Nghiên cứu tắnh lưu biến của bê tơng tươi là khó khăn, vì sự cấu tạo của bê tơng tất nhiên là khơng đồng nhất, và do dải thành phần hạt rộng của bê tông.
Sự khơng đồng nhất xuất phát từ sự có mặt của các thành phần rất khác nhau như là:
- Cốt liệu có sự đa dạng về hình dạng, trạng thái bề mặt và các đặc tắnh khống vật và hoá học.
- Chất dắnh kết ln ln khơng đồng nhất về thành phần, vì xi măng ln chứa ựựng các chất phụ gia để điều chỉnh sự đơng kết.
- Khơng khắ có thể ở dạng bọt khắ tách biệt có thể coi là một thành phần hạt, hoặc những cầu nối giữa các hạt.
- Phụ gia có nguồn gốc hữu cơ hoặc khống vật, có tỉ trọng, độ hồ tan hoặc các tắnh chất vật lý - hố học rất khác nhaụ Ngoài ra, chúng ta sẽ thấy xa hơn là mục đắch của các phụ gia được pha vào bê tơng là cải thiện rõ ràng một hoặc nhiều tắnh chất lưu biến hoặc cơ học của bê tông tươi hoặc bê tơng đã cứng rắn.
Thành phần hạt, chắnh xác hơn đó là dải cỡ hạt của một hỗn hợp bê tông.chưa quan trọng bằng sự khơng đồng nhất.
Kắch cỡ của các hạt được dải ra bằng từ 1 micro ựối với các hạt xi măng cho ựến nhiều cm ựối với cốt liệụ Chắnh trong dải thành phần hạt rộng như vậy mà phải tìm nguyên nhân của các tắnh chất lưu biến đặc biệt của bê tông và là các nguyên nhân của những khó khăn khi nghiên cứụ
Trong hỗn hợp: ựược ựổ ra khỏi máy trộn, có thể tìm tháy các tắnh chất lưu biến của hồ ựược tạo thành bởi các phần tử nhỏ và nước, nhưng chúng ta cũng thấy xuất hiện đặc tắnh thứ ba, đó là ma sát bên trong do ảnh hưởng của khối lượng, của các hạt lớn nhất ( có tỉ diện nhỏ).
Một khối lượng của các hạt có hệ số ma sát biểu kiến K = tgα mà CAQUOT ựã gắn với hệ số ma sát vật lý tgϕ của vật liệu trong công thức:
α π ϕ tg tg = 2 Số hạng π 2
ựược gọi là hệ số làm rốị Hệ số ma sát biểu kiến tăng lên theo kắch
thước trung bình của cốt liệụ
Thực nghiệm của HERMITE và TOURNON trên cốt liệu có kắch thước rất khác nhau ựã dẫn ựến quan hệ:
a = 13 b = 0,22
Sự tồn tại của hệ số ma sát trong bê tơng góp phần hình thành một bộ xương, nó có thể làm bê tơng kết ựặc lại, trao ựổi bất lợi cho ựộ lưu biến theo ựộ chảy hoặc ựộ dàn ra giảm.
Bê tơng chỉ có thể chảy nếu nó chịu ứng suất cắt đủ ựể thấy cùng một lúc ảnh hưởng của các bề mặt các hạt nhỏ và ảnh hưởng của khối các hạt lớn.
Bê tơng chảy, có một độ nhớt nào đó mà như vậy người ta lại thấy sự tương tự với các chất lỏng Bingham. Nếu năng lượng ựưa vào nhỏ, sự tồn tại của ngưỡng cắt át cả sự tồn tại của hệ số ựộ nhớt, mà giá trị của nó ln ln khá cao trong trường hợp bê tông thông thường.
Ngược lại, ựộ nhớt biểu kiến nhỏ hơn nhiều xuất hiện khi có độ nhớt dắnh kết ựược tạo ra bởi chấn ựộng bằng năng lượng.
