Nghiên cứu thực nghiệm về tính chất cơ lý của bê tông khi sử dụng phụ gia

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG KHI SỬ DỤNG PHỤ GIA Học viên: Nguyễn Thanh Bình Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng DD&CN Mã số: 60580208 Khóa:K32 Trường Đại học Bách kho

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

NGU N THANH B NH

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

VỀ TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG

KHI SỬ DỤNG PHỤ GIA

LUẬN VĂN THẠC S Ĩ KỸ THUẬT

XÂ DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Đà Nẵng- Năm 2018

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

NGU N THANH B NH

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

VỀ TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG

KHI SỬ DỤNG PHỤ GIA

M 06 58 02 08

LUẬN VĂN THẠC S Ĩ KỸ THUẬT

XÂ DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

N ư ư n n o ọ : PGS TS TRƯƠNG HOÀI CHÍNH

Đà Nẵn - Năm 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tá ả l n văn

N yễn T n B n

LỜI CẢM ƠN

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp, với

đề tài “NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG

KHI SỬ DỤNG PHỤ GIA” là kết quả của quá trình cố gắng không ngừng của bản

thân và được sự giúp đỡ, động viên khích lệ của các thầy, bạn bè đồng nghiệp và người thân Qua trang viết này, tác giả xin gửi lời cảm ơn tới những người đã giúp đỡ tôi trong thời gian học tập - nghiên cứu khoa học vừa qua

Tôi xin tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đối với thầy giáo PGS.TS Trương Hoài Chính – Phó Hiệu trưởng Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng đã trực tiếp tận tình hướng dẫn cũng như cung cấp tài liệu, thông tin khoa học cần thiết cho luận văn này

Xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng, Khoa

nghiên cứu khoa học của mình

Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp, đơn vị công tác đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện Luận văn

TÁC GIẢ

N yễn T n B n

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG

KHI SỬ DỤNG PHỤ GIA

Học viên: Nguyễn Thanh Bình Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng DD&CN

Mã số: 60580208 Khóa:K32 Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN

Hiện nay với tốc độ xây dựng cùng với trình độ khoa học công nghệ phát tri n vượt bậc trong thành phần của h n hợp bê tông không ch là xi măng, đá, cát, nước mà còn sử dụng thêm nhiều loại phụ gia Phụ gia đã trở thành thành phần quan trọng trong h n hợp bê tông hiện đại và nó có tác động đến cấu trúc

vi mô của bê tông Khi cho phụ gia vào h n hợp thì phụ gia sẽ làm tăng độ linh động của các hạt xi măng, chúng làm giảm diện tích tiếp xúc giữa các hạt, làm giảm lực ma sát giữa các thành phần của h n hợp bê tông Qua nghiên cứu bê tông có cấp độ bền B có sử dụng phụ gia Sika viscocrete® - (là phụ gia siêu d o, có tác dụng giảm nước đến , tăng cường độ và mô đun đàn hồi) thì cường độ, mô đun đàn hồi của bê tông tăng lên một cách r rệt, đồng thời tính d o của h n hợp của bê tông cũng tăng lên (bê tông có cấp độ bền B sử dụng xi măng PCB có độ sụt từ đến cm, khi sử dụng phụ gia độ sụt tăng lên từ đến cm) Cường độ và mô đun đàn hồi của bê tông tăng khi tăng t lệ phụ gia từ , đến , tuy nhiên khi tăng t lệ phụ gia lên đến , thì cường độ và mô đun đàn hồi của

bê tăng không có quy luật L do: Sử dụng t lệ phụ gia , đối với cấp độ bền B là không phụ hợp

STUDYING THE PROPERTIES OF CONCRETE MECHANICAL PROPERTIES

WHEN USING THE SIDE

Nowadays, with the speed of construction with the scientific and technological level, we have developed remarkably in the composition of concrete not only cement, stone, sand and water but also many kinds of additives Additives have become an important component in modern concrete mix and

it has an impact on the microstructure of concrete When added to the mixture, the additive will increase the flexibility of the cement particles, reducing the contact area between the particles, reducing the friction between the components of the concrete mixture By studying the B20 grade of concrete using Sika viscocrete® 3000-10 (a superabsorbent admixture that reduces water content by 30%, increases strength and modulus of elasticity), the strength, The elastic modulus of the concrete increases markedly, while the plasticity of the concrete mixture increases (concrete has a B20 rating using PCB40 cement with a slump of 6 to 8 cm, when using sloping additive increased from 13 to 18 cm) Strength and modulus of elasticity of concrete increases with an increase in the percentage of additives from 0.7 to 1%, but when increasing the percentage of additives up to 1.5%, the strength and modulus of elasticity of the calf increases no rules Reason: Using the additive rate of 1.5% for durability B20 is not compatible

