Bê tông là vật liệu đá nhân tạo do hỗn hợp của các chất kết dính vô cơ (xi măng, vôi silic, thạch cao…), nước và các hạt rời rạc của cát, sỏi, đá dăm (được gọi là cốt liệu) nhào trộn theo một tỉ lệ thích hợp rắn chắc lại mà thành. Cũng có thể dùng chất kết dính hữu cơ như bitum guđrông chế tạo nên bê tông atphan, BT pôlime. Trong bê tông ngoài các thành phần cơ bản trên (chất kết dính, nước, cốt liệu) có thể thêm những chất phụ gia nhằm cải thiện các tính chất của BT như tăng tính lưu động của hỗn hợp BT, giảm lượng dùng nước và XM, điều chỉnh thời gian ninh kết và rắn chắc, nâng cao tính chống thấm của BT…
PHẦN I: TỔNG QUAN CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Khái niệm bê tơng tình hình nghiên cứu chung bê tông nhẹ cường độ cao cốt hỗn hợp sợi phân tán: 1.1.1 Khái niệm bê tông: a) Định nghĩa: Bê tông vật liệu đá nhân tạo hỗn hợp chất kết dính vô (xi măng, vôi silic, thạch cao…), nước hạt rời rạc cát, sỏi, đá dăm (được gọi cốt liệu) nhào trộn theo tỉ lệ thích hợp rắn lại mà thành Cũng dùng chất kết dính hữu bitum guđrơng chế tạo nên bê tông atphan, BT pôlime Trong bê tông ngồi thành phần (chất kết dính, nước, cốt liệu) thêm chất phụ gia nhằm cải thiện tính chất BT tăng tính lưu động hỗn hợp BT, giảm lượng dùng nước XM, điều chỉnh thời gian ninh kết rắn chắc, nâng cao tính chống thấm BT… b) Phân loại: - Phân loại theo khối lượng thể tích Đây cách phân loại thường dùng khối lượng riêng thành phần tạo nên BT gần (đều khống chất vơ cơ) nên khối lượng thể tích BT phản ánh độ đặc Theo cách phân loại chia BT thành loại: Đặc biệt nặng: mv >2500 kg/m3, chế tạo cốt liệu đặc từ loại đá chứa quặng Bê tông ngăn tia X tia γ Bê tơng nặng: (cịn gọi bê tơng thường) mv = 1800-2500 kg/m3 chế tạo từ loại đá đặc loại đá chứa quặng Loại bê tông sử dụng phổ biến xây dựng dùng sản xuất cấu kiện chịu lực Bê tông nhẹ: mv = 500-1800 kg/m3, gồm bê tông chế tạo từ cốt liệu rỗng thiên nhiên, nhân tạo bê tông tổ ong không cốt liệu, chứa lượng lớn lỗ rỗng kín giống dạng tổ ong Bê tông đặc biệt nhẹ: Bê tông cách nhiệt có mv < 500 kg/m3 có cấu tạo tổ ong với mức độ rỗng lớn, chế tạo từ cốt liệu rỗng nhẹ có độ rỗng lớn (khơng có cát) - Phân loại theo chất kết dính dùng bê tơng Bê tơng xi măng: Chất kết dính xi măng chủ yếu xi măng Pooclăng dạng khác Bê tơng silicat: chế tạo từ nguyên liệu vôi cát silic nghiền, qua xử lý chưng hấp nhiệt độ áp suất cao Bê tơng thạch cao: chất kết dính thạch cao xi măng thạch cao Bê tơng xỉ: chất kết dính loại xỉ lị cao công nghiệp luyện thép xỉ nhiệt điện, khơng dùng clinker XM, phải qua xử lý nhiệt ẩm áp suất thường hay áp suất cao Bê tơng polime: chất kết dính chất dẻo hố học phụ gia vơ - Phân loại theo phạm vi sử dụng Bê tơng cơng trình: sử dụng kết cấu cơng trình chịu lực, u cầu có cường độ thích hợp tính chốpng biến dạng Bê tơng cơng trình cách nhiệt: vừa yêu cầu chịu tải tọng vừa cách nhiệt được, dùng kết cấu bao che tường ngoài, mái Bê tông cách nhiệt: bảo đảm yêu cầu cách nhiệt kết cấu bao che cóđộ dày khơng lớn Bê tơng thủ cơng: ngồi yêu cầu chịu lực chốn biến dạng, cần có độ đặc cao, tính chống thấm bền vững tác dụng xâm thực nước môi trường Bê tông làm đường: dùng làm lát mặt đường, đường băng sân bay…, loại bê tơng cần có cường độ cao, tính chống mài mịn lớn chịu biến đổi lớn nhiệt độ độ ẩm Bê tơng ổn định hố học: ngồi u cầu thoã mãn tiêu chuẩn kĩ thuật khác, cần chịu tác động xâm thực dung dịch muối, axit, kiềm chất mà không bị phá hoại hay giảm chất lượng sử dụng Bê tông chịu lửa: chịu tác dụng lâu dài nhiệt độ cao trình sử dụng Bê tơng trang trí: dùng trang trí bề mặt cơng trình, có màu sắc u cầu chịu tác dụng thường xuyên thời tiết Bê tông nặng chiụu xạ: dùng cơng trình đặc biệt, hút xạ tia γ hay xạ nơtron.[2] 1.1.2 Tình hình nghiên cứu bê tơng nhẹ cường độ cao cốt hỗn hợp sợi phân tán sỏi nhẹ: Bê tông nhẹ cường độ cao hỗn hợp sợi phân tán sỏi nhẹ loại BT kết hợp nhiều tính riêng loại BT khác BT tự chảy(SCC), BT cường độ cao chất lượng cao (HSC HPC)… Vì trước tiên ta tìm hiểu tình hình nghiên cứu chung loại BT thành phần a) BT tự chảy (tự lèn)(self-compacting concrete, SCC): Những thay đổi đáng kể gần mơi trường xây dựng địi hỏi kỹ thuật cải tiến cho sản xuất BT tính cao (HPC) với tính cơng tác tốt nhiều, cường độ cao bền lâu SCC, có khả cơng tác tốt chống phân tầng điền đầy khung BT cốt thép dày mà không cần phải đầm, phát triển cách 10 năm Động cho phát triển SCC vấn đề xã hội nảy sinh vào năm 1983 tính bền cấu trúc BT [33] Khái niệm SCC đề nghị Okamura vào năm 1986 hồn chỉnh vào năm 1988 Từ đó, nhiều khảo sát tiến hành BT ứng dụng cấu trúc cơng trình, chủ yếu dùng cơng ty xây dựng lớn Tính cơng tác yêu cầu để đổ BT phụ thuộc vào nhiều yếu tố, loại xây dựng, cách đổ BT lựa chọn phương pháp liên kết, hình dạng khung đổ BT mật độ cốt liệu Khi tăng mật độ cốt thép lên cần phải quan tâm đến BT có tính chảy cao Gần đây, khối lượng BT lớn sử dụng cơng trình xây dựng dân dụng Nhật Bản, thùng chứa khí hố lỏng khổng lồ hay khu neo tàu khổng lồ, cầu dây văng Akashi-Kaikyo dài đến km Những khu neo tàu chứa cốt thép dày đặc phức tạp cần đến gần 512,000 m3 SCC cho cơng trình BT tự lèn phát triển nhằm mục đích giảm công lao động đổ BT, cách loại trừ hay giảm dao động đầm để đạt liên kết chặt Vì tính chất để định nghĩa SCC tính cơng tác cao hàm chứa liên kết chặt tích chất khác BT đóng rắn Tính cơng tác SCC định nghĩa chất lượng dễ điền đầy số lượng đo dụng cụ đo tính lưu biến Phép thử phổ biến để đo tính cơng tác phép thử độ sụt cơn, đo độ x theo chiều ngang BT sau rút côn Hai dụng cụ đo tính lưu biến phổ biến nhất, để đánh giá chất lương công tác, yield stress độ nhớt dẻo BT có tính chảy cao khơng cần thiết phải tự lèn SCC khơng nên chảy nhờ trọng lực thân mà phải điền đầy hoàn toàn đạt liên kết đồng không phân tầng Một SCC dùng trường hợp mật độ cốt thép dày đầm rung động phải có khả chảy xun qua điền đầy hồn tồn Tính chất SCC gọi khả tự điền đầy Rất nhiều phép thử thiết kế để đo khả điền đầy BT không chọn làm tiêu chuẩn Phép thử phổ biến số phép thử chảy dùng ống chữ U Phép thử dùng để định hỗn hợp BT có đạt SCC khơng[33] Cửa trượt Chiều cao lớp đầy Thanh thép Hình 1.1 Ống