CHƯƠNG 5 BÊ TÔNG DÙNG CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ pptx

Khái niệm: Bê tông dùng CKD vô cơ là những loại vật liệu đá nhân tạokhông nung, thành phần bao gồm CKD vô cơ, dung môinước, cốt liệu cát, sỏi hay đá dăm và phụ gia, được nhàotrộn theo mộ

CHƯƠNG 5 BÊ TÔNG DÙNG CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ 5.1. KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI

5.1.1. Khái niệm:

Bê tông dùng CKD vô cơ là những loại vật liệu đá nhân tạokhông nung, thành phần bao gồm CKD vô cơ, dung môi(nước), cốt liệu (cát, sỏi hay đá dăm) và phụ gia, được nhàotrộn theo một tỷ lệ nhất định, rắn chắc lại mà thành

Hình 1.1. Bêtông và thành phần vật liệu: ximăng, cát, đá,

nước.

− Hỗn hợp nguyên liệu mới nhào trộn xong gọi là hỗn hợp bêtông hay bê tông tươi

− Ưu điểm của bê tông:

+ Cường độ tương đối cao

+ Có thể chế tạo được những loại bê tông đáp ứng cấukiện có cường độ, hình dạng và yêu cầu tính chất khácnhau

+ Giá thành rẻ, bền vững với điều kiện thời tiết

+ Có khả năng làm việc đồng thời với vật liệu thép

− Nhược điểm:

+ Khối lượng thể tích lớn

+ Cách âm, cách nhiệt kém, không chịu được nhiệt độ cao

+ Khả năng chống ăn mòn yếu

5.1.2. Phân loại:

− Theo CKD sử dụng:

+ Bê tông xi măng: chất kết dính là xi măng

+ Bê tông Silicat: chất kết dính là vôi

+ Bê tông thạch cao …

− Theo dạng cốt liệu sử dụng:

+ Bê tông cốt liệu đặc

+ Bê tông cốt liệu rỗng

+ Bê tông cốt liệu đặc biệt: chống axit, chống phóng xạ,chịu nhiệt

− Theo khối lượng thể tích:

+ Bê tông đặc biệt nặng: ρ> 2500kg/m3

+ Bê tông nặng: ρ= 2500÷1800kg/m3

+ Bê tông nhẹ: ρ= 1800÷500kg/m3

+ Bê tông đặc biệt nhẹ: ρ< 500kg/m3

− Theo công dụng:

+ Bê tông chịu nhiệt

+ Bê tông thường chịu lực

+ Bê tông thuỷ công,

− Theo cường độ (mẫu trụ D=15, H=30cm, tuổi 28ngày):

+ Bêtông thường, cường độ từ 15-60Mpa

+ Bêtông cường độ cao, cường độ nén 60-100MPa

5.2. VẬT LIỆU CHẾ TẠO BÊ TÔNG XI MĂNG

− Nhét đầy khoảng trống còn lại giữa các hạt cốt liệu để tạo

độ đặc cho bê tông

− Khi rắn chắc liệu liên kết các hạt cốt lại tạo khối đồng nhất

có cường độ

− Xi măng đóng vai trò chính trong các hiện tượng biến dạng

và xâm thực đối với bê tông, quy định giá thành bê tông

2682-99

− Chủng loại: có thể dùng tất cả các loại xi măng pooclăng vàcác dạng đặc biệt của nó Tuy nhiên, loại xi măng dùngphải phù hợp với môi trường của công trình sử dụng: môitrường ăn mòn, xâm thực,…

− Mác xi măng: Việc lựa chọn mác xi măng là đặc biệt quantrọng, nó vừa đảm bảo đạt mác bê tông thiết kế, vừa đảmbảo yêu cầu kinh tế

+ Không nên dùng xi măng mác thấp chế tạo bê tông máccao → dùng nhiều xi măng → giá thành tăng

+ Không dùng xi măng mác cao để chế tạo xi măng mácthấp, vì như thế có thể xảy ra hiện tượng không đủlượng xi măng đẻ bao bọc cốt liệu → cường độ bê tônggiảm