MỤC LỤC

TRANG PHỤ B A

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU vi

DANH MỤC H NH VẼ vii

MỞ ĐẦU 1

Tính cấp thiết của đề tài 1

Mục tiêu nghiên cứu 1

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1

Phương pháp nghiên cứu 2

Bố cục đề tài 2

CHƯƠNG 1 T NG QUAN VỀ VẬT LIỆU BÊ TÔNG 3

1.1 BÊ TÔNG 3

Khái niệm 3

Phân loại 3

CẤU TRÚC CỦA BÊ TÔNG 4

Sự hình thành cấu trúc của bê tông 4

Cấu trúc vĩ mô 4

Cấu trúc vi mô 4

CÁC THÀNH PHẦN CẤU TRÚC CỦA BÊ TÔNG 6

Xi măng 6

Nước 7

1.3.3 Cát 7

Đá dăm 10

Phụ gia bê tông 12

1.4 Kết luận 14

CHƯƠNG 2 CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG 16

C NG Đ CỦA BÊ TÔNG 16

Khái niệm 16

Cường độ chịu nén của bê tông (Rn) 16

Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ bê tông 18

MÁC VÀ CẤP Đ B N CỦA BÊ TÔNG 20

2.2.1 Mác bê tông 20

Cấp độ bền chịu nén 20

2.3 BI N DẠNG CỦA BÊ TÔNG 21

2 Biến dạng do co ngót 21

Biến dạng do tải trọng tác dụng ngắn hạn: 22

Biến dạng do tải trọng tác dụng dài hạn – từ biến 23

Biến dạng nhiệt 24

MÔ ĐUN ĐÀN H I CỦA BÊ TÔNG 24

K T LU N 24

CHUƠNG 3 THÍ NGHIỆM THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG KHI SỬ DỤNG PHỤ GIA 26

CÁC CH TIÊU K THU T CỦA V T LI U TH NGHI M 26

3.1.1 Xi măng 26

3.1.2 Cát 27

Đá dăm x cm 28

Nước 29

Phụ gia 30

3.2 QUY TRÌNH TH NGHI M 31

Xác định cường độ chịu nén 31

Xác định mô đun đàn hồi khi nén tĩnh 32

XÁC Đ NH CẤP PH I, K HOẠCH VÀ V T T ĐÚC M U 35

3.3.1 Thành phần cấp phối theo Quyết định số QĐ-BXD ngày

của Bộ Xây dựng về việc Công bố định mức sử dụng vật liệu [15] 35

Thành phần cấp phối theo Quyết định số QĐ-BXD ngày

của Bộ Xây dựng có sử dụng phụ gia 35

Xác định số lượng mẫu đúc thí nghiệm, chuẩn bị vật tư 35

3.4 PH NG PHÁP XÁC Đ NH Đ S T BÊ TÔNG 37

K T QUẢ TH NGHI M 38

T NG H P K T QUẢ TH NGHI M NÉN M U XÁC Đ NH C NG Đ VÀ MÔ ĐUN ĐÀN H I 41

K T LU N CH NG 43

K T LUẬN VÀ KI N NGHỊ 44

TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 QUY T ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (bản sao)

DANH MỤC H NH VẼ

S ệ

MỞ ĐẦU

1 T n ấp ủ à

Ngày nay, sự ra đời của xi măng và bê tông xi măng cùng với sự phát tri n của công nghiệp hoá học đã làm thay đ i tính chất công nghệ trong sản xuất và sử dụng bê tông Hàng loạt chất đã được nghiên cứu sử dụng làm phụ gia cho bê tông Tại các nước phát tri n hơn t ng sản lượng bê tông có sử dụng phụ gia Việc sử dụng các loại phụ gia đã thực sự trở thành một cuộc cách mạng trong lĩnh vực sản xuất và sử dụng bê tông được nhiều người, nhiều ngành quan tâm nghiên cứu nhằm tìm kiếm và phát huy những khả năng mới của phụ gia Bằng việc sử dụng các phụ gia khác nhau người ta có th chế tạo ra bê tông có cường độ đặc biệt cao, có độ đặc chặt, khả năng chống thấm và độ d o cao Khi sử dụng phụ gia cho bê tông sẽ cải thiện các tính chất của bê tông cũng như h n hợp bê tông, cụ th như tăng tính lưu động của h n hợp bê tông, giảm lượng dùng nước và xi măng, điều ch nh thời gian ninh kết và rắn chắc, nâng cao cường độ và tính chống thấm của bê tông

Ngày nay người ta không còn xem thành phần của h n hợp bê tông ch là xi măng, đá, cát, nước mà còn có thêm phụ gia Phụ gia đã trở thành thành phần quan trọng trong h n hợp bê tông hiện đại và nó có tác động đến cấu trúc vi mô của bê tông Khi cho phụ gia vào h n hợp thì phụ gia sẽ làm tăng độ linh động của các hạt xi măng, chúng làm giảm diện tích tiếp xúc giữa các hạt, làm giảm lực ma sát giữa các thành phần của h n hợp bê tông Khi bị hấp thụ lên bề mặt xi măng nó sẽ kiềm chế tốc độ phản ứng thu hoá Mặt khác phụ gia siêu d o có th cho phép giảm nước khoảng ÷

vì vậy có th tăng cường độ được khoảng Tóm lại: khi cho phụ gia siêu d o vào h n hợp bê tông sẽ làm tăng độ linh động của dung dịch huyền phù và tăng tính nhớt của bề mặt các hạt ximăng, giảm được lượng nước dùng do đó cải thiện được cấu trúc vi mô Kết quả là giảm độ thấm, liên kết tốt hơn với cốt liệu và cốt thép, cường độ cao hơn và nâng cao tu i thọ của kết cấu công trình bằng bê tông cốt thép

Đề tài: “N ên ứ n ệm v n ấ ơ lý ủ bê ôn ử ụn

p ụ là phù hợp với thực tế và có nghĩa khoa học

2 Mụ ê n ên ứ

Nghiên cứu ảnh hưởng của các t lệ phụ gia đến sự phát tri n cường độ (Rn),

Mô đun đàn hồi (E) của bê tông theo thời gian

3 Đ ƣợn và p ạm v n ên ứ

- Đối tượng nghiên cứu: Tính chất cơ l của bê tông khi sử dụng phụ gia (Rn, E)

- Phạm vi nghiên cứu: Bê tông sử dụng phụ gia, các t lệ phụ gia: 0,7%, 1%, 1,5% ảnh hưởng đến sự phát tri n cường độ, mô đun đàn hồi E của bê tông theo thời gian

