Mẫu thử :
- Mẫu thử có kích thước D = 15cm H = 30cm - Tuổi của thí nghiệm 28 ngày
- Diện tích của mẫu thử : 176,7 cm2
Gia công mẫu thử :
+ Bịt cả 2 đầu của mẫu thử trong khuôn bịt mẫu bằng hợp chất sunfat để tạo ra một bề mặt chịu tải bằng phẳng và vuông góc với trục của trụ. Hỗn
hợp cát mịn và sunfua thường được sử dụng cho mục đích này. Đó là một
chất lỏng ở 130C đến 145C và hoá cứng nhanh khi để ngoài không khí. + Giữ mẫu thử trong thời gian từ 2-24 giờ ngoài không khí.
Thí nghiệm :
- Tốc độ tăng tải giữ không đổi từ 2,89-5,7 N/mm2 trong một giây - Đặt mẫu thử lên máy nén và cho máy chạy đến biến dạng 1=50.10-6
mm/mm được giá trị là S1
Tính 2
- Môđun đàn hồi được tính theo công thức sau :
E = (S2 – S1 )/( 2 - 0,000050) (3-6)
Trong đóE là môđun đàn hồi nén tĩnh, MPa ;
S2 là ứng suất khi đạt 40% cường độ của bê tông; S1 là ứng suất ứng với biến dạng 1;
2là biến dạng tương đối ứng với ứng suất S2;
3.3.3.4. Báo cáo kết quảmô đun đàn hồi:
Kết quả trung bình thí nghiệm 3 nhóm mẫu thử được trình bày trong bảng 3.14.
Bảng 3.14: Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi bê tông cường độ siêu cao
Nhóm mẫu thử C1 C2 C3 Cường độ nén (MPa) 127,59 130,01 139,21 1 (mm/mm) 0,000050 0,000050 0,000050 2 (mm/mm) 0,00103 0,001041 0,001076 S1(Mpa) 4,68 4,69 4,7 S2(Mpa) 50,24 51,48 55,28 E(Mpa) 46500 47200 49300 E= 9200 x f1/ 3cj 46085 46449 47565 Sai số 1,009 1,016 1,038 3.3.3.5. Bình luận kết quả
Theo hướng dẫn của hiệp hội kĩ sư xây dựng Pháp thì môđun đàn hồi của bê tông cường độ siêu cao có quan hệ với cường độ nén theo các công thức sau :
E = K0 x f1/ 3
cj (3-7)
Trong đó: K0 theo BPR180 là 8800 (theo Pháp) BSY150 là 11000 (theo Anh) 1463F1330 là 9870 (theo Đức) f1/ 3cj Cường độ bê tông ở ngày thứ j
Căn cứ vào kết quả thí nghiệm thì thấy rằng : E= 9200 x f1/ 3
Hệ số K0 =9200, nằm trong khoảng hướng dẫn của các tiêu chuẩn Châu Âu
3.3.4. Kết luận về khảnăng chịu nén, kéo khi uốn và mô đun đàn hồi của
bê tông cường độ siêu cao
Sau khi thí nghiệm có những kết luận như sau :
a) Cường độ nén:3, 7,28 ngày như sau
Với 3 thành phần bê tông đã thực hiệncho thấy cấp phối C3 có thành phần như bảng 3.15, cường độ cao nhất là 139,2 MPa, cường độ chịu kéo khi
uốn đặc trưng lớn nhất là 24,22MPa
Bảng 3.15: Thành phần cơ bản của bê tông cấp phối C3
Nước, kg (cuối cùng) 217,57 kg Xi măng 900 kg Cát quarts (khô) 910 kg Bột quart (khô) 120 kg Muội silic 207 (kg) Sợi thép 160 kg Chất siêu dẻo 22,46kg
b) Mô đun đàn hồi:Nghiên cứu sinhđã thí nghiệm 3 nhóm cấp phối bê
tông C1, C2, C3. Kết quả mô đun đàn hồi biến đổi từ 46.500 MPa đến 49.300 MPa (46,5 GPa đến 49,3 GPa). Với bê tông cường độ nén từ 110 đến 150
MPa, theo các kết quả nghiên cứu ở Đức cũng thông báo là mô đun đàn hồi
cũng biến đổi từ 45 đến 55GPa
