

T ru y ền ứng lực trước là một trong những thao tác quan trọng nhất trong thi công bê tông ứng lực trước Trong quá trình truyền tải ứng dụng trước, việc kiểm tra và giám định ch ất lượng phải như sau:

- V iệc cu n g cấp ihuỷ lực, bơm cao áp, neo và các phụ kiện khác phải theo đúng hệ thống tạo ứng lực trước đã :hiết kế Các Ihiết bị này phải có độ chính xác tốt

- Lực k éo củ a kích phải tương đưcmg với giá trị thiết k ế với sai sót chấp nhận được

- Đ ộ dãn dài phải ĩương đương với giá trị tính toán lý thuyết, với sai số chấp nhận được

- Đ ộ vồng và độ \'õng ban đầu được kiểm tra

- Sự xuất hiện vết nA tại các vị trí đặc trưng phải được kiểm tra

- T rạn g thái giá đỡ, ván khuón và giàn giáo phải được kiểm tra

Chương 2

CÔNG THỨC THÀNH PHAN BÊ TÔNG

T rong chương này trình bày một số phương pháp xác định thành phần bê tông để đạt

độ dẻo và cường độ Lựa chọn thành phần có xét đến công nghệ (tính dễ đổ) đ ã được nghiên cứu nhiều trên th ế giới và còn cần được tiếp tục nghiên cứu ở đây chỉ trình bày

m ột vài phương pháp tính thành phần bê tông theo phương pháp thực n g h iệm và theo phương pháp lý thuyết

V iệc xác định thành phần hỗn hợp xi m ăng, nước và cốt liệu đạt độ dẻo và có m ột số đặc tính khác, là m ột vấn đề phức tạp đến nỗi không thể, bằng giải pháp đơn th u ần về lý thuyết

Ngược lại, theo kinh nghiệm truyền thống bất kể người nào cũ n g có k h ả năng sản xuất m ột hỗn hợp thoả mãn về độ sụt và cường độ với phương pháp đofn giản và không cần có m ột sự đào tạo nào Công việc hiệu chỉnh các thành phần để đạt được dộ dẻo

m ong m uốn, tỷ lệ nước/xi măng, và cường độ phù hợp chỉ là việc hiệu ch ỉn h lượng xi

m ăng và lượng nước

Cả hai suy nghĩ đofn giản và làm phức lạp đều chưa chính xác Thật vậy, th àn h phần của bê tông không phải là một vấn đề phức tạp đến nỗi không giải qu y ết được N hưng ngược lại, phải nhấn m ạnh nếu chỉ tuân thủ các hướng dẫn thực tế ch o phép đ ảm bảo cường độ xác định, tính dễ đổ chấp nhận được là chưa đảm bảo tính bển lâu củ a bê tông Tính chất bê tỏng trong tự nhiên được biến đổi rất nhanh nhất do sự xuất h iện các hiện tượng co ngót nhiệt dẫn đến nứt nẻ và suy giảm độ tin cậy của bê tông V ì vậy cô n g thức

bê tông phải được xác lập trên cơ sở lý thuyết kết hợp với thực nghiệm dự báo và thực nghiệm trên kết cấu đã được xây dựng

2.1 C Á C PH Ư Ơ N G PH Á P THỰC N G H IỆ M TH À N H PH Ẩ N B Ê T Ô N G

2.1.1 Lịch sử thành phần bê tông

Chắc chắn rằng đã 2000 năm vể trước những người La M ã đã có m ột phương pháp ít nhiều khoa học để cấu tạo bê tông Người ta sử dụng vật liệu cơ bản là tro núi lửa, nay được gọi là puzolan, được trộn với vôi N ghệ thuật sản xuất bê tô ng, hầu như đ ã b iến

m ất với đ ế c h ế La m ã và chỉ được bắt đầu lại vào giữa th ế kỷ X V III, khi p h át m inh ra

xi m ăng tự nhiên đạt được bằng cách nung một vài hạt đá vôi với đất sét ít thời gian sau

đó , m ột ch ất d ín h kết thủy lực tốt hơn m ột chút, là vôi th u ỷ lực, đã được sử d ụ n g

T h ế kỷ X IX ngư ời ta đã bắt đầu sử d ụ n g xi măng, chất kết dín h thuỷ lực chính

T ro n g nửa sau c ủ a th ế kỷ XIX dùng xi m ăng poóclãng Đầu thế kỷ X X đ án h dấu một

sự lên ngôi c ủ a xi m ãng poóclăng và bắt đ ầu từ iúc này danh từ bê tô n g đã được sứ

d ụ n g và được h iểu theo nghĩa hê tông bằng xi m ãng poóclăng

Đ ầu th ế kỷ X X , với sự ra đời của xi m ãng cốt thép, việc sứ d ụ n g các hỗn hỢp

k h ô n g dẻo đã d ầ n bị bỏ qua K hi đó bắt đầu bẽ tô n2 dẻo và đến n hữ ng nãm cuối thế

kỷ là bê tông có đ ộ siêu dẻo H iện nay bê tó n a cường dộ cao, bê tô n g chất lượng cao

đ an g phát triể n m ạn h Các phương pháp th iết k ế thường dược tiến h àn h kết hợp lý

th u y ết và thực n g h iệm

2.1.2 N ghiên cứu của Feret

Feret (người Pháp) đã tiến hành các nghiên cứu quan trọng (1892 - 1896) và tầm quan trọng của nó có tác dụng quyết định đối với phát ininh các định luật về bê tông

N ghiên cứu này rất rộng chủ yếu trên độ chặt của cát và của vữa, nước trộn, sự so sánh cường độ của các loại vữa, làm rõ ảnh hưởng cứa tính chất của cát và thành phần;

nó cho phép lập ra m ột quan hệ giữa cường độ và lượng nước của hổn hợp

N hư vậy F eret đã làm rõ sự vưọt trội của cấp phối khtĩna liên lục và điều kiện cần thiết để có m ột h ỗn hợp đồng nhất hoàn toàn

2.1.2.2 Đ ộ đặc ch ắc của vữa (Đ J

Feret đã n g h iên cứu nhiều hỗn hợp của ba loại cốt liệu G, M, F có cùng độ sệt và cùng liều lượng cơ bản với m ộl phần xi m ăng nước trộn xuất phát từ nước làm ẩm , các hạt và xi m ăng‘với quan hệ có các hệ sô' không đổi

