Nghiên cứu tổng quan và so sánh phân tích các phương pháp thiết kế thành phần bê tông khối lớn

K ết luận và kiến nghị Tài li ệu tham khảo Ph ụ lục – gồm 3 phần như sau: Ph ụ lục 1: Phương pháp xác định khối lượng thể tích xốp của cốt liệu được đầm chọc của Mỹ Xác định khối lư

Các kết quả đạt được là một đóng góp nhỏ về mặt khoa học, trong quá trình nghiên cứu thiết kế thành phần bê tông cho công trình thủy lợi, trong điều kiện thời gian, trình độ có hạn cũng như các phương tiện thí nghiệm thiếu thốn, nên khó tránh

khỏi thiếu sót Học viên mong nhận được những sự chỉ bảo, đóng góp của các thầy,

cô giáo và đồng nghiệp

Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn GS.TSKH Nguyễn Thúc Tuyên, người thầy đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình các kiến

thức khoa học cho Học viên trong suốt thời gian qua

Qua đây, Học viên cũng muốn gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy, cô giáo trong bộ môn Vật liệu xây dựng, Khoa Công trình, Phòng Đào tạo Đại học & Sau đại học – Trường Đại học Thủy lợi đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ học viên trong học tập và hoàn thành luận văn Thạc sĩ này Nhân đây, học viên cũng tỏ lòng

biết ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè đã ở bên động viên, cổ vũ tinh thần cho học viên trong suốt thời gian làm luận văn

Hà n ội, ngày tháng năm 2014

Học viên cao học

Lê Anh Đức

L ỜI CAM ĐOAN

Tôi là Lê Anh Đức, Học viên cao học lớp 20C11 – Trường Đại học Thủy lợi, tác giả luận văn, xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các nội dung và kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực, chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả

Lê Anh Đức

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG KHỐI LỚN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THI ẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG KHỐI LỚN 3

1.1.3.Vật liệu dùng để chế tạo bê tông khối lớn 5

1.2 Các phương pháp thiết kế thành phần bê tông khối lớn 21 1.2.1 Phương pháp thiết kế thành phần bê tông khối lớn theo ACI 211.1 21 1.2.2 Phương pháp thể tích tuyệt đối dùng công thức Bolomey – Skramtaev 27 1.2.3 Luận bàn về hai phương pháp của Mỹ và Nga 30

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI 33

2.2 Cấu trúc của pha hồ xi măng trong bê tông 34

CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THÍ

3.1 Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu của đề tài 42

3.1.4.Tro bay Phả Lại 49

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG KHỐI LỚN VÀ THÍ

4.1 Thiế kế thành phần bê tông với cường độ mục tiêu 17 Mpa theo phương pháp Mỹ

4.1.1.Thiết kế thành phần bê tông R17, với C/Đ tính toán 57 4.1.2.Thí nghiệm với bê tông mác cơ sở 17 và C/Đ tối ưu 60 4.2 Thiết kế thành phần bê tông M20 dùng phương pháp thể tích tuyệt đối theo giáo

DANH MỤC BẢNG BIỂU

B ảng 1 1: Quy định về hàm lượng tạp chất trong cốt liệu 7

B ảng 1 2: Thành phần hạt của cát dùng cho bê tông khối lớn 7

B ảng 1 3: Thành phần hạt của cát dùng cho đập bê tông khối lớn 8

B ảng 1 4: Hàm lượng tạp chất trong cốt liệu lớn 9

B ảng 1 5: Yêu cầu thành phần hạt đối với các cỡ đá 10

B ảng 1 6: Tỉ lệ phần trăm các cỡ hạt trong cốt liệu lớn 10

B ảng 1 7: Quan hệ giữa gradien áp lực nước và mác chống thấm của bê tông 12

B ảng 1 8: Nhiệt thủy hóa của các khoáng xi măng theo thời gian 15

B ảng 1 9: Nhiệt thủy hóa của các loại xi măng theo thời gian 16

B ảng 1.10: Hệ số của công thức tính nhiệt thủy hóa của xi măng pooclăng 16

B ảng 1 11: Nhiệt độ trong bê tông của một số công trình 20

B ảng 1 12: Tỉ lệ N CDK đối với bê tông khối lớn 23

B ảng 1 13: Quan hệ gần đúng giữa cường độ bê tông và tỉ lệ N/CDK 23

B ảng 1 14: Lượng nước trộn gần đúng cho 1m 3 h ỗn hợp bê tông 24

B ảng 1 15: Hàm lượng vữa và hàm lượng khí gần đùng trong hỗn hợp bê tông 25

B ảng 1 16: Hàm lượng cốt liệu lớn 26

B ảng 1 17: So sánh hai phương pháp TKTPBT theo thể tích tuyệt đối 30

B ảng 1 18: So sánh hai phương pháp của Mỹ và Nga 31

B ảng 2 1: Mức ngậm cát tối thiểu, % 40

B ảng 2 2: Mức ngậm cát thích hợp, % 41

B ảng 3.1: Thành phần hóa và khoáng của Clanhke và của PCB30 Hoàng Thạch 42

B ảng 3 2: Các chỉ tiêu tính chất của PCB30 Hoàng Thạch 43

B ảng 3 3: Khối lượng riêng của cát 44

B ảng 3 4: Kết quả thí nghiệm khối lượng thể tích xốp khô của cát 44

B ảng 3 5: Thành phần hạt của cát 45

B ảng 3 6: Khối lượng riêng của đá 47

B ảng 3 7: Kết quả thí nghiệm khối lượng thể tích xốp của đá 47

B ảng 3 8: Thành phần hạt của đá 48

B ảng 3 9: Thành phần hóa học của tro bay Phả Lại 49

B ảng 3 10: Chỉ số hoạt tính cường độ của tro tuyển Phả Lại 49

B ảng 3 11: Độ mịn của tro bay Phả Lại 50

B ảng 3 12: Thành phần các mẻ trộn hỗn hợp cát đá 50

B ảng 3 13: Kết quả thí nghiệm mẻ trộn thứ nhất 51

B ảng 3 14: Kết quả thí nghiệm mẻ trộn thứ hai 51

B ảng 3 15: Kết quả thí nghiệm mẻ trộn thứ ba 52

B ảng 3 16: Kết quả thí nghiệm mẻ trộn thứ tư 52

B ảng 3 17: Kết quả thí nghiệm mẻ trộn thứ năm 53

B ảng 3 18: Tổng hợp kết quả thí nghiệm hỗn hợp cát đá 53

B ảng 4 1: Các cấp phối bê tông với mác cơ sở 17 và C/Đ tính toán 58

B ảng 4 2: Thành phần của các mẻ trộn bê tông định hướng với mác cơ sở 17 và C/Đ tính toán 59

B ảng 4 3: Cường độ của các cấp phối bê tông định hướng với mác cơ cở 17 và C/Đ tính toán 60

B ảng 4 4: Các cấp phối bê tông định hướng với mác cơ sở 17 và C/Đ tối ưu 61

B ảng 4 5: Thành phần của các mẻ trộn bê tông định hướng với mác cơ sở 17 và C/Đ tối ưu 61

B ảng 4 6: Cường độ của các cấp phối bê tông định hướng với mác cơ sở 17 và C/Đ t ối ưu 61

B ảng 4 7: So sánh thành phần bê tông của bê tông đạt R20 với C/Đ tính toán và C/Đ tối ưu 62

B ảng 4 8: So sánh cường độ bê tông với cấp phối cơ sở 17 dùng C/Đ tính toán 62

B ảng 4 9: Thành phần BT tính toán dùng phương pháp TTTĐ theo giáo trình VLXD 64

B ảng 4 10: Thành phần BT tính toán dùng phương pháp TTTĐ theo chỉ dẫn kỹ thu ật 65

B ảng 4 11: So sánh thành phần bê tông tính toán theo ba phương pháp 66

DANH M ỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1 1: Đập bê tông trọng lực Tân Giang (Ninh Thuận) 4

