Bảng 2.12: Công thứcthiết kếbê tông cường độ siêu cao
Thành phần C1 C2 C3 Xi măng Bút sơn PC40, kg/m3 800 850 900 Muội silic (25%X), kg/m3 195,5 195,5 207 Cát Quartz Q1, kg/m3 900 935 977 Bột Quartz Q2, kg/m3 280 150 120 Sợi thép, kg/m3 160 170 160 Chất siêu dẻo, lit 48,571 45,714 51,429 Chất siêu dẻo, kg 16 17 18
Lượng nước trong siêu dẻo (lit) 31,57 29,71 33,42
Nước, lít 160 170 170 Tỷ lệ N/X 0,20 0,20 0,20 Bột 1140 1121 1167 Chất kết dính 1.045,5 104,5 1107 Tỷ lệ N/CKD 0,163 0,160 0,163 Tỷ lệ N/Bột 0,140 0,151 0,145
Trong thi
biến đổi từ 800, 850 đến 900 kg, l đến 25% so với l
tông nhưng c
lấy biến đổi từ 900 đến 977 xi măng
này sử dụng h
Theo [
trên xi măng thi
dụng lượng phụ gia si tổng khối l hợp bê tông s Hàm lư theo từng Thành ph đồ với trục đứng l lớn nhất l Hình 2.
Trong thiết kế này,nghiên c
ến đổi từ 800, 850 đến 900 kg, l
ến 25% so với lượng xi măng sử dụng để tông nhưng cũng đồng thời không
ấy biến đổi từ 900 đến 977kg,bột Q
sử dụng mà vẫn giữ được độ đặc ử dụng hàm lượng bột là 120 đ
Theo [14], 34 và các thử nghiệm kinh nghiệm có tr trên xi măng thiết kế trong các mẫ
ợng phụ gia siêu dẻo polycacbol
ổng khối lượng của bê tông. Với phụ gia si
ê tông sẽ được đảm bảo mà không c
Hàm lượng sợi thép 2% theo ừng công thức thiết kế.
Thành phần hạt của bê tông cư ồ với trục đứng là lượng lọt sàng %, tr
ớn nhất là 0,6mm, cỡ hạt nhỏ nhất l
Hình 2.8: Biểu đồ thành ph
ghiên cứu sinh sử dụng hàm lư
ến đổi từ 800, 850 đến 900 kg, lượng muội Silic được giữ ở mức 23% ợng xi măng sử dụng để đảm bảo độ đặc chắc cho b ũng đồng thời không làm tăng giá thành. Lư
ột Quartz được đưa vào nh
ợc độ đặc yêu cầu, vì vậy trong thiết kế à 120 đến 280kg.
ử nghiệm kinh nghiệm có trước, th ết kế trong các mẫu thử C1, C2, C3 tương
cacbolsilat với hàm lượng l
ới phụ gia siêu dẻo này tính công tác c à không cần tăng tỷ lệ nước trên xi măng. ợng sợi thép 2% theo thể tích bê tông tức là từ 160 đến 170 k
cường độ siêu cao được xây d
àng %, trục ngang là Ln của cỡ hạt với cỡ hạt ỡ hạt nhỏ nhất là 0,00001mm theo hình 2.8.
thành phần hạt của các cốt liệu tính toán
àm lượng xi măng ợc giữ ở mức 23% ảm bảo độ đặc chắc cho bê
làm tăng giá thành. Lượng cát Quartz
ưa vào nhằm giảm lượng ậy trong thiết kế
ớc, thì tỷ lệ nước ứng là 0,20. Sử ợng là 1,6% so với
ày tính công tác của hỗn ên xi măng. ừ 160 đến 170 kg
xây dựng trên biểu ỡ hạt với cỡ hạt
theo hình 2.8.