Cuối cùng ghi nhận rằng các hạt nhỏ nhất là yếu tố độ dắnh kết có thể, do hình dạng của chúng, đóng vai trị một chất bơi trơn và ảnh hưởng đến hệ số độ nhớt của tổng thể. Tóm lại, có thể hiểu hoạt động của bê tơng qua nghiên cứu ba hiện tượng sau đây:
- Sự dắnh kết - độ nhớt - Ma sát
Ba hiện tượng này ln ln khó tách biệt trong khi ựọ
Dáng của biến thiên ngưỡng cắt của bê tông theo hàm lượng nước. Người ta lại thấy hình dạng chung của các ựường cong ựạt ựược, mỗi lần người ta biến ựổi tỉ lệ chất lỏng và chất rắn của một hỗn hợp.
Hình dạng rất nhọn chỉ ra rằng biến thiên xảy ra nhanh và rằng các liều lượng phải ựược thực hiện một cách cẩn thận.
để khẳng ựịnh những ý tưởng, có thể tham khảo trong bảng 3.1 một vài ựại lượng của ngưỡng cắt.
Sau ựầm chặt mạnh, bê tơng có thể có một ngưỡng cắt khoảng từ 100.000 ựến 150.000dyn/cm2, điều đó có thể cho phép trong một vài trường hợp tháo ván khuôn trước khi đơng kết.
Bảng 3.1
Dạng Ngưỡng cắt dyn/cm2 Tác dụng
rất lỏng < 10.000 Bê tơng bơm được
lỏng 15.000 ựến 20.000 Bê tông cốt thép không
cần ựầm mạnh
dẻo 20.000 - 40.000 Bê tơng cốt thép đầm vừa
khô > 40.000 đầm mạnh bê tông
5. Tắnh dễ đổ (cơng tác) của bê tông
5.1 định nghĩa tắnh dễ đổ
Tắnh dễ đổ thực tế sinh ra từ việc tổng hợp hai yếu tố sau ựây:
- Yếu tố động học: đó là độ chảy hoặc khả năng biến dạng dưới tác dụng của một phương tiện ựầm ựã cho: làm đầy khn dễ dàng và nhanh.
- Yếu tố tĩnh học: sự ổn ựịnh hoặc khả năng giữ ựược sự ựồng nhất, tức là khơng có sự phân tầng và lắng đọng. Trong trường hợp tháo khn trước đơng kết, người ta cịn mong muốn giữ được hình dạng.
Vì hai yếu tố đó, độ chảy và sự ổn định ln ln biến thiên theo chiều hướng ngược nhau, việc mong muốn ựạt được tắnh dễ đổ tốt hơn dẫn tới tìm ra ựược một sự thoả hiệp, bằng cách xem xét tắnh đến các phương tiện thi cơng (vắ dụ chấn động mạnh hoặc yếu).
Cũng phải tắnh đến tắnh chất của cơng việc đổ bê tơng, các yêu cầu khác nhau ựối với bê tơng cốt thép, bê tơng đường và bê tơng đúc sẵn hoặc bê tơng bơm.
Tắnh dễ đổ tối ưu là phương tiện tốt hơn ựể thực hiện ựược ựộ ựặc chắc cao, yếu tố dẫn ựến cường ựộ ựảm bảọ
Tuy nhiên không chắc chắn là tối ưu của lưu biến luôn luôn tương ứng với các phầm chất tốt hơn của bê tơng đã cứng; Vì vậy ở đây cịn có một sự thoả hiệp có thể là cần thiết phối hợp để chế tạo được một loại bê tơng có tắnh dễ đổ hợp lý và đạt được cường ựộ yêu cầụ
Sự nghiên cứu lưu biến của bê tơng tươi, một mặt đã cho phép xác định tắnh dễ ựổ và các yếu tố mà nó phụ thuộc và mặt khác nó cho phép đánh giá và tìm kiếm được các biện pháp để cải thiện tắnh dễ ựổ.
để ựạt ựược bê tơng có độ đầm nén tốt với một cơng đầm nén nhất định, thường thì phải địi hỏi tỷ lệ nước/xi măng cao hơn tắnh tốn theo lý thuyết. điều đó nói lên rằng, nước cịn có tác dụng Ộbơi trơnỢ cho bê tơng do đó bê tơng có thể ựược ựầm chặt tại công trường. Mức độ bơi trơn phải đủ nhưng khơng được gây ra sự phân tầng, mất tắnh đồng nhất của bê tơng, khi đầm nén và khi hoàn thiện phải dễ dàng, do vậy sự có mặt của nước là vô cùng quan trọng.