Như vậy công thức thực nghiệm để dự báo mô đun đàn hồi theo cường độ nén như sau :E= 9200 x f1/ 3
cj , (MPa), cho sai số rất nhỏ
3.4. Qui trình chế tạo bê tông cường độ siêu cao
3.4.1. Giới thiệu
Từ thực nghiệm nghiên cứu về vật liệu, nghiên cứu thành phần cấp
phối theo lý thuyết tối ưu về độ đặc, chế tạo mẫu vật liệu và mẫu dầm bê tông cốt thép với bê tông cốt sợi thép cường độ siêu cao theo các hướng dẫn trên thế giới đã được trình bày từ chương 2 đến chương 4, Nghiên cứu sinh đã rút
ra được một số tiêu chí khi chế tạo loại bê tông cường độ siêu cao như sau:
Qui trình chế tạo này chủ yếu trình bày về qui trình trộn, vận chuyển, đổ và bảo dưỡng bê tông cường độ siêu cao với vật liệu và thành phần bê tông đã
được lựa chọn trước. Công nghệ bê tông cường độ siêu cao về căn bản vẫn
giống như công nghệ bê tông thường. Điểm khác biệt trong công nghệ này là qui trình trộn và bảo dưỡng. Qui trình này chỉ trình bày các điểm khác biệt so
với công nghệ bê tông thông thường.
Bê tông cường độsiêu cao là loại bê tông đặc biệt có cường độ nén từ
100 – 150MPa trong điều kiện bảo dưỡng thông thường và cường độ đạt từ
120 ->200MPa trong điều kiện bảo dưỡng nhiệt. Thành phần bê tông gồm các
cốt liệu nhỏ, hàm lượng xi măng lớn, tỉ lệ N/X rất nhỏ khoảng 0,2, hàm lượng
muội silic cao đến 25% so với lượng xi măng, sử dụng bột mịn, hàm lượng
phụ gia siêu dẻo lớn, sử dụng các sợi thép nhỏ có cường độ cao. Như vậy
thành phần bê tông là khác biệt so với thành phần bê tông thông thường, nói
một cách tổng quátviệc thiết kế thành phần bê tông cường độ siêu cao được
tiến hành theo trình tự sau:
Thiết kế thành phần qui ước nhờ các nghiên cứu gián tiếp
Kiểm tra lại thành phần bằng các thí nghiệm hợp lý
Chế tạo bê tông trên cơ sở các thí nghiệm kiểm tra
Việc thiết kế thành phần qui ước củabê tông cường độ siêu cao được xác định cho 1m3 bê tông được đề xuất bởi nhà cung cấp dựa trên một phương
pháp gần đúng có khả năng đáp ứng được yêu cầu cầu sản phẩm và có xét đến đặc tính của công trình. Các phương pháp thiết kế bê tông thông thường không được sử dụng.Thiết kế thành phần bê tông cường độ siêu cao nên sử
dụng phương pháp thiết kế theo độ đặc tối ưu có đối chiếu kết quả với đường
cong cấp phối hạt tối ưu và kết hợp với các mẻ trộn thử đã được trình bày
trong chương 2 của tài liệu này.
3.4.2. Trình tự và thời gian trộn
Mục đích của trình tự trộn và thời gian trộn là tạo ra các hỗn hợp bê
tông có độ dẻo, độ dai hợp lý nhằm tạo ra các tính năng của bê tông theo yêu cầu thiết kế.
* Độ chảy lan
Độ chảy lan của bê tông được xác định theo phương pháp đã được đề cập
trong tiêu chuẩn Nhật Bản, Châu Âu, và Mỹ16,42,46. Độ chảy lan là đường
kính của hỗn hợp bê tông chảy ra từ khối hỗn hợp bê tông đã được đổ trong côn đo độ sụt Abram.
Qui định độ chảy lan lớn hơn 50 cm.
