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 dành nhiều tâm huyết, tận tình hướng dẫn, bảo cho tác giả suốt trình thực luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn Công ty cổ phần tư vấn xây dựng chuyển giao công nghệ Thăng Long 12 tạo điều kiện cho tác giả thời gian để tham gia khoá học hoàn thành luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn quan tâm giúp đỡ phòng Đào tạo Đại học Sau Đại học, Khoa Cơng trình trường Đại học thuỷ lợi, thầy, cô giáo trường Đại học Thủy lợi tạo điều kiện cho tác giả có hội học tập, trau dồi nâng cao kiến thức suốt thời gian vừa qua Sau cảm ơn bạn đồng nghiệp thành viên gia đình có đóng góp quý báu, động viên vật chất tinh thần để tác giả hoàn thành luận văn Với thời gian trình độ cịn hạn chế, luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận bảo đóng góp ý kiến thầy cô giáo, Quý vị quan tâm bạn bè đồng nghiệp Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chun ngành Xây dựng cơng trình thủy với đề tài: “Nghiên cứu tăng cường độ bê tông cơng trình thủy phương pháp đầm lại” hồn thành Khoa Cơng trình, Trường Đại học Thủy lợi Hà Nội, tháng 09 năm 2014 Tác giả Vũ Xuân Tiến LỜI CAM ĐOAN Tên Vũ Xuân Tiến, học viên cao học lớp K20C21 trường Đại Học Thủy Lợi, tác giả luận văn xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Những nội dung kết nghiên cứu trình bày luận văn trung thực chưa công bố cơng trình nghiên cứu 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 CHƯƠNG 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 1.1 Định nghĩa bê tông: 1.2 Phân loại bê tông bê tông thủy công 1.3 Nguyên vật liệu chế tạo bê tông 1.3.1 Xi măng 1.3.2 Cốt liệu nhỏ 1.3.3 Cốt liệu lớn 1.4 Các tính chất bê tông 1.4.1 Tính cơng tác hỗn hợp bê tơng 1.4.2 Tính đơng kết đóng rắn hỗn hợp bê tơng 10 1.4.3 Cường độ bê tông đông cứng 11 1.4.4 Tính biến dạng bê tơng 15 1.4.5 Tính co, nở bê tông 15 1.4.6 Tính hút nước bê tơng 15 1.4.7 Tính thấm nước bê tông 16 1.5 Thiết kế thành phần bê tông 16 1.6 Kết luận chương 20 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 21 2.1 Thủy hóa (hydrat hóa) xi măng pooc lăng (PC) 21 2.2 Q trình đơng kết đóng rắn xi măng 22 2.3 Cấu trúc đá xi măng 23 2.4 Cấu trúc bê tông 25 2.4.1 Sự hình thành cấu trúc bê tông 25 2.4.2 Cấu trúc vĩ mô bê tông 25 2.4.3 Cấu trúc vi mô bê tông 26 2.4.4 Độ rỗng bê tông 28 2.4.5 Độ co bê tông 29 2.5 Lý thuyết đầm hỗn hợp bê tông 32 2.6 Kết luận chương 35 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 37 3.1 Xác định tính chất 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 phương pháp đầm lại cường độ bê tông 52 3.3.1 Xác định thời gian giãn cách hợp lý lần đầm 53 3.3.2 So sánh cường độ bê tông loại loại đầm lần lần 56 3.4 Bàn luận kết phần thực nghiệm 59 3.5 Kết luận chương 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 66 PHỤ LỤC 67 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Cấu trúc hỗn hợp bê tông Hình 1.2: Biểu