Bài giảng Vật liệu xây dựng: Chương 9 - ĐH Bách khoa TP.HCM

Bài giảng Vật liệu xây dựng - Chương 9: Nguyên liệu thành phần và thiết kế bê-tông thương phẩm trình bày các nội dung: Cốt liệu, nước, phụ gia; thiết kế cấp phối bê-tông. Mời các bạn cùng tham khảo.

Trang 1

Vật Liệu Xây Dựng

( Construction Materials)

Bộ môn Vật liệu Silicat

Khoa Công Nghệ Vật Liệu

Đạ i học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh

VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tông 9-2

Thiết kế cấp phối bê-tông thường

Tính công tác

Cường độ chịu lực

Độ bền sử dụng

Bề mặt không rỗ, phân tầng

Giá thành sản phẩm hợp lý

Xi-măng và/hoặc PGKHT thay thế xi-măng

Cốt liệu lớn, nhỏ

Phụ gia hóa học điều chỉnh

Thành phần phụ khác, sợi, cốt thép…

Trang 2

Cường độ chịu lực.

Tỉ lệ Nước/XM hay N/X.

Kích thước cốt liệu và thành phần.

Hàm lượng bọt khí trong hỗn hợp.

Độ sụt và tính công tác.

Lượng nước sử dụng.

Loại và lượng xi-măng sử dụng.

Phụ gia sử dụng.

Phương pháp thiết kế cấp phối

Theo tiêu chuẩn Việt Nam Thiết kế với khối bê-tông đặc 1m3

Theo hướng dẫn của ACI-American Concrete Institute

Thiết kế với khối bê-tông gồm các thành phần đặc+khí=1m3

Theo TCVN: Các thông số cần biết

Các yêu cầu kỹ thuật về bê-tông

Các yêu cầu về điều kiện thi công: hình dạng kết

cấu, thi công…

Yêu cầu về sử dụng vật liệu

- Xi măng

- Cát

- Đá

- Phụ gia.

- Nước

Sử dụng vật liệu

Bê-tông Má c < 400 (40MPa)

- Cát: có thể sử dụng cát có Modul độ lớn M=1,5-2,5

M<2,0 chỉ dùng cho bê tông Mác<350

- Xi măng: sử dụng xi măng mác cao hơn cho bê tông

mác thấp hơn Ví dụ sử dụng xi măng PCB 40 hoặc 30

Lượng xi măng tối thiểu (kg) sử dụng cho 1m3 bê tông:

180 210

220 240

ĐS=10-16mm

160 180

200 220

ĐS =1-10mm

70 40

20 10

Dmax, mm

Trang 3

Y/c sử dụng vật liệu

Bê tông Má c 400 - 600

- Xi măng: Sử dụng xi măng PCB 40, PCB 50 kết hợp với

phụ gia hóa dẻo hoặc siêu dẻo

- Cát: Sử dụng cát có cấp phối nằm trong giới hạn biểu đồ

chuẩn theo TCVN 1770: 1986

Modul độ lớn cát sử dụng M=2,3-3,0

- Đá:

Chỉ nên dùng đá dăm và đá có nhiều cỡ hạt

Mác của đá dăm phải lớn hơn ít nhất 1,5 lần

Hàm lượng hạt thoi dẹt ≤ 15%

Bê-tông có yêu cầu đặc biệt

- Bê tông có đồng thời cường độ uốn và nén Mối tương quan giữa cường độ uốn và nén:

Cát và đá chọn theo phương án của bê tông Mác 400–600 Độ sụt của Bê tông phải nhỏ hơn 8cm

- Bê tông có độ chống thấm, là cấp áp lực nước lớn nhất mà 4–6 viên mẫu thử chưa cho nước thấm qua (TCVN 3116: 1993)

