5.1.1 Mở ựầu
Những năm gần ựây, nhiều phương pháp thiết kế thành phần bê tông ựã ựược công bố. để giúp cho người sử dụng thấy rõ ưu, nhược ựiểm của các phương pháp ựể lựa chọn phương pháp thắch hợp ựể sử dụng thì cần phải tiến hành nghiên cứu các phương pháp ựó với nhau và ựưa ra nhận xét, kiến nghị sử dụng.
Các phương pháp thiết kế thành phần bê tông ựược sử dụng rộng rãi trên trên thế giới và ựược ựưa ra nghiên cứu xem xét ở ựây:
1. Ban môi trường của Anh (The British Department of the Envionment viết tắt là DOE).
2. Viện bê tông Mỹ (The American Concrete Unstiute viết tắt là ACI-211). 3. Hội bê tông Poóc lăng Niuzilân (The New Zealand Porland Concerte Assocition viết tắt là NZ Ờ PCA).
4. Mơựoóc (L.J.Murdock)
5. Công thức Bôlômây Ờ Xkrămteap (Nga) dùng ựể thiết kế bê tông thông thường. Ở Việt Nam cũng dùng công thức này (viết tắt là BK).
6. Viện bê tông và bê tông cốt thép Mỹ (ACI). Phương pháp này ựể thiết kế bê tông cường ựộ cao ACI 363 Ờ R92 (BTCđC).
Phương pháp DOE công bố năm 1975 thay thế cho phương pháp thông dụng sổ tay về ựường số hiệu 4. Phương pháp ACI-211 lần ựầu tiên ựược Uỷ ban Viện bê tông Mỹ 613 ựưa ra năm 1954 và sau ựó liên tục ựược bổ sung vào năm 1980. Phương pháp NZ Ờ PCA ựã ựược hoàn thiện thêm làm nó tương ựối linh hoạt hơn phương pháp ACI Ờ 211. Phương pháp Mơựoóc trình bày dưới dạng công thức lần ựầu tiên vào năm 1975 và gần ựây ựược ựổi mới vào năm 1979.
Phương pháp của Bôlômây Ờ Xkrămtaep là xây dựng công thức xác ựịnh tỷ lệ nước/ximăng trên cơ sở kinh nghiệm ựược công bố vào năm 1967. Ở Việt Nam cũng sử dụng công thức này ựể tắnh toán thành phần bê tông có mác thông thưonừg theo trình tự sau:
- Xác ựịnh lượng nước hoặc tỉ lệ cốt liệu/xi măng (C+đ)/X ựối với ựộ lưu ựộng cho trước.
- Xác ựịnh tỷ lệ cốt liệu thô với cốt liệu nhỏ của cấp phối cho trước.
Nói chung ở các phương pháp trên tỷ lệ nước với xi măng và mối quan hệ cường ựộ ựược dựa trên ựịnh luật Abram. Tuy vậy liều lượng thành phần bê tông tìm ựược bằng cách tra bảng hoặc tra biểu ựồ là kết quả của các nghiên cứu thực nghiệm ựược tiến hành dựa trên các ựiều kiện cụ thể của từng ựịa phương hay từng quốc giạ Do vậy các ựề xuất kiến nghịe có liên quan ựến lượng nước hoặc tỉ lệ cốt liệu/xi măng với ựộ lưu ựộng của bê tông tươi hay xác ựịnh tỉ lệ cốt liệu thô với cốt liệu nhỏ cũng ựược dựa trên các số liệu thực nghiệm.
Vì các ựề xuất kiến nghị về các tỉ lệ của các thành phần vật liệu bê tông là ở dạng không tường minh và phụ thuộc vào các ựiều kiện riêng của từng nước. Mỗi phương pháp chỉ thắch ứng với một giới hạn riêng của nó. để cho người sử dụng khỏi bị sai lầm, cần phải làm cho họ sáng tỏ hiệu lực của từng phương pháp ựối với từng ựiều kiện riêng biệt của nó.
5.1.2 Mục ựắch và phương pháp nghiên cứụ
Nghiên cứu này nhằm giúp cho người sử dụng thấy rõ ưu, nhược ựiểm của 6 phương pháp thiết kế thành phần bê tông như ựã nêu ở trên và ựưa một số nhận xét, kiến nghị sử dụng.
Nội dung nghiên cứu bao gồm:
- So sánh phạm vi sử dụng của các phương pháp thiết kế thành phần bê tông.
- So sánh các kết quả tắnh toán của các phương pháp nêu trên về cường ựộ bê tông có quan hệ với tỉ lệ nước/xi măng và cốt liệu/xi măng.
- đưa ra một số nhận xét và kiến nghị sử dụng phương pháp thiết kế thành phần bê tông dùng ở Việt Nam.
5.1.3 So sánh về phạm vi sử dụng của các phương pháp thiết kế thành phần bê tông.
để tiến hành so sánh phạm vi sử dụng của 6 phương pháp ựã nêu trên sẽ căn cứ vào các tiêu chuẩn sau ựây:
- Loại xi măng ựược sử dụng
- Loại cốt liệu (thô và mịn) ựược sử dụng. - độ lưu ựộng.
- Cường ựộ yêu cầụ - Bê tông chứa bọt khắ.
Trong mục này chỉ ựề cập tới dạng tường minh của các phương pháp thiết
cấp phối khác vắ dụ như cấp phối không liên tục (gây ựoạn).
Hai phương páp ACI và NZ Ờ PCA sử dụng mô ựun mịn (ựộ mịn) như là
một chỉ số của cấp phối cốt liệu trong khi ựó các phương pháp Bo Ờ Xkrăm và
BTCđC cũng sử dụng ựến nó. Sử dụng mô ựun ựộ mịn là một chỉ số không phải lúc nào cũng chắnh xác vì nó có thể xảy ra trường hợp cốt liệu có cấp phối rất khác nhau nhưng có mô ựun hạt gần giống nhaụ Phương pháp Mơựoóc Ộchỉ số bề mặtỢ ựể xét ựến ảnh hưởng của cấp phối hạt và dùng Ộchỉ số góc cạnhỢ ựể tắnh ựến dạng hạt. Kết quả là phương pháp Mơựoóc có khả năng áp dụng vào thực tế cho bất cứ loại kắch cơ và dạng cốt liệu nàọ
Trong khi ựó phương pháp ACI và NZ Ờ PCA giả thiết rằng cường ựộ của bê tông là hàm số chỉ phụ thuộc vào tỉ số nước/xi măng. Phương pháp DOE kể ựến ảnh hưởng của dạng hạt của cốt liệu thô (nghĩa là phân ra loại hạt bị nghiền hoặc không bị nghiền). Phương pháp Mơựoóc là phương pháp phát triển hơn vì nó kể ựến ảnh hưởng của cấp phối hạt cốt liệu và cả ựến tỉ số cốt liệu/xi măng. Phương pháp Bo Ờ Xkrăm và phương pháp ACI cũng coi cường ựộ bê tông 1 là một hàm số của nước/xi măng và hơn nữa còn ựề cập ựến cường ựộ của xi măng.
Tóm lại, phạm vi sử dụng của 6 công thức thiết kế thành phần của bê tông ựược tóm tắt so sánh ở bảng dưới ựâỵ Rõ ràng rằng phương pháp Mơựoóc là phương phác ựược sử dụng linh hoạt nhất khi kể ựến các ựặc tắnh của cốt liệụ Tuy vậy, kinh nghiệm cho biết rằng phương pháp Mơựoóc là phương pháp phức tạp, phiền toái nhất mặc dù có thể lập thành chương trình tắnh toán ựể giảm bớt công việc tắnh toán bằng taỵ
5.1.4 So sánh các kết quả tắnh toán của các phương pháp thiết kế thành phần bê tông.
1. Phương pháp luận
để có cái nhìn tổng quát cần so sánh các kết quả tắnh toán thiết kế thành phần bê tông của 6 phương pháp nêu trên.
Các tắnh toán ựược tắnh toán căn cứ vào các số liệu sau:
- Cường ựộ nén của bê tông theo mẫu của lập phương 28 ngày từ 23 ựến 53 MPa biến ựổi từng bước 5 MPạ
- đường kắnh hạt lớn nhất 20mm và 40mm. - độ sụt 50mm và 100 mm (5 Ờ 10cm).
Cần lưu ý rằng cường ựộ nén của Anh (DOE) và Nga ựược xác ựịnh bằng mẫu lập phương 150 x 150 x 150mm của Mỹ (ACI) và Niuzilân (NZ-PCA)
ựược xác ựịnh bằng mẫu hình trụ ựường kắnh φ 150mm cao 300mm. để có thể so sánh trực tiếp các kết quả của các phương pháp cần phải tắnh cường ựộ nén của mẫu hình trụ sang cường ựộ nén của mẫu hình lập phương.
