Khi lựa chọn loại xi măng sử dụng cho Bê tông cường độ cao nên chọn loại xi măng có hàm lượng C3A thấp nhất có thể vì hàm lượng C3A thấp dễ kiểm soát tính lưu biến và giảm các vấn đề về
Trang 1I. THÀNH PHẦN BÊ TÔNG CHẤT LƯỢNG CAO VÀ SIÊU CAO
1. Xi măng (Cement)
Đặc điểm vật lý và hóa học của xi măng đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong sự phát triển cường độ và kiểm soát tính lưu biến của bê tông Độ mịn ảnh hưởng đến lượng nước yêu cầu đối với tính nhất quán Khi lựa chọn loại xi măng sử dụng cho Bê tông cường độ cao nên chọn loại xi măng có hàm lượng C3A thấp nhất có thể vì hàm lượng C3A thấp dễ kiểm soát tính lưu biến và giảm các vấn đề về độ dẻo của bê tông Với các nghiên cứu hiện nay thường sử dụng xi măng Portland để phục vụ cho việc sản xuất bê tông cường
độ cao
2. Cốt liệu thô (Coarse aggregate)
Đối với mục đích sản xuất loại bê tông có cường độ lớn, kích thước lớn nhất của bê tông được lựa chọn nên đủ nhỏ để bê tông có thể đặc chắc và ít lỗ rỗng hơn
Đối với bê tông có cường độ nén trên 70Mpa có thể sản xuất với cốt liệu có đường kính hạt tối đa trong khoảng 20 đến 28 mm
Đối với bê tông có cường độ nén trên 100 Mpa thì cốt liệu có đường kính thích hợp từ 10 đến 20 mm
Đến nay, bê tông có cường độ nén lớn hơn 125 Mpa đã được chế tạo với đường kính hạt cốt liệu thô tối đa từ 10 đến 14 mm
3. Cốt liệu mịn (Fine aggregate)
Thông thường sử dụng cát tự nhiên (cát sông) hoặc kết hợp với cát nghiền
4. Nước (water)
Nước là thành phần quan trọng của bê tông vì nó tham gia tích cực vào các phản ứng hóa học của xi măng Cường độ bê tông chủ yếu phụ thuộc vào chất kết dính do hoạt động thủy hóa của xi măng Lượng nước yêu cầu cần được giảm đến mức thích hợp cho phản ứng hóa học của xi măng không bị mất nước vì nước dư thừa sẽ tạo thành các lỗ rỗng không mong muốn trong bê tông Từ việc xem xét thiết kế bê tông cường độ siêu cao, điều quan trọng là phải phối hợp tỷ lệ giữa xi măng và phụ gia hóa học/phụ gia khoáng chất và lượng nước dùng để trộn
5. Phụ gia hóa học
Phụ gia hóa học là thành phần thiết yếu trong hỗn hợp bê tông, vì chúng làm tăng hiệu quả của xi măng bằng cách cải thiện khả năng làm việc và giảm lượng nước trong bê tông
Trang 2Một số loại phụ gia hóa học:
• Phụ gia hóa dẻo và siêu dẻo: Liều lượng phụ gia được xác định thông qua các khuyến cáo của nhà sản xuất và các thí nghiệm Lượng phụ gia siêu dẻo thông thường từ 0.5 – 3.0 lít/100kg xi măng tùy theo yêu cầu về độ sụt và yêu cầu về kết cấu;
• Phụ gia làm chậm ninh kết;
• Các tác nhân hút khí;
6. Phụ gia khoáng chất
Điểm khác biệt chính giữa bê tông truyền thống và bê tông cường độ cao chủ yếu là việc
sử dụng phụ gia khoáng chất Một vài loại phụ gia khoáng chất thường được sử dụng như:
• Tro bay: Hàm lượng tro bay dùng cho bê tông trong môi trường nước biển từ 10 – 15% khối lượng xi măng;
• Muội Silic: Thành phần muội silic trong bê tông chiếm 5 – 15% khối lượng xi măng Trong môi trường nước biển để tăng độ bền của bê tông có thể sử dụng 5 – 7% muội silic ;
• Bột Cacbon;
• Các phụ gia khoáng thạch cao khan
Phụ gia khoáng như tro bay và bụi silic hoạt động như vật liệu Puzzolonic cũng như chất độn, do đó cấu trúc vi mô của xi măng khi đông cứng trở nên đặc chắc hơn Việc sử dụng bụi silic lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt xi măng và cốt liệu Việc bổ sung bụi silic không làm tăng cường độ của bê tông mà chỉ tăng đóng vai trò như chất xúc tác nhanh để đạt được cường độ sớm
II. CÁC CẤP PHỐI ĐÃ NGHIÊN CỨU
1. Cấp phối sử dụng phụ gia hóa dẻo
− Cốt liệu thô: Đường kính hạt tối đa 12.5 mm tương đương 0.63 m3
− Cốt liệu mịn (Cát): Đường kính nhỏ hơn 1mm Cát và cát nghiền với tỷ lệ 33%
và 76%
− Phụ gia hóa dẻo lấy bằng 2% khối lượng xi măng
Xi măng Phụ gia hóa dẻo Cốt liệu thô Cốt liệu mịn Nướ Cường độ nén sau 28 ngày
Trang 3(kg) (kg) (kg) (kg) c
(lít)
(Mpa)
2. Cấp phối sử dụng Bụi silic và phụ gia hóa dẻo
− Bụi silic lấy bằng 10% khối lượng xi măng;
− Phụ gia hóa dẻo: 12.3 kg;
Xi măng
(kg)
Phụ gia hóa
dẻo (kg)
Bụi silic (kg)
Cốt liệu thô (kg)
Cốt liệu mịn (kg)
Nước (lít)
Cường độ nén sau 28 ngày (Mpa)
3. Cấp phối theo “International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology”.
− Cốt liệu thô (10mm 31% và 20mm 69% khối lượng);
− Cốt liệu mịn: Sử dụng cát sông
W/b
4. Cấp phối theo cuốn “Concrete Microstructure, properties and materials”
Kg/m 3 Cấp phối 1 Cấp phối 2 Cấp phối 3 Cấp phối 4 Cấp phối 5
Cốt liệu thô (đường kính tối 1068 1068 1068 1068 1068
Trang 4đa 10 mm)
Cường độ nén sau 272 ngày 98.5 107.6 98.1 134.7 129.8
5. Cấp phối điển hình của một số dự án đã thực hiện
Nước (kg/m 3 ) 151 145 135 145 130 130
Cốt liệu thô 1068 1030 1100 1130 1080 1140 Cốt liệu mịn 676 705 700 695 685 710
Phụ gia đông kết
chậm
Phụ gia hóa dẻo 2.1 3 14 6.5 15.7 5.0
Tỷ số N/X 0.37 0.3 0.27 0.29 0.25 0.34 Cường độ nén sau
28 ngày
-Cường độ nén sau
91 ngày
-6. Cấp phối theo nghiên cứu của “Burg and Ost 1994)
Trang 5Đơn vị (m 3 ) Cấp phối
Cốt liệu thô (đá 12.5 mm) (kg) 1068 1068 1068 1068 1068 1121 Cốt liệu mịn (Cát) (kg) 647 659 676 593 593 742 Phụ gia hóa dẻo loại F (lít) 11.6 11.6 11.22 20.11 16.44 6.3
Phụ gia làm chậm đông kết (lít) 1.12 1.05 0.97 1.46 1.5
Cường độ nén sau 3 ngày (Mpa) 57 54 55 72 53 43 Cường độ nén sau 7 ngày (Mpa) 67 71 71 92 77 63 Cường độ nén sau 28 ngày(Mpa) 79 92 90 117 100 85
7. Cấp phối theo “Langley, W.s.R Gilmour, and E, Trompach, ACI SP – 154, 1995” dùng cho cầu The Great Belk Link ở Đan Mạch.