Chất lượng của bê tơng thoả mãn u cầu trên được gọi là bê tơng có tắnh cơng tác tốt. Khái niệm Ộtắnh cơng tácỢ hay bê tơng dễ đổ có hàm ý lớn hơn thuật ngữ Ộtắnh lưu biếnỢ (consistency) mà vẫn thường dùng cho khả năng có thể thi cơng. Tắnh lưu biến dùng để xác định độ chảỵ Bê tơng có tắnh lưu biến cao sẽ linh động hơn, và tắnh lưu biến phải phù hợp với từng cơng trình cụ thể vì mỗi cơng trình địi hỏi tắnh cơng tác khác nhaụ Bê tơng nền móng, khối lớn khơng thắch hợp khi ựổ bê tông trần, mái và thậm chắ đối với bê tơng trần,mái thiết kế cho thi công bằng máy cũng không thể thi công bằng taỵ Cũng như vậy bê tơng dùng cho cơng trình ỘdầyỢ khơng thể dùng cho cơng trình mỏng.
đối với kỹ sư bê tơng, phải có kiến thức đầy đủ về tắnh cơng tác khi thiết kế hỗn hợp bê tông. Tắnh cơng tác là một chỉ tiêu thiết kế cần đạt và nói rõ trong q trình thiết kế hỗn hợp, cùng với loại cơng trình, khoảng cách vận chuyển, mất mát độ sụt, phương pháp thi công, và nhiều nhân tố khác. đạt được tắnh cơng tác cùng với hiểu biết ựầy ựủ do kinh nghiệm thì thi cơng bê tơng rất kinh tế và bê tông rất bền lâụ
đã có nhiều nhà nghiên cứu cố gắng ựể xác định tắnh cơng tác. Nhưng tắnh cơng tác liên quan với nhiều tắnh chất khác và với chất lượng của bê tơng. Phịng thắ nghiệm ựường của Anh, ựã nghiên cứu rất sâu về lĩnh vực đầm nén và tắnh cơng tác, họ cho rằng tắnh cơng tác là Ộđặc tắnh của bê tơng biểu hiện mức độ cơng việc cần thiết để ựầm chặt bê tông tối ựaỢ . Một khái niệm khác mang hàm ý rộng hơn là Ộsự dễ dàng mà bê tơng có thể ựược ựầm chặt 100% ứng với cách ựầm và vị trắ thi cơngỢ. để tìm hiểu sự quan trọng và ý nghĩa ựầy ựủ của tắnh cơng tác chúng ta sẽ đi tìm hiểu các nhân tố ảnh hưởng đến tắnh công tác.
5.2. Các nhân tố ảnh hưởng đến tắnh cơng tác.
Bê tơng dễ thi cơng có lực ma sát giữa các phần tử bên trong, lực ma sát với bề mặt ván khuôn hay với cốt thép tăng cường là rất nhỏ, các lực masat này sẽ ảnh hưởng tới mức ựộ ựầm. Những nhân tố làm tăng tắnh bơi trơn, làm giảm lực ma sát bên trong để bê tơng dễ đầm chặt ựược cho ựưa ra dưới ựây:
a) Hàm lượng nước b) Thành phần hỗn hợp
c) Kắch thước hạt cốt liệu d) Hình dạng hạt cốt liệu e) Bề mặt hạt cốt liệu g) Cấp phối cốt liệu h) Sử dụng phụ gia
a) Hàm lượng nước: hàm lượng nước với một thể tắch bê tơng cho trước, có ảnh hưởng rõ rệt đến tắnh cơng tác. Hàm lượng nước trên một mét khối bê tơng tăng, thì bê tơng càng dẻo, hàm lượng nước là nhân tố vô cùng quan trọng ảnh hưởng đến tắnh công tác. Tại công trường, người chỉ ựạo thi cơng nếu khơng giỏi thì chỉ có cách là tăng lượng nước để tăng tắnh cơng tác. Thực tế cũng thấy thường dùng cách này bởi vì ựây là cách dễ nhất có thể thực hiện tại cơng trường. Cần biết rằng, theo quan ựiểm ựúng ựắn, việc tăng lượng nước là cách cuối cùng để cải thiện tắnh cơng tác thậm chắ trong trường hợp khơng thể thi cơng được bê tơng. để có thể thi cơng được bê tơng thì khơng thể tăng lượng nước một cách tuỳ tiện. Trong trường hợp mọi cách sử dụng ựể làm tăng tắnh công tác bị thất bại, thì việc tăng lượng nước là có thể sử dụng. Càng tăng nhiều lượng nước, thì càng phải tăng nhiều lượng xi măng ựể giữ cho tỷ số nước/xi măng khơng đổi, do vậy mới giữ ngun được cường độ bê tơng.
