THIẾT KẾ CẤP PHỐI BÊ TÔNG Ngày tháng năm 200… Thiết kế thành phần bê tơng tìm tỷ lệ hợp lý loại nguyên vật liệu nước, xi măng, cát, đá sỏi cho 1m3 bê tông cho đạt tiêu kỹ thuật kinh tế Cấp phối bê tông biểu thị khối lượng vật liệu thành phần cần cho 1m bê tông dạng tỉ lệ khối lượng vật liệu thành phần so với khối lượng ximăng Để tính tốn thành phần bê tông phải dựa vào số điều kiện : - Cường độ bê tông yêu cầu (mác bê tông): Thông thường người ta lấy cường độ chịu nén bê tông sau 28 ngày dưỡng hộ làm cường độ yêu cầu Tính chất cơng trình: Phải biết cơng trình làm việc mơi trường nào, khơ hay nước, có môi trường xâm thực mạnh không? Đặc điểm kết cấu cơng trình: Kết cấu có cốt thép hay khơng có cốt thép, cốt thép dày hay thưa, biết tiết diện cơng trình rộng hay hẹp Mục đích để lựa chọn độ dẻo hỗn hợp bê tông độ lớn đá (sỏi) cho hợp lý Điều kiện nguyên vật liệu : Như mác loại xi măng, loại cát, đá dăm hay sỏi tiêu lý chúng Điều kiện thi công: Thi công giới hay thủ công 5.6.2 Phương pháp thiết kế thành phần bê tông Để thiết kế cấp phối bê tơng thực nhiều phương pháp phương pháp Ban môi trường Anh, phương pháp Viện bê tông Mỹ song phương pháp Bolomey-Skramtaev Viện bê tông bê tông cốt thép Nga phương pháp sử dụng phổ biến Việt Nam số nước Trong nội dung giáo trình trình bày cách thiết kế thành phần bê tông sở phương pháp Bolomey-Skramtaev có tính đến điều kiện thích hợp Viêt Nam Nguyên tắc phương pháp Phương pháp Bolomey-Skramtaev phương pháp tính tốn lý thuyết kết hợp với việc tiến hành kiểm tra thực nghiệm dựa sở lý thuyết "thể tích tuyệt đối“ có nghĩa tổng thể tích tuyệt đối (hồn tồn đặc) vật liệu 1m3 bê tơng 1000 (lít): VaX + VN + VaC + VaĐ = 1000 (lít) Trong : VX , VN , VC , VĐ : Thể tích hồn tồn đặc xi măng, nước, cát, đá 1m3 bê tơng, lít Các bước thực Theo TCVN tính toán cấp phối hỗn hợp bê tông tiến hành sau: Xác định lượng nước: vào tiêu tính dẻo chọn, Dmax cốt liệu lớn (cốt liệu lớn đá dăm) mô đun độ lớn (M đl) cát Lượng nước nhào trộn xác định theo bảng tra 4.1 Bảng 4.1 Lượng nước trộn ban đầu cần cho 1m3 bê tông, lít Độ sụt TT , 1.5 cm 1.9 19 1-2 20 3-4 21 5-6 21 7-8 922 10 11- 22 12 Kích thước lớn cốt liệu lớn Dmax, mm 10 20 40 70 Mô đun độ lớn cát, Mđl 2.0 2.5 1.5 2.0 2.5 1.5 2.0 2.5 1.5 2.0 2.4 3.0 1.9 2.4 3.0 1.9 2.4 3.0 1.9 2.4 19 18 18 18 17 17 17 16 16 16 5 5 5 20 19 19 19 18 18 18 17 17 17 5 5 5 20 20 20 19 19 19 18 18 18 17 0 0 0 21 20 20 20 19 19 19 18 18 18 5 5 5 21 21 21 20 20 20 19 19 19 18 0 0 0 22 21 21 21 20 20 20 19 19 19 5 5 5 Xác định tỷ lệ X N Với X/N ≤ 2,5: Rb X = + 0.5 AR x N Với X/N > 2,5: Rb X = - 0.5 A1 R x N Trong đó: 2.5 3.0 15 16 17 17 18 18 (4.1) (4.2) Rb : cường độ nén bê tông tuổi 28 ngày, MPa Rx : cường độ thực tế xi măng, MPa X/N : tỷ lệ xi măng nước A, A1: hệ số thực nghiệm phụ thuộc chất lượng nguyên vật liệu Điều kiện để áp dụng công thức: − Bê