CHƯƠNG 1

T NG QUAN VỀ VẬT LIỆU BÊ TÔNG

1.1 BÊ TÔNG

1.1.1 K á n ệm

Bê tông là loại vật liệu đá nhân tạo gồm: xi măng, nước, cốt liệu (cát, sỏi hay

đá dăm) và phụ gia H n hợp nguyên liệu nhào trộn xong gọi là h n hợp bê tông hay bê tông tươi

Trong bê tông, cốt liệu đóng vai trò là bộ khung chịu lực Chất kết dính và nước bao bọc xung quanh hạt cốt liệu đóng vai trò như chất bôi trơn, đồng thời lấp đầy khoảng trống giữa các hạt cốt liệu Sau khi cứng rắn, chất kết dính gắn kết các hạt cốt liệu thành một khối đồng nhất và được gọi là bê tông Bê tông có cốt thép gọi là bê tông cốt thép

Trong bê tông cốt liệu thường chiếm ÷ , còn xi măng chiếm từ ÷ 15%

Bê tông và bê tông cốt thép được sử dụng rộng rãi trong công trình xây dựng

vì chúng có những ưu đi m cường độ tương đối cao, có th tạo được những loại bê tông có cường độ, hình dạng và tính chất khác nhau, giá thành r , bền vững và n định đối với mưa nắng, nhiệt độ và độ ẩm Tuy vậy, chúng còn có những nhược

đi m: nặng v=2.200 ÷ 2.400 kG/m3, cách âm cách nhiệt kém λ0=1,05 ÷ 1,5

1 1 2 P ân loạ

a Theo dạng chất kết dính phân ra:

Bê tông xi măng, bê tông silicat (chất kết dính là vôi), bê tông thạch cao, bê tông chất kết dính h n hợp, bê tông polime, bê tông dùng chất kết dính đặc biệt

b Theo dạng cốt liệu phân ra:

Bê tông cốt liệu đặc, bê tông cốt liệu r ng, bê tông cốt liệu đặc biệt (chống phóng xạ, chịu nhiệt, chịu axít)

c Theo khối lượng thể tích phân ra:

Bê tông đặc biệt nặng v>2.500 kG/m3, chế tạo từ cốt liệu đặc biệt nặng, dùng cho những kết cấu đặc biệt

chịu lực

Bê tông nhẹ v=500 ÷ 1.800 kG/m3 trong đó gồm bê tông nhẹ cốt liệu r ng (nhân tạo hay tự nhiên), bê tông t ong (bê tông khí và bê tông bọt) chế tạo từ h n hợp chất kết dính, nước, silic nghiền mịn và chất tạo r ng, bê tông hốc lớn (không

÷ , bê tông thủy công r = ÷

d Theo công dụng bê tông được phân ra:

Bê tông thường dùng trong các kết cấu bê tông cốt thép (móng, cột, dầm, sàn…)

Bê tông thủy công, dùng đ xây đập, cầu, kênh, các công trình dẫn nước…

Bê tông dùng cho mặt đường, sân bay, lát v a hè

Bê tông dùng cho các kết cấu bao che (thường là bê tông nhẹ)

Bê tông có công dụng đặc biệt như bê tông chịu nhiệt, chịu axít, bê tông chống phóng xạ

1 2 CẤU TRÚC CỦA BÊ TÔNG

Bê tông là một loại vật liệu có cấu trúc vĩ mô phức tạp Xét trong một đơn vị

măng Vhx, th tích các l r ng khí Vk

Vcl + Vhx + Vk= , khi đầm nén hợp l có th coi Vk = 0

1.2.3 Cấ ú v mô

a Cấu trúc khung cốt liệu (Vùng 1):

Được hình thành do sự chèn lấp các hạt cốt liệu nhỏ vào l r ng giữa các hạt cốt liệu lớn Khi bê tông có cấu trúc khung cốt liệu tối ưu: bê tông có độ đặc cao; lượng xi măng và nước sẽ ít nhất

Hình 1.1 Mô hình cấu trúc của bê tông

Trong đó: a: Cấu trúc có khung; b: Cấu trúc không có khung

b Cấu trúc vùng chuyển tiếp giữa cốt liệu và đá xi măng (Vùng 2):

Vùng này có ảnh hưởng đến tính toàn khối và độ n định của bê tông Chiều dày δ = ÷ µm

Đối với bê tông thường: vùng này là vùng yếu nhất trong cấu trúc, khi bê tông

bị phá hoại các vết nứt sẽ phát tri n từ vùng này

Đối với bê tông cường độ cao: vùng này sẽ được cải thiện bằng các chất phụ gia khoáng siêu mịn, phụ gia giảm nước, khả năng chịu lực sẽ tương đương với cốt liệu, khi bê tông bị phá hoại, các vết nứt sẽ đi xuyên qua cốt liệu

Hình 1.2 Cấu trúc vùng chuyển tiếp giữa cốt liệu và đá xi măng

Hình 1.3 Sự lan truyền vết nứt trong bê tông thường

c Cấu trúc của đá xi măng (Vùng 3):

Vùng này chứa chủ yếu: chất kết tinh; l r ng gel, l r ng mao quản; hạt xi măng khan

d Lỗ rỗng trong bê tông xi măng:

L r ng giữa các hạt cốt liệu;

L r ng trong hạt cốt liệu;

L r ng trong đá xi măng (l r ng gel, l r ng mao quản)