* Trình tự và thời gian trộnbê tông cường độ siêu cao
Bê tông cường độ siêu cao được trộn trong các máy trộn cưỡng bức thông thường có bộ điều chỉnh tốc độ trộn. Dung tích của máy trộn tuỳ theo
khối lượng của công trình chọn cho phù hợp.
Trình tự, thời gian trộn thay đổi tuỳ thuộc theo kiểu trộn 1 hoặc kiểu
trộn 2.
Kiểu trộn 1: Trộn bằng máy cưỡng bức có tốc độ quay từ 20 -30 vòng phút. Tốt nhất là sử dụng máy có 2 tốc độ là quay vừa và quay nhanh. Công nghệ 2 pha được áp dụng.
+ Pha 1: trộn khô xi măng với muội sillic trong 1 phút, cho cát và bột
vào trộn trong 2 phút.
+ Pha 2: Cho 70% nước và phụ gia vào hỗn hợp pha 1 trộn trong 2 – 3
phút cho đến khi hỗn hợp chuyển từ trạng thái bột khô sang trạng thái dẻo.
Cho sợi thép qua sàng để sợi thép được phân tán đều, cho tiếp phần nước và phụ gia còn lại và trộn với tốc độ cao trong 2 phút. Tổng thời gian
trộn là 8 – 9 phút .
Kiểu trộn 2:Vữa được chuẩn bị với một máy trộn có tốc độ quy ước.
Sau một số kiểm tra sơ bộ, NCS rút ra quy trình trộn như sau:
+ Pha 1: Tạo hồ xi măng
Trộn nước, muội silic và 33% phụ gia siêu dẻo cho tới khi vữa đồng nhất;
+ Pha 2: Tạo bê tông
Cho cát Quarzt vào, và trộn khoảng 1 phút với tốc độ cao;
Bổ sung 17% phụ gia siêu dẻo còn lại và trộn khoảng 1 phút với
tốc độ cao;
Cho sợi thép được sàng đều qua sàng để sợi thép được phân tán đều và trộn toàn bộ hỗn hợp trong 1 phút
Tổng thời gian trộn 8 – 10 phút.
Trong quá trình thí nghiệm,Nghiên cứu đã áp dụng cả 2 kiểu này để trộn
mẫu: các mẫu C1 và C2 thì trộn theo kiểu 2, các mẫu C3 trộn theo kiểu 1và kết
quả cho thấy rằng kiểu trộn 1 cho độ dẻo nhanhhơn ở kiểu trộn 2.
3.4.3. Vận chuyển bê tông cường độ siêu cao
Có thể áp dụng các phương pháp vận chuyển truyền thống như với bê
tông thường.
Khoảng thời gian từ khi chế tạo bê tông cường độ siêu cao đến khi đổ
cần phù hợp với phương pháp sản xuất thi công và các điều kiện đầm rung. Theo các thí nghiệm thì thời gian này thường dài hơn so với bê tông thường
vì bê tông cường độ siêu cao sử dụng liều lượng chất siêu dẻo lớn.
Không pha thêm phụ gia hoặc nước vào sau khi chế tạo.
3.4.4. Đổvà đầm chắc
Việc thi công bê tông cường độ siêu cao được thực hiện rất thận trọng, cần tính đến độ nhớt của hỗn hợp (tự đầm chặt). Do bê tông có độ chảy cao nên việc đổ bê tông rất dễ dàng.
Chiều cao đổ tự do nên nhỏ hơn 1,0m để tránh sự phân tầng, cần nghiên cứu đánh giá trước để đảm bảo rằng không có sự phân tầng của cốt sợi trong bê tông và không tạo thành các bó sợi. Các phương pháp đầm rung cần thích ứng với độ nhớt và độ dẻo đặc biệt của bê tông cường độ siêu cao.
