hướng dẫn bài tập lớn vật liệu xây dựng

∗ Yêu cầu: - Kiểm tra, lựa chọn vật liệu hợp lý sử dụng cho thiết kế: chọn mác xi măng phù hợp, kiểm tra thành phần hạt của cốt liệu theo ASTMC33, lựa chọn loại cốt liệu hợp lý.. - Tính

TRƯỜNG ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI

VIỆN KỸ THUẬT XÂY DỰNG

BỘ MÔN VẬT LIỆU XÂY DỰNG

-*** -

BÀI TẬP MÔN HỌC

VẬT LIỆU XÂY DỰNG

- THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG XI MĂNG THEO ACI211.1-

∗ Nội dung:

- Thiết kế thành phần bê tông xi măng nặng với vật liệu cho trong bảng:

Bảng 1: Yêu cầu kỹ thuật đối với bê tông

Bảng 2: Kết quả thí nghiệm các loại đá theo ASTM C33

Loại đá

Lượng sót (g) trên sàng có đường

(g/cm3)

ρođc

(g/cm3)

WAđ

(%)

Wđ

(%)

ρđ

(g/cm3)

Bảng 3: Kết quả thí nghiệm các loại cát ASTM C33

Loại cát

Lượng sót (g) trên sàng có đường kính

(g/cm3)

ρocc

(g/cm3)

WAc

(%)

Wc

(%)

ρc

(g/cm3) 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15

-Khả năng giảm lượng dùng nước khi sử dụng phụ gia giảm nước (1ítl/100kgXM) là 10%

-Xi măng Poóc-lăng có: γX = 1.3 (g/cm3); ρX = 3.1 (g/cm3)

∗ Yêu cầu:

- Kiểm tra, lựa chọn vật liệu hợp lý sử dụng cho thiết kế: chọn mác xi măng phù hợp, kiểm tra thành phần hạt của cốt liệu theo ASTMC33, lựa chọn loại cốt liệu hợp lý

- Tính toán thành phần bê tông xi măng và tỷ lệ phối hợp các thành phần vật liệu

- Tính lượng vật liệu cho một mẻ trộn

- Tính giá thành vật liệu cho 1m3 bê tông (giá của vật liệu lấy theo thông báo giá hiện hành tại địa phương)

I Lựa chọn vật liệu chế tạo bê tông

I.1 Chọn mác xi măng

Trên cơ sở cường độ yêu cầu, chọn xi măng Portland PC 40 có γX = 1,3 g/cm3; ρX = 3,1 g/cm3

I.2 Cốt liệu nhỏ (Cát)

-Từ kết quả thí nghiệm về thành phần hạt, ta có bảng tổng hợp về thành phần hạt của 2 loại cát như sau :

Cát loại I :

Cỡ sàng(mm) riêng biệt (g) Lượng sót % lượng sót riêng biệt trên sàng % Lượng lọt % Lượng lọt TC

Môđun độ lớn của cát loại I là : Mk1 = 2,96

Cát loại II :

Cỡ sàng(mm) riêng biệt (g) Lượng sót % lượng sót riêng biệt trên sàng % Lượng lọt % Lượng lọt TC

Mô đun độ lớn cát loại II: Mk2= 2,85

-Biểu đồ cấp phối hạt của 2 loại cát :

Biểu đồ cấp phối của 2 loại cát Dựa vào biểu đồ cấp phối hạt của cát, ta thấy cát loại II đạt yêu cầu về thành phần hạt theo ASTM C33, cát loại I không đạt yêu cầu về thành phần hạt theo ASTM C33 Do đó, sử dụng cát loại II để chế tạo bê tông

I.3 Cốt liệu lớn (Đá dăm)

-Từ kết quả thí nghiệm về thành phần hạt, ta có bảng tổng hợp về thành phần hạt của 2 loại đá như sau :

Đá loại I :

Cỡ sàng(mm) Lượng sót

riêng biệt

% Lượng sót riêng biệt trên sàng

% Lượng lọt % lượng lọt TC

Đá loại II :

Cỡ sàng(mm)

Lượng sót riêng biệt

% Lượng sót riêng biệt trên sàng % Lượng lọt

% Lượng lọt

TC

-Biểu đồ cấp phối hạt của 2 loại đá :

Biểu đồ cấp phối của 2 loại đá Dựa vào biểu đồ cấp phối hạt của đá, ta thấy đá loại I đạt yêu cầu về thành phần hạt theo ASTM C33, đá loại II không đạt yêu cầu về thành phần hạt theo ASTM C33 Do đó, sử dụng