50/6,0 35/5,5

35/5,0 30/4,5

25/4,0 20/3,5

15/3,0 2

50/5,5 40/5,0

35/4,5 30/4,0

25/3,5 20/3,0

15/2,5 1

Rnén/Ruốn (MPa) Cấp

- Tương quan giữa cường độ nén và độ chống thấm:

- Cường độ xi măng sử dụng không quá 2 lần cường độ BT

- Cát: nên sử dụng cát có M=1,5 -2,4 cho Mác < 350

- Sử dụng kết hợp với phụ gia hóa dẻo hoặc siêu dẻo

- Hàm lượng hạt mịn kích thước ≤ 0,3mm dùng cho BT

chống thấm cấp 2

700-800 600-650

10

600-700 500-550

20

500-600 450-500

40

Cốt liệu đá dăm Cốt liệu sỏi

Hàm lượng hạt mịn (kg) trong 1m 3 bê-tông

Dmax cốt liệu

Bê tông có yêu cầu về độ mài mòn

- Các cấu kiện yêu cầu về độ mài mòn như: bó vỉa, tấm lát đường, sàn nhà công nghiệp

- Mác BT cho các kết cấu chống mài mòn thông thường từ 300-500

- Độ mài mòn của BT chủ yếu phụ thuộc vào khả năng mài mòn của cốt liệu

- Nên sử dụng xi măng có cường độ cao và BT độ sụt thấp

- Mối tương quan giữa cường độ, vật liệu và cấp độ mài mòn

Trang 4

> 80

20 – 40

Rnén,

MPa

Đá dăm granite

-Đá dăm, cát M=2,0 -2,3 -Đá dăm granite Cốt liệu thông thường Nguyên vật liệu

0,1 – 0,3 Ít

3

0,3 – 0,6 Trung bình

2

0,6 – 0,9 Nhiều

1

Gíá trị Mm, g/cm 3

Độ mài mòn Cấp

Bê tông có yêu cầu không co ngót

- Bê tông không co ngót là bê tông đồng thời khử được độ

co cứng và độ co mềm thỏa điều kiện sau:

Sau 14 ngày dưỡng ẩm liên tục, độ dãn dài từ 0,1-0,4mm/m

14 ngày tiếp theo không dưỡng ẩm độ dãn dài không thấp hơn 0,02mm/m

- Sử dụng phụ gia chống co và tỉ lệ phụ gia sử dụng từ 5-15% so với xi-măng

- Sử dụng cát có modul M=2,4-3,3

Bê-tông thi công bằng bơm

- Độ sụt cao từ 12-18cm

- Kích thước hạt cốt liệu lớn nhất không vượt quá 1/3

đường kính ống bơm và hàm lượng hạt thoi dẹt ≤ 15%

- Lượng xi măng hợp lý từ 350-420 kg/m3, lượng xi măng

tối thiểu không ít hơn 280 kg/m3

- Nên sử dụng phụ gia hóa dẻo hoặc siêu dẻo

1 Chọn độ sụt của hỗn hợp BT

- Bảng độ sụt của một số kết cấu BT (đầm bằng máy, thời gian thi công 45 phút)

3 - 4

9 -10 Đường, nền, sàn

3 - 4

11 -12 Cột

3 - 4

11 -12 Dầm, tường bêtông cốt thép

3 - 4

9 -10 Móng bêtông, giếng chìm, tường phần ngầm

3 - 4

9 -10 Móng và tường móng bêtông cốt thép

Tối thiểu Tối đa

Độsụt, cm Dạng kết cấu

Trang 5

- Khi đầm bằng tay, chọn độ sụt cao hơn 2 – 3 cm

- Thời gian thi công kéo dài thêm 30 – 45 phút, chọn độ

sụt cao hơn từ 2 -3 cm

2 Lượng nước trộn N(kg) theo độ sụt chọn

185 190 195 195 200 205 205 210 215 215 220 225 11-12

180 185 190 190 195 200 200 205 210 210 215 220 9-10

175 180 185 185 190 195 195 200 205 205 210 215

7 -8

170 175 180 180 185 190 190 195 200 200 205 210 5-6

165 170 175 175 180 185 185 190 190 195 200 205 3-4

155 160 165 165 170 175 175 180 185 185 190 195 1-2

2.5-3,0 2,0-2,4 1,5-1,9 2,5-3,0 2,0-2,4 1,5-1,9 2,5-3,0 2,0-2,4 1,5-1,9 2,5-3,0 2,0-2,4 1,5-1,9