Đ^, - a g + nm + yf + kc

Đ ối với các hạt tự nhiên (lăn tròn): a = 0,03; n = 0,09, y = 0,23; k = 0,23,

Đ ối với các hạt nghiền: a = 0,04: n = 0,083 y = 0.20; k = 0,23

2.1.2.4 C ư ờn g độ củ a vữa (R J

M ột n g hiên cứu rộng rãi về cường độ của vữa đã được tiến hành bởi F eret bằng cách biến đổi tất cả các yếu tố của hỗn hợp như sau: nước (E) xi mărig (C), k hông k h í (v)

Ry - hàm số của lượng nước trộn, lượng cốt liệu

Ry - hàm số của độ đặc, được biểu thị bằng

Rj,- cường độ của xi măng

2.1.3 Phương ph áp m ô đun độ nhỏ của Abram s

N ăm 1918 m ột phương pháp có hộ thống để tính toán thành phần củ a các hỗn hợp bê tông đã được công b ố bởi A bram s Đặc tính của phưoíng pháp này là hầu như hoàn toàn thực hiện dựa trên m ột số lớn thí nghiẹm

2.1.3.1 Tỷ lệ n ư ớ d x i m ă n g - Quy luật về cường độ

A bram s đề ra giả th u y ết m ột hỗn hợp bê tông phải được phối hợp, đảm bảo tính dễ đổ trong các đ iều kiện nào đó đã cho và phải đáp ứng cường độ nén xác định, ô n g ta đưa ra

q uy luật về cường độ theo cách sau đây:

Đ ối với vật liệu đã cho, cường độ bê tông chỉ phụ thuộc vào m ột yếu tố duy nhất là tỷ

lệ nước/xi m ăng

Q uan hệ tìm được đối với cuờng độ nén có thể được viết dưới dạng:

6- = ^

Công thức này có thể viết theo dạng quen thuộc:

R , = A ^ _ A _

trong đó:

ô'- biểu thị cưòmg độ nén ở tuổi xem xét, (Rjb, j - ngày tuổi bê tông);

X- tỷ lệ thể tích nước / thể tích biểu kiến c ủ a xi m ăng;

E/C - tỷ lệ nước / xi m ăng theo trọng lượng (N /X );

Pj;- tỷ trọng biểu kiến của xi m ăng, (Px);

A- hằng số thực nghiệm ;

B- h ằn g số phụ th u ộ c vào đặc tín h c ủ a vật liệu , đ ặc b iệ t của xi m ăng và tuổi khi

th í n ghiệm

2.1.3.2 C ôn g thức của lư ợng nước cần th iế t củ a A bram s

K hi xây dựng được công thức thực nghiệm biểu thị quan hệ giữa cường độ và tỷ lệ E/X , phải xác định tỷ lệ xi m ăn g / cốt liệu ảnh hưởng đến tỷ lộ nước/ xi m ăng và xác định lượng nước cần thiết

Đ ể làm việc này A bram s đã lập ra công thức cho lượiig nước cần thiết có sự liên quan của yếu tố thành phần hạt được gọi là m ô đun độ nhỏ

Công thức đối với nước cần thiết là:

B ảng 2.1 Giá trị tối ưu của m ó đun độ nhỏ của các thành phần bê tông theo A bram s

4,454,604,704,80

4,855,005.105,20

5,255,405,505,60

5,605,855,735,80

5,805,855,885,90

6,00

6,20

6,306,40Các giá trị này được xác định từ nhiều thí nghiệm trong phòng th í nghiệm C ác tác phẩm của A bram s được viết trước khi dùng đầm chấn động Các th í nghiệm có tính chất

hệ thống đã chỉ ra rằn g khi dùng chấn động, trong thực tế, phải giảm số lượng cát trong hỗn hợp so với g iá trị tìm được bởi phương pháp A bram s không dùng chấn động Tuy nhiên, không có b ản g các giá trị chính xác nào đã được cho đối với bê tông đầm rung

• T ỷ lệ cố t liệu nlìỏ

K hi đã xác định kích cỡ lớn nhất của cốt liệu hoặc iheo các quy định, hoặc bằng các điều kiện sử dụng, m ộ t m ô đun độ nhỏ cực đại được phép xác định, lúc đó phải xác định các tỷ lệ th ích hợp củ a cốt liệu nhỏ và to, được xử lý riêng rẽ, để đạt được m ô đun độ nhỏ m ong m uốn của hỗn hợp

Tỷ lệ phần trăm cá t cần thiết được tính toán theo cách sau đây:

Chỉ số b biểu thị cốt liệu to

V í dụ: C ho đá sỏi cỡ 5/lO m m có mô đun độ nhỏ = 6,50 và cát 0/5m m có m ô đun độ nhỏ (M„)^ = 2,60 V í dụ: Chọn lĩiô đun độ nhỏ của hỗn hợp (Mn)o = 5 liều lượng

xi m ăng b ằng 300 k g /m ’

(M ,4 -(M ,.)o = 6,50 - 5 ,0 0 = 1,50 (MF)o-(Mf:)b = 6,50- 2,60 = 3,90

c ,% = 1 0 0 - ^ i ^ ^ = 100.— = 38%

6, 5 - 2 6 3,9

T ừ đó: đ á = 1 0 0 - 38 = 62%

2.1.4 T h àn h phần hạt của V alette

V alette đã đề xuất m ột phương pháp chủ yếu của thực nghiệm , nhưng tuy nhiên nó cần m ột số các tính toán dự bị, phưcrng pháp này thuộc các phương pháp thực nghiệm

Q uy luật về cấp phối liên tục nói chung không dẫn tới bê tông đặc chắc nhất Vì vậy

V alette đã đề xuất phương pháp này gọi là liều lượng bê tông có độ chắc cao nhất hoặc liều iượng bê tông có lượng cát ít nhất, hoặc liều lượng bê tông có cấp phối gián đoạn.Trong trưèíng hợp thông thường, có hai loại cố t liệu:

- Cát ví dụ: 0/5m m

- Đ á (sỏi) luôn thể hiện sự không liên tục với cát, ví dụ đá (sỏi) 16/25m m

Đ ầu tiên chuẩn bị vữa đặc với lượng xi m ăng tối thiểu Vữa này đạt được bằng cách