Hình 1.4 Cấu trúc lỗ rỗng trong bê tông

1.3 CÁC THÀNH PHẦN CẤU TRÚC CỦA BÊ TÔNG

1.3.1 X măn

Là một loại chất kết dính thủy lực, được dùng làm vật liệu xây dựng Xi măng được tạo thành bằng cách nghiền mịn clinker, thạch cao thiên nhiên và phụ gia Khi tiếp xúc với nước thì xảy ra các phản ứng thủy hóa và tạo thành một dạng hồ gọi

là hồ xi măng Tiếp đó, do sự hình thành của các sản phẩm thủy hóa, hồ xi măng bắt đầu quá trình ninh kết sau đó là quá trình hóa cứng đ cuối cùng nhận được một dạng vật liệu có cường độ và độ n định nhất định

Vì tính chất kết dính khi tác dụng với nước, xi măng được xếp vào loại chất kết dính thủy lực Thật ra xi măng trong xây dựng có th là thủy lực hoặc không thủy lực Các loại xi măng thủy lực t như xi măng Portland cứng lại dưới tác động của nước do quá trình hydrat hóa khoáng vật, ở đây các phản ứng hóa học diễn ra không phụ thuộc vào lượng nước trong h n hợp nước-xi măng; loại xi măng này có

th giữ được độ cứng khi đặt chìm trong nước hoặc thường xuyên tiếp xúc với nước Phản ứng hóa học xảy ra khi các xi măng khan được trộn với nước và sinh ra các hydrat không tan trong nước Trong khi đó các xi măng không thủy lực như vữa thạch cao buộc phải đ khô mới giữ được độ bền vật l

Công dụng quan trọng nhất của xi măng chính là sản xuất vữa và bê tông, chất kết dính của các kết tủa tự nhiên hoặc nhân tạo đ hình thành nên vật liệu xây dựng vững chắc, chịu được tác động thường thấy của môi trường

1.3.2 Nƣ

a Vai trò của nước:

Nước là thành phần phản ứng với các khoáng vật của xi măng tạo ra các sản phẩm thủy hóa làm bê tông có cường độ Nước còn tạo ra độ lưu động cần thiết đ việc thi công được dễ dàng

b Yêu cầu đối với nước:

Nước đ chế tạo bê tông phải đảm bảo chất lượng, không gây ảnh hưởng đến

sự đông kết và rắn chắc của xi măng và không gây ăn mòn thép

Nước dùng được là loại nước dùng cho sinh hoạt như nước máy, nước giếng Các loại nước không được dùng là nước đầm, ao, hồ, nước cống rãnh, nước chứa dầu mỡ, nước có pH< , nước có chứa muối khoáng sunfat lớn hơn , (tính theo lượng ion SO )

Tuỳ theo mục đích sử dụng hàm lượng các tạp chất khác phải thoả mãn TCVN : Ngoài ra, về mặt định tính cũng có th đánh giá bằng so sánh cường độ của bê tông chế tạo bằng nước sạch và nước cần ki m tra

1.3.3 Cát

a Vai trò của cát:

Cát là cốt liệu nhỏ cùng với xi măng, nước tạo ra vữa xi măng đ lấp đầy l

r ng giữa các hạt cốt liệu lớn (đá, sỏi) và bao bọc xung quanh các hạt cốt liệu lớn tạo ra lộ lưu động của h n hợp bê tông và làm cho khối bê tông đặc chắc Cát cũng

là thành phần cùng với cốt liệu lớn tạo ra bộ khung chịu lực cho bê tông

b Yêu cầu đối với cát:

Cát dùng đ chế tạo bê tông có th là cát tự nhiên hay cát nhân tạo có cỡ hạt từ , mm ÷ mm Chất lượng của cát phụ thuộc vào thành phần khoáng, thành phần hạt và lượng tạp chất

Sau khi sàng cát trên từng lưới sàng có kích thước mắt sàng từ lớn đến nhỏ ta xác định lượng sót riêng biệt và lượng sót tích lũy trên m i sàng

Lượng sót riêng biệt a ( ), là t số lượng sót trên m i sàng so với toàn bộ lượng cát đem thí nghiệm:

100%

i i

m a m

Nếu đường bi u diễn cấp phối hạt nằm trong phạm vi cho phép thì loại cát đó

có đủ tiêu chuẩn về thành phần hạt đ chế tạo bê tông

Hình 1.5 iểu đồ xác định thành phần hạt của cát

b.2 Độ lớn:

Độ lớn của cát có ảnh hưởng đến lượng dùng xi măng và được xác định bằng

ảng 1.2 Các chỉ tiêu theo nhóm cát theo TCVN 7570 – 2006 [8]

đến ,

đến 2,5

đến nhỏ hơn

, đến nhỏ hơn

Cát đảm bảo ch tiêu ở Bảng thuộc nhóm to và vừa cho phép sử dụng cho

bê tông tất cả các mác, cát nhóm nhỏ được phép sử dụng cho bê tông mác tới , còn cát nhóm rất nhỏ được phép sử dụng cho bê tông mác tới

Hàm lượng tạp chất, khối lượng, không lớn hơn

Bê tông cấp cao hơn B

Khi cát ẩm th tích của nó bị biến đ i, ở độ ẩm ÷ th tích của cát có

th tăng lên ÷ Vì vậy nếu định lượng cát theo th tích thì cần hiệu ch nh lại th tích của nó theo độ ẩm thực tế

1.3.4 Đá ăm

a Vai trò của đá dăm:

Đá dăm là cốt liệu có cở hạt từ mm ÷ mm, chúng tạo ra bộ khung chịu lực cho bê tông

b Yêu cầu đối với đá dăm:

Chất lượng cốt liệu lớn được đặc trưng bởi các ch tiêu cường độ, thành phần hạt và độ lớn, lượng tạp chất

b.1 Cường độ của đá dăm:

Cường độ của đá dăm được xác định thông qua thí nghiệm nén một lượng đá trong xi lanh bằng thép và được gọi là độ nén dập

Đá làm cốt liệu lớn cho bê tông phải có cường độ thử trên mẫu đá nguyên khai hoặc mác xác định thông qua giá trị độ nén dập trong xi lanh lớn hơn lần cường độ chịu nén của bê tông khi dùng đá gốc phún xuất, biến chất; lớn hơn , lần cấp cường độ chịu nén của bê tông khi dùng đá gốc trầm tích Mác đá dăm xác định theo giá trị độ nén dập trong xi lanh

ảng 1.4 Mác của đá dăm từ đá thiên nhiên theo độ nén dập theo TCVN 7570 –

* Ch số mác đá dăm xác định theo cường độ chịu nén, tính bằng MPa tương đương

b.2 Thành phần hạt của cốt liệu lớn:

Cốt liệu lớn có th được cung cấp dưới dạng h n hợp nhiều cỡ hạt hoặc các cỡ hạt riêng biệt Thành phần hạt của cốt liệu lớn bi u thị bằng lượng sót tích luỹ trên các sàng, được quy định trong TCVN – 2006 [8]

ảng 1.5 Thành phần hạt của cốt liệu tích luỹ trên sàng

b.3 Hàm lượng bùn, bụi, sét trong cốt liệu:

Hàm lượng bùn, bụi, sét trong cốt liệu lớn tuỳ theo cấp bê tông không vượt quá giá trị quy định

ảng 1.6 Hàm lượng bùn, bụi, sét trong cốt liệu lớn

a Khái niệm phụ gia bê tông:

Là những hợp chất hay h n hợp các hợp chất vô cơ, hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên hay t ng hợp mà khi cho một lượng nhỏ vào h n hợp bê tông sẽ làm thay đ i tính chất công nghệ của bê tông hay tính chất sử dụng của bê tông đã hóa rắn theo muốn

Ngày nay, sự ra đời của xi măng và bê tông xi măng cùng với sự phát tri n của công nghiệp hoá học đã làm thay đ i tính chất công nghệ trong sản xuất và sử dụng

bê tông Hàng loạt chất đã được nghiên cứu sử dụng làm phụ gia cho bê tông Tại các nước phát tri n hơn t ng sản lượng bê tông có sử dụng phụ gia Việc sử dụng các loại phụ gia đã thực sự trở thành một cuộc cách mạng trong lĩnh vực sản xuất và sử dụng bê tông được nhiều người, nhiều ngành quan tâm nghiên cứu nhằm tìm kiếm và phát huy những khả năng mới của phụ gia Bằng việc sử dụng các phụ

gia khác nhau người ta có th chế tạo ra bê tông có cường độ đặc biệt cao, có độ đặc chặt, khả năng chống thấm và độ d o cao

Khi sử dụng phụ gia cho bê tông sẽ cải thiện các tính chất của bê tông cũng như h n hợp bê tông, cụ th như tăng tính lưu động của h n hợp bê tông, giảm lượng dùng nước và xi măng, điều ch nh thời gian ninh kết và rắn chắc, nâng cao cường độ và tính chống thấm của bê tông

b Lịch sử nghiên cứu và sử dụng phụ gia bê tông trên thế giới:

Cnadlt đã nghiên cứu từ năm tác dụng của các chất làm chậm đông kết nhanh và làm chậm sự đông kết Việc sử dụng chất đường làm một chất làm chậm đông kết đã được biết tới vào năm

Những nhà sản xuất đầu tiên bán các sản phẩm thích hợp đối với bê tông đ cải thiện một vài tính chất của chúng xuất hiện vào năm

Một bước tiến quan trong nghiên cứu và sử dụng phụ gia hóa học cho bê tông

là sự ra đời của phụ gia siêu d o - là phụ gia hóa d o thế hệ hai, đến nay có hai loại phụ gia siêu d o (theo ASTM C type F & G) được sử dụng ph biến trên cơ sở Naphtalen sunphonat foocmandehit (NSF) do Nhật bản t ng hợp đầu tiên năm

và Melamin foocmanđehit sunfonat (MSF) do Cộng hòa liên bang Đức chế tạo năm , hơn hai mươi năm nay do sử dụng phụ gia siêu d o kết hợp với xi măng mac cao và cốt liệu chọn lọc chế tạo bê tông chất lượng cao (High perfommance concrete - HPC) có cường độ và độ bền đặc chắc cao (độ thấm nhỏ)

Trong những năm gần đây thế giới đang tập trung nghiên cứu chế tạo, sử dụng phụ gia siêu d o thế hệ mới có tên gọi chung là nhóm POLYCACBOXYLAT có khả năng giảm nước nhiều hơn, đóng vai trò rất quan trọng đối với tương lai bê tông chất lượng cao và công nghệ bê tông tự đầm cũng như phát tri n các loại phụ gia polyme đ biến tính xi măng, nâng cao chất lượng vữa làm vật liệu chống thấm bảo

vệ và hoàn thiện công trình đạt chất lượng và hiệu quả cao trong xây dựng

c Lịch sử nghiên cứu và sử dụng phụ gia cho bê tông ở Việt Nam:

Ở nước ta việc nghiên cứu và sử dụng phụ gia hóa học cho bê tông xây dựng mới được thực hiện từ những năm của thế k này, đánh dấu bằng việc nghiên cứu sử dụng phụ gia CCB cho công trình thủy điện Thác Bà với sự giúp đỡ của Liên