Hình 1 2: Đập bê tông trọng lực Lòng Sông (Bình Thuận) 4

Hình 1 3: T ỏa nhiệt của xi măng theo thời gian 15

Hình 1 4: Quá trình thay đổi nhiệt trong BT khối lớn 17

Hình 1 5:Bi ểu đồ xác định lượng nước trộn 28

Hình 1 6:Bi ểu đồ để xác định hệ số trượt α 29

Hình 2 1: M ặt cắt của bê tông 34

Hình 2 2: Mô hình c ủa hồ xi măng thủy hóa 35

Hình 2 3: Tính ch ất bề mặt của cốt liệu lớn 37

Hình 2 4: S ự đọng nước ở hỗn hợp bê tông 37

Hình 3 1: Bi ểu đồ TPH cát theo TCVN 46

Hình 3 2: Bi ểu đồ TPH đá theo TCVN 48

Hình 3 3: Quan h ệ giữa tỷ lệ C/Đ và khối lượng thể tích xốp của hỗn hợp cát đá 54 Hình 3 4 : Quan h ệ giữa tỷ lệ C/Đ và độ rỗng của hỗn hợp cát đá (r hh ) 54

TPBTKL Thành phần bê tông khối lớn

TKTPBTKL Thiết kế thành phần bê tông khối lớn

PHẦN MỞ ĐẦU

I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Bê tông là vật liệu phổ biến nhất trong xây dựng nói chung và xây dựng thủy

lợi nói riêng Thành phần bê tông có ảnh hưởng rõ rệt đến các tính chất của bê tông

mới trộn, bê tông đã đông cứng và có ảnh hưởng đến chất lượng bê tông, nên cần

phải xác định thành phần bê tông trước khi chế tạo và đưa nó vào sử dụng

Bê tông khối lớn là bê tông thông thường nhưng cũng có một số tính năng đặc biệt như tính phát nhiệt và cường độ không cao, có khả năng chống ăn mòn…

Hiện nay có một số phương pháp tính thành phần bê tông khối lớn khác nhau đã được vận dụng Tuy nhiên đấy chỉ là các áp dụng đơn lẻ, chưa có sự so sánh phân tích sự khác nhau giữa các phương pháp về lý thuyết cũng như thông qua kết quả thí nghiệm, để từ đó vận dụng các phương pháp này đạt hiệu quả hơn

II MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

Tổng hợp các phương pháp thiết kế thành phần bê tông khối lớn của Mỹ và phương pháp TKTPBT của Nga để vận dụng và có sự hiệu chỉnh cần thiết nhằm đạt được hiệu quả cao hơn

III CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu lý thuyết về cấu trúc bê tông, tỉ lệ C/Đ tối ưu các phương pháp thiết kế thành phần bê tông và vận dụng có sự hiệu chỉnh thông qua thí nghiệm bê tông và các vật liệu dùng cho bê tông

IV KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC

– Tìm hiểu và so sánh một số phương pháp thiết kế thành phần bê tông khối

lớn đã được áp dụng trên toàn thế giới

– Chuyển đổi việc dùng phụ gia khoáng trong bê tông từ tỷ lệ thể tích sang tỷ

lệ khối lượng

– Đánh giá được hiệu quả của tỉ lệ cát/đá tối ưu khi dùng phương pháp thiết

kế thành phần bê tông khối lớn của Mỹ

V NỘI DUNG LUẬN VĂN

Luận văn có 4 chương:

Chương 1 – Tổng quan về bê tông khối lớn và các phương pháp thiết kế

thành phần bê tông khối lớn

Chương 2 – Cơ sở lý thuyết của đề tài

Chương 3 – Lựa chọn vật liệu và phương pháp nghiên cứu thí nghiệm

Chương 4 – Thiết kế thành phần bê tông khối lớn và thí nghiệm bê tông

K ết luận và kiến nghị

Tài li ệu tham khảo

Ph ụ lục – gồm 3 phần như sau:

Ph ụ lục 1: Phương pháp xác định khối lượng thể tích xốp của cốt liệu được đầm

chọc của Mỹ (Xác định khối lượng thể tích và độ rỗng của cốt liệu)

Ph ụ lục 2: Những hình ảnh thí nghiệm bê tông tại phòng thí nghiệm vật liệu xây

dựng – Trường Đại học Thủy lợi

Ph ụ lục 3: Bài báo: Xử lý thành phần hạt cốt liệu bê tông không đạt chuẩn –

Thông tin khoa học công nghệ bê tông số 3 – 09/2013, Tạp chí khoa học và công nghệ, Hội công nghiệp bê tông Việt Nam thuộc Tổng hội xây dựng Việt Nam

CHƯƠNG 1

1.1 T ổng quan về bê tông khối lớn

1.1.1 Định nghĩa bê tông khối lớn

Theo tiêu chuẩn Mỹ (ACI 116R) [30], bê tông khối lớn được định nghĩa là

một thể tích bê tông có kích thước đủ lớn, để phải yêu cầu có biện pháp đối phó với

sự phát nhiệt do xi măng thủy hóa và sự biến đổi thể tích kèm theo để giảm thiểu sự

nứt nẻ

Theo tài liệu (ACI 211.1) [31], nhiều kết cấu lớn có thể coi là khối lớn phải tính đến sự phát nhiệt, đặc biệt khi kích thước của tiết diện ngang nhỏ nhất của kết

cấu bê tông bằng hoặc vượt quá 2 đến 3 fr (tức là 0,61m đến 0,915m)

Theo tiêu chuẩn Nhà nước TCVN 4453 - 95 [14] và TCVN 8218: 2009 [28],

bê tông khối lớn có kích thước nhỏ nhất không nhỏ hơn 1m

Có hai loại bê tông thường dùng làm bê tông khối lớn, chủ yếu dùng cho đập:

- Bê tông thông thường (ký hiệu là CVC) được đầm chặt bằng phương pháp

chấn động

- Bê tông đầm lăn (ký hiệu là RCC) là loại bê tông sử dụng các nguyên liệu tương tự bê tông thông thường, nhưng rất khô và được đầm chặt bằng thiết bị rung lèn từ mặt ngoài (lu rung) Việc đầm bằng lu rung cho phép sử dụng hỗn hợp bê tông khô với hàm lượng chất dính kết nhỏ hơn trong bê tông thường rất nhiều Trong chất dính kết chỉ có một phần là xi măng, còn một phần là phụ gia khoáng

hoạt tính nghiền mịn (tro bay, hoặc puzơlan tự nhiên, xỉ hạt lò cao v.v…)

Trong khuôn khổ phần tổng quan này chỉ đề cập chủ yếu bê tông khối lớn từ

bê tông thông thường (CVC) đã được ứng dụng nhiều ở Việt Nam từ trước đế nay Trong xây dựng thủy lợi bê tông khối lớn được áp dụng cho đập, móng công trình v.v Từ những năm 1930, trên thế giới phát triển mạnh bê tông khối lớn cho đập dùng các vật liệu tiên tiến, phương pháp thi công hiện đại, khống chế hiệu quả ứng suất nhiệt trong bê tông và đã xây dựng nên những công trình thế kỷ Ở Việt Nam đã áp dụng bê tông khối lớn từ lâu cho các đập Thác Bà, Sông Đà, Trị An,

Thạch Nham, Hàm Thuận, Đa Mi và mới đây là đập Tân Giang, Lòng Sông (Hình 1.1 và hình 1.2)

Hình 1 1 : Đập bê tông trọng lực Tân Giang (Ninh Thuận)

Hình 1 2 : Đập bê tông trọng lực Lòng Sông (Bình Thuận)

1.1.2 Đặc tính của bê tông khối lớn

Đặc tính của bê tông khối lớn là tính chất nhiệt Phản ứng của xi măng với nước là phản ứng phát nhiệt Bê tông là vật liệu dẫn nhiệt kém Trong bê tông khối

lớn nhiệt không phân tán được nhanh, nên nhiệt độ trong bê tông có thể rất cao, nhưng nhiệt độ mặt ngoài (nhiệt độ môi trường) lại thấp; do đó có thể phát sinh ứng

suất kéo do sự biến đổi thể tích kết hợp với sự tăng và giảm nhiệt độ trong khối bê tông Cần phải có các biện pháp giải quyết thích hợp để hạ thấp nhiệt độ trong bê tông khối lớn, giảm ứng suất nhiệt và tránh nguy cơ nứt nẻ công trình