đo các lỗ rỗng của cát ướt và lấp đầy thể tích các lỗ rỗng bằng m ột thể tích ngang bằngcủa h ố toàn xi m ăng ( )

Sau đó thêm nhiều nhất sỏi ướt phù hợp với thể tích đổ tạo được sự làm ướt đầy đủ, cho phép đổ khuôn đầy, với việc thi công dễ dàng trong điều kiện ở công trường Như vậy bê tông đặc ít cát nhất

Đ ể kiểm tra, tiến hành trộ n m ộ t m ẻ bê tô n g với th àn h p h ần đã xác địn h ; đ án h giá

ch ấ t lượng củ a sản phẩm so với ch ấ t lượng m o n g m u ố n và b ằn g cách đo tỷ trọng của

bê tô n g tươi

2.1.5 Phương pháp thực tế được đơn giả n hoá

Các phương pháp trên là những phương pháp lý thuyết, khi áp dụng cần có sử dụng điều chỉnh cho thích hợp

2.1.5.1 Thành p h ầ n ch u n g

Xét đến các tiến bộ được thực hiện vể phương tiện đầm (đầm rung và đầm m ạnh có tần sô' cao), cần điều chỉnh thành phần bê tông cho phù hợp T hành phần theo thể tích thông thưòrng giả định: G = 820 L; s = 420 L; G + s + c + E =

Theo khối lượng C.E.B.T.P đề nghị liều lượng chuẩn sau đây cho 1 m ’ bê tông thường đầm chấn động tại chỗ

Đ á (sỏi) (5/25m m ) llS O k gCát (0/5m m ) 590 kg

2.1.5.2 B iến đôi liều lượng xi móng

Thực tế là liều lượng 350 kg/m ’ được coi là liều lượng bình thường thông thường nhất

T uy nhiên người ta có thể biến đổi nó theo chất lượng yêu cầu đối với bê tông hoặc theo các quy định của tiêu chuẩn

N goài ra, liều lượng xi m ăng về nguyên tắc có thể được giảm đi, nếu tãng kích thước

D của cốt liệu và lượng xi m ăng tăng lẽn, nếu giảm giá trị của D

Lượng xi m ăng càng lớn khi yêu cầu cường độ càng cao và nó phải khá lớn đối với bê tông không bị thấm Tất nhiên lượng xi mãng không nên ít hơn 300kg và nhiều hơn

5 2 5 k g /l bê tông

2.1.5.3 B iến đổi tỷ SỐĐ/C = s ỏ i/ cát

G iá trị của tỷ số này nói chung bằng 2, tuy nhiên có thể biến đổi nó trong các tỷ lệ khá rộng, phưoíng pháp đơn giản hoá được đề nghị bởi C.E.B.T.P cho phép nằm trong phạm vi sử dụng thông thường của biểu đồ (1,6 < Đ/C < 2,4) tỷ số Đ/S càng lớn, về rìguyên tắc bê tông có cường độ càng cao, nhưng khi đó nó sẽ n h ậy cảm với ảnh hưởng

củ a thành ván khuôn, với sự phân tầng và nó thể hiện khó thi công vì tính dễ đổ kém

Đ ối với Đ /C > 2,4, có nguy cơ bê tông bị rỗng nhẹ Mặt khác, nếu cát chứa khá nhiều

th àn h phần bột m ịn, người ta có thể lấy ỉ ) / c lớn hơn nếu cát thiếu thành phần hạt nhỏ hoặc nếu nó nhám (cát nghiền) Đối với inột kích cỡ cốt liệu D > 25m m , người ta lấy

Đ /S hơi nhỏ m ộl chút và ngược lại

• M ộ t vài c h ỉ dẫn thực tế:

t

- Bê tông rất dẻo, nhiều vữa, tính dễ thi công tốt, cho các thô ng số m ặt tường có bộ

m ặt đẹp dễ đổ nói riêng trong điều kicn độ sét thông thường (độ sụt từ 6 đến 5 cm ), nhưng không cho các cường độ đặc biệt,

1,6 < Đ /C < 1,8

- Bê tông có độ sệt thông thường dùng cho bê tông cốt thép thông thưòfng có độ dẻo

có thể biến đổi theo công trình và theo liều lượng nước, khá dễ đổ và cho cưòng độ tốt

1 ,9 < Đ /C < 2 ,1

- Bê tông có độ chặt cao; Khi có độ sụt thấp (độ sụt 1 đến 3) cho cường độ về m ặt lý thuyết là khá lớn, nhưng dễ bị phân tầng và nhậy cảm với hiệu ứng của thành khuôn, cần

có sự thận trọng khi đổ bê tông và đặc biệt cần chấn động m ạnh Trong trường hợp này,

n ên làm m ột vài thí nghiệm trước, cho phép xác định tỷ số G/S tối ưu:

2.2 < Đ/C < 2,4

C E.B.T.P đề nghị đối với phương pháp này nên tham khảo phương pháp của Faury sẽ được nghiên cứu sau và cho các giá trị sau đây:

Đ ối với A = 32, giá trị cực đại Đ /C = 1,6

A = 25, giá trị trung bình Đ /C = 2

A = 18, giá trị cực tiểu Đ /C = 2,4

2.1.5.4 C ải biến liều lượng nước

Liều lượng nước chỉ có thể được xác định m ột cách có giá trị với độ chính xác nào đó bằng các thí nghiệm trước Phải đạt được bê tông và độ dẻo phù hợp với việc thi còngđúng đắn còng trình có tính đến các đặc điểm và phưcỉng tiện thi công

T uy nhiên người ta có thể ấn định với tổng lượng nước N cho cốt liệu khô bằng cáchchấp nhận quy định sau đây đối với lượng dung xi m ăng X

0,4 < N /X < 0,6 trung bình là 0,50,4 < N /X (thậm c h í N /X = 0,25)

Q uy định này là sự gần đúng ban đầu và sơ sài N gười ta m uốn hướng tỷ lệ này tới 0,4 và thậm chí nhỏ hơn, nếu m uốn có bê tông khô, nếu dùng sỏi thô (vi dụ D = 40m m ) nếu cát có ít thành phần m ịn, nếu trị số sỏi cát khá cao, hoặc nếu người ta dùng ch ất tăng dẻo hoặc siêu dẻo trong bê tông

