6. Bố cục của luận văn
1.3.3 Phân loại bêtông
Bê tông là hỗn hợp đƣợc phân loại theo Dạng chất kết dính, dạng cốt liệu, khối lƣợng thể tích, công dụng v.v…
Bê tông xi măng, bê tông silicat (Ch t kết dính là vôi), bê tông thạch cao, bê tông chất kết dính hỗn hợp, bê tông polime, bê tông dùng chất kết d nh đặc biệt.
b. Theo d ng cốt liệu
Bê tông cốt liệu đặc, bê tông cốt liệu rỗng, bê tông cốt liệu đặc biệt (Chống phóng xạ, chịu nhi t, chịu axit).
c. Theo khối lượng thể tích
Kết cấu bê tông cốt thép (Ph n c u ki n ơ ản) của Phan Minh Quang (2006) có thể phân loại bê tông theo khối lƣợng riêng nhƣ sau
Bê tông đặc biệt nặng (ρv > 2500kg/m3), chế tạo từ cốt liệu đặc biệt, dùng cho
những kết cấu đặc biệt.
Bê tông nặng (ρv = 2200 - 2500 kg/m3), chế tạo từ cát, đá, sỏi thông thƣờng
dùng cho kết cấu chịu lực.
Bê tông tƣơng đối nặng (ρv = 1800 - 2200 kg/m3), dùng chủ yếu cho kết cấu
chịu lực.
Bê tông nhẹ (ρv = 500 - 1800 kg/m3), trong đó gồm có bê tông nhẹ cốt liệu rỗng (Nhân tạo hay thiên nhiên), bê tông tổ ong (Bê tông khí và bê tông bọt), chế tạo từ hỗn hợp chất kết d nh, nƣớc, cấu tử silic nghiền mịn và chất tạo rỗng, và bê tông hốc lớn (Không có cốt li u nhỏ).
Bê tông đặc biệt nhẹ cũng là loại bê tông tổ ong và bê tông cốt liệu rỗng nhƣng
có ρv < 500 kg/m3.
Do khối lƣợng thể tích của bê tông biến đổi trong phạm vi rộng nên độ rỗng của chúng cũng thay đổi đáng kể, nhƣ bê tông tổ ong dùng để cách nhiệt có r =70 - 85%, bê tông thủy công r = 8 - 10%.
d. Theo công dụng
Bê tông kết cấu thông thƣờng Dùng trong các kết cấu bê tông cốt thép (Móng, cột, d m, sàn).
Bê tông thủy công Dùng để xây dựng đập, âu thuyền, phủ lớp mái kênh, các công trình dẫn nƣớc v.v…
Bê tông dùng cho mặt đƣờng, sân bay, lát vỉa hè.
Bê tông dùng cho kết cấu bao che (T ờng là bê tông nhẹ).
Bê tông có công dụng đặc biệt nhƣ bê tông chịu nhiệt, chịu axit, bê tông chống phóng xạ.
Ta chỉ chủ yếu nghiên cứu về bê tông nặng dùng chất kết d nh xi măng.
1.3.4 T nh ch t à việc của bê tông
Trong kết cấu xây dựng bê tông có thể làm việc ở những trạng thái khác nhau nén, uốn, trƣợt….Trong đó bê tông làm việc ở trạng thái nén là tốt nhất. Vì vậy cƣờng độ chịu nén của bê tông là chỉ tiêu quan trọng nhất đánh giá chất lƣợng bê tông. Do vậy nghiên cứu cƣờng độ chịu nén của bê tông là điều kiện tiên quyết trong việc chế tạo các loại bê tông. Dựa vào cƣờng độ chịu nén giới hạn trung bình của các mẫu bê tông hình trụ cạnh 15x30cm dƣỡng hộ trong vòng 28 ngày ở điều kiện tiêu chuẩn ( nhiệt độ 27, 20C độ ẩm không kh lớn hơn 90% )
Trong quá trình cứng rắn cƣờng độ bê tông không ngừng tăng lên.Từ 7 ngày đến 14 ngày cƣờng độ phát triển nhanh, sau 28 ngày chậm dần lại và gần nhƣ theo quy luật logarit
với n 3 (1.1)
Trong đó Rn, R28 lần lƣợt là cƣờng độ bê tông ở tuổi n và 28 ngày n- tuổi bê tông (ngày)
Nghiên cứu cƣờng độ bê tông có chú ý cốt liệu, cũng nhƣ cấu tạo của bê tông (biểu thị độ đặc của nó).
