Bª t«ng HPC cã thµnh phÇn hçn hîp cèt liÖu vµ v÷a chÊt kÕt dÝnh ®−îc c¶i thiÖn b»ng c¸ch dïng mét vµi s¶n phÈm míi cã phÈm chÊt ®Æc biÖt nh− chÊt siªu dÎo vµ muéi silic hoÆc c¸c kho¸n[r]
(1)GS.TS.Phạm Duy Hữu (Chủ biên) PGS.TS Nguyễn Ngọc Long
TS Đào Văn Đông
THS Ph¹m Duy Anh
Bê tơng c−ờng độ cao và chất l−ợng cao
(2)Môc lôc
Mục lục ……… Lời nói đầu……… Ch−ơng Các khái quát bê tông c−ờng độ cao chất l−ợng cao ……… Về bê tông c−ờng độ cao bê tông chất l−ợng cao……… Định nghĩa bê tông c−ờng độ cao……… ……… Phân loại bê tông c−ờng độ cao……….……… Ch−ơng Cấu trúc bê tông c−ờng độ cao chất l−ợng cao ….……… Mở đầu… ……… Nguyên tắc phối hợp công thức thành phần ………… ……… Cấu trúc vữa xi măng ……… Cấu trúc bê tông c−ờng độ cao.……… ……… Các kết thực nghiệm cải tiến cấu trúc bê tông ……… Ch−ơng Các tính chất bê tơng c−ờng độ cao chất l−ợng cao ……… Mở đầu… ……… C−ờng độ chịu nén bê tông c−ờng độ cao ……… ……… Mô đun đàn hồi tĩnh ……….……… Mô đun đàn hồi động……… ……… ……… Hệ số Poisson……… C−ờng độ mỏi……… Khối l−ợng đơn vị……….……… Các đặc tính nhiệt…….……… Co ngót ……… 10 Từ biến ……… 11 Sự dính kết với thép thụ động……… 12 Các tính chất khác……… 13 Mơ hình hố để áp dụng cho ng−ời thiết kế kết cấu……… 14 Tính cơng tác ……… 15 Bê tông giai đoạn mềm 16 Sự tỏa nhiệt đông kết Ch−ơng Thiết kế thành phần bê tông c−ờng độ cao chất l−ợng cao ……… Mở đầu………
(3)(4)Viện khoa học công nghệ xây dựng giao thông Tr−ờng đại học GTVT
Huuphamduy@gmail.com
Lời nói đầu Lời nói đầu Lời nói đầu Lời nói đầu
Trong nhng năm gần bê tông c−ờng độ cao chất l−ợng cao đe đ−ợc sử dụng cơng trình xây dựng cầu, đ−ờng, nhà cơng trình thuỷ có quy mô lớn yêu cầu độ bền khai thác đến 100 năm
Cuốn sách giới thiệu kết nghiên cứu Việt Nam giới bê tông c−ờng độ cao chất l−ợng cao
Cuốn giáo trình trình bày định nghĩa, cấu trúc, c−ờng độ, biến dạng, độ bền, ph−ơng pháp thiết kế, khả ứng dụng bê tông c−ờng độ cao, bê tông chất l−ợng cao bê tông cốt si xõy dng
Sách đợc dùng làm tài liệu giảng dạy cho sinh viên, học viên cao học, nghiên cứu sinh làm tài liệu tham khảo cho kỹ s xây dựng cán nghiên cứu
Giáo trình gồm ch−ơng nhóm tác giả tr−ờng đại học GTVT biên soạn
GS.TS Ph¹m Duy Hữu - Chủ biên viết chơng 1, 2, 4,5 PGS.TS Ngun Ngäc Long viÕt ch−¬ng
TS Đào Văn Đông viết chơng ThS Phạm Duy Anh viÕt ch−¬ng
Các tác giả xin cảm ơn đóng góp ý kiến quý báu chun gia xây dựng giao thơng q trình biên soạn sách Xin đặc biệt cảm ơn Tr−ờng cầu đ−ờng Paris Tr−ờng đại học Tokyo đe cung cấp nhiều cho nhiều tài liệu quý báu bê tông tiên tiến
Cuốn sách đ−ợc viết lần đầu mong nhận đ−ợc ý kiến đóng góp ng−ời đọc
(5)Ch−¬ng
Các khái quát bê tông c−ờng độ cao và chất l−ợng cao
Các từ khóa: Bê tơng c−ờng độ cao, chất l−ợng cao, cấu trúc, c−ờng độ, độ bền, ứng xử học, ứng dụng, phát triển
1. Về bê tông c−ờng độ cao chất l−ợng cao
Bê tông loại vật liệu chủ yếu kỷ 20 đ−ợc chế tạo từ hỗn hợp vật liệu đ−ợc lựa chọn hợp lý gồm thành phần: Cốt liệu lớn (đá dăm sỏi), cốt liệu nhỏ (cát), chất kết dính (ximăng…), n−ớc phụ gia Cát đá dăm thành phần vật liệu khống, đóng vai trò khung chịu lực Hỗn hợp xi măng n−ớc (hồ ximăng) thành phần hoạt tính bê tơng, bao bọc xung quanh cốt liệu, lấp đầy lỗ rỗng cốt liệu hồ xi măng rắn chắc, dính kết cốt liệu thành khối đá đ−ợc gọi bê tông Các chất phụ gia phong phú chúng làm tính chất bê tông trở nên đa dạng đáp ứng đ−ợc yêu cầu ngày phát triển bê tơng kết cấu bê tơng