Người ta hướng tỷ lệ này với 0,6 trong trường hợp bê tông dẻo, có sỏi liệu nhỏ (A = 15mm), cát có ít thành phần m ịn, (m ô đun độ nhỏ bé) hoặc giá trị của sỏi/cát nhỏ,

bô tông yêu cầu cưòfng độ thấp được điều chỉnh bằng nước

2.1.5.5 C ác th í n ghiệm làm trước

Khi đã cố định liều lượng bê tông theo bảng, C E.B T.P đề nghị thực hiện m ột vài thí nghiệm trước Các thí nghiệm này phải cho phép:

- Đ ánh giá bằng m ắt xem tỷ số sỏi/cát và ỉiều lượng xi m ăng được chọn cho bê tông

có phù hợp về m ặt ngoài và tính dễ đổ để phù hợp với công trình liên quan không và để cải biến tuỳ tình hình tỷ số sỏi/cát

- X ác định chính xác liều lượng nước ứng với độ dẻo m ong m uốn

- K iểm tra theo m ẻ trộn bê tông nếu liều lượng được đề nghị tương ứng đúng với Im^

2.2.1 Phương pháp F u ller và Thom pson

P uller - T hom pson bằng các thí nghiệm đã đi đến kết luận là tồn tại m ột vài đưòíng cong thành phần hạt lý tưởng Họ đã thấy rằng các đường cong này là các thành phần elip ở phần thấp nhất và sau đó tiếp tục là đoạn tiếp tuyến với đoạn cong đó

Phương trình của phần elip là:

2

trong đó;

y- phần trãm vật liệu qua sàng có mắt là X ;

a và b- trục của elip có trị số là hàm sô' của kích cỡ cốt liệu và hình dạng hạt

Sau đó P u ller và T hom pson đã phát hiện là các đường thành phần hạt gần với hình parabol m à phương trình chung là:

Ý tưởng đường thành phần hạt hình parabol của Puller, cho rằng m ột lượng cốt liệu

có đường kính n h ỏ hcm cốt liệu có độ lớn đã cho phải bằng căn bậc hai của d/D đã được nhắc lại bởi các nhà n ghiên cứu khác Họ đã chứng minh rằng quan hệ được đề nghị bởi l'u lle r được thực tế chỉ thể hiện m ột trường hợp của một họ đường cong có các bậc khác nhau Papovics đã đề nghị công thức như sau:

r

iDy I d J ; q = 1/r,

trong đó: r có thể khác 1/2 được gọi là thành phần hạt hình parabol

Hệ quả lý thuyết của thành phần hạt hình parabol đã được A nderson làm rõ và chứng

m inh rằng trị số của q càng nhỏ độ đặc của hỗn hợp càng cao, khi q tiến tới 0 thì độ rỗng cũng tiến tới 0 Đ ể đạt được m ột vật liệu hạt có cấu trúc đặc cần chọn m ột giá trị q đủ nhỏ ở thời kỳ đó người ta k huyên nên dùng q trong lân cận 1/2 để làm bê tông N gày

nay do công nghệ đổi m ới để c h ế tạo các bê tông có cường độ rất cao người ta đã sử dụng các cốt liệu có đường kính rất nhỏ từ 0 ,6 - 1 m m và sử dụng cấp phối có q rất nhỏ.Popovice đã chứng m inh rằng m ô đ un độ nhỏ phụ thuộc vào D, r cho m ọi đường thành phần hạt parabol theo công thức:

M Fn = 3,32 [log(lO D ) - 0,4 3 4 3 r (1-lO D )'^]

hoặc bằng công thức đơn giản hoá: M Fn = 3 log (lO D ) - 0,95r

N hư vậy m ô đun độ nhỏ của cát ảnh hưởng lớn đến thành phần của bê tông cấp của r

trong đó: f là m ột hằng số kinh nghiệm , các ký hiệu khác có cùng ý n ghĩa như ở trên

G iá trị của f được chọn phụ thuộc vào tứih dễ đổ và hàm lượng nhiều nhất các hạt nhỏ

Phưcmg trình trên có thể áp dụng bình thường cho tất cả các vật liệu rắn tạo nên hỗn hợp N hưng trong thực tế, đưòng cong thành phần hạt của xi m ăng là không thể biến đổi Bolom ey cũng chỉ áp dụng quan hệ này cho các hạt lớn hơn 0,1 m m

Trong trường hợp này, đối với m ột thành phần xi m ăng c theo trọ n g lượng 6%, đạt được công thức sau:

I d J

theo ký hiệu V iệt N am

1 - C

p = 1 '

D ; - Xirong đó: p- thành phần trọng lượng của riêng cốt liệu, có đường kính nhỏ hơn d, trong khi

đó Pj biểu thị thành phần trọng lượng của tất cả các chất rắn, trong đó có xi m ăng (X).Bolom ey đã cho các giá trị của f được đánh giá là thich hợp và được trình băy trong bảng (2.2) dưới đây:

B ảng 2.2 Các giá trị của hằng sỏ Bolom ey f

Cốt liệu loại bê tông

Loại bê tông

Các giá trị của f

Bê tông được chấn động Bê tòng mềm

Bé tòng cốt thép

Bê tông chảy

Bê tông bơm

bẽ tông theo các đặc tính về thể tích và vé bé niặt khuôn, trong đó Faury đã xét đến hiện tượng này trong phương pháp cấp phối bê lôiig

2.2.4.1 H iệu ứng thành

Có thể cụ thê’ hoá hiệu ứng thành, bằng những khó khăn xảy ra khi đổ đầy khuôn có

bề mặt tiếp xúc lớn của bê tông với ván khuôn, cốt thép, cốt liệu v.v

Hỗn hợp phải đủ dẻo, có tính đến các phương tiện đầm chạt được bố trí ở công irường, để đổ được dễ dàng trong các khuôn của các kết cấu m à không xảy ra khuyết điểm Đ ể làm được việc này, bẽ tông pliái đi qua các mát lưới cốt thép và lấp đầy tất cả các bộ phận của ván khuôn, sao cho tronu kết cấu không có chỗ nào thiếu vật liệu Ngoài ra, hỗn hợp phải được đổ khuôn hoàn toàn vào thành ván khuôn và bảo đảm sự bao bọc tốt cốt thép T rong kết cấu bê tôno cốt thép, dựa trên giả thuyết rằng cốt thép dính bám tốt vào bê tông xung quanh mà không có sự tách ra hoặc trượt khi giãn dài và

để các lực được truyền chính xác từ cốt thép vào bê tông

Cuối cùng, cần đầm chặt hợp lý với sự bố trí cốt thép phức tạp nhất Đ iều quan trọng

là bê tông đạt tới độ đặc tương ứng vói chất lượng yêu cầu Vậy sẽ phải nghiên cứu các vấn đề sau:

- Các đ iều k iện của bê tông chảy vào bên trong ván khuôn.