đá loại I để chế tạo bê tông

II Thiết kế thành phần bê tông

Bước 1: Xác định cường độ thiết kế 𝒇𝒄𝒓,

Theo ACI 318, trong trường hợp không có đủ số liệu để tính độ lệch chuẩn S thì với 𝑓!, =21-35 MPa, cường độ thiết kế được tính theo công thức sau :

𝑓!", = 𝑓!,+ 8,3 = 25 + 8,3 = 33,3  𝑀𝑃𝑎

(Cường độ thiết kế f’cr là giá trị cường độ có xét đến xác suất các mẫu thử không đạt yêu cầu Theo ACI 318, cường độ thiết kế f’cr được xác định như sau:

Khi cường độ đặc trưng f’c ≤ 35 MPa, lấy f’cr lớn hơn hoặc bằng giá trị tính theo độ lệch chuẩn

S như sau:

f’cr ≥ f’c + 2,33S - 3,5, MPa Khi f’c > 35 MPa, lấy f’cr lớn hơn hoặc bằng giá trị tính theo độ lệch chuẩn S như sau:

f’cr ≥ 0,9 f’c + 2,33S, Mpa Khi không thể định trước giá trị độ lệch chuẩn, f’cr được xác định như sau:

f’cr ≥ f’c + 6,9 MPa, với f’c < 21 MPa f’cr ≥ f’c + 8,3 MPa, với f’c =21- 35 MPa f’cr ≥1,1 f’c + 4,83 MPa, với f’c > 35 MPa )

Bước 2: Xác định lượng nước và hàm lượng không khí

Với các yêu cầu:

- Độ sụt ban đầu 75-100 mm

- Cốt liệu lớn có Dmax = 19 mm

- Bê tông không cuốn khí

Bảng A1.5.3.3 ACI 211.1-Lượng nước nhào trộn sơ bộ và hàm lượng bọt khí yêu cầu theo độ sụt

và Dmax cốt liệu Lượng nước yêu cầu của bê tông với các kích thước Dmax của cốt liệu, kg/m3

Bê tông không cuốn khí

Lượng bọt khí được cuốn vào

bê tông không cuốn khí, %

Bê tông cuốn khí

Tổng hàm lượng bọt khí trung

bình, % cho các mức độ tác

động của môi trường

Mức độ tác động nhẹ 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5**,†† 1,0**,††

Mức độ tác động trung

bình

6,0 5,5 5,0 4,5 4,5 4,0 3,5**,†† 3,0**,††

Tra bảng A1.5.3.3 ACI 211.1, ta chọn lượng nước sơ bộ là 205 kg và hàm lượng bọt khí trong bê tông là 2%

Sử dụng phụ gia giảm được 10% nước, do đó lượng nước N=205-205 10/100=184,5 kg

Bước 3: Xác định tỷ lệ N/X

Với cường độ thiết kế 𝑓!", = 33,3  𝑀𝑃𝑎 , bê tông không cuốn khí, tra bảng A1.5.3.4 ACI 211.1, xác định được lệ N/X = 0,5

Bảng A1.5.3.4 ACI 211.1 - Quan hệ giữa tỷ lệ nước-xi măng và cường độ nén của bê tông

Cường độ nén ở 28 ngày

tuổi, MPa

Tỷ lệ nước-xi măng theo khối lượng

Bê tông không cuốn khí Bê tông cuốn khí

55

48

40

0,31 0,35 0,42

-

-

-

Bước 4: Xác định lượng xi măng

X = (X/N) N = 184,5/0,5= 369 kg

Bước 5: Xác định khối lượng cốt liệu lớn (đá)

Ước lượng thể tích cốt liệu thô đã đầm chặt với các thông số :

Dmax = 19 mm

Mô đun độ lớn của cát : Mk = 2,85

Bảng A.1.5.3.6 ACI211.1 - Thể tích của cốt liệu thô trong một đơn vị thể tích bê tông

Đường kính

danh định lớn

nhất của cốt

liệu, Dmax, mm

Thể tích của cốt liệu thô ở trạng thái lèn chặt trên một đơn vị thể tích bê tông

với modun độ lớn của cốt liệu nhỏ khác nhau+

Tra bảng A.1.5.3.6 ACI211.1 ta có

Vod = 0,62 m3

Lượng cốt liệu lớn : D = V

od.ρodc = 0,62.1650 = 1023kg

Bước 6 : Xác định lượng cốt liệu nhỏ (cát)