Ngµy bê tông loại vật liệu đợc sử dụng rộng rei xây dựng, xây dựng cầu, đờng Tỷ lệ sử dụng bê tông xây dựng nhà chiếm khoảng 40%, xây dựng cầu đờng khoảng 15% tổng khối lợng bê tông
Bờ tụng có c−ờng độ chịu nén cao, mơ đun đàn hồi phù hợp với kết cấu bê tông cốt thép bê tông cốt thép dự ứng lực
Bê tông bền n−ớc ổn định với tác động môi tr−ờng Công nghệ bê tông ổn định ngày phát triển
Giá thành bê tông hợp lý tận dụng đ−ợc nguyên vật liệu địa ph−ơng, kết cấu bê tơng chiếm 60% kết cấu xây dựng
Nh−ợc điểm bê tơng có c−ờng độ chịu kéo ch−a cao khối l−ợng cơng trình bê tơng cốt thép cịn lớn C−ờng độ chịu nén bê tông th−ờng đạt tối đa 50 MPa độ sụt tối đa cm
(6)Bê tông chất lợng cao bao gồm loại bê tông nh sau:
- Bê tông c−ờng độ cao siêu dẻo: loại bê tơng có thành phần cốt liệu xi măng truyền thống phụ gia siêu dẻo Loại bê tông có tỷ lệ N/X khoảng 0,35- 0,40, độ sụt đạt đến 15 - 20 cm, giữ đ−ợc 60 phút C−ờng độ đạt đến 70 MPa có c−ờng độ sớm (R7 = 0,85R28) Đây loại bê tông đ−ợc sử dụng chủ yếu kết cấu cầu đ−ờng Việt Nam
- Bê tông chất l−ợng cao (HPC): có sử dụng N/X gần đến 0,25, phụ gia siêu mịn tro nhẹ muội silic siêu mịn Đây loại bê tơng có c−ờng độ chịu nén đến 80 100 MPa có đặc tính vật lý học đ−ợc cải tiến dẫn đến độ bền cao tuổi thọ khai thác đến 100 năm
- Bê tơng siêu nhẹ: có c−ờng độ t−ơng tự nh− bê tông th−ờng, khối l−ợng đơn vị thấp đến 0,8 g/cm3
- Bê tông tự đầm: thành phần cốt liệu lớn ít, tăng thêm chất bột sử dụng phụ gia siêu dẻo đặc biệt Bê tơng có khả tự đầm, q trình thi cơng khơng cần sử dụng thiết bị đầm Loại bê tông cho phép thi công cơng trình có khối l−ợng lớn (20.000 m3 trở lên ) khơng cần bố trí mối nối, khơng cần
đầm Sử dụng bê tông tự đầm tiết kiệm đ−ợc nhân công, thời gian không gây ồn - Bê tơng cốt sợi: thành phần có thêm sợi (kim loại, polyme, sợi khác) Bê tông cốt sợi cải thiện độ dẻo bê tông, tăng c−ờng khả chống nứt cho bê tông trạng thái mềm trạng thái chịu lực
Bê tông HPC đ−ợc phát triển giới từ năm 70 Từ năm 2000 HPC đe đ−ợc nghiên cứu tr−ờng đại học Viện nghiên cứu Việt Nam
2 Định nghĩa bê tông c−ờng độ cao chất l−ợng cao 2.1 Định nghĩa bê tông chất l−ợng cao
Bê tông chất l−ợng cao hệ bê tơng có thêm phẩm chất đ−ợc cải thiện thể tiến công nghệ vật liệu kết cấu xây dựng Xét c−ờng độ chịu nén bê tông c−ờng độ cao.(High Strength concrete), xét tổng thể tính gọi bê tơng chất l−ợng cao
(7)Thành phần bê tông c−ờng độ cao dùng khơng dùng muội silic dùng kết hợp với tro bay Khi sử dụng muội silic chất l−ợng bê tông đ−ợc nâng cao
Tiêu chuẩn Bắc Mỹ qui định bê tông c−ờng độ cao loại bê tơng có c−ờng độ chịu nén tuổi 28 ngày ≥ 42 MPa
Theo CEB.FIP qui định bê tơng chất l−ợng cao có c−ờng độ nén sau 28 ngày tối thiểu 60 MPa có tính vật lý học cao
Ngày trình độ kiến thức loại bê tông đe cho phép ứng dụng bê tơng chất l−ợng cao cơng trình lớn, chủ yếu ba lĩnh vực: nhà nhiều tầng, cơng trình biển cơng trình giao thơng (cầu, đ−ờng, hầm) Các đặc tính học bê tông c−ờng độ cao cho phép ng−ời thiết kế sáng tạo loại kết cấu có chất l−ợng cao
2.2. Các nghiên cứu bê tông c−ờng độ cao chất l−ợng cao
Trong khoảng 15 năm gần sản phẩm bê tơng có c−ờng độ ngày cao hơn, đạt c−ờng độ từ 60 đến 140 MPa Đặc biệt bê tông c−ờng độ siêu cao (Ultra High Strength Concrete) với c−ờng độ lên đến 300MPa (40.000 psi) đe đ−ợc chế tạo phịng thí nghiệm