- Các điều k iện liên quan đến ván khuôn và đến việc đầm chặt bê tông

a) Đ iều kiệìì h ê tông clìày vào trong ván kliiiôn

Đ ể di ch u y ển vào ván khuôn, bê tông phải di chuyển qua các thanh thép tạo thành các

m ắt lưới hoặc các khe

M ột m ắt lưới a X b hoặc m ột khe e được đặc trưng, bởi bán kính trung bình của nó R

N ếu biểu thị diện tích của tiết diện tự do hẹp nhất của mắt lưới bằng chữ s và chu vi

đủ D ù rằng tăng lượng xi m ăng từ 300 đến 500kg/m ’ mà không cải biến bộ xương của

n ó k hó có thể cho phép các hạt cốt liệu quá to di chuyển giữa các cốt thép

h) Đ iều kiện vún khuôn và việc dâm chặt bê tông

T rong khi đổ bê tông, các viên cốt liệu đi đến vạ vào và dừng lại ở chỗ cốt thép và thành ván kh u ô n Bê tông đầm chặt không tốt ở gần các bề mặt cứng vì các viên cốt liệu chỉ có thể ch u y ển động theo những hướng gần song song với thành Hiệu ứng thành

vách làm giảm độ chặt của hỗn hợp đã đổ, nếu số

lượng vữa không đủ để lấp đầy các lỗ rỗng phụ giữa

các hạt sỏi

C húng ta coi bê tông có khối lượng không xác

định bao gồm x% là đá (sỏi) Nếu chúng ta tưởng

tượng cắt bê tông này theo một mặt giả định A-A,

diện tích của các viên sỏi bị cắt được biểu bằng x%

của tổng diện tích m ặt cắt, hình 2.1

Bây giờ chúng ta giả định rằng bè lóng tiếp xúc

với m ặt của thành bên p M ột mặt phẳng cắt song

song với p là vô cùng gần với thành không cắt một

viên sỏi nào, nhưng càng ngày mặt phẳng này càng

cách xa p m à vẫn song song, phần trăm của diện

tích của các viên sỏi bị cắt tãng lên dần và trở thành

x% từ m ột khoảng cách p, nó tăng lên theo kích

thước cực đại D của sỏi

C aquot đã chứng m inh rằng đối với một khuôn, hiệu quả của thành có thể được xác định từ các tính chất của khuôn với sự Irung gian là đường bán kín h trung bình của khuôn R, m à nó được xác định theo còng thức:

V,

R =_

trong đó: V|^- thể tích sẽ được làm đầy của bê tông;

Fj,- diện tích củ a các thành phần và cốt thép của khuôn tiếp xúc với bê tông;R- đường kính trung bình của khuôn

Lý thuyết chung của G iquot và những thí nghiệm đã thực hiện, đặc biệt bởi Faury, chỉ ra rằng nếu hỗn hợp các hạt nhỏ và trung bình của bê tông thoả mãn định luật về thành phần

hạt thích hợp, tỉ lê các hat lớn đưa vào trong hỗn hơp dần dần giảm đi khi tỉ số — đô tâng

Rlên Tỉ số này đặc trưng cho hiệu ứng của thành mà bê tông trong khuôn phải chịu

T rong m ột cấu kiện bê tông cốt thép, bán kính R phải được tính toán ở phần nhiều cốt thép nhất và hiệu ứng của thành có nguy cơ lớn nhất

2.2 4 2 K ích c ỡ cực đại

Đ ối với m ột cốt liệu đã cho, chúng ta có thể xác định được kích cỡ lớn nhất thực tế D

T heo sự phân tích thành phần hạt cung cấp một biên độ cực đại của giá trị tương ứng với kích cỡ của các sàng dj

Gọi d | là đường kính của lưới sát bên dưới D, tức là lưới đẩu tiên không để tất cả vật liệu lọt qua.

ổ2 là đường kính của lưới sát ngay dưới d I

X là phần trăm của hạt trên d | và dưới hoặc ngang bằng với D, tức là các hạt được giữ lại bởi sàng d I

y là phần trăm các hạt nằm trong khoảng d | và d j

N hư vậy X, y là các lượng sót riêng

Faury đề nghị m ột ngoại suy tuyến tính như sau:

D = d , + ( d , - d2>

-y

2 2 4 3 Q uy tắc th ôn g thường liên quan đến tỉ s ố D /R

Đ ể xác định R phải xem xét phần ván khuôn có nhiều cốt thép nhất Trong trường hợp đó, phải có:

Đ ối với m ột bê tông có độ sụt đã cho, với các vật liệu đã cho, có thể xác định m ột thể tích cực đại các chất rắn tương ứng với thể tích rỗng nhỏ nhất

C aquot đã đề nghị m ột lý thuyết được kiểm tra bằng thực nghiệm bởi Faury và nó cho phép tính toán độ rỗng cực tiểu tương ứng với thể tích tổng cộng của nước tự do cán thiếtcho việc đổ bê tông và không k h í được chứa trong bê tông

Chỉ số độ rỗng I, tương ứng với thể tích biểu kiến, bằng với tỉ số thể tích lỗ rỗng của

bê tông tươi lúc bê tông bắt đầu cứng lại, được cho bởi công thức sau đây:

trong đó:

I- m ột giá trị lý thuyết cực tiểu;

K - m ột hệ số bằng số được xác định bằng thực nghiệm và nó phụ thuộc vào độ sệt của bê tông vào cường độ đầm chặt và bản chất của cốt liệu;

