GS.TS.Phạm Duy Hữu (Chủ biên) PGS.TS Nguyễn Ngọc Long TS Đ o Văn Đông THS Phạm Duy Anh Bê tông cờng độ cao v chất lợng cao H Nội, 2008 Môc lôc Trang Môc lôc …………………………………………………………… Lêi nãi đầu Chơng Các khái quát bê tông cờng độ cao v chất lợng cao ………………… VÒ bê tông cờng độ cao v bê tông chất lợng cao Định nghĩa bê tông cờng độ cao Phân loại bê tông cờng độ cao. Chơng Cấu trúc bê tông cờng ®é cao v chÊt l−ỵng cao .. Mở đầu Nguyên tắc phối hợp v công thức th nh phÇn ………… ……… CÊu tróc vữa xi măng 10 Cấu trúc bê tông cờng độ cao. 16 Các kết thực nghiệm cải tiến cấu trúc bê tông 16 Chơng Các tính chất bê tông cờng độ cao v chất lợng cao .……………… 18 Mở đầu 18 Cờng độ chịu nén bê tông cờng độ cao 18 Mô đun đ n hồi tĩnh . 26 Mô đun đ n hồi động 29 HƯ sè Poisson………………………………………………………… 29 C−êng ®é mái……………………………………………………… 30 Khối lợng đơn vị. 29 Các đặc tính nhiÖt…….………………………………………… 30 Co ngãt …………………………………………………………… 30 10 Tõ biÕn …………………………………………………………… 34 11 Sù dÝnh kÕt víi thÐp thơ ®éng……………………………………… 41 12 Các tính chất khác 42 13 Mô hình hoá để áp dụng cho ngời thiết kế kết cấu 42 14 Tính công tác 45 15 Bê tông giai đoạn mềm 47 16 Sù táa nhiệt đông kết 48 Chơng Thiết kế th nh phần bê tông cờng độ cao v chất lợng cao …………… 49 Mở đầu 49 Các yêu cầu thiết kế bê tông chất lợng cao liÖu …………… Lùa chän vËt liÖu ThiÕt kế hỗn hợp bê tông HPC Kết qu¶ thiÕt kÕ Kiểm tra chất lợng bê tông ThiÕt kế th nh phần bê tông CĐC với thí nghiệm vữa lỏng Chơng Độ bền bê tông CĐC v CLC Mở ®Çu…………………….……………………………………… TÝnh thÊm v tÝnh läc ……………… ……… Ph¶n øng cacbonat hãa…… ………… ……………… §é thÊm Clo Thö nghiệm độ thấm Clo bê tông chất lợng cao 60, 80MPa từ vật liệu Việt nam (Đại học GTVT) Chơng Nghiên cứu ứng dụng bê tông cờng độ cao v chất l−ỵng cao . Một số đặc tính đợc cải tiến bê tông CĐC v chất lợng cao Tổng quát ứng dụng bê tông cờng độ cao v chất lợng cao Lợi ích bê tông HPC` tăng khả chiu lực v tuổi thọ khai thác kết cấu xây dựng . Các thiết kế hiệu vỊ mỈt chi phÝ… .… Các đặc tính vật liệu Các ứng dụng bê tông chất lợng cao Nghiên cứu lựa chọn mặt cắt ngang hợp lý cầu sử dụng bê tông HPC Việt Nam Chơng Bê tông cốt sợi cờng độ cao Lịch sử phát triển Đặc điểm chung cốt sợi Tỷ lệ hỗn hợp – c«ng thøc cđa composit Công nghệ chế tạo Các đặc tính häc cđa cèt sỵi Đánh giá đặc tính bê tông đợc tăng cứng thép sợi Bê tông nhiều sợi composits T i liƯu tham kh¶o…………………………………………….……… Phơ lơc… ……… .……………………………………………… 50 53 62 76 76 77 82 82 82 88 89 92 96 96 97 100 100 101 103 114 124 124 124 128 130 130 136 137 140 142 Viện khoa học v công nghệ xây dựng giao thông Trờng đại học GTVT Huuphamduy@gmail.com Trong năm gần bê tông cờng độ cao v chất lợng cao đe đợc sử dụng công trình xây dựng cầu, đờng, nh v công trình thuỷ có quy mô lớn v yêu cầu độ bền khai thác đến 100 năm Cuốn sách n y giới thiệu kết nghiên cứu Việt Nam v giới bê tông cờng độ cao v chất lợng cao Cuốn giáo trình n y trình b y định nghĩa, cấu trúc, cờng độ, biến dạng, độ bền, phơng pháp thiết kế, khả ứng dụng bê tông cờng độ cao, bê tông chất lợng cao v bê tông cốt sợi xây dựng Sách đợc dùng l m t i liệu giảng dạy cho sinh viên, học viên cao häc, nghiªn cøu sinh v l m t i liƯu tham khảo cho kỹ s xây dựng v cán nghiên cứu Giáo trình gồm chơng nhóm tác giả trờng đại học GTVT biên soạn GS.TS Phạm Duy Hữu ` Chủ biên v viết chơng 1, 2, 4,5 PGS.TS Ngun Ngäc Long viÕt ch−¬ng TS Đ o Văn Đông viết chơng ThS Phạm Duy Anh viết chơng Các tác giả xin cảm ơn đóng góp ý kiến quý báu chuyên gia xây dựng v giao thông trình biên soạn sách n y Xin đặc biệt cảm ơn Trờng cầu đờng Paris v Trờng đại học Tokyo ®e cung cÊp nhiỊu cho chóng t«i nhiỊu t i liệu quý báu bê tông tiên tiến Cuốn sách đợc viết lần đầu mong nhận đợc ý kiến đóng góp ngời đọc Các tác giả Chơng Các khái quát bê tông cờng độ cao v chất lợng cao Các từ khóa: Bê tông cờng độ cao, chất lợng cao, cấu trúc, cờng độ, độ bền, ứng xử học, ứng dụng, phát triển Về bê tông cờng độ cao v chất lợng cao Bê tông l loại vật liệu chủ yếu kỷ 20 đợc chế tạo từ hỗn hợp vật liệu đợc lựa chọn hợp lý gồm th nh phần: Cốt liệu lớn (đá dăm sỏi), cốt liệu nhỏ (cát), chất kết dính (ximăng), nớc v phụ gia Cát v đá dăm l th nh phần vật liệu khoáng, đóng vai trò khung chịu lực Hỗn hợp xi măng v nớc (hồ ximăng) l th nh phần hoạt tính bê tông, bao bọc xung quanh cốt liệu, lấp đầy lỗ rỗng cốt liệu v hồ xi măng rắn chắc, dính kết cốt liệu th nh khối đá v đợc gọi l bê tông Các chất phụ gia phong phú v chúng l m tính chất bê tông trở nên đa dạng v đáp ứng đợc yêu cầu ng y c ng phát triển bê tông v kết cấu bê tông Ng y bê tông l loại vật liệu đợc sử dụng rộng rei xây dựng, xây dựng cầu, đờng Tỷ lệ sử dụng bê tông xây dựng nh chiếm khoảng 40%, xây dựng cầu đờng khoảng 15% tổng khối lợng bê tông Bê tông có cờng độ chịu nén cao, mô đun đ n hồi phù hợp với kết cấu bê tông cốt thép v bê tông cốt thép dự ứng lực Bê tông bền nớc v ổn định với tác động môi trờng Công nghệ bê tông ổn định ng y c ng phát triển Giá th nh bê tông hợp lý tận dụng đợc nguyên vật liệu địa phơng, kết cấu bê tông chiếm 60% kết cấu xây dựng Nhợc điểm bê tông l có cờng độ chịu kéo cha cao v khối lợng công trình bê tông cốt thép lớn Cờng độ chịu nén bê tông thờng đạt tối đa 50 MPa v ®é sơt tèi ®a cm Con đờng phát triển bê tông l cải tiến hệ thống cấu trúc, th nh phần, công nghệ cách sử dụng phụ gia, chất hỗ trợ công nghệ (bảo dỡng, trợ bơm ) v phơng pháp công nghệ để tìm bê tông chất lợng cao Các bê tông chất lợng cao phải đáp ứng yêu cầu cờng độ, độ bền, tính dễ đổ v tính kinh tế Những tính chất đợc cải tiến l m chất lợng hẳn bê tông truyền thống (cờng độ, biến dạng, dễ đổ ) Những tính chất đặc biệt n y tạo khả sáng tạo kết cấu xây dựng v công nghệ xây dựng Tổng quát hệ thống phát triÓn HPC sÏ bao gåm ba bé phËn l vËt liệu có tính mới, công nghệ tạo kết cấu Bê tông chất lợng cao bao gồm loại bê tông nh sau: ` Bê tông cờng độ cao siêu dẻo: l loại bê tông có th nh phần cốt liệu v xi măng truyền thống v phụ gia siêu dẻo Loại bê tông n y có tỷ lệ N/X khoảng 0,35` 0,40, độ sụt đạt đến 15 ` 20 cm, giữ đợc 60 phút Cờng độ đạt đến 70 MPa v có cờng độ sớm (R7 = 0,85R28) Đây l loại bê tông đợc sử dụng chủ yếu kết cấu cầu đờng Việt Nam ` Bê tông chất lợng cao (HPC): có sử dụng N/X gần đến 0,25, phụ gia siêu mịn l tro nhẹ muội silic siêu mịn Đây l loại bê tông có cờng độ chịu nén đến 80 100 MPa v có đặc tính vật lý v học đợc cải tiến dẫn ®Õn ®é bỊn cao v ti thä khai th¸c ®Õn 100 năm ` Bê tông siêu nhẹ: có cờng độ tơng tự nh bê tông thờng, khối lợng đơn vị thấp đến 0,8 g/cm3 ` Bê tông tự đầm: th nh phần cốt liệu lớn ít, tăng thêm chất bột v sử dụng phụ gia siêu dẻo đặc biệt Bê tông có khả tự đầm, trình thi công không cần sử dụng thiết bị đầm Loại bê tông n y cho phép thi công công trình có khối lợng lớn (20.000 m3 trở lên ) không cần bố trí mối nối, không cần đầm Sử dụng bê tông tự đầm tiết kiệm đợc nhân công, thời gian v không gây ồn ` Bê tông cốt sợi: th nh phần có thêm sợi (kim loại, polyme, sợi khác) Bê tông cốt sợi cải thiện độ dẻo bê tông, tăng cờng khả chống nứt cho bê tông trạng thái mềm v trạng thái chịu lực Bê tông HPC đợc phát triển giới từ năm 70 Từ năm 2000 HPC đe đợc nghiên cứu trờng đại học v Viện nghiên cứu Việt Nam Định nghĩa bê tông cờng độ cao v chất lợng cao 2.1 Định nghĩa bê tông chất lợng cao Bê tông chất lợng cao l hệ bê tông có thêm phẩm chất đợc cải thiện thể hiƯn sù tiÕn bé c«ng nghƯ vËt liƯu v kết cấu xây dựng Xét cờng độ chịu nén l bê tông cờng độ cao.(High Strength concrete), xét tổng thể tính gọi l bê tông chất lợng cao Bê tông chất lợng cao đợc gäi t¾t theo ng−êi Anh l HPC (High Performace concretes), theo ng−êi Ph¸p l BHP (BET0NS A HAUTE PERORMANCES ) Bê tông cờng độ cao (High Strength concrete) l loại bê tông có cờng độ chịu nén tuổi 28 ng y, lớn 60 MPa, với mẫu thử hình trụ cã D = 15 cm , H = 30cm C−êng ®é chÞu nÐn sau 24 giê ≥ 35 MPa , cờng độ chịu nén tuổi 28 ng y 60 MPa Mẫu thử đợc chế tạo, dỡng hộ, thử, theo tiêu chuẩn h nh Th nh phần bê tông cờng độ cao dùng không dùng muội silic dùng kết hợp với tro bay Khi sử dụng muội silic chất lợng bê tông đợc nâng cao Tiêu chuẩn Bắc Mỹ qui định bê tông cờng độ cao l loại bê tông có cờng độ chịu nén tuổi 28 ng y 42 MPa Theo CEB.FIP qui định bê tông chất lợng cao có cờng độ nén sau 28 ng y tối thiểu l 60 MPa v có tính vật lý v học cao Ng y trình độ kiến thức loại bê tông n y đe cho phép ứng dụng bê tông chất lợng cao công trình lớn, chủ yếu ba lĩnh vực: nh nhiều tầng, công trình biển v công trình giao thông (cầu, đờng, hầm)
GS.TS.Phạm Duy Hữu (Chủ biên) PGS.TS Nguyễn Ngọc Long TS Đ o Văn Đông THS Phạm Duy Anh Bê tông cờng độ cao v chất lợng cao H Nội, 2008 Môc lôc Trang Môc lôc …………………………………………………………… Lêi nãi đầu Chơng Các khái quát bê tông cờng độ cao v chất lợng cao ………………… VÒ bê tông cờng độ cao v bê tông chất lợng cao Định nghĩa bê tông cờng độ cao Phân loại bê tông cờng độ cao. Chơng Cấu trúc bê tông cờng ®é cao v chÊt l−ỵng cao .. Mở đầu Nguyên tắc phối hợp v công thức th nh phÇn ………… ……… CÊu tróc vữa xi măng 10 Cấu trúc bê tông cờng độ cao. 16 Các kết thực nghiệm cải tiến cấu trúc bê tông 16 Chơng Các tính chất bê tông cờng độ cao v chất lợng cao .……………… 18 Mở đầu 18 Cờng độ chịu nén bê tông cờng độ cao 18 Mô đun đ n hồi tĩnh . 26 Mô đun đ n hồi động 29 HƯ sè Poisson………………………………………………………… 29 C−êng ®é mái……………………………………………………… 30 Khối lợng đơn vị. 29 Các đặc tính nhiÖt…….………………………………………… 30 Co ngãt …………………………………………………………… 30 10 Tõ biÕn …………………………………………………………… 34 11 Sù dÝnh kÕt víi thÐp thơ ®éng……………………………………… 41 12 Các tính chất khác 42 13 Mô hình hoá để áp dụng cho ngời thiết kế kết cấu 42 14 Tính công tác 45 15 Bê tông giai đoạn mềm 47 16 Sù táa nhiệt đông kết 48 Chơng Thiết kế th nh phần bê tông cờng độ cao v chất lợng cao …………… 49 Mở đầu 49 Các yêu cầu thiết kế bê tông chất lợng cao liÖu …………… Lùa chän vËt liÖu ThiÕt kế hỗn hợp bê tông HPC Kết qu¶ thiÕt kÕ Kiểm tra chất lợng bê tông ThiÕt kế th nh phần bê tông CĐC với thí nghiệm vữa lỏng Chơng Độ bền bê tông CĐC v CLC Mở ®Çu…………………….……………………………………… TÝnh thÊm v tÝnh läc ……………… ……… Ph¶n øng cacbonat hãa…… ………… ……………… §é thÊm Clo Thö nghiệm độ thấm Clo bê tông chất lợng cao 60, 80MPa từ vật liệu Việt nam (Đại học GTVT) Chơng Nghiên cứu ứng dụng bê tông cờng độ cao v chất l−ỵng cao . Một số đặc tính đợc cải tiến bê tông CĐC v chất lợng cao Tổng quát ứng dụng bê tông cờng độ cao v chất lợng cao Lợi ích bê tông HPC` tăng khả chiu lực v tuổi thọ khai thác kết cấu xây dựng . Các thiết kế hiệu vỊ mỈt chi phÝ… .… Các đặc tính vật liệu Các ứng dụng bê tông chất lợng cao Nghiên cứu lựa chọn mặt cắt ngang hợp lý cầu sử dụng bê tông HPC Việt Nam Chơng Bê tông cốt sợi cờng độ cao Lịch sử phát triển Đặc điểm chung cốt sợi Tỷ lệ hỗn hợp – c«ng thøc cđa composit Công nghệ chế tạo Các đặc tính häc cđa cèt sỵi Đánh giá đặc tính bê tông đợc tăng cứng thép sợi Bê tông nhiều sợi composits T i liƯu tham kh¶o…………………………………………….