2.4.4. Kiểm tra cấp phối
Căn cứ vào các công thức bê tông, xác lập đường cấp phối của bê tông
theo hướng dẫn của Fuller26(cấp phối hạt của bê tông được ghi ở bảng
2.12). Cấp phối của các thành phần vật liệu đối chiếu theo lý thuyết đường
cấp phối tối ưu của Fuller ghi ở biểu đồ (hình 2.9)
Hình 2.9: Cấp phối hạt của bê tông thiết kế đối chiếu với cấp phối Fuller
Kết quả kiểm tra đối chiếu cấp phối thiết kế C1, C2, C3 cho thấy rằng
các cấp phối được thiết kế rất sát với cấp phối tính theo công thức của Fuller.
2.5. Kết luậnchương 2
- Đã tìm và chế tạo cát Quarzt và bột Quartz theo cáchướng dẫn và tiêu chuẩn quốc tế.
- Đã lựa chọn được các loại xi măng, muội Silic, sợi thép phù hợp các
hướng dẫn trên thế giới để chế tạo bê tông cường độ siêu cao
- Sử dụng mô hình tối ưu hoá độ đặc của Mooney đã thiết kế được thành phần bê tông C1, C2, C3.
- Kiểm tra thành phần cấp phối hạt phù hợp với các nghiên cứu của Pháp
và lý thuyết cấp phối tối ưu của Fuller Đức.
- Thành phần bê tông trên sẽ được sử dụng trong việc chế tạo các mẫu
CHƯƠNG 3
THÍ NGHIỆM CƯỜNG ĐỘ NÉN, UỐN VÀ MÔ ĐUN ĐÀN
HỒI CỦA BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ SIÊU CAO
3.1. Mở đầu
Trong chương này,Nghiên cứu sinh trình bày các kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo đặc trưng và mô đun đàn hồi của bê
tông cường độ siêu cao. Các kết quả thí nghiệm để kiểm chứng lại sự thích hợp
của các thành phần bê tông đã nêu ở chương 2. Từ đó đưa ra kết luận về các tính chất cơ học của vật liệu và đồng thời làm cơ sở cho việc ứng dụng vào tính kết cấu dầm bê tông cốt thép với bê tông cường độ siêu cao ở chương 4.
Phương pháp thí nghiệm các tính năng cơ học của bê tông cường độ
siêu cao về căn bản vẫn sử dụng như các phương pháp dùng cho bê tông
thường và bê tông cường độ cao. Các hệ số và các công thức tính toán cho các
tính năng của bê tông cường độ siêu cao có những thay đổi theo các công thức
thực nghiệm mới. Phần này sẽ giới thiệu các lý thuyết, các tiêu chuẩn thí nghiệm và các kết quả thí nghiệm đo cường độ nén và mô đun đàn hồi, cường độ kéo uốn của bê tông cường độ siêu cao thiết kế được C1, C2, C3
3.1.1. Cường độ chịu nén
Ứng xử nén được xác định bằng cường độ nén đặc trưng và mô đun đàn hồi.
Để tính toánsơ bộ cường độ nén, ta chấp nhận ứng xử quy ước là tuyến
tính với các giả thuyết về biến dạng phẳng.
Để xác định chính xác cường độ chịu nén của một cấp phối bê tông
cường độ siêu cao thì cần phải tiến hành thí nghiệm.Cường độ chịu nén được xác định với bê tông ở 3, 7, 28 ngày tuổi. Theo [36] thì các mẫu hình trụ có kích thước d=10cm, h =20cm để xác định cường độ chịu nén. Giá trị đặc trưng fc28 nhận được tương tự như phương pháp thí nghiệm bê tông thường và bê tông cường độ cao (HPC) đã được mô tả trong các tiêu chuẩn Việt Nam
Do ảnh hưởng của phụ gia siêu dẻo làm chậm sự thủy hóa của xi măng
nên mẫu được tháo khuôn 2 ngày sau khi đúc, mẫu được ngâm trong nước ở
20oC,ba ngày trước khi thí nghiệm mẫu được vớt ra và bảo quản trong không khí có độ ẩm tương đối 80% và ở nhiệt độ bình thường cho đến khi thí
nghiệm. Nhiệt độ bảo dưỡng trong các nghiên cứu ở nước ngoài thường là 20oC và 90oC. Kết quả cường độ chịu nén theo [52] nếu dưỡng hộ 20oC thì
cường độ 7, 28, 56 ngày là: 110, 130, 138 MPa. Nếu dưỡng hộ ở 90oC thì
tương ứng là 160, 170, 178 MPa. Theo [30] bê tông cường độ siêu caonếu dưỡng hộ ở 200C thì cường độ nén 28 ngày tuổi là 120MPa và nếu dưỡng hộ ở 90oC là 180MPa…
Như vậy khi dưỡng hộ bê tông bằng nhiệt (ở 90C) cường độ chịu nén tăng cao hơn so với dưỡng hộ bê tông ở điều kiện bình thường. Tuy nhiên biện pháp dưỡng hộ nhiệt rất phức tạp nhất là đối với các cấu kiện có kích thước lớn và không mang lại lợi ích nhiều về cường độ kéo uốn và có khả năng làm giảm độ dai của bê tông43. Vì vậy trong các nghiên cứu của luận
án, chủ yếu sử dụng các mẫu thử được dưỡng hộ ở điều kiện bình thường,điều
này phù hợp với các kết cấu cầu và nhà có khối lượng bê tông khối lớn.