D - kích cỡ lớn nhất của cốt liệu

T rong bảng 2.3 là các giá trị đề nghị của Faury đối với hệ số K Phòng thí nghiệm cầu đư ờng trung tâm (L.C.P.C) mới đây đã tiến hành nghiên cứu có hệ thống Với các phương tiện đ ổ bê tông hiện hành, L.c.p.c đề nghị các giá trị củ a K n hỏ hơn giá trị được

đề nghị bởi F aury và được nêu lại ở bảng 2.4

Bảng 2.3 Giá trị của K do Faury đề nghị

Độ sệt và sự đầm chặt Cát và sỏi sàng Cát sông và dăm Cát và dăm

đều nghiềnRất lỏng để đổ không cần đầm 0,7 và ở trên 0,05 và ở trên 0,50 và ở trênDẻo - đầm chặt trung bình 0,35 - 0,37 0,75 - 0,05 0,30 - 0,60Khô - đầm chặt thật cẩn thận 0,30-0,350 0,55 - 0,85 0,00 - 0,30

Độ sệt như đất ẩm, đẩm mạnh 0,250 - 0,30 0,30 - 0,50 0,350 - 0,7

Độ sệt rất khô để đầm rất mạnh

và ép bê tông 0,50 và ờ dưới 0,30 và ở dưới 0,50 và ở dưới

B ản g 2.4 C ác giá trị K được đề nghị theo các thí n ghiệm gần đây

Thông thường - chấn động thường 0,6 - 0,8 0,8 - 0,0 0,30 - 0,4Khô - chấn động 0,5 - 0,7 0,6 - 0,28 0,28 - 0,30Rất khô - chấn động mạnh < 0,4 < 0 ,5 < 0,27Chỉ có g iá trị đối với bê tông đổ thành khối không xác định, ít hoặc không có cốt thép Đ ối với bê tông cốt thép cần tính độ tăng lỗ rỗng do hiệu ứng của thành vách Phù hợp với lý th uyết của Caquot, Faury đã xác định bằng thực nghiệm rằng độ rỗng phụ đó biến đổi như sau:

r = K '

R

D- - 0 , 7 5trong đó: K ’ - m ột hệ số bằng số, mà giá trị của nó bằng 0,004 đối với bê tông m ềm , được đầm bằng cách đổ đơn giản và bằng 0,002 đối với bê tông khô, được đầm

m ạnh Người ta có thể lấy K ’ = 0,003 cho bê tông thông thường

Cuối cùng, chỉ số tổng cộng về độ rỗng I có thể tính theo công thức:

K K '

G iá trị của I tìm được như vậy là giá trị lý thuyết cực điểm trong thực tế phải được lấy

số tròn tăng lên

2.2.4.5 P hư ơng p h á p các c h ỉ tiêu th eo trọn g lượng

Faury đã đề xuất m ột phương pháp được gọi là các chỉ tiêu ư ọng lượng, nó cho phép xác định bằng tứứi toán các phần trăm của các cốt liệu khác nhau trước khi phối hợp bê tông

Đ ối với m ỗi cỡ hạt bị tác động bởi m ột chỉ số trọng lượng, nó th ích hợp với cỡ hạt đó, (bảng 2.5)

B ảng 2.5 C ác chỉ số trọng lượng của các cỡ hạt k h ác nhau

i , c + i,s + igG = ih-Ph

Có thể tính ig.G theo thành phần hạt trung bình và hạt lớn theo cô n g thức sau;

ÌgG = (Ìo/D/2-^) + (ÌD/2/D-t>)trong đó;

c , s và G - các tỉ lệ xi m ăng, cát và sỏi theo thể tích tuyệt đ ố i so với thể tích của

m ột đcfn vị của chất rắn;

ig, và i^ - các chỉ số trọng lượng củ a đá, cát và xi m ăng;

W /2 ^D/2/D ■ số trọng luợng củ a hạt trung bìn h và hạt lón;

a và b - tỉ lộ của các hạt trung bình và hạt lớn

K hi đ ã biết chỉ số trọng lượng và các tỉ lệ của xi m ãng, chỉ còn phải giải hệ thống phương trình có hai ẩn số.

2.2.4.Ó Phư ơng p h á p đơn giản hóa theo độ đặc của hỗn hợp khô

M ột m ô hình đơn giản, nhưng lổng hợp được quan hệ giữa độ đặc và các thông số thành phần của bê tô n g (hình 2.2)

Đô đặc

1-Đá

6- Cát

H inh 2.2 Mô hình dơn íiiàii hóa mô tả sự phụ thuộc giữa tính cỉễ đổ

vờ các thông số của thành phần hê tôníị

Phần đặc của vật liệu, khi không có mặl của nước, được đ ồng hóa thành m ột hỗn hợp

độ đặc của nó phụ thuộc trước hết vào giải hạt (d/D ) và sau đó vào các thể tích tương ứng của các pha khác nhau và phụ thuộc vào hình dạng các hạt M ột m ô hình toán học

đã được nêu ra, đề nghị cách giải một bài toán bằng cách tính đ ến các tương tác: của hai

cỡ hạt, C aquot đã đề nghị quan công thức sau:

r = k ^ ( d / D )trong đó:

r - độ rỗng của hỗn họp (lức là 1 irừ đi độ đặc);

d, D - đường kính hại min và max;

k- hệ số lấy từ 0,3 - 0,45

H àm số độ đặc có d án g m ột đường cong lồi duy nhất N ói cách khác, khi m à liều lượng của m ột loại biến đổi từ 0 đến 1 0 0% (các thành phần khác có giá trị tương ứng không đổi), độ đặc tăng lên qua m ột cực đại, sau đó giảm đi.