Môđun độ lớn của cát, M

70 40

20 10

Kích thước hạt lớn nhất của cốt liệu Dmax, mm Độ

sụt, cm

- Lượng nước trộn ở bảng chỉ đúng cho lượng xi măng từ 200–

400kg/m3, khi lượng xi măng > 400kg/m3 thì cần hiệu chỉnh lại.

- Khi sử dụng cát có M<1,5 lượng nước tăng thêm 5l/1m3, M>3,0 lượng

nước giảm đi 5l/1m3.

- Khi sử dụng sỏi lượng nước giảm đi 10l/1m3.

- Khi sử dụng phụ gia hóa dẻo hoặc siêu dẻo thì trừ lượng nước giảm

do phụ gia.

- Khi BT có yêu cầu về độ sụt cao, dùng phụ gia kết hợp thì:

+ Độ sụt 13-16cm, kết hợp PG hóa dẻo tra bảng ở dòng ĐS=7-8, kết hợp PG hóa

dẻo cao tra ở dòng ĐS=5-6, kết hợp PG siêu dẻo tra ở dòng ĐS=3–4.

+ Độ sụt 17-20cm, kết hợp PG hóa dẻo tra bảng ở dòng ĐS=9-10, kết hợp PG

hóa dẻo cao tra ở dòng ĐS=7-8, kết hợp PG siêu dẻo tra ở dòng ĐS=5–6.

3 Xác định tỉ lệ N/X

- Khi N/X > 2.5 (2)

5 , 0 +

=

x

n

AR

R N X

5 , 0 1

−

=

x

n

R A

R N X

Trong đó:

Rx: cường độ thực tế của xi măng ở 28 ngày

Rn: cường độ của BT = giá trị Mác x hệ số an toàn 1,1 (trên mẫu

chuẩn có kích thước 150x150x150mm)

A, A1: hệ số chất lượng của cốt liệu, tra bảng

Trang 6

VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tơng 9-21

0,25 0,40 0,32 0,5

0,29 0,45

- Ximăng hoạt tính thấp, pooclăng hỗn hợp

chứa trên 15% phụ gia khoáng.

- Đá có 1 chỉ tiêu phù hợp với TCVN 1772

: 1987.

- Cát mịn có M < 2,0

Kém

0,27 0,43 0,35 0,55 0,32 0,50

- Ximăng hoạt tính trung bình, pooclăng

hỗn hợp, chứa 10 - 15% phụ gia khoáng.

- Đá chất lượng phù hợp với TCVN 1771

:1987

- Cát chất lượng phù hợp với TCVN 1771

:1986, M = 2,0 - 3,4

Trung

bình

0,30 0,47 0,38 0,60 0,34 0,54

- Ximăng hoạt tính cao, không trộn phụ gia

khoáng.

- Đá sạch, đặc chắc, cường độ cao, cấp

phối hạt tốt.

- Cát sạch, M = 2,4 - 2,7

Tốt

A1 A

Pp nhanh TCVN 4032:1985 (pp dẻo)

TCVN 6016:1995

Hệ số A và A 1 ứng với xi-măng thử cường độ theo Chỉ tiêu đánh giá

Chất

luợng

vật

liệu

Bảng hệ số chất lượng cốt liệu:

- Khi thiết kế bê-tơng ở tuổi t ngày, cường độ nén Rt được quy theo R28 ở tuổi 28 ngày:

- Đối với BT chống thấm thì tỉ lệ N/X tối thiểu theo bảng sau

1,2 1,15 1,1

1 0,7 0,5

k 1

180 90

60 28

7 3

Tuổi bêtơng, ngày

1 28

k

R

2,5 (0,40)

2,4 (0,42)

2,2 (0,45)

2,0 (0,50)

1,8 (0,55)

1,65 (0,6)

X/N tối thiểu hoặc N/X tối đa

B12 (CT12)

B10 (CT10)

B8 (CT8)

B6 (CT6)

B4 (CT4)

B2 (CT2)

Độchống thấm yêu cầu

4 Xác định hàm lượng xi măng X(kg), phụ gia

- Lượng xi măng được xác định:

với N là lượng nước xác định ban đầu

- Khi X > 400kg/m3, xác định lại lượng nước hiệu chỉnh

Nhcbằng :

Xác định lại lượng xi măng:

- Lượng phụ gia được xác định:

PG = Xhcx (%PG), với %PG tỉ lệ so với xi-măng

xN N

X

X =

N X

N

N hc

/ 10

400 10

−

=

hc

N

X

X =

5 Xác định hàm lượng cốt liệu lớn Đ(kg)

- Thể tích vữa hồ:

với ρX: Khối lượng riêng của xi măng 3,1g/cm3.

- Xác định hệ số vữa dư Kdtheo bảng (Bê-tơng cĩ ĐS=2-12cm)

N

X V

x

ρ

1,40 1,38 1,36 1,33 1,30 1,26 1,22 1,17 1,12 1,07 1,50

1,47 1,45 1,43 1,40 1.37 1,33 1,29 1,24 1,29 1,14 1,75

1.55 1.53 1.51 1.48 1.45 1.41 1.37 1.32 1.27 1.22 2,00

1,57 1,55 1,53 1,50 1,47 1,43 1,39 1,34 1,29 1,24 2,25

1,59 1,57 1,55 1,52 1,49 1,45 1,41 1,36 1,31 1,26 2,50

1,63 1,61 1,59 1,56 1,53 1,49 1,45 1,40 1,35 1,30 2,75

1,66 1,64 1,62 1,59 1,56 1,52 1,48 1,43 1,38 1,33 3,00

450 425 400 375 350 325 300 275 250 225

K dứng với giá trị V h

M cát

Trang 7

+ Cốt liệu lớn là sỏi Kd= giá trị bảng + 0,06

+ Bê-tông có ĐS=14-18:

Cát M < 2 : Kd= giá trị bảng + 0,1

Cát M = 2-2,5 : Kd= giá trị bảng + 0,15

Cát M > 2,5 : Kd= giá trị bảng + 0,2

- Hàm lượng cốt liệu lớn Đ(kg) được xác định:

ρvđ : khối lượng thể tích xốp của cốt liệu lớn, kg/m 3

rđ: độ rỗng cốt liệu lớn, xác định từ khối lượng riêng đá 2,66-2,68

g/cm3.

1 ) 1

=

d d

vd

K r

6 Xác định hàm lượng cốt liệu bé C(kg)

- Hàm lượng cốt liệu bé (C) được xác định:

ρc: Khối lượng thể tích của cát, 2,62-2,65 g/cm3

ρn: Khối lượng riêng của nước, 1 g/cm3

ρx: Khối lượng riêng của xi măng, 3,1 g/cm3

ρđ: Khối lượng riêng của đá, 2,66-2,68 g/cm3

c n d x

N

Đ

X

ρ ρ



















+ +

−

= 1000

7 Xây dựng thành phần cấp phối theo tính toán X,

N, C, Đ, PG và thành phần khảo sát thử X±10%.