Thí nghiệm nén mẫu được thực hiện tại phòng thí nghiệm Vật liệu xây
dựng trường Đai Học Giao thông Vận tải.
Mô đun đàn hồi của bê tông được thí nghiệm trên mẫu thử D =15cm,
h=30cm ở cấp tải trọng 40% theo Tiêu chuẩn ASTM.
3.1.2. Ứng xử kéo khi uốn
Ứng xử kéo khi uốn của bê tông cường độ siêu cao được đặc trưng
bằng 3 giá trị thí nghiệm như sau:
- Cường độ kéo khi uốn đàn hồi(ftj). Giá trị này ứng với phần biến dạng đàn hồi ở thời điểm xuất hiện vết nứt đầu tiên với biến dạng tương đối là 1‰. Trị số độ mở rộng vết nứt là 0,05mm, độ võng trong phạm vi 1mm.
- Cường độ chịu kéo uốn lớn nhất (ứng với mômen uốn lớn nhất) thông thường ứng với biến dạng là 3 ‰.
- Cường độ chịu kéo khi uốn ở thời điểm biến dạng tối đa ứng với độ
thử. Giá trị này biểu thị độ dai của bê tông sau nứt, thí nghiệm cường độ kéo
uốn được thực hiện theo Tiêu chuẩn của Châu Âu (RILEM).
3.1.3. Quy trình thí nghiệm uốn mẫu lăng trụ và phân tích
Có hai loại thí nghiệmđược đề xuất trên thế giới.
Kiểu 1: Thí nghiệm uốn 4 điểm trên mẫu lăng trụ không có khấc cho phép suy ra cường độ chịu kéo sau khi điều chỉnh hiệu ứng tỉ lệ, có thể tính toán năng lượng uốn dẻo thông qua diện tích phần nằm dưới đường quan
hệ lực và độ võng. Từ đó theo các hướng dẫn của SETRA/AFGC có thể xác định được quan hệ giữa ứng suất và độ võng, quan hệ ứng suất và độ
mở rộng vết nứt, quan hệ giữa ứng suất và biến dạng…
Kiểu 2: Thí nghiệm uốn 3 điểm trên mẫu lăng trụ có khấc cho phép áp
dụng phương pháp phân tích ngược theo hướng dẫn của RILEM về thiết kế
kết cấu bằng bê tông gia cường cốt sợi (nhóm tính chất 162-TDF) để tính toán
các quan hệ như đã nêu trên. Với mẫu lăng trụ có khấc, một vết khấc được xẻ
tại mặt cắt giữa, trên cạnh chịu kéo khi thí nghiệm uốn. Độ sâu của vết khấc
bằng 10% chiều cao của lăng trụ, để nhận được một hiệu ứng cục bộ về nứt
khi giảm thiểucác nguy cơ nứt ngoài vết khấc, chiều rộng của vết khấc không được lớn hơn 2mm.