Đối với công trình bê tông khối lớn để đồng thời đạt được chất lượng và giá thành thấp, thường phân ra 2 phần: Phần bên ngoài của khối lớn chịu tác dụng trực

tiếp của môi trường và phần bên trong của khối lớn không tiếp xúc với môi trường

Ví dụ như đối với đập bê tông thủy lợi, phần bên ngoài chịu tác động của môi trường nước, yêu cầu chọn cốt liệu tốt, bê tông đặc chắc cường độ cao, chống thấm

tốt để đảm bảo độ bền Còn bê tông bên trong không chịu tác động của môi trường, nên yêu cầu chính đối với bê tông là phát nhiệt tối thiểu khi bê tông đông cứng, vì

sự phân bố nhiệt không đều trong khối bê tông gây ra nứt do nhiệt Mác bê tông ở

phần bên trong không yêu cầu cao, chỉ cần 10 hoặc 15 Mpa và độ chống thấm thấp

W2, còn mác bê tông bên ngoài thường bằng 20 hoặc 25 và mác chống thấm W4

hoặc cao hơn

1.1.3 V ật liệu dùng để chế tạo bê tông khối lớn

Để đảm bảo tính ổn định của bê tông khối lớn cần chú ý chọn dùng các vật

liệu thích hợp

1.1.3.1 Xi măng

Theo tài liệu [32], các loại xi măng dưới đây thích hợp cho bê tông khối lớn; tính chất sử dụng của các loại xi măng này được nêu trong các tiêu chuẩn Mỹ ASTM C 150 - 86 [35]

 Xi măng Pooclăng của Mỹ [35] gồm loại I (loại dùng chung), loại II (loại dùng chung và đặc biệt có tính chất chống sunphát vừa và nhiệt thủy hóa vừa), loại III (loại dùng trong trường hợp mong muốn nhiệt thủy hóa thấp), loại IV (loại dùng trong trường hợp mong muốn có tính chất chống sunphát cao)

 Xi măng hỗn hợp của Mỹ [37]: Gồm loại P (Xi măng Pooclăng puzơlan dùng cho bê tông không yêu cầu cường độ ban đầu cao), loại IP (Xi măng pooclăng puzơlan dùng cho kết cấu bê tông thông thường), loại I (PM) (Xi măng pooclăng puzơlan cải biến), loại I (SM) (Xi măng pooclăng xỉ dùng cho kết cấu bê tông thông thường)

Ở nước ta cũng sản xuất các loại xi măng pooclăng (TCVN 2682: 2009) [8], xi măng pooclăng puzơlan (TCVN 4033: 1995) [11], xi măng pooclăng xỉ hạt lò cao (TCVN 4316: 1986) [12], xi măng pooclăng hỗn hợp (TCVN 6260: 2009) [19] và

cả xi măng pooclăng ít tỏa nhiệt (TCVN 6069: 2007) [18] và xi măng pooclăng hỗn

hợp ít tỏa nhiệt [27] để dùng cho các công trình thủy lợi, thủy điện, giao thông, xây

dựng dân dụng và công nghiệp

Theo tài liệu [2], xi măng ít tỏa nhiệt có lượng nhiệt phát ra khi xi măng thủy hóa (xác định theo phương pháp Tecmot) sau 3 ngày không lớn hơn 45 - 50cal/g, sau 7 ngày không lớn hơn 50 - 60cal/g Tiêu chuẩn về xi măng ít tỏa nhiệt [17,27] qui định XM tỏa nhiệt trung bình và tỏa nhiệt thấp có nhiệt thủy hóa lần lượt là 60,

70 cal/g

Xi măng belit cao phát nhiệt ở tuổi tương ứng ít hơn 20% so với xi măng pooclăng thông thường, độ tăng nhiệt độ đoạn nhiệt của nó chỉ bằng một nửa xi măng pooclăng và píc nhiệt độ ( nhiệt độ cao nhất) cũng xuất hiện chậm hơn

Trong bê tông khối lớn thường dùng phụ gia khoáng hoạt tính như puzơlan, xỉ

hạt lò cao, tro bay…, nhằm mục đích giảm thiểu lượng dùng xi măng, do đó giảm nhiệt thủy hóa trong bê tông Tuy nhiên có một số phụ gia có thể làm giảm độ lưu thông trong hỗn hợp bê tông và tăng độ co ngót của bê tông Các phụ gia đó được đưa trước vào xi măng hoặc bê tông khi trộn

Trong bê tông khối lớn thường dùng phụ gia khoáng kèm thêm phụ gia hóa

học như phụ gia hóa dẻo kéo dài thời gian đông kết để làm chậm tốc độ tăng nhiệt trong bê tông khối lớn

1.1.3.2 C ốt liệu

Theo ACI 207.1R - 87 [32], cốt liệu dùng cho bê tông khối lớn chứa các thành

phần có hại và hạt mịn không được vượt quá hàm lượng cho phép được nêu trong

Cũng theo tài liệu Mỹ, cốt liệu nhỏ (cát) dùng cho bê tông khối lớn nói chung

hầu hết lọt qua sàng 4,76mm và thành phần hạt như trong bảng1.2

B ảng 1 1: Quy định về hàm lượng tạp chất trong cốt liệu

Các tạp chất có hại trong cốt liệu Hàm lượng cho phép

%

2 Hạt lọt qua sàng N0200 (75µm)

- Đối với bê tông chịu mài mòn

- Đối với các loại bê tông khác

3,0 5,0

3 Than và than non

- Khi quan tâm đến hình thức mặt ngoài của bê

% sót riêng (theo khối lượng)

Tuy nhiên theo tiêu chuẩn Mỹ nếu thông qua thí nghiệm, thấy rằng thành phần cát khác với bảng 1.2, nhưng cũng chứng tỏ đạt yêu cầu, thì vẫn dùng được

Trong tài liệu của Mỹ cũng qui định các tạp chất có hại trong cát dùng trong

bê tông khối lớn dùng cho đập không vượt quá các giới hạn như sau:

− Vật liệu lọt sàng N0200 không lớn hơn 30%;

− Vật liệu nhẹ không lớn hơn 2%;

hợp của các loại đá đó Về danh nghĩa hạt cốt liệu lớn phải sót trên sàng 4,75mm và

nhỏ hơn 150mm Có thể dùng cốt liệu lớn có kích thước danh nghĩa lớn nhất (Dmax)

bằng 38mm hoặc 75mm, thậm chí đến 150mm Kích thước đá càng lớn, càng có

khả năng giảm lượng dùng xi măng trong bê tông và từ đó giảm lượng nhiệt thủy hóa Tuy nhiên kích thước danh nghĩa lớn nhất của đá không được lớn hơn 1/4 kích thước nhỏ của kết cấu Điều này thường không xảy ra đối với bê tông khối lớn Ngoài ra Dmax cũng không lớn hơn 2/3 khoảng cách giữa các thanh cốt thép

Hàm lượng tạp chất và hạt mịn (lọt sàng N0

200) của cốt liệu được qui định như trong bảng 1.4 [32]

B ảng 1 4: Hàm lượng tạp chất trong cốt liệu lớn

Các tạp chất trong cốt liệu lớn % (theo khối lượng)

Vật liệu lọt sàng N0200 không lớn hơn 0,5

Nên dùng cốt liệu lớn có kích thước danh nghĩa tối ưu để đảm bảo cường độ thiết kế và các vấn đề khác như phối liệu, trộn, chuyên chở, đổ và đầm bê tông Cỡ

hạt 150mm được coi là kích thước lớn nhất thực dụng Theo tài liệu [2], nên sử

dụng cốt liệu nhiều cỡ, cỡ lớn nhất có thể tới 120mm thì càng tốt (tùy điều kiện máy

trộn và kích thước khối đổ) Mặc dù cốt liệu lớn tự nhiên (sỏi) có yêu cầu nước dùng cho bê tông ít hơn, nhưng thường hiếm và vận chuyển từ xa, nên không đạt

hiệu quả kinh thế bằng việc sử dụng cốt liệu nghiền Đá nghiền được phân thành nhiều cỡ : 150 - 80, 80 - 40, 40 - 20, 20 - 5mm; thành phần hạt của các cỡ đó được qui định như trong bảng 1.5 [32]

Tính dễ đổ của hỗn hợp bê tông thường được cải thiện bằng cách giảm tỉ lệ các hạt quá lớn Kinh nghiệm chứng tỏ rằng tỉ lệ % của các cỡ hạt trong cốt liệu có