8 Hiệu chỉnh cốt liệu theo độ ẩm và hạt > 5mm

Chc=C x (1+x/100) với x là hàm lượng hạt > 5mm

Đhc=Đ - (Chc-C)

Ctt= C x (1+Wc/100)

Đtt= Đ x (1+Wđ/100)

Ntt = N – [(Đtt - Đhc) + (Ctt - Chc)]

9 Kiểm tra và hiệu chỉnh độ sụt TCVN 3106:1993

10 Xác định cường độ nén TCVN 3105:1993

11 Chọn thành phần câp phối bê-tông chính thức

Trang 8

Yêu cầu Bê-tông Mác 300, nén trên mẫu kích thước chuẩn

150x150x150 mm

Điều kiện thi công cân trộn tự động, cấu kiện cột, dầm tường

đổ bằng bơm

Vật liệu chế tạo:

• Xi măng PCB 40 có Rx=48MPa

• Cốt liệu lớn đá dăm 1x2 cm, Dmax=20 mm, KLR ρ đ

0 =2,65g/cm3;

KLTT ρ đ

V =1420 kg/m3; Độ hút nước 0,3%, Độ ẩm Wđ=0,29%

• Cốt liệu nhỏ cát vàng, KLR ρ c =2,62g/cm3; M=2,2, KLTT

ρ c

V =1620kg/m3; Hàm lượng hạt >5mm=3%, Độ ẩm WC=4%

• Phụ gia hóa dẻo, lượng giảm nước 8 – 12%, liều dùng 0,4%

xi-măng.

Theo ACI: Các lưu ý

Cường độ của Bê-tông tính toán theo ACI được thiết kế trên mẫu chuẩn là mẫu trụ (d=15cm, h=30cm)

Trong tính toán thành phần của Bê-tông theo ACI, yêu cầu Cát có M≥2,4

Nếu trường hợp modul độ lớn của cát nhỏ thì phải phối trộn nhiều loại cốt liệu mịn, để đạt yêu cầu

Trình tự tính toán

- Chọn cường độ → tra tỷ lệ N/X tương ứng

- Xác định thể tích khối của cốt liệu thô chiếm chỗ

- Xác định thể tích pha khí trong 1m3bê-tông

- Tra lượng nước cho 1m3 bê-tông theo độ sụt và Dmaxcủa

cốt liệu

- Tính lượng xi-măng sử dụng

- Tính lượng cốt liệu nhỏ

35 0,40

BT yêu cầu chịu ăn mòn trong điều kiện tiếp xúc với Cl

-31 0,45

BT yêu cầu tiếp thời tiết lạnh, đóng băng, ẩm

28 0,50

BT yêu cầu chống thấm, tiếp xúc với nước

Phụ thuộc vào yêu cầu cấu kiện

Phụ thuộc vào cường

độ, tính công tác…

Điều kiện bình thường

Điều kiện sử dụng

Cường độ nén tối thiểu MPa N/X tối đa

Tra bảng

Trang 9

Y/c bê-tông trong môi trường sulfate

35 0,40

≥ 10.000

≥ 2,00 Rất lớn

31 0,45

1500 -10.000 0,20 – 2,00

Lớn

28 0,50

150 -1500 0,10 – 0,20

Trung bình

—

≤ 150

≤ 0,10

Không đáng

kể

Sulfate (SO4) nước, ppm

Hàm lượng

sulfate N/X tốiđa, KL

Sulfate (SO42- )

trong đất, % KL Cường độ nén tối thiểu, MPa

Tra bảng

Liên hệ giữa Rnén và N/X

0,70 0,79

15

0,60 0,69

20

0,52 0,61

25

0,45 0,54

30

0,39 0,47

35

0,34 0,42

40

0,30 0,38

45

Hàm lượng bọt khí <3%

Hàm lượng bọt khí > 3%

Tỉ lệ N/X theo khối lượng Cường

độnén

ởtuổi 28 ngày

Thể tích chiếm chỗ cốt liệu Đá

0,81 0,83

0,85 0,87

150

0,76 0,78

0,80 0,82

75

0,72 0,74

0,76 0,78

50

0,69 0,71

0,73 0,75

37,5

0,65 0,67

0,69 0,71

25

0,60 0,62

0,64 0,66

19

0,53 0,55

0,57 0,59

12,5

0,44 0,46

0,48 0,50

9,5

3,00 2,80

2,60 2,40

Modul độ lớn của cát

D Max của cốt liệu

thô, mm

Thể tích khối của cốt liệu được xác định, phụ thuộc

- Dmaxcủa cốt liệu thô

- Modul độ lớn của cát

Lượng cốt liệu

đá Đ

(kg)