− Vậy lượng xi măng phải dùng [Xmin] <X < [Xmax]

+ [Xmin]: là lượng xi măng nhỏ nhất giới hạn do yêu cầu vềphẩm chất và độ bền của bê tông đặt ra và phụ thuộcđặc tính của môi trường sử dụng bê tông

Bảng a.1. Quy định lượng ximăng tối thiểu, X(kg/m 3

Bằngtay BằngmáyTrực tiếp tiếp xúc với nước 265 240

Ảnh hưởng trực tiếp mưa gió 250 220

Không ảnh hưởng mưa gió 220 200

+ [Xmax]: là lượng xi măng lớn nhất giới hạn đảm bảo giáthành bê tông hợp lý, hạn chế nhiệt thuỷ hoá lớn của ximăng trong bê tông khối lớn; hạn chế hiện tượng xâmthực và biến dạng của đá bê tông

− Mác XM yêu cầu đối với: Bê tông dẻo cao: RX = 1,5÷3,0Rb

(Rb ≥300→ RX = 1,5Rb) Bê tông ít dẻo: RXmin = Rb Hiện nay

có thể chế tạo các loại bê tông có mác cao hơn mác XM

− Thời gian ninh kết: phải đảm bảo đủ thời gian để thi côngtrong những điều kiện cụ thể

Bảng a.2. Mác ximăng chế tạo bêtông

Mác bêtông,

MPa 20 30 40 50 60 và lớn hơnMác ximăng,

− Phải có đủ phẩm chất để không ảnh hưởng xấu đến thờigian ninh kết rắn chắc của xi măng và không gây ăn mòncốt thép Theo TCVN 4506-87:

N

và phụthuộc vào:

Cải thiện một hoặc một số đặc tính kỹ thuật của hỗn hợp bêtông và bê tông theo hướng có lợi cho người sử dụng như:tính công tác, thời gian rắn chắc của bê tông, khả năng chốngthấm của bê tông.

Hình 1.1. Phụ gia khoáng (tro bay, muội silic …)

− Phụ gia vô cơ nghiền nhỏ:

+ Phụ gia hoạt tính: là chất phụ gia có khả năng tác dụngvới Ca(OH)2 sinh ra thuỷ hoá xi măng, để tạo thành cáchợp chất bền vững trong nước VD: puzzolan,silicafume, tro trấu, tro bay

Hình 1.1. Phụ gia hoá học

+ Phụ gia trơ: là chất phụ gia không có khả năng tương táchoá học với sản phẩm thuỷ hoá CKD nhưng có khả năng

làm tăng tính dẻo của hỗn hợp bê tông, làm bê tông cócấu tạo đặc chắc, giảm lượng dùng xi măng.

− Phụ gia hoá học:

+ Phụ gia rắn nhanh: là chất PG có tác dụng tăng tốc độrắn chắc của xi măng trong bê tông Có 2 loại: phụ giađiện li và phụ gia tạo mầm tinh thể

+ Phụ gia tăng dẻo: là phụ gia có tác dụng giảm nội ma sáttrong hỗn hợp bê tông mới trộn, kết quả làm tăng độ dẻocủa hỗn hợp bê tông, giảm lượng nước nhào trộn, tăngcường độ bê tông Có hai loại: phụ gia dẻo thường vàphụ gia siêu dẻo

+ Phụ gia chống thấm: là phụ gia có tác dụng hạn chếnước thấm qua bê tông, tăng khả năng chống thấm của

bê tông Có 2 loại chính là: kết tủa và tạo màng

5.2.4. Cốt liệu

a. Khái niệm và phân loại

Cốt liệu cho bê tông là tất cả các hạt rời có nguồn gốc từ cácloại đá tự nhiên hoặc nhân tạo Có kích thước cỡ hạt từ0,14÷150mm (khi cỡ hạt 0,14÷5mm là cát và 5÷150mm là sỏihay đá dăm)

Hình 1.1. Các kích thước hạt cốt liệu sử dụng trong

bêtông.