Bê tơng c−ờng độ cao bắt đầu đ−ợc sử dụng vào thập kỷ 70, loại bê tơng có c−ờng độ chịu nén cao hẳn loại bê tông tr−ớc đ−ợc dùng làm cột số tồ nhà cao tầng Mỹ Các cơng trình ngồi biển từ bê tông chất l−ợng cao đe đ−ợc xây dựng Na Uy Các cơng trình cầu đ−ờng Pháp, Nga, Nhật Bản từ bê tông chất l−ợng cao đe đạt đ−ợc thành công bật Gần bê tông chất l−ợng cao đ−ợc sử dụng rộng rei xây dựng cầu với nhiều đặc tính quan trọng nh−: c−ờng độ cao, độ bền cao , giúp tạo kết cấu nhịp lớn Hiện nay, bê tông với c−ờng độ 98 đến 112 MPa đe đ−ợc sản xuất công nghiệp đ−ợc sử dụng ngành công nghiệp xây dựng Mỹ, Nga, Na Uy, Pháp Các n−ớc nh− Anh, Đức, Thuỵ Điển, Italia, Nhật Bản, Trung Quốc Việt Nam đe bắt đầu áp dụng bê tông chất l−ợng cao xây dựng nhà, cầu, đ−ờng, thuỷ li
(8)HPC; Chơng trình quốc gia Pháp tên Những đờng cho bê tông; Chơng trình bêtông mớicủa Nhật Bản
Cỏc nghiên cứu bê tông chất l−ợng cao đe khẳng định việc sử dụng bê tông chất l−ợng cao cho phép tạo sản phẩm có tính kinh tế hơn, cung cấp khả giải đ−ợc nhiều vấn đề kỹ thuật vừa đảm bảo hai yếu tố sử dụng bê tông chất l−ợng cao có −u điểm sau:
- Gi¶m kích thớc cấu kiện, kết tăng không gian sử dụng giảm khối lợng bê tông sử dụng, kèm theo rút ngắn thời gian thi công;
- Giảm khối lợng thân tĩnh tải phụ thêm làm giảm đợc kích thớc móng;
- Tng chiều dài nhịp giảm số l−ợng dầm với yêu cầu chịu tải; - Giảm số l−ợng trụ đỡ móng tăng chiều dài nhịp;
- Gi¶m chiều dày bản, giảm chiều cao dầm;
Cn tip tục nghiên cứu c−ờng độ chịu kéo, cắt biến dạng bê tông chất l−ợng cao điều kiện khí hậu Việt Nam
3 Phân loại bê tông c−ờng độ cao chất l−ợng cao
Có thể phân loại bê tơng chất l−ợng cao theo c−ờng độ, thành phần vật liệu chế tạo theo tính dễ đổ
3.1. Phân loại theo c−ờng độ nén
Căn vào c−ờng độ nén ngày 28 mẫu hình trụ D =15 cm, H=30 cm chịa bê tơng thành loại sau:
Bảng 1: Phân loại bê tông theo c−ờng độ chịu nén
C−ờng độ nén, MPa Loại bê tơng 15 ữ 25
30 ÷ 50 60 ÷ 80 100 ÷ 150
Bê tông truyền thống Bê tông th−ờng Bê tông c−ờng độ cao Bê tông c−ờng độ cao
Bê tông truyền thống bêtông th−ờng đ−ợc áp dụng chủ yếu xây dựng cầu đ−ờng Việt Nam Bêtông c−ờng độ cao đe đ−ợc nghiên cứu có đủ điều kiện để phát trin Vit Nam
3.2. Phân loại theo thành phần vật liệu chế tạo
- Bờtụng cng độ cao không sử dụng muội silic: loại bêtông không sử dụng silic siêu mịn, cần giảm tỷ lệ N/X sử dụng chất siêu dẻo tăng tính cơng tác
(9)- Bê tơng chất l−ợng cao sử dụng tro bay: loại bê tông sử dụng tro bay với liều l−ợng từ (15 ữ 30) % so với l−ợng xi măng để tăng độ bền n−ớc, giảm nhiệt độ bê tông t−ơi giảm giá thành bê tông
- Bê tông chất l−ợng cao hỗn hợp: để đảm bảo chất l−ợng bê tơng giảm giá thành sử dụng kết hợp tro bay muội silic với liều l−ợng tối −u
- Bê tông c−ờng độ cao cốt sợi: bê tông c−ờng độ cao có khơng có muội silic nh−ng có thành phần cốt sợi Cốt sợi kim loại, sợi thủy tinh, sợi carbon loại sợi khác tùy theo yêu cầu tính giá thnh
Các loại bê tông đợc sử dụng kết cấu khác cho tính khác Tuy nhiên, tính toán thiết kế kết cấu thiết kế thi công có lu ý khác
Trong thc t cỏc quy luật bê tông chất l−ợng cao th−ờng đ−ợc thành lập sở quy luật bê tơng c−ờng độ thấp Vì cần l−u ý sử dụng cơng thức này, cần thiết phải tiến hành thử nghiệm thích hợp với vật liệu phạm vi sử dụng
C©u hái:
1 Phân biệt bê tông th−ờng bê tông c−ờng độ cao?
(10)Ch−¬ng
Thành phần cấu trúc Bê tông CHấT LƯợNG CAO 1 Mở đầu
Bờtụng cht l−ợng cao (HPC) loại bê tông Theo qui −ớc bê tông HPC bê tông có c−ờng độ nén 28 ngày > 60 MPa Bê tơng HPC có thành phần hỗn hợp cốt liệu vữa chất kết dính đ−ợc cải thiện cách dùng vài sản phẩm có phẩm chất đặc biệt nh− chất siêu dẻo muội silic khoỏng siờu mn khỏc
Chơng trình bày cách tổng quan nguyên tắc phối hợp, logic công thức, cấu trúc bê tông HPC
2 Nguyên tắc phối hợp công thức thành phần
Trong thực tế bê tơng cần có độ đặc cao, đặc điểm cấu tạo bê tông.ý kiến vật liệu bê tông cố gắng tái tạo lại khối đá từ loại cốt liệu Độ đặc hỗn hợp nh− đ−ợc tạo nên đ−ợc điều hồ dải cấp phối nó, nghĩa phụ thuộc độ lớn cực đại cực tiểu cốt liệu Kích th−ớc lớn cốt liệu lớn khoảng 20 - 25 mm Các hạt nhỏ đặc tính vật lý bề mặt gây nên vón tụ tự nhiên hạt xi măng Sự vón tụ hạt xi măng chất l−ợng bê tơng cao
Từ ý t−ởng nghiên cứu sử dụng vài sản phẩm hữu để khôi phục xi măng lơ lửng n−ớc thành phần hạt ban đầu bê tông (bao gồm từ 1- 80 àm) Sau làm cho tinh thể hỗn hợp dài cách thêm vào sản phẩm cực mịn, có phản ứng hố học, tiến tới lấp đầy khe hỗn hợp hạt mà xi măng không lọt đ−ợc
Việc áp dụng nguyên tắc đơn giản nêu cho phép đ−a công thức bê tông HPC Công thức thành phần tổng quát bê tông HPC là:
Đ = 1000 - 1200 kg; C = 600 - 700 kg; X = 400 -520 kg; MS = - 15%; tỷ lệ N/X = 0,22 - 0,35; chất siêu dẻo từ 0,8 - 2,0 lít/100 kg xi măng phần chất làm chậm (Đ - đá; X - xi măng; C - cát; N - n−ớc; MS - muội silic)
(11)Mục tiêu nghiên cứu đại cải thiện cấu trúc hồ xi măng để đạt đến độ rỗng đá xi măng nhỏ nhất, đồng thời cải thiện cấu trúc chung để bê tơng có độ rỗng nhỏ nhất, bê tơng có c−ờng độ chịu nén lớn Con đ−ờng cho phép tăng c−ờng độ nén chất l−ợng bê tông, nhiên c−ờng độ kéo đ−ợc tăng chậm Để cải thiện khả chịu kéo bê tông phải sử dụng vật liệu cốt sợi kim loại, cốt sợi pôlime cốt sợi carbon
Về mặt cấu trúc, bê tơng xi măng pc lăng vật liệu không đồng rỗng Lực liên kết cốt liệu (cát đá) đ−ợc tạo hồ xi măng cứng Cấu trúc hồ xi măng hyđrat khác nhiều silicát thủy hóa C-S-H dạng sợi Ca(OH)2 kết tinh dạng lục giác khối, chồng lên
nhau hạt xi măng ch−a đ−ợc thủy hố Độ rỗng vữa xi măng pc lăng 25 đến 30% thể tích với N/X = 0,5 Thể tích rỗng gồm hai loại: (a) lỗ rỗng cấu trúc C-S-H, kích th−ớc khoảng vài àm, (b) lỗ rỗng mao quản hyđrát, bọt khí, khe rỗng; kích th−ớc chúng khoảng vài àm đến vài mm Khi bê tông chịu lực cấu trúc xuất vết nứt làm tăng độ rỗng bê tơng
Sự yếu đặc tính học bê tông độ rỗng mao quản n−ớc cho thêm vào bê tơng để tạo tính công tác bê tông t−ơi Sự cải thiện c−ờng độ đạt đ−ợc nhờ nhiều ph−ơng pháp làm giảm độ rỗng (nén, ép, rung ), giảm tỉ lệ N/X (phụ gia) sử dụng sản phẩm xi măng khơng có lỗ rỗng lớn xi măng có hạt siêu mịn đồng Loại thứ chứa pôlime, loại thứ hai chứa muội silic
Mối quan hệ tạo loại bê tơng c−ờng độ cao cách cải tiến cấu trúc vữa xi măng làm đặc vữa xi măng, cải thiện độ dính kết xi măng - cốt liệu giải pháp công nghệ khác
3 CÊu trúc bê tông chất lợng cao
Bờ tông vật liệu composit không đồng nhất, tính chất phụ thuộc vào ba cấp cấu trúc sau:
- Cấu trúc vĩ mô (macro): tỷ lệ lớn, xét ứng xử học để suy c−ờng độ vật liệu Bê tông đ−ợc xem hệ 3pha: cốt liệu, hồ xi măng cấu trúc vùng chuyển tiếp (theo lý thuyết đa cấu trúc V.I.Xalomatov, Larad) Khi tính tốn theo mơ hình cấu trúc giả thiết bê tơng vật liệu đần hồi tính tốn theo cơng thức sức bền vật liệu
