Nghiên cứu bê tông cường độ cao mác lớn hơn 800 có tính dẻo cao để phục vụ các công trình đặc biệt chịu tải trọng lớn

Nghiên cứu vùng truyền bề mặt của cốt liệu và đá xi măng ảnh hưởng đến tính chất phát triển cường độ của bê tông cường độ cao dùng phương pháp phân tích hiện đại 5.. Thiết kế thành phần

Trang 1

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

LÊ VĂN HẢI CHÂU

ĐỀ TÀI :

NGHIÊN CỨU BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO

MÁC LỚN HƠN 800 - CÓ TÍNH DẺO CAO ĐỂ PHỤC VỤ CÁC CÔNG TRÌNH ĐẶC BIỆT CHỊU TẢI TRỌNG LỚN

Chuyên ngành: VẬT LIỆU VÀ CẤU KIỆN XÂY DỰNG

Mã số ngành : 2.15.06

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 10 năm 2004

Trang 2

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI BỘ MÔN VẬT LIỆU XÂY DỰNG – KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN VĂN CHÁNH

Cán bộ chấm nhận xét 1 :

Cán bộ chấm nhận xét 2 :

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Ngày tháng năm 2004

Trang 3

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

- -

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: LÊ VĂN HẢI CHÂU Phái : Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 01/10/1968 Nơi sinh: Thừa Thiên-HUẾ Chuyên ngành: VẬT LIỆU VÀ CẤU KIỆN XÂY DỰNG Mã số: 2.15.06

I TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO MÁC LỚN HƠN 800 CÓ TÍNH DẺO CAO ĐỂ PHỤC VỤ CÁC CÔNG TRÌNH ĐẶC BIỆT CHỊU TẢI TRỌNG LỚN

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG

1 Xác định loại đá thích hợp để chế tạo bê tông cường độ cao mác lớn hơn 800 Dùng phương pháp phân tích hiện đại để khảo sát xác định thành phần khoáng của đá

2 Nghiên cứu tính chất của hỗn hợp đá dăm thích hợp cho bê tông cường độ cao

3 Vai trò của phụ gia khoáng Silicafume và phụ gia siêu dẻo để nâng cao cường độ đá xi măng, tăng cường liên kết ở vùng truyền bề mặt của cốt liệu và đá xi măng (dùng phương pháp phân tích hiện đại)

4 Nghiên cứu vùng truyền bề mặt của cốt liệu và đá xi măng ảnh hưởng đến tính chất phát triển cường độ của bê tông cường độ cao (dùng phương pháp phân tích hiện đại)

5 Thiết kế thành phần nguyên vật liệu của hỗn hợp bê tông và nghiên cứu mối quan hệ giữa các thành phần đến các tính chất của bê tông cường độ cao mác lớn hơn 800 (dùng phương pháp quy hoạch thực nghiệm và các phương pháp tính toán cấp phối)

6 Thực nghiệm các tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông cường độ cao mác lớn hơn 800

Trang 4

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 09/02/2004

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VU Ï:

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS NGUYỄN VĂN CHÁNH

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH BM QUẢN LÝ NGÀNH

TS NGUYỄN VĂN CHÁNH PGS.TS PHAN XUÂN HOÀNG TS NGUYỄN VĂN CHÁNH

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

Ngày tháng năm 2004 PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH KHOA QUẢN LÝ NGÀNH

Trang 5

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên tôi chân thành cảm ơn sâu sắc đến Thầy hướng dẫn - TS Nguyễn Văn Chánh, người đã đưa ra những gợi ý hình thành ý tưởng của đề tài và hướng dẫn tôi thực hiện hoàn thành luận án này Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết

ơn chân thành đến quý Thầy - Cô đã cống hiến nhiều thời gian, công sức, tâm huyết và sự tận tình để truyền đạt những kiến thức rất bổ ích và cần thiết trong suốt quá trình học tập

Tôi ghi nhận sự quan tâm giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi của các Thầy

- Cô trong Bộ môn Vật liệu xây dựng, Phòng thí nghiệm vật liệu xây dựng, Phòng thí nghiệm thạch học thuộc viện dầu khí Việt nam, Phòng thí nghiệm chuyên sâu trường đại học Cần thơ để tôi hoàn thành các nghiên cứu thực nghiệm

Cuối cùng tôi xin cám ơn bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã giúp đỡ, động viên để tôi có thêm nghị lực hoàn thành luận văn thạc sĩ này

Tác giả

Trang 6

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Tên đề tài:

Nghiên cứu bê tông cường độ cao mác lớn hơn 800 có tính dẻo cao để phục vụ các công trình đặc biệt chịu tải trọng lớn

1.Tính cấp thiết của đề tài

Có rất loại vật liệu dùng trong ngành xây dựng hiện đại, nhưng không có vật liệu nào vượt qua bê tông về sức chịu lực, giá trị và tính đa dạng của nó Bê tông là loại vật liệu đã được sử dụng rất phổ biến và cũng sẽ là loại vật liệu không thể thiếu được trong giai đọan sắp đến Vì thế xu hướng trên thế giới và ở Việt nam là ngày càng nâng cao chất lượng của bê tông mà đặc biệt là về chỉ tiêu cường độ để nâng cao chất lượng công trình xây dựng Do đó, nghiên cứu chế tạo một loại bê tông có tính ưu việt hơn bê tông thông thường là cần thiết và cấp bách trong giai đọan hiện nay

2 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu bê tông mác lớn hơn 800 và hỗn hợp bê tông có tính dẻo phù hợp điều kiện chế tạo và thi công tại Việt nam

3 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết trên cơ sở tài liệu đã tổng quan được

Thực nghiệm theo các phương pháp tiêu chuẩn và phi tiêu chuẩn

4 Những đóng góp của luận văn

- Tổng quan được tình hình nghiên cứu bê tông cường độ cao trên thế giới và trong nước

- Nghiên cứu lọai cốt liệu và phương pháp thiết kế cấp phối hạt cốt liệu sử dụng cho bê tông cường độ cao

- Nghiên cứu thiết kế cấp phối bê tông cường độ cao theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm

Trang 7

- Nghiên cứu cấu trúc của bê tông cường độ cao có sử dụng phụ gia khóang họat tính và phụ gia siêu dẻo theo phương pháp cấu trúc hiện đại

- Nêu được các yêu cầu kỹ thuật nguyên vật liệu, quy trình kỹ thuật, các tính chất của BTCĐC mác lớn hơn 800 có tính dẻo cao để đưa vào áp dụng cho các công trình đặc biệt chịu tải trọng và độ bền vững cao

