BÊ TÔNG CÁT – THIẾT KẾ THÀNH PHẦN VÀ CHẾ TẠO Sand Concrete - Proportional Design and Production

TCVN TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN XXXXX:2015 Xuất lần BÊ TÔNG CÁT – THIẾT KẾ THÀNH PHẦN VÀ CHẾ TẠO Sand Concrete - Proportional Design and Production HÀ NỘI – 2015 TCVN xxxxx: 2015 MỤC LỤC Lời nói đầu Phạm vi áp dụng Tài liệu viện dẫn Thuật ngữ định nghĩa Vật liệu chế tạo bê tông cát 4.1 Cốt liệu 4.2 Xi măng 4.3 Phụ gia khoáng 4.4 Các phụ gia hóa học 4.5 Nước Thiết kế thành phần bê tông cát 5.1 Các yêu cầu thiết kế 5.1.1 Cường độ chịu nén đặc trưng f c’ 5.1.2 Cường độ chịu nén trung bình yêu cầu fcr’ 5.1.3 Độ lệch chuẩn 5.1.4 Hệ số biến động 5.1.5 Tuổi thí nghiệm 5.1.6 Tính cơng tác .9 5.1.7 Các yêu cầu khác 10 5.2 Trình tự tính tốn thành phần bê tơng cát 10 5.2.1 Mối quan hệ thể tích rỗng v hỗn hợp cốt liệu độ trải dài cấp phối (d/D): 10 5.2.2 Tính toán lượng hạt mịn 10 5.2.3 Tính tốn độ rỗng lượng nước bê tông cát 11 5.2.4 Tính tốn hàm lượng cát 12 5.2.5 Đánh giá cường độ chịu nén bê tông cát 12 5.2.6 Mối quan hệ hạt mịn: ximăng, chất độn 13 5.2.7 Kết luận phương pháp thiế t kế thành phần 14 5.2.8 Các tính chất bê tơng cát phương pháp kiểm tra .14 Chế tạo, vận chuyển hoàn thiện 15 Đảm bảo chất lượng bê tông cát 15 7.1 Lấy mẫu 15 7.2 Các tiêu chuẩn kiểm tra 16 TCVN xxxxx: 2015 7.3 Phương pháp đánh giá 16 Phụ lục A 18 TCVN xxxxx: 2015 Lời nói đầu TCVN XXXXX:2015 Tổng cục Đường Việt biên soạn, Bộ Giao thông vận tải đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học Công nghệ công bố TCVN xxxx: 2015 TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN xxxx: 2015 Bê tông cát – Thiết kế thành phần chế tạo Sand Concrete - Proportional Design and Production Phạm vi áp dụng Tiêu chuẩn hướng dẫn việc lựa chọn vật liệu, thiết kế thành phần bê tơng cát Nó miêu tả tính chất đặc trưng bê tông cát tươi đ ông cứng, tính chất khác so với bê tông thường Tiêu chuẩn đưa với mục đích làm rõ điều kiện chế tạo để điều chỉnh tính chất tiêu chí cho phù hợp với bê tơng cát Tiêu chuẩn áp dụng bê tôn g cát phải thỏa mãn yêu cầu công trình, phận cơng trình cấu kiện có sử dụng bê tơng cát Tiêu chuẩn khơng hướng dẫn việc thi cơng cơng trình cấu kiện Tài liệu viện dẫn TCVN 10302 : 2014, Phụ gia hoạt tính tro bay dùng cho bê tông, vữa xây xi măng TCVN 8826 : 2011, Phụ gia hóa học cho bê tơng TCVN 8827 : 2011, Phụ gia k hống hoạt tính cao dùng cho bê tông vữa Silicafume tro trấu nghiền mịn ; TCVN 2682 : 2009, Xi măng Poóc lăng - Yêu cầu kỹ thuật; TCVN 6062 : 2009, Xi măng Poóc lăng hỗn hợp - Yêu cầu kỹ thuật ; TCVN 6882 : 2001, Phụ gia khoáng cho xi măng; TCVN 4030 : 2003, Xi măng – Phương pháp xác định độ mịn ; TCVN 4506 : 2012, Nước cho bê tông vữa – Yêu cầu kĩ thuật; TCVN 7570 : 2006, Cốt liệu cho bê