đồ để xác định lượng nước trộn, l/m3 , bê tông hỗn hợp bê tông dẻo (Sn=1-14cm) 18 Hình 1.3: Biểu đồ để xác định hệ số trượt α 19 Hình 2.1: Hiện tượng tách nước bên bê tơng 27 Hình 2.2: Cấu trúc vùng chuyển tiếp bê tông 27 Hình 2.3: Quan hệ độ rỗng cường độ nén bê tơng 29 Hình 2.4: Quan hệ độ co thời gian đông cứng 29 Hình 3.1: Biểu đồ TPH cát 43 Hình 3.2: Biểu đồ TPH đá dăm 48 Hình 3.3: Quan hệ cường độ chịu nén bê tông thời gian giãn cách lần đầm 56 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Thành phần hạt cát tự nhiên Bảng 1.2: Thành phần hạt cát nghiền Bảng 1.3: Hàm lượng tạp chất cát Bảng 1.4: Thành phần hạt cốt liệu lớn (đá) Bảng 1.5: Hàm lượng bùn-bụi-sét cốt liệu lớn Bảng 3.1: Thành phần hóa Clanhke Bút Sơn, % 37 Bảng 3.2: Thành phần khoáng Clanhke PCB 30 Bút Sơn 38 Bảng 3.3: Các tiêu tính chất vật lý PCB30 Bút Sơn 38 Bảng 3.4: Kết thí nghiệm khối lượng riêng cát 40 Bảng 3.5: Kết thí nghiệm khối lượng thể tích xốp cát 41 Bảng 3.6: Kết thí nghiệm thành phần hạt cát 42 Bảng 3.7: Kết thí nghiệm hàm lượng bùn-bụi-sét cát 44 Bảng 3.8: Kết thí nghiệm khối lượng riêng đá dăm 46 Bảng 3.9: Kết thí nghiệm khối lượng thể tích xốp đá dăm 46 Bảng 3.10: Thành phần hạt đá dăm 47 Bảng 3.11: Hàm lượng bụi (bột mịn) đá dăm 49 Bảng 3.12: Thành phần tính tốn bê tông mác 20 30 51 Bảng 3.13: Thành phần vật liệu hai mẻ trộn bê tông M20 53 Bảng 3.14: Cường độ chịu nén bê tông đầm lần hai lần 55 Bảng 3.15: Thành phần mẻ trộn bê tơng M30 cho nhóm mẫu 57 Bảng 3.16: Cường độ chịu nén cường độ chịu kéo bửa bê tông 58 Bảng 3.17: Cường độ chịu kéo bửa loại bê tông 58 Bảng 3.18: Tỉ số Rkb/Rn bê tông 59 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT TPH Thành phần hạt TPBT Thành phần bê tông AASHTO Hội người làm đường 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 sàng ρ x , ρc , ρ d Khối lượng riêng xi măng, cát, đá γ x ,γ c ,γ d Khối lượng thể tích xốp xi măng, cát, đá rc , rd Độ hỗng (độ rỗng) cát đá Rn Cường độ chịu nén bê tông Rkb Cường độ chịu kéo bửa bê tông HVCH Học viên cao học M20, M30 Bê tông mác 20, bê tông mác 30 PHẦN MỞ ĐẦU Bê tông vật liệu sử dụng rộng rãi xây dựng cơng trình thủy lợi đập, cầu, cống, trạm bơm, kênh dẫn nước, âu thuyền, đê , mà cịn dùng cho cơng trình ngành giao thơng, xây dựng, quốc phịng, cầu, đường, nhà cơng trình qn Bê tơng có khả chịu lực tốt thể cường độ bê tơng Ở nước ta khí hậu nóng, gió nhiều, đặc biệt gió mùa, có thời gian số ngày năm, đặc biệt tỉnh miền trung (Ninh Thuận, Bình Thuận) khí hậu khô hanh Trong điều kiện hỗn hợp bê tơng sau đổ (tạo hình kết cấu cơng trình), nước bê tông bốc 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 giảm mỹ quan bề mặt cơng trình Để khắc phục tượng áp dụng nhiều biện pháp, có biện pháp đầm lại lần, hai lần sau khoảng thời gian giãn cách so với lần đầm Việc làm khơng khó khăn khơng tốn nhiều cơng sức chi phí, đem lại hiệu định góp phần đảm bảo chất lượng bê tơng, kết cấu bê tơng cốt thép cơng trình I Tính cần thiết đề tài: Trong số trường hợp sau thi công bê tông, bề mặt bê tông bị co nứt nước bê tông bốc nhanh Việc đầm lại bê tông cần thiết để triệt tiêu vết nứt, tăng độ đặc bên bê tơng góp phần đảm bảo chất lượng bê tơng kết cấu cơng trình II Mục đích đề tài: Đánh giá tác dụng hiệu việc đầm lại đến tính chất bê tông, cụ thể cường độ chịu nén chịu kéo III Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết thủy hóa xi măng, cấu trúc bê tơng, vấn đề nước co ngót hỗn hợp bê tơng, độ đặc bê tông để đánh giá tác dụng hiệu việc đầm lại thơng qua thí nghiệm bê tông IV Nội dung luận văn gồm ba chương: Mở đầu Chương - Tổng quan bê tông số qui định (tiêu chuẩn) liên quan đến nguyên vật liệu sản xuất bê tông nước ta Chương - Cơ sở lý thuyết Chương – Kết nghiên cứu thí nghiệm đánh giá Kết luận kiến nghị Tài liệu tham khảo 60 • Việc đầm lại làm cho hạt cốt liệu lần bị xáo động nên xít lại gần hơn, tăng độ đặc chặt bê tơng • Việc đầm lại làm cho hạt xi măng bị dịch chuyển mạnh, tạo điều kiện cho nước thấm vào bên hạt xi măng để tăng mức độ thủy hóa xi măng 3.5 Kết luận chương Trong chương tính tốn thành phần khống Clanhke (PC), từ tính tốn TPK PCB30 Bút Sơn (hàm lượng phụ gia khoáng xi măng 30% coi thành phần khống) Đã lựa chọn ngun vật liệu để chế tạo bê tơng thí nghiệm gồm xi măng PCB Bút Sơn, cát sông Lô, đá dăm Kiện Khê Đã thí nghiệm tiêu tính chất chúng khẳng định nguyên vật liệu lựa chọn đạt yêu cầu TCVN hành dùng cho bê tông Đã thiết kế thành phần bê tông M20 M30 với nguyên vật liệu lựa chọn Đã chế tạo hỗn hợp bê tơng từ thành phần thiết kế thí nghiệm, đánh giá hiệu việc đầm lại cường độ chịu nén chịu kéo uốn bê tơng với thời gian giãn cách thích hợp lần đầm xác định 90 phút loại xi măng dùng loại bê tông chế tạo 61 KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ - KẾT LUẬN Qua kết nghiên cứu đề tài luận văn “Nghiên cứu tăng cường độ bê tông công trình thủy phương pháp đầm lại” rút số kết luận sau đây: 1) Khi biết thành phần hóa xi măng tính theo công thức Magnesita (Pháp) để xác định thành phần khống clanhke xi măng pooc lăng Qua thơng tin nhà máy Bút Sơn xi măng PCB 30 Bút Sơn chứa tỉ lệ định (30%) phụ gia khống hoạt tính khơng hoạt tính khơng có thành phần khống Vì thành phần khống xi măng PCB 30 tính 70 % thành phần khoáng Clanhke (PC gốc) xi măng Bút Sơn 2) Đối với loại bê tông dùng nghiên cứu chế tạo xi măng PCB30 Bút Sơn với độ sụt 4-6cm, thời gian giãn cách hợp lý lần đầm 90 phút 3) Việc đầm lại (đầm lần) với khoảng thời gian giãn cách hợp lý làm tăng cường độ chịu nén bê tông khoảng 9-10% tăng cường độ chịu kéo bửa 7-8% Nguyên nhân việc tăng cường độ giải thích sau: • Việc đầm lại làm cho nước bị giam hãm bê tông bị đẩy lên mặt bê tông, tăng độ đặc chặt hỗn hợp bê tông giảm nhẹ ứng suất co mềm xung quanh hạt cốt liệu • Việc đầm lại làm cho hạt cốt liệu lần bị xáo động nên xít lại gần hơn, tăng độ đặc chặt bê tơng • Việc đầm lại làm cho hạt xi măng bị dịch chuyển mạnh, tạo điều kiện cho nước thấm vào bên hạt xi măng để tăng mức độ thủy hóa xi măng 62 - TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ Trong điều kiện thời gian làm luận án có hạn điều kiện khó khăn khác, HVCH nghiên cứu việc đầm lại (đầm lần) cho loại bê tông (2 mác 20 30) dùng loại xi măng PCB30 Bút Sơn thí nghiệm tiêu độ sụt, cường độ chịu nén chịu kéo bửa bê tông để rút số kết luận ban đầu hiệu việc đầm lại (đầm lần) Sau có điều kiện cần nghiên cứu thêm loại bê tông khác, dùng loại xi măng khác đánh giá thêm tiêu tính chất khác bê tông như: độ chống thấm nước, độ hút nước, độ dính bám bê tơng với cốt thép Ngồi nên nghiên cứu bảo dưỡng bê tơng ngồi trời điều kiện khí hậu thời tiết mùa Việt Nam Như vậy, việc nghiên cứu đầy đủ đánh giá toàn diện hiệu phương pháp đầm lại (đầm lại lần chí lần) bê tơng Kết nghiên cứu bước đầu cho thấy việc đầm lại có tác dụng tích cực áp dụng thử nghiệm cho thi công kết cấu cấu kiện dễ thực dầm lại kết cấu dạng tấm, bản, mặt đường, mặt cầu cấu kiện đúc sẵn cho cơng trình thủy lợi cơng trình khác 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Ban quản lý dự án Thủy điện Sơn La – Hồ sơ dự án Phạm Duy Hữu CS (2004) Vật liệu xây dựng, NXB Giao thông vận tải Phùng Văn Lự CS (2012) Vật liệu xây dựng, NXB Giáo dục TCVN 8218:2009 Bê tông thủy công - Yêu cầu kỹ thuật TCVN 2682:2009 Xi măng Pooc lăng - Yêu cầu kỹ thuật TCVN 6260:2009 Xi măng Pooc lăng hỗn hợp - Yêu cầu kỹ thuật TCVN 6069:2007 Xi măng Pooc lăng tỏa nhiệt - Yêu cầu kỹ thuật TCVN 7712:2007 Xi măng Pooc lăng hỗn hợp tỏa nhiệt - Yêu cầu kỹ thuật TCVN 6067:2004 Xi măng Pooc lăng bền sunphat - Yêu cầu kỹ thuật 10.TCVN 7711:2007 Xi măng Pooc lăng hỗn hợp bền sunphat - Yêu cầu kỹ thuật 11.TCVN 4316:2007 Xi măng Pooc lăng xỉ lò cao 12.TCVN 7570:2006 Cốt liệu cho bê tông vữa - Yêu cầu kỹ thuật 13.TCVN 3106:2007 Hỗn hợp bê tông nặng - Phương pháp xác định độ sụt 14.TCVN 7572:2006 Cốt liệu cho bê tông vữa - Phương pháp thử 15.TCVN 9205:2012 Cát nghiền cho bê tông vữa 16.TCVN 141:2008 Xi măng - Phương pháp phân tích hóa học 17.TCVN 4453:87 Kết cấu bê tơng bê tơng cốt thép tồn khối - Qui phạm thi công nghiệm thu 18.TCVN 3105:2007 Hỗn hợp bê tông nặng - Lấy mẫu, chế tạo bảo dưỡng mẫu thử 64 19.TCVN 3118:2007 Bê tông nặng - Phương pháp xác định cường độ chịu nén 20.TCVN 3120:2007 Bê tông nặng - Phương pháp xác định cường độ chịu kéo bửa 21.TCVN 3113:2007 Bê tông nặng - Phương pháp xác định độ hút nước 22.TCVN 3116:2007 Bê tông nặng - Phương pháp xác định độ chống thấm nước 23.TCVN 7572-4:2006 Cốt liệu cho bê tông vữa - Phương pháp thử Xác định khối lượng riêng, khối lượng thể tích độ hút nước 24.TCVN 7572-6:2006 Cốt liệu cho bê tông vữa - Phương pháp thử xác định khối lượng thể tích xốp độ rỗng 25.TCVN 7572-2:2006 Cốt liệu cho bê tông vữa - Phương pháp thử Xác định thành phần hạt 26.TCVN 7572-8:2006 Cốt liệu cho bê tông vữa - Phương pháp thử Xác định hàm lượng bùn-bụi-sét cốt liệu hàm lượng sét cục cốt liệu nhỏ 27.TCVN 7572-9:2006 Cốt liệu cho bê tông vữa - Phương pháp thử Xác định tạp chất hữu 28.TCVN 7570-20:2006 Cốt liệu cho bê tông vữa - Phương pháp thử xác định hàm 29.TCVN 6017:2014 Xi măng - Phương pháp xác định lượng nước tiêu chuẩn thời gian đông kết 30.TCVN 4030:2003 Xi măng - Phương pháp xác định độ mịn khối lượng riêng 31.TCVN 6016:2011 Xi măng - Phương pháp xác định cường độ 32.TCXD 191:1996 Bê tông vật liệu làm bê tông - Thuật ngữ định nghĩa 65 33.Trường Đại học Thủy lợi (1965) Vật liệu xây dựng, NXB Nông thôn 34.Trường Đại học Thủy lợi (1968) Giáo trình thi cơng cơng trình thủy lợi, NXB Nơng thơn 35.Trường Đại học Thủy lợi (2004) Giáo trình thi cơng cơng trình thủy lợi, NXB Nông nghiệp Tiếng Anh 36.AASHTO 197 Time of setting of concrete mixture by penetration resistance 37.ACI 116_00 Cement and concrete terminology 38.Macininis C.(1979) Effeetiveness of revibration and high speed slurry mixing for producing high strength concrete 39.Mass G.R.(1987) Consolidation of concrete ASISP 40.Neville A.M (1998) Properties of concrete, Longman 41.Vollick C.A (1958) Effects of revibrating concrete, J.Amer.Concrete, No3 Tiếng khác 42.Axverđov I.N (1981) Cơ sở vật lý bê tông, NXB xây dựng Matscơva (Tiếng Nga) 43.Avrams C (1967) L’influcence de la revibration sur les propriétés de la pâte du ciment durcie et du béton Revue des Materiaux, No619 44.DesoV A.E (1962) Ảnh hưởng việc đầm lại cường độ độ dính kết bê tơng với cốt thép Viện NC bê tông bê tông cốt thép, tập 29 (Liên Xô cũ)(Tiếng Nga) 45.Magnesita S.A Aide_mémoire 46.Mikylski V.G (2005) Vật liệu xây dựng, NXB ABC (Tiếng Nga) 47.Venuat (1966) Préparation du béton par le mélange deuxphrases 66 PHỤ LỤC TCVN 3120 :2007 Bê tông nặng - Phương pháp xác định cường độ kéo bửa 67 PHỤ LỤC HÌNH ẢNH THÍ NGHIỆM TRONG PHỊNG THÍ NGHIỆM Hình PL.1: Cân điện tử 68 Hình PL.2: Thí nghiệm thành phần hạt cát phương pháp sàng đá 69 Hình PL.3: Thí nghiệm thành phần hạt đá phương pháp sàng 70 Hình PL.4: Thí nghiệm thời gian đông kết xi măng kim Vicat 71 Hình PL.5: Thí nghiệm đo độ sụt hỗn hợp bê tơng 72 Hình PL.6: Đúc mẫu bê tơng hình lập phương 15x15x15cm 73 Hình PL.2: Thí nghiệm nén mẫu bê tông máy ép thủy lực để xác định cường độ chịu nén 74 Hình PL.8: Thí nghiệm ép chẻ để xác định cường độ kéo bửa ... kéo, độ thấm nước, độ bền …, cường độ bê tông tiêu quan tâm hầu hết cơng trình Có nhiều biện pháp làm tăng cường độ, có phương pháp đầm lại Theo phương pháp sau đầm lần thứ nhất, để yên hỗn hợp bê. .. pháp tăng cường độ bê tông dùng thực tế Cường độ bê tông thể khả chịu lực bê tông Đây tiêu quan trọng nhất, định phần khả chịu lực kết cấu cơng trình Từ trước đến có nhiều biện pháp tăng cường độ. .. cát, đá rc , rd Độ hỗng (độ rỗng) cát đá Rn Cường độ chịu nén bê tông Rkb Cường độ chịu kéo bửa bê tông HVCH Học viên cao học M20, M30 Bê tông mác 20, bê tông mác 30 PHẦN MỞ ĐẦU Bê tông vật liệu