5 Cấu trúc của luận văn

Luận văn bao gồm phần mở đầu, 5 chương, phần kết luận và tài liệu tham khảo, gồm 124 trang thuyết minh, 38 hình vẽ, 53 bảng biểu và 11 hình chụp

Trang 8

Luận văn tốt nghiệp Cao học 1 Thầy HD: TS NGUYỄN VĂN CHÁNH

MỤC LỤC Trang

Lời cảm ơn

Tóm tắt luận án

Mục lục 1

Mở đầu 8

Chương 1 Tổng quan tình hình nghiên cứu và ứng dụng bê tông cường độ cao 10

1.1 Một số đặc tính được cải tiến của bê tông cường độ cao 10

1.2 Tình hình nghiên cứu bê tông cường độ cao trên thế giới 11 1.3 Tình hình nghiên cứu bê tông cường độ cao tại Việt nam 18

1.4 Một số công trình ứng dụng bê tông cường độ cao 24

1.5 Kết luận 26

1.6 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 27

1.7 Nhiệm vụ nghiên cứu 27

1.8 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 27

Chương 2 Cơ sở khoa học liên quan của đề tài nghiên cứu 29

2.1 Lý thuyết vùng truyền bề mặt giữa cốt liệu và nền đá xi măng của bê tông cường độ cao 29 2.2 Các biện pháp chủ yếu nâng cao cường độ bê tông 34

2.3 Vai trò và yêu cầu của nguyên vật liệu thành phần 36

2.4 Phương pháp nghiên cứu 41

2.5 Kết luận 58

Chương 3 Nghiên cứu tính chất kỹ thuật của nguyên vật liệu và thiết kế cấp phối cở hạt cát – đá dùng để chế tạo bê tông cường độ cao 59

3.1 Nghiên cứu tính chất kỹ thuật của nguyên vật liệu sử dụng để chế tạo bê tông cường độ cao 59

3.2 Thiết kế cấp phối cỡ hạt của cát và đá dăm dùng cho bê tông cường độ cao 66

3.3 Kết luận 75

Trang 9

Chương 4 Thiết kế cấp phối bê tông cường độ cao và tối ưu hóa bằng phương pháp

quy hoạch thực nghiệm 76

4.1 Thiết kế bê tông cường độ cao theo phương pháp ACI 211-91 76

4.2 Thiết kế cấp phối bê tông cường độ cao theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm 79 4.3 Kết quả thực nghiệm 82

4.4 Kết luận 100

Chương 5 Nghiên cứu cấu trúc và tính chất kỹ thuật của bê tông cường độ cao 101

5.1 Đặt vấn đề 101

5.2 Tính chất của nguyên vật liệu sử dụng 101 5.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của nguyên vật liệu thành phần đến tính dẻo của hỗn hợp bê tông cường độ cao 103

5.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của nguyên vật liệu thành phần đến cường độ của bê tông cường độ cao 109

5.5 Nghiên cứu sự hình thành cấu trúc của bê tông cường độ cao 115

5.6 Kết luận 118

Kết luận của đề tài 120

Kiến nghị 121

Tài liệu tham khảo 122

DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Cấp phối thành phần của bê tông cường độä cao ở Pháp 12

Bảng 1.2 Cấp phối thành phần của bê tông cường độä cao ở Mỹ 12

Bảng 1.3 So sánh hiệu quả tiết kiệm cốt thép trong cấu kiện khi sử dụng bê tông cường độ cao 17

Bảng 1.4 Hiệu quả kinh tế khi sử dụng bê tông cường độ cao 17

Bảng 1.5 Mối quan hệ giữa Rn/ Rx và N/X 18

Bảng 1.6 So sánh cường độ chịu nén của bê tông sử dụng tro trấu và silicafume 20

Bảng 1.7 Thành phần nguyên vật liệu cho bê tông mác 600 và 800 22

Trang 10

Bảng 1.8 Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén của bê tông mác 600 và 800 23 Bảng 1.9 Một số cầu lớn trên thế giới đã dùng bê tông cường độ cao 24 Bảng 2.1 Độ sụt đề nghị cho một số lọai công trình 43 Bảng 1.2 Lượng nước trộn sơ bộ tương ứng với độ sụt và kích thước cở hạt lớn nhất

Bảng 2.3 Mối quan hệ giữa tỉ lệ N/X hoặc CKD/X với cường độ nén của bê tông 47 Bảng 2.4 Thể tích của đá dăm ứng với mỗi đơn vị thể tích bê tông theo kích thước cở hạt lớn nhất của đá dăm và mô đun độ lớn của cát 49 Bảng 2.5 Khối lượng thể tích của hỗn hợp bê tông ứng với kích thước cở hạt lớn nhất

Bảng 2.6 Ma trận thực nghiệm yếu tố toàn phần 56 Bảng 2.7 Ma trận quy hoạch trực giao cấp 2, ba yếu tố 57

Bảng 3.7 Thành phần hóa học của phụ gia silicafume 64

Bảng 3.8 Cấp phối cỡ hạt của cát, đá dăm và thành phần hạt theo yêu cầu 68 Bảng 3.9 Thành phần hạt của cát và đá dăm theo phương pháp đồ thị 70

Bảng 3.10 Phần trăm lọt sàng của cát và đá dăm 72 Bảng 3.11 Xác định thành phần cở hạt của cát và đá dăm 72 Bảng 3.12 Thành phần hạt của cát và đá dăm theo phương pháp số học 73 Bảng 3.13 Thành phần cở hạt của cát và đá dăm cho bê tông cường độ cao 74 Bảng 4.1 Cấp phối sơ bộ thiết kế theo ACI 211-91 78 Bảng 4.2 Mã hóa các giá trị thí nghiệm 79

Bảng 4.4 Ma trận thành phần bê tông thực nghiệm 81

Trang 11

Bảng 4.5 Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén bê tông 3 ngày tuổi 82 Bảng 4.6 Ma trận kết quả thí nghiệm cường độ bê tông ở 3 ngày tuổi 84 Bảng 4.7 Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén bê tông 7 ngày tuổi 88 Bảng 4.8 Ma trận kết quả thí nghiệm cường độ bê tông ở 7 ngày tuổi 90 Bảng 4.9 Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén bê tông 28 ngày tuổi 94 Bảng 4.10 Ma trận kết quả thí nghiệm cường độ bê tông ở 28 ngày tuổi 96 Bảng 4.11 Thành phần nguyên vật liệu cho 1m3 bê tông cường độ cao 100 Bảng 5.1 Thành phần cấp phối của mẫu thí nghiệm nghiên cứu tính dẻo và cường độ

Bảng 5.2 Kết quả thí nghiệm độ sụt của các cấp phối bê tông cường độ cao 103 Bảng 5.3 Kết quả thí nghiệm độ sụt của BTCĐC khi thay đổi tỉ lệ N/CKD 103