-Trên cơ sở khối lượng

Bảng A1.5.3.7.1 ACI211.1-Khối lượng thể tích sơ bộ của hỗn hợp bê tông

Đường kính danh định

lớn nhất của cốt liệu, mm

Khối lượng của một đơn vị thể tích bê tông dự tính ban đầu,

kg/m3

9,5 2280 2200

Tra bảng A.1.5.3.7.1, ước tính khối lượng thể tích của hỗn hợp bê tông với :

- Dmax = 19 mm

- Bê tông không cuốn khí

Ta có ρ0b = 2345 kg/m3

Do đó, lượng cát : C = 2345 – 184,5 - 369 – 1023 = 768,5 kg

-Trên cơ sở thể tích tuyệt đối

Với lượng xi măng, nước, cốt liệu thô đã biết và lượng không khí cuốn vào là 2%

Thể tích của cát

Vc = 1000 - 1023

2, 75 - 369

3,1 - 184,5 - 20 = 304,5 dm3

Do đó, khối lượng của cát C = 304,5 2,65 = 805,6 kg

Bước 7 : Thành phần vật liệu tính toán cho 1 m 3 bê tông

Khối lượng, kg

(Trên cơ sở thể tích tuyệt đối )

Khối lượng, kg

(Trên cơ sở khối lượng)

Bước 8 : Điều chỉnh thành phần vật liệu khi xét đến độ ẩm của cốt liệu:

-Trên cơ sở khối lượng

Lượng cốt liệu lớn ở trạng thái ẩm: Đw = Đ.(1+WĐ) = 1023.(1+2/100) = 1043,5 kg

Lượng cốt liệu nhỏ ở trạng thái ẩm: Đc = C.(1+Wc) = 768,5.(1+3/100) = 791,6 kg

Lượng nước điều chỉnh có xét đến độ ẩm và độ hút nước của cốt liệu:

Nđc = N - Đ.(WĐ-WAĐ ) - C.(WC-WAC )

= 184,5 - 1023.(2/100 – 0,5/100) - 768,5.(3/100 – 0,7/100) = 151,5 kg

Thành phần vật liệu tính toán cho 1 m3 bê tông khi xét đến độ ẩm của cốt liệu:

Khối lượng, kg

(Trên cơ sở khối lượng)

-Trên cơ sở thể tích tuyệt đối

Lượng cốt liệu lớn ở trạng thái ẩm: Đw = Đ.(1+WĐ) = 1023.(1+2/100) = 1043,5 kg

Lượng cốt liệu nhỏ ở trạng thái ẩm: Đc = C.(1+Wc) = 805,6.(1+3/100) = 829,8 kg

Lượng nước điều chỉnh có xét đến độ ẩm và độ hút nước của cốt liệu:

Nđc = N - Đ.(WĐ-WAĐ ) - C.(WC-WAC )

Khối lượng, kg

(Trên cơ sở thể tích tuyệt đối)

Bước 9: Xác định lượng phụ gia giảm nước:

Dự kiến sử dụng phụ gia với liều lượng 1 lít /100 kg Xi măng Vậy lượng phụ gia cần dùng là:

PG = 1 369/100 = 3,69 lít

III Tính toán thành phần vật liệu cho mẻ trộn có dung tích thùng trộn

Vo=750l

Giả sử thành phần vật liệu tính toán dựa trên trên cơ sở khối lượng,

-Tính hệ số sản lượng :

X

ρ0 X +

C

ρ0C +

D

ρ0 D

369 1,3 +768,5

1,6

= 0,7

-Thành phần vật liệu cho 1 mẻ trộn:

N0= βV0

1000.N=0,7.750

1000 .151,5= 79,5kg

X0 = βV0

1000.X=0,7.750

1000 .369= 193,7kg

D0 = βV0

1000.D= 0,7.750

1000 .1043,5= 547,8kg

C0 = βV0

1000.C=0,7.750

1000 .791,6= 415,6kg

PG0 = βV0

1000.PG= 0,7.750

1000 .3,69= 1,94lít

IV Tính giá thành vật liệu cho 1m3 bê tông

- Thể tích đổ đống của đá:

V oD = D

ρoD =

1023

1, 6 = 639dm3 = 0,639m3

- Thể tích đổ đống của cát:

V oC = D

ρoC =

768,5

1,53 = 502dm3= 0,502 m3

- Dựa trên báo giá của vật liệu (lấy theo thông báo giá hiện hành tại địa phương), giá thành vật liệu vật liệu cho 1m3 bê tông như sau:

Vật liệu Đơn vị Số lượng Đơn giá

(nghìn đồng)

Thành tiền (nghìn đồng)