Một số nơi dùng cấp phối "gián đoạn" trong bê tông khối lớn Đây là cấp phối thiếu một hay nhiều hơn một kích cỡ Cấp phối gián đoạn chỉ dùng đạt hiệu quả kinh tế ở nơi có sẵn loại cốt liệu tự nhiên có cấp phối gián đoạn Nếu tạo ra cốt liệu

có cấp phối gián đoạn để dùng, thì không có lợi Cấp phối cốt liệu liên tục tạo cho

bê tông khối lớn tính dễ đổ tốt hơn, yêu cầu độ sụt thấp hơn, dùng ít nước và xi măng hơn Cốt liệu nghiền thường có cấp phối liên tục và có thể sản xuất với khối lượng lớn, nên được dùng nhiều trong bê tông nói chung và bê tông khối lớn nói riêng

Phải dùng cốt liệu không có phản ứng kiềm cốt liệu, có nghĩa là không chứa oxit silic có phản ứng ở các dạng khoáng: opan, tridimit, cristobalit, quăczit… dễ

phản ứng với oxit kiềm có trong xi măng, gây nứt nẻ bê tông và kết cấu công trình

1.1.3.3 Nước trộn bê tông

Nước trộn bê tông khối lớn cũng giống như nước trộn bê tông thông thường, không được chứa các chất có ảnh hưởng đến thủy hóa xi măng và cường độ bê tông Theo tài liệu [32], để xác định xem nước có tạp chất có ảnh hưởng nhiều đến sự phát triển của cường độ xi măng không, có thể thí nghiệm cường độ của vữa dùng

loại nước đó với vữa trộn bằng nước cất có thành phần giống nhau Nếu cường độ

của vữa dùng nước thử bằng hoặc lớn hơn 90% cường độ của vữa dùng nước cất, thì loại nước thử đó có thể dùng được cho bê tông

1.1.3.4 Ph ụ gia

Có thể dùng các loại phụ gia khoáng và phụ giá hóa thích hợp để cải thiện tính

chất của bê tông, đặc biệt là tính chất nhiệt

1.1.4 Nh ững tính chất của bê tông khối lớn

Các tính chất cần được xem xét là: Cường độ nén, cường độ kéo, môđun đàn

hồi, hệ số Poisson, khả năng biến dạng kéo, từ biến, biến dạng khi khô, tăng nhiệt

độ, hệ số nở nhiệt, sự dẫn nhiệt, tản nhiệt, độ thấm nước, độ bền

1.1.4.1 Cường độ

Cũng như các loại bê tông khác, cường độ bê tông khối lớn chịu ảnh hưởng

của các yêu tố chủ yếu sau đây: thành phần, độ mịn và cường độ của xi măng, lượng dùng xi măng và loại phụ gia hóa học dùng trong bê tông, lượng và loại phụ gia khoáng (puzơlan), cấu trúc bề mặt, hình dạng, thành phần khoáng, thành phần hạt

và cường độ của cốt liệu

Bê tông khối lớn thường không yêu cầu cường độ cao và không yêu cầu chịu ứng suất lớn ban đầu Mác bê tông khối lớn thường được xác định ở tuổi dài ngày (90 ngày, 1 năm, 2 năm), tùy theo kết cấu và công trình được xây dựng trong thời gian lâu dài như thế nào Mẫu kiểm tra cường độ nén phải có kích thước tiêu chuẩn Theo tiêu chuẩn Mỹ, dùng mẫu chuẩn hình trụ có đường kính 150mm và chiều cao 300mm với Dmax của cốt liệu không quá 37,5mm; nếu cốt liệu lớn hơn, thì sàng ướt qua sàng 37,5mm để lấy phần bê tông lọt sàng đem đúc mẫu Theo tiêu chuẩn

Việt Nam dùng mẫu hình lập phương và kích thước mẫu chuẩn là 150x150x150mm

hoặc mẫu có kích thước lớn hơn Điều quan trọng là phải làm các thí nghiệm liên quan ở tuổi bê tông qui định để so sánh cường độ mẫu có kích thước tiêu chuẩn đúc

bằng bê tông đã sàng ướt với cường độ mẫu bê tông có kích thước thích hợp đúc

bằng bê tông không sàng ướt, và tìm hệ số tính đổi cường độ giữa 2 loại mẫu này Nói chung khuôn phải có kích thước nhỏ nhất bằng hay lớn hơn 3 lần đường kính

danh nghĩa lớn nhất của cốt liệu lớn (Dmax)

Bê tông chịu nén tốt, thì cũng chịu kéo tốt hơn; nhưng giữa 2 loại cường độ này không có quan hệ tuyến tính Biểu thức biểu thị quan hệ giữa cường độ nén và cường độ kéo có thể như sau: Rk = 32Rn2/3, trong đó: Rk và Rn được tính bằng Pa (1Pa = 10-6 Mpa)

1.1.4.2 Độ thấm nước

Khi hỗn hợp bê tông có thành phần hợp lý, được đầm chấn dộng tốt, sự thấm nước không phải là vấn đề quan trọng Độ thấm nước của bê tông phụ thuộc vào gradien áp lực nước (tỷ số giữa áp lực nước và chiều dày của công trình hoặc bộ

phận công trình) như trong bảng 1.7 Độ thấm nước của bê tông tăng theo tỉ lệ N/X

Vì vậy việc dùng N/X thấp và đầm chặt, bảo dưỡng tốt bê tông là những yếu tố quan trọng làm giảm tính thấm nước của bê tông Phụ gia cuốn khí và nhiều phụ gia hóa học khác cho phép giảm lượng nước trộn và do đó cải thiện tính chống thấm

của bê tông

B ảng 1 7: Quan hệ giữa gradien áp lực nước và mác chống thấm của bê tông

Gradien áp lực nước

(m cột nước) Tới 5 5-10 10-12 12 và lớn hơn

Puzơlan cũng có tác dụng giảm độ thấm nước Theo tài liệu [32], hệ số thấm K

của bê tông khối lớn vào khoảng 0,62.10-4đến 11,9.10-4

ft3/ft2.g/ft cột nước

1.1.4.3 Độ bền

Độ bền của bê tông thể hiện khả năng chống được tác động của điều kiện làm

việc như thời tiết, tác động của các nhân tố hóa học và tác nhân mài mòn…

a) Hiện tượng khô ẩm liên tiếp (vùng bê tông tiếp xúc với mực nước lên xuống) làm cho bê tông co nở nhiều lần, có thể gây nứt nẻ, làm suy yếu bê tông

b) Sự ăn mòn hóa học (phá hoại) đối với bê tông nói chung có thể xảy ra do 4 nguyên nhân chính sau đây:

 Phản ứng hóa học giữa các thành phần của bê tông

 Bê tông tiếp xúc với nước có axít

 Bê tông tiếp xúc với nước chứa sun phát

 Vôi tiết ra khỏi bê tông do tác dụng với nước mềm

Trong bê tông khối lớn chỉ có tác dụng đầu tiên được xem là nguyên nhân quan trọng Phản ứng kiềm - Silic là phản ứng hóa học giữa kiềm (Na2O & K2O) trong xi măng và SiO2 có tính phản ứng có trong cốt liệu, tạo ra hợp chất mới, nở

thể tích gây nứt bê tông, do đó không nên dùng cốt liệu chứa SiO2 có tính phản ứng Khi phải dùng một loại cốt liệu chứa các thành phần có tính phản ứng, thì dùng xi măng có hàm lượng kiềm (Na2O & K2O) thấp Puzơlan có thể tác dụng hạn chế

phản ứng kiềm silic, nhưng tro bay được coi là kém hiệu quả hơn trong việc khống

chế phản ứng này so với puzơlan tự nhiên

c) Sự xói mòn:

Nguyên nhân chính của sự xói mòn bê tông là do bê tông có lỗ rỗng và do tiếp xúc với nước, nhất là nước chảy mạnh có tính chất xói mòn Theo tiêu chuẩn Mỹ ACI 210R, việc sử dụng bê tông có cường độ và khả năng chống xói mòn cao sẽ làm giảm nguy cơ xói mòn, nhưng giải pháp tốt nhất là sự phòng ngừa, loại trừ hoặc làm giảm nguyên nhân gây xói mòn bằng cách thiết kế, thi công và vận hành công trình một cách thích hợp

1.1.4.4 Tính ch ất đàn hồi

a) Mô đun đàn hồi:

Bê tông không phải là vật liệu đàn hồi và biểu đồ quan hệ giữa ứng suất và

biến dạng khi liên tục tăng tải trọng thường có dạng đường cong Tuy nhiên môđun đàn hồi thực tế được coi là không đổi trong phạm vi ứng suất mà bê tông khối lớn

chịu tác dụng và nằm trong khoảng 1,9.104 - 3,8.104 Mpa ở tuổi 28 ngày và từ

2,6.104 đến 4,7.104 Mpa ở tuổi 1 năm Thông thường bê tông có cường độ cao hơn,

có môđun đàn hồi lớn hơn, có nghĩa là cường độ tăng thì môđun đàn hồi cũng tăng Tuy nhiên giữa hai chỉ tiêu này không có quan hệ tuyến tính, vì môđun đàn hồi của

bê tông phụ thuộc nhiều hơn vào môđun đàn hồi của cốt liệu

b) Hệ số Poisson:

Hệ số Poisson có xu hướng nằm trong khoảng 0,16 - 0,22 và tăng ít theo thời gian bảo dưỡng Chỉ tiêu này giống môđun đàn hồi, bị ảnh hưởng bởi cốt liệu, hồ xi măng và có tỉ lệ thuận tương đối với 2 yếu tố đó

1.1.4.5 Tính bi ến dạng

a) Từ biến:

Từ biến của bê tông là biến dạng dẻo có khả năng hồi phục một phần Nó xảy

ra khi bê tông chịu tải và có liên quan đến môđun đàn hồi của bê tông Bê tông có môđun đàn hồi lớn, thường có từ biến nhỏ Hồ xi măng có ảnh hưởng ban đầu đối

với từ biến; với bê tông chứa cùng loại cốt liệu, giá trị của từ biến liên quan chặt chẽ

với hàm lượng xi măng và tỉ lệ N/X của bê tông

b) Sự biến đổi thể tích:

Biến đổi thể tích sinh ra do biến đổi độ ẩm, biến đổi nhiệt do phản ứng hóa

học sinh ra trong bê tông và do ứng suất phát sinh khi bê tông chịu tải Khi biến đổi

thể tích quá nhiều, sẽ phát sinh vết nứt Vết nứt sinh ra trong bê tông là do co nhiều, cường độ chịu kéo của bê tông không đảm bảo hoặc do khả năng biến dạng khi chịu kéo của bê tông kém Vết nứt có thể làm yếu bê tông, ảnh hưởng đến khả năng chịu

tải, độ bền, cũng như hình thái bề mặt của bê tông

c) Độ co khô

Độ co khô nằm trong khoảng từ 0,02% của độ dài bê tông nghèo độ sụt thấp dùng cốt liệu tốt, đến lớn hơn 0,10% đối với bê tông giàu xi măng hoặc bê tông dùng cốt liệu xấu, nhiều nước trộn [32] Các nhân tố ảnh hưởng đến độ co khô là : hàm lượng xi măng, thành phần khoáng của nó và hàm lượng cốt liệu Việc pha phụ gia khoáng thường làm tăng độ co khô, ngoại trù trường hợp giảm yêu cầu nước d) Sự biến đổi thể tích tự thân là độ co do các phản ứng hóa học xảy ra trong hồ xi măng trong bê tông không liên quan với lượng nước trong bê tông Bê tông dùng puzơlan đôi khi có độ co tự thân lớn hơn bê tông dùng xi măng pooclăng [32] Sự

biến đổi thể tích tự thân thuần túy có thể nằm trong khoảng từ 0 -150.10-6

mm3/mm3

e) Sự biến đổi thể tích do nhiệt thủy hóa:

Nhiệt độ bê tông tăng lên do nhiệt độ thủy hóa sinh ra do xi măng tác dụng với nước

1.1.4.6 Các tính ch ất nhiệt, và ứng suất nhiệt trong bê tông khối lớn

Nhân tố ảnh hưởng nhiều đến tính chất nhiệt của bê tông là nhiệt thủy hóa của

xi măng và thành phần khoáng của cốt liệu Một vài loại đá như granit có thể có tính

chất nhiệt biến đổi trong phạm vi rộng, tùy thuộc vào nguồn gốc của chúng Cốt liệu

thạch anh được ghi nhận là có tính dẫn nhiệt cao

a) Nhiệt thủy hóa của xi măng làm tăng nhiệt độ trong bê tông Nhiệt thủy hóa phát sinh khi các thành phần khoáng trong xi măng thủy hóa với nước Nhiệt thủy hóa phát triển theo thời gian và phụ thuộc vào thành phần khoáng của xi măng như trong bảng 1.8

B ảng 1 8: Nhiệt thủy hóa của các khoáng xi măng theo thời gian

Xi măng mác càng cao, tỏa nhiệt càng nhiều như trong hình 1.3

Hình 1 3: T ỏa nhiệt của xi măng theo thời gian.

Các khoáng

xi măng

Nhi ệt thủy hóa trong thời gian, Cal/g

3 ngày 7 ngày 28 ngày 3 tháng 6 tháng

Các loại xi măng khác nhau cho nhiệt thủy hóa khác nhau như trong bảng 1.9

B ảng 1 9: Nhiệt thủy hóa của các loại xi măng theo thời gian

Lượng phát nhiệt (Kcal/kg)

Nhiệt thủy hóa được xác định bằng phương pháp tecmốt theo các TCVN 6070:1995 [18] hoặc được tính theo công thức [5] đối với xi măng pooclăng:

Qt = at.C3S + bt.C2S + ctC3A + dt.C4AF;

Trong đó: at, bt, ct, dt lần lượt là hệ số kinh nghiệm đặc trưng cho sự tỏa nhiệt

của 1% các khoáng C3S, C2S, C3A và C4AF và được cho trong bảng 1.10

C3S, C2S, C3A, C4AF: hàm lượng các khoáng chính trong xi măng được tính

bằng % khối lượng xi măng

B ảng 1.10: Hệ số của công thức tính nhiệt thủy hóa của xi măng pooclăng

chủ yếu đối với có cường độ 28 ngày của xi măng và C3A có ảnh hưởng nhiều đến

sự đông cứng và cường độ ban đầu (từ 1 đến 3 ngày) của xi măng

Nhiệt của bê tông trong kết cấu trong quá trình xây dựng được quyết định bởi nhiệt thủy hóa của xi măng, nên cũng phát triển theo thời gian và phụ thuộc vào loại

xi măng

Hầu hết nhiệt tỏa ra từ 6 - 7 ngày đầu sau khi đổ bê tông Sự tăng nhiệt hầu như xảy ra ở 2 ngày đầu Giá trị tăng lớn nhất 8 - 12 giờ từ khi cho nước vào trộn Trong quá trình tăng nhiệt nếu nhiệt độ cao, thì tốc độ tăng nhiệt nhanh; ở nhiệt độ

thấp thì tốc độ tăng nhiệt chậm

Quá trình thay đổi nhiệt độ chia làm 3 thời kỳ: Tăng nhiệt, giảm nhiệt, ổn định nhiệt độ như hình 1.4 Từ hình này cho thấy rằng nhiệt độ cao nhất của bê tông (Tmax) bằng nhiệt độ trong bê tông lúc đổ (TP) cộng với nhiệt độ do sự phát nhiệt

lớn của xi măng (Tr) Từ nhiệt độ (TP) đến (Tmax) là thời kỳ tăng nhiệt Sau khi đạt đến (Tmax) thì nhiệt độ trong bê tông sẽ giảm dần tới (Tf); giai đoạn này là thời kỳ

giảm nhiệt Cuối cùng nhiệt độ bê tông ổn định, đó là thời kỳ ổn định

Hình 1 4: Quá trình thay đổi nhiệt trong BT khối lớn

Đơn vị nhiệt lượng pháp định là 1Kcal = 4186,8 J

Nhiệt độ bê tông khi đổ Tp và nhiệt độ của bê tông sau khi trộn Tb có quan hệ như sau: Tp = Tb + ∆t;

Trong đó: ∆t là biến đổi nhiệt độ thay đổi của bê tông từ lúc ra khỏi máy trộn đến lúc đổ vào khoang đổ (0

C) Nếu nhiệt độ lúc trộn gần như nhiệt độ không khí, thì lấy ∆t = 0 Khi nhiệt độ không khí cao hơn nhiệt độ trộn, ∆t là dương và ngược

lại ∆t là âm Trị số ∆t quyết định ở trị số chênh lệch nhiệt độ trong cối trộn bê tông

∆t lấy bằng khoảng 15 - 40% trị số chênh lệch giữa nhiệt độ trộn và nhiệt độ không khí khi vận chuyển