Phân loại cốt liệu:

− Theo nguồn gốc: Cốt liệu thiên nhiên và cốt liệu nhân tạo

+ Cát, sỏi do đá thiên nhiên bị phong hoá tạo thành gọi làcốt liệu thiên nhiên

+ Cát, sỏi do nghiền từ đá thiên nhiên gọi là cốt liệu nhântạo (cát nghiền, đá dăm)

− Theo cỡ hạt:

+ Cốt liệu thô (đá): 5÷10, 10÷20, 20÷40, 40÷80, 80÷150

+ Cốt liệu nhỏ (cát): 0,14÷0,315; 0,315÷0,63; 0,63÷1,25;1,25÷2,5; 2,5÷5

b. Vai trò của cốt liệu

− Làm khung chịu lực: các hạt cốt liệu sắp xếp xen kẽ vớinhau làm tăng độ đồng nhất và tăng độ ổn định thể tích

− Chiếm không gian làm giảm lượng dùng CKD, hạ giá thành

bê tông

− Chống co ngót và các hình thức biến dạng khác: từ biến,biến dạng dẻo,…

c. Yêu cầu kỹ thuật của cốt liệu:

− Khối lượng thể tích: chỉ tiêu ảnh hưởng KLTT của HHBT và

bê tông, là chỉ tiêu cần thiết cho việc thiết kế thành phầncấp phối bê tông

+ KLTT hạt cốt liệu gần bằng KLTT đá mẹ, với các loại đáđặc dùng cho bê tông có thể coi gần đúng: ρvhạt = ρcl

+ KLTT đổ đống (đổ dời tự nhiên): là KLTT của 1 đơn vị thểtích cốt liệu ở trạng thái đổ dời tự nhiên

+ KLTT lèn chặt: là KLTT của 1 đơn vị thể tích cốt liệu ởtrạng thái lèn chặt hoàn toàn

− Khối lượng riêng: khối lượng riêng của CL bằng khối lượngriêng của đá gốc

− Đặc tính bề mặt: là chỉ tiêu đánh giá mức độ nhám giáptrên bề mặt CL Cho nên nó ảnh hưởng đến nội ma sát củahỗn hợp bê tông, khả năng dính bám giữa CL và đá ximăng, vữa xi măng

− Cường độ cốt liệu

− Thành phần hạt: là yếu tố quyết định sự xắp xếp của khungcốt liệu trong bê tông; ảnh hưởng đến tính dẻo của hỗnhợp bê tông Để đánh giá một thành phần hạt cốt liệu tốtthường thông qua 3 chỉ tiêu:

+ Số cấp hạt trong cốt liệu

+ Tương quan đường kính giữa hai cấp hạt

+ Tương quan hàm lượng giữa các cấp hạt:

Cấp hạt liên tục: 2

3

2 2

d

d d d

Cấp hạt gián đoạn: 4 20

3

2 2

d

d d d

− Độ lớn của cốt liệu: có ảnh hưởng đến tính dẻo của hỗnhợp bê tông, cường độ và phạm vi sử dụng của bê tông Vì

nó ảnh hưởng đến tổng diện tích bề mặt hạt cốt liệu vàcường độ của cốt liệu

Cát dùng để chế tạo bêtông có thể là cát thiên nhiên hay cátnhân tạo có cỡ hạt từ 0,14 đến 5mm – theo TCVN; từ 0,15đến 4,75mm – theo TC Mỹ và từ 0,08 đến 5mm theo TCPháp

Chất lượng cát phụ thuộc vào thành phần khoáng, thànhphần hạt và hàm lượng tạp chất

Hình 1.1. Cát

a. Thành phần hạt và độ lớn của cát

Cát có thành phần hạt hợp lý sẽ tiết kiệm được xi măng,cường độ bêtông sẽ cao Thành phần hạt của cát được xác

định bằng cách sàng 1000g cát khô trên bộ sàng tiêu chuẩn

từ 5 – 0,14mm, lượng sót riêng biệt trên mỗi sàng ai (%) là tỷ

lệ % lượng sót trên mỗi sàng mi so với toàn bộ lượng cát đemthí nghiệm (m):

% 100

Lượng sót tích luỹ Ai (%) trên mỗi sàng, là tổng lượng sótriêng biệt kể từ sàng lớn nhất đến sàng cần xác định ai:

,%

25 , 1 5 ,

Thành phần hạt của cát cần phải nằm trong phạm vi cho phépcủa tiêu chuẩn:

Bảng a.1. Thành phần hạt của cát (theo TCVN

dtb = 0,5

14 , 0 315

, 0 63

, 0 25

, 1 5

, 2

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

0024 , 0 02

, 0 171

, 1 37

, 1

a a a a a

+ +

+ +

+ +

+ +

trong cát theo khối lượng % không lớn hơn 0,01 với bêtôngứng suất trước, bêtông dung cho BTCT không lớn hơn0,05%

Hình 1.1. Sỏi và đá dăm

− Khi dùng cốt liệu lớn chế tạo bê tông trong công trình thìđường kính hạn chế dùng là: Dmax ≤ 1/3 kích thước nhỏnhất của tiết diện công trình và trong bê tông cốt thép thì

Dmax ≤ 3/4 khoảng cách giữa các cốt thép Với cấu kiện làtấm panen mỏng, sàn nhà, bản mặt cầu thì cho phép Dmax =1/2 chiều dày tiết diện

− Hàm lượng tạp chất:

+ Là thành phần có hại trong cốt liệu, nó tồn tại chủ yếu ởdạng bụi bùn sét, tạp chất hữu cơ, muối, đá silic vô địnhhình, mi ca, đá phiến thạch silic

+ Lượng tạp chất trong cốt liệu ngăn cản liên kết giữa đá ximăng và vữa với bề mặt các hạt cốt liệu, gây ăn mòn, môitrường xâm thực đá xi măng và đá bê tông

Hình 1.2. Biểu đồ thành phần hạt của cốt liệu lớn.

Bảng a.2. Độ nén dập của đá dăm và sỏi

Cấp bêtông Độ nén dập bão hoà nước, % khối lượngkhông lớn hơn

Lượng hạt dẹt không được vượt quá 35% với bêtông cấp caohơn 30 và thấp hơn không lớn hơn 15% với bêtông từ B35trở lên

Bảng a.3. Thành phần hạt của cốt liệu lớn theo TCVN

-5.3. CÁC TÍNH CHẤT CỦA BÊTÔNG XI MĂNG

5.3.1. Tính công tác của HHBT.

− Tính công tác của HHBT là tính dễ tạo hình, nó biểu thị khảnăng lấp đầy khuôn nhưng vẫn đảm bảo được độ đồngnhất trong một điều kiện đầm nén nhất định

− Để đánh giá tính công tác của HHBT dùng 2 chỉ tiêu:

+ Độ dẻo

+ Độ giữ nước

a. Khái niệm độ dẻo hợp lý:

− Để bê tông sau này được đồng nhất, chặt, đạt R cao vàbền vững thì khi thi công hỗn hợp bê tông cần phải lèn chặtđến độ đặc lớn nhất → HHBT phải có độ dẻo hợp lý

− Để đánh giá tính hợp lý của độ dẻo dựa vào 5 tính chất:

− Việc lựa chọn độ dẻo hợp lý dựa vào:

+ Tính chất kết cấu sử dụng: hình dạng, kích thước, diệntích cốp pha

+ Phương pháp thi công, biện pháp thi công.

+ Tính chất của môi trường sử dụng kết cấu bê tông

− Theo độ dẻo người ta chia HHBT ra làm hai loại: HHBT dẻo

+ Dụng cụ xác định dùng côn Abraham: Theo TCVN

3106-93 có hai loại côn tiêu chuẩn:

Hình 1.1. Côn thử độ dẻo bêtông ximăng

+ Là độ dẻo được xác định khi HHBT có chấn động.