Trang 10

Thể tích thực cốt liệu Đá/1m3 BT

Với 0,46 m3 thể tích khối cốt liệu

Đá trong bê-tông

KLTT ρv=1567 kg/m3

KLR ρ0=2,65 g/cm3

0,46m3 x 1567kg/m3=715,5kg

Thể tích thực Đá / 1m3 BT=715,5/(2,65x1000)=0,27m3

1 m3

0,46 m 3

Hà m lượng bọt khí và Dmax cốt liệu

Hà m lượng

bọ t khí / 1m3

25 75

Bê-tông nặng

25 75

Hành lang, sàn

25 100

Cột

25 100

Cấu kiện dầm, tường chịu lực

25 75

Kết cấu phụ, tường không chịu lực

25 75

Bê-tông móng, tường bao hầm,

chân cột

Min Max

Lượng nước N

0,2 0,3 0,5 1 1,5 2 2,5 3

Hàm lượng bọt khí trong BT, % thể tích

— 160 178 190 202 216 228 243

150 -175

124 145 169 181 193 205 216 228

75 -100

113 130 154 166 179 190 199 207

25 - 50

150 mm

75 mm

50 mm

37,5 mm

25 mm

19 mm

12,5 mm

9,5 mm

Độ sụt, mm

Lượng nước kg/1m 3 BT theo D max của cốt liệu lớn Bê-tông thường, không cuốn khí

Trang 11

1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5

Ôn hòa, ít ăn mòn

3,0 3,5 4,0 4,5 4,5 5,0 5,5 6,0 Trung bình, có ăn mòn

Hàm lượng bọt khí trung bình, % thể tích,

4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,0 7,0 7,5

Khắc nghiệt, ăn mòn

cao

-154 166 174 184 197 205 216

150 - 175

119 133 157 165 175 184 193 202

75 - 100

107 122 142 150 160 168 175 181

25 - 50

150 mm

75 mm

50 mm

37,5 mm

25 mm

19 mm

12,5 mm

9,5 mm

Độ sụt, mm

Lượng nước kg/1m 3 BT theo D max của cốt liệu lớn Bê-tông cuốn khí

Lượng xi-măng X

Tính từ tỉ lệ N/X

Biết lượng nước N sử dụng

360 9,5

350 12,5

320 19

310 25

280 37,5

Xi-măng X tối thiểu (kg/m3)

Cốt liệu

Dmax (mm)

Lượng cốt liệu mịn cát C

Thể tích cốt liệu mịn chiếm chỗ:

Vc = 1 – Vx –Vn – Vđ – Vk

Hàm lượng cốt liệu mịn cát:

C = Vc.ρc

ρc: khối lượng riêng của cát 2650 Kg/m 3

Trang 12

Cường độ bê-tông thiết kế: R28=24 MPa

Độsụt yêu cầu 75 – 100mm

Cốt liệu thô Đá: Dmax=37,5 mm; KLTT xốp ρvđ=1600

kg/m3, KLR ρ0đ= 2,68 g/cm3, Độ hút nước Hđ=0,5%, Đô

ẩm Wđ = 2 %

Cốt liệu mịn Cát: M=2,8; KLR ρ0c=2,64 g/cm3; Độ hút

nước Hc=0,7%, Đô ẩm Wc= 6%

Xi măng OPC Type I, KLR ρ0X=3,15 g/cm3

Định dạng
Số trang	12
Dung lượng	258,48 KB