Xô cũ

Năm , tại hội nghị bê tông toàn miền Bắc đã có báo cáo kết quả nghiên cứu sản xuất PGHH cho bê tông từ nguyên liệu trong nước, tiếp đó nhiều cơ quan khoa học đã tiến hành nghiên cứu xong kết quả dừng lại trong phạm vi PTN

Năm Viện KHKT Xây dựng nghiên cứu chế tạo phụ gia hóa d o từ dịch kiềm đen của nhà máy giấy, sản phẩm ở dạng bột, d o, lỏng với tên thương phẩm là

LHD (K,D,L) Tiếp đó nghiên cứu phụ gia hóa d o LK- trên cơ sở biến tính dịch

thấm của bê tông Các loại phụ gia trên được sử dụng rộng rãi vào các công trình xây dựng

Tháng Công ty trách nhiệm hữu hạn MBT Việt Nam (Master Builder Technologies) xin được phép đầu tư xây dựng nhà máy sản xuất phụ gia bê tông và hóa chất xây dựng tại khu Công nghiệp Thuận An, t nh Bình Dương với vốn nước ngoài (Thụy Sĩ)

Tháng Công ty TNHH Sika Việt Nam được phép đầu tư nhà máy sản xuất phụ gia bê tông và hóa chất xây dựng tại khu Công nghiệp Nhơn Trạch, Đồng Nai với vốn nước ngoài là , triệu USD có công suất tấn năm

d Phân loại phụ gia bê tông:

Phụ gia được phân loại theo thành phần, theo công năng và theo các yêu cầu đặc biệt Theo phân loại của Hiệp hội quốc gia về phụ gia (SYNAD) của pháp thì các loại phụ gia bê tông được phân loại như sau:

- Phụ gia cải biến tính lưu biến và hàm lượng khí: Chất tăng d o – giảm nước, chất tăng d o – giử nước, chất cuốn khí

- Phụ gia cải biến sự ninh kết và cứng rắn: Tăng nhanh hoặc làm chậm ninh kết

- Phụ gia cải biến độ bền đối với các tác dụng vật l hóa học: Chóng đóng băng và chông nứt n do đóng băng, kỵ nước bên trong, sản phẩm bảo dưỡng

Theo tiêu chuẩn Liên xô (Nga) thì chia làm loại phụ gia: Phụ gia khoáng, phụ gia tạo bọt, phụ gia hóa học Phụ gia hóa học được chia làm nhóm

Tiêu chuẩn ASTM C - quy định loại phụ gia hóa học và loại phụ gia khoán cho bê tông: Giảm nước, chậm đông kết, đóng rắn nhanh, hóa d o chậm động kết, hóa d o đóng rắn nhanh, siêu d o, siêu d o chậm đông kết

Tiêu chuẩn Mỹ ACI quy định về loại phụ gia

1.4 K l n

Lượng nước trong bê tông có ảnh hưởng rất lớn đến các tính chất của bê tông, ngoài vai trò tạo ra tính công tác của vữa bê tông, lượng nước thừa trong bê tông làm tăng độ r ng của bê tông, do đó làm giảm cường độ của bê tông, giảm khả năng chống thấm của bê tông Đ khắc phục những nhược đi m trên, có th sử dụng nhiều biện pháp như dùng:

- Phương pháp đầm dùi, tái chấn động bê tông: Các phương pháp này đơn giản, dễ thi công, tiết kiệm chi phí Tuy nhiên, phương pháp ch đáp ứng cho việc

đ bê tông thông thường

- Sử dụng phụ gia: Là xu hướng mà các chuyên gia về vật liệu xây dựng đã, đang và sẽ nghiên cứu đ khai thác tối đa ưu đi m của nó như giảm nước đ tăng cường độ, tăng mô đun đàn hồi, tăng cường chống thấm, tăng cường tính linh hoạt (giảm sự đầm dùi) sử dụng cho kết cấu bố trí sắt thép dày Bê tông sử dụng phụ gia được sử dụng rộng rãi hiện nay, đáp ứng yêu cầu chế tạo các kết cấu có khả năng chịu lực cao, các kết bê tông có nhịp lớn …

CHƯƠNG 2 CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG

2.1 CƯỜNG Đ CỦA BÊ TÔNG

2.1 1 K á n ệm

- Cường độ là một đặc trưng cơ bản, phản ánh khả năng của bê tông chống lại

sự phá hoại gây ra dưới tác dụng của tải trọng Thường căn cứ vào cường độ đ phân biệt các loại bê tông

- Cường độ tiêu chuẩn là cường độ của bê tông khi mẫu được chế tạo và dưỡng hộ ở điều kiện tiêu chuẩn và thử ở tu i quy định

- Trong kết cấu xây dựng, bê tông có th làm việc ở những trạng thái khác nhau: Nén, kéo, uốn, trượt… Trong đó bê tông làm việc ở trạng thái nén là tốt nhất

và đó cũng là yếu tố đặc trưng nhất cho cường độ bê tông Khả năng chịu kéo của

bê tông rất kém ch bằng ÷ khả năng chịu nén

- Do bê tông có cấu tạo phức tạp nên khi chịu lực, trong mẫu bê tông xuất hiện các trạng thái ứng suất phức tạp Nhìn chung mẫu bị phá hoại chủ yếu là do ứng suất kéo ngang