……… Phơ lơc… ……… .……………………………………………… 50 53 62 76 76 77 82 82 82 88 89 92 96 96 97 100 100 101 103 114 124 124 124 128 130 130 136 137 140 142 Viện khoa học v công nghệ xây dựng giao thông Trờng đại học GTVT Huuphamduy@gmail.com Trong năm gần bê tông cờng độ cao v chất lợng cao đe đợc sử dụng công trình xây dựng cầu, đờng, nh v công trình thuỷ có quy mô lớn v yêu cầu độ bền khai thác đến 100 năm Cuốn sách n y giới thiệu kết nghiên cứu Việt Nam v giới bê tông cờng độ cao v chất lợng cao Cuốn giáo trình n y trình b y định nghĩa, cấu trúc, cờng độ, biến dạng, độ bền, phơng pháp thiết kế, khả ứng dụng bê tông cờng độ cao, bê tông chất lợng cao v bê tông cốt sợi xây dựng Sách đợc dùng l m t i liệu giảng dạy cho sinh viên, học viên cao häc, nghiªn cøu sinh v l m t i liƯu tham khảo cho kỹ s xây dựng v cán nghiên cứu Giáo trình gồm chơng nhóm tác giả trờng đại học GTVT biên soạn GS.TS Phạm Duy Hữu ` Chủ biên v viết chơng 1, 2, 4,5 PGS.TS Ngun Ngäc Long viÕt ch−¬ng TS Đ o Văn Đông viết chơng ThS Phạm Duy Anh viết chơng Các tác giả xin cảm ơn đóng góp ý kiến quý báu chuyên gia xây dựng v giao thông trình biên soạn sách n y Xin đặc biệt cảm ơn Trờng cầu đờng Paris v Trờng đại học Tokyo ®e cung cÊp nhiỊu cho chóng t«i nhiỊu t i liệu quý báu bê tông tiên tiến Cuốn sách đợc viết lần đầu mong nhận đợc ý kiến đóng góp ngời đọc Các tác giả Chơng Các khái quát bê tông cờng độ cao v chất lợng cao Các từ khóa: Bê tông cờng độ cao, chất lợng cao, cấu trúc, cờng độ, độ bền, ứng xử học, ứng dụng, phát triển Về bê tông cờng độ cao v chất lợng cao Bê tông l loại vật liệu chủ yếu kỷ 20 đợc chế tạo từ hỗn hợp vật liệu đợc lựa chọn hợp lý gồm th nh phần: Cốt liệu lớn (đá dăm sỏi), cốt liệu nhỏ (cát), chất kết dính (ximăng), nớc v phụ gia Cát v đá dăm l th nh phần vật liệu khoáng, đóng vai trò khung chịu lực Hỗn hợp xi măng v nớc (hồ ximăng) l th nh phần hoạt tính bê tông, bao bọc xung quanh cốt liệu, lấp đầy lỗ rỗng cốt liệu v hồ xi măng rắn chắc, dính kết cốt liệu th nh khối đá v đợc gọi l bê tông Các chất phụ gia phong phú v chúng l m tính chất bê tông trở nên đa dạng v đáp ứng đợc yêu cầu ng y c ng phát triển bê tông v kết cấu bê tông Ng y bê tông l loại vật liệu đợc sử dụng rộng rei xây dựng, xây dựng cầu, đờng Tỷ lệ sử dụng bê tông xây dựng nh chiếm khoảng 40%, xây dựng cầu đờng khoảng 15% tổng khối lợng bê tông Bê tông có cờng độ chịu nén cao, mô đun đ n hồi phù hợp với kết cấu bê tông cốt thép v bê tông cốt thép dự ứng lực Bê tông bền nớc v ổn định với tác động môi trờng Công nghệ bê tông ổn định ng y c ng phát triển Giá th nh bê tông hợp lý tận dụng đợc nguyên vật liệu địa phơng, kết cấu bê tông chiếm 60% kết cấu xây dựng Nhợc điểm bê tông l có cờng độ chịu kéo cha cao v khối lợng công trình bê tông cốt thép lớn Cờng độ chịu nén bê tông thờng đạt tối đa 50 MPa v ®é sơt tèi ®a cm Con đờng phát triển bê tông l cải tiến hệ thống cấu trúc, th nh phần, công nghệ cách sử dụng phụ gia, chất hỗ trợ công nghệ (bảo dỡng, trợ bơm ) v phơng pháp công nghệ để tìm bê tông chất lợng cao Các bê tông chất lợng cao phải đáp ứng yêu cầu cờng độ, độ bền, tính dễ đổ v tính kinh tế Những tính chất đợc cải tiến l m chất lợng hẳn bê tông truyền thống (cờng độ, biến dạng, dễ đổ ) Những tính chất đặc biệt n y tạo khả sáng tạo kết cấu xây dựng v công nghệ xây dựng Tổng quát hệ thống phát triÓn HPC sÏ bao gåm ba bé phËn l vËt liệu có tính mới, công nghệ tạo kết cấu Bê tông chất lợng cao bao gồm loại bê tông nh sau: ` Bê tông cờng độ cao siêu dẻo: l loại bê tông có th nh phần cốt liệu v xi măng truyền thống v phụ gia siêu dẻo Loại bê tông n y có tỷ lệ N/X khoảng 0,35` 0,40, độ sụt đạt đến 15 ` 20 cm, giữ đợc 60 phút Cờng độ đạt đến 70 MPa v có cờng độ sớm (R7 = 0,85R28) Đây l loại bê tông đợc sử dụng chủ yếu kết cấu cầu đờng Việt Nam ` Bê tông chất lợng cao (HPC): có sử dụng N/X gần đến 0,25, phụ gia siêu mịn l tro nhẹ muội silic siêu mịn Đây l loại bê tông có cờng độ chịu nén đến 80 100 MPa v có đặc tính vật lý v học đợc cải tiến dẫn ®Õn ®é bỊn cao v ti thä khai th¸c ®Õn 100 năm ` Bê tông siêu nhẹ: có cờng độ tơng tự nh bê tông thờng, khối lợng đơn vị thấp đến 0,8 g/cm3 ` Bê tông tự đầm: th nh phần cốt liệu lớn ít, tăng thêm chất bột v sử dụng phụ gia siêu dẻo đặc biệt Bê tông có khả tự đầm, trình thi công không cần sử dụng thiết bị đầm Loại bê tông n y cho phép thi công công trình có khối lợng lớn (20.000 m3 trở lên ) không cần bố trí mối nối, không cần đầm Sử dụng bê tông tự đầm tiết kiệm đợc nhân công, thời gian v không gây ồn ` Bê tông cốt sợi: th nh phần có thêm sợi (kim loại, polyme, sợi khác) Bê tông cốt sợi cải thiện độ dẻo bê tông, tăng cờng khả chống nứt cho bê tông trạng thái mềm v trạng thái chịu lực Bê tông HPC đợc phát triển giới từ năm 70 Từ năm 2000 HPC đe đợc nghiên cứu trờng đại học v Viện nghiên cứu Việt Nam Định nghĩa bê tông cờng độ cao v chất lợng cao 2.1 Định nghĩa bê tông chất lợng cao Bê tông chất lợng cao l hệ bê tông có thêm phẩm chất đợc cải thiện thể hiƯn sù tiÕn bé c«ng nghƯ vËt liƯu v kết cấu xây dựng Xét cờng độ chịu nén l bê tông cờng độ cao.