+ Dụng cụ xác định: nhớt kế Vebe, TCVN 3107-1993

+ Chỉ số độ dẻo động được biểu thị bằng độ cứng ĐC(sec) Khi ĐC càng lớn thì độ dẻo của HHBT càng kém,còn khi SN tăng thì độ dẻo tăng

Hình 1.2. Dụng cụ Vebe

c. Hai loại hỗn hợp bê tông:

− Căn cứ vào SN và ĐC chia HHBT làm 2 loại:

độ thì lượng dùng ximăng sẽ thấp hơn

+ Khi lèn chặt tốt, khả năng chống thấm của hỗn hợpbêtông cứng cao hơn, và tính bền vững của nó cao hơn

+ Thời gian tháo khuôn nhanh hơn, vì độ bền cấu trúc củahỗn hợp bêtông cứng tăng lên và quá trình rắn chắc củabêtông trong giai đoạn đầu nhanh.

Tuy nhiên HHBT cứng có nhược điểm là: khi trộn hỗn hợpbêtông cứng máy trộn phải có tác dụng cưỡng bức, thời giantrộn lâu hơn, phải dùng các thiết bị máy móc

− Loại xi măng: xi măng có Ntc cao thì tính dẻo của HHBTcàng giảm

− Lượng dùng xi măng: chủ yếu ảnh hưởng khi X >400kg/m3

bê tông, khi X↑ → SN↓

− Lượng nước N và tỷ lệ N/X khi X = const

− Hồ xi măng (X+N) khi N/X = const

− Lượng dùng C/Đ khi X+N=const

− Loại cốt liệu lớn (sỏi, đá dăm)

− Loại, lượng phụ gia

− Cấp phối hạt của cốt liệu

bê tông SN(cm) ĐC(s)

Kém dẻoDẻoRất dẻoNhão

45-810-12

1-15-200-10

5.3.2. Tính co nở thể tích của bêtông

Trong quá trình rắn chắc, bê tông thường phát sinh biến dạngthể tích, nở ra trong nước và co lại trong không khí Về giá trịtuyệt đối độ co lớn hơn nở 10 lần Ở một giới hạn nhất định

độ nở có thể làm tốt hơn cấu trúc của bê tông, còn hiện tượng

co ngót luôn luôn kéo theo hậu quả xấu

Bê tông bị co ngót do nhiều nguyên nhân, trước hết là sự mấtnước trong các gel đá xi măng Khi mất nước các mầm tinhthể xích lại gần nhau và đồng thời các gel cùng dịch chuyểnlàm cho bê tông bị co Quá trình cacbonat hóa hyđrôxit can xitrong đá xi măng cũng là nguyên nhân gây ra co ngót, co ngótcòn là hậu quả của việc giảm thể tích tuyệt đối của hệ ximăng - nước

Do bị co ngót nên bê tông bị nứt, giảm cường độ, độ chốngthấm, độ ổn định của bê tông và bê tông cốt thép trong môitrường xâm thực

Vì vậy đối với những kết cấu bê tông có chiều dài và diện tíchlớn, để tránh nứt người ta phân đoạn để tạo thành các khe cogiãn

Độ co ngót phát triển mạnh trong thời kỳ đầu và giảm dầntheo thời gian sau đó tắt hẳn

Trị số co ngót phụ thuộc vào lượng, loại xi măng, lượngnước, tỷ lệ cát trong hỗn hợp cốt liệu và chế độ bảo dưỡng

Độ co ngót trong đá xi măng lớn hơn trong hỗn hợp và bêtông.

Ngoài ra độ co ngót còn phụ thuộc vào chế độ bảo dưỡng

5.3.3. Tính biến dạng vì nhiệt của bêtông khi rắn chắc

Khi rắn chắc, ximăng toả nhiều nhiệt làm cho bêtông bị nónglên Lượng nhiệt này phụ thuộc vào hàm lượng thành phầnkhoáng vật, mác ximăng, nhiệt độ của môi trường …

Trị số biến dạng nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ lớn nhất trongbêtông và hệ số nở dài của bêtông Biến dạng nhiệt độ có liênquan tới sự phát triển nội ứng suất trong bêtông ứng suất đótăng lên khi trong bêtông có gradient nhiệt độ

