Bài giảng Vật liệu xây dựng: Chương 5 - TS. Vũ Quốc Hoàng

Bài giảng Vật liệu xây dựng: Chương 5 Bê tông, cung cấp cho người học những kiến thức như: Khái niệm và phân loại bê tông; nguyên liệu chế tạo; các tính chất của hỗn hợp bê tông; phương pháp Bolomey-Skramtaev. Mời các bạn cùng tham khảo!

CHƯƠNG V

BÊ TƠNG

 Bê tơng là một loại đá nhân tạo cĩ được bằng cách

1 Khái niệm và phân loại

1.1 Khái niệm

 Bê tơng là một loại đá nhân tạo cĩ được bằng cách

nhào trộn hỗp hợp gồm các nguyên vật liệu thành phần

gồm: chất kết dính, cốt liệu, nước theo một tỷ lệ thích

hợp, sau một thời gian thì đĩng rắn lại thành bê tơng.

 Bêtông là loai vật liệu xây dưng quan trong đươc sử

GV VŨ QUỐC HỒNG

 Betong la loại vật liệu xay dựng quan trọng, được sư

dụng rộng rãi trong xây dựng cơ bản nhờ những ưu

điểm sau :

.

 Cường độ chịu nén cao, Rn= (10>100)Mpa

 Công nghệ sản xuất cấu kiện bêtông có khả năng cơ

giới hóa, tự động hóa, làm tăng năng suất.

 Có thể chế tạo được những loại bêtông có cường độ,

hình dạng và tính chất khác nhau trên cùng hệ nguyên

liệu

Tuy nhiên, vật liệu bêtông vẫn còn những nhược điểm :

1.1 Khái niệm

 Khối lượng thể tích lớn, nặng (2.22.5) T/m3

 Cường độ chịu kéo thấp Rk= (1/101/15)Rn

1.2.2 Theo chất kết dính :

1.2 Phân loại :

-Bêtông ximăng : CKD là xi măng, chủ yếu là PC,PCB

-Bêtông silicat : CKD là vôi, cát nghiền mịn ở to,p cao

-Bêtông thạch cao : CKD là thạch cao

-Bêtông polymer : CKD là chất dẻo hóa học, phụ gia vô cơ

1.2.3 Theo công dụng :

-Bêtông công trình sử dung ở các kết cấu và công trình chịu lưc yêu

5

-Betong cong trình sư dụng ơ cac ket cau va cong trình chịu lực, yeu

cầu có cường độ thích hợp và tính chống biến dạng

-Bêtông công trình-cách nhiệt vừa yêu cầu chịu được tải trọng vừa

cách nhiệt, dùng ở các kết cấu bao che như tường ngòai, tấm mái

-Bêtông cách nhiệt yêu cầu cách nhiệt cho các kết cấu bao che có độ

dày không lớn

- Bêtông thủy công yêu cầu chịu lực, chống biến dạng, cần có

1.2 Phân loại :

độ đặc chắc cao, tính chống thấm và bền vững dưới tác dụng

xâm thực của nước

- Bêtông mặt đường cần có cường độ cao, tính chống mài mòn

lớn và chịu được sự biến đổi lớn về nhiệt độ và độ ẩm

- Bêtông chịu nhiệt: chịu được tác dụng lâu dài của nhiệt độ cao

trong quá trình sử dụng

- Bêtông bền hóa học: chịu được tác dụng xâm thực của các

6

dung dịch muối, axit, kiềm và hơi của các chất này mà không

bị phá hoại

- Bêtông trang trí: dùng trang trí bề mặt công trình, có màu sắc

yêu cầu và chịu được tác dụng thường xuyên của thời tiết

- Bêtông đặc biệt: dùng ở các công trình đặc biệt, hút được

bức xạ của tia γ hay bức xạ nơtrôn

2 NGUYÊN LIỆU CHẾ TẠO :

2.1 Ximăng :

Không nên sử dụng ximăng mác thấp để chế tạo bêtông

mác cao  lượng ximăng nhiều và không kinh tế

- Không nên sử dụng ximăng mác cao để chế tạo bêtông

mác thấp  lượng ximăng ít và không đủ để bao bọc các

hạt cốt liệu, lắp đầy các khoảng trống giữa các hạt cốt liệu.