- Cường độ của bê tông phụ thuộc vào thành phần và cấu trúc của nó Đ xác định cường độ của bê tông phải làm các thí nghiệm, thí nghiệm phá hoại mẫu là phương pháp xác định cường độ một cách trực tiếp và dùng ph biến Ngoài ra có

th dùng các phương pháp gián tiếp: Siêu âm, ép l m viên bi trên bề mặt bê tông,…,

và có th thực hiện trên kết cấu

2.1.2 Cư n ộ ị nén ủ bê ôn (Rn)

- Mẫu có th chế tạo bằng các cách khác nhau: Lấy h n hợp bê tông đã được nhào trộn đ đúc mẫu hoặc dùng thiết bị chuyên dùng khoan lấy mẫu từ kết cấu có sẵn

- Mẫu đúc từ h n hợp bê tông có hình dáng là khối vuông cạnh a (a = ; ; mm), khối hình trụ có đáy vuông hoặc tròn

Hình 2.1 Mẫu để thí nghiệm cường độ nén

mm Khi khoan mẫu từ kết cấu có sẵn thường lấy mẫu trụ tròn có đường kính D

= ÷ mm; chiều cao h = ( ÷ , )D

Thí nghiệm bằng máy nén Tăng lực nén từ từ cho đến khi mẫu bị phá hoại Gọi lực phá hoại là P thì cường độ của mẫu là R được xác định như sau:

A – diện tích tiết diện ngang của mẫu

106Pa = 106N/m2 = N/mm2 = 9,81 kG/cm2

Bê tông thông thường có R = ÷ MPa Bê tông có R > MPa là loại cường độ cao Hiện nay, người ta đã chế tạo được các loại bê tông đặc biệt có R ≥ 80MPa

Khi bị nén, ngoài biến dạng co ngắn theo phương tác dụng của lực, bê tông còn bị nở ngang Thông thường chính sự nở ngang quá mức làm cho bê tông bị nứt

và bị phá vỡ Nếu hạn chế được mức độ nở ngang của bê tông có th làm tăng khả năng chịu nén của nó Trong thí nghiệm nếu không bôi trơn mặt tiếp xúc giữa mẫu thử và bàn máy nén thì tại đó sẽ xuất hiện lực ma sát có tác dụng cản trở sự nở ngang, kết quả mẫu bị phá hoại theo hình tháp đối đ nh như trên Hình 2.2b Nếu bôi trơn mặt tiếp xúc đ bê tông tự do nở ngang thì khi biến dạng ngang quá mức trong mẫu sẽ xuất hiện các vết nứt dọc và sự phá hoại xảy ra như trên Hình 2.2c Cường

độ của mẫu được bôi trơn thấp hơn cường độ của mẫu khối vuông có ma sát

Hình 2.2 Sự phá hoại mẫu thử khối vuông

1 – mẫu; – bàn máy nén; 3 – ma sát; 4 – bê tông bị ép vụn; – hình tháp

phá hoại; – vết nứt dọc trong mẫu

Vì ma sát làm cản trở biến dạng ngang mà với mẫu khối vuông khi tăng cạnh a thì R giảm và cường độ của mẫu hình trụ thấp hơn cường độ của mẫu khối vuông

2.1.3 Cá y ản ƣởn n ƣ n ộ bê ôn

a Thành phần và cách chế tạo bê tông:

- Chất lượng và số lượng xi măng: Với cường độ bê tông đã dự kiến, khi dùng

xi măng chất lượng cao hơn thì số lượng sẽ ít hơn Trong một giới hạn nào đó khi tăng lượng xi măng cũng sẽ tăng cường độ bê tông nhưng nói chung hiệu quả không cao và thường làm tăng biến dạng co ngót gây hậu quả xấu Khi cần có bê tông cường độ cao nên dùng xi măng mác cao với số lượng hợp l

- Độ cứng, độ sạch và t lệ thành phần của cốt liệu (cấp phối): Khi chọn được cấp phối hợp lí không những tăng được cường độ bê tông mà còn sử dụng xi măng một cách tiết kiệm

- T lệ nước – xi măng: Khi t lệ này tăng lên thì cường độ và độ đặc chắc của

bê tông đều bị giảm và biến dạng do co ngót tăng

- Chất lượng của việc nhào trộn vữa bê tông, độ đầm chắc của bê tông khi đ khuôn và điều kiện bảo dưỡng

b Tuổi bê tông (t ngày):

Tu i của bê tông là thời gian t (tính bằng ngày) k từ khi chế tạo đến khi thí nghiệm mẫu Kết quả thí nghiệm cho biết quan hệ giữa R và t của bê tông dưỡng hộ trong điều kiện bình thường th hiện trên Hình 2.3 Trong quá trình khô cứng cường

độ tăng dần lên, thời gian đầu tăng nhanh, sau tăng chậm dần Với bê tông dùng xi măng Pooclăng chế tạo và bảo dưỡng bình thường cường độ tăng nhanh trong ngày đầu

Hình 2.3 Đồ thị tăng cường độ theo thời gian

Đ bi u diễn sự tăng R theo t có th dùng công thức thực nghiệm của B.G Xkramtaep theo quy luật logarit, dùng được khi t = ÷ ngày

Công thức viện nghiên cứu bê tông Mỹ ACI:

a, b: hệ số phụ thuộc vào loại xi măng Thông thường a= ; b= , , với xi măng đông cứng nhanh a= 2,3; b= 0,92

Nếu dùng xi măng pudơlan thời gian tăng Rbđ là ngày

Trong môi trường thuận lợi (nhiệt độ dương, độ ẩm cao) sự tăng cường độ có

th kéo dài trong nhiều năm còn trong điều kiện khô hanh hoặc nhiệt độ thấp sự tăng cường độ trong thời gian sau này là không đáng k