Tỷ lệ trộn (kg/m 3 ) Bê tông cho trụ cầu Bê tông nền Tấm chống ăn mòn
8. Cấp phối thí nghiệm theo “Tạp chí Khoa học kỹ thuật và môi trường – số 50)
Trang 6Kết quả thí nghiệm:
9. Cấp phối trộn theo “The 3 nd Virtual Multidisciplinary Conference”
Cấp
phố
i
Tỷ
số
N/X
Nước
(kg/m 3
)
Bụi silic
Xi măng (kg/m3 )
Cốt liệu thô (12.5>d>6.3 ) (mm)
Cốt liệu thô (6.3>d>4.75 ) (mm)
Cốt liệu mịn 4.75>d>0.42
5 (mm)
Phụ gia hóa dẻo
Cường
độ nén sau 7 ngày
Cường
độ nén sau 28 ngày
4
Trang 7C15 0.2 102 110 550 430 290 990 42.9 93.5 108.7
5
10. Cấp phối theo “Mix Proportioning of High Performance Concrete for Indian Environment”
11. Cấp phối theo “The development of a new method for the proportioning of high-performance concrete mixtures”
Tổng hàm lượng xi
măng và bụi silic
Cường độ nén bê tông
sau 1 ngày
Cường độ nén bê tông
sau 3 ngày (Mpa)
Cường độ nén bê tông
sau 7 ngày (Mpa)
Cường độ nén bê tông
sau 28 ngày (Mpa)
12. Cấp phối do trường Đại học Giao thông vận tải nghiên cứu năm 2007
Trang 8Thành phần:
− Cốt liệu: Cát và đá Đồng Nai
− Chất siêu dẻo: Sika Viscocrete 3000 – 10, tro nhẹ Sài Gòn
− Xi măng: Nghi Sơn PCB – 40
Thành phần bê tông 60:
Tỷ số nước/chất kết dính 0.3
Muội silic (kg/m3) 24
Chất siêu dẻo (lít) 4.5 Cường độ nén bê tông sau 3 ngày (Mpa) 42
Cường độ nén bê tông sau 7 ngày (Mpa) 55
Cường độ nén bê tông sau 28 ngày
Thành phần bê tông 80B:
Tỷ số nước/chất kết dính 0.26
Muội silic (kg/m3) 35
Chất siêu dẻo (lít) 6.0 Cường độ nén bê tông sau 3 ngày (Mpa) 55
Cường độ nén bê tông sau 7 ngày (Mpa) 70
Cường độ nén bê tông sau 28 ngày
13. Cấp phối theo kết quả nghiên cứu của Viện KHCN Xây dựng
Kỹ hiệu cấp phối CP1 CP2 CP3 CP4 CP5
Xi măng (kg) 266 339 308 321 309
Trang 9Xỉ lò cao (kg) 193 128 172 140 141
Nước (lít) 138 154 170 187 203 Phụ gia siêu dẻo (kg) 5.5 4.4 3.3 3.3 3.3 Cát mịn (kg) 488 478 467 453 440
Đá dăm (kg)
10 – 20mm 853 836 817 792 769
5 – 10mm 401 393 384 373 362 Cường độ nén sau 1 ngày 41.4 41.2 37.1 35.6 33
Cường độ nén sau 3 ngày 68.1 67.6 61 58.6 54.3
Cường độ nén sau 7 ngày 78.3 77.6 70.1 67.3 62.4
Cường độ nén sau 28 ngày 92 91.3 82.5 79.2 73.4
Theo các nghiên cứu thì vận tốc trộn hiệu quả trong tất cả các bước trộn từ 8 đến 9 m/s Bước 1: Trộn tất cả các vật liệu khô (trừ cốt sợi) trong thời gian 1.5 phút
Bước 2: Bổ sung nước và làm ướt bề mặt vật liệu trong 1.5 phút Một nửa số phụ gia siêu dẻo được thêm vào với nước để tránh vón cục muội silic
Bước 3: Dừng trộn trong khoảng thời gian 2 phút để nước có thể thấm đều vào các thành phần cốt liệu
Bước 4: Bổ sung cốt sợi rồi trộn trong thời gian 1.5 phút
Bước 5: Thêm phụ gia hóa dẻo và trộn tiếp trong thời gian 5 phút
Bước 6: Cuối cùng, hệ thống hút chân không với áp suất 50 mbar trong thời gian 1.5 phút
để loại bỏ không khí trong bê tông