Bảng 5.4 Kết quả thí nghiệm độ sụt của BTCĐC khi thay lượng xi 105

Bảng 5.5 Kết quả thí nghiệm độ sụt của BTCĐC khi thay đổi hàm lượng SF 106 Bảng 5.6 Kết quả thí nghiệm độ sụt của BTCĐC khi thay đổi hàm lượng SP 107 Bảng 5.7 Tính công tác và khối lượng thể tích của bê tông 108 Bảng 5.8 Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén của các cấp phối BTCĐC 109 Bảng 5.9 Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén của BTCĐC khi thay đổi tỉ lệ N/CKD 109 Bảng 5.10 Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén của BTCĐC khi thay đổi lượng xi

Trang 12

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Các đặc tính cơ học của bê tông cường độ cao 11 Hình 1.2 Aûnh hưởng kích thước cở hạt lớn nhất của đá dăm đến cường độ chịu nén

Hình 1.3 Aûnh hưởng của tỉ lệ N/CKD đến cường độ chịu nén của bê tông 14

Hình 1.4 Mối quan hệ giữa cường độ chịu kéo và chịu nén của bê tông 15 Hình 1.5 So sánh hiệu quả của cấu kiện khi sử dụng bê tông cường độ cao 16 Hình 1.6a Tòa nhà Wacker Drive áp dụng BTCĐC 25 Hình 1.6b Tòa tháp đôi Petronas áp dụng BTCĐC 25

Hình 2.1 Mô hình cốt liệu trong vật liệu nền đá xi măng 30 Hình 2.2 Cơ chế truyền lực 3 chiều khi bê tông chịu nén 32 Hình 2.3 Giản đồ đường cong ứng suất biến dạng của mẫu bê tông lập phương trong thí nghiệm nén một trục Đường cong được chia làm hai vùng trước và sau đỉnh 32 Hình 2.4 Cơ chế giải thích sự phá hủy liên kết 33

Hình 2.6 Sơ đồ các biện pháp nâng cao cường độ của bê tông 35 Hình 3.1 Biểu đồ thành phần hạt của cát 60

Hình 3.3 Biểu đồ thành phần hạt của đá 63

Hình 3.4 Phương pháp đồ thị dùng để kết hợp cát và đá dăm 68

Hình 3.5 Biểu đồ cấp phối cỡ hạt của cát, đá dăm cho bê tông cường độ cao 74 Hình 4.1 Biểu đồ quan hệ giữa cường độ chịu nén 3 ngày với tỉ lệ C/C+Đ và tỉ lệ

Trang 13

Hình 4.4 Biểu đồ quan hệ giữa cường độ nén 3 ngày với hàm lượng SF và tỉ lệ

N/CKD 87

Hình 4.5 Biểu đồ quan hệ giữa cường độ chịu nén 7 ngày với tỉ lệ C/C+Đ và tỉ lệ N/CKD 91

Hình 4.6 Biểu đồ quan hệ giữa cường độ nén 7 ngày với hàm lượng SF và tỉ lệ N/CKD 92

Hình 4.7 Biểu đồ quan hệ giữa cường độ nén 7 ngày với tỉ lệ C/C+Đ và N/CKD 93

Hình 4.8 Biểu đồ quan hệ giữa cường độ nén 7 ngày với hàm lượng SF và tỉ lệ N/CKD 93

Hình 4.10 Biểu đồ quan hệ giữa cường độ chịu nén 28 ngày với hàm lượng SF và tỉ lệ N/CKD 98

Hình 4.12 Biểu đồ quan hệ giữa cường độ chịu nén 28 ngày với hàm lượng SF và tỉ lệ N/CKD 99

Hình 5.1 Aûnh huởng của tỉ lệ N/CKD đến độ sụt của hỗn hợp BTCĐC 104

Hình 5.2 Aûnh huởng của lượng xi măng đến độ sụt của hỗn hợp BTCĐC 105

Hình 5.3 Aûnh huởng của hàm lượng SF đến độ sụt của hỗn hợp BTCĐC 106

Hình 5.4 Aûnh huởng của hàm lượng SP đến độ sụt của hỗn hợp BTCĐC 107

Hình 5.5 Tổn thất độ sụt theo thời gian 108

Hình 5.6 Aûnh huởng của tỉ lệ N/CKD đến cường độ chịu nén của BTCĐC 110

Hình 5.7 Aûnh huởng của lượng xi măng đến cường độ chịu nén của BTCĐC 111

Hình 5.8 Aûnh huởng của hàm lượng SF đến cường độ chịu nén của BTCĐC 112

Hình 5.9 Aûnh huởng của hàm lượng SP đến cường độ chịu nén của BTCĐC 113

Hình 5.10 Sự phát triển cường độ bê tông theo thời gian 114 Hình 5.11 Bề mặt của mẫu bê tông trên kính hiển vi điện tử phân cực 115

Trang 14

CÁC KÝ HIỆU

ASTM : American Society of Testing and Material

ACI : The American concrete Institute

BTCĐC : Bê tông cường độ cao

CKD : Chất kết dính

E : Mô đun đàn hồi

Gc : Mô đun chống cắt

Mđl : Mô đun độ lớn

MKN : Mất khi nung

Pu : Puzơlăng (pozzolan)

QHTN : Quy hoạch thực nghiệm

Rn : Cường độ chịu nén của bê tông

Rx : Cường độ chịu nén của xi măng

Rk : Cường độ chịu kéo của bê tông

SF : Silicafume

SP : Superplasticizer ( phụ gia siêu dẻo)

SN : Độ sụt

TCVN : Tiêu chuẩn Việt nam

TPH : Thành phần hạt

t

ε : Biến dạng dài hạn

Trang 15

DANH MỤC NHỮNG CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU CÓ

LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN

1 Lê Văn Hải Châu, Nguyễn Văn Chánh: Thiết kế cấp phối bê tông cường độ cao mác 600 – 800 Hội nghị khoa học trẻ Bách khoa lần 4 2003

2 Nguyễn Văn Chánh, Lê Văn Hải Châu, Nguyễn Thị Hoàng Yến:

Superplasticizer and Mineral admixture in concrete Proceeding of International symposium on Advanced and Engineering May-2004, Pukyyong National Univ and HCMUT