Tb là nhiệt độ hỗn hợp bê tông khi trộn (0

C) Nhiệt độ này là tổng hợp nhiệt độ

của các vật liệu thành phần, được tính theo công thức sau:

Tb = CiGiTi;

CiGi

∑

∑Trong đó i: biểu thị tên các loại vật liệu như nước, xi măng, cát, sỏi hoặc đá dăm;

Ci: Tỉ nhiệt của loại vật liệu i khi trộn bê tông {KJ/(kg 0C)} Tỉ nhiệt của nước và xi măng là 4,2 và 0,8 và của cốt liệu là 0,8 - 0,96; Cũng có thể qua thực nghiệm để xác định các giá trị này;

Gi: Khối lượng vật liệu i trong 1m3

bê tông (kg/m3);

Ti: Nhiệt độ của vật liệu i lúc đổ vào cối trộn (0

C)

Nhiệt độ của nước được lấy bằng nhiệt độ nước bình quân trong tháng ở vùng

đó, nhiệt độ xi măng thì tùy thuộc vào kho bảo quản và công cụ vận chuyển vào

trạm trộn, nhiệt độ của cốt liệu thường gần với nhiệt độ không khí Khi dùng cốt

liệu bị phơi nắng một tuần trước đó, thì nhiệt độ cốt liệu cao hơn nhiệt độ bình quân trong tháng từ 3 - 50C

Nhiệt độ của bê tông (Tb) có thể được tính toán theo công thức sau đây:

Ta, Tc, Tw là nhiệt độ của cốt liệu, xi măng và nước;

Wa, Wc, Ww là khối lượng của cốt liệu, xi măng và nước trong một đơn vị thể tích bê tông

0,22 là tỉ số gần đúng giữa tỉ nhiệt của vật liệu khô và tỉ nhiệt của nước trong

bê tông Chú ý là vào ban đêm, về mùa hè nhiệt độ của cốt liệu và nước không nguội nhanh bằng không khí, nên không thể coi nhiệt độ của chúng bằng nhiệt độ

không khí Nhiệt độ thực tế của bê tông sẽ cao hơn trị số tính toán một chút do công

cơ học sinh ra trong khi trộn và sau đó tăng cũng do nhiệt sinh ra từ thủy hóa xi măng

Theo tài liệu [40] độ tăng nhiệt độ đoạn nhiệt của bê tông có thể tính bằng công thức sau đây: T = C H. ;

S

Trong đó: T - Độ tăng nhiệt độ của bê tông, 0F;

C - Hàm lượng xi măng, Lb;

H - Nhiệt thủy hóa của xi măng, Btu/Lb;

S - Tỉ nhiệt của bê tông, Btu/Lb 0F

Ghi chú: 1Btu = 1,053.103J; 1Lb = 0,4536kg; 0F = 1,8t0C + 32

Để xác định chính xác nhiệt độ của bê tông trong từng trường hợp cụ thể, có

thể đo trực tiếp nhiệt độ của hỗn hợp bê tông mới trộn bằng nhiệt kế theo tiêu chuẩn

Mỹ [34]

b) Ứng suất nhiệt và nứt do nhiệt

Sự thay đổi nhiệt độ của bê tông dẫn đến biến đổi hình dạng của nó Sự biến đổi hình dạng không được tự do sẽ sinh ra ứng suất do nhiệt độ thay đổi gọi là ứng

suất nhiệt Cường độ chịu nén của bê tông khối lớn thì không có vấn đề gì nếu ứng

suất nhiệt sinh hiệu ứng nén; còn nếu sinh hiệu ứng kéo, thì gây nứt bê tông Tùy theo điều kiện của khối bê tông tự do hay không Thường phát sinh 2 loại vết nứt như sau:

(1) Nứt bề mặt: Nhiệt độ thay đổi dẫn đến thay đổi thể tích, còn việc có sinh ứng suất nhiệt hay không còn phụ thuộc vào vật thể có tự do hay không

Trong quá trình đổ bê tông, mặt ngoài khối bê tông tỏa nhiệt nhanh, nhưng bên trong tỏa nhiệt chậm, nên sinh ra chênh lệch nhiệt độ và thể tích biến đổi khác nhau, làm hạn chế nhau Nhất là khi mới đổ xong, nhiệt độ bên ngoài đột ngột hạ

thấp, làm bề mặt khối bê tông co lại; còn bên trong thì nở ra, làm cho sự biến hình trong ngoài càng lớn, sự cản trở nhau càng mạnh Khi đó trong lòng bê tông sinh ứng suất nén, bề mặt sinh ứng suất kéo Khi ứng suất kéo xuất hiện (ở mặt ngoài) vượt quá ứng suất kéo cho phép, sẽ xẩy ra nứt mặt; loại nứt này thường phát sinh trên mặt đứng của khối bê tông, phương hướng không cố đinh, vết nứt tương đối nhiều, bê tông lại mới đổ ứng suất kéo còn nhỏ, nên loại vết nứt này thường ngắn và nông, có khả năng "khép lại" do nhiệt độ trong khối bê tông hạ dần Nhưng nếu sau

3 - 7 ngày nhiệt độ bên ngoài đột ngột giảm, tất nhiên vết nứt sẽ có khả năng phát triển

(2) Nứt xuyên và nứt sâu:

Có sự kìm chế do nền móng (như nền đá hay bê tông cũ) đối với bê tông mới

đổ Lực kìm chế này phát sinh đối với giai đoạn bê tông phát nhiệt (nở ra sinh ứng

suất nén) và giai đoạn hạ nhiệt (co lại sinh ứng suất kéo) Khi ứng suất kéo vượt quá

khả năng chịu kéo cho phép của bê tông, sinh ra nứt được gọi là nứt do kìm chế

Loại nứt này bắt đầu từ mặt tiếp xúc với nền và phát triển lên trên, ở trường

hợp nghiêm trọng có thể nứt suốt khối bê tông, phá vỡ sự chỉnh thể, nên thường gọi

là nứt xuyên Vì vết nứt có thể sâu tới 1 – 3cm, nên gọi là nứt sâu Vết nứt thường

trực giao với mặt nền, có thể xuyên suốt đập, và ảnh hưởng xấu đến sự chống thấm

của đập

Nứt xuyên sinh ra ở thời kỳ công trình đang được vận hành, nên rất nguy

hiểm Nó làm mất tính chỉnh thể của công trình Nếu không phát hiện và xử lý kịp

thời, thì công trình có thể bị phá hoại

c) Một số biện pháp giảm nhiệt độ và chống nứt

Nhiệt độ trong bê tông thường khá cao, tùy thuộc vào hàm lượng xi măng trong bê tông như trong bảng 1.11

B ảng 1 11: Nhiệt độ trong bê tông của một số công trình

Tên công trình, tên nước

Tỉ lệ xi măng trong

hỗn hợp bê tông theo khối lượng

Nhiệt độ min, 0C Nhiệt độ max, 0C

 Sử dụng vật liệu thích hợp, đặc biệt là xi măng Các loại xi măng được quan tâm sử dụng là: xi măng pooclăng ít tỏa nhiệt, xi măng hỗn hợp ít tỏa nhiệt (có pha

phụ gia khoáng) xi măng pooclăng hỗn hợp, trong đó có pha puzơlan và xi măng pooclăng xỉ hạt lò cao… Nếu dùng xi măng pooclăng (thường tỏa nhiệt nhiều), thì

phải pha phụ gia khoáng để giảm nhiệt thủy hóa của xi măng

 Dùng các loại phụ gia khoáng và phụ gia hóa thích hợp trong bê tông

 Xác định thành phần bê tông với hàm lượng xi măng ít nhất, vì xi măng là tác nhân phát sinh nhiệt thủy hóa dẫn đến tăng nhiệt độ bên trong khối bê tông

 Dùng các biện pháp thi công thích hợp để giảm nhiệt độ bê tông, nhất là khi thi công vào mùa hè, thời tiết nóng, nhiệt độ cao như làm nguội vật liệu trước khi

trộn, thi công vào buổi sớm hoặc ban đêm, giảm thời gian vận chuyển và sơn trắng

hoặc che phủ thùng xe chở bê tông…

 Giảm nhiệt trong khối bê tông bằng cách lắp đặt đường ống trong khối bê tông và cho dòng nước lạnh chảy qua để hạ nhiệt v.v…