tông bảo dưỡng tốt, tương đương điều kiện chuẩn − Bê tông đầm chặt ( hệ số đầm chặt K đc ≥ 0.97 ) − Cường độ cốt liệu lớn cường độ bê tông 1.5 lần dùng cốt liệu cacbonat; lần dùng cốt liệu bazan, granit − Lượng xi măng tối thiểu không thấp 160÷ 240 kg/m3 ( phụ thuộc cỡ cốt liệu lớn ) − Hệ số A, A1 thể bảng 4.2 Bảng 4.2 Hệ số chất lượng vật liệu A A1 Cha át lượn g vật liệu Tốt Trun g bình Ké m Chỉ tiêu đánh giá - XM hoạt tính cao (không trộn phụ gia thuỷ) - Đá sạch, đặc chắc, cường độ cao, cấp phối hạt tốt Cát sạch, Mđl = 2.4÷ 2.7 - XM hoạt tính trung bình (chứa 10 -15% phụ gia thuỷ) - Đá chất lượng phù hợp với TCVN 177187 Cát chất lượng phù hợp với TCVN 1770-86, Mđl = 2.0÷ 2.4 - XM hoạt tính thấp (chứa 15% phụ gia thuỷ) - Đá có tiêu chưa phù hợp với Hệ số A, A1 ứng với xi măng thử cường độ theo TCVN 6017:95 TCVN 4032:85 TCVN (pp vữa deõo) 6061:95 A A1 A A1 0.54 0.44 0.60 0.38 0.5 0.40 0.55 0.35 0.45 0.37 0.5 0.32 TCVN 1771-87 - Cát mịn, Mđl < 2.0 Xác định lượng xi măng X= X xN N (4.3) Trong đó: X : tỉ lệ xi măng nước xác định N N : lượng nước trộn ban đầu, lít, xác định Hàm lượng xi măng tối thiểu để hỗn hợp bê tông không bị phân tầng khống chế giá trị bảng 4.3 ; với bê tông để bơm không nhỏ 280 kg Bảng 4.3 Hàm lượng xi măng tối thiểu 1m3 bê tông (kg) Kích thước hạt cốt liệu lớn nhất, mm Bê tông độ sụt 1-10 cm Bê tông độ sụt 11-16 cm 10 20 40 70 220 200 180 160 240 220 210 180 Khi lượng dùng xi măng tính lớn 400 kg, cần hiệu chỉnh lại lượng nước Công thức hiệu chỉnh lượng nước lượng dùng xi măng vượt 400 kg: Nhc = 10.N − 400 , lít 10 − X / N (4.4) Xác định lượng cốt liệu lớn Xác định thể tích hồ xi măng, Vh Vh = (X / γ x ) + N (4.5) Trong đó: X: lượng xi măng cho m3 bê tông N: lượng nước cho m3 bê tông ρ x : khối lượng riêng xi măng Xác định hệ số dư vữa hợp lý Kđ Đối với hỗn hợp bê tông cần ĐS = 2÷12cm ( trừ bê tông có yêu cầu cường độ uốn chống thấm nước ); kđ xác định theo bảng 4.4 Bảng 4.4 Hệ số dư vữa hợp lý (Kđ) dùng cho hỗn hợp bê tông dẻo (SN=2÷12) Cốt liệu lớn đá dăm (nếu dùng sỏi, Kđ tra bảng cộng thêm 0.06) Mô đun độ lớn cát 3.0 2.75 2.5 2.25 2.0 1.75 1.5 Kđ ứng với giá trị Vh = (X / ρ x ) + N (l/m3) baèng 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 1.33 1.30 1.26 1.24 1.22 1.14 1.07 1.38 1.35 1.31 1.29 1.27 1.19 1.12 1.43 1.40 1.36 1.34 1.32 1.24 1.17 1.48 1.45 1.41 1.39 1.37 1.29 1.22 1.52 1.49 1.45 1.43 1.41 1.33 1.26 1.56 1.53 1.49 1.47 1.45 1.37 1.30 1.59 1.56 1.52 1.50 1.48 1.40 1.33 1.62 1.59 1.55 1.53 1.51 1.43 1.36 1.64 1.61 1.57 1.55 1.53 1.45 1.38 1.66 1.63 1.59 1.57 1.55 1.47 1.40 Với độ sụt khác, điều chỉnh Kđ sau: _ Khi bê tông có độ sụt 14÷18 cm, K đ tra bảng cộng thêm 0.1 cát có Mđl < 2; cộng thêm 0.15 với cát có Mđl = 2÷2.5; cộâng thêm 0.2 với cát có Mđl > 2.5 _ Khi bê tông có độ sụt 0÷1 cm ( Vebe = 4÷8 s), Kđ tra bảng trừ bớt 0.1 cát có M đl < (nhưng giá trị cuối không nhỏ 1.05); trừ bớt 0.15÷0.2 cát có M đl ≥ (nhưng giá trị cuối không nhỏ 1.1) Xác định lượng cốt liệu lớn (Đ): 1000 Đ = rđ.K d + (3.6) γ γ Đ= γ oñ rd ( K d − 1) + (4.7) Trong đó: Đ : Hàm lượng đá dăm sỏi 1m3 bê tông, kg rđ : độ rỗng hạt cốt liệu lớn, xác định theo TCVN 1772:1987 γ : khối lượng thể tích xốp (khối lượng đổ đống) cốt liệu lớn., kg/m3, xác định theo TCVN 1772:1987 Xác định hàm lượng cát Hàm lượng cát 1m3 bê tông xác định sở tổng thể tích tuyệt đối vật liệu thành phần bảo đảm sau thành hình cho 1m3 hay 1000 lít Không kể thể tích bọt khí lồng chiếm khoảng 0.3 - 2.5%, bê tông thông thường hàm lượng cát xác định công thức Ñ X + + N x γ ac C = 1000 − γ añ γ ax (4.8) Trong đó: X, Đ, N : Lượng xi măng, đá, nước 1m3 bê tông γ ax , γ ad , γ ac : Khối lượng riêng xi măng, đá cát Thành phần vật liệu ẩm : Khi tính tốn sơ thành phần vật liệu cho 1m bê tông ta giả thiết ngun vật liệu hồn tồn khơ, thực tế cát đá ln bị ẩm nên phải tính đến để điều chỉnh lại lượng nguyên vật liệu cho xác Lượng nguyên vật liệu ẩm trường tính theo cơng thức sau : Xht = X , kg Cht = C.(1 + WC) , kg Đht = Đ.(1 + WĐ) , kg Nht = N - (C.WC + Đ.WĐ) , lít Trong - Xht, Cht, Đht, Nht: lượng xi măng, cát ẩm, đá ẩm nước sử dụng cho 1m bê tông trường, kg - X, C, Đ, N: lượng xi măng, cát, đá, nước, theo thiết kế điều kiện cốt liệu khô cho 1m bê tông , kg - WC, WĐ : độ ẩm cát đá, % Như qua bước tính sơ bộ, kiểm tra thực nghiệm điều chỉnh lại ta xác định thành phần vật liệu cho 1m bê tông Tùy theo điều kiện thi cơng thực tế mà ta biểu thị cấp phối theo cách khác Nếu điều kiện thi cơng bê tơng khơng có thiết bị định lượng cân (kg) ta nên biểu thị cấp phối tỷ lệ pha trộn theo thể tích, lấy thể tích tự nhiên xi măng làm chuẩn Hệ số sản lượng bê tông liều lượng vật liệu cho mẻ trộn máy : Hệ số sản lượng bê tông : Trong thực tế chế tạo bê tông vật liệu sử dụng trạng thái tự nhiên (V 0X; V0C;V0Đ ) thể tích hỗn hợp bê tông sau nhào trộn (V b) luôn nhỏ tổng thể tích tự nhiên nguyên vật liệu, điều thể hệ số sản lượng bê tông β β= V0 X Vb + V0 C + V0 D Khi biết lượng nguyên vật liệu cho 1m3 bê tơng trường hệ số sản lượng bê tông xác định theo công thức sau : β= X ht γ oXht 1000 C D + ht + ht γ oCht γ oDht Trong - Xht, Cht, Đht : Khối lượng xi măng, cát, đá (sỏi) dùng cho 1m3 bê tông; kg - γ 0Xht, γ 0Cht, γ 0Đht : Khối lượng thể tích xi măng, cát, đá(sỏi) trường, kg/l Tùy thuộc vào độ rỗng cốt liệu, giá trị β khoảng 0,55 - 0,7 Xác định liều lượng vật liệu cho mẻ trộn máy Hệ số sản lượng bê tông sử dụng việc tính lượng nguyên vật liệu cho mẻ trộn máy có dung tích thùng trộn V0(l) Trong : - X0, N0, C0, Đ0: - Lượng xi măng, nước, cát, đá (sỏi) dùng cho mẻ trộn - Xht, Nht, Cht, Đht: - Lượng xi măng, nước, cát, đá (sỏi) dùng cho 1m bê tông trường, kg Để dễ áp dụng thực tế cơng trường khơng có điều kiện định lượng cân tự động ta nên chuyển đổi khối lượng cát, đá theo thể tích Một số cấp phối thơng dụng : Bài : Tính tốn thành phần vật liệu cho bê tông mác 200 (theo cường độ chịu nén, kG/cm2) tuổi 28 ngày Mẫu chuẩn 150 x 150 x 150 mm Bê tơng khơng có u cầu đặc biệt, môi trường sử dụng thông thường Điều kiện thi công giới Đặc điểm kết cấu: sàn BTCT, dày 10cm, giới hạn Dmax ≤ 20 mm Vật liệu chế tạo: - Xi măng Nghi Sơn PCB 40 Cường độ thực tế: 47,8 N/mm (thí nghiệm theo TCVN 6016:1995) Khối lượng riêng : γ x = 3,1 g/cm3 - Đá có khối lượng riêng : γ ađ = 2,65 g/cm3, khối lượng thể tích xốp : γ ođ = 1520 kg/m3 Đường kính hạt lớn Dmax = 20mm Độ rỗng đá Vr = 42.6 0% - Cát vàng có khối lượng riêng: γ ac = 2,62 g/cm3 Mơ đun độ lớn: Mđl = 2,5 Khơng có lượng hạt 5mm Biết : XM γ 0xm = 1,1 g/cm3 cát γ 0c = 1,6 g/cm3 đá γ 0đ = 1,52 g/cm3 Tính tốn lượng dùng thực tế cho mẻ trộn máy trộn bê tông V m = 500 lít , biết vật liệu ngồi cơng trường trạng thái khơ Bài : Tính tốn lượng dùng thực tế cho mẻ trộn máy trộn bê tơng V m = 425 lít , lượng dùng vật liệu khô theo thiết kế X = 321 kg ; N = 182 l ; C = 612 kg ; Đ = 1296 kg Tại trường vật liệu có độ ẩm W c= % Wđ = 0.5% Hệ số sản lượng β theo thí nghiệm 0,7 Tại cơng trường khơng có điều kiện cân định lượng mà có thùng đong 18 lít Hãy tính số lượng thùng xi măng, cát , nước, đá cần thiết biết khối lượng thể tích vật liệu cơng trường sau : XM γ 0xm = 1,1 g/cm3 cát γ 0c = 1,6 g/cm3 đá γ 0đ = 1,7 g/cm3 Bài : Đội thi công công trường X nhận cấp phối bê tông theo thiết kế X : C : Đ = : 1,8 : 4,2 Tỷ lệ N/X = 0.7 Tại trường độ ẩm cát đá 2% 1% Hãy tính lượng dùng vật liệu cho 1m3 bê tông thực tế trường : γ 0c = 1,5 g/cm3 γ ac = 2,5 g/cm3 γ 0đ = 1,6 g/cm3 γ ađ = 2,6 g/cm3 γ 0x = 1,2 g/cm3 γ ax = 3,0 g/cm3 Bài : Một loại bê tơng nặng có tỉ lệ dùng vật liệu theo khối lượng X:C:Đ = 1:2:4 Tỉ lệ N/X = 0.61 Khi cho thêm vào hỗn hợp bê tơng 1lít phụ gia siêu dẻo 100 kg xi măng mà giữ nguyên độ dẻo hỗn hợp bê tơng , tỉ lệ N/X giảm 10% Hãy tính xác định cường độ tăng % Vật liệu có tiêu lý sau : γ 0c = 1,6 g/cm3 γ ac = 2,6 g/cm3 γ 0đ = 1,65 g/cm3 γ ađ = 2,7 g/cm3 γ 0x = 1,2 g/cm γ ax = 3,1 g/cm3 Bài : Một cơng trình xây dựng tích bê tơng tổng cộng 45000 m ,bê tơng có thành phần cấp phối sau : X = 300 kg ; N = 180 lit ; C = 538 kg ; Đ = 1260 kg Bằng thực nghiệm thấy, thêm vào hỗn hợp bê tông 0.2% phụ gia siêu dẻo giảm 10% lượng nước nhào trộn mà giữ nguyên độ dẻo hỗn hợp bê tông Để giữ nguyên mác bê tông người ta giảm lượng dùng xi măng 10% Hãy xác định lượng xi măng tiết kiệm sử dụng phụ gia tăng dẻo γ 0c = 1,6 g/cm3 γ ac = 2,6 g/cm3 γ 0đ = 1,65 g/cm3 γ ađ = 2,7 g/cm3 γ 0x = 1,2 g/cm γ ax = 3,1 g/cm3 ... với cát có Mđl = 2÷2.5; cộâng thêm 0.2 với cát có Mđl > 2.5 _ Khi bê tông có độ sụt 0÷1 cm ( Vebe = 4÷8 s), Kđ tra bảng trừ bớt 0.1 cát có M đl < (nhưng giá trị cuối không nhỏ 1.05); trừ bớt