Trang 16

MỞ ĐẦU

Bê tông là một loại vật liệu chủ yếu của thế kỷ XX, được chế tạo từ hỗn hợp vật liệu với sự lựa chọn hợp lý gồm các thành phần: Cốt liệu lớn (đá dăm), cốt liệu nhỏ (cát), chất kết dính, nước và phụ gia Cát và đá dăm đóng vai trò bộ khung chịu lực Hỗn hợp xi măng và nước (hồ xi măng) là thành phần hoạt tính trong bê tông, nó bao bọc xung quanh cốt liệu, lấp đầy lỗ rỗng giữa các cốt liệu và khi hồ xi măng rắn chắc sẽ dính kết cốt liệu thành một khối đá được gọi là bê tông Các chất phụ gia rất phong phú, chúng làm tính chất của bê tông trở nên đa dạng, đáp ứng được các yêu cầu ngày càng phát triển của bê tông và kết cấu bê tông

Ngày nay bê tông là một trong những loại vật liệu đang được sử dụng rất rộng rãi trong xây dựng nhà, xây dựng cầu, đường Tỷ lệ sử dụng bê tông trong xây dựng nhà chiếm khoảng 40%, xây dựng cầu đường chiếm khoảng 15% Bê tông có những ưu điểm [12]:

- Có cường độ chịu nén cao, modul đàn hồi phù hợp với kết cấu bê tông cốt thép và bê tông cốt thép dự ứng lực

- Bền nước và ổn định với các tác động của môi trường

- Công nghệ bê tông ổn định ngày càng phát triển

- Giá thành của bê tông hợp lý do tận dụng được các nguyên vật liệu địa phương, vì vậy kết cấu bê tông chiếm 60% kết cấu xây dựng

Nhược điểm cơ bản của bê tông là có cường độ chịu kéo chưa cao và khối lượng công trình bê tông cốt thép còn lớn Cường độ chịu nén của bê tông thường chỉ đạt tối đa 40MPa

Con đường phát triển của bê tông là cải tiến cấu trúc, thành phần, cải tiến công nghệ bằng cách sử dụng phụ gia, các chất hỗ trợ công nghệ (bảo dưỡng, trợ bơm…) và các phương pháp công nghệ mới để tìm ra các loại bê tông chất lượng

Trang 17

cao Bê tông chất lượng cao phải đáp ứng các yêu cầu về cường độ, tính công tác và tính kinh tế Những tính chất được cải tiến làm chất lượng bê tông hơn hẳn bê tông truyền thống (cường độ, biến dạng, dễ đổ …) Những tính chất đặc biệt này dẫn đến khả năng sáng tạo ra các kết cấu xây dựng và công nghệ xây dựng mới.[12]

Định nghĩa về bê tông cường độ cao (BTCĐC) liên tục thay đổi theo sự tiến bộ của công nghệ bê tông, đòi hỏi bê tông phải dễ dàng phát triển đến một cường độ cao hơn ngay cả khi sử dụng phương pháp xây dựng truyền thống Những năm 20, bê tông có cường độ cao hơn 21MPa đã được xem là BTCĐC Những năm 50 là 35MPa Đến cuối những năm 70 là 40MPa, và gần đây 60MPa được xem là các giới hạn tối thiểu của BTCĐC

Ngày nay kiến thức về loại bê tông này đã cho phép ứng dụng bê tông chất lượng cao trong công trình lớn, chủ yếu ở 3 lĩnh vực: Nhà cao tầng, các công trình biển và công trình giao thông (cầu, đường, hầm) Các đặc tính cơ học mới của bê tông cường độ cao cho phép người thiết kế sáng tạo ra loại kết cấu mới có chất lượng cao hơn

Trang 18

Chương 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG

BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO 1.1 Một số đặc tính được cải tiến của bê tông cường độ cao [12]

Bê tông cường độ cao có cường độ chịu nén và nhiều tính chất khác được cải thiện như: Modul đàn hồi cao hơn, cường độ chịu kéo cao, từ biến thấp hơn bê

tông thường

Cường độ chịu nén là một trong những tính chất quan trọng nhất của bê tông Cường độ chịu nén tuổi 28 ngày được dùng như chỉ tiêu để đánh giá chất lượng của bê tông Cường độ chịu nén của BTCĐC hiện nay đã sử dụng từ 42MPa đến 138MPa và thường dùng bê tông có cường độ 84MPa Theo tiêu chuẩn của Mỹ và Anh, cường độ chịu nén được xác định bằng mẫu tiêu chuẩn hình trụ tròn 150 x 300mm Theo tiêu chuẩn Việt nam, cường độ chịu nén được xác định trên mẫu hình hộp lập phương 150 x 150 x 150mm

Cường độ chịu kéo khống chế vết nứt của bê tông, đồng thời còn ảnh hưởng đến một số tính chất khác như: độ cứng, độ bền của bê tông, khả năng bám dính với cốt thép… Bê tông có cường độ cao thì cường độ chịu kéo cũng cao hơn từ 30 – 60% tùy theo thành phần BTCĐC, nhưng tốc độ tăng cường độ chịu kéo chậm hơn cường độ chịu nén Cường độ chịu kéo có thể được xác định trực tiếp hoặc gián tiếp (thông qua cường độ chịu kéo bửa (ASTM C496), hoặc kéo uốn (ASTM C78))

Các nghiên cứu cũng cho thấy cường độ bê tông tăng thì modul đàn hồi tăng đáng kể từ 20 – 40% tùy theo thành phần của nó và bản chất loại cốt liệu Biến dạng dài hạn cuối cùng giảm đáng kể (εt) chỉ còn khoảng 0,4 – 0,5 biến

Trang 19

dạng theo thời gian của bê tông thường Tuy nhiên modul chống cắt Gc tăng không nhiều

Các tính chất cơ học được cải tiến như vậy dẫn đến khả năng ứng dụng BTCĐC sẽ ngày càng nhiều Những ứng dụng chính là các công trình lớn đòi hỏi cường độ nén cao và các kết cấu bê tông dự ứng lực (cầu, hầm, nhà, cảng lớn)

Hình 1.1 Các đặc tính cơ học của BTCĐC

1.2 Tình hình nghiên cứu bê tông cường độ cao trên thế giới

BTCĐC đã được nghiên cứu từ những năm 1970 của thế kỷ 20 Điển hình cho loại BTCĐC được áp dụng cho các công trình ở Pháp, Mỹ, Canada có thể tham khảo ở bảng 1.1 [12]

Bê tông cường độ cao được gọi tắt là HSC (High Strength concrete) là loại bê tông có cường độ chịu nén cao, ở tuổi 28 ngày cường độ chịu nén phải lớn hơn

60 MPa với mẫu thử hình trụ có D=15cm, H=30cm Các quy định cụ thể về cường độ theo các tiêu chuẩn sau: Sau 4 giờ cường độ nén lớn hơn hoặc bằng (Rn ) 2500Psi (17,5 MPa), sau 24 giờ R≥ n 5000 Psi (35 MPa) sau 28 ngày ≥