M ột yếu tố khác dễ ảnh hưởng đến độ ch ật tổng thể là tính đồng nhất: Sự phân tầng nói chung làm giảm độ đặc tổng thể

Đ ộ đặc của bê tông là tỷ số: (thể tích đặc + thể tích chất lỏng)/thể tích toàn bộ (hoặc

có thể cộng thêm m ột hàm lượng k hông

khO-Đ ộ đặc của hồ là tỷ số: thể tích chất dín h kết/thể tích hồ (đó là sô' hạng xuất hiện trong cỏng thức Feret, nó tạo ra trước hết cường độ cơ học của vật liệu đông cứng)

V iệc sản xuất bê tông bao gồm việc bcfm vào các lỗ rỗng của hỗn hợp vật liệu khoáng

m ột lượng nước có khả năng trong thời g ian đầu lấp đầy lỗ rỗng này, sau đó tách xa các hạt để cho phép có các ch u y ển động liên q u an và làm cho vật liệu có tính dễ đổ

K hi đó tính dễ đổ được gắn trực tiếp với sự chênh lệch giữa thể tích nước và độ rỗng của hỗn hợp hạt;

Pđ = f(N - r)

N hờ có m ô hình này, người ta có thể h iểu được dáng của những đường cong nhận được khi thay đổi tỷ số cát/cốt liệu của bê tô n g với hàm lượng nước không thay đổi (hình 2.2) Người ta cũng thấy rằng sẽ có lợi kh i thêm vào bê tông gầy m ột lượng nào đó chất bột m ịn trơ có thành phần hạt như củ a x i m ăng để cải thiện tính dễ đổ Cuối cùng, vai trò của chất tăng độ chảy được phân b iệt rõ ràng với vai trò của nước: phụ gia chống vón tụ các hạt, và như vậy giảm số hạng r, kh i đó nước sẽ được biểu thị bằng số hạng N (trong thực tế, phụ gia luôn được cung cấp dưới dạng m ột dung dịch nhớt thế nào đó để việc pha trộn nó tác đ ộng trên cả hai số hạng)

2 2 4 7 M ô hình P a rris cải biến

Phương pháp theo độ đặc, nếu nó cho phép hiểu được những hướng biến đổi chính, được áp dụng tốt hơn nếu bê tông kém “dãn nở” tức là nếu sự sắp xếp các hạt gần với hỗn hợp khô Đ ối với bê tông từ rất dẻo đến chảy thì chênh xa trường hợp lý tưởng này

K hi đó, nên áp dụng m ô hình thể huyền phù như m ô hình F aư is

Lý thuyết này đã được phát triển để m ô tả độ nhớt của m ột hỗn hợp có n loại hạt mà kích thước rất khác nhau (d | » d2 - » d^) T rong trường hợp bê tông, ví dụ như ngưòi

ta có thể coi hạt đá là cỡ hạt lớn nhất, theo sau là cát (loại 2), hỗn hợp xi măng + phụ gia

có độ m ịn như xi m ăng (tro bay, x ỉ và bột, loại 3) và cuối cùng là m uội silic (loại 4)

K hi đó, nguyên lý cơ bản của m ô hình là xét rằng m ỗi loại hạt i “xem" m ôi trường trong lỗ rỗng của nó (nước + hạt nhỏ hơn) như là m ột chất lỏng nhớt đồng nhất Đ ộ nhớt riêng của hỗn hợp các h ạt i là tích của độ nhớt của m ôi trường trong lỗ rỗng với m ột sô' hạng (hàm số H), tính đến hàm lượng của cỡ hạt i trong m ôi trường này M ặt khác, để

đ án h giá số hạng hàm lượng, người ta dựa vào đại lượng a,, độ đặc riêng của loại i aj biểu thị tỷ lệ cực đại của nhóm i mà người ta có thể đặt vào m ột bình đon vị Đ ó là số

hạng a; (với i = 3 và 4) cho phép tính đến sự có mặt cùa phụ gia chống vón tụ, ãị tăng lên

khi người ta thêm vào bê tông phụ gia dco (hoặc một phụ gia siêu dẻo), đến m ột liều lượng cực đại gọi là liều lượng bão hòa

V ậy, độ nhớt có thể viết như sau;

2.3 C Á C P H Ư Ơ N G P H Á P T ÍN H TO Á N T H À N H P H Ầ N B Ê T Ô N G H IỆ N H À N HCác phương pháp thiết k ế thành phần bê tông được sử dụng rộng rãi hiện nay là: phương pháp DoE của Ban môi trường Anh (The British D epartm ent o f the

E nvironm ent), của V iện bê tông Mỹ (Tlie American Concrete Institute), phương pháp

"D reux - G orisse" c ủ a Pháp, phương pháp Mơđooc (L.J M urdock) của A nh, phương pháp củ a H ội đồng bê tông Pooclăng (Tlie Nevv Zealand Porland C oncrete A ssociation), phưưiig pháp Bolom ey - Skram laev (Nịỉil) Mỏi phương pliắp dều có phạm vi Ihích dụng riêng Trong khuôn k hổ giáo trình này xin (Iược giới thiệu 3 phương pháp: phương pháp

B olom ey - Skram taev (sử dụng phổ biến ở Việt Nam), AC I, và phương pháp "D reux -

G orisse" (sử dụng phổ biến ở Pháp và một số nước châu Âu) Cả ba phương pháp đều là phưofng pháp lý thuyết kết hợp với "thực Iigliiệm" dựa trên cơ sở lý thuyết "thể tích tuyệt đối", có nghĩa là tổng thể tích tuyệt đối (hoàn toàn đặc) của vật liệu trong I m ’ bê tông thì bằng 1000 lít C húng chỉ khác nhau ờ chỗ lựa chọn thành phần và tỷ lệ các cấp hạt cốt liệu

2.3.1 Phương pháp Bolom ey - Skramtaev

Cơ sở lý thuyết củ a phưcíng pháp nàv: Tliể tích bê tông được coi là hoàn toàn đặc và

là tổ n g của các thể tích đặc riêng rẽ của các vật liệu tạo ra bê tông

Các bước tính toán;

/ Xác định lượng nước N Dựa vào độ cứng hoặc độ lưu động, yêu cầu lượng nước

nhào trộn được xác đ ịnh trên bảng tra (bảng A2) Lượng nước xác định được ứng với cát trung bình (Ny(, = 7% ) và sỏi

N ếu là cát nhỏ thì lượng nước cần tăng lên 7 - 10% và nếu độ ẩm của cát tăng lên hoặc giảm đi cứ 1% thì lượng nước tăng lên hay giảm đ i theo tín h toán tỷ lệ với khối lượng cát trong bê tông L ượng nước cho bê tông, kg/m^ được ghi trong bảng tra.