(12)- Cấu trúc vi mô (micro): tỷ lệ 1/100 mm để quan sát hydrat (CSH, CH, CH Sulfo – aluminat), hạt bụi, hạt clinke ch−a thủy hóa, vết nứt vi mơ, định h−ớng hạt CH vùng chuyển tiếp, mặt tiếp xúc xi măng cốt liệu, biến đổi hydrat môi tr−ờng xâm thực (etrigit thứ cấp, phản ứng kiềm cốt liệu)
3.1 CÊu tróc hồ xi măng
ci tin cu trúc bê tông cải tiến cấu trúc vữa xi măng Có thể cải tiến cấu trúc vữa xi măng cách làm đặc vữa xi măng, giảm l−ợng n−ớc thừa (tỷ lệ N/X nhỏ) sử dụng phụ gia siêu dẻo biện pháp công nghệ rung ộp c bit
Lỗ rỗng tồn cấu trúc hồ xi măng ảnh hởng lớn tới tính bền cấu trúc Các lỗ rỗng tồn dới hai dạng: lỗ rỗng mao dẫn lỗ rỗng khoảng hạt xi măng
L rng mao dn to lng n−ớc d− thừa để lại khoảng không hồ xi măng Để hạn chế độ rỗng bê tông tỷ lệ N/X thích hợp vấn đề quan trọng Trong bê tông c−ờng độ cao tỷ lệ N/X đ−ợc hạn chế d−ới 0,35 mà kết hợp sử dụng phụ gia siêu dẻo để giải tính cơng tác cho bê tông Kết tăng khối l−ợng sản phẩm hydrat q trình thuỷ hố xi măng, đồng thời giảm đáng kể tỷ lệ lỗ rỗng mao quản bê tông
Hiện t−ợng vón cục hạt xi măng thân kích thức hạt xi măng lớn tạo độ rỗng đáng kể cho bê tông Một sản phẩm siêu mịn, có phản ứng hố học (muội silic, tro bay) đ−ợc bổ sung vào thành phần bê tông c−ờng độ cao L−ợng hạt lấp đầy lỗ rỗng mà hạt xi măng không lọt vào đ−ợc Đồng thời với kích th−ớc nhỏ hạt xi măng nhiều, bao bọc quanh hạt xi măng tạo thành lớp ngăn cách khơng cho hạt xi măng vón tụ lại với
D−ới xin trình bày số loại hồ xi măng cải tiến 3.1.1 Hồ xi măng c−ờng độ cao
Làm nghẽn lỗ rỗng mao quản hay loại bớt n−ớc nhờ đầm chặt giảm tỉ lệ X/N nhờ phụ gia ph−ơng pháp làm đặc vữa xi măng, làm cho đồng có cấu trúc đặc biệt vữa xi măng thông th−ờng Vữa xi măng c−ờng độ cao đạt đ−ợc cách sử dụng xi măng có c−ờng độ cao
3.1.2 Hå xi măng với tỉ lệ N/X nhỏ
Fộret, nm 1897, đe biểu thị c−ờng độ nén vữa xi măng công thức sau:
Rb = A {X/( X + N + K)]2
(13)một giới hạn tỉ lệ này, liên quan tính cơng tác bê tơng t−ơi Vì dùng l−ợng n−ớc thấp khó tạo độ dẻo đủ cho vữa xi măng Cấu trúc loại vữa xi măng có độ rỗng nhỏ l−ợng n−ớc thừa Nh− vậy, khả tách n−ớc rắn thấp (không tách n−ớc mặt bê tụng )
3.1.3 Hồ xi măng có phụ gia gi¶m n−íc:
Phụ gia siêu dẻo gốc naphtalene sulphonate, mêlamine, lignosulphonate viseo sử dụng để phân bố tốt hạt cốt liệu cho phép giảm n−ớc đến 30% tỉ lệ N/X = 0.21 Những nghiên cứu cộng h−ởng từ tính hạt nhân proton đe chứng minh phụ gia hấp thụ hạt xi măng tạo thành màng, phân tử n−ớc chuyển động mạnh D−ới tác động màng cộng với phân tán hạt rắn hạt xi măng tạo độ l−u biến tốt C−ờng độ nén 200 MPa nhận đ−ợc loại vữa dùng phụ gia siêu dẻo Độ rỗng 5% thể tích, vữa đồng bề mặt vơ định hình Độ sụt bê tơng đo Abram đạt tối đa đến 20 cm, trung bình 10 - 12 cm
3.1.4 Hồ xi măng chịu ép lớn rung động
Vữa xi măng có c−ờng độ nén 600 MPa đe đạt đ−ợc nhờ lực ép lớn nhiệt độ cao (1020 MPa, 1500C) Tổng lỗ rỗng 2% Phần lớn hyđrát đ−ợc
chuyển thành gen Độ thủy hoá xi măng 30% silicát C-S-H gồm hạt xi măng, anhyđrit nh− chất keo hạt cốt liệu Các hyđrát xi măng hạt clinke đồng thời tạo c−ờng độ cao cho vữa đông cứng Sự rung động loại bỏ bọt khí tạo nhào trộn
3.1.5 Hồ xi măng sử dụng hạt siêu mịn
Hệ thống hạt siêu mịn đ−ợc ng−ời Đan - Mạch đề xuất Hệ thống gồm xi măng poóclăng, muội silic phụ gia tạo c−ờng độ cao tới 270 MPa Muội silic hạt cầu kích th−ớc trung bình 0.5 àm, chui vào khơng gian rỗng kích th−ớc từ 30 - 100 àm để lại hạt xi măng Tr−ớc hết, muội silic đóng vai trị vật lý, hạt mịn Mặt khác chúng chống vón cục hạt xi măng, phân tán hạt xi măng làm xi măng dễ thủy hoá, làm tăng tỉ lệ hạt xi măng đ−ợc thủy hố