- Loại xi măng : PC hoặc PCB theo TCVN 2682-87; xi măng

Portland pouzolane theo TCVN 4033-85; xi măng Portland

9

Portland pouzolane theo TCVN 4033 85; xi mang Portland

xỉ lò cao theo TCVN 4316-86 Loại và mác ximăng phải

thích hợp với điều kiện sử dụng và điều kiện môi trường

làm việc của bê tông, tính chất và vị trí của công trình xây

dựng và phải thích hợp với loại cốt liệu

Types of Portland Cement

III High early strengthIIIA High early strength, air-IIIA High early strength, airentraining

IV Low heat of hydration

V High sulfate resistance

2.1 Ximăng:

Từ đĩ, người ta đưa ra lượng xi măng quy định tối thiểu

(Kg/m3bê tơng):

• Hàm lượng xi măng tối thiểu để hỗn hợp bê tông

không bị phân tầng.

• Nếu lượng xi măng tính tốn mà nhỏ hơn lượng xi

măng tối thiểu thì lấy lượng xi măng tối thiểu để tính

- Chọn mác xi măng theo mác bêtông :

g ä ï

Các yêu cầu về nước:

2.2 Nước:

 Khơng được chứa các tạp chất cĩ ảnh hưởng đến quá trình

thủy hĩa và rắn chắc của xi măng như là các chất đường, dầu

mỡ, các chất béo, các axit, các muối

 Khơng nên sử dụng nước ở các đầm lầy, ao tù và nước than

 Nước cĩ chứa các muối cĩ thể sử dụng được với điều kiện

tổng hàm lượng muối khơng lớn hơn 2% (khối lượng)

 Nước dùng để dưỡng hộ và chế tạo bê tơng phải được phân

tích thành phần hĩa học

Nước dùng trong bê tông là nước được cấp từ hệ thống công

2.2 Nước:

cộng, cũng như các nguồn nước sinh hoạt khác

Trong các trường hợp khác, nước trộn bê tông cần được phân

tích và phải phù hợp với các quy định của tiêu chuẩn “ Nước

cho bê tông và vữa” – Yêu cầu kỹ thuật: TCVN 4506-87

 Người ta cĩ thể sử dụng phương pháp thí nghiệm nhanh để so

sánh kết quả:

Sau 28 ngày  thí nghiệm nén, so sánh kết quả

Rb28A = Rb28 B  nước đạt yêu cầu thi cơng

Rb28A > Rb28 B  dừng lại, chờ kết quả phân tích

Rb28A < Rb28 B  vơ lý

Nước dùng cho bê tông

15

2.3 Cốt liệu nhỏ : cát

– Cỡ hạt trung gian giữa cốt liệu lớn và hồ ximăng, từ

- Biển: đều hạt, độ rỗng tăng.

 Cát nhân tạo: xay nghiền đá tự nhiên.

2.3 Cốt liệu nhỏ : cát

2.3.1 Hàm lượng tạp chất có hại

Cát xây dưng Yêu cầu kỹ thuật TCVN 1770 86

- Bụi, bùn, setù, mica, sulfat [SO4]2-, tạp chất hữu cơ:

• Khơng lớn hơn 3% đối với cát tự nhiên.

• Khơng lớn hơn 5% đối với cát nhân tạo.

GV VŨ QUỐC HỒNG

- Cat xay dựng – Yeu cau ky thuật TCVN 1770-86

17

- Cấp phối hạt có nguyên liệu thành phần được liên tục.

2.3 Cốt liệu nhỏ : cát

2.3.2 Thành phần hạt, phạm vi cho phép của cát :

- Bộ sàng tiêu chuẩn : 5 ; 2,5 ; 1,25 ; 0,63 ; 0,315 ; 0,16mm.

18

–Lấy khoảng 2 kg cát, rồi sấy ở nhiệt độ 105C-110C đến khối lượng

2.3 Cốt liệu nhỏ : cát

2.3.2 Thành phần hạt, phạm vi cho phép của cát :

không đổi Sàng mẫu qua sàng có kích thước mắt sàng 5mm

–Đặt bộ sàng tiêu chuẩn chồng lên nhau theo thứ tự mắt sàng lớn ở

trên, mắt sàng nhỏ ở dưới Cân 1000g cát dưới sàng có kích thước mắt

sàng 5mm Sau đó, đổ mẫu cát vào (chiều dày lớp cát đổ vào mỗi

sàng không vượt quá kích thước của hạt lớn nhất nằm trong sàng);

–Nếu sàng bằng tay thì quá trình sàng được kết thúc khi nào sàng liên

tục trong 1 phút mà khối lượng các hạt lọt qua mỗi sàng không vượt

quá 0,1%, tổng khối lượng các hạt nằm trên sàng đó

–Khi sàng phải để cát chuyển động tự do trên các mắt lưới sàng, ta

không nên dùng tay xoa trên các mắt sàng

–Cân lượng cát còn lại trên từng sàng chính xác đến 0,1g

–Tiến hành tính toán các thành phần sau:

a) Tính lượng sót riêng biệt : ai(%) được tính bằng phần trăm (%)

2.3 Cốt liệu nhỏ : cát

2.3.2 Thành phần hạt, phạm vi cho phép của cát :

chính xác đến 0,1; theo công thức:

100 (%)

K

i i

G

g

Trong đĩ:

gi: khối lượng cát còn lại trên từng sàng thứ i, (g)

GK : khối lượng mẫu thử (g)

b) Tính lượng sót tích lũy: Ai(%) trên từng sàng thứ i là tổng lượng

2.3 Cốt liệu nhỏ : cát

2.3.2 Thành phần hạt, phạm vi cho phép của cát :

sót trên các sàng có kích thước mắt sàng lớn hơn nó và phần sót

trên bản thân nó Lượng sót tích luỹ được tính bằng phần trăm (%)

chính xác đến 0,1% theo công thức:

(%)

25 1 5

Trong đó:

Ai: Lượng sót tích luỹ trên sàng thứ i, tính bằng (%)

a2.5…ai: Lượng sót riêng trên các sàng có kích thước mắt

sàng từ 2.5 đến kích thước mắt sàng thứ i, tính bằng (%)

2.3 Cốt liệu nhỏ : cát

2.3.2 Thành phần hạt, phạm vi cho phép của cát :

c) Mô đun độ lớn của cát (M): có kích thước hạt lớn hơn 5 mm

Trong đó: là lượng sót tích luỹ trên các

sàng tương ứng ới các mắt sàng là 2 5; 1 25; 0 63; 0 315; 0 16 tính

được tính chính xác đến 0,1% theo công thức:

(%) 100

16 0 315 0 63 0 25 1 5

A

16 0 315 0 63 0 25 1 5

Phạm vi cho phép của cốt liệu nhỏ được xác định theo bảng sau :

0,16

THIẾT BỊ RÂY SÀNG CÁT

24

VD : thành phần hạt của cát dùng chế tạo Bêtông

Kích thước cỡ sàng(mm)Số liệu thí nghiệm

2.5 1.25 0.63 0.315 0.16 <0,16

Tổng cộng : 1000g Lượng lọt qua sàng 0,16mm: 23.1 g

Lượng sót riêng biệt(g) 60.6 116.2 261.3 395.9 142.9 23.1

Lượng sót riêng biệt(%) ai 6.06 11.62 26.13 39.59 14.29 2,31

Lượng sót tích lũy(%) Ai 6.06 17.68 43.81 83.40 97.69 100

25

Modun độ lớn :

Cát hạt trung bình

n6.06 17.68 43.81 83.40 97.69

0,16

- Có cỡ hạt: (5  70)mm.

2.4 Cốt liệu lớn : đá dăm, sỏi

- Là bộ khung chịu lực tổng quát trong bêtông.

- Sỏi: là vật liệu ở dạng hạt rời có sẳn trong thiên nhiên,

là loại đá trầm tích cơ học, có bề mặt nhẵn, ít góc cạnh,

nên cần ít nước, ít tốn xi măng, dễ trộn và dễ đầm, dễ

tạo hình.

27

- Đá dăm: được nghiền, sàng từ đá trầm tích, phun trào,

hoặc biến chất, nhiều góc cạnh, bề mặt nhám nên cần

nhiều nước, nhiều vữa ximăng khi nhào trộn.

- Đá dăm, sỏi, sỏi dăm dùng trong xây dựng - Yêu cầu kỹ

2.4.1 Lượng ngậm tạp chất có hại:

2.4 Cốt liệu lớn : đá dăm, sỏi

- Bụi, bùn, setù, tạp chất hữu cơ, muối sulfate, mica,…

2.4.2 Cường độ của cốt liệu lớn:

- Yêu cầu : RCL > RđáXM RCL Rb

- Mác đá dăm từ đá thiên nhiên yêu cầu cao hơn mác bêtông như

Cường độ đá dăm có thể xác định trực tiếp bằng thí nghiệm nén

mẫu có kích thước tiêu chuẩn gia công từ đá gốc sản xuất ra đá

dăm đó

Trong trường hợp không thể xác định trực tiếp cường độ đá dăm,

å

2.4 Cốt liệu lớn : đá dăm, sỏi

cuội, sỏi từ thí nghiệm cường độ đá gốc, có thể đánh giá qua chỉ tiêu

thí nghiệm về độ ép vỡ (Ev) Theo chỉ tiêu này, cốt liệu có độ ép vỡ

như sau:

 Ev – 8 thích hợp với bê tông mác lớn hay bằng 300

 Ev – 12 thích hợp với bê tông mác bằng 200 -300

 Ev – 16 thích hơp với bê tông mác nhỏ hơn 200

30

Ev 16 thích hợp vơi be tong mac nho hơn 200

2.4.3 Hình dáng hạt:

Hạt dăm và cuội sỏi có dạng hình dài và dẹt ảnh hưởng không

có lợi tới cường độ bê tông vì thế hàm lượng của chúng trong cốt liệu

lớn không được vượt quá 15% theo khối lượng

2.4 Cốt liệu lớn: đá dăm, sỏi

2.4.4 Thành phần hạt, phạm vi cho phép của đá:

–Bộ sàng tiêu chuẩn có lỗ sàng 32; 25; 20; 16; 12.5; 10; 5

á 10 k đ ù đ á kh đ á kh ái l kh đ åi đ å i đ á

–Lấy 10 kg đá đã sấy khô đến khối lượng không đổi, để nguội đến

nhiệt độ phòng

–Đặt bộ sàng tiêu chuẩn chồng lên nhau theo thứ tự mắt sàng lớn

nằm trên mắt sàng nhỏ nằm dưới Rồi lần lượt cho mẫu đã chuẩn

bị vào sàng

Nếu sàng bằng tay thì quá trình sàng đươc kết thúc khi nào sàng

GV VŨ QUỐC HỒNG

–Neu sang bang tay thì qua trình sang được ket thuc khi nao sang

liên tục trong một phút mà khối lượng các hạt lọt qua sàng không

vượt quá 0,1% tổng lượng các hạt nằm trong sàng đó Khi sàng

phải để các hạt nằm trên sàng đó chuyển động tự do

–Lần lượt cân từng lượng đá còn lại trên mỗi sàng

a) Tính lương sót riêng biệt : Lương sót lai trên mỗi sàng

2.4 Cốt liệu lớn: đá dăm, sỏi

2.4.4 Thành phần hạt, phạm vi cho phép của đá:

a) Tính lượng sot rieng biệt : Lượng sot lại tren moi sang

(ai), được tính theo công thức:

i

m a

b) Tính lương sót tích lũy: Ai(%) đươc tính theo công

2.4 Cốt liệu lớn: đá dăm, sỏi

2.4.4 Thành phần hạt, phạm vi cho phép của đá:

b) Tính lượng sot tích lũy: Ai(%) được tính theo cong

thức:

Ai= a32 + a25 + a20 + + ai (%)

Trong đó:

Ai: Lượng sót tích luỹ trên sàng thứ i, tính bằng (%)

a32…ai: Lượng sót riêng trên các sàng có kích thước mắt

sàng từ 32 đến kích thước mắt sàng thứ i, tính bằng (%)

