Nghiên cứu tổng quan và so sánh phân tích các phương pháp thiết kế thành phần bê tông khối lớn

LỜI CẢM ƠN Luận văn Thạc sĩ khoa học “Nghiên cứu tổng quan so sánh phân tích phương pháp thiết kế thành phần bê tông khối lớn” hồn thành ngồi nỗ lực thân học viên, cịn có bảo, giúp đỡ tận tình GS.TSKH Nguyễn Thúc Tuyên thầy, cô giáo môn Vật liệu xây dựng, Trường Đại học Thủy lợi Các kết đạt đóng góp nhỏ mặt khoa học, trình nghiên cứu thiết kế thành phần bê tơng cho cơng trình thủy lợi, điều kiện thời gian, trình độ có hạn phương tiện thí nghiệm thiếu thốn, nên khó tránh khỏi thiếu sót Học viên mong nhận bảo, đóng góp thầy, cô giáo đồng nghiệp Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn GS.TSKH Nguyễn Thúc Tuyên, người thầy trực tiếp hướng dẫn, bảo tận tình kiến thức khoa học cho Học viên suốt thời gian qua Qua đây, Học viên muốn gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy, cô giáo môn Vật liệu xây dựng, Khoa Cơng trình, Phịng Đào tạo Đại học & Sau đại học – Trường Đại học Thủy lợi tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ học viên học tập hoàn thành luận văn Thạc sĩ Nhân đây, học viên tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè bên động viên, cổ vũ tinh thần cho học viên suốt thời gian làm luận văn Hà nội, ngày tháng năm 2014 Học viên cao học Lê Anh Đức LỜI CAM ĐOAN Tôi Lê Anh Đức, Học viên cao học lớp 20C 11 – Trường Đại học Thủy lợi, tác giả luận văn, xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các nội dung kết nghiên cứu luận văn trung thực, chưa công bố cơng trình khác Tác giả Lê Anh Đức MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU I.TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI II.MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI III.CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU IV.KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC V.NỘI DUNG LUẬN VĂN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG KHỐI LỚN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG KHỐI LỚN 1.1 Tổng quan bê tông khối lớn 1.1.1.Định nghĩa bê tơng khối lớn 1.1.2.Đặc tính bê tông khối lớn 1.1.3.Vật liệu dùng để chế tạo bê tơng khối lớn 1.1.4.Những tính chất bê tông khối lớn 11 1.2 Các phương pháp thiết kế thành phần bê tông khối lớn 21 1.2.1.Phương pháp thiết kế thành phần bê tông khối lớn theo ACI 211.1 21 1.2.2.Phương pháp thể tích tuyệt đối dùng công thức Bolomey – Skramtaev 27 1.2.3.Luận bàn hai phương pháp Mỹ Nga 30 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI 33 2.1 Các pha cấu trúc bê tông 33 2.2 Cấu trúc pha hồ xi măng bê tông 34 2.3 Cấu trúc pha cốt liệu bê tông 36 2.4 Tỉ lệ cát đá tối ưu 38 CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM 42 3.1 Vật liệu sử dụng nghiên cứu đề tài 42 3.1.1.Xi măng PCB30 Hoàng Thạch 42 3.1.2.Cát vàng sông Lô 43 3.1.3.Đá dăm 46 3.1.4.Tro bay Phả Lại 49 3.2 Xác định tỷ lệ C/Đ tối ưu 50 3.3 Các phương pháp nghiên cứu thí nghiệm 55 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG KHỐI LỚN VÀ THÍ NGHIỆM BÊ TƠNG 56 4.1 Thiế kế thành phần bê tông với cường độ mục tiêu 17 Mpa theo phương pháp Mỹ (ACI 211.1) 56 4.1.1.Thiết kế thành phần bê tơng R17, với C/Đ tính tốn 57 4.1.2.Thí nghiệm với bê tông mác sở 17 C/Đ tối ưu 60 4.2 Thiết kế thành phần bê tông M20 dùng phương pháp thể tích tuyệt đối theo giáo trình VLXD [29] 63 4.3 Thiết kế thành phần bê tơng M20 dùng phương pháp thể tích tuyệt đối theo dẫn kỹ thuật [3] 64 4.4 So sánh thành phần bê tông hai theo