Đối với những cấu kiện bêtông có kích thước lớn, thì lớp bêntrong bị đốt nóng do nhiệt độ cao nên thể tích tăng, lớp bênngoài nguội lạnh nên kích thước giảm Sự tăng giảm đó gây

ra ứng suất kéo trong bêtông, ứng suất này vượt quá giới hạn

sẽ gây ra hiện tượng nứt nẻ

5.3.4. Cường độ bêtông.

Bêtông có thể làm việc dưới dạng chịu nén, kéo, uốn, cắt,nhưng bêtông làm việc tốt nhất là dưới dạng chịu nén Đó làyếu tố đặc trưng quan trọng nhất cho cường độ bêtông

− Theo lý thuyết: Rb xuất hiện còn phụ thuộc vào nội ma sáttrong khối HHBT mới trộn:

+ Đối với bê tông cứng SN=0, xi măng chưa kết thúc ninhkết thì sau khi đầm chặt, nội ma sát lớn thì Rb bắt đầuxuất hiện

+ Với hỗn hợp bê tông dẻo, sự phát triển R của bê tônggần giống với sự phát triển của Rx: R R m n

có phụ gia đóng rắn; to=25±5oC, ϕ=90%

− Hiện nay quy luật logarit không còn hoàn toàn đúng vì:

+ Xi măng có độ tinh khiết tăng

+ Độ mịn xi măng tăng

− HHBT cứng có tốc độ phát triển R nhanh hơn nhiều HHBTdẻo

− Phẩm chất đá xi măng trong bê tông:

+ Mác xi măng: đặc biệt ảnh hưởng trong HHBT dẻo

+ Hàm lượng tạp chất có trong cốt liệu

+ Sai số cân đong đảm bảo tỷ lệ cấp phối các thành phầnvật liệu

+ Quá trình đầm chặt

+ Chế độ bảo dưỡng

− Chất lượng thi công

− Công thức đầu tiên tìm ra vào cuối thế kỷ 19

− Năm 1935 Belaep đưa ra quy luật đường cong hypecboldùng cho HHBT dẻo(N/X > 0,4):

1 , 5

# 28

− Năm 1936 Bôlômây: Rb = A.RX(N/X – 0,5)

Quy luật đường thẳng đúng với HHBT dẻo N/X = 0,4÷1(N/X = 1÷2,5)

− Năm 1945 Skramtaev: Quy luật đường thẳng đúng choHHBT cứng

4. Phương pháp xác định cường độ bê tông và mác bê tông:

− Phương pháp phá hoại: chế tạo mẫu → nén vỡ mẫu tính R:TCVN 3118-93

− Phương pháp không phá hoại: không tạo mẫu, xác định Rtrực tiếp trên kết cấu bằng: súng bật nẩy, siêu âm,…

Để tiêu chuẩn hoá người ta đưa ra khái niệm mác của bêtông

là cường độ chịu nén giới hạn của mẫu bêtông hình khối cókích thước 15x15x15cm chế tạo và dưỡng hộ sau 28 ngàytrong điều kiện tiêu chuẩn

Bê tông được phân mác: 50, 75, 100, 150, 200, 250, 300,

400, 500, 600, 800, 1000, 1200,

5.3.5. Tính thấm nước

Dưới áp lực thuỷ tĩnh nước có thể thấm qua những lỗ rỗngmao quản Thực tế nước chỉ thấm qua những lỗ rỗng cóđường kính lớn hơn 1μm, vì màng nước hấp phụ trong cácmao quản đã có chiều dày đến 0,5μm

Đối với các công trình có yêu cầu về độ chống thấm nước thìcần phải xác định độ chống thấm theo áp lực thuỷ tĩnh thựcdụng Căn cứ vào chỉ tiêu này chia bê tông thành các loạimác chống thấm: W2, W4, W6, W8, W10, W12

Để kiểm tra mức độ chống thấm của bê tông cầnchuẩn bị 6 mẫu thí nghiệm hình trụ d = h = 150 mm Saukhi lắp các mẫu vào thiết bị thí nghiệm (hình 5-9) sẽ bơmnước tạo áp lực tăng dần từng cấp, mỗi cấp 2 daN/cm2 Thờigian giữ mẫu ở mỗi cấp áp lực nước là 16 giờ Tiến hành tăng

áp tới khi thấy trên bề mặt viên mẫu nào xuất hiện nước thấm