1.3.5 Phƣơng pháp và công thức xác định cƣờng độ chịu nén của bêtông tông
Phƣơng pháp trực tiếp Chế tạo mẫu hoặc lấy trực tiếp mâu từ kết cấu công trình và tác dụng trực tiếp lên mẫu cho đến khi bị phá hoại. Sự xuất hiện vết nứt, sự tách lớp và biến dạng là các dấu hiệu của phá hoại. Cƣờng độ vật liệu đƣợc t nh toán từ các kết quả th nghiệm theo công thức tƣơng ứng (với các mẫu th nghiệm hình trụ cạnh 15x30cm)
Rn = P
F (1.2)
Với P Tải trọng phá hoại mẫu (kG)
F Diện t ch chịu lực nén của viên mẫu (cm2)
1.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến cƣờng độ của bê tông1.4.1 Ảnh hƣởng của cƣờng độ đá xi ăng 1.4.1 Ảnh hƣởng của cƣờng độ đá xi ăng
Cƣờng độ đá xi măng ảnh hƣởng rất lớn đến cƣờng độ bê tông. Cuờng độ đá xi măng lại phụ thuộc vào tỉ lệ X/N thực chất là sự phụ thuộc vào thể t ch lỗ rỗng tạo ra do lƣợng nƣớc dƣ thừa.
r = N − ω . X
1000 x100% (1.3)
Trong đó N, X là lƣợng nƣớc và xi măng trong 1m3 bê tông ( kg)
ω Lƣợng nƣớc liên kết hóa học t nh bằng % khối lƣợng xi măng. Ở tuổi 28 ngày lƣợng nƣớc liên kết hóa học khoảng 15 - 20%.
Mối Quan hệ giữa cƣờng độ bê tông với Mác xi măng, tỉ lệ X/N đƣợc biểu thị qua công thức Bolomey-Skramtaev sau
Đối với bê tông có
X N
X
N (1.4)
Đối với bê tông có
X N
X
N (1.5)
Trong đó Rb Cƣờng độ nén của bê tông ở tuổi 28 ngày, kG/ cm2. RX Mác của xi măng (cƣờng độ), kG/cm2.
= 1, 4 ÷ 2,5 thì Rb = ARx . − 0,5
A, A1 là hệ số đƣợc xác định theo chất lƣợng vật liệu và phƣơng pháp xác định mác xi măng (bảng 1.1).
X/N Tỷ lệ xi măng/nƣớc.
ng . số t l n v t l u v 1
( N uồn L M n Lon , Một số v n đề về ờn độ tôn , tạp
dựn
K CN x y Nộ , 2008)
Dƣới đây là biểu đồ biểu thị sự phụ thuộc cƣờng độ bê tông vào lƣợng nƣớc C t l n v t l u Ch tiêu đánh giá số v 1 ứn vớ p ơn p p t ử m x măn . TCVN 6016 95 TCVN 4032 85 A A1 A A1 Tốt
- X măn oạt t n ao k ôn trộn p ụ gia t uỷ. - Cốt l u sạ , ờn độ ao, p p ố ạt tốt. C t sạ , Mdl = 2.4 ÷ 2.7 0.54 0.34 0.6 0.38 Trung bình
- X măn oạt t n trun ìn , x măn poó lăn ỗn p ứa 10 ÷ 15% p ụ gia t uỷ. - Cốt l u ó t l n p ù p TCVN1771 1987.C t p ù p TCVN 1770 1986, có Mdl = 2 ÷ 2.4 0.5 0.32 0.55 0.35 Kém
- X măn oạt t n t p, x măn poó lăn ỗn p ứa tr n 15% p ụ a t uỷ.
- Cốt l u ó 1 ỉ t u a p ù p TCVN 1771 1987. C t n ỏ Mdl< 2.
a. b. c. d.
Vùng hỗn hợp bê tông cứng không đầm chặt đƣợc. Vùng hỗn hợp bê tông có cƣờng độ và độ đặc cao Vùng hỗn hợp bê tông dẻo
Vùng hỗn hợp bê tông chảy
(N uồn L M n Lon , Một số v n đề về ờn độ tôn , tạp K CN
x y dựn Nộ , 2008)
nh .3 ự p ụ t uộ ủa ờn độ tôn v o l n n ớ n o trộn
Khi tỉ lệ X/N quá nhỏ thì không đủ nƣớc để đá xi măng thủy hóa hoàn toàn nên có cƣờng độ đá xi măng giảm. Mặt khác, khi đó hỗn hợp bêtông có độ sụt bé gây khó khăn trong quá trình thi công. Khi tỉ lệ N/X quá cao, nƣớc tự do còn tồn tại nhiều khi bay hơi sẽ để lại nhiều lỗ rỗng trong đá ximăng làm cƣờng độ của đá ximăng giảm, nên cƣờng độ bêtông cũng giảm. Ngoài ra, nếu lƣợng nƣớc quá nhiều thì hỗn hợp bêtông dễ bị phân tầng không thể thi công đƣợc..
1.4.2 Ảnh hƣởng của cốt iệu
Xuất phát từ điều kiện đồng nhất về cƣờng độ của các thành phần cấu trúc trong bê tông (đá , xi măng và cốt liệu to, nhỏ hay vữa , xi măng với cốt liệu to) thì cƣờng độ của cốt liệu ảnh hƣởng đến cƣờng độ bê tông chỉ trong trƣờng hợp cƣờng độ của nó thấp hơn hoặc xấp xỉ cƣờng độ của đá hay vữa xi măng. Điều này chỉ có thể xảy ra trong bê tông nhẹ dùng cốt liệu rỗng, vì ở đó cƣờng độ của cốt liệu trong nhiều trƣờng hợp có thể thấp hơn hoặc bằng cƣờng độ của đá hay vữa xi măng. Đối với bê tông nặng dùng cốt liệu đặc thì cƣờng độ của cốt liệu lớn hơn rất nhiều so với cƣờng độ của đá hay vữa ximăng.
Vì vậy, ở đây cƣờng độ của cốt liệu không ảnh hƣởng lớn đến cƣờng độ của bê tông. Sự phân bố giữa các hạt cốt liệu có ảnh hƣởng đến cƣờng độ của bê tông. Bình thƣờng hồ xi măng lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu và đẩy chúng ra xa với cự ly bằng 2+3 lần đƣờng k nh hạt xi măng. Trong trƣờng hợp này do
phát huy đƣợc vai trò của cốt liệu nên cƣờng độ của bê tông khá cao và yêu cầu côt liệu có cƣờng độ cao hơn cƣờng độ bê tông từ 1.5 lần (đối với bê tông mác nhỏ hơn 300) đến 2 lần (đối với bêtông Mác lớn hơn 300). Khi bê tông chứa lƣợng hồ xi măng lớn hơn, các hạt cốt liệu bị đẩy ra xa nhau hơn đến mức hầu nhƣ không có tác dụng tƣơng hỗ với nhau. Khi đó cƣờng độ của đá xi măng và cƣờng độ vùng tiếp xúc đóng vai trò quyết định đến cƣờng độ của bê tông, nên yêu cầu về cƣờng độ cốt liệu ở mức thấp hơn cƣờng độ của bê tông còn phụ thuộc vào đặc trƣng của cốt liệu.
Nếu bề mặt cốt liệu nhám, sạch cƣờng độ d nh kết với vữa xi măng sẽ tăng lên nên cƣờng độ bê tông cũng tăng. Ngƣợc lại, nếu bề mặt cốt liệu trơn, bẩn thì cƣờng độ d nh kết sẽ giảm làm cƣờng độ bê tông cũng giảm. Do đó, với cùng một lƣợng dùng nhƣ nhau thì bê tông dùng đá dăm sẽ cho cƣờng độ cao hơn khi dùng sỏi. Ngoài ra, với đƣờng k nh cốt liệu nhỏ (cát) tăng thì lớp hồ xi măng cao bọc sẽ dày lên tạo khả năng d nh kết cao nên cƣờng độ bê tông cũng sẽ tăng . Nếu sử dụng cốt liệu đặc chắc thì khi lƣợng dùng tăng lên thì cƣờng độ bêtông cũng tăng. Nguợc lại, nếu cốt liệu rỗng thì khi lƣợng dùng tăng cƣờng độ bê tông sẽ giảm xuống.
1.4.3 Ảnh hƣởng của c u tạo bê tông
Cƣờng độ của bê tông không những chỉ phụ thuộc vào cƣờng độ của đá xi măng, chất lƣợng cốt liệu mà còn phụ thuộc vào độ đặc riêng của bê tông, nghĩa là phụ thuộc vào sự lựa chọn thành phần và chất lƣợng thì công hỗn hợp bê tông. Nếu nhƣ trong bê tông có các lỗ rỗng , thì nó không những làm giảm diện t ch làm việc của vật liệu, mà còn tạo ra trong bê tông nhƣng ứng suất tập trung hai bên lỗ rỗng. Ứng suât này sẽ làm giảm khả năng của bê tông chống lại ngoại lực tác dụng.
Vậy để tạo hình đƣợc tốt, ngoài việc lựa chọn thành phần bê tông sao cho đặc chắc nhất, thì vấn đề quan trọng là chọn độ dẻo của hỗn hợp bê tông và phƣơng pháp thi công cho th ch hợp. Có nghĩa là nếu độ dẻo của hỗn hợp bê tông cao , tuy lèn ép dễ không cần lực tác động lớn nhƣng cƣờng độ bê tông sau này không cao. Ngƣợc lại, nếu dùng hỗn hợp bê tông có độ dẻo thấp, tuy cần lực lèn ép mạnh trong thời gian dài hơn , nhƣng cƣờng độ bê tông về sau này sẽ đƣợc nâng cao.
Đối với một hỗn hợp bê tông, ứng với một điều kiện đầm nén nhất định sẽ có một tỷ lệ nƣớc th ch hợp nhất. Với lƣợng nƣớc đó bê tông sẽ có độ đặc cao nhất, sản lƣợng hỗn hợp bê tông sẽ nhỏ nhất, do đó cƣờng độ bê tông sẽ đạt giá trị cực đại. Nếu lƣợng nƣớc thấp hơn hoặc cao hơn lƣợng nƣớc th ch hợp thì cƣờng độ bê tông bị giảm xuống, Trong trƣờng hợp đầu do t nƣớc, hỗn hợp bị khô không lèn ép đƣợc tốt. Trong trƣờng hợp sau, do thừa nƣớc nên đá xi măng sau khi đã cứng rắn sẽ tồn tại nhiều lỗ rỗng do nƣớc tự do bay hơi để lại. Nếu tăng mức độ lèn chặt lên thì trị số tỷ lệ nƣớc th ch hợp trong hỗn hợp bê tông sẽ giảm xuống và cƣờng độ bê tông tăng lên. Sơ đồ biểu thị sự ảnh hƣởng của mức độ lèn chặt hỗn hợp bê tông đến lƣợng nƣớc và cƣờng độ bê tông.
1.4.4 Ảnh hƣởng của điều kiện ôi trƣờng bảo dƣỡng
Trong điều kiện môi trƣờng nhiệt độ, độ ẩm cao sự tăng cƣờng độ có thể kéo dài trong nhiều năm, còn trong điều kiện khô hanh hoặc nhiệt độ thấp sự tăng cƣờng độ trong thời gian sau này là không đáng kể. Khi dƣỡng hộ bê tông trong điều kiện nhiệt ẩm cƣờng độ bê tông tăng rất nhanh trong thời gian vài ngày đầu.
(N uồn vatlieuxaydung.org.vn -VLXD.org - 2016)
1.5 Biến dạng của bê tông 1.5.1 Biến dạng do co ngót
Theo kết cấu bê tông cốt thép – phần cấu kiện cơ bản (Phan Quang Minh, 2006, tr.25), co ngót là hiện tƣợng giảm thể tích khi bê tông khô cứng trong không khí. Hiện tƣợng co ngót xảy ra liên quan đến sự biến đổi lý hóa của quá trình thủy hóa xi măng, đến sự tổn hao lƣợng nƣớc do bay hơi.
Biến dạng co ngót chủ yếu xảy ra trong giai đoạn đông cứng đầu tiên, sau chậm dần.
Độ co ngót xảy ra không đều, lớp bê tông phía ngoài sẽ bị co ngót nhiều hơn lớp bên trong.
Co ngót là hiện tƣợng có hại làm thay đổi hình dạng và k ch thƣớc cấu kiện. Gây ra khe nứt trên bề mặt bê tông, làm thay đổi cấu trúc của bê tông, giảm khả năng chịu lực và tuổi thọ công trình.
Các nhân tố ảnh hƣởng đến co ngót
- Trong môi trƣờng khô, co ngót lớn hơn trong môi trƣờng ẩm. - Cấu kiện có bề mặt càng lớn thì co ngót càng nhiều.
- Độ co ngót tăng khi dùng nhiều xi măng hoặc dùng xi măng có hoạt tính cao, khi tăng tỷ lệ nƣớc - xi măng, dùng cốt liệu có độ rỗng, cát mịn, chất phụ gia.
Các biện pháp hạn chế co ngót - Chọn thành phần bê tông thích hợp. - Đầm chặt bê tông.
- Giảm tỷ lệ nƣớc/xi măng.
- Giữ bê tông thƣờng xuyên ẩm trong giai đoạn đầu. - Làm các khe co giãn.
- Đặt cốt thép cấu tạo tại những vị trí cần thiết.
1.5.2 Biến dạng do tải trọng ngắn hạn
Tải trọng ngắn hạn là tải không có mặt thƣờng xuyên trên kết cấu (Gió, ão…).
Thí nghiệm nén mẫu thử lăng trụ có chiều dài L, diện tích tiết diện ngang A. Tác dụng lên mẫu lực nén P đo đƣợc độ co ngắn ∆. T nh đƣợc biến dạng tỉ
đối ε b = ∆ , ứng suất σ b = P (Hình 2.7). Với mỗi giá trị P có đƣợc một cặp giá trị
L A
εb, σb. Với tốc độ tăng tải từ từ, đo và lập đƣợc đồ thị quan hệ giữa ứng suất và biến dạng.
(Nguồn Kết c u bê tông cốt thép, Phan Quang Minh, 2006)
Hình 1.5 ồ t ị ứn su t – B ến dạn ủa tôn
Ban đầu khi ứng suất σ còn thấp, quan hệ ứng suất σ và biến dạng ε gần nhƣ tuyến tính. Bê tông làm việc nhƣ vật liệu đàn hồi, biến dạng sẽ hoàn toàn đƣợc phục hồi nếu dỡ bỏ tải trọng.
Khi gia tải đến một mức nào đó, thì bê tông làm việc nhƣ vật liệu dẻo. Khi dỡ bỏ tải trọng, biến dạng của bê tông khác không, nhƣ vậy biến dạng của bê tông không phục hồi hoàn toàn.
1.5.3 Biến dạng do tải trọng dài hạn – Từ biến
Tải trọng dài hạn là tải trọng thƣờng xuyên tác dụng lên kết cấu (Trọng l ng bản thân kết c u, v n ăn ố địn v.v…)
Từ biến là hiện tƣợng biến dạng dẻo tăng theo thời gian khi ứng suất không đổi.
Khi ứng suất σb còn nhỏ thì biến dạng từ biến có giới hạn còn khi σb gần đạt đến Rb thì biến dạng tăng không ngừng và dẫn đến mẫu bị phá hoại.
(Nguồn Kết c u bê tông cốt thép, Phan Quang Minh, 2006)
Hình 1.6 ồ t ị ểu d ễn từ ến ủa tôn
ặc điểm của từ biến
Biến dạng cuối cùng có thể gấp 3-4 lần biến dạng đàn hồi do tải trọng ngắn hạn.
Nếu tải trọng đƣợc dỡ bỏ, chỉ có biến dạng đàn hồi tức thời đƣợc phục hồi, còn biến dạng dẻo thì không.
Có sự phân bố lại nội lực giữa bê tông và cốt thép.
Theo thời gian, ứng suất trong cốt thép tăng lên do đó cốt thép chịu thêm đƣợc tải trọng lớn hơn. Bố trí cốt thép trong vùng nén của cấu kiện chịu uốn cũng góp phần hạn chế độ võng do từ biến.
Các nhân tố nh hưởng đến từ biến
Khi ứng suất tăng thì biến dạng từ biến tăng.
Tỷ lệ nƣớc - xi măng tăng thì biến dạng từ biến tăng. Độ cứng cốt liệu bé thì biến dạng từ biến tăng. Tuổi bê tông càng cao thì biến dạng từ biến giảm. Độ ẩm môi trƣờng giảm, biến dạng từ biến giảm.
Tác hại của từ biến
Làm tăng độ võng của cấu kiện.
Làm tăng uốn dọc của cấu kiện chịu nén. Mở rộng khe nứt trong bê tông.
1.5.4 Biến dạng do tải trọng lặp
Nếu tải trọng tác dụng lên kết cấu lặp đi lặp lại nhiều lần thì biến dạng dẻo