tông vữa – Yêu cầu kĩ thuật; TCVN 7572 : 1÷20:2006, Cốt liệu cho bê tông vữa – phương pháp thử; TCVN 3105 : 1993, Hỗn hợp bê tông nặng bê tông nặng - Lấy mẫu, chế tạo bảo dưỡng mẫu thử; TCVN 3106 : 1993, Hỗn hợp bê tông nặng - Phương pháp thử độ sụt; TCVN xxxx: 2015 TCVN 9340 : 2012, Hỗn hợp bê tông trộn sẵn – Yêu cầu đánh giá chất lượng nghiệm thu ; NF P18-500, Béton de Sable ( Bê tông cát); ASTM C39: Compressive Strength of Cylindrical Concrete Specimens (Tiêu chuẩn thí nghiệm cườ ng độ nén mẫu bê tơng hình trụ) ; ASTM C78: Flexural Strength of Concrete (Using Simple Beam with Third-Point Loading): Cường độ kéo uốn bê tông (Sử dụng dầm uốn điểm) ; EN 206:2013, Béton – Performances, production, mis oeuvre et critères de conformité (Bê tơng - Tính năng, sản xuất, thi cơng tiêu chí phù hợp); EN 12620 : 2013, Aggregates for concrete (Cốt liệu cho bê tông); ASTM C33 : 2003, Standard Specification for concrete aggragates (tiêu chuẩn cốt liệu cho bê tông) Thuật ngữ định nghĩa 3.1 Bê tông cát (sand concrete) Bê tông cát loại bê tông hạt mịn hình thành cách nhào trộn cốt liệu nhỏ, xi măng, phụ gia khống, nước phụ gia hóa học (nếu có) 3.2 Các chất độn thêm (additions) Các chất độn thêm sử dụng tron g bê tông truyền thống sử dụng bê tông cát ; 3.3 Tỷ lệ cốt liệu (aggregate ratio) Tỷ lệ khối lượng Cốt liệu lớn/cốt liệu nhỏ phải nhỏ 0,7; Cho phép sử dụng cốt liệu có cấp phối liên tục với đường kính biến đổi từ mm đến 9,5 mm phải đảm bảo tỷ lệ khối lượng hạt lớn ,75 mm/ hạt nhỏ 4,75 mm nhỏ 0,7 ; 3.4 Bê tông cát phân biệt với bê tông thường thành phần cốt liệu: Bê tông cát sử dụng hàm lượng cát lớn kh ông dùng dùng cốt liệu lớn TCVN xxxx: 2015 Bê tông cát ph ân biệt với vữ a thành phần nó: Vữa có hàm lượng xi măng lớn khơng có chất kết dính phụ thêm, hết mục đích sử dụng: Bê tông cát sử dụng với mục đích để thay cho bê tơng truyền thống Vật liệu chế tạo bê tông cát 4.1 Cốt liệu Cốt liệu chế tạo bê tông cát phải đáp ứng tiêu chuẩn TCVN 7570 : 2006 Cát đáp ứng tiêu chuẩn TCVN 7570 : 2006 thêm điểm sau  Về cấp phối: Mô đun độ mịn cát sử dụng phải khác so với giá trị tiêu chuẩn ± 20%;  Hàm lượng lớn hạt nhỏ 0,075 mm cát dùng cho bê tông cát, đo điều kiện với đặc trưng theo tiêu chuẩn TCVN 7570 : 2006 lớn nên khoảng 20% 25% 4.2 Xi măng Xi măng lựa chọn theo tiêu chuẩn TCVN 2682: 2009, tiêu chuẩn TCVN 6260 : 2009 4.3 Phụ gia khống a) Phụ gia khống hoạt tính Các phụ gia khống hoạt tính sử dụng bê tông cát thường sản phẩm tiêu chuẩn hóa Tiêu chuẩn kĩ thu ật phụ gia khống hoạt tính liệt kê sau: Các phụ gia khống hoạt tính tiêu chuẩn sau sử dụng để thay phần chất kết dính xi măng:  Muội silic, tro trấu theo tiêu chuẩn TCVN 8827 : 2011,  Xỉ lò cao theo tiêu chuẩn TCVN 4315: 2007  Tro bay theo tiêu chuẩn TCVN 10302:2014  Chất độn bột đá vôi theo NF P 18 – 508; Việc sử dụng kết hợp phụ gia khống hoạt tính xi măng để tạo thành loại chất kết dính tương đương số điều kiện định nghĩa tiêu chuẩn TCVN 8827 : 2011 TCVN xxxx: 2015 b) Phụ gia khoáng trơ Một số loại hạt mịn khác cho thêm vào bê tơng nhằm thay đổi số tính chất đặc biệt bê tơng, đóng vai trị chất độn Nó dùng để  Thêm vào bê tông để đảm bảo mặt lượng (khơng có vai trị kết dính tương đương)  Các chất độn tiêu chuẩn mà không sử dụng để thay xi măng: ví dụ bột xỉ, bột đá  Các chất độn không theo tiêu chuẩn, có số lợi ích phương diện kĩ thuật dùng khơng dùng để thay phần xi măng Việc sử dụng cát có hàm lượng hạt mịn (các hạt có đường kính nhỏ 0,075 mm) nằm khoảng 12% đến 20% (Xem 5.1) Độ mịn hạt đo theo tiêu chuẩn dành cho loại hạt sử dụng Khi chúng đo theo phương pháp Blaine (TCVN 4030 : 2003) kết có độ xác ±40m2/kg giá trị trung bình đảm bảo nhà sản xuất Các chất độn khác (sợi, chất tạo màu ) cho phép sử dụng bê tông thông thường theo quy định nhà sản xuất 4.4 Các phụ gia hóa học Các phụ gia hóa học khơng chứa Clorua phép cho vào bê tông cát chúng tuân theo tiêu chuẩn TCVN 8826 : 2011 Các loại phụ gia chứa Clorua sử dụng phải tuân thủ hàm lượng Clorua tối đa 4.5 Nước Nước nhào trộn cho bê tông phải tuân theo tiêu chuẩnTCVN 4506:2012 Thiết kế thành phần bê tông cát 5.1 Các yêu cầu thiết kế 5.1.1 Cường độ chịu nén đặc trưng fc’ Cường độ chịu nén đặc trưng bê tơng cường độ cao kí liệu f c’, đơn vị MPa Khi xác định độ lệch chuẩn bê tơng quan hệ cường độ chịu nén trung bình cường độ chịu nén đặc trưng tính theo cơng thức (1): f’c= X - k.s (1) đó: TCVN xxxx: 2015 X : giá trị cườn g độ chịu nén trung bình kết thí nghiệm; s : Độ lệch chuẩn, MPa k: hệ số phụ thuộc vào xác suất yêu cầu kiểm tra chất lượng bê tông – biểu thị mức độ cho phép tỷ lệ % kết thấp cường độ chịu nén đặc trưng fc’ chọn theo bảng sau: Bảng - Giá trị hệ số k theo tỷ lệ phần trăm kết thấp f c’ Hệ số k Tỷ lệ % kết thí nghiệm thấp f c’ 1,28 10 1,64 1,96 2,5 2,33 5.1.2 Cường độ chịu nén trung bình yêu cầu fcr’ Cường độ chịu nén trung bình yêu cầu fcr’ thường dùng để lựa chọn thành phần bê tông ACI 318 cho phép thành phần hỗn hợp bê tông chọn kinh nghiệm thực tế mẻ trộn thử phịng thí nghiệm Để đạt cường độ chịu nén đặc trưng dự án, bê tơng cần phải tính tốn tỉ lệ cho cường độ chịu nén trung bình thực tế lớn cường độ chịu nén đặc trưng f’c giá trị đủ lớn để xác suất kết không đạt nhỏ Khi lựa chọn thành phần hỗn hợp bê tông cát dựa vào kinh nghiệm thực tế giá trị cường độ chịu nén trung bình yêu cầu f’cr lấy giá trị lớn công thức sau: f’cr = f’c + 1.34s (2) f’cr = 0.9f’c + 2.33s (3) đó: s độ lệch tiêu chuẩn, đơn vị MPa Bê tông cát sử dụng xác suất 100 thí nghiệm cường độ nén riêng lẻ nhỏ 90% so với cường độ đặc trưng