“Nghiên cứu tăng cường độ của bê tông công trình thủy bằng phương pháp đầm lại

LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS-TSKH Nguyễn Thúc Tuyên, người đã dành nhiều tâm huyết, tận tình hướng dẫn, chỉ bảo cho tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Tác giả xin chân thành cảm ơn Công ty cổ phần tư vấn xây dựng và chuyển giao công nghệ Thăng Long 12 đã tạo điều kiện cho tác giả về thời gian để tham gia khoá học và hoàn thành luận văn. Tác giả xin chân thành cảm ơn sự quan tâm và giúp đỡ của phòng Đào tạo Đại học và Sau Đại học, Khoa Công trình trường Đại học thuỷ lợi, cùng các thầy, cô giáo trường Đại học Thủy lợi đã tạo điều kiện cho tác giả có cơ hội được học tập, trau dồi nâng cao kiến thức trong suốt thời gian vừa qua. Sau cùng là cảm ơn các bạn đồng nghiệp và các thành viên trong gia đình đã có những đóng góp quý báu, động viên về vật chất và tinh thần để tác giả hoàn thành luận văn này. Với thời gian và trình độ còn hạn chế, luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo, các Quý vị quan tâm và bạn bè đồng nghiệp. Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Xây dựng công trình thủy với đề tài: “Nghiên cứu tăng cường độ của bê tông công trình thủy bằng phương pháp đầm lại” được hoàn thành tại Khoa Công trình, Trường Đại học Thủy lợi. Hà Nội, tháng 09 năm 2014 Tác giả Vũ Xuân Tiến LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là Vũ Xuân Tiến, học viên cao học lớp K20C21 trường Đại Học Thủy Lợi, tác giả luận văn xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những nội dung và kết quả nghiên cứu trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào. Tác giả Vũ Xuân Tiến MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG PHẦN MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ MỘT SỐ QUY ĐỊNH (TIÊU CHUẨN) LIÊN QUAN ĐẾN NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ SẢN XUẤT BÊ TÔNG Ở NƯỚC TA 3 1.1. Định nghĩa bê tông: 3 1.2. Phân loại bê tông và bê tông thủy công 4 1.3. Nguyên vật liệu chế tạo bê tông. 5 1.3.1. Xi măng 5 1.3.2. Cốt liệu nhỏ 5 1.3.3. Cốt liệu lớn. 7 1.4. Các tính chất cơ bản của bê tông. 9 1.4.1. Tính công tác của hỗn hợp bê tông 9 1.4.2. Tính đông kết đóng rắn của hỗn hợp bê tông. 10 1.4.3. Cường độ của bê tông đã đông cứng. 11 1.4.4. Tính biến dạng của bê tông 15 1.4.5. Tính co, nở của bê tông 15 1.4.6. Tính hút nước của bê tông 15 1.4.7. Tính thấm nước của bê tông. 16 1.5. Thiết kế thành phần bê tông 16 1.6. Kết luận chương 1 20 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 21 2.1. Thủy hóa (hydrat hóa) xi măng pooc lăng (PC) 21 2.2. Quá trình đông kết đóng rắn của xi măng. 22 2.3. Cấu trúc của đá xi măng 23 2.4. Cấu trúc của bê tông 25 2.4.1. Sự hình thành cấu trúc của bê tông 25 2.4.2. Cấu trúc vĩ mô của bê tông 25 2.4.3. Cấu trúc vi mô của bê tông 26 2.4.4. Độ rỗng của bê tông 28 2.4.5. Độ co của bê tông 29 2.5. Lý thuyết về đầm hỗn hợp bê tông. 32 2.6. Kết luận của chương 2 35 CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 37 3.1. Xác định các tính chất của nguyên vật liệu chế tạo bê tông 37 3.1.1. Xi măng PCB 30 Bút Sơn 37 3.1.2. Cát vàng sông Lô 39 3.1.3. Đá dăm Kiện Khê 45 3.1.4. Nước trộn bê tông 49 3.2. Thiết kế thành phần bê tông 49 3.2.1. Thiết kế thành phần bê tông mác 20 49 3.2.2. Thiết kế thành phần bê tông mác 30 51 3.3. Đánh giá hiệu quả của phương pháp đầm lại đối với cường độ của bê tông. 52 3.3.1. Xác định thời gian giãn cách hợp lý giữa 2 lần đầm 53 3.3.2. So sánh cường độ bê tông loại 1 và loại 2 được đầm 1 lần và 2 lần. 56 3.4. Bàn luận về kết quả của phần thực nghiệm 59 3.5. Kết luận của chương 3 60 KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ 61 KẾT LUẬN 61 TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 Tiếng Việt 63 Tiếng Anh 65 Tiếng khác 65 PHỤ LỤC 1 66 PHỤ LỤC 2 67 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Cấu trúc của hỗn hợp bê tông 4 Hình 1.2: Biểu đồ để xác định lượng nước trộn, l/m 3 , bê tông đối với hỗn hợp bê tông dẻo (S n =1-14cm) 18 Hình 1.3: Biểu đồ để xác định hệ số trượt α 19 Hình 2.1: Hiện tượng tách nước bên trong bê tông 27 Hình 2.2: Cấu trúc vùng chuyển tiếp trong bê tông 27 Hình 2.3: Quan hệ giữa độ rỗng và cường độ nén của bê tông 29 Hình 2.4: Quan hệ giữa độ co và thời gian đông cứng 29 Hình 3.1: Biểu đồ TPH của cát 43 Hình 3.2: Biểu đồ TPH của đá dăm 48 Hình 3.3: Quan hệ giữa cường độ chịu nén của bê tông và thời gian giãn cách 2 lần đầm. 56 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Thành phần hạt của cát tự nhiên 6 Bảng 1.2: Thành phần hạt của cát nghiền 6 Bảng 1.3: Hàm lượng tạp chất trong cát 7 Bảng 1.4: Thành phần hạt của cốt liệu lớn (đá) 8 Bảng 1.5: Hàm lượng bùn-bụi-sét trong cốt liệu lớn. 9 Bảng 3.1: Thành phần hóa của Clanhke Bút Sơn, % 37 Bảng 3.2: Thành phần khoáng của Clanhke và PCB 30 Bút Sơn 38 Bảng 3.3: Các chỉ tiêu tính chất vật lý của PCB30 Bút Sơn 38 Bảng 3.4: Kết quả thí nghiệm khối lượng riêng của cát 40 Bảng 3.5: Kết quả thí nghiệm khối lượng thể tích xốp của cát 41 Bảng 3.6: Kết quả thí nghiệm thành phần hạt của cát 42 Bảng 3.7: Kết quả thí nghiệm hàm lượng bùn-bụi-sét của cát 44 Bảng 3.8: Kết quả thí nghiệm khối lượng riêng của đá dăm 46 Bảng 3.9: Kết quả thí nghiệm khối lượng thể tích xốp của đá dăm 46 Bảng 3.10: Thành phần hạt của đá dăm 47 Bảng 3.11: Hàm lượng bụi (bột mịn) trong đá dăm 49 Bảng 3.12: Thành phần tính toán của bê tông mác 20 và 30 51 Bảng 3.13: Thành phần vật liệu của hai mẻ trộn bê tông M20 53 Bảng 3.14: Cường độ chịu nén của bê tông đầm một lần và hai lần 55 Bảng 3.15: Thành phần mẻ trộn bê tông M30 cho 4 nhóm mẫu 57 Bảng 3.16: Cường độ chịu nén và cường độ chịu kéo khi bửa của bê tông 58 Bảng 3.17: Cường độ chịu kéo khi bửa của 2 loại bê tông 58 Bảng 3.18: Tỉ số R kb /R n của bê tông 59 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT TPH Thành phần hạt TPBT Thành phần bê tông. AASHTO Hội của những người làm đường của Mỹ X Khối lượng xi măng N Khối lượng nước C Khối lượng cát Đ Khối lượng đá N X Tỉ lệ nước/xi măng X N Tỉ lệ xi măng/nước STL Lượng sót tích lũy trên sàng ,, xcd ρρρ Khối lượng riêng của xi măng, cát, đá ,, xcd γγγ Khối lượng thể tích xốp của xi măng, cát, đá , cd rr Độ hỗng (độ rỗng) của cát và của đá R n Cường độ chịu nén của bê tông R kb Cường độ chịu kéo khi bửa của bê tông HVCH Học viên cao học M20, M30 Bê tông mác 20, bê tông mác 30 1 PHẦN MỞ ĐẦU Bê tông là vật liệu không những được sử dụng rộng rãi trong xây dựng các công trình thủy lợi như đập, cầu, cống, trạm bơm, kênh dẫn nước, âu thuyền, đê , mà còn dùng cho các công trình của các ngành giao thông, xây dựng, quốc phòng, như cầu, đường, nhà và các công trình quân sự. Bê tông có khả năng chịu lực tốt thể hiện ở cường độ bê tông. Ở nước ta khí hậu nóng, gió nhiều, đặc biệt là gió mùa, nhưng cũng có thời gian và một số ngày trong năm, đặc biệt ở một tỉnh miền trung (Ninh Thuận, Bình Thuận) khí hậu khô hanh. Trong điều kiện như vậy hỗn hợp bê tông sau khi đổ (tạo hình kết cấu công trình), nước trong bê tông bốc hơi nhanh, phát sinh co ngót nhiều, dễ sinh nứt nẻ, dẫn tới giảm cường độ, làm tăng độ hút nước thấm nước, giảm độ bền và giảm mỹ quan của bề mặt công trình. Để khắc phục hiện tượng này có thể áp dụng nhiều biện pháp, trong đó có biện pháp đầm lại một lần, hoặc hai lần sau các khoảng thời gian giãn cách so với lần đầm đầu tiên. Việc làm này không khó khăn và không tốn nhiều công sức và chi phí, nhưng có thể đem lại hiệu quả nhất định góp phần đảm bảo chất lượng của bê tông, kết cấu bê tông cốt thép và công trình. I. Tính cần thiết của đề tài: Trong một số trường hợp sau khi thi công bê tông, bề mặt bê tông bị co và nứt do nước trong bê tông bốc hơi nhanh. Việc đầm lại bê tông là cần thiết để triệt tiêu các vết nứt, tăng độ đặc chắc bên trong bê tông và góp phần đảm bảo chất lượng bê tông và kết cấu công trình. II. Mục đích của đề tài: Đánh giá tác dụng và hiệu quả của việc đầm lại đến tính chất của bê tông, cụ thể là cường độ chịu nén và chịu kéo. 2 III. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết về thủy hóa xi măng, cấu trúc bê tông, vấn đề mất nước và co ngót của hỗn hợp bê tông, độ đặc của bê tông để đánh giá tác dụng và hiệu quả của việc đầm lại thông qua thí nghiệm bê tông. IV. Nội dung luận văn gồm ba chương: Mở đầu Chương 1 - Tổng quan về bê tông và một số qui định (tiêu chuẩn) liên quan đến nguyên vật liệu và sản xuất bê tông ở nước ta. Chương 2 - Cơ sở lý thuyết. Chương 3 – Kết quả nghiên cứu thí nghiệm và đánh giá. Kết luận và kiến nghị Tài liệu tham khảo [...]... phần bê tông để thi công 1.6 Kết luận chương 1 Bê tông là vật liệu được dùng phổ biến nhất trong xây dựng các công trình, trong đó có công trình thủy lợi Một số tính chất chính của bê tông là độ lưu động (độ sụt), cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo, độ thấm nước, độ bền …, trong đó cường độ bê tông là chỉ tiêu được quan tâm nhất đối với hầu hết các công trình Có nhiều biện pháp làm tăng cường độ, ... đó: Ebd – Mô đun biến dạng của bê tông; σ – Ứng suất trong bê tông; ζb – Biến dạng của bê tông; ζđh , ζd – Biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo của bê tông 1.4.5 Tính co, nở của bê tông Trong quá trình rắn chắc, bê tông thường phát sinh biến dạng: nở trong nước và co trong không khí Độ co lớn có thể gây nứt bê tông, làm giảm cường độ và độ bền (độ chống thấm, chống ăn mòn) Bê tông bị co do nguyên nhân:... trong bê tông, bao phủ một số phần tử trong bê tông làm giảm sự liên kết giữa các phần tử đó, dẫn đến giảm cường độ bê tông thông qua hệ số mềm hóa M, được biểu thị bằng công thức sau đây: M = Rbh Rk Trong đó: [1-5]; Rbh – Cường độ bê tông khi bão hòa nước; Rk – Cường độ bê tông khi khô 1.4.7 Tính thấm nước của bê tông Tính chất này đối với bê tông tiếp xúc với nước và khi có áp lực thủy tĩnh Trong bê tông. .. ảnh cấu trúc của bê tông được biểu thị trong hình 1.1 Hình 1.1: Cấu trúc của hỗn hợp bê tông a - Cứng ; b - Dẻo 1.2 Phân loại bê tông và bê tông thủy công Theo tài liệu [3], bê tông xi măng được phân loại theo một số kiểu, chẳng hạn như sau: - Theo loại cốt liệu: bê tông dùng cốt liệu đặc chắc, bê tông dùng cốt liệu rỗng, bê tông dùng cốt liệu đặc biệt - Theo độ đặc chắc của bê tông: Bê tông đặc biệt... lẫn vào bê tông biểu thị bằng số thập phân và thể tích của hỗn hợp bê tông được lấy bằng 1 Độ rỗng của bê tông có quan hệ với độ đặc của bê tông theo công thức: 1r=đ hoặc 100%-r%=đ% Trong đó: 1 hoặc 100% biểu thị thể tích tuyệt đối của bê tông tính theo số thập phân hoặc theo %; r, đ hoặc r% và đ% biểu thị dộ rỗng và độ đặc của bê tông tính theo số thập phân và theo % Như vậy độ rỗng tăng thì độ đặc... trong các loại bê tông 1.4 Các tính chất cơ bản của bê tông 1.4.1 Tính công tác của hỗn hợp bê tông Tính công tác là tính dễ tạo hình hỗn hợp bê tông trong ván khuôn, bảo đảm khối bê tông lấp đầy khuôn và đặc chặt sau khi được đầm nén (trừ trường hợp bê tông tự lèn không cần phải đầm nén) Tính công tác được thể hiện qua 4 chỉ tiêu: 10 - Độ sụt (hỗn hợp bê tông dẻo) hoặc độ cứng (hỗn hợp bê tông khô): Trong... ngược lại Cường độ bê tông ở tuổi 28 ngày là cơ sở để xác định mác bê tông Do xi măng tiếp tục thủy hóa trong thời gian dài, nên cường độ đá xi măng cũng tăng theo; do đó cường độ bê tông cũng phát triển theo thời gian nếu được bảo dưỡng ẩm theo qui luật logarit như trong công thức dưới đây [41]: Rn = R28 log n log 28 [1-3]; Trong đó: Rn – Cường độ bê tông ở tuổi n ngày; n>3; R28 – Cường độ bê tông. .. hợp bê tông dẻo, nên phải quy định độ sụt của bê tông thích hợp với từng loại kết cấu công trình và phải kiểm tra chỉ tiêu này thường xuyên trong phòng thí nghiệm, ở trạm trộn và ở công trường trước khi đổ bê tông Độ sụt của hỗn hợp bê tông giảm theo thời gian Khi vận chuyển xa, độ sụt sẽ giảm Phải dự phòng vấn đề này để hỗn hợp bê tông vẫn đảm bảo độ sụt yêu cầu khi thi công Độ sụt của hỗn hợp bê tông. .. bê tông Tổng độ co trung bình của bê tông khoảng 12 µm [3] 1.4.6 Tính hút nước của bê tông Tính chất này có liên quan đến bê tông tiếp xúc với nước 16 Bê tông dù đã được đầm chặt, nhưng vẫn có độ rỗng nhất định, trong đó có các lỗ rỗng hở Khi bê tông tiếp xúc với nước, nước thấm qua các lỗ rỗng đó vào bê tông đến mức bê tông bão hòa nước Nước hút vào bê tông có thể hòa tan thành phần Ca(OH)2 còn lại. .. sau đó được trộn lại giúp cho thủy hóa xi măng phát triển tốt hơn; do đó có khả năng tăng cường độ bê tông nhiều hơn so với trường hợp trộn hai pha liên tục 1.4.3.7 Đầm lại bê tông (đầm hai lần hoặc nhiều hơn) Phương pháp này đã được đề cập trong tài liệu [40], sau lần đầm thứ nhất, để yên một thời gian rồi đầm lại lần hai và có thể đầm lại lần ba nếu thấy hiệu quả hơn Khi đầm lại, bê tông sẽ đặc chắc . trúc của bê tông 25 2.4.2. Cấu trúc vĩ mô của bê tông 25 2.4.3. Cấu trúc vi mô của bê tông 26 2.4.4. Độ rỗng của bê tông 28 2.4.5. Độ co của bê tông 29 2.5. Lý thuyết về đầm hỗn hợp bê tông. . của bê tông. 9 1.4.1. Tính công tác của hỗn hợp bê tông 9 1.4.2. Tính đông kết đóng rắn của hỗn hợp bê tông. 10 1.4.3. Cường độ của bê tông đã đông cứng. 11 1.4.4. Tính biến dạng của bê tông. sau khi thi công bê tông, bề mặt bê tông bị co và nứt do nước trong bê tông bốc hơi nhanh. Việc đầm lại bê tông là cần thiết để triệt tiêu các vết nứt, tăng độ đặc chắc bên trong bê tông và góp