chữ U thử độ chảy SCC b) Bê tông cường độ cao (HSC) bê tông chất lượng cao (HPC): - Bê tông cường độ cao (HSC): HSC bê tơng có giá trị cường độ nén cao 28 ngày tuổi Vì giới hạn cường độ nén đạt tuỳ thuộc vào trình độ khoa học kỹ thuật sản xuất xi măng, bê tông, loại phụ gia cho xi măng bê tông nên việc định nghĩa rõ ràng giá trị cường độ nén làm ranh giới phân định bê tông thường HSC khó Vào khoảng thập niên 50 kỷ XX, bê tông đạt giá trị cường độ nén 40MPa liệt vào loại bê tơng có Mác cao ngày giá trị kháng nén dễ đạt Trong Bảng 1.1 số liệu thống kê trung bình HSC sản xuất Mỹ theo thập niên khác kỷ XX Qua số liệu bảng, điều dễ nhận thấy 10 năm, trình độ khoa học công nghệ sản xuất HSC tăng lên đáng kể Bảng 1.1: Giá trị cường độ kháng nén trung bình HSC sản xuất Mỹ thập niên gần kỷ XX [11] Thập kỷ 50 Cường độ bình quân HSC (MPa) 60 34.5 41.5 - 51.5 70 80 & 90 62.5 110.3 Mặc dù công nghệ chế tạo HSC Mỹ tiến bước dài kết cấu xây dựng nước chủ yếu sử dụng HSC giá trị cường độ nén 40 MPa (trong Nhật giá trị từ 36-45 MPa).[11] Các tác giả Trần Chí Nguyên Lâm Giang dựa tài liệu chuyên ngành kết hợp với tình hình xây dựng Trung Quốc kiến nghị phân cấp bê tông theo cường độ kháng nén sau: [11] Bê tông thường < 30 MPa Bê tông cường độ cao vừa 30-40 MPa Bê tông cường độ cao 50-100 MPa Bê tông cường độ cao 100-150 MPa Bê tông cường độ đặc biệt cao > 150 MPa - Bê tông chất lượng cao (HPC): Theo [12], HPC loại bê tông thiết kế sản xuất phù hợp với tiêu chuẩn đánh giá nhằm vượt qua giới hạn bê tơng thường HPC cung cấp nhiều ích lợi thi cơng kết cấu bê tơng: Bảng 1.2: Các lợi ích đạt sử dụng HPC Ích lợi kỹ thuật Ích lợi giá thành chế tạo ích lợi khác • Dễ đổ khn đóng rắn mà khơng ảnh hưởng đến cường độ • Tiêu tốn vật liệu • Giảm tiết diện kết cấu • Các tính chất học kéo dài • Cường độ tuổi sớm ngày cao • Bền • Ổn định thể tích • Tuổi thọ sử dụng nhiều mơi trường • Giảm chi phí bảo trì • Chu kì tuổi thọ kéo dài • Tăng tính thẩm mỹ cao Để đánh giá HPC, người ta sử dụng nhiều tiêu chuẩn cường độ độ bền khác (xem Bảng 1.3)[11]: Bảng 1.3: Các tiêu chuẩn đánh giá HPC [11] Tiêu chuẩn cường độ Tiêu chuẩn độ bền Cường độ nén Đóng-tan băng Mơnđun đàn hồi Chống tiết vơi Co ngót Độ mài mịn Từ biến Xuyên thấm clo Theo định nghĩa SHRP C-205 [13] có loại HPC nghiên cứu phát triển Trong loại, giá trị cường độ nén tối thiểu thời gian đạt cường độ nén tối thiểu thời gian đạt cường độ nén quy định cụ thể Đặc biệt tỉ lệ N/CKD Được quy định giá trị thấp ( 200 MPa Và để thuận lợi việc phân loại loại bê tông này, tác giả thiết lập tiêu đánh giá thông qua cường độ nén, tỷ lệ N/CKD, phương pháp chế tạo…như Bảng 1.5: Bảng 1.5: Các tiêu phân loại bê tơng Các chí tiêu đánh giá Cường độ nén (MPa) Tỷ lệ N/CKD Phụ gia giảm nước Bê tông thường HSC Bê tông cường độ đặc biệt cao < 50 > 50 200 > 0.4 Khoảng 0.3 < 0.2 Không cần thiết Cần thiết Bắt buộc 11 Phụ gia khoáng Các loại sợi Phương pháp chế tạo Không cần thiết Tro bay, SF (có thể bổ silicafume(SF) sung chất … độn mịn) Có lợi Có lợi sử dụng sử dụng Theo phương Theo phương pháp thông pháp thông