Trang 20

Rn≥8700 Psi (70 MPa) Các mẫu thử dưỡng hộ trong môi trường có độ ẩm

N 0 3 80MPa

N 0 4 140MPa

Trang 21

Hình 1.2 Aûnh hưởng kích thước cỡ hạt lớn nhất của đá dăm đến cường độ chịu nén bê tông[22]

Trang 22

Bên cạnh các khảo sát về kích thước cỡ hạt của đá dăm, tỉ lệ N/X cũng là yếu tố quan trọng, các nghiên cứu của Smad được thực hiện với nhiều tỉ lệ N/X khác nhau đồng thời có và không sử dụng phụ gia, ngoài các chất bổ sung như silica fume, tro bay cũng được đưa vào Hình 1.3 biểu diễn kết quả cường độ chịu nén tương ứng với các tỉ lệ N/X Từ kết quả này cho thấy việc giảm tỉ lệ N/X dẫn đến tăng cường độ cho bê tông, tuy nhiên nếu sử dụng tỉ lệ N/X thấp và đưa thêm vào phụ gia siêu dẻo thì sẽ hiệu quả hơn về mặt cường độ và độ lưu động cho hỗn hợp bê tông Theo S Amad việc đưa các chất bổ sung như silica fume hay tro bay với kích thước hạt rất mịn đã làm giảm kích thước các lỗ rỗng mao quản bên trong, phân bố vật liệu trở nên đồng nhất và đặc chắc hơn làm cho cường độ gia tăng đánh kể Một nghiên cứu khác của Yogenendram chỉ ra rằng nếu tăng quá nhiều lượng silica sume (SF) thì sẽ ảnh hưởng đến các yếu tố khác, lượng SF nên dùng trong khoảng 5-15%

Cường độ chịu nén (ksi) SN=0

Tỉ lệ N/ CKD

Bresler, B and Bertero 1975 Ansari 1987

ACI 363 1984 ACI 363 1987 Ahmad 1985 Ahmad 1979 Carrasquillo 1981 Ahmad 1982 Ahmad 1981

Hình 1.3 Aûnh hưởng của tỉ lệ N/CKD đến cường độ chịu nén bê tông[22]

T

ính chất cường độ chịu kéo của bê tông được Cook, Cornenlissen và các tác giả khác nghiên cứu, do khó khăn về thí nghiệm kéo trực tiếp cho nên các dữ liệu về cường độ chịu kéo trực tiếp chỉ có được cho đến loại bê tông có cường độ 55MPa,

Trang 23

các tác giả đã đề nghị công thức quan hệ giữa cường độ chịu nén và kéo như sau:

n

R =6.5 Dựa vào các kết quả thí nghiệm uốn và nén bửa hình 1.4 Smad và Ahah đã đề nghị công thức cho cường độ chịu kéo trượt và kéo uốn tương ứng như sau: 0 55với (

)(34

R = R n <83MPa) và R k =11.7 R n Hai ông cũng đưa ra công thức biểu diễn mối quan hệ giữa mô đun đàn hồi và cường độ chịu nén như sau:E=ω2.5( )R n 0.315psi, trong đó ω =151pcf

Cường độ chịu nén (psi)

R k = 6 R n

Hình 1.4 Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và cường độ chịu kéo của bê tông[22]

Theo kết quả nghiên cứu[13] cho thấy có thể tiết kiệm được 30% khối lượng bê tông, giảm 30% trọng lượng kết cấu, giảm 10-15% tổng giá trị công trình Các kết cấu bản bê tông cốt thép dự ứng lực có thể giảm 30% chiều cao, có thể giảm khối lượng xây lắp đến 40% Cầu bản với cường độ bê tông 35MPa, h = 0,5m, khi Rn = 50MPa thì chiều cao bản chỉ còn h = 0,34m, như vậy có thể giảm chiều cao kết cấu đến 30%

Trang 24

Skarendah [23] đã giới thiệu sự so sánh của Breitenbucher hiệu quả về mặt vật liệu cũng như tiết diện đối với cột khi sử dụng bê tông cường độ 45MPa (

kí hiệu B45) và 85MPa (kí hiệu B85) trên hình (H.1.5) có thể thấy nếu giữ nguyên tiết diện cột (1,0m x 1,0m) thì tỉ lệ cốt thép sử dụng sẽ giảm từ 4% xuống còn 1,32%, nghĩa là tỉ lệ cốt thép trong cột khi sử dụng bê tông 85MPa giảm tới gần 70% so với trường hợp sử dụng bê tông 45MPa Nếu giữ nguyên tỉ lệ cốt thép là 4% thì với bê tông 85MPa, số lượng thanh thép giảm xuống gần 40% ( từ 64 thanh thép Ø28 còn 40 Ø28 ) do tiết diện cột giảm từ 1,0m x 1,0m xuống còn 1,0m x 0,64m

Hình 1.5: So sánh hiệu quả của cấu kiện khi sử dụng BTCĐC [23]

Hiệp hội Silicafume (SFA) của Mỹ cũng đưa ra những số liệu tính toán đối với cột bê tông cốt thép với cùng một tải trọng thiết kế khi sử dụng bê tông với mác khác nhau để trả lời cho câu hỏi: Vì sao lại phải sử dụng bê tông cường độ cao [21] Các kết quả trong bảng 1.3 cho thấy sử dụng bê tông mác 55MPa thay cho mác 40MPa sẽ giảm lượng cốt thép trong cột từ 56Ø36 xuống còn 24Ø29 nếu giữ nguyên tiết diện cột Còn nếu sử dụng bê tông mác 85MPa cho phép tiết kiệm hiệu quả cả cốt thép cũng như không gian sử dụng do tiết diện cột giảm

Bảng 1.3: So sánh hiệu quả tiết kiệm cốt thép trong cấu kiện khi sử dụng BTCĐC

Trang 25

Tải trọng thiết kế : 50 MN

Cường độ

bê tông (MPa)

Kích thước cột (m) Lượng cốt thép Ghi chú

55 1,2 x 1,2 24 Ø29 Tiết kiệm cốt thép

85 1,2 x 0,75 24 Ø22 Tiết kiệm không gian

Tiết kiệm cốt thép

85 0,95 x 0,95 24 Ø22 Tiết kiệm không gian

Tiết kiệm cốt thép

Bảng 1.4: So sánh hiệu quả kinh tế khi sử dụng BTCĐC

Chi phí ( đô la New Zealand )

Khoản mục Bê tông thường

(40MPa)

BTCĐC (70MPa)

Trang 26

thép: khoảng 30% đối với thép đai và tới khoảng 55% đối với thép dọc, mặc dù tiết diện cột đã giảm từ 600 x 500 (mm) xuống còn 450 x 450 (mm)

1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU BTCĐC TẠI VIỆT NAM:

Tại Việt nam đã có một số công trình nghiên cứu chế tạo BTCĐC theo các hướng sau:

- Sử dụng xi măng thường với liều lượng lớn

- Sử dụng xi măng mác cao

- Sử dụng tỉ số N/X nhỏ, dùng phụ gia siêu dẻo, phụ gia khoáng

Một số công trình nghiên cứu chế tạo BTCĐC tại Việt nam:

1 Nghiên cứu chế tạo BTCĐC từ xi măng thường[10]:

Tác giả Nguyễn Đăng Đo đã nghiên cứu chế tạo BTCĐC từ xi măng mác thông thường, cụ thể là dùng xi măng P30-40 để chế tạo bê tông mác 40-50MPa

Bảng 1.5 Mối quan hệ giữa R n /R x và N/X

Tỉ lệ

x

n R

R khi bê tông ở các tuổi khác nhau (%)

N

X Trong đó A là hệ số phụ thuộc chất lượng vật liệu và phương pháp thử xi măng, tra bảng Từ mối

Trang 27

quan hệ trên cần xác định tỉ lệ N/X hợp lý để bê tông đạt cường độ ngang cường độ xi măng Kết quả nghiên cứu trong bảng 1.5

Lấy A = 0,3 ( thử xi măng theo phương pháp vữa cứng hoặc phương pháp nhanh ) tính được X/N = 2,84 hoặc N/X = 0,35 Sau khi xác định N/X hợp lý, có thể xác định thành phần BTCĐC theo trình tự cách tính bê tông thông thường

2 Bê tông cường độ cao có sử dụng muội Silic [14]

Phạm Duy Hữu đưa ra thành phần của BTCĐC có muội Silic như sau: Đá : 1100 – 1200 kg; Cát: 650 – 750 kg; Tỉ lệ N/X = 0,25 – 0,30

Chất siêu dẻo: 1 – 2%; Chất làm chậm: 0,3 lít/100kg xi măng; Muội silic 5 – 15%

xi măng

Phương pháp xác định thành phần là phương pháp lý thuyết kết hợp với thực nghiệm (phương pháp ACI) trên cơ sở lý thuyết về thể tích tuyệt đối, cường độ yêu cầu và độ dẻo hợp lý

Cuối cùng tác giả kết luận có thể sử dụng phương pháp ACI 363-R có cải tiến để thiết kế thành phần bê tông cường độ cao và độ công tác theo yêu cầu cho trước

3 Nghiên cứu chế tạo BTCĐC M600 sử dụng tro trấu thay Silicafume [1]

Hàm lượng SiO2 trong tro khi được chế tạo với công nghệ phù hợp có giá trị tương đương silicafume Nguyễn Tiến Bình chỉ đề cập đến quan hệ giữa tỉ lệ thay thế tro trấu vào xi măng và lượng dùng nước tới một số tính chất của hỗn hợp vữa và bê tông, ảnh hưởng của chúng tới cường độ uốn, nén của vữa cũng như cường độ nén của bê tông khi rắn chắc ở 7 ngày, 28 ngày tuổi Tác giả đưa ra kết quả thí nghiệm so sánh sự phát triển cường độ giữa bê tông sử dụng tro trấu và bê tông sử dụng silicafume được thực hịên với lượng xi măng dùng cố định là 450kg, tỉ lệ C/C+Đ = 2, các tỉ lệ N/CKD = 0,32; 0,35; 0,38 như sau:

Bảng 1.6: Kết quả thí nghiệm so sánh bê tông sử dụng tro trấu và silica fume

Trang 28

R3

2

cm daN

R7

2

cm daN

R28

2

cm daN

2 40% 450

0 chảy 2.435 237,9 325 405,7

Từ kết quả trên tác giả cho rằng cường độ của bê tông ở tuổi 28 ngày giảm

nhanh khi tăng lượng nước sử dụng trong hỗn hợp càng lớn, đặc biệt với các tỉ lệ

thay thế Tro/X thấp Vì tỉ diện của tro nhỏ hơn nhiều so với xi măng nên khi tăng

Trang 29

lượng tro sử dụng, cấu trúc của bê tông được cải thiện do hiệu ứng lấp đầy và tăng cường phản ứng pozzolan Với mỗi một tỉ lệ Tro/X nhất định có lượng dùng nước trong hỗn hợp tối ưu Nguyên nhân của hiệu ứng này là do lượng xi măng trong hỗn hợp Tro/X lớn sẽ phải giảm hàm lượng cốt liệu để duy trì được độ linh động của hỗn hợp làm giảm mật độ cốt liệu lớn trong một đơn vị thể tích Khi tăng tỉ lệ N/CKD hàm lượng cốt liệu trong hỗn hợp tăng làm tăng cường độ cứng của bê tông nhưng khi giá trị N/CKD tiếp tục tăng thì khoảng cách giữa các hạt bị dãn cách quá lớn làm cường độ bê tông giảm

Qua kết quả trên cũng cho thấy rằng ở tỉ lệ N/CKD thấp, SF ưu việt hơn so với tro trấu trong sự phát triển cường độ bê tông nhưng ở các tỉ lệ N/CKD cao hơn thì tro trấu lại có hiệu quả đáng kể Lý do là ở các tỉ lệ N/CKD thấp, do cấu trúc dạng hình cầu nhỏ nên SF ngoài việc tăng cường họat tính pozzolan trong bê tông còn có tác dụng làm lớp đệm để các hạt xi măng trượt tương đối với nhau làm tăng tính linh động của hỗn hợp bê tông tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình đổ khuôn và lèn chặt Ở tỉ lệ lớn hơn, do cấu trúc rỗng xốp mà tro trấu có khả năng lưu giữ một phần nước trong nó làm hỗn hợp bê tông không bị tách nước làm cải thiện cấu trúc của hỗn hợp, giữ cho hỗn hợp không bị phân tầng nên cường độ bê tông tăng lên so với SF

4 Nghiên cứu thực nghiệm thành phần và tính chất của BTCĐC [17]

Tác giả Bùi tấn Phát nghiên cứu chế tạo bê tông mác 600 và 800 trên cơ sở nguyên vật liệu: XM, cát, đá, phụ gia siêu dẻo R100 và phụ gia khoáng Silica fume (bảng 1.7) Phương pháp thiết kế theo tiêu chuẩn ACI Kết quả nghiên cứu của đề tài thể hiện ở bảng 1.8

Trang 30

Bảng 1.7: Thành phần nguyên vật liệu cho 1m 3 bê tông mác 600 và 800

0 18,1 36,3 54,4 72,5

0 20,1 40,3 60,4 80,6

0 22,7 45,3 67,9 70,6

0 25,9 51,8 77,8 103,5

0 30,2 60,4 90,6 120,8

1024 629,8 1,39 8,48

Trang 31

Bảng 1.8 Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén của bê tông mác 600 và 800

