Bài báo Nghiên cứu phương pháp thiết kế cấp phối lý thuyết bê tông đầm lăn phân tích và đưa ra ý tưởng chỉ đạo là Thiết kế cấp phối bê tông đầm lăn khi đã biết một chỉ tiêu là cường độ nén hoặc là dựa vào cả 2 chỉ tiêu cường độ chịu nén và cường độ kháng cắt để thiết kế cấp phối nhằm mục đích tính toán cấp phối bê tông đầm lăn lý thuyết một cách dễ dàng bằng phần mềm máy tính.
NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CẤP PHỐI LÝ THUYẾT BÊ TÔNG ĐẦM LĂN TS Nguyễn Như Oanh - Bộ mơn Vật liệu xây dựng Tóm tắt: Hiện nay, Việt Nam sử dụng phương pháp thiết kế cấp phối BTĐL, Phương pháp Mỹ phương pháp Trung Quốc Các cơng trình thuộc Bộ Nơng Nghiệp Phát triển Nông thôn thường sử dụng Phương pháp thiết kế cấp phối bê tông đầm lăn (RCC) Trung Quốc, Phương pháp thường dựa tiêu thiết kế cường độ chịu nén cường độ kháng cắt Bài báo muốn phân tích đưa ý tưởng đạo Thiết kế cấp phối BTĐL biết tiêu cường độ nén dựa vào tiêu cường độ chịu nén cường độ kháng cắt để thiết kế cấp phối nhằm mục đích tính tốn cấp phối BTĐL lý thuyết cách dễ dàng phần mềm máy tính Từ khóa: Bê tơng đầm lăn (BTĐL), Cấp phối lý thuyết Đặt vấn đề Bê tông đầm lăn (BTĐL), tên tiếng Anh là: Roller Compated Concrete (RCC) loại bê tông nghèo xi măng khô Trong năm gần đây, BTĐL ứng dụng nhiều để xây dựng cơng trình Thủy cơng như: đập BTĐL Khi chọn tiêu thiết kế cấp phối BTĐL lý thuyết thường chọn Cường độ chịu nén, với công trình giao thơng như: đường giao thơng thường chọn Cường độ chịu cắt Bài báo dựa ý tưởng sử dụng tổng hợp cường độ chịu nén cường độ chịu cắt để làm tiêu thiết kế, đưa trình tự phương pháp tính tốn để giải vấn đề thiết kế cấp phối lý thuyết bê tông đầm lăn (BTĐL) Các tham số thiết kế cấp phối 2.1 Chọn tiêu Cường độ chịu nén để tính tốn tỷ lệ N/CKD Cường độ u cầu BTĐL tính theo cơng thức: Ryc = Rtk + 1,645.S (1) Trong đó: Ryc: Cường độ chịu nén yêu cầu RCC tuổi thiết kế Rtk: Cường độ chịu nén thiết kế RCC S : Sai phương cường độ, tùy theo thực tế để lựa chọn: Khi cường độ RCC nhỏ 20MPa, chọn S = 4,0; Cường độ RCC 186 khoảng 20 đến 35 MPa, chọn S = 5,0; Khi cường độ RCC lớn 35MPa, chọn S = 6,0 Hoặc vào mác chất kết dính (CKD), chủng loại cốt liệu thơ, ta tính tỷ lệ N/CKD theo công thức sau: CKD R yc ARCKD ( B) (2) N Trong đó: Ryc: Cường độ chịu nén yêu cầu RCC tuổi thiết kế (MPa) RCKD: Cường độ chất kết dính tuổi 28 ngày (MPa) A, B: hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào chủng loại cốt liệu thô; Đá dăm: lấy A = 0,811; B= 0,581; Nếu sỏi, Lấy A =0,773; B=0,789 Nếu khơng có số liệu Cường độ chất kết dính, ta dùng cơng thức : Ryc = Kc Rtk (3) Trong đó: Kc: hệ số thực nghiệm, thường lấy Kc = 1,1 – 1,15 2.2 Tính tốn tỷ lệ N/CKD theo tiêu Cường độ chịu cắt 2.2.1 Chọn tiêu Cường độ kháng cắt để tính tốn tỷ lệ N/CKD Cường độ kháng cắt u cầu: tính tốn theo cơng thức: RCyc RcTK t.s Trong đó: R Cyc : Cường độ kháng cắt yêu cầu (MPa) R TK : Cường độ kháng cắt thiết kế (MPa) C t: Hệ số bảo đảm tần suất cường độ; (tham khảo bảng đây) s: Sai phương tiêu chuẩn Căn vào cường độ cắt thiết kế để lựa chọn; Khi: Cường độ cắt TK khoảng từ 3,5- 4,0 s chọn 0,20; Cường độ cắt TK từ 4,5- 5,0 s chọn 0,40; Cường độ cắt TK từ 5,5- 6,0 s chọn 0,70; Bảng 1: Hệ số tần suất đảm bảo cường độ Cấp mặt Tần suất Hệ số đảm đường đảm bảo bảo tần suất t Cao cấp, Cấp I 98 2,05 Cấp II 95 1,64 Cấp III 90 1,28 Cấp IV 85 1,04 Thực nghiệm thấy rằng: Những yếu tố ảnh hưởng đến cường độ kháng cắt BTĐL chủ yếu cường độ kháng cắt chất kết dính (CKD) tỷ lệ N/ CKD Cường độ kháng cắt yêu cầu RCC cường độ kháng cắt CKD, tỷ lệ N/CKD có quan hệ theo quy luật tuyến tính BTĐL dùng đá dăm, dựa vào cơng thức thực nghiệm sau để tính tốn: RCắt = 0.059 Rnén + 0.73 ( r = 0.70 ; n = 137 ) (4) Thông thường Cường độ chịu nén Cường độ chịu cắt có quan hệ mật thiết với nhau, Khi khơng biết Cường độ chịu cắt ta dựa vào công thức quan hệ thực nghiệm để tính : CKD R Cyc = 0,276.R CKD ( 0,906 ) (5) C N 2.2.2 Tính lượng dùng nước đơn vị hàm lượng pha trộn Phụ gia hóa Theo Lyse, lượng dùng nước lý thuyết, độ VC đường kính hạt cốt liệu RCC khơng đổi, lượng dùng nước đơn vị thường không đổi Rất nhiều tài liệu thí nghiệm thấy rằng: Nếu RCC có cốt liệu hình dáng cấp phối tốt, luợng dùng nước đơn vị RCC chủ yếu ảnh hưởng đến khả đầm chặt RCC, độ công tác (VC), mô đun độ lớn cát (Mđl), chủng loại đường kính lớn đá (Dmax) Thơng thường lượng dùng nước đơn vị RCC tính theo công thức thực nghiệm (dùng cho RCC đá dăm): N0 = 150 – 7,5Mđl + 815,91/ Dmax – 0,762VC (lit) (6) Nếu pha trộn phụ gia hóa học, tính % so với lượng nước đơn vị: Np%, ta có lượng dùng nước đơn vị là: N = N0 (1- Np) (lít) 2.2.3 Tính lượng dùng Chất kết dính (CKD) Đã biết N tính tỷ lệ N/CKD ta tính lượng dùng CKD (bao gồm Xi măng Phụ gia khoáng): N CKD = (kg) (7) N CKD 2.2.4 Tính lượng Cốt liệu cho 1m RCC (Gồm Cát (C) Đá (Đ)) 2.2.4.1 Tính lượng ngậm cát (mc) Lượng ngậm cát lớn hay nhỏ ảnh hưởng đến tính RCC như: tính cơng tác VC, đến khả đầm chặt, cường độ tính co khơ Khi tính tốn chọn mức ngậm cát hợp lý nhất, đảm bảo cho cường độ RCC tính cơng tác đảm bảo đầm chặt nhất, lúc lượng dùng xi măng CKD lượng dùng nước nhỏ Thực nghiệm cho thấy rằng: Các yếu tố ảnh hưởng tới mức ngậm cát gồm: Cấp phối hạt, mơ đun độ lớn, khối lượng thể tích, độ rỗng đá, cấp phối đá lượng dùng chất kết dính Thơng thường mức ngậm cát chọn theo kinh nghiệm, dựa lý thuyết tính lấp đầy, đưa cơng thức kinh nghiệm để tính tốn mức ngậm cát sau: mc = (0,83 + 0,18Mđl – 3,52 10-4CKD) oc rđ (8) oc rđ ođ Trong đó: 187 Mđl : Mô đun độ lớn cát; γoc; γođ: khối lượng thể tích cát đá; rđ : Độ rỗng đá; CKD: Lượng dùng chất kết dính 2.2.4.2 Tính lượng cát đá cho m3 RCC Thơng thường dùng phương pháp thể tích tuyệt đối để tính toán lượng dùng C Đ cho m3 bê tông đầm lăn: ac ađ C=(1000 – N - CKD ) (9) oCKD Đ= ađ ac (1 mc ) / mc C (1 mc ) mc (10) Tính lượng trộn phụ gia khống cấp phối RCC tương ứng 3.1 Tính lượng Phụ gia khoáng Phụ gia khoáng (PGK) dùng cho RCC thơng thường có loại: Tro bay (Flyash) Puzơlan thiên nhiên hoạt tính (Puzzoland) Khi trộn PGK khơng làm tiết kiệm xi măng mà cải thiện tính chất RCC, tăng khả đầm chặt, tăng độ chống thấm độ bền cơng trình làm giảm giá thành cơng trình Bê tơng đầm lăn có lượng xi măng lượng trộn PGK cao bổ xung hạt mịn RCC thỏa mãn tính lấp đầy hạt cát xi măng Căn vào u cầu cơng trình chất lượng PGK, Lượng trộn PGK tính sau: F = CKD δ.β (11) Trong đó: CKD: Tổng lượng chất kết dính tính từ cơng thức (7) δ : Hệ số thay phụ thuộc vào chất lượng PGK, lấy theo bảng β: Tỷ lệ trộn tính theo % so với tổng lượng chất kết dính, theo bảng Bảng 2: Hệ số thay δ Chất lượng PGK Hệ số δ Loại I Loại II Loại III 1,0 -1,4 1,2 - 1,7 1,5 – 2,0 Bảng 3: Hệ số β tỷ lệ trộn phụ gia khoáng so 188 với tổng lượng chất kết dính (%) Mác bê tơng đầm lăn u cầu Loại xi măng R15 (MPa) R20 (MPa) R25-30 (MPa) Xi măng phổ thông (PC) 15 -25 10 -15 15 -20 Xi măng hỗn hợp (PCB) 10 -20 10 10 -15 Khuyến cáo: Nếu mác RCC yêu cầu từ R.20 trở lên: Nên dùng PGK loại I II; Nếu mác RCC yêu cầu từ R.15 trở xuống: dùng PGK loại III; 3.2 Tính lượng dùng xi măng X = CKD.(1 – β) (12) 3.3 Tính lượng phụ gia hóa học A=(X+F).α% (13) Trong đó: α: Tỷ lệ trộn phụ gia hóa học tính theo % tổng lượng CKD 3.4 Tính lượng dùng nước đơn vị Nếu Phụ gia khống có độ ẩm, ta tính lượng dùng nước đơn vị sau: N N1=N+kw.F(1-WF) (14) CKD Trong đó: kw: Hàm lượng nước có phụ gia khống (%) 3.5 Tính lượng dùng Cát Đá Trong RCC trộn tỷ lệ PGK cao, phần PGK thay hàm lượng bột mịn cát, làm cho mô đun độ lớn cát nhỏ đi, tức mức ngậm cát giảm xuống tương ứng Để đảm bảo thể tích khơng thay đổi, lượng dùng Cát Đá tính sau: C Co F C=Co–( )γoc (15) oc oF Và Đ = Đo (16) Kết luận - Để thiết kế cấp phối RCC lý thuyết cần dựa vào: Yêu cầu thiết kế, lựa chọn tiêu thiết kế, trộn hay không trộn phụ gia khống phụ gia hóa học, thí nghiệm lựa chọn tiêu lý vật liệu, tham số kỹ thuật cấp phối RCC Tính tỷ lệ N/CKD lượng dùng loại vật liệu m3 RCC, đưa cấp phối lý thuyết RCC - Bài báo đưa mơ hình số học để tính tốn cấp phối RCC lý thuyết, tổng hợp phương pháp tính tốn loại tiêu thiết kế cấp phối, phản ánh tính thơng dụng mơ hình số học, lập trình tính tốn máy tính cho kết nhanh chóng, hiệu xác Abstract: RESEARCH ON DESIGN METHODS FOR AGGREGATE THEORY ROLLER COMPACTED CONCRETE Dr Nguyen Nhu Oanh Building Material department Today, Vietnam is using two methods of designing roller compacted concrete aggregate, the U.S approach and methods of China The projects in the agriculture and rural development generally use methods designed for roller compacted concrete (RCC) of China This method is usually based on design criteria that the compressive strength or shear strength This newspaper to analyze and propose the idea of directing is designed for roller compacted concrete as a criterion known as compressive strength or is based on both the target compressive strength and shear strength to designed to calculate the aggregate gradation of roller compacted concrete theory easily by computer software Key word: Roller compacted concrete (RCC), Aggregate theory 189 ... Đo (16) Kết luận - Để thiết kế cấp phối RCC lý thuyết cần dựa vào: Yêu cầu thiết kế, lựa chọn tiêu thiết kế, trộn hay khơng trộn phụ gia khống phụ gia hóa học, thí nghiệm lựa chọn tiêu lý vật... kỹ thuật cấp phối RCC Tính tỷ lệ N/CKD lượng dùng loại vật liệu m3 RCC, đưa cấp phối lý thuyết RCC - Bài báo đưa mơ hình số học để tính toán cấp phối RCC lý thuyết, tổng hợp phương pháp tính... mức ngậm cát gồm: Cấp phối hạt, mô đun độ lớn, khối lượng thể tích, độ rỗng đá, cấp phối đá lượng dùng chất kết dính Thơng thường mức ngậm cát chọn theo kinh nghiệm, dựa lý thuyết tính lấp đầy,