Mỗi quan hệ giữa cường ựộ nén mẫu hình trụ và mẫu hình lập phương ựược biểu diễn bằng biểu thức sau:
KR = 0.72 + 0.77
Khi ựổi từ RLP sang R trụ như sau: Rtrụ = KR . KLP
Trong ựó:
KR Ờ Tỉ số giữa cường ựộ nén mẫu hình trụ với cường ựộ mẫu hình trụ lập
phương
RLP Ờ Cường ựộ nén của mẫu hình lập phương (tắnh theo ựơn vị psi)
Kết quả tắnh toán ựược vẽ thành biểu ựồ ựể tiện so sánh.
2 Ờ Tỉ số nước / xi măng.
Với một tỉ lệ nước / xi măng như nhau thì phương pháp NZ Ờ PCA chọ bê tông có cường ựộ cao nhất sau ựó thứ tự ựến Mơựoóc, Bo Ờ Xkrăm, DoE, ACI và cuối cùng là ACI 364 Ờ R.
3 Ờ Tỉ số cốt liệu / xi măng.
Bê tông là vật liệu hỗn hợp gồm xi măng, nước, cốt liệu (cát, ựá dăm hoặc cuội sỏi). Khi thiết kế thành phần bê tông xét ựến vấn ựề kinh tế người ta cố
gắng dùng ắt nhất lượng xi măng trong 1m3 bê tông mà vẫn ựạt ựược các yêu cầu
kỹ thuật khác. Vì vậy tỉ số cốt liệu/ xi măng là một chỉ tiêu kinh tế khi thiết kế thành phần bê tông. Các phương pháp thiết kế ựều dựa vào lý thuyết về thể tắch tuyệt ựối như sau:
1000
n c x d
N C X A
ρ + ρ +ρ + ρ =
Các ựường cong quan hệ giữa cường ựộ bê tông và tỉ số cốt liệu/ xi măng của 6 phương pháp ựược vẽ trên hình 5.1. đối với hai loại cốt liệu thô và ựường kắnh hạt lớn nhất là 20mm và 40mm và có ựộ sụt tương ứng là 50mm và 100mm.
Ở hình 5.1, ta thấy rằng ựối với bê tông có ựường kắnh cốt liệu lớn nhất 20mm, phương pháp Mơựoóc sử dụng lượng xi măng ắt nhất (hoặc tỉ số cốt liệu/ xi măng lớn nhất) tiếp theo ựó là các phương pháp NZ Ờ PCA, Bo Ờ Xkrăm, DOE, ACI và cuối cùng là phương pháp CTCđC. ACI dùng nhiều xi măng nhất. đối với bê tông có ựường kắnh cốt liệu lớn nhất 40mm ta thấy rằng phương pháp Mơựoóc là kinh tế hơn cả ựối với bê tông có cường ựộ dưới 40MPA
(40kG/cm2) còn bê tông có cường ựộ trên 40 MPa thì phương pháp NZ Ờ PCA
giá thành cao nhất (ACI 364 Ờ R).
5.1.5 Các nhận xét về 6 phương pháp thiết kế thành phần bê tông và kiến nghị sử dụng ở Việt Nam.
Các phương pháp ựều dùng lý thuyết về thể tắch tuyệt ựốị Chỉ khác nhau về công thức dự ựoán bê tông theo tuổi bê tông.
Phương pháp Mơựoóc cho lượng dùng xi măng ắt nhất với hỗn hợp bê tông mác dưới 50MPa có ựường kắnh cốt liệu lớn nhất 20mm và với bê tông mác 40 MPa còn bê tông có ựường kắnh cốt liệu lớn nhất 40mm. Ngược lại phương pháp NZ Ờ PCA cho lượng dùng xi măng ắt nhất ựối với hỗn hợp bê tông mác trên 50 MPa có ựường kắnh cốt liệu lớn nhất 20m và bê tông mác trên 40 MPa có ựường kắnh cốt liệu lớn nhất 40mm. Nhưng cần chú ý là tiêu chuẩn cường ựộ xi măng của Niuzilân cao hơn của Mỹ và Anh.