Hệ số a biến đổi từ 1,1 - 1,52 phụ thuộc vào loại cố t liệu và lượng xi m ãng.

2 Tính tỷ lệ XIN: được tín h theo công thức B olom ey - S kram taev như sau:

- Với bê tông có X /N = 1 ,4 - 2 ,5 : - = - ^ + 0,5

N A R ,

- Với bê tông có X /N > 2,5; - = - ^ — 0,5

N A , R ,

trong đó:

Rịi^ - cường độ thiết kế, R(|^ = (1,2 - l ,3)R|3;

R[, - cưcrtig độ tối thiểu của bê tông;

Rx - cường độ xi m ăng;

A, A | - các hệ sô' thực nghiệm.

N hư vậy công thức B-K chưa xét đến cường độ yêu cầu cho nên tỷ lệ X /N thường được chọn thấp và phái có điều chỉnh sau này T heo c h ú n g tôi nên tính tỷ lệ X /N có xét đến cường độ yêu cầu để đảm bảo độ tin cậy cao hơn như sau:

3 Tính lượng.xi măng:

X = | kN (k g )

So sánh lượng xi m ăng tìm được với lượng xi m ăng tối thiểu, nếu thấp hơn thì phải lấy bằng lượng xi m ăng tối thiểu

4 Lượỉỉg cốt ìiệii lớn và n h ỏ xúc định dựa vào thuyết v ề th ể tích tuyệt đôi:

Thể tích Im'’ (hoặc 1000 lít) hỗn hợp bê tông sau khi đầm chặt là tổng thể tích đặc của cốt liệu, xi m ăng và nước:

— + — + — + — = 1000

Px Pn Pc Pd

trơng đó: X, N, c, Đ - khối lượng của xi m ãng, nước, cát, d á hoặc sỏi;

Px, Pn, Pj;, Pđ - khối lượng riêng của xi m ăng, nước, cát, đ á hoặc sỏi

T hể tích rỗng của cốt liệu lớn phải được n hét đầy vữa xi m ăng có kể đến sự trượt xa nhau của các hạt (a ):

X XT

•— + N + J • a

T ừ những phương trình trên tính được:

a - hệ số trượt (hệ sô' dư vữa)

V ới hỗn hợp bê tông cứng a = 1,05 - 1.15; với hỗn hợp bê tông dẻo a biến thiên từ

K iểm tra bằng thực nghiệm : Sau khi tinh toán sơ bộ thành phần bê tông cần phải kiểm tra lại độ lưu động (hay độ cứng), cường độ, v.v theo tiêu chuẩn

2.3.2 Phương pháp A C I (V iện bê tóng Mỹ) ACI 211-1-91

V ề cơ bản phương pháp này cũng sử dụng cường độ yêu cầu theo m ẫu hình trụ Đ ó là phương pháp tính toán cộ n g thực nghiệm và dựa vào lý thuyết thể tích tuyệt đối Phương trình tổng quát như sau:

Vb- Pb = Vx-Px + Vc-Pc +Vn-Pn.

L ựa chọn Pb theo yêu cầu về công trình

PB=B/ l m\ B = c + Đ + N + X

trong đó: B là khối lượng của bê tông tươi

C ác bươc thiết k ế n hư sau;

- X ác định cường độ thiết kế;

R[I^ = Rị,( + 8 MPa (nếu cấp của bê tông < 35 MPa)

R,I^ = + 9,7 MPa (nếu cấp của bê tông > 35 M Pa)

- C họn độ sụt; N ếu kh ô n g cho trước thl có thể chọn theo bảng A l

- C họn kích thước m ax củ a cốt liệu thô: - 1/5 kích thước nhỏ nhất của kết cấu,

< 1/3 chiều dày bản, < 3/4 khoảng cách nhỏ nhát giữa các thanh thép

- X ác định lượng nước N; tra bảng A.2.

trong đó: khối lượng cốt liệu đã đầm chặt, = 1,6 1,605

Các bảng A l, A 2, A 3, A 4, A.5 được lập theo kết quả n ghiên cứu thực nghiệm của

V iện bê tông M ỹ theo từng cốt liệu khác nhau

K hi áp dụng vào thực tế tính toán ở V iệt N am , nếu các vật liệu kiểm tra phù hợp thì cững có thể dùng được

X ác định lượng cát (cốt liệu m ịn) được tính như sau:

C = [lO O O -V3, - N - V , D - V ^ ^ ] p ,

c = 1 0 0 0 - — - N - — - 2 % •Pc

trong đó: - khối lượng riêng trung bình của cát;

- khối lượng rỗng của đá;

- khối lượng riêng của xi m ăng (thường bằng 3 ,15T /m ’);

Vị^i^ - khối lượng k h í (tính theo 2%).

Các bước tiếp theo làm tưcmg tự như phương pháp Bolom ey - Skram taev

Phương pháp của ACI - M ỹ chỉ hiệu quả với việc thiết k ế thành phần bê tông có cường độ nén hoặc bằng 50 Trong trường hợp các bê tông có phụ gia hoặc bê tông có chất lượng cao thì phải dùng các thiết k ế đặc biệt (xem ACI 363-R hoặc tiêu chuẩn ngành G TVT)

B ảng A l Đ ộ sụt của bê tông theo loại k ết cấu

Cường độ bê tông yêu cầu ờ 28 ngày,

R lập phưcmg Rvc> trụ Bê tông không cuốn khí Bê tông cuốn khí60

20

15

0,380,430,480,550,620,700,80

0,400,460,530,610,71

Bảng A.4

Dmax-in

Drriax(mm)

Thể tích cốt liệu thô (khô) cho 1 m ’ bê tông

ứng với các mô đun hạt cát

Ghi chú: Có Ihể giảm 10% thể tích cốt liệu thô đối với bê tông dùng máy bơm Mô đun hạt

của cát được xác định ứng với bộ sàng 0,149; 0,297; 0,595; 1,19; 2,38 và 4,76mm

(mm)

Bảng A.5

ước tính khối lượng bê tông, kg/m ’

Bê tông không tạo khí Bê tông tạo khí

2190223522802315235523752400

2,3.3 P hư ơ ng ph áp của Dreux - Gorisse (D - G)

Phương p háp này là m ột phưofng pháp mới được đề xuất bởi các ông D reux và