1.2 Các phương pháp thiết kế thành phần bê tông khối lớn

1.2.1 Phương pháp thiết kế thành phần bê tông khối lớn theo ACI 211.1

Đây cũng là phương pháp kết hợp tính toán với thực nghiệm Trước tiên xác định thành phần tính toán của bê tông dựa theo các bảng biểu, sau đó phải kiểm tra thành phần tính toán để điều chỉnh sao cho bê tông đạt được các yêu cầu đã đề ra Theo tài liệu [32], thủ tục thiết kế thành phần bê tông được sử dụng trước hết

để khống chế sự phát nhiệt và sự tăng nhiệt đô, trong khi đó thỏa mãn các yêu cầu

về cường độ và độ bền Cường độ và tính bền trước hết được quyết định bởi tỉ lệ N/X Tỉ lệ N/X được xác định theo bảng biểu lập sẵn Tuy nhiên tỉ lê đó cũng được

hiệu chỉnh thông qua các mẻ bê tông trộn thử Kết quả thử có thể chỉ ra rằng cường

độ và độ bền của bê tông chi phối thành phần hơn là nhiệt độ phát sinh Khi đổ, phải dùng các biện pháp cần thiết để khống chế nhiệt Lớp bê tông phần bên ngoài của đập trọng lực phải thêm xi măng để đảm bảo độ bền

Phương pháp tính thành phần bê tông khối lớn được trình bày trong tài liệu [31], gồm các bước sau đây:

 Bước 1: Xác định trước tất cả các yêu cầu đối với tính chất của bê tông khối lớn

cần xác định thành phần như:

− Đường kính danh nghĩa lớn nhất của cốt liệu lớn (Dmax) thích hợp với kết cấu công trình;

− Độ sụt hỗn hợp bê tông;

− Nhiệt độ tối đa khi đổ bê tông;

− Cường độ bê tông yêu cầu ở tuổi quy định;

− Yêu cầu chất lượng đối với cốt liệu;

− Loại xi măng và puzơlan

 Bước 2: Trên cơ sở các yêu cầu đó xác định các tính chất sau đây của vật liệu

chế tạo bê tông:

− Khối lượng riêng của cốt liệu nhỏ (cát) và cốt liệu lớn (đá);

− Độ hấp thụ nước của cốt liệu (cát, đá);

− Môđun độ lớn của cốt liệu nhỏ;

− Khối lượng riêng của xi măng pooc lăng; puzơlan và hỗn hợp của chúng và nhiệt thủy hóa ở tuổi 7 ngày;

Lượng trộn khoáng (puzơlan) trong xi măng được xác định sơ bộ bằng: 20 - 35% khối lượng chất dính kết

 Bước 3: Xác định tỉ lệ N

CDK (N là lượng nước trộn và CDK là lượng chất dính

kết trong 1m3 bê tông, trong đó bao gồm xi măng và puzơlan) Nếu tỉ lệ N

CDK

không được quy định trong bản quy định kỹ thuật của dự án, thì có thể được xác định theo vị trí của kết cầu công trình như bảng 1.12

B ảng 1 12: Tỉ lệ N

CDK đối với bê tông khối lớn

CDK

Phần mớm nước trong công trình thủy lợi hoặc đường mép

nước, ở đó bê tông khi bão hòa nước khi khô (vùng mực nước

lên xuống)

0,55

Phần bên trong của kết cấu bê tông khối lớn Không hạn

chế

Phần ngoài (tiếp xúc với môi trường xung quanh) 0,55

Tiếp xúc với nước ngầm chứa nhiều sunphát hoặc các dung

Chịu tác dụng của dòng nước chảy mạnh (tốc độ tới 12m/s) 0,45

Ghi chú: CDK là chất dính kết, ở đây có thể chỉ là xi măng hoặc xi măng pha Puzơlan

Tỉ lệ N/CDK cũng có quan hệ với cường độ bê tông như bảng 1.13

B ảng 1 13: Quan hệ gần đúng giữa cường độ bê tông và tỉ lệ N/CDK

Ghi chú: Để chuyển đổi giá trị cường độ bê tông của mẫu hình trụ sang mẫu

lập phương tiêu chuẩn (15 x 15 x 15cm) phải nhân với hệ số 1,2

So sánh 2 giá trị N/CDK tra được ở 2 bảng trên, chọn tỉ lệ N/CDK nhỏ hơn Tỉ

lệ N/CDK có thể giảm đi 0,02, để tỉ lệ N/CDK lớn nhất cho phép không bị vượt quá khi hiệu chỉnh ở hiện trường Khi không pha Puzơlan, thì tỉ lệ N/CDK sẽ chuyển thành tỉ lệ N/X

 Bước 4: Xác định lượng nước trộn theo bảng 1.14, dựa vào đường kính danh

nghĩa lớn nhất của cốt liệu lớn sẽ dùng và độ sụt yêu cầu của hỗn hợp bê tông:

B ảng 1 14: Lượng nước trộn gần đúng cho 1m 3

thể dùng giá trị tương đương

2) Lượng nước dùng cho bê tông có đường kính danh nghĩa lớn nhất lớn hơn 38mm được ghi trong bảng 1.14 ứng với độ sụt của hỗn hợp bê tông đã được sàng ướt để loại bỏ các hạt lớn hơn 37,5 mm (có nghĩa là trong hỗn hợp bê tông không còn những hạt lớn hơn 37,5 mm)

3) Số liệu về lượng nước trộn ghi trong bảng 1.14 ứng với đá dăm cấp phối

tốt; nếu là đá sỏi, thì lượng nước trộn thường giảm đi 10 lít

4) Nhiệt độ đổ bê tông cũng ảnh hưởng đến lượng nước trộn yêu cầu, nên cần

có sự điều chỉnh lượng nước trộn

5) Nếu dùng phụ gia giảm nước (hóa dẻo hay siêu dẻo), thì giảm lượng nước

trộn theo khả năng giảm nước của phụ gia Lượng nước có sẵn trong phụ gia lỏng đưa vào bê tông phải được coi là một phần của lượng nước trộn bê tông

 Bước 5: Xác định hàm lượng khí (Nếu có yêu cầu và có pha phụ gia cuốn khí) -

Chọn hàm lượng khí (không khí) trong hỗn hợp bê tông có đường kính danh nghĩa

lớn nhất của cốt liệu lớn khác nhau theo bảng 1.15

B ảng 1 15: Hàm lượng vữa và hàm lượng khí gần đùng trong hỗn hợp bê tông

Loại cốt liệu lớn và Dmax

Hàm lượng vữa (m3/m3, ± 0,01)

Trong đó: A: tổng lượng khí được biểu thị bằng %;

a: Hàm lượng khí của phần bê tông đã sàng bỏ các hạt lớn hơn 37,5 mm, %; r: Tỷ số giữa thể tích tuyệt đối của cốt liệu lớn hơn 37,5mm và thể tích tuyệt đối của tất cả các vật liệu trong hỗn hợp trừ thể tích khí

Nếu 100% hạt cốt liệu lọt qua sàng 37,5 mm thì r = 0 và A = a

 Bước 6: Tính hàm lượng xi măng trong 1m3 hỗn hợp bê tông theo tỉ lệ N/X hay (N/CDK) và lượng nước trộn được xác định được ở trên

 Bước 7: Xác định thể tích tuyệt đối của chất dính kết (xi măng + puzơlan) theo

− Vp: Thể tích tuyệt đối của puzơlan, m3;

− CDK: Khối lượng của chất dính kết, kg/dm3;

− ρcdk: Khối lượng riêng của chất dính kết, kg/dm3

;

− ρx:

Khối lượng riêng của xi măng, kg/dm3

;

− ρp: Khối lượng riêng của puzơlan, kg/dm3;

− p: Tỉ lệ puzơlan tính theo thể tích tuyệt đối của chất dính kết;

− x: Hàm lượng xi măng được tính bằng số % khối lượng chất dính kết

 Bước 8: Xác định % TTTĐ của cốt liệu lớn trong tổng TTTĐ của cốt liệu theo

bảng 1.16 dựa trên môđun độ lớn của cát và đường kính danh nghĩa lớn nhất của cốt

liệu lớn

B ảng 1 16: Hàm lượng cốt liệu lớn (Ph ần trăm của tổng cốt liệu theo thể tích tuyệt đối)