Các giá trị của tỉ số nước/ xi măng thu ựược ựối với bê tông có cường ựộ khác nhau bằng cách sử dụng 6 phương pháp thiết kế khác nhau ựược vẽ trên ựồ thị hình 5.1
So sánh phạm vi sử dụng các phương pháp thiết kế thành phần bê tông
Bảng 5.1 DOE ACI NZ- PCA Mơựoóc Bơ- Xkrăm BT CđC Xi măng
- Poóc lăng thông thường v v v v v v
- Poóc lăng ựông cứng nhanh, Poóc lăng chống sunphát
v - - v
- Poóc lăng toả nhiệt ựộ thấp, xi măng sunphát cao
- - - v
Cốt liệu
- Cấp phối theo tiêu chuẩn Anh BS882-73
v v v v v
- Các loại cấp phối khác - - v v v v
- Cốt liệu thô ựược nghiền v v v v v v
- Cốt liệu thô không ựược nghiền
v - v v
- Cốt liệu không liên tục (gây ựoạn) - - - v v v độ lưu ựộng: - độ sụt v v v v v v - độ cứng (Vebe) v - - - v - Hệ số ựầm chặt - - - v Cường ựộ: - 28 ngày v v v v v v - 3, 7, 28 và 91 ngày v v - - v Bê tông có bọt khắ v v v Ghi chú:
- Cường ựộ mẫu lập phương 15 x 15 x 15cm cho phương pháp DOE (Anh), Bo Ờ Xkrăm, BTCđC (Nga).
- Cường ựộ mẫu hình trụ φ 15 x 30cm cho phương pháp ACI và NZ Ờ PCẠ
- Quan sát các ựường cong biểu thị quan hệ giữa cường ựộ bê tông và tỉ lệ số nước/ xi măng của 6 phương pháp thiết kế thành phần bê tông ở hình 5.1 ta thấy rằng ựối với một cường ựộ xi măng của các nước có khác nhau nên việc sử dụng tỉ lệ nước/ xi măng khác nhau mà tỉ lệ nước/ xi măng có ảnh hưởng rất lớn ựến cường ựộ bê tông.
- Phương pháp ACI (Mỹ) sử dụng lượng xi măng và cát nhiều hơn so với các phương pháp khác.
- Phương pháp BTCđC sử dụng nhiều lượng xi măng nhất và ựòi hỏi tỷ lệ nước/ xi măng thấp nhát mặc dù ựã thiết kế bê tông và xi măng mác P500 (PC40)
Vì vậy kiến nghị sử dụng các phương pháp thiết kế bê tông ở Việt Nam là:
-Nên nghiên cứu áp dụng thử nghiệm phương pháp thiết kế bê tông của
Mơựoóc và NZ Ờ PCA ( Niuzilân) khi sử dụng xi măng mác PC40.
-Có thể sử dụng phương pháp thiết kế bê tông DOE (Anh), ACI ( Mĩ)
nhưng cần sử dụng hệ số ựiều chỉnh mà các quy trình ựó cho phép ựể phù hợp với ựiều kiện ở Việt Nam ( nghĩa là giảm lượng cát, xi măng và tăng lượng ựá theo thiết kế).
để thiết kế bê tông có mác tương ựối cao 500Mpa theo cường ựộ chịu nén
của mẫu hình trụ Φ 15 cm ừ 30cm tương ựương 600 Mpa mẫu hình lập phương
15 ừ 15 ừ 15 ( hệ số tắnh ựổi 1,2 theo quy trình Anh ) ựã thiết kế bê tông theo
phương pháp ACI và có sử dụng số ựiều chỉnh. Kết quả thành phần bê tông cho
- Nước 171 lắt
- Cát 580 kg Mô ựun ựộ mịn =2,8
- Sỏi 1120kg Dmax = 20mm
- Phụ gia 5,8 lắt
Với thành phần bê tông trên, tiến hành ựổ bê tông ựể ựúc 27 phiến dầm bê tông dự ứng lực với xi măng Bỉm Sơn P500 cùng 1 lô số liệu 650 và ựã ép 81
mẫu thử ựạt 529 da N/cm2 ựối với mẫu hình trụ 15 ừ 30 cm ựộ lệch tiêu chuẩn (
Stand Daviation): 52,265 kg/cm2 hệ số biến sai (Coflicinent of Variation) 10,62
%.