phương pháp 65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Quy định hàm lượng tạp chất cốt liệu .7 Bảng 2: Thành phần hạt cát dùng cho bê tông khối lớn Bảng 3: Thành phần hạt cát dùng cho đập bê tông khối lớn Bảng 4: Hàm lượng tạp chất cốt liệu lớn Bảng 5: Yêu cầu thành phần hạt cỡ đá 10 Bảng 6: Tỉ lệ phần trăm cỡ hạt cốt liệu lớn .10 Bảng 7: Quan hệ gradien áp lực nước mác chống thấm bê tông 12 Bảng 8: Nhiệt thủy hóa khống xi măng theo thời gian .15 Bảng 9: Nhiệt thủy hóa loại xi măng theo thời gian 16 Bảng 1.10: Hệ số công thức tính nhiệt thủy hóa xi măng pooclăng 16 Bảng 11: Nhiệt độ bê tông số cơng trình .20 Bảng 12: Tỉ lệ N bê tông khối lớn 23 CDK Bảng 13: Quan hệ gần cường độ bê tông tỉ lệ N/CDK 23 Bảng 14: Lượng nước trộn gần cho 1m3 hỗn hợp bê tông .24 Bảng 15: Hàm lượng vữa hàm lượng khí gần đùng hỗn hợp bê tông 25 Bảng 16: Hàm lượng cốt liệu lớn 26 Bảng 17: So sánh hai phương pháp TKTPBT theo thể tích tuyệt đối 30 Bảng 18: So sánh hai phương pháp Mỹ Nga 31 Bảng 1: Mức ngậm cát tối thiểu, % 40 Bảng 2: Mức ngậm cát thích hợp, % 41 Bảng 3.1: Thành phần hóa khống Clanhke PCB30 Hồng Thạch 42 Bảng 2: Các tiêu tính chất PCB30 Hồng Thạch 43 Bảng 3: Khối lượng riêng cát .44 Bảng 4: Kết thí nghiệm khối lượng thể tích xốp khơ cát 44 Bảng 5: Thành phần hạt cát 45 Bảng 6: Khối lượng riêng đá 47 Bảng 7: Kết thí nghiệm khối lượng thể tích xốp đá 47 Bảng 8: Thành phần hạt đá 48 Bảng 9: Thành phần hóa học tro bay Phả Lại .49 Bảng 10: Chỉ số hoạt tính cường độ tro tuyển Phả Lại 49 Bảng 11: Độ mịn tro bay Phả Lại 50 Bảng 12: Thành phần mẻ trộn hỗn hợp cát đá .50 Bảng 13: Kết thí nghiệm mẻ trộn thứ 51 Bảng 14: Kết thí nghiệm mẻ trộn thứ hai .51 Bảng 15: Kết thí nghiệm mẻ trộn thứ ba 52 Bảng 16: Kết thí nghiệm mẻ trộn thứ tư 52 Bảng 17: Kết thí nghiệm mẻ trộn thứ năm .53 Bảng 18: Tổng hợp kết thí nghiệm hỗn hợp cát đá 53 Bảng 1: Các cấp phối bê tông với mác sở 17 C/Đ tính tốn 58 Bảng 2: Thành phần mẻ trộn bê tông định hướng với mác sở 17 C/Đ tính tốn .59 Bảng 3: Cường độ cấp phối bê tông định hướng với mác cở 17 C/Đ tính tốn .60 Bảng 4: Các cấp phối bê tông định hướng với mác sở 17 C/Đ tối ưu 61 Bảng 5: Thành phần mẻ trộn bê tông định hướng với mác sở 17 C/Đ tối ưu 61 Bảng 6: Cường độ cấp phối bê tông định hướng với mác sở 17 C/Đ tối ưu 61 Bảng 7: So sánh thành phần bê tông bê tơng đạt R20 với C/Đ tính tốn C/Đ tối ưu 62 Bảng 8: So sánh cường độ bê tông với cấp phối sở 17 dùng C/Đ tính tốn 62 Bảng 9: Thành phần BT tính tốn dùng phương pháp TTTĐ theo giáo trình VLXD 64 Bảng 10: Thành phần BT tính tốn dùng phương pháp TTTĐ theo dẫn kỹ thuật 65 Bảng 11: So sánh thành phần bê tông tính tốn theo ba phương pháp .66 DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1: Đập bê tơng trọng lực Tân Giang (Ninh Thuận) .4 Hình 2: Đập bê tơng trọng lực Lịng Sơng (Bình Thuận) .4 Hình 3: Tỏa nhiệt xi măng theo thời gian 15 Hình 4: Quá trình thay đổi nhiệt BT khối lớn .17 Hình 5:Biểu đồ xác định lượng nước trộn .28 Hình 6:Biểu đồ để xác định hệ số trượt α 29 Hình 1: Mặt cắt bê tơng 34 Hình 2: Mơ hình hồ xi măng thủy hóa 35 Hình 3: Tính chất bề mặt cốt liệu lớn 37 Hình 4: Sự đọng nước hỗn hợpt - Xác định tỷ lệ X/N: Chọn hệ số A=0,60; Áp dụng công thức Bolomey – Skramtaev, xác định tỉ lệ CKD/N: Rb CKD 20 = + 0,5 = + 0,5 = 1, 48 N A.Rx 0, 60 x34 - Xác định lượng chất kết dính: CKD= (CKD/N).N = 1,48 x 190 = 281,2 (kg) - Xác định hàm lượng phụ gia tro bay TB xi măng PCB 30: TB 15% = 0,15 x 281, = 42,18 (kg) = > TB = CKD X = 281,2 – 49,62 = 239,02 (kg) - Xác định hàm lượng cốt liệu lớn, Đ: Đ = 1000 = α r + ρ dv ρ d 1000 = 1418, (kg); 1, 4.0, 41 + 1, 65 2,8 Trong đó: α = 1,4 (Tra biểu đồ với N/CKD = 0,68; CKD = 281,2 kg) r = − ρvd / ρ d = − 1, 65 / 2,8 = 0, 41 - Xác định hàm lượng cốt liệu nhỏ, C: 64  X TB D  = C 1000 − − − N − )  ρ c ρ x ρTB ρd   239, 02 42,18 1418,   C= 1000 − − − 190 − ) 2,58= 533, 6(kg ) 3,1 2,3 2,8   Như thành phần tính tốn bê tơng bảng 4.9 Bảng 9: Thành phần BT tính tốn dùng phương pháp TTTĐ theo giáo trình VLXD Thành phần tính tốn cho 1m3 bê tông X, kg 239 TB,kg 42 C, kg Đ, kg N, lít 534 1418 190 4.3 Thiết kế thành phần bê tơng M20 dùng phương pháp thể tích tuyệt đối theo dẫn kỹ thuật [3] Các liệu ban đầu giống trường hợp dùng phương pháp Mỹ (mục 4.1),việc tính tốn thành phần bê tơng gồm bước sau đây: - Chọn độ sụt: Theo mục 5.1, tra bảng 5.1, chọn độ sụt S n = - 7cm - Xác định lượng nước N: Theo mục 5.2, tra bảng N = 190 lít - Xác định tỷ lệ CKD/N: Theo mục 5.3, áp dụng công thức Bolomey – Skramtaev với hệ số A=0,55: Rn CKD 20 x1,15 = + 0,5 = + 0,5 = 1, 73 giá trị tra bảng 1,80; N A.Rx 0,55 x34 Như lấy CKD/N=1,80 - Hàm lượng CKD TB: CKD = (CKD/N).N = 1,80.190 = 342 (kg) = > TB = 0,15 x342 = 51,3 (kg); X = 342 – 51,3 = 290,7 (kg) 65 - Xác định hàm lượng cốt liệu lớn, Đ: Tính thể tích hồ xi măng: Theo mục 5.5.1, áp dụng cơng thức (5.6) Vh = X ρx + TB ρtb +N = 290, 51,3 + + 190 = 306, 08 (lít) 3,1 2,3 Xác định hệ số dư vữa K d theo V h cách tra bảng đ;ược K d =1,4 Xác định hàm lượng cốt liệu lớn, Đ theo công thức: Đ = ρ vd 1650 = = 1417,5 kg rd (kd − 1) + 0, 41(1, − 1) + Trong đó: rd = − ( ρvd / ρ d 1000) = − (1650 / (2,8 x1000)) = 0, 41 - Xác định hàm lượng cốt liệu nhỏ, C theo công thức:  X D N  + ) ρ C= 1000 − ( + ρ x ρ d ρ n  c  290, 51,3 1417,5 190   + + + C = 1000 − ( ) 2,58 = 525, 48(kg ) 3,1 2,3 2,8   Như thành phần tính tốn bê tơng bảng 4.10 Bảng 10: Thành phần BT tính tốn dùng phương pháp TTTĐ theo dẫn kỹ thuật Thành phần tính tốn cho 1m3 bê tơng X, kg 291 TB,kg 51 C, kg Đ, kg N, lít 526 1418 190 4.4 So sánh thành phần bê tông hai theo phương pháp Thành phần bê tơng tính tốn theo ba phương pháp so sánh bảng 4.11 66 Bảng 11: So sánh thành phần bê tông tính tốn theo ba phương pháp N O Phương pháp thiết kế Phương pháp TTTĐ theo dẫn Thành phần vật liệu bê tông (1m3) X, kg TB,kg C, kg Đ, kg N, lít 291 51 526 1418 190 239 42 534 1418 190 274 48 483 1418 187 kỹ thuật Phương pháp TTTĐ theo giáo trình VLXD Phương pháp Mỹ (ACI 211.1) Nhận xét: - Phương pháp NO1 cho lượng xi măng lớn nhiều (khoảng 20%) so với phương pháp NO2 lớn phương pháp NO3 khoảng 8% Còn thành phần khác phương pháp chênh lệch không nhiều - Hai phương pháp NO1 NO3 cho thành phần bê tơng tính toán gần so với phương pháp NO2 ... III.CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU IV.KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC V.NỘI DUNG LUẬN VĂN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG KHỐI LỚN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG KHỐI LỚN 1.1 Tổng. .. 4.4 So sánh thành phần bê tông hai theo phương pháp Thành phần bê tơng tính tốn theo ba phương pháp so sánh bảng 4.11 66 Bảng 11: So sánh thành phần bê tơng tính tốn theo ba phương pháp N O Phương. .. 3.3 Các phương pháp nghiên cứu thí nghiệm 55 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TƠNG KHỐI LỚN VÀ THÍ NGHIỆM BÊ TÔNG 56 4.1 Thiế kế thành phần bê tông với cường độ mục tiêu 17 Mpa theo phương pháp