Đồng thời, nên đổ bê tông một cách liên tục, tránh làm mất nước bề
mặt và cần chú ý sự liên kết giữa các lớp bê tông sau mỗi lần dừng để đảm
Đổ bê tông ở nhiệt độ thấp:
Khi nhiệt độ bên ngoài hạ xuống dưới 50C, không nên đổ bê tông trừ các trường hợp đặc biệt sau:
Cốt liệu hoặc nước (hoặc cả hai) được đốt nóng
Sử dụng ván khuôn bằng gỗ dầy hoặc cách nhiệt
Sử dụng phụ gia đông kết nhanh và rắn nhanh
Khi nhiệt độ bên ngoài lớn hơn 350C, cần xem các chỉ dẫn đặc biệt để
tránh nhiệt độ quá cao ở trung tâm của khối bê tông. Các chỉ dẫn này tương tự như với bê tông thường (làm lạnh nước nhào trộn, làm lạnh cốt liệu, hoặc trộn
bê tông bằng nước đá xay nhỏ…) [25], [30].
3.4.5. Dưỡng hộ bê tông
Sự dưỡng hộ bê tông cường độ siêu cao cần được tiến hành thực hiện có hệ thống và đặc biệt cẩn trọng, vì sự mất nước của bê tông là lớn; do khối lượng chất siêu dẻo trong bê tông cường độ siêu cao lớn hơn nhiều so với bê
tông thường nên thời gian tháo khuôn sẽ dài hơn thông thường tháo khuôn sau khi đúc 48 giờ.
Việc dưỡng hộ khi đông kết bê tông cần đặc biệt ngăn cản sự mất nước
của bê tông trước khi thuỷ hóa và những vết nứt vi mô trong khi bê tông đông
kết. Cần quan tâm và kiểm tra bằng cácphương pháp đặc biệt thích ứng.
Có hai cách bảo dưỡng
- Bảo dưỡng kiểu 1: sau khi tháo khuôn, phủ lên bề mặt bê tông bằng các baođay, bao tải, thường xuyên tưới nước giữ ẩm trong tối thiểu 72 giờ ở nhiệt độ thông thường. Ở các thí nghiệm trong luận án này, nghiên cứu sinhbảo dưỡng
mẫu tại phòng thí nghiệm (theo kiểu 1).
- Bảo dưỡng kiểu 246: Tháo khuôn sau 48 giờ, sau đó được bảo vệ
bằng hộp nhôm để tránh bất kỳ sự thay đổi nào về độ ẩm trong 72 giờ. Tiếp
theo bê tông được dưỡng hộ trong hơi nước nóng ở 900C, áp suất bình thường
từ 48 – 72 giờ, sau đó chúng được làm mát từ từ trong 20 giờ bằng một hộp
Đánh giá về phương pháp bảo dưỡng: cường độ nén khi bảo dưỡng theo điều kiện thông thường (kiểu 1) thấp hơn khi bảo dưỡng nhiệt khoảng
30 – 40 %[23]. Như vậy nên ưu tiên chế tạo các cấu kiện trong nhà máy có bảo dưỡng nhiệt và thi công bằng phương pháp lắp ghép. Qui trình bảo dưỡng nhiệt không có điểm gì khác biệt so với công nghệ bảo dưỡng nhiệt ở
các nhà máy bê tông bình thường ở Việt Nam.
3.5. Kết luận chương 3
Với vật liệu trong nước đã sản xuất được bê tông cường độ siêu cao với các tính năng sau :
- Độ chảy lan của hỗn hợp thử nghiệm từ 45 – 64 cm, phù hợp với các
yêu cầu quốc tế độ chảy lan >50cm.
- Cường độ chịu nén của bê tông cường độ siêu cao thử nghiệm đạt từ 125,6 đến 139,2MPa ở 28 ngày tuổi. Với biến dạng tương đối đạt xấp xỉ
3,5‰ phù hợp với yêu cầu của đề tài là nghiên cứu chế tạo bê tông cường độ
siêu cao từ 120 - :- 140MPa.
