- Các tấm lợp phẳng có gờ, khối t−ờng hay những cấu kiện khác đ−ợc tạo hình trên bàn rung
1- bêtông chế tạo bằng đá sỏi; 2 bêtông chế tạo bằng đá dăm; 3 bê tông chế tạo bằng đá dăm granit.
Hình 5.29. Sơ đồ thí nghiệm bê tông bằng ph−ơng pháp
va đập
Ngoài ra còn dùng các ph−ơng pháp sau đây để đánh giá c−ờng độ bê tông. - Ph−ơng pháp cộng h−ởng:
Dùng ph−ơng pháp này để xác định tần số của dao động riêng của mẫu sau đó tính môđun đàn hồi động theo tần số đó. Có thể đánh giá chất l−ợng của bê tông theo c−ờng độ xác định từ quan hệ giữa c−ờng độ và môđun đàn hồị Vì bê tông là vật liệu đàn hồi - nhớt - dẻo nên nếu chỉ đánh giá chất l−ợng bê tông theo môđun đàn hồi thì ch−a đủ. Vì vậy ng−ời ta đã đề xuất xác định chất l−ợng bê tông theo hai đặc tính môđun đàn hồi động và sự tắt dần theo quy luật logarit biểu thị tính không đàn hồi và khuyết điểm về cấu trúc của vật liệụ
Khi thí nghiệm nên dùng mẫu hình dầm với tỷ lệ giữa chiều rộng và chiều dài bằng 1: 5. - Ph−ơng pháp va đập:
Sơ đồ thí nghiệm nêu trong hình 5.29.
Khi đập vào chỗ bê tông thí nghiệm 1 của kết cấu bằng búa tay hoặc búa điện 2. Xung l−ợng của âm truyền trong bê tông với tần số nhất định. Trên khoảng đo xác định
đặt liên tiếp hai đầu thu âm 3 và 4. Xung l−ợng âm do đầu thu âm thứ nhất thu lại đ−ợc chuyển thành tín hiệu điện, tín hiệu đó sau khi đ−ợc khuếch đại đi vào bộ phận tính toán 5, 6, 7. Khi âm đi đến chỗ đặt đầu tiếp âm thứ hai cũng chuyển thành tín hiệu và tín hiệu đi vào bộ phận tính toán nói trên. Bộ phận máy tính sẽ xác định thời gian xung l−ợng của âm đi từ đầu tiếp âm thứ nhất đến đầu tiếp âm thứ haị
Tốc độ sóng âm của va đập cơ học tính theo công thức:
6S S V 10 t − = Trong đó: V- tốc độ sóng va đập (km/s);
S - khoảng cách giữa hai đầu tiếp âm; t - thời gian truyền sóng va đập (s).
* Các nhân tố ảnh h−ởng đến c−ờng độ nén của bê tông
a) ảnh h−ởng của c−ờng độ đá xi măng.
C−ờng độ đá xi măng có ảnh h−ởng rất lớn đến c−ờng độ bê tông. Song c−ờng độ đá xi măng lại phụ thuộc vào mác xi măng (Rx) và độ đặc của đá xi măng. Độ đặc của đá xi măng lại phụ thuộc vào tỷ lệ n−ớc/xi măng N
X ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠.
Sự phụ thuộc của c−ờng độ bê tông (Rb) vào tỷ lệ N
Xthực chất là sự phụ thuộc của Rb vào thể tích các lỗ rỗng, tạo ra bởi n−ớc thừa không có tác dụng hóa học với xi măng.
Biểu đồ trong hình 5.30 biểu thị quan hệ của Rb với l−ợng n−ớc trộn (khi l−ợng dùng xi măng không đổi và dùng ph−ơng pháp đầm nhất định). Phần bên phải của đ−ờng cong ứng với hỗn hợp bê tông rất khô không đầm chặt đ−ợc bằng ph−ơng pháp đầm này, nên bên trong bê tông có nhiều lỗ rộng. Khi tăng l−ợng n−ớc trộn, hỗn hợp bê tông đ−ợc đầm chặt hơn và c−ờng độ tăng lên. Khi dùng l−ợng n−ớc thích hợp nhất đối với ph−ơng pháp đầm này, bê tông đ−ợc đặc chắc và c−ờng độ đất đ−ợc sẽ cao nhất.
Hình 5.30. Đ−ờng cong biểu thị quan hệ giữa Rb và l−ợng n−ớc trong bêtông (khi dùng ph−ơng pháp đầm nhất định). (trục tung c−ờng độ bêtông kG/cm2;
Nếu tiếp tục tăng n−ớc, bê tông càng chảỵ Tuy nhiên chỉ một phần n−ớc hóa hợp với xi măng, n−ớc còn lại sẽ bay hơi để lại các lỗ rỗng. Thể tích các lỗ rỗng càng tăng thì c−ờng độ bê tông càng giảm.
Độ rỗng trong bê tông do n−ớc thừa sinh ra có thể tính theo công thức sau đây:
N X r 100% 1000 − ω = Trong đó:
N, X - l−ợng n−ớc và xi măng (kg) trong 1m3 bê tông;
ω - l−ợng n−ớc liên kết hóa học tính theo khối l−ợng xi măng.
Ví dụ trong bê tông ở tuổi 28 ngày xi măng liên kết với khoảng 15% n−ớc tính theo khối l−ợng xi măng. Nếu trong 1m3 bê tông có 180kg n−ớc và 300kg xi măng thì độ rỗng của bê tông sau khi đầm sẽ là:
180 0,15 300
r 0,135
1000
− ì
= = (hay 13,5%)
Độ rỗng của bê tông có thể biểu thị d−ới dạng sau:
N X X r 100% 1000 ⎛ − ω⎞ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ =
Nh− vậy độ rỗng phụ thuộc vào tỷ lệ N
X, l−ợng xi măng và l−ợng n−ớc liên kết với xi măng.
Khi chế tạo một loại cấu kiện bê tông nào đó, l−ợng xi măng thay đổi không đáng kể, vì vậy tỷ lệ N
Xlà nhân tố có ảnh h−ởng nhiều nhất đến độ rỗng và đến các tính chất có liên quan với độ rỗng nh− c−ờng độ, tính chống thấm; chống xâm thực …
C−ờng độ của bê tông tăng lên khi độ rỗng giảm đi, tức là tỉ lệ N
X giảm đị Nh− vậy c−ờng độ bê tông là hàm số của Rx và tỉ lệ N
X: b x b x N R f R , X ⎛ ⎞ = ⎜ ⎟ ⎝ ⎠
Từ tr−ớc đến nay nhiều nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu c−ờng độ bê tông và đề ra nhiều công thức thực nghiệm theo dạng hàm số đã nêu trên.
Giáo s− N.M Bêlai (Liên Xô) đã đề ra công thức: 28 x 2 b 1,5 R R , kG / cm N K X = ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ Trong đó: 28 b
R - c−ờng độ chịu nén giới hạn của bê tông sau 28 ngày d−ỡng hộ, (kG/cm2); Rx - mác xi măng, (kG/cm2) (xác định theo ph−ơng pháp vữa khô);
K - hệ số thực nghiệm, phụ thuộc vào loại cốt liệu; k = 3,5 đối với đá dăm; k = 4 đối với sỏị
Công thức trên có thể biểu diễn bằng đồ thị hình 5.31.
Hình 5.31. Quan hệ giữa c−ờng độ bê tông và tỷ lệ N/X
ứng với các mác xi măng khác nhau theo công thức của N.M. Bêliacv; a) bê tông sỏi; b) bê tông đá dăm.
Khi N
Xgiảm dần đến trị số nhất định (khoảng 0,35 ữ 0,40) đ−ờng cong đạt tới trị số lớn nhất và khi N
Xtiếp tục giảm đi thì Rb lại giảm rất nhanh. Đó là vì N
X nhỏ quá bê tông sẽ khô, rời rạc không đầm chặt đ−ợc; nh−ng nếu dùng ph−ơng pháp đầm tốt thì c−ờng độ bê tông vẫn tiếp tục tăng.
* Trong công thức Bêliacv có lũy thừa 1,5 ở mẫu số nên tính toán có phức tạp. Về sau nhà bác học Bolômây (Thụy Sĩ) đã thay N
X bằng X
N và đ−a công thức tính c−ờng độ bê tông về dạng tuyến tính:
28b x b x X R KR 0,5 N ⎛ ⎞ = ⎜ − ⎟ ⎝ ⎠ Trong đó: K - hệ số thực nghiệm K = 0,5 đối với đá sỏi; K = 0,55 đối với đá dăm.
Công thức đó có thể biểu thị bằng chùm đ−ờng thẳng nh− trong hình 5.32 đối với bê tông sỏị
Tỷ lệ N X
Đối với bê tông có N
X = 0,4 − 0,8,
hai công thức nêu trên cho kết quả tính c−ờng độ bê tông giống nhaụ
Cần chú ý là các công thức này chỉ thích ứng với bê tông có tạo bằng xi măng pooclăng, cát sông sạch, sỏi có đ−ờng kính trung bình hoặc dăm chế bằng đá chắc, cấp phối tốt. Trên thực tế cốt liệu, xi măng gồm nhiều loại kỹ thuật thi công bê tông ngày càng tiến bộ, sản xuất đ−ợc các loại bê tông mác cao các chất phụ gia sử dụng ngày càng rộng rãi và bao gồm nhiều loạị Các công thức trên ch−a phản ảnh đ−ợc tất cả các nhân tố đó, nên kết ủa tính toán sai nhiều so với thực tế, vì vậy không thể chỉ căn cứ vào công thức để tính chính xác c−ờng độ thực tế của bê tông, mà phải đúc mẫu để kiểm tra lại kết quả tính toán.
* Gần đây ở Liên Xô d−ới sự chỉ đạo của giáo s− B.G.Xkrămtacv đã nghiên cứu để hoàn chỉnh công thức tính c−ờng độ bê tông.
Dạng chung của công thức vẫn là:
28 2 b x X R AR B , kG / cm N ⎛ ⎞ = ⎜ − ⎟ ⎝ ⎠
Trong đó A và B - hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào chất l−ợng cốt liệu (hình dạng hạt, trạng thái bề mặt, c−ờng độ, v.v…) ph−ơng pháp xác định mác xi măng và nhiều nhân tố khác.
Nếu biểu diễn bằng đồ thị, thì hàm Rb f X N ⎛ ⎞ = ⎜ ⎟
⎝ ⎠là một đ−ờng cong phức tạp (hình 5.34) trong đó có một đoạn ứng với các tỷ lệ X
N ≤ 2,5 có dạng gần đ−ờng thẳng. Đ−ờng này kéo dài sẽ cắt trục hoành tại điểm O1 cách gốc tọa độ một đoạn dài là B và
Hình 5.32. Quan hệ giữa c−ờng độ bê tông sỏi
với tỷ lệ N
làm với trục hoành một góc ϕ. Trị số của góc ϕ và đoạn B phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Ngoài tỷ lệ X
N, nó còn phụ thuộc vào mác xi măng và chất l−ợng cốt liệụ V−ợt quá trị số X
N = 2,5, dạng của đ−ờng cong lại thay đổi và hàm số b
X R f N ⎛ ⎞ = ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ lại có dạng khác. Đoạn đ−ờng cong đó cũng gần sát với đoạn thẳng. Kéo dài đoạn thẳng đó sẽ cắt trục hoành ở điểm O2 bên trái gốc tọa độ và cách gốc tọa độ một đoạn bằng B1.
Để đơn giản hóa công thức, B.G.Xkrămtacv đã đề nghị lấy B = B1 = 0,5. Năm 1965 công thức Bôlômây - Xkrămtacv ra đời và có dạng nh− sau: Khi N 0, 40 X 2, 5 X N ⎛ ⎞ ≥ ⎜ ≤ ⎟ ⎝ ⎠ hoặc khi bx R 1, 2
R ≤ ứng với bê tông mác th−ờng:
28b x b x X R AR 0,5 N ⎛ ⎞ = ⎜ − ⎟ ⎝ ⎠ (1) Khi N 0, 40 X 2, 5 X N ⎛ ⎞ < ⎜ > ⎟ ⎝ ⎠ hoặc khi bx R 1, 2
R > ứng với bê tông mác cao:
28b 1 x b 1 x X R A R 0, 5 N ⎛ ⎞ = ⎜ + ⎟ ⎝ ⎠ (2)
trong đó A và A1 là các hệ số phụ thuộc vào chất l−ợng vật liệu chế tạo bê tông và ph−ơng pháp xác định mác xi măng. Trị số của A và A1 tra trong bảng 5.18.
Bảng 5.18
Hệ số A khi xác định mác xi măng theo ph−ơng pháp
Hệ số A1 khi xác định mác xi măng theo ph−ơng pháp Chất l−ợng vật liệu
Vữa khô Vữa dẻo Vữa khô Vữa dẻo
Chất l−ợng tốt 0,50 0,65 0,33 0,43
Chất l−ợng trung bình 0,485 0,60 0,30 0,40
Chất l−ợng kém (sỏi, cát nhỏ, xi măng mác thấp)
0,40 0,55 0,27 0,37
Nếu thay trị số của A và Á vào các công thức (1) và (2) ta sẽ đ−ợc các công thức cụ thể ứng với các loại vật liệu có chất l−ợng nhất định. ứng với nhiều mác xi măng khác nhau ta đ−ợc một chùm đ−ờng thẳng qua điểm O1 khi tỉ lệ X
N≤ 2,5 và một chùm đ−ờng thẳng qua điểm O2 khi X
Hình 5.33. Đ−ờng cong thực tế b X R f N ⎛ ⎞ = ⎜ ⎟
⎝ ⎠biểu thị quan hệ giữa c−ờng độ
bê tông và tỉ lệ X
Nvà dạng của ph−ơng trình
đ−ờng thẳng biểu thị quan hệ của c−ờng độ bê tông với tỉ lệ X N khi X N ≤ 2,5 và X N > 2,5. b) ảnh h−ởng của cốt liệu
Khả năng chịu lực của các thành phần đá xi măng, cốt liệu và lực dính kết của đá xi măng và cốt liệu không đồng nhất nên khi chịu lực bê tông có thể bị vỡ ở phần đá xi măng, ở cốt liệu hoặc ở mặt tiếp giáp giữa chúng, hoặc nứt vỡ ở nhiều bộ phận cùng một lúc.
C−ờng độ cốt liệu chỉ ảnh h−ởng đến c−ờng độ bê tông trong tr−ờng hợp c−ờng độ cốt liệu thấp hơn hoặc xấp xỉ c−ờng độ của đá xi măng hay vữa xi măng.
Còn trong bê tông nặng dùng cốt liệu đặc chắc thì thông th−ờng c−ờng độ của cốt liệu c−ờng độ của đá xi măng hoặc vữa xi măng lớn hơn rất nhiềụ Vì vậy trong tr−ờng hợp bê tông nặng c−ờng độ cốt liệu không ảnh h−ởng đến c−ờng độ bê tông mà chỉ những đặc tr−ng của cốt liệu nh− độ nhám (gồ ghề), góc cạnh, số l−ợng các lỗ hở trên bề mặt cốt liệu và tỉ diện của cốt liệu, mới ảnh h−ởng đến c−ờng độ bê tông, vì các yếu tố này làm tăng hoặc giảm c−ờng độ dính kết giữa cốt liệu và đá xi măng.
Đối với bê tông nhẹ chế tạo từ cốt liệu rỗng, c−ờng độ cốt liệu và những đặc tính đàn hồi của chúng đóng vai trò rất quan trọng, vì c−ờng độ của chúng thấp hơn hoặc xấp xỉ c−ờng độ của thành phần vữa trong bê tông. Đồng thời sự dính kết chặt chẽ giữa đá xi măng và cốt liệu rỗng cho phép giả thuyết là thành phần bền chắc hơn trong bê tông là đá xi măng hoặc vữa xi măng cát tạo ra một lớp vỏ vững chắc bao bọc các hạt cốt liệu là thành phần yếu hơn. Sự dính kết chặt chẽ đó bảo đảm cho hai thành phần này trong bê tông làm việc đồng thời trong mọi tr−ờng hợp chịu tải, bảo đảm phân bố tại ứng suất trong bê tông nhẹ và nâng cao đ−ợc khả năng chịu lực của nó.
C−ờng độ chịu nén của bê tông còn chịu ảnh h−ởng của hàm l−ợng cốt liệu lớn trong bê tông. Đối với bê tông nặng chế tạo bằng cốt liệu đặc chắc có c−ờng độ lớn hơn c−ờng độ của thành phần vữa; khi tăng hàm l−ợng cốt liệu lớn trong bê tông, khả năng tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu lớn nhiều hơn và khi các điều kiện khác không thay đổi thì c−ờng độ bê tông có thể tăng lên khoảng 15 ữ 20%. Đối với bê tông nhẹ chế tạo bằng cốt liệu rỗng có c−ờng độ bé hơn c−ờng độ của thành phần vữa thì khi hàm l−ợng cốt liệu tăng, thành phần vữa giảm t−ơng ứng và c−ờng độ bê tông sẽ giảm. Hình 5.34 biểu thị quan hệ của c−ờng độ bê tông với các loại và hàm l−ợng cốt liệu trong bê tông.
Hình 5.34. ảnh h−ởng của chất l−ợng và hàm l−ợng cốt liệu đối với c−ờng độ bê tông (theo
số liệu của ỊM.Frenken)