Người thiết kế lựa chọn độ lệch chuẩn để đạt chất lượng bê tơng theo u cầu dự án Độ lệch chuẩn chọn khoảng 56 MPa Khi không xác định độ lệch chuẩn cường độ chịu nén trung bình yêu cầu tính theo cơng thức sau: TCVN xxxx: 2015 fcr’ =1,1fc’ + 4,8 MPa (4) 5.1.3 Độ lệch chuẩn Độ lệch chuẩn bê tơng kí hiệu s, xác định theo công thức sau: n (X s i 1 i  X )2 n 1 (5) đó: X : giá trị trung bình số học kết thử cường độ nén bê tông, MPa n X= X i 1 i (6) n Xi : giá trị kết thí nghiệm, MPa X i kết trung bình tổ mẫu gồm mẫu thí nghiệm); n: số kết thí nghiệm tối thiểu 30 Nếu số kết thí nghiệm cường độ chịu nén 15, 20, 25, 30 cần điều chỉnh độ lệch chuẩn với hệ số 1,16; 1,08; 1,03; 1,0 5.1.4 Hệ số biến động Hệ số biến động v, xác định theo công thức ( 7) v s  100 X (7) 5.1.5 Tuổi thí nghiệm Bê tơng cường cát thí nghiệm tuổi 7, 28, 56, 91 ngày năm Tuỳ theo yêu cầu công trình vật liệu chế tạo chọn tuổi bê tông cho thiết kế phù hợp kinh tế Việc lựa chọn tỉ lệ thành phần hỗn hợp bị ảnh hưởng tuổi thí nghiệm 5.1.6 Tính cơng tác Tính cơng tác đặc tính hỗn hợp bê tơng tươi để đảm bảo tính dễ đổ, làm đặc hồn thiện để khơng bị phân tầng Tính cơng tác đo độ sụt xác định côn tiêu chuẩn Abrams theoTCVN 3106 -1993 Đối với bê tơng cát có độ chảy cao nên dùng thêm việc đo độ chảy lan theo ASTM C1611 hỗn hợp bê tơng Để đảm bảo tính dễ đổ bơm bê tông độ chảy lan nên mức không nhỏ 500mm TCVN xxxx: 2015 5.1.7 Các yêu cầu khác Những yêu cầu kỹ thuật khác lựa chọn vật liệu tỉ lệ thành phần bao gồm: Mô đun đàn hồi; Cường độ chịu kéo uốn; Nhiệt t hủy hóa; Co ngót từ biến; Độ bền; Khả chống thấm; Thời gian ninh kết; Phương pháp đổ; Tính cơng tác Tuỳ theo u cầu dự án, thiết kế thành phần bê tông cần chọn nhóm yêu cầu cho phù hợp 5.2 Trình tự tính tốn thành phần bê tơng cát Thành phần bê tông cát thiết kế theo cường độ nén đặc trưng theo quy định dự án 5.2.1 Mối quan hệ thể tích rỗng v hỗn hợp cốt liệu độ trải dài cấp phối (d/D): v = vo(d/D)0.2 (8) Trong : d/D : Độ trải dài cấp phối vo : Hằng số thực nghiệm 0.70.8 D : Tương ứng với đường kính có lượng sót tích lũy 10% cốt liệu : Tương ứng với đường kính có lượng sót tích lũy 90% cốt liệu d 5.2.2 Tính tốn lượng hạt mịn Liều lượng hạt mịn coi lượng hạt có đường kính nhỏ 75 m, có ximăng, cát, chất độn chúng thoả mãn điện kiện kích thước phân biệt với cát có dải cấp phối từ 75 m đến D (D: đường kính lớn cát) tương tự ta coi chất độn mịn cốt liệu thoả mãn yêu cầu đường kính dải Khi xét độ trải dài cấp phối cát, độ rỗng tính theo: v = 0.75*(0.075/D)0.2 (% thể tích) (9) ta cần tìm thể tích tối ưu hạt mịn để lấp đầy lỗ rỗng Để đơn giản tính tốn, kí hiệu [hạt mịn] tổng thể tích hạt có đường kính nhỏ 75 m [v] thể tích lỗ rỗng cịn lại khung hạt kể cát hạt mịn (sau lấp p hần hạt mịn): [hạt mịn] = [v] (10) với [hạt mịn] + [v] = v Thể tích tối ưu hạt mịn tính sau : 10 TCVN xxxx: 2015 [hạt mịn] = 0.375 (0.075/D) 0.2 (% thể tích) (11) 5.2.3 Tính tốn độ rỗng lượng nước bê tông cát Rõ ràng loại bê tông chứa độ rỗng định tối ưu hoá Độ chặt tối ưu đạt cho độ rỗng nhỏ tính công tác đảm bảo - Giả thiết độ rỗng khung cốt liệu gồm thể tích nước [N] thể tích rỗng (vkk) Tuy hình thức giống công thức trên, công thức độ rỗng nhỏ theo lí thuyết bê tơng cát nhận dựa dải cấp phối (d/D) sau lấp đầy lỗ rỗng lượng bột mịn ta có: [[N]+vkk]min = 0.75(d1/D)0.2 d1/D độ trải dài cấp phối kể hạt mịn - Có hai trường hợp: (12) + Khi hỗn hợp có phụ gia siêu dẻo (có thể lỏng), hỗn hợp hồn tồn khơng kết tụ cá c thành phần hạt độc lập, d coi giá trị trung bình quy ước kích thước hạt thành phần nhỏ với d =  m Do biết tỉ diện bề mặt f thành phần khối lượng riêng nó, đường kính trung bình hạt (coi hạt hình cầu) tính: d1  60 f * B (mm) (13) Trong : f : Tỉ diện bề mặt (cm 2/g) B : Khối lượng riêng cuả hạt mịn (g/cm 3) + Khi hỗn hợp khơng có phụ gia hạt mịn dễ vón lại đường kính chúng tăng lên nhiều Trong thực tế để dễ đổ người ta thường tăng lượng nước, nhiên q trình thi cơng theo lượng khơng khí nên độ rỗng thực tế lớn [[N]+v kk]min, người ta nhận thấy tăng lượng nước lượng khơng khí vào ổn định, bê tơng cát lượng khí lớn bê tơng thường bê tơng cát có nhiều hạt nhỏ (lượng khơng khí vào lấy khoảng trừ 7%), mịn nên tỉ diện bề mặt lớn hay diện tích tiếp xúc với khơng khí lớn Để tính tốn lượng nước độ rỗng cịn lại, ta có cơng thức liên hệ lượng nước rỗng sau: vkk = k3.[N] (14) 11 TCVN xxxx: 2015 k3: Hệ số lấy khoảng 0.20 0.25 Như đánh giá lượng nước lỗ rỗng quan trọng liên quan đến tính cơng tác bê tơng Như thi cơng ta phải tăng nước để đảm bảo dễ đổ ổn định lượng khí vào 5.2.4 Tính tốn hàm lượng cát - Khi tính tốn cho 1m3 hỗn hợp phép tính đơn giản ta xác định lượng cát dễ dàng [cát] = 1- [hạt mịn] - [N] - vkk ( m3) (15) - Chú ý : + Trong trường hợp cát trạng thái bão hồ, bề mặt khơ (SSD) Đây điều kiện lí tư ởng để đảm bảo chất lượng cát tốt đủ cho thành phần bê tơng + Cát gồm tất hạt có đường kính lớn 75 m 5.2.5 Đánh giá cường độ chịu nén bê tông cát Cường độ chịu nén bê tông cát đo việc tham khảo phương pháp cổ điển, vai trò xi măng, cấu trúc khung xương cốt liệu, chất chất độn mịn hàm lượng thành phần hỗn hợp Trong trường hợp bê tông cát thiết kế hạt mịn hoạt tính tính cơng thức Feret mở rộng sau: fcr’ = K F R X ;  x ([ N ]  vkk ) (1  ) X (1  k1  k ) (15) Trong đó: KF : Hệ số cốt liệu (4.5 5) RX: Cường độ xi măng (MPa) [N]: tổng lượng nước (lít) vkk : Khơng khí vào (lít) X: lượng xi măng cho 1m bê tơng (kg) fcr’: cường độ trung bình u cầu sau 28 ngày, (MPa) k1: Hệ số puzơlan k2: Hệ số hoạt tính bột đá vơi với k1 = KCV CV FS ;  KFS X X 0.2< KCV