Trong q trình thủy hố, muội silic tạo vùng hạt nhân cho sản phẩm thủy hoá xi măng (Mehta) sau thời gian dài, phản ứng nh− pu - zô - lan, tạo thành silicát thủy hố C-S-H có độ rỗng nhỏ C-S-H xi măng poóc lăng có cấu trúc vơ định hình
CÊu tróc v÷a xi măng poóc lăng có N/X = 0,5 bao gồm (1) C-S-H sợi, (2) Ca(OH)2, (3) lỗ rỗng mao quản
Cấu trúc vữa xi măng có muội silic bao gồm (1) Ca(OH)2, (2) C-S-H vô định
(14)a CÊu tróc cđa mi silic b Cấu trúc hồ xi măng Hình 2.1 Cấu trúc muội silic xi măng
Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống hạt xi măng-Hạt siêu mịn 3.1.6 Hồ xi măng pôlime
Khi làm đặc vữa xi măng, tạo khả tăng c−ờng độ nén bê tông cách bịt lỗ rỗng vật liệu pơlime thích hợp
(15)Hỗn hợp vữa xi măng pôlyme gồm: 100 phần xi măng (về khối lợng), phần pôlyme 10 phần nớc
Cu trỳc vi mụ gn với cấu trúc vữa xi măng có tỉ lệ N/X thấp Tính chất chủ yếu gen đặc vơ định hình bao quanh hạt clinke Các tinh thể Ca(OH)2
ở dạng mỏng phân tán vữa, trái với tinh thể lớn chất đống vữa xi măng pc lăng th−ờng Khoảng khơng gian hẹp dành cho tạo thành tinh thể lớn tránh đ−ợc hình thành sợi dài theo mặt thớ Ca(OH)2
chồng lên C−ờng độ 150 MPa ứng với vắng mặt lỗ rỗng mao quản vết nứt
Vữa xi măng pơlyme đ−ợc đổ khn, ép, định hình nh− vật liệu dẻo Nó đ−a vào vật liệu composit chứa cát, bột kim loại, sợi để tăng độ bền c−ờng độ chống mài mòn
3.2 Cấu trúc cốt liệu bê tông c−ờng độ cao
Cấu trúc cốt liệu lớn tạo nên khung chịu lực cho bê tông, phụ thuộc vào c−ờng độ thân cốt liệu lớn, tính chất cấu trúc (diện tiếp xúc hạt cốt liệu) c−ờng độ liên kết hạt Thơng th−ờng, c−ờng độ thân cốt liệu có cấp phối hạt hợp lý đe giải đ−ợc lỗ rỗng bê tông tăng diện tiếp xúc hạt cốt liệu (giữa hạt với hạt xung quanh hạt) Trong bê tông chất l−ợng cao nên sử dụng cốt liệu có nguồn gốc đá vôi, đá granit, đá quắc, đá bazan Các loại đá có c−ờng độ cao cho tính học vật lý ổn định Cấp phối hạt đá cần phù hợp với tiêu chuẩn hành Đ−ờng kính lớn đá, D, định c−ờng độ độ đồng hỗn hợp bê tông Nên chọn D từ 19-25mm cho bê tơng có c−ờng độ u cầu khơng lớn 62MPa D từ 9.5-12.5mm cho bê tơng có c−ờng độ nén yêu cầu >62MPa
3.3 CÊu tróc vïng tiếp xúc hồ xi măng cốt liệu
Cấu trúc vùng tiếp xúc hồ xi măng - cốt liệu có ý nghĩa định cho loại bê tông c−ờng độ cao Cấu trúc thông th−ờng bê tông gồm ba vùng: cấu trúc cốt liệu, cấu trúc hồ xi măng cấu trúc vùng tiếp xúc hồ xi măng - cốt liệu Vùng tiếp xúc hồ xi măng - cốt liệu bê tông th−ờng, gọi “vùng chuyển tiếp”, vùng có cấu trúc kết tinh, rỗng nhiều c−ờng độ nhỏ vùng hồ vùng chứa n−ớc tách hồ xi măng rắn vùng chứa hạt xi măng ch−a thủy hoá hạt CaO tự
(16)đ−ợc liên kết yếu vào cốt liệu tách dễ dàng Sự kết tinh có định h−ớng Ca(OH)2 quan sát thấy hạt cốt liệu silic
Vùng liên kết hồ ximăng - cốt liệu có độ rỗng lớn đe đ−ợc cải thiện nhờ muội silic Biến đổi cấu trúc bê tông theo c−ờng độ phát triển theo ba cấp độ sau:
Trong bª tông thờng vùng liên kết xi măng - cốt liệu vùng tiếp xúc rỗng có mặt nứt c¸c vÕt nøt CÊu tróc C - H - H có dạng sợi
Vựng tip xỳc h xi mng - cốt liệu bê tơng c−ờng độ cao có cấu trúc C-S-H vơ định hình tinh thể Ca(OC-S-H)2 định h−ớng (P) hạt cứng, vết nứt giảm rõ ràng
Vùng tiếp xúc bê tông c−ờng độ cao tỉ lệ N/X ≤ 0,3, tỉ diện tích hạt muội silic cao nên vùng không chứa n−ớc, không tồn CaO tự do, vữa xi măng có độ đặc lớn lực dính bám với cốt liệu cao
Bê tơng c−ờng độ cao vùng liên kết chuyển thành đá, hồ xi măng - cốt liệu đồng Khơng có vết nứt bề mặt
