6. Bố cục của luận văn
1.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến cƣờng độ của bêtông
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 đƣợc t ch lũy dần và mẫu bị phá hoại khi ứng suất của bê tông đạt đến cƣờng độ mỏi.
1.5.5 Biến dạng do nhiệt
Đây là loại biến dạng làm thay đổi thể tích khi nhiệt độ thay đổi. Để hạn chế biến dạng nhiệt nên bố trí các khe co giãn, khe nhiệt.
1.6 Tóm tắt chƣơng 1
Trong chƣơng 1 tác giả giới thiệu tổng quan về bê tông cũ đã đƣợc nghiên cứu ở một số quốc gia trên thế giới. Bên cạnh đó các vật liệu cấu tạo trong thành phần bê tông về các đặc trƣng cũng đƣợc trình bày.
Ở chƣơng sau của bài luận văn sẽ tìm hiểu rõ hơn về vai trò của các thành phần cấu tạo nên bê tông tái chế từ phế liệu xây dựng cũng nhƣ phƣơng pháp t nh toán dầm chịu uốn để làm cơ sở t nh toán trong chƣơng 3.
Chƣơng 2 CƠ SỞ CHẾ TẠO VÀ TÍNH TOÁN DẦM CHỊU UỐN BÊ TÔNG CỐT THÉP
Sơ lƣợc về tình hình tái chế phế liệu trong xây dựng và bê tông cũ cũng nhƣ công nghệ tái chế làm cốt liệu cho bê tông, cũng nhƣ tổng quan về tình hình nghiên cứu, ứng dụng các loại bê tông sử dụng cốt liệu bê tông tái chế trên thế giới và ở Việt Nam. Trên cơ sở đó, rút ra các định hƣớng nghiên cứu tiếp theo của luận văn.
2.1 Tính ch t cơ bản của hỗn hợp bê tông 2.1.1 Tính dẻo của bê tông
Tính dẻo là tính chất kỹ thuật cơ bản của hỗn hợp bê tông. Biểu thị cho sự tạo hình lấp đầy khuôn đảm bảo cho sự đồng nhất về khả năng chịu nén nhất định trong điều kiện nén ép của cấu kiện.
Tính dẻo của bê tông đƣợc thể hiện qua độ sụt hay độ lƣu động ( kí hiệu Sn, cm) và đƣợc xát định theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3105-93 hoặc ASTM C143-90A Dụng cụ để đo là khuôn hình nón cụt của Abrams còn gọi là côn Abrams có k ch thƣớc 203x102x305 mm, đáy miệng hở. Que đầm hình tròn có đƣờng k nh d=16mm dài 600mm. Độ sụt bằng chiều cao của khuôn h=350mm trừ đi chiều cao của bê tông tƣơi. Căn cứ vào độ sụt thì đƣợc chia làm ba loại
- Loại cứng Sn <1.3cm
- Loại dẻo Sn <8cm
- Loại cứng Sn = 10-22cm
(Nguồn Tiêu chuẩn Vi t Nam TCVN 3105-1993)
Hỗn hợp bê tông có độ sụt bằng 0 hoặc dƣới 1,0 cm đƣợc coi nhƣ không có tính lƣu động khi đó đặc trƣng tính dẻo của hỗn hợp bê tông đƣợc xác định bằng cách thử độ cứng (ĐC, s).
Độ cứng của hỗn hợp bê tông (ĐC) là thời gian rung động cần thiết (s) để san bằng và lèn chặt hỗn hợp bê tông trong bộ khuôn hình nón cụt và hình lập phƣơng
Xác địn độ ứn (ĐC, s) theo TCVN 3107-1993 bằng phƣơng pháp đơn giản.
Dụng cụ chính để xác định độ cứng bao gồm Khuôn hình nón cụt
Khuôn hình lập phƣơng có kích thƣớc trong 200 x 200 x 200 mm Trình tự xác định nhƣ sau
Kẹp chặt khuôn lập phƣơng lên bàn rung
Đặt khuôn hình nón cụt vào trong khuôn lập phƣơng Đổ hỗn hợp bê tông
Đầm chặt và nhấc khuôn hình nón cụt lên nhƣ khi xác định độ lƣu động Bật đầm rung và bấm đồng hồ giây. Tiến hành rung cho tới khi hỗn hợp bê tông san đầy các góc và tạo thành mặt phẳng trong khuôn thì tắt đồng hồ và đầm rung. Ghi lại thời gian đo đƣợc. Thời gian đo đƣợc nhân với hệ số 0,7 là độ cứng của hỗn hợp bê tông.
Theo chỉ tiêu độ lƣu động và độ cứng ngƣời ta chia hỗn hợp bê tông ra các loại
B ng 2.1 Phân loạ độ sụt bê tông
Loại hỗn hợp bê tông Đặc biệt cứng Cứng cao Cứng Cứng vừa SN(cm) - - - - ĐC(s)