Ghi chú: CTN là cát tự nhiên; CN là cát nghiền

 Bước 9: Xác định thể tích tuyệt đối của cốt liệu (cát + đá) bằng cách lấy một đơn

vị thể tích bê tông trừ đi thể tích tuyệt đối của các thành phần xi măng, nước và phụ gia như đã được tính ở trên Dựa vào % lượng cốt liệu lớn đã được chọn ở bước 8, xác định thể tích tuyệt đối riêng của cốt liệu lớn và cốt liệu nhỏ

 Bước 10: Chuyển đổi tất cả thể tích tuyệt đối của các vật liệu thành phần trong

hỗn hợp bê tông sang khối lượng của chúng bằng cách nhân thể tích tuyệt đối với

khối lượng riêng của từng vật liệu

 Bước 11: Kiểm tra hàm lượng vữa

Từ các thể tích tuyệt đối được tính ở trên, tính hàm lượng vữa rồi so sánh kết

quả đó với giá trị ở bảng 1.3 và làm thí nghiệm trên bê tông để điều chỉnh thành

phần bê tông

 Bước 12: Chế tạo mẻ trộn để kiểm tra độ sụt, cường độ và các tính chất yêu cầu

khác, qua đó điều chỉnh thành phần bê tông nếu cần thiết để bê tông đạt được các yêu cầu đã đề ra

1.2.2 Phương pháp thể tích tuyệt đối dùng công thức Bolomey – Skramtaev

Phương pháp này dựa trên giả định là sau khi được đầm chặt, hỗn hợp bê tông được đặc chắc hoàn toàn Khi đó tổng thể tích tuyệt đối của các vật liệu thành phần trong 1 m3 hỗn hợp bê tông bằng 1000 lít Đấy là giả định để thuận tiện cho việc tính toán thành phần sơ bộ (ban đầu) của bê tông Trong thực tế thì trong hỗn hợp

bê tông sau khi đầm vẫn có một hàm lượng không khí khoảng 1-2% thể tích bê tông

Bê tông khối lớn cũng là một loại bê tông mác thông thường, chỉ có thêm yêu

cầu là phải quan tâm đến tính chất nhiệt Ngoài ra thường có phụ gia khoáng để

giảm nhiệt trong bê tông, hoặc giảm mác xi măng khi mác xi măng cao mà cường

độ bê tông lại thấp Vì vậy có thể tính thành phần bê tông theo phương pháp thể tích tuyệt đối dùng công thực Bolomey – Skramtaev Để giải quyết vấn đề nhiệt cần dùng xi măng pooclăng ít tỏa nhiệt hoặc xi măng pooclăng hỗn hợp ít tỏa nhiệt và

áp dụng các biện pháp khống chế nhiệt trong sản xuất và thi công bê tông

Phương pháp này được viết trong giáo trình VLXD của Nga [41] và của Việt Nam [4], cũng như đã được đưa vào TCVN 4453-87 [13]

Nội dung của phương pháp này bao gồm các bước sau đây:

 Bước 1: Xác định tỷ lệ X/N theo công thức của Bolomey-Skramtaev:

Trong đó:

Rb mác bê tông yêu cầu;

Rx mác xi măng;

A1, A2 hệ số phụ thuộc chất lượng cốt liệu;

A= 0,65 với cốt liệu chất lượng tốt;

A = 0,60 với cốt liệu chất lượng trung bình;

A = 0,55 với cốt liệu chất lượng kém

 Bước 2: Xác định lượng dùng

nước N theo biểu đồ hình 1.5 phụ

thuộc vào Dmax và độ lưu động (Độ

 Bước 4: Xác định lượng dùng cốt liệu lớn và nhỏ

Hỗn hợp bê tông sau khi nhào trộn và đầm chặt hoàn toàn theo giả định thỏa mãn phương trình:

Lượng hỗn hợp vữa xi măng cát lấp đầy các lỗ rỗng của cốt liệu thô, vừa bao

bọc một lớp mỏng và kín trên bề mặt của nó để đảm bảo độ lưu động của hỗn hợp

α

= +

Đến đây đã xác định được thành phần tính toán của bê tông Nếu trong bê tông

có pha phụ gia khoáng thì yếu tố X được thay thế bằng CKD (hỗn hợp của xi măng

và PGK)

 Bước 5: Kiểm tra bằng thực nghiệm và hiệu chỉnh lại thành phần đã tính toán

Khi thiết kế sơ bộ ta dùng một số bảng tra hay biểu đồ lập sẵn Đây là các số

liệu tổng hợp từ thực nghiệm trên một số vật liệu và có thể sai khác với vật liệu ta dùng cho thiết kế, nên sau khi tính toán sơ bộ cần phải kiểm tra tính công tác (độ

sụt), cường độ của bê tông…Trong quá trình kiểm tra có thể phải hiệu chỉnh lượng dùng các vật liệu thành phần để bê tông đạt các yêu cầu đã đề ra Khâu cuối cùng là

tính lại lượng chi phí vật liệu cho một mét khối bê tông hoặc lượng dùng cho một

mẻ trộn của máy trộn có tính đến hệ số sản lượng của máy trộn và độ ẩm của cốt

liệu ở hiện trường

 Trong tài liệu [3] cũng nêu ra phương pháp thiết kế thành phần bê tông theo

thể tích tuyệt đối dùng công thức Bolomey – Skrantaev, nhưng có một số điểm khác, vì đã được Việt Nam hóa một phần So sánh hai phương pháp được nêu ra trong tài liệu [4] và tài liệu [3] như trong bảng dưới đây:

B ảng 1 17: So sánh hai phương pháp TKTPBT theo thể tích tuyệt đối

STT Theo giáo trình VLXD [4] Theo chỉ dẫn kỹ thuật [3]

1 Tính X/N theo công thức Bolomey –

2 Xác định N theo hình vẽ dựa vào

Dmax; Mđl; độ sụt; Xác định N theo bảng dựa vào Dmax

X và N có thể khác nhau do cách xác định khác nhau nên C có thể khác nhau;

6 Do hai phương pháp TKTPBT này có khác nhau ít nhiều nên chắc chắn TPBT tính toán được sẽ khác nhau

1.2.3 Lu ận bàn về hai phương pháp của Mỹ và Nga

BTKL Như vậy trong bê tông không phải chỉ có xi măng (X), mà còn có cả PGK nên được gọi chung là chất dính kết (CDK) Hai phương pháp này có một số điểm

giống nhau và nhiều điểm khác nhau được trình bày trong bảng dưới đây:

B ảng 1 18: So sánh hai phương pháp của Mỹ và Nga

STT Phương pháp của Mỹ (ACI 211.1) Phương pháp của Nga

(Giáo trình VLXD)

1 Phương pháp tính toán kết hợp với

thực nghiệm, sau khi tính toán phải

thí nghiệm để kiểm tra và hiệu chỉnh

Rb và chất lượng cốt liệu Sau đó tính ngược lại được N/X

3 Cường độ bê tông được xác định theo

mẫu hình trụ 15 x 30 cm Cường độ bê tông được xác định trên mẫu lập phương 15 x 15 x 15cm và

lớn hơn 1,2 lần cường độ mẫu hình

Qua đó xác định được tỉ lệ của từng

loại cốt liệu cát và đá theo TTTĐ;

- Xác định TTTĐ của hỗn hợp cát đá

theo công thức TTTĐ (nhưng có

hàm lượng khí được xác định bằng

cách tra bảng);

- Từ đó tính được TTTĐ của riêng

cát, đá và cuối cùng tính được khối

1.2.3.2 C ải tiến cách xác định hàm lượng xi măng và phụ gia khoáng (Puzơlan)

Ở bước 6 đã xác định được hàm lượng CKD Ở bước 7 của phương pháp TKTPBTKL của Mỹ có thể làm cụ thể và ngắn gọn hơn như sau:

Ở Việt Nam tỉ lệ PGK được cho theo khối lượng, nhưng theo tài liệu Mỹ tỉ lệ PGK trong bê tông có thể cho theo TTTĐ hoặc KL, nên ở đây có thể phân ra hai trường hợp:

 TH1: Nếu hàm lượng PGK được cho theo % của khối lượng chất kết dính (Pkl%), thì tính ngay được hàm lượng X và PGK như sau:

Sau khi biết tỉ lệ khối lượng của PGK, thì lại tính hàm lượng PGK và XM theo

khối lượng như trong TH1

Cách tính như vậy sẽ cụ thể và đơn giản hơn bước 7 của phương pháp Mỹ