Dùng hơi nước nóng đ bảo dưỡng bê tông cũng như dùng phụ gia tăng cường

độ có th làm cường độ tăng rất nhanh trong thời gian vài ngày đầu nhưng sẽ làm cho bê tông giòn hơn và có cường độ cuối cùng (sau vài năm) thấp hơn so với bê tông được bảo dưỡng trong điều kiện tự nhiên và không dùng phụ gia

c Điều kiện thí nghiệm:

Khi bị nén ngoài biến dạng co ngắn theo phương lực tác dụng, bê tông còn bị

nở ngang, chính sự nở ngang quá mức làm bê tông bị phá vỡ Hạn chế sự nở ngang

sẽ làm tăng khả năng chịu nén của bê tông

Trong thí nghiệm nếu không bôi trơn bề mặt tiếp xúc thì ma sát tại mặt tiếp xúc hạn chế sự nở ngang của bê tông cho nên cường độ khi nén sẽ lớn hơn khi ta bôi trơn bề mặt tiếp xúc Cũng do ma sát nên mẫu bé có cường độ lớn hơn

Tốc độ gia tải có ảnh hưởng đến giá trị cường độ thu được Tốc độ gia tải quy định là MPa giây thì cường độ đạt được là R Khi gia tải rất nhanh cường độ của

bê tông có th đạt được ( ÷ )R, còn khi gia tải rất chậm cường độ ch đạt được (0.85 ÷ 0.9)R

Thí nghiệm nén một mẫu bê tông đến ứng suất vượt quá R (nhưng ≤ R) rồi giữ nguyên lực nén trong thời gian dài thì đến một lúc nào đó mẫu sẽ bị phá hoại Đó là hiện tượng bê tông bị giảm cường độ khi tải trọng tác dụng dài hạn Điều kiện thí nghiệm chuẩn: không bôi trơn, tốc độ gia tải , MPa/giây

2.2 MÁC VÀ CẤP Đ BỀN CỦA BÊ TÔNG

Đ bi u thị chất lượng của bê tông về một tính chất nào đó người ta dùng khái niệm mac hoặc cấp độ bền

2.2.1 Mác bê tông

a Mác bê tông theo cường độ chịu nén:

Đây là khái niệm theo tiêu chuẩn cũ TCVN – 1991 [9] Mác bê tông, kí hiệu bằng chữ M, là con số lấy bằng cường độ trung bình của mẫu thử chuẩn, tính

được dưỡng hộ và thí nghiệm theo điều kiện chuẩn t = ± C, độ ẩm không nhỏ hơn

Theo TCVN 5574 – 1991 [9] có các mác M50; M75; M100; M150; M200; M250; M300; M350; M400; M450; M500; M600

b Mác bê tông theo cường độ chịu kéo:

chuẩn Bê tông nặng: K , K , K , K , K , K

Bê tông nhẹ: K , K , K , K , K

c Mác bê tông theo khả năng chống thấm:

Đối với các kết cấu có yêu cầu hạn chế thấm cần quy định mac theo khả năng chống thấm T, lấy bằng áp suất lớn nhất (atm) mà mẫu chịu được đ nước không thấm qua

Như vậy tương quan giữa mac bê tông M và cấp độ bền B của cùng một loại

bê tông th hiện bằng bi u thức sau:

Trong đó: α – hệ số đ i đơn vị từ kG cm2

sang MPa; lấy α = , ;

β – hệ số chuy n đ i từ cường độ trung bình sang cường độ đặc trưng, với υ

= , thì β = ( -Sυ) = ,

2.3 BI N DẠNG CỦA BÊ TÔNG

Biến dạng của bê tông xảy ra khá phức tạp gồm biến dạng ban đầu do co ngót, biến dạng do tải trọng gây ra (biến dạng đàn hồi và biến dạng d o), sự tăng biến dạng theo thời gian

2.3.1 B n ạn o o n ó

Co ngót là hiện tượng bê tông giảm th tích khi khô cứng trong không khí Hiện tượng co ngót liên quan đến quá trình thủy hóa xi măng, đến sự bốc hơi lượng hơi nước thừa khi bê tông khô cứng Co ngót xảy ra chủ yếu trong giai đoạn khô cứng đầu tiên của bê tông Trong điều kiện bình thường, sau vài năm thì biến dạng

Sự co của mạng tinh th bị cốt liệu cản trở gây ra ứng suất kéo ban đầu trong

đá xi măng Sự co không đều trong khối bê tông hoặc co ngót bị ngăn trở làm phát sinh ứng suất kéo và có th làm bê tông bị nứt

Các nhân tố chính liên quan đến co ngót:

- Trong môi trường khô co ngót lớn hơn trong môi trường ẩm ướt

- Độ co ngót tăng lên khi dùng nhiều xi măng, dùng xi măng hoạt tính cao, khi tăng t lệ nước – xi măng, khi dùng cốt liệu có độ r ng, cát mịn, dùng chất phụ gia (trừ việc dùng phụ gia trương nở)

- Phương pháp thi công và chế độ bảo quản: hạn chế lượng nước trộn, đầm chặt bê tông, giữ cho bê tông thường xuyên ẩm ở giai đoạn đầu, đặt cốt thép nơi cần thiết, tạo các khe co giãn sẽ làm giảm co ngót

Đ giảm co ngót cần chọn thành phần thích hợp, hạn chế lượng nước trộn, đầm chặt bê tông, giữ cho bê tông thường xuyên ẩm trong giai đoạn đầu (dưỡng hộ) Đ khắc phục ảnh hưởng xấu của co ngót cần dùng những biện pháp cấu tạo thích hợp, đặt cốt thép ở những nơi cần thiết, làm các khe co giãn trong kết cấu và tạo mạch ngừng khi thi công