(High Strength concrete), xét tổng thể tính gọi l bê tông chất lợng cao Bê tông chất lợng cao đợc gäi t¾t theo ng−êi Anh l HPC (High Performace concretes), theo ng−êi Ph¸p l BHP (BET0NS A HAUTE PERORMANCES ) Bê tông cờng độ cao (High Strength concrete) l loại bê tông có cờng độ chịu nén tuổi 28 ng y, lớn 60 MPa, với mẫu thử hình trụ cã D = 15 cm , H = 30cm C−êng ®é chÞu nÐn sau 24 giê ≥ 35 MPa , cờng độ chịu nén tuổi 28 ng y 60 MPa Mẫu thử đợc chế tạo, dỡng hộ, thử, theo tiêu chuẩn h nh Th nh phần bê tông cờng độ cao dùng không dùng muội silic dùng kết hợp với tro bay Khi sử dụng muội silic chất lợng bê tông đợc nâng cao Tiêu chuẩn Bắc Mỹ qui định bê tông cờng độ cao l loại bê tông có cờng độ chịu nén tuổi 28 ng y 42 MPa Theo CEB.FIP qui định bê tông chất lợng cao có cờng độ nén sau 28 ng y tối thiểu l 60 MPa v có tính vật lý v học cao Ng y trình độ kiến thức loại bê tông n y đe cho phép ứng dụng bê tông chất lợng cao công trình lớn, chủ yếu ba lĩnh vực: nh nhiều tầng, công trình biển v công trình giao thông (cầu, đờng, hầm) Các đặc tính học bê tông cờng độ cao cho phép ngời thiết kế sáng tạo loại kết cấu có chất lợng cao 2.2 Các nghiên cứu bê tông cờng độ cao v chất lợng cao Trong khoảng 15 năm gần sản phẩm bê tông có cờng độ ng y c ng cao hơn, đạt cờng độ từ 60 đến 140 MPa Đặc biệt bê tông cờng độ siêu cao (Ultra High Strength Concrete) với cờng độ lên đến 300MPa (40.000 psi) đe đợc chế tạo phòng thí nghiệm Bê tông cờng độ cao bắt đầu đợc sử dụng v o thập kỷ 70, loại bê tông có cờng độ chịu nén cao hẳn loại bê tông trớc ®ã ®−ỵc dïng l m cét mét sè to nh cao tầng Mỹ Các công trình ngo i biển từ bê tông chất lợng cao đe đợc xây dựng Na Uy Các công trình cầu đờng Pháp, Nga, Nhật Bản từ bê tông chất lợng cao đe đạt đợc th nh công bật Gần bê tông chất lợng cao đợc sử dụng rộng rei xây dựng cầu với nhiều đặc tính quan träng nh−: c−êng ®é cao, ®é bỊn cao , gióp tạo kết cấu nhịp lớn Hiện nay, bê tông với cờng độ 98 đến 112 MPa đe đợc sản xuất công nghiệp v đợc sử dụng ng nh công nghiệp xây dựng Mỹ, Nga, Na Uy, Pháp Các nớc nh Anh, Đức, Thuỵ Điển, Italia, Nhật Bản, Trung Quốc v Việt Nam đe bắt đầu áp dụng bê tông chất lợng cao xây dựng nh , cầu, đờng, thuỷ lợi Trong năm gần đây, đe có nhiều chơng trình tầm cỡ quốc gia nghiên cứu tính chất học bê tông HPC nhiều nớc giới Trong chơng trình nghiên cứu đáng ý gồm có: nghiên cứu Trung tâm khoa học kỹ thuật vật liệu xi măng chất lợng cao (ACBM Mỹ), Chơng trình nghiên cứu đờng ôtô (SHRP); Mạng lới trung tâm chuyên gia CANADA với Chơng trình bêtông tính cao; Hội đồng Ho ng gia Nauy với chơng trình nghiên cứu khoa học v công nghiệp bê tông; Chơng trình quốc gia Thuỵ Điển HPC; Chơng trình quốc gia Pháp tên l Những đờng cho bê tông; v Chơng trình bêtông Nhật Bản Các nghiên cứu bê tông chất lợng cao đe khẳng định việc sử dụng bê tông chất lợng cao cho phép tạo sản phẩm có tính kinh tế hơn, cung cấp khả giải đợc nhiều vấn đề kỹ thuật vừa đảm bảo hai yếu tố sử dụng bê tông chất lợng cao có u điểm sau: ` Giảm kích thớc cấu kiện, kết l tăng không gian sử dụng v giảm khối lợng bê tông sử dụng, kèm theo rút ngắn thời gian thi công; ` Giảm khối lợng thân v tĩnh tải phụ thêm l m giảm đợc kích thớc móng; ` Tăng chiều d i nhịp v giảm số lợng dầm với yêu cầu chịu tải; ` Giảm số lợng trụ đỡ v móng tăng chiều d i nhịp; ` Giảm chiều d y bản, giảm chiều cao dầm; Cần tiếp tục nghiên cứu cờng độ chịu kéo, cắt v biến dạng bê tông chất lợng cao điều kiện khí hậu Việt Nam Phân loại bê tông cờng độ cao v chất lợng cao Có thể phân loại bê tông chất lợng cao theo cờng độ, th nh phần vật liệu chế tạo v theo tính dễ đổ 3.1 Phân loại theo cờng độ nén Căn v o cờng độ nén ng y 28 mÉu h×nh trơ D =15 cm, H=30 cm cã thể chịa bê tông th nh loại sau: Bảng 1: Phân loại bê tông theo cờng độ chịu nén Cờng độ nén, MPa Loại bê tông Bê tông truyền thống Bê tông thờng Bê tông cờng độ cao Bê tông cờng độ cao 15 ữ 25 30 ữ 50 60 ữ 80 100 ữ 150 Bê tông truyền thống v bêtông thờng đợc áp dụng chủ yếu xây dựng cầu đờng Việt Nam Bêtông cờng độ cao đe đợc nghiên cứu v có đủ điều kiện để phát triển Việt Nam 3.2 Phân loại theo th nh phần vật liệu chế tạo ` Bêtông cờng độ cao không sử dụng muội silic: l loại bêtông không sử dụng silic siêu mịn, cần giảm tỷ lệ N/X v sử dụng chất siêu dẻo tăng tính công tác ` Bêtông chất lợng cao sử dụng muội silic: th nh phần có lợng muội silic từ (5 ữ 15) % so với lợng xi măng v chất siêu dẻo ` Bê tông chất lợng cao sử dụng tro bay: loại bê tông n y sử dụng tro bay với liều lợng từ (15 ữ 30) % so với lợng xi măng để tăng độ bền nớc, giảm nhiệt độ bê tông tơi v giảm giá th nh bê tông ` Bê tông chất lợng cao hỗn hợp: để đảm bảo chất lợng bê tông v giảm giá th nh sử dụng kết hợp tro bay v muội silic với liều lợng tối u ` Bê tông cờng độ cao cốt sợi: l bê tông cờng độ cao có muội silic nhng có th nh phần cốt sợi Cốt sợi l kim loại, sợi thủy tinh, sợi carbon loại sợi khác tùy theo yêu cầu tính v giá th nh Các loại bê tông đợc sử dụng kết cấu khác v cho tính khác Tuy nhiên, tính toán thiết kế kết cấu v thiết kế thi công có lu ý kh¸c Trong thùc tÕ c¸c quy lt vỊ bê tông chất lợng cao thờng đợc th nh lập sở quy luật bê tông cờng độ thấp Vì cần lu ý sử dụng công thức n y, cần thiết phải tiến h nh thử nghiệm thích hợp với vật liệu v phạm vi sử dụng Câu hỏi: Phân biệt bê tông thờng v bê tông cờng độ cao? Các khác biệt bê tông cờng độ cao v bê tông chất lợng cao? Phạm vi sử dụng loại bê tông trên? Chơng Th nh phần v cấu trúc Bê tông CHấT LƯợNG CAO Mở đầu Bêtông chất lợng cao (HPC) l loại bê tông Theo qui ớc bê tông HPC l bê tông có cờng độ nén 28 ng y > 60 MPa Bê tông HPC có th nh phần hỗn hợp cốt liệu v vữa chất kết dính đợc cải thiện cách dùng v i sản phẩm có phẩm chất đặc biệt nh chất siêu dẻo v muội silic khoáng siêu mịn khác Chơng n y trình b y cách tổng quan nguyên tắc phối hợp, logic công thức, cấu trúc bê tông HPC Nguyên tắc phối hợp v công thức th nh phần Trong thực tế bê tông cần có độ đặc cao, l đặc điểm cấu tạo bê tông kiến vật liệu bê tông l cố gắng tái tạo lại khối đá từ loại cốt liệu Độ đặc hỗn hợp nh đợc tạo nên đợc điều ho dải cấp phối nó, nghĩa l phụ thuộc độ lớn cực đại v cực tiểu cốt liƯu KÝch th−íc lín nhÊt cđa cèt liƯu lín kho¶ng 20 ` 25 mm Các hạt nhỏ đặc tính vật lý bề mặt gây nên vón tụ tự nhiên hạt xi măng Sự vón tụ hạt xi măng c ng chất lợng bê tông c ng cao Từ ý tởng nghiên cứu l sử dụng v i sản phẩm hữu để khôi phục xi măng lơ lửng nớc th nh phần hạt ban đầu bê tông (bao gåm tõ 1` 80 m) Sau ®ã cã thĨ l m cho tinh thể hỗn hợp d i cách thêm v o sản phẩm cực mịn, có phản ứng hoá học, tiến tới lấp đầy khe hỗn hợp hạt m xi măng không lọt đợc Việc áp dụng nguyên tắc đơn giản nêu cho phép đa công thức bê tông HPC Công thức th nh phần tổng quát bê tông HPC l : Đ = 1000 ` 1200 kg; C = 600 ` 700 kg; X = 400 `520 kg; MS = ` 15%; tû lÖ N/X = 0,22 ` 0,35; chất siêu dẻo từ 0,8 ` 2,0 lít/100 kg xi măng v phần chất l m chậm (Đ ` đá; X ` xi măng; C ` c¸t; N ` n−íc; MS ` mi silic) Các th nh phần truyền thống (cốt liệu, xi măng v n−íc) ph¶i cã phÈm chÊt tèt, cã sù lùa chọn chặt chẽ cần thiết muốn vợt qua cờng ®é trung b×nh ë 28 ng y l 100 MPa Ngo i sù gi¶m tû lƯ N/X m chuyển bê tông xi măng cờng độ cao (cờng độ nén từ 50 đến 100 MPa) sang bê tông cờng độ cao đến 300 MPa chất kết dính puzolan thay ximăng v tỷ lệ phần trăm chúng theo thể tích hỗn hợp Các Bảng 7.3 v 7.4 đa tỷ lệ hỗn hợp điển hình cho bêtông tăng cờng cốt sợi có khối lợng thờng v hỗn hợp bêtông cốt sợi tro bay Bảng 7.3 Tỷ lệ th nh phần bêtông cốt sợi Ximăng 550`950 lb/yd3 (320`560)Kg/m3 Tỷ lệ N/X 0.4 0.6 Phần trăm cốt liệu cát (50`100)% Cốt liệu lớn 3/8 in Lợng không khÝ (6`9)% L−ỵng sỵi 0.5`2.5% thÐp: 1% = 132 lb/yd3 thuû tinh: 1% = 42 lb/yd3 nylon: 1% = 19 lb/yd3 lb/yd3 = 0.5933 kg/m3 Bảng 7.4: Loại bêtông tro bay đợc tăng cờng cốt sợi Ximăng 490 lb/yd3 Tro bay 225 lb/yd3 Tû lÖ N/X 0.54 Ph n trăm cốt liệu cát 50% Đờng kính cốt liệu lớn nhÊt 3/8 in H m l−ỵng sỵi thÐp 1.5% Phơ gia khí Theo khuyến cáo nh sản xuất Phụ gia siêu dẻo Theo khuyến cáo nh sản xuất Độ sụt 5`6 in Công nghệ chế tạo Nh o trộn theo bớc đợc tổng hợp nh sau: Trộn phần sợi v cốt liệu trớc đổ v o máy trộn; Trộn cèt liƯu lín víi cèt liƯu nhá m¸y trén sau cho tiếp sợi trình trộn Cuối cùng, thêm đồng thời ximăng v nớc ximăng đợc cho v o sau cho n−íc v phơ gia; Thêm lợng sợi với lợng sợi đe đợc cho v o với th nh phần đe cho v o máy trộn trớc Thêm vật liệu chất kết dính lại v nớc; Tiếp tục trộn theo yêu cầu nh với kinh nghiệm thực tế bình thờng; Đổ bêtông cốt sợi v o ván khuôn Bêtông cốt sợi cần rung nhiều bêtông không cốt sợi Việc rung phía đợc thực cách cẩn thận 130 đợc chấp nhận, việc đầm rung mặt ngo i ván khuôn v bề mặt bêtông l thích hợp ngăn chặn đợc phân tầng cốt sợi Các đặc tính học cốt sợi 5.1 Khả chịu tải trọng gây nứt ban đầu Bêtông tăng cờng cốt sợi chịu uốn tham gia v o ứng sử biến dạng tuyến tính gồm phần nh đợc Hình 7.1 Điểm A biểu đồ tải trọng ` độ võng tải trọng gây nứt ban đầu v đợc xem nh cờng độ chống nứt ban đầu Thông thờng điểm A n y với mức độ tải trọng gây vết nứt phận không đợc tăng cờng cốt, đoạn OA biểu đồ l tơng tự v có độ dốc cho bêtông thờng v bêtông cốt sợi Khi đá ximăng bị nứt, tải trọng đặt v o đợc truyền cho cốt sợi v cốt sợi đóng vai trò l cầu nối v hạn chế việc mở rộng vết nứt Do sợi bị biến dạng nên c¸c vÕt nøt nhá tiÕp tơc ph¸t triĨn v c¸c vết nứt liên tục đá ximăng tiếp tục diễn tải trọng lớn đạt đến ®iĨm B biĨu ®å ®é t¶i träng Trong giai đoạn n y mát dính bám v kéo tuột v i loại sợi xảy Nhng cờng độ đứt hầu hết sợi cha đạt đến Tải trọng Độ võng Hình 7.1: Biểu đồ quan hệ tải trọng v độ võng bêtông cốt sợi Trong nhánh BC biểu đồ độ võng tải trọng, vết nứt đá ximăng v kéo tuột sợi tiếp tục diễn Nếu sợi đủ d i v trì đợc lực dính với gel xung quanh Chúng bị phá hoại đứt nứt phận sợi tuỳ thuộc v o kích thớc v khoảng chống sợi 131 Hình 7.2: Sợi thuỷ tinh (Viện bêtông Hoa Kỳ) 5.2 Chiều d i sợi tiêu chuẩn: Thông số chiều d i NÕu lc l chiỊu d i tiªu chn cđa mét sợi bị đứt v không bị kéo tuột vết nứt chia cắt sợi điểm đợc tính gần = [7.1] Trong đó: df ` đờng kính sợi; vb cờng độ dính bám bề mặt; f cờng độ sợi Bentur v Mindess đe phát triển mối quan hệ khả kéo đứt trung bình v cờng độ dính bám bề mặt với đá ximăng sợi theo chiều d i sợi tiêu chuẩn, v chứng minh cờng độ vật liệu tăng liên tục theo chiều d i sợi Sự tăng n y l đáng kể khả chịu kéo tuột đạt đến giá trị lớn sau giảm xuống cờng độ dính bám tăng vợt giá trị tiêu chuẩn Sự mát khả kéo tuột giảm đến giá trị khoảng l =10 mm hỗn hợp đá ximăng 5.3 Khoảng cách sợi tiêu chuẩn Khoảng cách sợi ảnh hởng đáng kể đến phát triển vết nứt đá ximăng Khoảng cách c ng gần tải trọng nứt ban đầu đá ximăng c ng cao Điều n y l sợi giảm hệ số nhậy cảm ứng suất v hệ số n y ảnh hởng đến xuất vết nứt Giải pháp đợc thực Romualdi v Batson để tăng cờng độ chịu kéo phần vữa cách tăng hệ số nhậy cảm ứng suất thông qua việc giảm khoảng cách sợi giống nh− l viƯc k×m hem vÕt nøt Romualdi v Batson mô tả ứng suất gây nứt kéo với khoảng cách sợi cho tỷ lệ phần trăm thể tích khác nhau, so sánh giá trị lý thuyết v thực nghiệm 132 tỷ lệ tải trọng gây nứt ban đầu v cờng độ chống nứt bêtông thờng (tỷ lệ cờng độ) Các tác giả đe chứng minh khoảng cách sợi c ng gần cờng độ c ng cao, cụ thể l cờng độ chịu kéo bêtông c ng cao, v tuỳ thuộc v o tính công tác thực tế v giới hạn chi phí giá th nh Một số nghiên cứu xác định khoảng cách sợi đe đợc tiến h nh Nếu s l khoảng cách sợi đợc tÝnh theo c«ng thøc: = 13.8 1.0 [7.2] ρ Trong đó: df ` đờng kính sợi; ` phần trăm sợi; Một công thức khác Mckee ®−a ra: =3 [7.3] ρ 5.4 Hư ng cIa sEi tăng cư-ng Hư7ng cUa sCi tăng cư*ng s‹ liên quan đTn tei trSng quyTt đ:nh tính hiJu que mà sCi đưCc đ:nh hư7ng m,t cách ng‰u nhiên có thP chMng lDi s`c căng theo hư7ng cUa ðiZu ñFng nghĩa v7i sf ñóng góp cUa cMt thép uMn lfc cot th•ng đ`ng d6m ñưCc cung c-p ñP chMng lDi `ng su-t kéo xiên nghiêng NTu chSn ng‰u nhiên, hJ sM hiJu que = 0,41l , nhiên có thP dao đ,ng giha 0,33l 0,65l g6n v7i bZ mnt cUa vKt m‰u trát bjng tay honc san bjng có thP làm thay ñRi hư7ng cUa th7 sCi 5.5 Tính ch t h?c cIa k t c u bê tông c(t sEi 5.5.1 Các y u t( Nnh hưOng Các thu,c tính hSc cUa bê tông cMt sCi ch:u enh hưOng cUa m,t sM yTu chU yTu là: LoDi sCi, cs thP ch-t liJu sCi hình dDng cUa nó; T‡ lJ cDnh l/df, cs thP t‡ lJ giha chiZu dài cUa th7 sCi/đư*ng kính; KhMi lưCng sCi tính theo khMi lưCng thP tích; Khoeng cách giha sCi s; ð, bZn cUa khMi vha honc bê tơng; Kích cŽ, hình dDng cUa ben m‰u Các sCi có enh hưOng đTn hiJu que cUa viJc chMng lfc uMn, cot, căng trfc tiTp lfc va chDm nên c6n phei ñánh giá m‰u kiPm tra liên quan đTn thơng sM 133 5.5.2 Cờng độ chịu nén Tỏc ủ,ng cUa sf tham gia cUa sCi tăng cư*ng ñMi v7i ñ, bZn nén cUa bê tơng dư*ng khơng đáng kP ThP hiJn O Hình 7.3 m‰u kiPm tra s| dsng sCi thép Tuy nhiên, ñ, d…o ñưCc tăng cư*ng m,t cách ñáng kP sf tăng thP tích t‡ lJ cUa sCi đưCc s| dsng Hình 7.4 7.5 cUa Fanella Naaman mơ te m,t xu hư7ng tương tf v7i ce t‡ lJ thP tích lên t7i 3% t‡ lJ bZ ngồi 47>100 Shah thP hiJn sf enh hưOng cUa viJc tăng hàm lưCng th7 sCi t7i ñ, d…o liên quan cUa c-u kiJn bê tơng cMt thép Hình 7.3: •nh hưOng cUa tu lJ cMt sCi ñTn cư*ng ñ, ch:u nén v7i bêtơng 90 MPa ð, d…o sM đo khe h-p ths lưCng th*i gian biTn dDng Nó có thP đưCc ư7c tính t] diJn tích bên dư7i ñF th: biTn dDng tei trSng Ch‡ sM ñ, d…o (TI) thP hiJn O Hsu ñưCc tính theo công th`c sau: TI = 1,421 RI + 1,035 [7.8] Trong đó: Rf > ch‡ sM cMt thép = Vf (l/df); Vf > t‡ lJ thP tích; l/df > hJ sM tu lJ kích thư7c 134 Hình 7.4: •nh hưOng cUa t‡ lJ thP tích cUa sCi thép đTn `ng su-t kéo đMi v7i bê tơng 9000 psi Hình 7.5: •nh hưOng cUa hJ sM l/df t7i cư*ng ñ, ch:u nén 5.5.3 Cư-ng đ/ ch;u kéo Khi thP tích cUa sCi tăng lên t] 0.25 ÷ 1.25 % cư*ng đ, ch:u kéo cUa bê tơng cMt sCi tăng lên đáng kP 5.5.4 Cư-ng ñ/ ch;u u(n Các sCi tăng cư*ng dư*ng tác ñ,ng ñTn ñ, l7n cUa cư*ng ñ, ch:u uMn cUa bê tơng Giai đoDn đ6u tiên giai ñoDn tei trSng gây n`t ñF th: ñ, võng tei trSng giai đoDn kiPm sốt th` giai ñoDn tei trSng cfc hDn Ce tei trSng gây n`t ñ6u tiên tei trSng ch:u uMn cfc hDn ñZu b: enh hưOng ch`c cUa sen ph†m tKp trung thP tích sCi p t‡ lJ bên ngồi l/df TKp trung th7 sCi 0,5% thP tích khMi vha t‡ lJ bên ngồi 50 dư*ng có enh hưOng 135 nh„ ñTn cư*ng ñ, ch:u uMn mnc dù chúng v‰n có thP có enh hưOng đTn đ, d…o cUa bê tơng ðMi v7i d6m kTt c-u cMt thép v7i bê tơng cMt thép thơng thư*ng ce bê tơng có thêm sCi, viJc thay đRi cơng th`c chu†n đMi v7i s`c ch:u mơ men danh đ:nh Mn= Asfy(d>a/2) phei đưCc tiTn hành đP tính tốn sf tương tác ma sát cot cUa th7 sCi ñP ngăn chnn vTt n`t l7n Gie thiTt tiêu chu†n cUa diJn tích bê tơng b: b„ qua vùng kéo ñưCc s|a ñRi ñP lfc ch:u kéo cân bjng Tfc ñưCc thêm vào mnt cot ðiZu làm di chuyPn trsc trung hòa xuMng phía dư7i, d‰n đTn s`c ch:u mơ men danh đ:nh cao Các kTt que nghiên c`u O trư*ng ðDi hSc giao thông vKn tei kTt c-u d6m bê tơng cMt sCi thép cho th-y cư*ng đ, ch:u kéo uMn tăng lên t] 15>20 % 5.5.5．ð/ b'n cAt Do sCi phân bM ng‰u nhiên khMi vha tăng cư*ng `ng su-t chU cUa d6m bêtông Williamson cho th-y s| dsng 1,66% sCi thép th•ng thay cho bàn ñDp, khe ch:u cot tăng lên 45% Khi s| dsng sCi thép v7i ñ6u biTn dDng O t‡ lJ thP tích 1,1%, khe ch:u cot tăng lên 45>67% d6m b: h„ng uMn S| dsng sCi ñ6u uMn cong làm tăng khe ch:u cot g6n 100% 5.5.6 Co ngót t3 bi n Khơng có tiTn triPn viJc làm co ngót t] biTn bê tơng xey cho thêm th7 sCi có l‹ có m,t sf giem nh” nhu c6u vZ vha dính h[n hCp th7 sCi ñưCc s| dsng Gãy n`t co ngót khơ nhân tM gi7i hDn có thP đưCc tăng nh” bOi vTt gãy n`t b: hDn chT phát sinh enh hưOng boc c6u cUa th7 sCi phân bM ng‰u nhiên 5.5.7 Kh¶ chịu tải trọng ủ/ng TrDng thỏi cUa cỏc c-u kiJn bê tơng cMt sCi ch:u tei trSng đ,ng dư*ng g-p 3>10 l6n bê tơng khơng có cMt thép Có thP th-y rjng tRng sM lưCng h-p ths bOi d6m bê tơng cMt sCi có thP g-p 40>100 l6n so v7i bê tơng khơng có cMt thép tùy thu,c vào loDi hình, hình dDng biTn dDn ph6n trm thP tớch cUa sCi Đánh giá đặc tính bê tông đợc tăng cứng thép sợi 6.1 Biểu đồ độ võng tơng ứng với tải trọng Đồ thị độ võng tơng ứng với tải trọng khác so với dạng đồ thị có kết từ thí nghiệm dầm bê tông nói chung có thêm đoạn BC H m lợng cốt sợi khác l m cho đoạn BC xuống lên 136 Hỡnh 7.6: MMi quan hJ `ng su-t –biTn dDng v7i biTn dDng gãy khoeng 0,45in/in 6.2 Độ bền dai Vùng nằm phía dới đồ thị độ võng theo tải trọng l đại luợng lợng đợc hấp thụ thí nghiệm Đại lợng n y có tên gọi l "độ bền dai" Trong trình phân tích tăng cứng thép sợi giá trị độ bền dai l vấn đề cần quan tâm cho biết đặc tính vết nứt vật liệu gây nên Từ trớc đến ng−êi ta vÉn cã thãi quen sư dơng nã ®Ĩ xác định cờng độ uốn cho loại vật liệu đợc tăng cứng nhờ thép sợi Đây l đại lợng để đo đặc tính vật liệu có vết nứt m không nói lên ®iỊu g× vỊ tÝnh chÊt cđa vÕt nøt Cã thĨ nhận thấy điều n y từ kết đợc minh hoạ vết nứt đạt đến tải trọng l nh tất thí nghiệm không bị ảnh hởng chất lợng hay tỷ lệ thép sợi Do đó, việc đánh giá loại thép sợi đợc tiến h nh cách so sánh phần lợng đợc hấp thụ (độ bền dai) bê tông bơm đạt tới độ võng 25mm Bêtơng nhi1u s2i composites 7.1 ð@c điUm chung Bê tơng cMt sCi đưCc thiTt kT ch`a tMi đa 2% sCi, s| dsng thiTt kT c-p phMi tương tf bM trí bê tơng khơng cMt sCi H[n hCp bê tơng nhiZu cMt sCi có thP ch`a t] 8>25% ThiTt kT h[n hCp ch-t liJu c-u thành vha có thP giMng v7i thành ph6n cUa bê tông cMt sCi honc không cMt sCi ch‡ dùng cMt liJu nh„ honc cát ñưCc s| dsng h[n hCp mà khơng có cMt liJu thơ đP đDt đưCc ñ, bZn ñ, d…o cao sen ph†m ñưCc mong đCi 137 Ngồi ra, nhhng năm 1980 cho th-y sf phát triPn cUa h[n hCp bê tông gSi bê tơng khơng có khuyTt tKt l7n (MDF) có cư*ng ñ, ch:u uMn mô ñun cao lên ñTn g6n 30.000 psi (~200 Mpa); xi măng DSP có kích cŽ hDt 0,5–m 1/20 cUa xi măng pooc lăng Hàm lưCng khí h[n hCp có thP ñưCc giem bjng cách thêm puzolan, mu,i silic v7i t‡ lJ khơng đáng kP V7i nhhng bư7c tiTn triPn này, ngày h[n hCp bêtông cMt sCi composite sau ñây ñang ñưCc nghiên c`u: Bê tông cMt sCi th-m hF xi măng (SIFCON) h[n hCp bê tông ch:u l|a (SIFCA) HJ thMng hDt nh„ kTt ñnc (DSP) H[n hCp composite nén chnt (CRC) H[n hCp gMc xi măng sCi bon Bê tông siêu bZn (RPC) Nhhng h[n hCp bêtơng có thP có cư*ng đ, nén vưCt 44.000 psi (300 Mpa) khe h-p thu lưCng, cs thP ñ, d…o có thP lên t7i 1000 l6n so v7i bê tơng khơng có cMt thép 7.2 Bê tơng c(t sEi th m hW xi măng (SIFCON) Do t‡ lJ sCi thép cao (8>25%), h[n hCp c-u kiJn kTt c-u ñưCc hình thành bjng rei th7 sCi ván khn honc lên móng Móng đưCc ch-t đ6y sCi đTn đ, cao quy đ:nh honc khn đưCc hình thành toàn b, honc ph6n v7i sCi, tùy thu,c vào yêu c6u cUa thiTt kT Sau sCi đưCc sop đnt l7p vha xi măng có đ, nh7t th-p đưCc rót honc bơm vào l7p móng rãnh th7 sCi honc ván khuôn, thâm nhKp vào khoeng trMng giha sCi T‡ lJ xi măng/tro bay/cát cs thP có thP thay đRi t] 90/10/0 đTn 30/20/50 theo khMi lưCng T‡ lJ nư7c/xi măng (W/C+FA) có thP t] 0,45 ñTn 0,20 tính theo khMi lưCng 7.3 HYn hEp xi măng MDF DSP Các hDt nh„ kTt ñnc (DSP) h[n hCp bêtông cMt sCi composites nén chnt (CRC) phs thu,c vào viJc thu ñưCc ñ, bZn siêu cao ph6n l7n loDi xi măng đóng chnt s| dsng cho h[n hCp gMc xi măng t‡ lJ thích hCp đP giem m,t cách đáng kP honc loDi b„ h6u hTt ch[ trMng ch-t tDo dính 7.4 HYn hEp g(c xi măng c(t sEi composite ðư*ng kính cUa chúng thay đRi t] 10>18˜m (0,0004>0,0007 in) chiZu dài thay ñRi t] 1/8 ñTn 1/2 in (3>12mm) H[n hCp có đ, bZn kéo 60>110 ksi (400>750 MPa) BOi chiZu dài nh„ đư*ng kính nh„ cUa sCi composite 138 nên t‡ lJ theo thP tích 0,5>3% 9.25 Khoeng cách giha th7 sCi x-p x‡ 0,004 in (0,1mm) O t‡ lJ sCi 3% Ch`c cUa chúng tương tf v7i ch`c cUa sCi thép ngăn chnn vTt gãy n`t to t] lúc m7i bot ñ6u phát triPn 7.5 Bê tơng siêu b'n Bê tơng siêu bZn có cư*ng ñ, ch:u nén t] 30.000>120.000 psi (200>800 MPa) LoDi cư*ng ñ, ch:u nén th-p ngày ñưCc s| dsng ñP xây dfng c-u kiJn kTt c-u LoDi cư*ng ñ, ch:u nén cao ñưCc s| dsng `ng dsng phi kTt c-u lát sàn, beo vJ kho ch`a ch-t thei hDt nhân Nhhng loDi ñưCc gSi bê tơng có đ, bZn siêu cao có ñ, d…o cao c6n thiTt cho `ng dsng hJ thMng kTt c-u ðnc điPm cUa nhhng loDi bê tông s| dsng bê tông b,t mà ñó cMt liJu cát truyZn thMng ñưCc thay thT bOi thDch anh đ-t kích cŽ dư7i 300–m Dư7i góc ñ, này, sf ñFng nh-t cUa h[n hCp ñưCc cei thiJn đáng kP phân bM kích cŽ loDi hDt ñưCc giem ñi bjng bKc chiZu dài M,t sf cei thiJn l7n khác thu,c tính cUa bê tơng đơng c`ng tăng giá tr: mơ ñun ñàn hFi cUa vha ñP giá tr: cUa có thP đDt x106 đTn 11 x 106 psi (55>75GPa) Richard Cheyrezy phát triPn đnc tính hSc sau cUa bê tơng RPC: Nâng cao tính đFng nh-t làm cho mơ đun đàn hFi tăng lên 11 x106 psi (75Gpa) Tăng mKt ñ, nén khơ cUa ch-t ron khơ Trong mu,i silíc v7i kích thư7c hDt nh„ 0,1>0,5 ˜m hàm lưCng h[n hCp tMi ưu 25% ximăng tính theo khMi lưCng Tăng khMi lưCng thP tích khơ bjng cách trì bê tơng tươi dư7i áp su-t O giai ñoDn m7i ñR ce th*i gian ñúc ðiZu d‰n đTn viJc loDi b„ bSt khí, nư7c thei giem m,t ph6n hao hst nhfa th*i gian kTt thúc ninh kTt Tăng cư*ng kTt c-u nh„ qua beo dưŽng nóng ngày O nhiJt ñ, 194oF (90oC) ñP ñ†y mDnh hoDt hóa cUa phen `ng puzolan cUa mu,i silíc d‰n đTn thu đưCc cư*ng ñ, ch:u nén 30% Tăng ñ, d…o bjng cách thêm m,t t‡ lJ thP tích thích hCp th7 sCi thép nh„ B3ng 7.5 Thành ph6n h[n hCp đnc tính hSc cUa bê tơng đ, bZn siêu cao (PRC) 139 (1) Xi măng porland, loDiV,kg/m3 Cát m:n (150>400–m), kg/m3 ThDch anh đ-t (4–m), kg/m3 Mu,i silíc (18 m2/g), kg/m3 Silíc kTt tUa (35m2/g), kg/m3 Ch-t siêu d…o, kg/m3 CMt sCi thép, kg/m3 TRng lưCng nư7c,m3 Cư*ng ñ, ch:u nén lăng trs, MPa Cư*ng ñ, ch:u uMn, MPa Năng lưCng phá hUy, (J/m2) Mơ đun Young, GPa Bê tông RPC 200 (2) 955 1051 > 229 10 13 191 153 170>230 25>60 15000>40000 54>60 Bê tông RPC 800 (3) 1000 500 390 230 > 18 630 180 490>680 45>102 1200>2000 65>75 Beng 7.5 trình bày kTt que nghiên c`u cUa Richard Cheyrezy ñưa t‡ lJ tr,n bê tông RPC loDi 200 loDi 800 Nó liJt kê nhhng đnc tính hSc cUa nhhng loDi bê tông này, Xi măng kháng sulfate loDi V ñã ñưCc s| dsng t-t ce h[n hCp Các loDi bê tông mô te O ph6n ñã thP hiJn ñưCc ñ, bZn, d…o hiJu su-t bê tông h[n hCp gMc bê tông thu đưCc s‹ tiTp tsc có đưCc tính Rn ñ:nh cao M,t ku nguyên m7i công nghJ vKt liJu xây dfng bot đ6u Nó h`a h”n m,t cu,c cách mDng lĩnh vfc mà O ñó hJ thMng xây dfng s‹ nRi lên O thT ku 21 Các cơng trình l7n c6n đưCc tiTn hành ñP tăng tính khe thi viJc áp dsng nhhng vKt liJu làm cho chúng có khe sinh lCi cao Ch‡ v7i tính đơn gien tính khe thi `ng dsng thu ñưCc sen ph†m cuMi , nhhng bư7c phát triPn khoa hSc cơng nghJ vKt liJu có thP nhKn đưCc sf ch-p nhKn trờn ton c6u Câu hỏi: Định nghĩa v phân loại bê tông cốt sợi? ứng xử cốt sợi bê tông? Bê tông cốt sợi thép? Các compuzit bê tông cốt sợi siêu cờng độ? 140 T i liệu tham khảo Tiêu chuẩn Việt Nam 7075`2006 Công nghệ bê tông v bê tông đặc biệt`GS.TS Phạm Duy Hữu`2005 Vật liệu mới`GS.TS ` Phạm Duy Hữu`2002 Giáo trình vật liệu xây dựng (tái bản)` Phạm Duy Hữu`2005 Sổ tay ACI thực h nh bê tông, phần Phạm Duy Hữu N/c bê tông cờng độ cao (Đề t i NCKH1999`Bộ GD&ĐT) Phạm Duy Hữu Bê tông HPC từ vật liệu Nam Bộ (Đề t i NCKH 2008`Bộ GD&ĐT) Thiết kế v Kiểm soát hỗn hợp bê tông, xuất lần thứ 13 Hiệp hội Xi măng Portland Cục Thi công Giao thông Bang v Tiêu chuẩn kỹ thuật Vật liệu Hoa Kú 10 Procecdings of the internation workshop onself compacting concrete>JSCT> Ozawoa> Tokyo 11 Procecdings of the cecond international symposium on self compacting concrete>Kazumasa u Masahiro 12 Carrasquilo, Ramon v Miller, Richard; " Định tỉ lệ hỗn hợp phần v 2" Ghi chÐp Tr−ng b y CÇu l m Bê tông Tính cao SHRP; New Hampshire DOT v FHWA, 9/1997 13 Hover, Kenneth: Sỉ ghi chÐp Kho¸ häc Thiết kế Hỗn hợp Xi măng Portland; FHWA 2000 14 AASHTO (2004), AASHTO LRFD ` Tiêu chuẩn thiết kế cầu, Xuất lần thứ 3, Hiệp hội Đờng cao tốc Hoa kỳ v Văn phòng Giao thông tải, Washington, D.C, tr.1450 15 Tadros, M.K., Huo, X., v Ma, Z (1999) "Thiết kế kết cấu cầu Bê tông Tính cao", "Bê tông Tính cao: Nghiên cứu để thực hDnh (SP`189), Viện Bê tông Mỹ, Farmington Hill,MI, tr.9`36 16 Stanton, J.F., Barr, P., v Eberhard, M.O (1999) "C¸c tính chất rầm cầu bê tông tính cao cờng độ cao, "Bê tông tính cao: Nghiên cứu để thực hDnh" (SP`189), Viện Bê tông Mỹ, Farmington Hills, MI, tr 71`92 141 17 Shehata, I.A.E.M., Shehata, L.C.D., v Garcia, S.L.G (2002), "Tăng cứng tối thiểu rầm bê tông cờng độ cao", "Bê tông cờng độ cao: Tính vD chất lợng kết cấu bê tông, Hội nghị quốc tế lần thứ 3, PE, Brazil (SP ` 207), Viện nghiên cứu Bê tông Hoa kỳ, Farmington Hills, MI, tr.279`295 18 Serra, G.G, v de`Campos, P.E.F (2002) "Bê tông Tính cao Đúc sẵn", Bê tông Tính cao: Hội nghị quốc tế lần thứ 3, PE, Brazil (SP ` 207), Viện nghiên cứu Bê tông Hoa kú, Farmington Hills, MI, tr.327 ` 338 19 Rangan, B.V (2002), "Mét sè tiªu chn cđa Australia ThiÕt kế kết cấu Bê tông", "Bê tông: Khoa học VËt liƯu øng dơng, Mét dù b¸o cđa Surendra P Shah(SP`206), Viện nghiên cứu Bê tông Hoa kỳ, Farmington Hills, MI, tr.123 ` 133 20 Ibrahim, H.H.H., v MacGregor,J.G (1997), "Sự thay đổi khối ứng suất bê tông hình chữ nhật theo ACI bê tông cờng độ cao" T¹p chÝ kÕt cÊu ACI, tËp 94, sè tr.40 ` 48 21 Frosch, R.J (2001), "KiĨm so¸t nøt uốn bê tông tăng cứng", Thiết kế vD thực hDnh thi công để giảm bớt trình nứt (SP`204), Viện nghiên cứu Bê tông Hoa kỳ, Farmington Hills, MI, tr.135 ` 153 22 Tạp chí cầu HPC, xuất số tháng Văn phòng Đờng cao tốc Liên bang v Hội đồng cầu bê tông quốc gia ph¸t h nh (http://www.cement.org/bridges/br_newsletter.asp) 23 Ghosh, S.K., Azizinamini, A.Stark, M.,v Roller, J.J., "Đặc tính liên kết tăng cứng Bê tông cờng độ cao", Tạp chí Kết cấu ACI, số tháng ` 10 nămm 1993 24 Tiªu chuÈn AASHTO 2005: 25 Malier` Les Betons a Hautes PerformancesK Paris`1992 26 PGS.TS Phạm Duy Hữu` ThS Nguyễn Long` Bê tông cờng độ caoV NXB XD `2004 27 Harry G.Harris and Gajanan M.Sabnis` Structutal Modeling and Experimental Techniques – USA`1999 28 Michael Thomas – Durability HPC – H Néi 2006 29 Tiªu chuÈn ACI 383R, ACI 318 30 Elkem Materials – Using silica Fume in various concrete structures – H Néi 5/3/2008 31 M.S Shetty V Concrete Technology – London 2003 142 Phơ lơc Chun tõ hƯ inchV pound inch(in ) inch(in ) foot (ft) square inch(sq.in.) square inch(sq.in.) Sang hƯ SI (hƯ mÐt) HƯ sè chun ®ỉi mm m m mm2 m2 25,4 0,0254 0,3048 645,2 0,0006452 143 square foot (sq.ft.) kip kip pound (lb) pound(lb) kip/ square inch(ksi) pound/ square foot (psf) pound/ square inch(psi) pound ton(200lb) tonne(t) kip/ linear foot(klf) pound/ linear foot(plf) pound/ linear foot(plf) inch – pound (in.`lb) foot`pound(ft.`lb) foot – kip (ft.` k) degree(deg F) Section modulus(in.3) Moment of innertia(in.4) Modulus of elasticity (psi) m2 N kgf N kgf MPa kPa kPa kg kg kg kg/m kg/m N/m N.m N.m N.m Celsius (C) mm3 mm4 MPa 144 0,0929 4448,0 453,6 4,448 0,4536 6,895 0,04788 6,895 0,4536 907,2 1.000 1488 1,488 14,593 0,1130 1,356 1356 tc=(tF ` 32)/1,8 16.387 416.231 0,006895