CHƯƠNG 4: BÊ TÔNG XI MĂNG

University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải VẬT LIỆU XÂY DỰNG University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải CHƯƠNG 4: BÊ TÔNG XI MĂNG 4.1 Khái niệm chung Bê tông vật liệu đá nhân tạo nhận cách đổ khuôn làm rắn hỗn hợp hợp lý chất kết dính, nước, cốt liệu (cát, sỏi, đá dăm) phụ gia (nếu có) Hỗn hợp nguyên liệu nhào trộn xong gọi hỗn hợp bê tông hay bê tông tươi Hỗn hợp bê tơng phải có độ dẻo định để vận chuyển, tạo hình đầm chặt dễ dàng University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải Cốt liệu bê tông đóng vai trò khung chịu lực, hồ chất kết dính (chất kết dính nước) bao bọc xung quanh hạt cốt liệu đóng vai trò chất bơi trơn, đồng thời lấp đầy khoảng trống hạt cốt liệu Sau cứng hố, hồ chất kết dính gắn hạt cốt liệu thành khối dạng đá gọi bê tơng Bê tơng có cốt thép gọi bê tơng cốt thép Vì bê tông bê tông cốt thép sử dụng rộng rãi xây dựng? University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải Yêu cầu bê tông phải đạt độ dẻo để dễ thi công, đạt cường độ tuổi quy định đạt yêu cầu khác độ chống thấm, ổn định với môi trường độ tin cậy khai thác, giá thành không đắt Với loại bê tông đặc biệt phải tuân thủ quy định riêng cường độ cao, rắn nhanh, nhẹ, chống thấm cao dễ thi công (bơm, phun…) PHÂN LOẠI BÊ TƠNG: Theo cường độ: - Bê tơng thường: Cường độ chịu nén đặc 15-60 MPa - Bê tông cường độ cao: Cường độ chịu nén từ 60-100 MPa (mẫu hình trụ D=15cm, H=30cm, 28 ngày tuổi) - Bê tông cường độ cao: Cường độ chịu nén từ 100-200 MPa Theo dạng chất kết dính: - Bê tông xi măng - Bê tông silicat - Bê tông polyme… University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải Phân loại theo khối lượng thể tích: - Bê tơng đặc biệt nặng: bê tơng có khối lượng thể tích 3÷5 g/cm 3, chế tạo từ cốt liệu đặc biệt nặng, dùng cho kết cấu đặc biệt - Bê tơng nặng: bê tơng có khối lượng thể tích 2÷2,5 g/cm 3, chế tạo từ cát, đá, sỏi tự nhiên, dùng cho kết cấu chịu lực - Bê tơng nhẹ: bê tơng có khối lượng thể tích 0,9÷1,8 g/cm - Bê tơng đặc biệt nhẹ: bê tơng có khối lượng thể tích từ 0,5 g/cm trở xuống, sử dụng kết cấu đặc biệt Theo công dụng - Bê tông thường (dùng cho kết cấu bê tông cốt thép thường); - Bê tơng thuỷ cơng (dùng cho cơng trình thường xun chịu tác động nước đập, cầu, âu thuyền, kênh mương ); - Bê tông mặt đường (xây dựng đường ô tô, sân bay, ); - Bê tông cho kết cấu bao che (thường bê tông nhẹ) - Bê tơng có cơng dụng đặc biệt (chịu nhiệt, phóng xạ, ) University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thơng vận tải SỰ HÌNH THÀNH CẤU TRÚC CỦA BÊ TÔNG Sau trộn đầm nén, cấu trúc hỗn hợp bê tông xếp lại, với thủy hóa xi măng cấu trúc bê tơng hình thành Giai đoạn gọi giai đoạn hình thành cấu trúc bê tơng Khoảng thời gian hình thành cấu trúc, cường độ ban đầu bê tông phụ thuộc vào thành phần bê tông, loại xi măng loại phụ gia University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải  Cấu trúc vi mô: Đặc trưng cấu trúc cốt liệu, cấu trúc hồ xi măng cấu trúc vùng tiếp giáp hồ xi măng với cốt liệu lỗ rỗng a Cấu trúc cốt liệu: Cấu trúc cốt liệu hình thành lồng ghép hạt cốt liệu nhỏ lấp đầy lỗ rỗng cốt liệu lớn Sự phối hợp hợp lý thành phần, cấp phối hạt cỡ hạt làm cho cấu trúc cốt liệu có độ đặc cao nhất, lượng xi măng nước nhất, bê tơng có tính chất lý tốt giá thành thấp b Cấu trúc đá xi măng Khi gặp nước hạt xi măng tạo màng kết dính Màng liên kết xi măng-nước bao quanh hạt cốt liệu nhỏ tạo hồ kết dính Trong cấu trúc đá xi măng có hạt xi măng khan (chưa thủy hóa) Ở hạt xi măng thủy hóa lỗ rỗng chứa nước Nước nhào trộn phần nhỏ để bôi trơn hạt cốt liệu, phần dùng để tạo thành cấu trúc đá xi măng, lại phần lớn bị cốt liệu hút vào Vì hỗn hợp bê tông sau đổ khuôn xong xảy tách nước bên trong, nước đọng lại bề mặt hạt cốt liệu lớn làm yếu mối liên kết chúng đá xi măng University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải c Cấu trúc vùng tiếp xúc cốt liệu đá xi măng Vùng tiếp giáp đá xi măng cốt liệu tồn lớp hồ xi măng dính bám vào bề mặt hạt cốt liệu, vùng chứa nước tách nước bên hồ xi măng, lỗ rỗng nước bốc phần tử Ca(OH) tự Thường vùng yếu cấu trúc Vết nứt co ngót bên phát triển men theo vùng dính kết cốt liệu đá xi măng University of Transport Technology Trường Đại học Cơng nghệ giao thơng vận tải 4.2 TÍNH CHẤT CHỦ YẾU CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG VÀ BÊ TƠNG THƯỜNG 4.2.1 Tính cơng tác hỗn hợp bê tơng Tính cơng tác (còn gọi tính dễ tạo hình) tính chất kỹ thuật hỗn hợp bê tơng Tính cơng tác biểu thị khả hỗn hợp bê tông dễ lấp đầy khuôn bảo đảm tính đồng điều kiện đầm nén định đánh giá thông qua tiêu: Độ sụt độ cứng University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải Thí nghiệm xác định độ sụt    KÝch thớc Loại côn N1 N2 d 100 ±2 150 ±2 D 200 ± 300 ± h 300 ± 450 ± University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải Các bước thiết kế + Chọn độ sụt, không cho trước chọn theo Bảng 4.23 + Chọn kích thước lớn cốt liệu thô: D max ≤ 1/5 kích thước nhỏ kết cấu; Dmax ≤ 1/3 chiều dầy bản; Dmax ≤ 3/4 khoảng cách cốt thép + Xác định lượng nước: Bảng 4.24 + Xác định tỷ lệ N/X: Bảng 4.25 + Xác định lượng xi măng: N X N : ( ) (kg) X + Xác định khối lượng cốt liệu thô: tra Bảng 4.26 tìm thể tích cốt liệu thơ trạng thái khơ Từ tính được: D  d Vad (kg) + Xác định lượng cốt liệu nhỏ: C (1000  Vax  N  Vad  Vkk ). c hay C (1000  X D  N  2%). c X d University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thơng vận tải Các bước tính tốn tương tự phương pháp Bolomey-Skramtaev Các Bảng 4.23 ÷ Bảng 4.27 lập theo kết nghiên cứu Viện bê tông Mỹ cho cốt liệu khác nhau, áp dụng Việt Nam vật liệu kiểm tra phù hợp quy định dùng Phương pháp hiệu bê tơng có cường độ nén ≤ 50 MPa Với bê tông cường độ cao cần có thiết kế đặc biệt Bảng 4.23 Quy định độ sụt hợp lý cho bê tông thường (theo ACI) Loại kết cấu SN lớn nhất, cm SN nhỏ nhất, cm Móng tường cột BTCT Móng giếng chìm, móng tường Dầm tường có cốt thép 10 Cột nhà 10 Bản mỏng, lát đường Bê tơng nặng Ghi chú: Có thể tăng thêm cm phương pháp đầm rung khác University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải Bảng 4.24 Khối lượng nước cho 1m3 bê tông (theo ACI)   Bê tông khơng tạo khí Bê tơng khí Độ sụt SN (cm) Dmax (mm) 9,5 12,5 19 25 37,5 50 2,5 ÷ 185 180 175 170 165 155 ÷ 7,5 190 185 180 175 170 165 7,5 ÷ 10 200 190 185 180 175 170 Lượng khí (%) 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 3÷5 180 175 165 160 145 140 ÷ 10 200 190 180 175 160 155 15 ÷ 18 215 205 190 185 170 165 Khối lượng khí (%) 8,0 7,0 6,0 5,0 4,5 4,0 University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải Bảng 4.25 Xác định tỷ lệ N/X tối đa (theo ACI) Tỷ lệ N/X theo đường kính lớn 28 R công cốt liệu thô (mm) R b công trường trường (MPa) (MPa) 9,5 12,5 9,5 12,5 28 b Tỷ lệ N/X theo đường kính lớn cốt liệu thô (mm) 9,5 12,5 9,5 12,5 69 0,26 0,26 0,25 0,25 28 0,45 0,45 0,44 0,44 61,2 0,30 0,29 0,29 0,28 25 0,53 0,53 0,52 0,52 54,4 0,35 0,34 0,33 0,32 21 0,61 0,60 0,58 0,58 47,6 0,40 0,40 0,39 0,39 15 0,65 0,65 0,63 0,63 35 0,43 0,43 0,40 0,40           University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thơng vận tải Bảng 4.26 Thể tích cốt liệu thơ đơn vị thể tích bê tơng (theo ACI) Dmax (mm) Mô đun hạt 2,4 2,8 3,0 2,6 Dmax (mm) Mô đun hạt 2,4 2,8 3,0 2,6 9.5 0,5 0,48 0,46 0,44 25 0,71 0,69 0,67 0,65 12,5 0,59 0,57 0,55 0,53 27,5 0,76 0,74 0,72 0,70 19 0,66 0,64 0,62 0,60 50 0,78 0,76 0,74 0,72 Có thể giảm 10% với bê tông dùng máy bơm Mô đun hạt cát xác định sàng 0,149; 0,297; 0,595; 1,19; 2,38; 4,76 mm University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải Bảng 4.27 Khối lượng thể tích bê tơng (theo ACI) Khối lượng BT, kg/m3 Dmax (mm) 10 12,5 20 25 khơng tạo khí 2285 tạo khí 2190 2315 2235 2355 2280 2375 2315 Dmax (mm) 40 50 70   Khối lượng BT, kg/m3 khơng tạo khí 2420 tạo khí 2355 2445 2375 2465 2400     University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải THI CƠNG BÊ TƠNG Hỗn hợp bê tơng chuẩn bị sẵn trạm trộn cố định máy trộn trường thi cơng Q trình thi công bê tông gồm khâu: Cân đong nguyên vật liệu theo khối lượng (riêng nước theo thể tích) tay (trạm nhỏ) hay tự động (trạm trộn trung tâm, nhà máy) Khi cân đong cần ý đến độ ẩm cốt liệu để điều chỉnh khối lượng cho xác Trộn khâu quan trọng để đảm bảo độ đồng cho hỗn hợp bê tông Có hai loại máy trộn tự cưỡng Máy trộn tự dùng cho hỗn hợp bê tông dẻo có dung tích 100, 250, 450, 1200, 2400ℓ, ngun tắc máy xẻng cố định nâng vật liệu đến độ cao vật liệu rơi tự Thời gian trộn quy định theo Bảng 4.28 Máy trộn cưỡng dùng cho hỗn hợp bê tông cứng dẻo, lưỡi xẻng gắn trục quay quay ngược chiều với thùng trộn để đảo vật liệu University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải Bảng 4.28 Thời gian trộn bê tông (giây) Độ dẻo, cm ≤ 425 ℓ 1200 ℓ 2400 ℓ SN ≤ 60 120 150 SN > 45 90 120 Vận chuyển hỗn hợp bê tơng xe chun dụng, xe cút kít, xe gòng, thùng chứa, Để đảm bảo độ đồng độ dẻo, thời gian vận chuyển không vượt giới hạn cho phép: 30 phút nhiệt độ 30 °C ÷ 20 °C, 60 phút nhiệt độ 19 °C ÷ 10 °C, 120 phút nhiệt độ °C ÷ °C, riêng trường hợp dùng xe chuyên dụng có thùng tự quay thời gian lớn Đổ khuôn tiến hành máy đổ, vừa rót vừa san hỗn hợp Để tránh phân tầng chiều cao đổ bê tông ≤ 1m, chiều cao lớn dùng ống vòi voi, lòng máng (kết hợp vận chuyển) Khi cần đổ khuôn cao dùng bơm bê tơng Đầm lèn bê tông thực máy đầm rung: đầm bàn, đầm dùi, đầm rung ép, rung cán, tạo hình ép ly tâm (bàn rung), Bảo dưỡng bê tông việc đảm bảo điều kiện nhiệt ẩm cho trình thuỷ hố rắn xi măng thuận lợi, dùng vật liệu giữ nước (cát, bao tải, rơm rạ, ) phủ lên tưới nước phương pháp chưng Kiểm tra chất lượng bê tông phương pháp phá hoại không phá hoại University of Transport Technology Trường Đại học Cơng nghệ giao thơng vận tải BÊ TƠNG CƯỜNG ĐỘ CAO  BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO SIÊU DẺO (Bê tông cường độ cao hệ sử dụng Việt Nam - năm 1988) Khái niệm chung Bê tơng cường độ cao siêu dẻo coi loại bê tông cường độ cao hệ thứ Loại bê tơng có độ sụt lớn nhờ sử dụng phụ gia siêu dẻo, có tỷ lệ X/N thấp nên khả chịu lực cao Việc sử dụng phụ gia hoá dẻo cho xi măng bê tông lâu phổ biến nước công nghiệp phát triển Ở nước ta phụ gia hoá học sử dụng mức độ hạn chế Các công trình thuỷ điện Thác Bà dùng phụ gia hóa dẻo SSB Liên Xô cũ, thủy điện Sông Đà trước sử dụng phụ gia hoá dẻo từ bãi thải giấy sản xuất phương pháp kiềm chế tạo bê tông University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải Bê tông cường cao siêu dẻo thường có độ sụt từ (8 ÷ 20) cm có cường độ tuổi ngày khoảng 0,85.R28, tuổi 28 ngày có Rb = (1 ÷ 1,2).RX, tỷ lệ N/X = 0,35 ÷ 0,4 Do độ sụt lớn (siêu dẻo) nên thích hợp với công nghệ xây dựng đại phương pháp bơm bê tông công nghệ xây dựng cầu đại (đúc đẩy, đúc hẫng ) Loại bê tông sử dụng phổ biến giới bắt đầu sử dụng nhiều Việt Nam năm gần Cấu trúc bê tông cường độ cao sử dụng phụ gia siêu dẻo Khi cho phụ gia vào hỗn hợp phụ gia làm tăng độ linh động hạt xi măng, chúng làm giảm diện tích tiếp xúc hạt, làm giảm lực ma sát thành phần hỗn hợp bê tông Khi bị hấp thụ lên bề mặt xi măng kiềm chế tốc độ phản ứng thuỷ hoá Mặt khác phụ gia siêu dẻo cho phép giảm nước sử dụng khoảng 10% ÷ 20% tăng cường độ khoảng 30% University of Transport Technology Trường Đại học Cơng nghệ giao thơng vận tải Tóm lại: cho phụ gia siêu dẻo vào hỗn hợp bê tông làm tăng độ linh động dung dịch huyền phù tăng tính nhớt bề mặt hạt xi măng, giảm lượng nước dùng cải thiện cấu trúc vi mô Kết giảm độ thấm, liên kết tốt với cốt liệu cốt thép, cường độ cao nâng cao tuổi thọ kết cấu cơng trình bê tơng cốt thép University of Transport Technology Trường Đại học Cơng nghệ giao thơng vận tải  BÊ TƠNG CHẤT LƯỢNG CAO Bê tông HPC (High performance concretes) - theo tiếng Anh Bê tông BHP (Béton a haute performances) - theo tiếng Pháp Khi áp dụng bê tơng có cường độ cao làm cho kết cấu giảm nhẹ mà cho khả lực kết cấu đạt yêu cầu thiết kế khai thác Trên giới bê tơng có cường độ cao ngày sử dụng phổ biến hệ vật liệu tạo kết cấu Loại bê tơng tạo công trường với cốt liệu thông thường vữa chất kết dính cải thiện cách dùng vài sản phẩm tốt muội silic chất siêu dẻo Như bê tông cường độ cao loại bê tơng khơng có khả chịu lực cao mà có độ sụt lớn dựa sở sử dụng muội silic chất siêu dẻo Bê tông cường độ cao loại bê tơng có cường độ chịu nén sau 24 đóng rắn khơng nhỏ 35 MPa; cường độ chịu nén tuổi 28 ngày khơng nhỏ 60 MPa, với mẫu thử hình trụ D = 150 mm, H = 300 mm chế tạo, bảo dưỡng thí nghiệm theo tiêu chuẩn hành University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải Khi sử dụng bê tông cường độ cao cho phép tạo sản phẩm có tính kinh tế cho phép giải nhiều vấn đề kỹ thuật bê tơng cường độ cao có ưu điểm: + Giảm kích thước cấu kiện, tăng khơng gian sử dụng, giảm lượng bê tông sử dụng làm giảm nhẹ trọng lượng kết cấu, giảm kích thước móng; + Tăng chiều dài nhịp, giảm số lượng dầm trụ; + Giảm chiều dày bản, chiều cao dầm Tính chất bê tông cường độ cao - Cường độ chịu nén bê tông cường độ cao phát triển nhanh giai đoạn đầu, theo nghiên cứu Parrott, tỉ số cường độ chịu nén điển hình bê tơng cường độ cao sau đến 28 ngày 0,8 ÷ 0,9 (so với 0,7 ÷ 0,75 bê tơng thường); theo nghiên cứu Carrasquillo, Nilson, Slate tỉ số cường độ chịu nén điển hình bê tơng cường độ cao sau ngày 0,73 (so với 0,65 bê tơng thường) - Cường độ chịu kéo có tốc độ tăng chậm so với cường độ chịu nén University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải - Mô đun đàn hồi bê tông cường độ cao lớn bê tông thường, nhiên mơ đun đàn hồi chịu kéo yếu Tóm lại: bê tơng cường độ cao có cường độ chịu nén phát triển nhanh ngày đầu, cường độ chịu kéo phát triển nhanh không cường độ chịu nén Độ co ngót giảm, độ dính bám với cốt thép tăng rõ rệt Bê tông chất lượng cao cách ẩm tốt nên từ biến ẩm phát triển Vật liệu chế tạo Thành phần bê tông cường độ cao bê tông thường, để đạt độ đặc cao dễ thi công sử dụng nước nên thành phần bê tơng cường độ cao có thêm phụ gia siêu dẻo phụ gia khoáng cực mịn tro bay muội silic Ngồi số loại bê tơng đặc biệt khác Bê tông thủy công, bê tông làm đường, bê tông hạt nhỏ, bê tông nhẹ, bê tông bền axit… Một loại bê tơng làm trụ cầu có cường độ nén đặc trưng 28 ngày tuổi 40 MPa có tỷ lệ cấp phối lý thuyết sau X:Ck:Đk = 1:2,2:3,1 Biết vật liệu dùng để chế tạo bê tơng có chất lượng trung bình A = 0,6 thành phần hạt đảm bảo yêu cầu Vật liệu xi măng PC40 có  = 1340 kg/m3 Cát vàng sơng Lơ có  = 1,52 T/m3; a = 2,57 g/cm3, Wc = 3,0% Đá Kiện Khê có 0 = 1,50 g/cm3; Wđ = 1% Biết độ sụt hỗn hợp cm, khối lượng thể tích hỗn hợp bê tơng 2,42 T/m3  Tính lượng vật liệu thực tế cho mẻ trộn máy có dung tích thùng trộn 0,2 m3? Muốn thu thực tế 300 lít hỗn hợp bê tơng cho mẻ trộn máy phải chọn thể tích thùng trộn tối thiểu máy trộn lít?  Tính lượng vật liệu thực tế phù hợp cho bao xi măng?