Cường độ chịu nén ở các ngày tuổi (kg/cm2) Ký hiệu

293,8 379,8 376,5 437,0 401,7

359,7 462,1 430,1 508,9 500,3

480,0 557,3 585,6 614,4 582,0

353,8 406,2 443,6 465,4 458,3

421,1 482,3 547,4 538,4 513,6

523,4 613,4 659,5 685,6 641,9

373,9 445,8 490,0 488,1 463,3

462,9 531,2 552,7 582,5 555,7

573,2 664,9 705,0 722,2 692,1

385,9 493,2 582,7 616,3 563,8

489,0 583,1 654,3 730,0 665,6

682,7 723,0 804,8 817,3 781,9

446,2 539,1 626,5 658,3 635,7

527,7 655,2 718,3 735,8 763,1

682,5 773,4 840,6 849,0 857,3

Trang 32

Từ kết quả trên tác giả đưa ra kết luận : để thiết kế bê tông mác 600 –

800 thì sử dụng tỉ số N/X = 0,24 - 0,36, lượng xi măng phải lớn hơn xi măng sử

dụng cho bê tông thường, cũng như lượng nước phải nhỏ hơn Độ sụt nên sử dụng

để thiết kế là từ 0 – 3 cm, phải sử dụng phụ gia dẻo Hàm lượng silica fume hợp

lý là 5-10%

1.4 Một số công trình ứng dụng BTCĐC

Ở Mỹ BTCĐC được dùng chủ yếu cho các nhà cao tầng bắt đầu từ năm

1975 cho đến nay Các ngôi nhà từ 43 – 76 tầng xây dựng vào năm 1975 – 1976

đều dùng bê tông có cường độ 62MPa

Các ngôi nhà từ 50 – 70 tầng xây dựng ở Chicago 1976 – 1990 đều dùng

bê tông cường độ đến 80MPa

Khi xây dựng các ngôi nhà ở Tokyo Cleveland vào năm 88 – 95 người ta

còn dùng bê tông cường độ đến 97MPa.Các đường cao tốc đến Akagawa,

Octanabe ở Nhật đã dùng bê tông mác 70MPa

Trong xây dựng cầu từ 1970 đến nay đã áp dụng BTCĐC: 1970 ở Nhật mác

bê tông phổ biến là 60MPa, các cầu của Đức, Hà lan vào năm 1992 – 1995 đã

dùng bê tông mác 60 – 80MPa [12][13]

Bảng 1.9 Một số cầu lớn trên thế giới đã dùng BTCĐC [13]

XD

Chiều dài nhịp (m)

Cường độ (MPa)

Lincoveviaduet California - Mỹ 1979 54 42

Passco Kennenick Washington - Mỹ 1978 294,3 42

Trang 33

Hình 1.6b Tháp đôi Petronas

Trang 34

1.5 Kết luận

Trên cơ sở các tài liệu tổng quan được có thể rút ra một số kết luận sau: Có thể sử dụng xi măng mác thông thường để chế tạo bê tông mác cao Tuy nhiên, nếu sử dụng xi măng mác thông thường thì phải cần tới hàm lượng xi măng lớn nên sẽ không kinh tế Nhưng điều quan trọng hơn là lượng nhiệt tỏa ra khi hydrat hóa lớn gây nên ứng suất nội làm nứt nẻ bê tông và độ co ngót của bê tông tăng lên làm cho bê tông kém ổn định

Mặc khác, tỉ lệ N/X thấp, hàm lượng xi măng, cát, đá cao nên hỗn hợp bê tông khô hơn so với bê tông mác bình thường Do đó hỗn hợp bê tông phải được trộn lâu hơn (dùng máy trộn kiểu cưỡng bức) và phải đầm kỹ hơn (dùng phương pháp đầm lại hỗn hợp bê tông)

Có thể sử dụng xi măng mác cao để chế tạo BTCĐC, hướng này thì hợp lý và kinh tế nhưng đây là hướng thuần túy về mặt lý thuyết, chỉ mang tính chất tương đối vì việc chế tạo xi măng mác cao là không khả thi và không thực sự cần thiết

Chế tạo BTCĐC từ xi măng bình thường trên cơ sở sử dụng phụ gia siêu dẻo để giảm tỉ lệ N/X và phụ gia khoáng siêu mịn là hướng đi hợp lý nhất

Trên thế giới, việc nghiên cứu bê tông cường độ cao đã được đặt ra từ lâu, đã được ứng dụng rộng rãi vào các công trình xây dựng nhà cao tầng, cầu, đường, cảng… Cường độ chịu nén có thể đạt đến 140MPa và việc sử dụng loại bê tông này cũng đạt được hiệu quả kinh tế, kỹ thuật cao Tại Việt Nam gần đây đã có một số công trình nghiên cứu, tuy nhiên còn quá ít và các yếu tố kỹ thuật của cốt liệu lớn chưa được quan tâm Do đó việc tiếp tục nghiên cứu là cần thiết Tên đề tài là: NGHIÊN CỨU BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO MÁC LỚN HƠN 800 VÀ CÓ TÍNH DẺO CAO ĐỂ PHỤC VỤ CHO CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG ĐẶC BIỆT CHỊU TẢI TRỌNG LỚN

Trang 35

1.6 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

Nghiên cứu bê tông mác lớn hơn 800 và hỗn hợp bê tông có tính dẻo phù hợp điều kiện chế tạo và thi công tại Việt nam

1.7.NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

Xác định loại đá thích hợp để chế tạo BTCĐC mác lớn hơn 800

Dùng phương pháp phân tích hiện đại để khảo sát xác định thành phần khoáng của đá

Nghiên cứu tính chất của hỗn hợp đá dăm thích hợp cho BTCĐC

Vai trò của phụ gia khoáng Silica fume và phụ gia siêu dẻo để nâng cao cường độ đá xi măng và tăng cường liên kết ở vùng truyền bề mặt của cốt liệu và đá xi măng (dùng phương pháp phân tích hiện đại)

Nghiên cứu vùng truyền bề mặt của cốt liệu và đá xi măng ảnh hưởng đến tính chất phát triển cường độ của bê tông cường độ cao (dùng phương pháp phân tích hiện đại)

Thiết kế thành phần nguyên vật liệu của hỗn hợp bê tông và nghiên cứu mối quan hệ giữa các thành phần đến các tính chất của BTCĐC mác lớn hơn 800 (dùng phương pháp quy họach thực nghiệm, các phương pháp tính toán cấp phối)

Thực nghiệm các tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông cường độ cao mác lớn hơn 800

1.8.Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

Trong thực tiễn xây dựng công trình hiện nay, việc sử dụng bê tông cường độ cao còn nhiều hạn chế Nguyên nhân chủ yếu là ở nước chưa có các nghiên cứu một cách hệ thống về vấn đề này, đồng thời các thông tin liên quan đến loại bê tông cường độ cao chưa được phổ biến rộng rãi, từ đó các nhà thầu và nhà

Trang 36

quản lý công trình chưa thấy được những ưu việt của loại bê tông này Bên cạnh đó giá thành cũng là một rào cản trong việc đưa bê tông cường độ cao đi vào thực tiễn xây dựng

Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần tìm ra một giải pháp thực tiễn về khả năng chế tạo bê tông cường độ cao bằng các nguyên vật liệu có sẵn ở địa phương Từ các kết quả nghiên cứu cho phép đánh giá được khả năng làm việc thực sự của loại bê tông này, phạm vi ứng dụng của nó

Trang 37

2.1.1 Ảnh hưởng của vùng truyền bề mặt đến tính chịu nén của bê tông

2.1.1.1 Khái quát về vùng truyền bề mặt trong vật liệu bê tông[7]

Vùng truyền bề mặt là pha kết nối giữa cốt liệu và vữa xi măng rắn chắc Bê tông được xem là loại vật liệu dạng phức hợp giòn, gồm có cốt liệu, thể tích lỗ rỗng, nước và vật liệu nền đá xi măng Biểu diễn bằng mô hình có thể thấy là bê tông ở dạng gồm các hạt cốt liệu nằm giữa, được bao bọc bởi vật liệu nền đá

Trang 38

xi măng hay là hỗn hợp cốt liệu có nhiều cỡ hạt khác nhau, được trình bày trong hình (H2.1) Điều này có nghĩa là bê tông có tính hỗn tạp, mặc dù vậy, bê tông

vẫn được xem là vật liệu có tính đẳng hướng

2.1.1.2 Tính chất của cốt liệu trong bê tông

b) a)

Kích cỡ khác nhau của cốt liệu cốt liệu vật liệu nền

vùng truyền bề mặt

Hình 2.1 : Mô hình cốt liệu trong vật liệu nền đá xi măng (a) Cốt liệu được bao bọc bởi vật liệu nền đá xi măng (b) Hỗn hợp nhiều cỡ hạt cốt liệu khác nhau

Bê tông dùng trong công trình xây dựng hay trong các kết cấu chịu lực đều phải có khả năng chịu ứng suất nén Ngay cả trong trường hợp cần quan tâm đến cường độ chịu kéo và chịu cắt thì cường độ nén vẫn là chỉ tiêu cơ bản để đánh giá một cách tổng quát nhất chất lượng của bê tông như độ bền, khả năng ứng xử đàn hồi, độ thấm nước Việc xác định cường độ nén tương đối đơn giản và được chấp nhận bởi hầu hết các tiêu chuẩn xây dựng Về phương diện này, cần quan tâm đến hai vấn đề như sau :

a Cường độ của cốt liệu

Đánh giá cường độ của cốt liệu dựa vào thí nghiệm nén xác định cường độ của cốt liệu theo tiêu chuẩn về cốt liệu đá dăm, sỏi dùng cho bê tông (TCVN-1771) Tuy nhiên, nếu cốt liệu lớn trong bê tông là cốt liệu đặc chắc và hàm

Trang 39

lượng tạp chất nằm trong phạm vi cho phép thì cường độ của cốt liệu ít hoặc không có ảnh hưởng đến cường độ nén bê tông Cốt liệu dùng trong bê tông thường có cường độ nén lớn gấp nhiều lần so với cường độ bê tông, do đó cường độ cốt liệu chỉ được quan tâm đối với bê tông cường độ cao (có Rn lớn hơn 60 MPa) Khi đó cường độ cốt liệu yêu cầu có cường độ nén lớn hơn 150 MPa

b Cường độ của vùng truyền bề mặt

Đặc điểm và chất lượng của liên kết giữa cốt liệu và vật liệu nền ảnh hưởng rất lớn nếu không nói là quyết định cường độ nén của bê tông Lực liên kết giữa cốt liệu và vật liệu nền (cả vật lý và hoá học) cũng giống như trạng thái mạ điện lên bề mặt hạt cốt liệu Những thí nghiệm nén xác định cường độ nén của bê tông cho thấy rằng sự khác nhau giữa cường độ chịu nén của các loại bê tông là do loại cốt liệu sử dụng và cường độ phụ thuộc vào tính chất của liên kết vùng truyền bề mặt Sự chênh lệch về cường độ nén của bê tông nặng thông thường không lớn hơn 10MPa nhưng trong một số trường hợp có thể vượt quá 15 MPa do các điều kiện dưỡng hộ hay thời gian dưỡng hộ

2.1.2 Mô hình cơ bản

Quá trình phá hoại của vật liệu phức hợp bê tông trong quá trình nén được mô tả bằng những vi nứt được quan sát bằng kính hiển vi trong vùng liên kết giữa cốt liệu với vật liệu nền đá xi măng và trong bản thân vật liệu nền (hình2.2a) Lực nén lan truyền theo phương dọc trục (thẳng đứng) phát triển thành ứng suất cắt Những ứng suất cắt này gây nên những vi nứt có khuynh hướng nằm nghiêng như trong hình 2.2b và làm giảm các cặp lực đối nhau giữa các hạt cốt liệu trong hình 2.2c Các vi nứt và sự trượt ứng suất cắt dẫn đến việc phát triển vết nứt và từ đó dẫn đến hiện tượng co dãn không đàn hồi Do bề mặt bên bị giới hạn, quá trình dãn nở hông bị đình lại, các cặp lực đối nhau giữa các hạt cốt liệu và các

Trang 40

ứng suất cắt dọc theo những vết nứt sẽ phát triển Cơ chế vi mô của hiện tượng nén là ba chiều nhưng chỉ được giới hạn bằng thực nghiệm và được biểu diễn hai chiều, hình (H.2.2)

Cặp lực đối nhau

Cốt liệu

vết nứt tại vùng

truyền bề mặt

Ecl >> Evln

Phát triển vết nứt do trượt

Lan truyền vết nứt

Hình 2.2 : Cơ chế truyền lực ba chiều khi bê tông chịu nén

2.1.3 Ứng suất – biến dạng trong quá trình nén bê tông

Tải trọng (F)

Biến dạng dọc trụcBiến dạng nở hông

Hình 2.3 : Giản đồ đường cong ứng suất biến dạng của mẫu bê tông lập

phương trong thí nghiệm nén một trục Đường cong được chia làm hai vùng trước và sau đỉnh

Định dạng
Số trang	133
Dung lượng	5 MB