thường thường Bắt buộc Chế tạo bảo dưỡng nhiệt Sự dịch chuyển clo trạng thái cân 0.6 0.02 (x10-12m2/s) c) Bê tông cốt sợi (fiber reinforced concrete, FRC): Mặc dù gia cường cho mạng có tính dịn với sợi độc lập khái niệm cũ dùng sợi theo cách xuất từ năm 60 kỉ XX Ban đầu có sợi thẳng dùng Sau nhiều cải tiến áp dụng đê tăng cường tính dễ uốn tính dẻo dai gãy nứt, tăng cường độ chịu uốn nghiên cứu Quy luật hỗn hợp áp dụng để phân tích tham gia cốt sợi Shah Rangan thiết lập FRC mà thiết kế để thu tính dễ uốn hay tính hấp thu lượng FRC vật liệu composite có tính chất hoá học, vật lý học khác với BT thường Những tiến gần kỹ thuật đo thử, dụng cụ đo khả “ biên dịch” kết kiểm tra FRC giúp hiểu rõ ràng tính chất FRC Một tính chất học có ý nghĩa thực tiễn lơn khả hấp thu lượng lớn FRC Nhiều tính chất hữu dụng khác chống lan truyền vết nứt gãy, tính rèn được, chống va đập rung động, tính mỏi, chống đóngtan băng tính bền có liên quan trực tiếp hay gián tiếp tới khả hấp thu lượng composite FRC Đặc tính đáng tin cậy hấp thu 12 lượng cần thiết để đánh giá tính vật liệu, có tốt thiết kế ban đầu khơng Những phép thử tính uốn tĩnh sử dụng phổ biến để xác định giá trị dẻo dai đặc trưng đo khả hấp thụ lượng, đặc tính dẻo dai thu kết tiêu chuẩn phép thử tính dẻo dai Ngồi ra, ta dùng số phép thử sau để xác định tính chất FRC: thử co bị kéo căng, thử tính bền, thử va đập tính dẻo dai, thử cường độ sớm ngày tuổi, chống kéo sợi bịp lỗ thử va đập lên cấu trúc FRC thang đo lớn.[14] 1.2 TỔNG QUAN VỀ XI MĂNG 1.2.1 Những khái niệm bản: XMP sản phẩm nghiền mịn hỗn hợp gồm: clinker XMP với thạch cao, phụ gia công nghệ phụ gia khác (phụ gia đầy, phụ gia hoạt tính) Tổng hàm lượng phụ gia ≤ 15%, phụ gia đầy ≤ 10% XMP thuộc loại chất kết dính vơ đóng rắn nước đóng rắn bền nước Trong thành phần XMP chứa khoảng 70-80% khoáng silicat canxi khoảng 15% khoáng aluminat canxi cịn lại pha thuỷ tinh, khống phụ chứa kiềm dạng tồn khác vơi tự CaOtd, MgOtd,… [1] 1.2.2 Thành phần hố học clinker: Trong phối liệu sản xuất clinker XMP thông thường gồm có đá vơi canxi, đất sét loại phụ gia điều chỉnh hệ số quặng sắt, bơxít, Thành phần hóa học chủ yếu phối liệu gồm ơxit chính: CaO chủ yếu đá vôi cung cấp; SiO2, Al2O3 Fe2O3 đất sét cung cấp Nếu thiếu SiO2 hay Al2O3, Fe2O3 ta dùng nguyên liệu phụ gia điều chỉnh đất Pháp cổ chứa nhiều SiO2, quặng sắt chứa nhiều Fe2O3 bôxit chứa nhiều Al2O3 Nguyên liệu dùng để chuẩn bị phối liệu thường có lẫn tạp chất MgO đá vôi, R2O, TiO2 đất sét 13 ... thuật sản xuất xi măng, bê tông, loại phụ gia cho xi măng bê tông nên việc định nghĩa rõ ràng giá trị cường độ nén làm ranh giới phân định bê tông thường HSC khó Vào khoảng thập niên 50 kỷ XX, bê. .. bảng, điều dễ nhận thấy 10 năm, trình độ khoa học công nghệ sản xuất HSC tăng lên đáng kể Bảng 1.1: Giá trị cường độ kháng nén trung bình HSC sản xuất Mỹ thập niên gần kỷ XX [11] Thập kỷ 50 Cường... phân cấp bê tông theo cường độ kháng nén sau: [11] Bê tông thường < 30 MPa Bê tông cường độ cao vừa 30-40 MPa Bê tông cường độ cao 50-100 MPa Bê tông cường độ cao 100-150 MPa Bê tông