Trong nghiên cứu của luận ánnày, Nghiên cứu sinh chọn phương pháp
thí nghiệm uốn bốn điểm trên mẫu dầm theo hướng dẫn của Châu Âu (hình 3.1) để xác định cường độ chịu kéo khi uốn ở thời điểm xuất hiện vết nứt đầu tiên, cường độ chịu kéo uốn lớn nhất và cường độ chịu kéo uốn giới hạn với
biến dạng là 12/1000 hoặc là độ võng tối đa là 10 mm. Theo tiêu chuẩn châu
Âu thì các điểm cần đo biến dạng sẽ là 2‰; 3,5‰cho vùng nén và 25‰ cho vùng kéo. Sử dụng hệ số điều chỉnh kích thước để xác định cường độ Rkuđặc trưng theo hướng dẫn của Châu Âu
3.1.4. Kích thước mẫu (theo tiêu chuẩn Châu Âu)
Các mẫu hình lăng trụ mặt cắt vuông cạnh a và chiều dài 4*a, với
a. Chuẩn bị mẫu Vi thí nghiệm đ RILEM, 162 b. Thiết bị thí nghiệm Máy thí nghi
chuyển vị hoặc thiết bị đo ngo Trong trư
Âu, thiết bị
võng thực của mẫu khi thí nghiệm (h
phận kiểu n và trên gối Thi tổng thể. c. Phương pháp ti Mẫu đ được cố định tr Gia t này dùng đ
dụng việc gia tải tr
phản ứng.
ẩn bị mẫu
ệc chuẩn bị mẫu (phương pháp đ ệm được trình bày chi tiết
RILEM, 162-TDF.
ết bị thí nghiệm
Máy thí nghiệm là một máy kéo/nén thủy lực điều chỉnh bằng kích ển vị hoặc thiết bị đo ngoài.
Trong trường hợp thí nghiệm uốn 4 điểm ết bị đo cần được cố định trên m
ực của mẫu khi thí nghiệm (h ận kiểu này phép đo độ võng có th
ối được gây rabỡi các biến dạng nâng.
Thiết bị cần phải đo được tối thiểu 2 mm với độ chính xác l
Hình 3.1: Mô hình t
c. Phương pháp tiến hành
ẫu được đặt trên bộ phận thí nghiệm uốn của máy. Các thiết bị đo ợc cố định trên mẫu.
Gia tải trước trên mẫu, cường
này dùng để tính trong suốt quá trình thí nghi
ụng việc gia tải trước, các thiết bị đo độ v ản ứng.
ương pháp đổ bê tông) cũng nh ết trong những hướng dẫn v
ột máy kéo/nén thủy lực điều chỉnh bằng kích
ờng hợp thí nghiệm uốn 4 điểm theo các hướng dẫn của Châu
ên mẫu bằng một bộ phận đặc biệt để đo độ ực của mẫu khi thí nghiệm (hình 3.1). Trên thực tế, khi không có b
có thể sai lệch do độ lún tại các đi ến dạng nâng.
ợc tối thiểu 2 mm với độ chính xác l
Mô hình thí nghiệm uốn 4 điểm
ộ phận thí nghiệm uốn của máy. Các thiết bị đo
ờng độ nhỏ nhất có thể khoảng v
ình thí nghiệm. Cần đảm bảo rằng khi áp ớc, các thiết bị đo độ võng và độ mở rộng vết nứt phải có ũng như phương pháp
n về bê tông của
ột máy kéo/nén thủy lực điều chỉnh bằng kích
ớng dẫn của Châu ẫu bằng một bộ phận đặc biệt để đo độ
, khi không có bộ ệch do độ lún tại các điểm đặt lực
ợc tối thiểu 2 mm với độ chính xác là 0,5% tỉ lệ
ộ phận thí nghiệm uốn của máy. Các thiết bị đo
ảng vài kN. Tải ệm. Cần đảm bảo rằng khi áp ộ mở rộng vết nứt phải có
Cũng như vậy, tuỳ theo kích thước của lăng trụ, bảng 3.1 đưa ra độ
võng yêu cầu khi tiến hành thí nghiệm: