Nghiên cứu sử dụng tỷ lệ phụ gia hợp lý để cải thiện chất lượng bê tông sử dụng đá trên địa bàn tỉnh quảng ngãi

Hiện nay với tốc độ xây dựng cùng với trình độ khoa học công nghệ phát triển vượt bậc trong thành phần của hỗn hợp bê tông không chỉ 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 hỗn hợp bê tông hiện đại và nó có tác động đến cấu trúc vi mô của bê tông Khi cho phụ gia vào hỗn 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 hỗn hợp bê tông Qua nghiên cứu bê tông cấp độ bền B12 5 và B15 có sử dụng phụ gia Sikament® NN là phụ gia siêu dẻo có tác dụng giảm nước đến 30 tăng cường độ thì cường độ của bê tông tăng lên một cách rõ rệt đồng thời tính dẻo của hỗn hợp của bê tông cũng tăng lên bê tông có cấp độ bền B12 5 và B15 sử dụng xi măng PCB40 có độ sụt từ 6 đến 8 cm khi sử dụng phụ gia độ sụt tăng lên từ 13 đến 18 cm Cường độ của bê tông tăng khi tăng tỷ lệ phụ gia từ 0 6 đến 1 tuy nhiên khi tăng tỷ lệ phụ gia lên đến 1 5 thì cường độ của bê tông không có quy luật Lý do Sử dụng tỷ lệ phụ gia 1 5 đối với cấp độ bền B12 5 và B15 là không phù hợp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐINH VĂN KHANH

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TỶ LỆ PHỤ GIA HỢP LÝ

ĐỂ CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG BÊ TÔNG SỬ DỤNG ĐÁ

TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH QUẢNG NGÃI

LUẬN VĂN THẠC S Ĩ

KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

Đà Nẵng- Năm 2019-

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐINH VĂN KHANH

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TỶ LỆ PHỤ GIA HỢP LÝ

ĐỂ CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG BÊ TÔNG SỬ DỤNG ĐÁ

TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH QUẢNG NGÃI

Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình

dân dụng và công nghiệp Mã số : 858 02 01

LUẬN VĂN THẠC S Ĩ

KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS TS TRƯƠNG HOÀI CHÍNH

Đà Nẵng - Năm 2019-

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

Tác giả luận văn

Đinh Văn Khanh

LỜI CẢM ƠN

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

nghiệp; với đề tài “NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TỶ LỆ PHỤ GIA HỢP LÝ ĐỂ CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG BÊ TÔNG SỬ DỤNG ĐÁ TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH QUẢNG NGÃI ” 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 – Giảng viên 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 Xây dựng dân dụng và Công nghiệp đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành tốt công việc 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 luận văn

Đinh Văn Khanh

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Bố cục đề tài 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU BÊ TÔNG 3

1.1 BÊ TÔNG 3

1.1.1 Khái niệm 3

1.1.2 Phân loại 3

1.2 CẤU TRÚC CỦA BÊ TÔNG 4

1.2.1 Sự hình thành cấu trúc của bê tông 4

1.2.2 Cấu trúc vĩ mô 5

1.2.3 Cấu trúc vi mô 5

1.3 CÁC THÀNH PHẦN CẤU TRÚC CỦA BÊ TÔNG 7

1.3.1 Xi măng 7

1.3.2 Nước 8

1.3.3 Cát 8

1.3.4 Đá dăm 12

1.3.5 Phụ gia bê tông 14

1.4 KẾT LUẬN 17

CHƯƠNG 2 CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG 18

2.1 CƯỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG 18

2.1.1 Khái niệm 18

2.1.2 Cường độ chịu nén của bê tông (Rn) 18

2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ bê tông: 20

2.2 MÁC VÀ CẤP ĐỘ BỀN CỦA BÊ TÔNG 22

2.2.1 Mác bê tông 22

2.2.2 Cấp độ bền chịu nén 23

2.3 BIẾN DẠNG CỦA BÊ TÔNG 23

2.3.1 Biến dạng do co ngót 24

2.3.2 Biến dạng do tải trọng tác dụng ngắn hạn 24

2.3.3 Biến dạng do tải trọng tác dụng dài hạn – từ biến 26

2.3.4 Biến dạng nhiệt 27

2.4 MÔ ĐUN ĐÀN HỒI CỦA BÊ TÔNG 27

2.5 KẾT LUẬN 28

CHUƠNG 3 THÍ NGHIỆM THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG KHI SỬ DỤNG PHỤ GIA 29

3.1 CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA VẬT LIỆU THÍ NGHIỆM 29

3.1.1 Xi măng 29

3.1.2 Cát 30

3.1.3 Đá dăm đá phong hóa 1x2 cm 31

3.1.4 Nước 33

3.1.5 Phụ gia 33

3.2 QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN: 34

3.2.1 Thiết bị thí nghiệm 34

3.2.2 Chuẩn bị mẫu thử 34

3.2.3 Tiến hành thử 35

3.2.4 Tính kết quả 35

3.3 XÁC ĐỊNH CẤP PHỐI, KẾ HOẠCH VÀ VẬT TƯ ĐÚC MẪU 36

3.3.1 Thành phần cấp phối theo Quyết định số 1329/QĐ-BXD ngày 19/12/2016 của Bộ Xây dựng về việc Công bố định mức sử dụng vật liệu [15] 36

3.3.2 Thành phần cấp phối theo Quyết định số 1329/QĐ-BXD ngày 19/12/2016 của Bộ Xây dựng có sử dụng phụ gia [15] 37

3.3.3 Xác định số lượng mẫu đúc thí nghiệm, chuẩn bị vật tư 37

3.4 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ SỤT BÊ TÔNG 39

3.6 TỔNG HỢP KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM NÉN MẪU CÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ 42

3.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 43

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (BẢN SAO)

PHỤ LỤC

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TỶ LỆ PHỤ GIA HỢP LÝ ĐỂ CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG

BÊ TÔNG SỬ DỤNG ĐÁ TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH QUẢNG NGÃI

Học viên: Đinh Văn Khanh Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình DD và CN

Mã số: : 858 02 01 Khóa: K34, Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN

Tóm tắt: Hiện nay với tốc độ xây dựng cùng với trình độ khoa học công nghệ phát triển vượt bậc

trong thành phần của hỗn hợp bê tông không chỉ 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 hỗn hợp bê tông hiện đại và

nó có tác động đến cấu trúc vi mô của bê tông Khi cho phụ gia vào hỗn 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 hỗn hợp bê tông Qua nghiên cứu bê tông cấp độ bền B12,5 và B15

cường độ) thì cường độ của bê tông tăng lên một cách rõ rệt, đồng thời tính dẻo của hổn hợp của bê tông cũng tăng lên (bê tông có cấp độ bền B12,5 và B15 sử dụng xi măng PCB40 có độ sụt từ 6 đến 8 cm, khi sử dụng phụ gia độ sụt tăng lên từ 13 đến 18 cm) Cường độ của bê tông tăng khi tăng tỷ lệ phụ gia từ 0,6 đến 1%, tuy nhiên khi tăng tỷ lệ phụ gia lên đến 1,5% thì cường độ của bê tông không có quy luật Lý do: Sử dụng tỷ lệ phụ gia 1,5% đối với cấp độ bền B12,5 và B15 là không phụ hợp

Từ khóa: Bê tông, tỷ lệ phụ gia, đá phong hóa, cường độ bê tông

RESEARCH TO USE THE REASONABLE ADOPTION RATE TO IMPROVE CONCRETE QUALITY OF USING STONE ON THE QUANG NGAI LOCATION Abstract: 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

superabsorbent admixture that reduces water content by 30%, increases strength and modulus

of elasticity), the strength of the concrete increases markedly, while the plasticity of the concrete mixture increases (concrete has a B12,5 và B15 rating using PCB40 cement with a slump of 6 to 8 cm, when using sloping additive increased from 13 to 18 cm) Strength of concrete increases with an increase in the percentage of additives from 0.6 to 1%, but when increasing the percentage of additives up to 1.5%, the strength of the calf increases no rules Reason: Using the additive rate of 1.5% for durability B12,5 và B15 is not compatible

Key words: Concrete, additive ratio, weathered stone, concrete strength

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Số hiệu

DANH MỤC HÌNH VẼ

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Ngày nay, với sự phát triển của công nghiệp hoá học đã làm thay đổi 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 triển hơn 80% tổng 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 thể chế tạo ra bê tông có cường độ đặc biệt cao, có độ đặc chặt, khả năng chống thấm và độ dẻo cao Khi sử dụng phụ gia cho bê tông sẽ cải thiện các tính chất của bê tông cũng như hỗn hợp bê tông, cụ thể như tăng tính lưu động của hỗn hợp bê tông, giảm lượng dùng nước và xi măng, điều chỉnh thời gian ninh kết và rắn chắc, nâng cao cường độ và tính chống thấm của bê tông

Phụ gia đã trở thành thành phần quan trọng trong hỗn hợp bê tông hiện đại và nó có tác động đến cấu trúc vi mô của bê tông Khi cho phụ gia vào hỗn 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 hỗn hợp

bê tông Mặt khác phụ gia siêu dẻo có thể cho phép giảm nước khoảng 10 ÷ 30%

vì vậy có thể tăng cường độ được khoảng 30%, giảm độ thấm, liên kết tốt hơn với cốt liệu và cốt thép, cường độ cao hơn và nâng cao tuổi thọ của kết cấu công trình bằng bê tông cốt thép

Đề tài: “Nghiên cứu sử dụng tỉ lệ phụ gia hợp lý để cải thiện chất lượng

bê tông sử dụng đá trên địa bàn Tỉnh Quảng Ngãi” là phù hợp với thực tế và

có ý nghĩa khoa học

2 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu ảnh hưởng của các tỷ lệ phụ gia đến sự phát triển cường độ (Rn) của bê tông theo thời gian

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Cường độ của bê tông (Rn) sử dụng đá phong hóa 1x2cm với cấp phối B12,5 và B150 khi sử dụng phụ gia

- Phạm vi nghiên cứu: Bê tông sử dụng phụ gia, các tỷ lệ phụ gia: 0,6%, 1%, 1,5% ảnh hưởng đến sự phát triển cường độ của bê tông theo thời gian

4 Phương pháp nghiên cứu

- Kết hợp nghiên cứu lý thuyết với thực hiện trong phòng thí nghiệm để nghiên cứu đề tài

- Khảo sát thực nghiệm

- Tổng hợp, phân tích rút ra kết luận

5 Bố cục đề tài

Ngoài phần mở đầu, kết luận và danh mục tài liệu tham khảo, luận văn được kết cấu thành 3 phần, cụ thể như sau:

Chương 1 Tổng quan về vật liệu bê tông

Chương 2 Các tính chất cơ lý của bê tông

Chuơng 3 Thí nghiệm thực nghiệm xác định các tính chất cơ lý của bê tông khi sử dụng phụ gia

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU BÊ TÔNG

1.1 BÊ TÔNG

1.1.1 Khái niệm

Bê tông là loại vật liệu đá nhân tạo gồm: xi măng, nước, cốt liệu (cát, sỏi hay đá dăm) và phụ gia Hỗn hợp nguyên liệu nhào trộn xong gọi là hỗn 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 80% ÷ 85%, còn xi măng chiếm từ 8% ÷ 15%

Bê tông và bê tông cốt thép được sử dụng rộng rãi trong công trình xây dựng vì chúng có những ưu điểm cường độ tương đối cao, có thể tạo được những loại bê tông có cường độ, hình dạng và tính chất khác nhau, giá thành rẻ, bền vững và ổn định đối với mưa nắng, nhiệt độ và độ ẩm Tuy vậy, chúng còn có những nhược điểm: nặng v=2.200 ÷ 2.400 kG/m3, cách âm cách nhiệt kém (hệ số dẫn nhiệt λ=1,05 ÷ 1,5 kCal/m.0C.h), khả năng chống ăn mòn yếu

1.1.2 Phân loại

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 hỗn 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 rỗng, 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

Bê tông nặng v=2.200 ÷ 2.500 kG/m3 chế tạo từ cát, đá, sỏi dùng cho kết cấu chịu lực

Bê tông tương đối nặng v=1.800 ÷ 2.200 kG/m3 dùng cho kết cấu chịu lực

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

Bê tông đặc biệt nhẹ cũng là loại bê tông tổ ong và bê tông cốt liệu rỗng nhưng có v<500 kG/m3

Do khối lượng thể tích của bê tông biến đổi trong phạm vi rộng nên độ rỗng của chúng cũng thay đổi đáng kể, như bê tông tổ ong dùng để cách nhiệt

có r = 70% ÷ 85%, bê tông thủy công r = 8% ÷ 10%

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 để xây đập, cầu, kênh, các công trình dẫn nước…

Bê tông dùng cho mặt đường, sân bay, lát vỉa 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

1.2.1 Sự hình thành cấu trúc của bê tông

Cấu trúc của bê tông được hình thành do sự sắp xếp các hạt cốt liệu trong bê tông cùng với sự thuỷ hoá của xi măng

Các sản phẩm do xi măng thuỷ hoá dần tăng lên đến một lúc nào đó cấu trúc keo tụ chuyển sang cấu trúc tinh thể

Khoảng thời gian hình thành cấu trúc cũng như cường độ ban đầu của bê tông phụ thuộc vào thành phần bê tông, loại xi măng và loại phụ gia

1.2.2 Cấu trúc vĩ mô

Bê tông là một loại vật liệu có cấu trúc vĩ mô phức tạp Xét trong một đơn vị thể tích hỗn hợp bê tông đã lèn chặt bao gồm: thể tích cốt liệu Vcl, thể tích hồ xi măng Vhx, thể tích các lỗ rỗng khí Vk

Vcl + Vhx + Vk= 1, khi đầm nén hợp lý có thể coi Vk = 0

1.2.3 Cấu trúc vi mô

a Cấu trúc khung cốt liệu (Vùng 1):

Được hình thành do sự chèn lấp các hạt cốt liệu nhỏ vào lỗ rỗng 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 ổn định của bê tông Chiều dày δ = 30 ÷ 50 µm

Vùng này gồm: các lỗ rỗng do nước bay hơi để lại, Ca(OH)2 tự do

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 triển 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

c Cấu trúc của đá xi măng (Vùng 3)

Vùng này chứa chủ yếu: chất kết tinh; lỗ rỗng gel, lỗ rỗng mao quản; hạt

xi măng khan

d Lỗ rỗng trong bê tông xi măng

Lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu;

Lỗ rỗng trong hạt cốt liệu;

Lỗ rỗng trong đá xi măng (lỗ rỗng gel, lỗ rỗng 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 Xi măng

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 để cuối cùng nhận được một dạng vật liệu có cường độ và độ ổn 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 thể là thủy lực hoặc không thủy lực Các loại xi măng thủy lực tỉ 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 hỗn hợp nước-xi măng; loại xi măng này có thể 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 để khô mới giữ được độ bền vật lý

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 để hình thành nên vật liệu xây dựng vững chắc, chịu được tác động thường thấy của môi trường

1.3.2 Nước

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 để việc thi công được dễ dàng

b Yêu cầu đối với nước

Nước để 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<4, nước có chứa muối khoáng sunfat lớn hơn 0,27% (tính theo lượng ion SO4 )

Tuỳ theo mục đích sử dụng hàm lượng các tạp chất khác phải thoả mãn TCVN 302:2004 Ngoài ra, về mặt định tính cũng có thể đánh giá bằng so sánh cường độ của bê tông chế tạo bằng nước sạch và nước cần kiểm 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 để lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu lớn (đá, sỏi) và bao bọc xung quanh các hạt cốt liệu lớn tạo ra lộ lưu động của hỗn 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 để chế tạo bê tông có thể là cát tự nhiên hay cát nhân tạo có cỡ hạt từ 0,14mm ÷ 5mm 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 mỗi sàng

Lượng sót riêng biệt a1(%), là tỷ số lượng sót trên mỗi sàng so với toàn

bộ lượng cát đem thí nghiệm:

100%

i i

m a m

=

Trong đó:

mi: lượng cát còn sót lại trên sàng i, g

m: lượng cát đem sàng, 1000g

Lượng sót tính lũy: Ai(%) trên mỗi sàng, tức là tổng lượng sót riêng biệt kể từ sàng lớn nhất a2,5 đến sàng cần xác định ai:

2,5 1,25 ,%

A =a +a + +a

Bảng 1.1 Thành phần hạt nằm trong phạm vi cho phép theo

Độ lớn của cát có ảnh hưởng đến lượng dùng xi măng và được xác định bằng mô đun độ lớn Mđl theo công thức sau:

Trong đó:

2,5 1,25 0,63 0,315 0,14

A + A +A + A + A : Lượng sót tích lũy trên các sàng kích thước mắt sàng tương ứng là 2,5; 1,25; 0,63; 0,315 và 0,14mm

Theo môđun độ lớn, khối lượng thể tích xốp, lượng hạt nhỏ hơn 0,14

mm và đường biểu diễn thành phần hạt, cát dùng cho bê tông nặng được chia

ra làm 4 nhóm: to, vừa, nhỏ và rất nhỏ

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

Tên các chỉ tiêu Mức theo nhóm cát

đến 3,3

2 đến 2,5

1 đến nhỏ hơn 2

0,7 đến nhỏ hơn 1 -Khối lượng thể tích xốp,

Hình 1.6 Biểu đồ xác định nhóm cát

Trong đó: 1: Vùng cát to và vừa; 2: Vùng cát nhỏ; 3: Vùng cát rất nhỏ

b.3 Lượng tạp chất:

Cát càng sạch thì chất lượng của bê tông càng tốt Theo TCVN 7570 -

2006 [8] hàm lượng các tạp chất của cát dùng cho bê tông nặng như sau:

Bảng 1.3 Hàm lượng các tạp chất của cát dùng cho bê tông nặng

Tạp chất

Hàm lượng tạp chất, % khối lượng, không lớn

hơn

Bê tông cấp cao hơn B30

Bê tông cấp thấp hơn và

Khi cát ẩm thể tích của nó bị biến đổi, ở độ ẩm 5% ÷ 7% thể tích của cát

có thể tăng lên 20% ÷ 30% Vì vậy nếu định lượng cát theo thể tích thì cần hiệu chỉnh lại thể tích của nó theo độ ẩm thực tế

1.3.4 Đá dăm

a Vai trò của đá dăm

Đá dăm là cốt liệu có cở hạt từ 5mm ÷ 70mm, 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 chỉ 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 2 lần cường độ chịu nén của bê tông khi dùng đá gốc phún xuất, biến chất; lớn hơn 1,5 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

Bảng 1.4 Mác của đá dăm từ đá thiên nhiên theo độ nén dập theo

b.2 Thành phần hạt của cốt liệu lớn

Cốt liệu lớn có thể được cung cấp dưới dạng hỗn hợp nhiều cỡ hạt hoặc các cỡ hạt riêng biệt Thành phần hạt của cốt liệu lớn biểu thị bằng lượng sót tích luỹ trên các sàng, được quy định trong TCVN 7570 – 2006 [8]

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

Kích thước lỗ

sàng mm

Lượng sót tích lũy trên sàng, % khối lượng, ứng với kích thước hạt liệu nhỏ nhất và lớn nhất, mm 5-10 5-20 5-40 5-70 10-40 10-70 20-70

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

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

Cấp bê tông Hàm lượng bùn, bụi, sét, % khối lượng, không lớn hơn

1.3.5 Phụ gia bê tông

a Khái niệm phụ gia bê tông

Là những hợp chất hay hỗn hợp các hợp chất vô cơ, hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp mà khi cho một lượng nhỏ vào hỗn hợp bê tông sẽ làm thay đổi tính chất công nghệ của bê tông hay tính chất sử dụng của bê tông đã hóa rắn theo ý muốn

Ngày nay, sự ra đời của xi măng và bê tông xi măng cùng với sự phát triển của công nghiệp hoá học đã làm thay đổi 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 triển hơn 80% tổng 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 thể chế tạo ra bê tông có cường độ đặc biệt cao, có độ đặc chặt, khả năng chống thấm và độ dẻo cao

Khi sử dụng phụ gia cho bê tông sẽ cải thiện các tính chất của bê tông cũng như hỗn hợp bê tông, cụ thể như tăng tính lưu động của hỗn hợp bê tông, giảm lượng dùng nước và xi măng, điều chỉnh 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 1891 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 1909

Những nhà sản xuất đầu tiên bán các sản phẩm thích hợp đối với bê tông để cải thiện một vài tính chất của chúng xuất hiện vào năm 1910

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 dẻo - là phụ gia hóa dẻo thế hệ hai, đến nay

có hai loại phụ gia siêu dẻo (theo ASTM C494 type F & G) được sử dụng phổ biến trên cơ sở Naphtalen sunphonat foocmandehit (NSF) do Nhật bản tổng hợp đầu tiên năm 1964 và Melamin foocmanđehit sunfonat (MSF) do Cộng hòa liên bang Đức chế tạo năm 1972, hơn hai mươi năm nay do sử dụng phụ gia siêu dẻo 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 dẻo 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 triển các loại phụ gia polyme để 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 60 của thế kỷ 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 1971, 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 1977 Viện KHKT Xây dựng nghiên cứu chế tạo phụ gia hóa dẻo

từ dịch kiềm đen của nhà máy giấy, sản phẩm ở dạng bột, dẻo, lỏng với tên thương phẩm là LHD (K,D,L) Tiếp đó nghiên cứu phụ gia hóa dẻo LK-1 trên

cơ sở biến tính dịch kiềm đen và phụ gia siêu dẻo COSU nhằm nâng cao cường độ và khả năngchống thấm của bê tông Các loại phụ gia trên được sử dụng rộng rãi vào các công trình xây dựng

Tháng 4/1996 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, tỉnh Bình Dương với 100% vốn nước ngoài (Thụy Sĩ)

Tháng 6/1996 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 100% vốn nước ngoài là 4,7 triệu USD có công suất 15.400 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 dẻo – giảm nước, chất tăng dẻo – giữ 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 lý hóa học: Chóng đóng băng và chông nứt nẻ do đóng băng, kỵ nước bên trong, sản phẩm bảo dưỡng

Theo tiêu chuẩn Liên xô (Nga) thì chia làm 3 loại phụ gia: Phụ gia khoáng, phụ gia tạo bọt, phụ gia hóa học Phụ gia hóa học được chia làm 9 nhóm

Tiêu chuẩn ASTM C494-86 quy định 7 loại phụ gia hóa học và 4 loại phụ gia khoán cho bê tông: Giảm nước, chậm đông kết, đóng rắn nhanh, hóa dẻo chậm động kết, hóa dẻo đóng rắn nhanh, siêu dẻo, siêu dẻo chậm đông kết Tiêu chuẩn Mỹ ACI 212 quy định về 14 loại phụ gia

- 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 chỉ đáp ứng cho việc đổ 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 để khai thác tối đa ưu điểm của nó như giảm nước để 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 ĐỘ CỦA BÊ TÔNG

2.1.1 Khái niệm

- 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 để 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 tuổi quy định

- Trong kết cấu xây dựng, bê tông có thể 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 chỉ bằng 1/5 ÷ 1/10 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 Để 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 phổ biến Ngoài ra có thể dùng các phương pháp gián tiếp: Siêu âm, ép lõm viên bi trên bề mặt bê tông, …, và có thể thực hiện trên kết cấu

2.1.2 Cường độ chịu nén của bê tông (R n )

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

- Mẫu đúc từ hỗn hợp bê tông có hình dáng là khối vuông cạnh a (a = 100; 150; 200mm), khối hình trụ có đáy vuông hoặc tròn

Hình 2.1 Mẫu để thí nghiệm cường độ nén

Với khối trụ tròn thường có diện tích đáy A = 200 cm2; chiều cao h = 2D

= 320 mm Khi khoan mẫu từ kết cấu có sẵn thường lấy mẫu trụ tròn có đường kính D = 50 ÷ 150 mm; chiều cao h = (1÷1,5)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

Đơn vị tính của R thường dùng là MPa (Meega Pascan) hoặc kG/cm2 1MPa = 106Pa = 106N/m2 = N/mm2 = 9,81 kG/cm2

Bê tông thông thường có R = 5 ÷ 30 MPa Bê tông có R > 40MPa 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 thể 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 đỉnh như trên Hình 2.2b Nếu bôi trơn mặt tiếp xúc để 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 mẫ u thử khối vuông

1 – mẫu; 2 – bàn máy nén; 3 – ma sát; 4 – bê tông bị ép vụn; 5 – hình

tháp phá hoại; 6 – 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 Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ bê tông:

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 lý

- Độ cứng, độ sạch và tỉ 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

- Tỉ lệ nước – xi măng: Khi tỉ 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 đổ khuôn và điều kiện bảo dưỡng

b Tuổi bê tông (t ngày)

Tuổi của bê tông là thời gian t (tính bằng ngày) kể 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 thể 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 28 ngày đầu

Hình 2.3 Đồ thị tăng cường độ theo thời gian

Để biểu diễn sự tăng R theo t có thể dùng công thức thực nghiệm của B.G Xkramtaep theo quy luật logarit, dùng được khi t = 7 ÷ 300 ngày

Công thức viện nghiên cứu bê tông Mỹ ACI:

a, b: hệ số phụ thuộc vào loại xi măng Thông thường a= 4; b= 0,85, với

xi măng đông cứng nhanh a= 2,3; b= 0,92

Nếu dùng xi măng pudơlan thời gian tăng Rbđ là 90 ngày

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

độ có thể 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 kể

Dùng hơi nước nóng để bảo dưỡng bê tông cũng như dùng phụ gia tăng cường độ có thể 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 0.2MPa/giây thì cường độ đạt được là R Khi gia tải rất nhanh cường độ của bê tông có thể đạt được (1.15 ÷ 1.2)R, còn khi gia tải rất chậm cường độ chỉ đạt được (0.85 ÷ 0.9)R

Thí nghiệm nén một mẫu bê tông đến ứng suất vượt quá 0.9R (nhưng ≤ 0.95R) 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 0,2 MPa/giây

2.2 MÁC VÀ CẤP ĐỘ BỀN CỦA BÊ TÔNG

Để biểu 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 5574 – 1991 [9] Mác bê tông, kí hiệu bằng chữ M, là con số lấy bằng cường độ trung bình của mẫu thử chuẩn, tính theo đơn vị kG/cm2 Mẫu thử chuẩn là khối vuông cạnh a =

15cm, tuổi 28 ngày, được dưỡng hộ và thí nghiệm theo điều kiện chuẩn t0= 27± 20 C, độ ẩm không nhỏ hơn 95%

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

Ký hiệu: K (kG/cm2) K được lấy theo cường độ chịu kéo của mẫu thử tiêu chuẩn Bê tông nặng: K10, K15, K20, K25, K30, K40

Bê tông nhẹ: K10, K15, K20, K25, K30

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 để nước không thấm qua

Mác bê tông: T2, T4, T6, T8, T10, T12

2.2.2 Cấp độ bền chịu nén

Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép TCXDVN356 – 2005 [10] qui định phân biệt chất lượng bê tông theo cấp độ bền chịu nén, ký hiệu là B

Đó là con số lấy bằng cường độ đặc trưng của mẫu thử chuẩn, tính bằng đơn

vị MPa Mẫu thử chuẩn là khối vuông cạnh a = 15cm Theo TCXDVN356 –

2005 bê tông có các cấp độ bền B3.5; B5; B7.5; B10; B12.5; B15; B20; B25; B30; B35; B40; B45; B50; B55; B60

Như vậy tương quan giữa mac bê tông M và cấp độ bền B của cùng một loại bê tông thể hiện bằng biểu thức sau:

Trong đó: α – hệ số đổi đơn vị từ kG/cm2 sang MPa; lấy α = 0,1;

β – hệ số chuyển đổi từ cường độ trung bình sang cường độ đặc trưng, với υ = 0,135 thì β = (1-Sυ) = 0,778

2.3 BIẾN 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 dẻo), sự tăng biến dạng theo thời gian

2.3.1 Biến dạng do co ngót

Co ngót là hiện tượng bê tông giảm thể 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 tỉ đối do co ngót có thể đạt đến (3÷5)10-4

Sự co của mạng tinh thể 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 thể 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 tỉ lệ nước – xi măng, khi dùng cốt liệu có độ rỗng, 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

Để 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) Để 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

2.3.2 Biến dạng do tải trọng tác dụng ngắn hạn

Hình 2.4 Thí nghiệm và đồ thị ứng suất - biến dạng của bê tông

Làm thí nghiệm nén với mẫu hình trụ có chiều dài là l, diện tích tiết diện

A Tác dụng lên mẫu lực nén P, đo được độ co ngắn Δ Tính được biến dạng tỉ đối εb = ∆/l và ứng suất σb = P/A Với mỗi giá trị của lực P có được một cặp giá trị εb, σb và có được một điểm B của đồ thị (Hình 2.4) Thay đổi (tăng dần) lực nén P có được đồ thị quan hệ giữa εb và σb Kết quả thực nghiệm cho thấy đồ thị là một đường cong OBC Điểm C ứng với lúc mẫu bị phá hoại, lúc này

σb = Rlt là cường độ của mẫu thử hình trụ và εb đạt đến biến dạng cực hạn của

bê tông là εb*

Với mẫu hình trụ chịu nén đúng tâm εb* đạt giá trị trung bình khoảng 2x10-3 Trong các cấu kiện bê tông cốt thép chịu uốn, giá trị εb* ở mép chịu nén có thể đạt giá trị lớn hơn 3,5x10-3

Khi gia tải đến một mức độ nào đó (P, Δ) rồi giảm tải, mẫu sẽ khôi phục lại biến dạng nhưng không đạt đến kích thước ban đầu mà bị hụt một lượng

Δ2 Phần biến dạng hồi phục được Δ1 là biến dạng đàn hồi, phần Δ2 không phục hồi được là biến dạng dẻo

Tương ứng có biến dạng tỉ đối đàn hồi εel = Δ1/l và biến dạng dẻo εpl =

Δ2/l

Hình 2.5 Thí nghiệm và biểu đồ thể hiện biến dạng đàn hồi - dẻo của bê tông

=> εb = εel + εpl

Đặt ν = εel/ εb gọi là hệ số đàn hồi của bê tông

Khi σb còn bé, biến dạng chủ yếu là biến dạng đàn hồi, quan hệ σ – ε gần như đường thẳng, hệ số ν gần bằng 1 Với ứng suất lớn, biến dạng dẻo tăng

lên, hệ số ν giảm dần Ở giai đoạn phá hoại biến dạng dẻo chiếm phần lớn

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

Từ biến là hiện tượng biến dạng tăng theo thời gian

Thí nghiệm nén mẫu với lực P có biến dạng ban đầu là Δ Giữ cho lực P tác dụng trong thời gian lâu dài thì biến dạng còn tăng thêm một lượng Δc Ký hiệu εc = Δc/l và gọi là biến dạng từ biến, được thể hiện bằng đoạn BC trên Hình 2.6

Hình 2.6 Đồ thị biễu diễn từ biến của bê tông

Hình 2.6a thể hiện sự tăng biến dạng khi σb không đổi, tác dụng lâu dài Hình 2.6b thể hiện sự tăng biến dạng theo thời gian t

Khi ứng suất σb tương đối bé (chưa vượt quá 0.7R) thì từ biến là có giới hạn, đường cong BC ở Hình 2.6b có tiệm cận nằm ngang

Khi σb khá lớn (σb > 0.85R) thì từ biến phát triển không ngừng và dẫn đến mẫu thử bị phá hoại Đó là sự giảm cường độ của bê tông khi tải trọng tác dụng lâu dài

Từ biến phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Đặt r = σb/R là ứng suất tỉ đối Khi r tăng lên thì εtb tăng

- Tuổi của bê tông bắt đầu chịu tải càng lớn (bê tông càng già) thì từ biến giảm

- Trong môi trường ẩm ướt từ biến ít hơn trong môi trường khô

- Trong thành phần bê tông khi tỉ lệ nước – xi măng càng lớn và độ cứng cốt liệu càng bé thì từ biến tăng

- Mác xi măng: dùng mác xi măng cao từ biến giảm

- Phương pháp thi công tốt từ biến giảm

Có thể biểu diễn từ biến qua các chỉ tiêu sau :

Đặc trưng từ biến: φ = εc/εel, không thứ nguyên

Suất từ biến: C = εc/ σb có đơn vị MPa-1 (hoặc cm2/kG)

Cả 2 chỉ tiêu φ, C đều tăng theo thời gian

Khi thời gian khá dài φ và C đạt đến giới hạn φ0 và C0 Với bê tông nặng thông thường φ0 = 1,8 ÷ 3,5; suất từ biến Co có thể tham khảo bảng dưới đây:

2.4 MÔ ĐUN ĐÀN HỒI CỦA BÊ TÔNG

Khi chịu nén: Modun đàn hồi ban đầu của bê tông Eb được định nghĩa từ biểu thức: Eb = σb/ εel = tgα0, trong đó:

α0: góc lập bởi tiếp tuyến tại gốc tọa độ của biểu đồ σ – ε với trục ε

Eb phụ thuộc vào cấp độ bền và loại bê tông được cho ở phụ lục 1 của Giáo trình vật liệu xây dựng

Modun đàn hồi dẻo Eb' (modun biến dạng) được định nghĩa theo biểu thức: Eb' = σb/ εb = tgα

α – góc lập bởi các tuyến OB của biểu đồ σ – ε với trục ε (Hình 2.9b)

Ta có εel = νεb rút ra quan hệ giữa Eb và Eb':

Eb = νEb'

ν – là hệ số đàn hồi

Khi chịu kéo:

Modun đàn hồi của bê tông khi chịu kéo giống như khi chịu nén

Modun đàn hồi dẻo khi kéo có giá trị là: Ebt = νtEb, trong đó νt là hệ số

đàn hồi khi kéo Thí nghiệm cho biết khi ứng suất kéo của bê tông đạt đến cường độ chịu kéo Rt thì νt có giá trị trung bình là 0,5

Hệ số nở ngang (hệ số Poát xông) của bê tông µb lấy bằng 0,2 Modun chống cắt của bê tông Gb = Eb/2(1+0,2) ≈ 0,4Eb

2.5 KẾT LUẬN

Việc nghiên cứu những nội dung trên giúp chúng ta có cơ sở để xác định cường độ và mô đun đàn hồi của mẫu trụ tròn, từ đó đưa ra quy luật diễn biến quá trình phát triển cường độ và mô đun đàn hồi bê tông theo thời gian, đánh giá hiệu quả của việc sử dụng bê tông phụ gia Qua đó, đưa ra nhận xét về các kết cấu có thể ứng dụng bê tông phụ gia và đánh giá được hiệu quả kinh tế của phương pháp đem lại

CHUƠNG 3 THÍ NGHIỆM THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ

CỦA BÊ TÔNG KHI SỬ DỤNG PHỤ GIA

3.1 CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA VẬT LIỆU THÍ NGHIỆM

Vật liệu sử dụng trong thí nghiệm gồm:

- Xi măng Sông Gianh PCB40: Khối lượng riêng ρa=3.11 kG/m3;

- Cát mỏ Trà Khúc, TP.Quảng Ngãi: Khối lượng riêng ρa=2.631 kG/m3, khối lượng thể tích ρv=1.425 kG/m3;

- Đá dăm phong hóa 1x2 cm mỏ Bình Đông, Quảng Ngãi: Khối lượng riêng ρa=2.677 kG/m3, khối lượng thể tích ρv=1.439 kG/m3;

Bảng 3.1 Các chỉ tiêu yêu cầu kỹ thuật xi măng poóc lăng hỗn hợp

kỹ thuật

Phương pháp thử

3

Độ mịn, xác định theo:

TCVN 4030:2003

- Phần còn lại trên sàng kích thước