- Cường độ chịu kéo khi uốn với thí nghiệm uốn 4 điểm trên mẫu thử
150x150x600mm cho kết quả cường độ kéo uốn ở vết nứt đầu tiên: từ 9,8 – 12,06 MPa ; Cường độ chịu kéo uốn lớn nhất : từ 16,36 – 33,49 MPa. Cường độ chịu kéo uốn với độ võng 10mm: từ 2,03 - 3,9 MPa. Cường độ đặc trưng đàn hồi: từ 7,12 – 8.76 MPa. Cường độ đặc trưng lớn nhất: từ 11,8 – 24,22MPa.
- Mô đun đàn hồi thí nghiệm đạt : 46,2 – 49,3 GPa. Trị số này nằm
trong khoảng từ 45 – 55 GPa theo các thí nghiệm quốc tế.
- Mô hình ứng suất – biến dạng phục vụ cho tính toán được lập theo hướng dẫn của Châu Âu
- Quy trình chế tạo bê tông cường độ siêu cao trình bày ở phần 3.4 phù hợp với các quy trình chế tạo bê tông cường độ siêu cao trên thế giới.
CHƯƠNG 4
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆMVÀ PHÂN TÍCH ỨNG XỬ
UỐN CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP VÀ DẦM CẦU SỬ DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ SIÊU CAO
4.1. Đặt vấn đề nghiên cứu
Trong chương 4,nghiên cứu thực nghiệm và phân tích ứng xử uốn của dầm bê tông cốt thép và dầm cầu sử dụng bê tông cường độsiêu cao (đã được trình bày ở chương 2, chương 3 với nhóm mẫu C3).Từ thực nghiệm xác định công thức tính cường độ chịu kéo khi uốn () của bê tông cường độ siêu cao từ 120 -140MPavà chiều cao dầm cầu.
Vấn đề đặt ra là liệu tất các các công thức hiện nay để tính toán khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép truyền thống, bê tông cường độ cao (HPC), có phù hợp với dầm bê tông cốt thép với bê tông cường độ siêu cao hay không ?.
Với nghiên cứu của ACI -318.02 thì bỏ qua không tính đến khả năng cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông, nên kết quả tính toán sai biệt lớn so với bê tông cường độ siêu cao có cường độ chịu kéo khi uốn khá cao.
Kết quả nghiên cứu của ACI-544 23thì mô tả cường độ chịu kéo khi uốn của dầm bê tông cốt thép với bê tông thông thường ởcấp ≤40MPa, không phải là bê tông cường độ siêu cao.
Kết quả nghiên cứu của Imam et altính cường độ chịu kéo khi uốn của các dầm bê tông cốt thép cường độ cao (HPC) với cường độ<100MPa.
Như vậy với dầm bê tông cốt thép cường độ siêu cao, cường độ chịu nén từ 120 -140 MPa, cường độ chịu kéo khi uốn đặc trưng lên đến Rku20MPa, mô đun đàn hồi E=46 – 50GPa thì sử dụng công thức tính cường độ chịu kéo khi uốn như thế nào là phù hợp?. Nghiên cứu này nhằm từ
thực nghiệm và áp dụng các lý thuyết tính toán để đánh giá và tìm ra sự phù hợp của công thức tính toán cường độ chịu kéo khi uốn t của bê tông cường độ siêu cao từ 120 -140MPa.
4.2. Cơ sở nghiên cứu khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép với bê tông cường độ siêu cao.
4.2.1. Phương pháp nghiên cứu
Nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới đã đưa ra các công thức về mặt lý thuyết để tính toán cường độ chịu uốn của dầm bê tông cốt thép với bê tông
có gia cường cốt sợi thép. Các công thức này trình bày có hơi khác biệt với
nhau tùy theo quan điểm về cường độ kháng uốn do bê tông cốt thép có gia
cường cốt sợi thép hình thành. Hầu hết các công thức được đề xuất đều trình
bày các điểm tương tự nhau với cùng phương pháp thiết kế tính toán độ bền theo ACI cộng với khả năng chịu kéo được mang lại do hiệu quả liên kết giữa cốt sợi thép trong bê tông.
Nghiên cứu sinh chọnphương pháp nghiên cứu từ tiêu chuẩn ACI-544. Sử dụng phương pháp tính toán từ kết quả thực nghiệm để xác định khả năng