Hiện nay, quan sát kính hiển vi điện tử quét (MEB) vài mảnh bê tông c−ờng độ cao đe cứng rắn, thấy bê tơng CĐC CĐRC có cấu trúc đặc, chủ yếu vơ định hình bao gồm thể tích khơng bình th−ờng hạt khơng có n−ớc, phần cịn lại xi măng ch−a liên kết thiếu n−ớc sử dụng đ−ợc Ngoài ra, mặt tiếp xúc vữa xi măng/cốt liệu rỗng tích tụ thông th−ờng tinh thể vơi Điều hoạt động muội silic bắt nguồn từ phản ứng pôzulan silic vôi tự sinh xi măng thủy hoá Việc đo độ xốp thủy ngân độ xốp mao quản Cuối ng−ời ta đo đ−ợc độ ẩm môi tr−ờng lỗ rỗng bê tông theo tuổi vật liệu Trong bê tông thông th−ờng luôn 100% (khi khơng có trao đổi với mơi tr−ờng xung quanh), giảm tới 75% tuổi 28 ngày bê tông c−ờng độ cao
Cuối cùng, từ nhận định khác cho phép trình bày cấu trúc bê tông c−ờng độ cao nh− sau:
- Tỉ lệ phần hồ xi măng bê tông giảm đi, hạt khơng đ−ợc thủy hố đ−ợc bổ sung vào thành phần cốt liệu bê tông đe cứng rắn Nh− bê tông c−ờng độ cao không thiết phải dùng l−ợng xi măng cao (X = 380 - 450 kg/m3 với c−ờng độ nén xi măng từ 400 -500 daN/cm2 )
- Hồ xi măng có độ rỗng tổng cộng nhỏ
(17)- Các mặt tiếp giáp hồ xi măng - cốt liệu đe đ−ợc cải thiện hóa đá, từ vùng th−ờng yếu học bê tông C−ờng độ bê tông tăng lên Vết nứt bê tông phá hoại i qua cỏc ht ct liu
- Hàm lợng v«i tù nhá
- Trong bê tơng xuất trạng thái ứng suất đ−ợc minh hoạ cách vĩ mơ co ngót nội chắn sinh siết chặt mạnh vào cốt liệu, làm tăng lực dính cốt liệu hồ xi măng, cải tiến c−ờng độ chịu kéo mô đun đàn hồi cho bê tông c−ờng độ cao
4 Cấu trúc bê tông c−ờng độ cao (CĐRC)
Bê tông c−ờng độ cao, c−ờng độ nén từ 100 ữ 150 MPa tạo thành từ: - 400 - 500 kg xi măng poóc lăng mác 55 + (15 ữ 20)% muội silic - ữ % phụ gia siêu dẻo , 0,3 - 0,4 % chất làm chậm
- N/X = 0,16 - 0,18; N = 100 lÝt/m3
Sự phá hủy bê tông CĐRC cho thấy vữa xi măng đe chuyển thành đá đông đặc cao vữa xi măng khác với vữa xi măng có độ rỗng xung quanh cốt liệu bê tông th−ờng Điều đ−ợc thể qua nghiên cứu [4], ta khơng thể quan sát đ−ợc vết nứt nh− định h−ớng tinh thể Ca(OH)2 mặt
tiếp xúc Nứt vi mô nứt vi mô học bê tơng CĐRC đ−ợc đánh giá kính hiển vi th−ờng so với bê tơng truyền thống
Đặc tính cấu trúc quan trọng vữa xi măng có cấu trúc vơ định hình đồng Vữa xi măng có độ rỗng nhỏ bê tơng xi măng pc lăng, tăng đ−ợc mức hoạt tính pu zơ lan muội silic Muội silic phản ứng lý học nhờ dạng hạt cực mịn phản ứng hoá học nhờ độ hoạt tính muội si líc với vơi Độ rỗng bê tông dùng muội silic đ−ợc đo rỗng kế thuỷ ngân thấy độ rỗng giảm từ 50-60%
Lợng tối u muội silic 15 ữ 20% khối lợng xi măng Với số lợng lớn hơn, ví dụ 40%, bê tông trở nên giòn hạt silic cha thủy hoá
5 Các kết thực nghiệm cải tiến cấu trúc bê t«ng
Các kết nghiên cứu năm gần Pháp tr−ờng Đại học GTVT Hà Nội đe đạt đ−ợc kết bê tơng c−ờng độ cao có cải tiến cấu trúc cách dùng muội si lic, chất siêu dẻo, l−ợng n−ớc cốt liệu địa ph−ơng
(18)Bảng 2.1 Bê tơng M70 (mẫu hình trụ D = 15cm) có độ dẻo lớn Thành phần C70 Pháp (NICE) Việt Nam (ĐHGTVT)
N−íc 160 lít 160 lít
Xi măng C50 425 Kg 480 kg
Cát 767 Kg 670 kg
Đá (5-20 mm) 1107 Kg 1150 kg
C−ờng độ, MPa 78 MPa 75 MPa
Muéi silic, kg 40 48
Chất siêu dẻo, lít 9,08 t 6,75
Bảng 2.2 Bê tông M80, M100
Thành phần M90 M100
(§øc)
M80 ĐHGTVT Đá (5-20 mm) , Kg
Cát 0.5 , Kg XM , Kg Muéi silic , Kg Nớc , lít Siêu dẻo RB ,lÝt
ChÊt lµm chËm , lÝt Tû lƯ N/CKD
C−ờng độ 28 ngày ,MPa Tỷ lệ Đ/C
1020 698 456 36 121 8.5 1.7 0.25 94 1.46 1265 652 421 42.1 112 7.59 1.8 0.24 101 2.02 1150 660 520 52 135 6.75 1,4 0.28 73,5 1.74 C©u hái:
1 Ph©n loai cÊu tróc bê tông?
(19)Chơng
các tính chất bê tơng c−ờng độ cao v cht lng cao
1 Mở đầu
Bêtông c−ờng độ cao bêtông chất l−ợng cao có c−ờng độ chịu nén từ 60-100MPa lớn
Tính chất bê tơng c−ờng độ cao chất l−ợng cao trạng thái t−ơi tính dễ đổ (độ sụt) cịn gọi tính cơng tác Tuy sử dụng l−ợng xi măng cao, tỷ lệ N/X thấp nh−ng độ sụt bê tông c−ờng độ cao đạt từ 10-20 cm, giữ đ−ợc 60 phút trạng thái mềm co ngót dẻo lớn ổn định thể tích cao so với bê tơng th−ờng
Các tính chất bê tơng c−ờng độ cao bê tông chất l−ợng cao rắn nh− c−ờng độ nén, c−ờng độ ép chẻ, biến dạng, mô đun đàn hồi đ−ợc thể theo tỷ số với c−ờng độ nén đơn trục mẫu thử hình trụ có kích th−ớc 15x30 cm mẫu thử hình lập ph−ơng 15x15x15 cm (theo tiêu chuẩn Anh) tuổi 28 ngày
Các tính chất khác nh− c−ờng độ chịu kéo, co ngót, từ biến, dính bám với cốt thép đ−ợc cải tiến c−ờng độ nén tăng lên
2 C−ờng độ bê tông c−ờng độ cao bê tông chất l−ợng cao 2.1 C−ờng độ chịu nén
C−ờng độ chịu nén bê tơng tính chất quan trọng để đánh giá chất l−ợng bê tông số tr−ờng hợp độ bền tính chống thấm cịn quan trọng C−ờng độ bê tơng liên quan trực tiếp đến cấu trúc hồ xi măng đe đông cứng, cấu trúc bê tông C−ờng độ nén bê tông phụ thuộc lớn vào tỷ lệ n−ớc/ximăng bê tơng Có nhiều cơng thức để dự báo c−ờng độ nén bê tông tuổi 3, 7, 28, 56 ngày theo tỷ lệ N/X hoc N/CKD hoc X/N
Công thức Bôlômây-Ckramtaep c¶i tiÕn
Cơng thức B-K đe đ−ợc lập để dự báo c−ờng độ bê tông th−ờng Rb=ARx (X/N+0.5)
Chúng đề nghị cải tiến cách dùng trị số hệ số A là: 0.4 thay cho 0.45 cho bê tông th−ờng
ë Pháp thờng lựa chọn tỷ lệ N/CDK theo phơng pháp Faury theo công thức Feret
(20)Tổng hợp công thức với loại xi măng th−ờng (PC40) xi măng c−ờng độ cao (PC50) đ−ợc ghi bảng 3.1
BK40 0.4*40*(X/N+0.5) 88.00 72.00 61.33 53.71 48.00 (1) BK50 0.4*50*(X/N+0.5) 110.00 90.00 76.67 67.14 60.00 (2)
B40 0.6*40*(X/N-0.5) 108.00 84.00 68.00 56.57 48.00 (3)
B50 0.6*50*(X/N-0.5) 135.00 105.00 85.00 70.71 60.00 (4)
GT1 0.50*50*(X/N-0.5) 112.50 87.50 70.83 58.93 50.00 (5)
S1 Suzuki 98.00 82.00 70.00 63.00 58.00 (6)
Ha1 Hatori 120.00 95.00 79.00 68.00 58.00 (7)
S2 Suzuki 110.00 90.00 80.00 72.00 65.00 (8)
GT2 0.45*40*(X/N+0.5) 99.00 81.00 69.00 60.43 54.00 (9)
40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140
5 3.33 2.86 2.5
CKD/N
f
'c
,M
P
a
BK40-1 BK50-2 B40-3 B50-4 GT1-5 S1-6 Ha1-7 S2-8 GT2-9 3
2
1
4
6
7
8
5
9