2.4 Cốt liệu lớn: đá dăm, sỏi

2.4.4 Thành phần hạt, phạm vi cho phép của đá:

Đường kính của cốt liệu lớn đươc xácg ä ï

định bằng hai chỉ tiêu Dmaxvà Dmin:

 Dmax là đường kính lớn nhất

của cốt liệu tương ứng với cỡ sàng

tiêu chuẩn mà tại đó có lượng sót

tích lũy nhỏ hơn 10% và gần 10%

nhất

nhat

 Dmin là đường kính nhỏ nhất

của cốt liệu tương ứng với cỡ sàng

tiêu chuẩn mà tại đó có lượng sót

tích lũy lớn hơn 90% và gần 90%

nhất

Phạm vi cho phép của cốt liệu lớn được xác định theo bảng sau :

Cỡ sàng tiêu chuẩn (mm) Dmin 0.5(Dmax+Dmin) Dmax 1.25Dmax

BIỂU ĐỒ THÀNH PHẦN HẠT

5 0 10 0 15 0 20 0 25 0 30 0

Cỡ sàng (mm) 0

10 20 30 40 50 60

Dmin 1/2(Dmax+Dmin) Dmax 1.25Dmax

Kích thước mắt sàng (mm)

THIẾT BỊ RÂY SÀNG CỐT LIỆU LỚN

36

ASTM C 136 (AASHTO

T 27)

Sieve Analysis of Fine and Coarse

Số liệu thí nghiệm Kích thước cỡ sàng (mm)

Lượng sót riêng

biệt, mi(g) 0 1088 6691 5838 934 213 236

Lương sót riêng 0 7.25 44.61 38.92 6.23 1.42 1,57

Lượng sot rieng

biệt, ai (%) 0 7.25 44.61 38.92 6.23 1.42 1,57

Lượng sót tích lũy,

Ai (%) 0 7.25 51.86 90.78 97.01 98.43 100

Đường kính lớn nhất của đá : Dmax = 25 mm

Đường kính nhỏ nhất của đá : Dmin = 12.5 mm

á

39

Khối lượng đá đem rây sàng : 15000 g

Và :  max  min 

2

1

D

D 18.75(mm); 1.25Dmax  31.25 (mm)

Nhận xét: Cấp phối hạt của đá nằm trong phạm vi cho phép dùng để

chế tạo bêtông

BIỂU ĐỒ THÀNH PHẦN HẠT CỦA ĐÁ

2.5.1 Phụ gia khoáng hoạt tính: có thể tác dụng với Ca(OH)2 trong xi

2.5 Phụ gia :

măng hoặc vôi tạo nên những silicát bền vững và có cường độ

 Tự nhiên: tro núi lửa (puzzolan), đá bọt opal, diatomit, sét nung

 Nhân tạo: tro bay, xỉ lò cao, muội silic

2.5.2 Phụ gia nhét đầy không có hại, có hoạt tính không đáng kể,

được nghiền đến độ mịn như xi măng có tác dụng tăng tính dẻo và

sự dính kết của hỗn hợp, nhét đầy cấu trúc bê tông, nhờ đó có thể

giảm lượng dùng xi măng trong bê tông

C ù h át h i đươ ử d ù ù đ ë t ư k õ th ät đ t ti â

41

 Các chất phụ gia được sử dụng có các đặc trưng kỹ thuật đạt tiêu

chuẩn tiến hành Việc sử dụng phải phù hợp với hướng dẫn của

đơn vị chế tạo Chủng loại và phạm vi áp dụng phải được phê

duyệt Nếu không có các chứng chỉ kỹ thuật được phê duyệt thì chỉ

được sử dụng phụ gia sau khi đã tiến hành thí nghiệm trong phòng

thí nghiệm và được cơ quan có thẩm quyền cấp giấy phép sử dụng

42

Admixtures for concrete

3 CÁC TÍNH CHẤT CỦA HỖN HỢP BÊTÔNG VÀ BÊTÔNG :

-Biểu thị khả năng lắp đầy khuôn nhưng vẫn đảm bảo được độ đồng

h át ù á t ù đ à đ à

3.1 Các tính chất của hỗn hợp bêtông:

3.1.1 Tính dẻo của hỗn hợp bêtông :

nhat co cau truc đong đeu

-Độ dẻo của hỗn hợp bêtông dẻo (SN, cm), được xác định bằng độ

sụt của cône tiêu chuẩn Abrams, là đặc trưng thể hiện khả năng thi

công bê tông Bê tông tươi được phân thành 4 mức độ theo bảng sau:

Mức độ lưu động Độ sụt (cm) Sai số (cm)

43

-Hỗn hợp bêtông cứng: có [CLL] nhiều, nên khi tạo hình cần có năng

lượng tác dụng lớn Độ cứng (ĐC, giây) xác định bằng nhớt kế kỹ

thuật.

dẽo Rất dẻo

Lỏng

5-9 10-15

>16

±2

±3

±3

Độ sụt thích hợp cho các dạng kết cấu cơ bản, đầm rung bê tông

3.1 Các tính chất của hỗn hợp bêtông:

3.1.1 Tính dẻo của hỗn hợp bêtông :

bằng máy được ghi trên bảng

Tối đa Tối thiểu

Móng và tường móng bê tông cốt thép 9÷10 3÷4

Móng bê tông, giếng chìm, tường phần

3.1 Các tính chất của hỗn hợp bêtông:

3.1.1 Tính dẻo của hỗn hợp bêtông :

Dụng cụ thí nghiệm:

•Côn thử độ sụt theo bảng 1

•Thanh thép tròn trơn đường kính 16mm, dài 600mm, hai đầu múp

tròn

•Phễu đổ hỗn hợp

•Thước lá kim loại dài 30cm, độ chính xác 0,5cm

1 tay cầm; 2 thành khuôn; 3, gối đặt chân; 4 đường hàn

Loại côn Kích thước

•Lấy mẫu hỗn hơp bê tông để thử theo TCVN 3105 : 1990

3.1 Các tính chất của hỗn hợp bêtông:

3.1.1 Tính dẻo của hỗn hợp bêtông :

Lay mau hon hợp be tong đe thư theo TCVN 3105 : 1990

•Thể tích hỗn hợp bê tông cần lấy

+ 8 lit khi Dmax= 40mm,(dùng côn N1)

+ 24 lit khi Dmax= 70-100mm,(dùng côn N2)

•Làm vệ sinh thiết bị, dùng giẻ ướt lau các dụng cụ có tiếp xúc với

hỗn hợp bê tông trong quá trình thử

•Đặt côn lên nền ẩm, phẳng, không thấm nước Đứng lên gối đặt ë p g g g g ë

chân để giữ cho côn cố định trong quá trình đổ và đầm hỗn hợp bê

tông

•Đổ hỗn hợp bê tông vào trong côn thành 3 lớp Sau khi đổ xong từng

lớp dùng thanh thép tròn chọc đều trên mặt của hỗn hợp bê tông từ

xung quanh vào giữa

•Nếu dùng côn N1thì mỗi lớp chọc 25 cái, dùng côn N2thì mỗi lớp

3.1 Các tính chất của hỗn hợp bêtông:

3.1.1 Tính dẻo của hỗn hợp bêtông :

chọc 56 cái Lớp đầu chọc suốt chiều sâu, lớp sau chọc xuyên vào

lớp trước 2-3cm Lớp thứ 3 vừa chọc vừa cho thêm hỗn hợp bê tông

vào cho đến khi đầy

•Đo chênh lệch chiều cao giữa miệng côn và điểm cao nhất của

khối hỗn hợp chính xác đến 0,5cm

•Quá trình đổ hỗn hợp bê tông vào côn cho đến khi nhấc côn ra

é

không được ngắt quãng và không quá 150 giây

•Nếu khối hỗn hợp sau khi nhấc côn ra bị đổ hoặc tạo thành hình

khối khó đo thì phải thử lại

•Chọc xong lớp thứ 3, làm phẳng miệng côn và dọn sạch xung

quanh đáy côn Dùng tay ghì chặt côn rồi thả chân ra khỏi gối đặt

chân, từ từ nhấc côn thẳng đứng trong khoảng thời gian 5-10 giây

3.1 Các tính chất của hỗn hợp bêtông:

3.1.1 Tính dẻo của hỗn hợp bêtông :