b) Tỷ lệ các thành phần hỗn hợp: tỷ số cốt liệu/xi măng cũng là một nhân tố quan trọng ảnh hưởng ựến tắnh cơng tác. Tỷ số này càng tăng, bê tơng càng khô cứng. Trong hỗn hợp bê tơng cứng, có rất ắt vữa xi măng trên một đơn vị diện tắch bề mặt cốt liệu để làm tăng tắnh bơi trơn do vậy làm giảm sự linh ựộng của các hạt cốt liệụ Mặt khác,
một loại bê tơng đắt với tỷ lệ cốt liệu/xi măng thấp, nhiều vữa xi măng bám dắnh xung quanh các hạt cốt liệu và làm tăng tắnh cơng tác.
c) Kắch thước của cốt liệu: Cốt liệu càng to, thì diện tắch bề mặt càng giảm dẫn ựến lượng nước cần thiết ựể làm ướt bề mặt giảm và lượng vữa u cầu để bơi trơn bề mặt cốt liệu cũng giảm. Với cùng một lượng nước và vữa, nếu cốt liệu càng lớn thì tắnh cơng tác càng tăng. điều này dĩ nhiên chỉ ựúng trong một giới hạn nào ựó.
d) Hình dạng của cốt liệu: Hình dạng của cốt liệu cũng là một nhân tố ảnh hưởng đến tắnh cơng tác và người ta cũng dùng nó như một cách để điều chỉnh tắnh cơng tác. Cốt liệu có hình dạng góc cạnh, dài làm cho bê tơng rất khó nhào trộn, cốt liệu có hình dạng trịn thì bê tơng dẻo hơn. Tắnh công tác của bê tông có cốt liệu trịn là do với cùng một đơn vị thể tắch hoặc đơn vị khối lượng, cốt liệu trịn sẽ có diện tắch bề mặt nhỏ hơn. Khơng chỉ có thế, cốt liệu trịn cịn có lực ma sát giữa các phần tử nhỏ hơn. điều này giải thắch vì sao cát sơng và sỏi làm tăng tắnh cơng tác của bê tơng hơn so với cát nghiền và ựá dăm.
Hình dạng của cốt liệu sẽ ảnh hưởng rất lớn đến tắnh cơng tác trong trường hợp bê tông chất lượng cao và bê tông chất lượng cao khi chúng ta sử dụng tỷ lệ nước/xi măng rất thấp khoảng 0.25 . Chúng ta ựã từng nói rằng, sẽ đến những năm mà nguồn cát thiên nhiên sẽ cạn, con người cần sử dụng cát nhân tạọ Hình dạng của cát nghiền bây giờ khơng thắch hợp nhưng những máy nghiền hiện ựại sẽ ựược thiết kế ựể ựạt được hình dạng và cấp phối hạt hợp lý.
e) Bề mặt hạt cốt liệu: Bề mặt hạt cốt liệu ảnh hưởng đến tắnh cơng tác là do tổng diện tắch bề mặt của cốt liệu thơ ráp lớn hơn tổng diện tắch bề mặt cốt liệu trơn nhẵn ựối với cùng một thể tắch. Cốt liệu có bề mặt thơ, ráp sẽ làm cho bê tơng có tắnh cơng tác thấp hơn so với cốt liệu trơn nhẵn. Lực ma sát giữa các cốt liệu trơn nhẵn cũng thấp hơn cũng làm tăng tắnh cơng tác.
g) Cấp phối hạt: đây là nhân tố ảnh hưởng lớn nhất đến tắnh cơng tác. Cấp phối tốt sẽ có tổng lỗ rỗng trên một đơn vị thể tắch là thấp nhất. Những nhân tố khác khơng đổi, khi tổng lỗ rỗng nhỏ, lượng vữa thừa ra có thể làm tăng tắnh bơi trơn. Với một lượng vữa thừa ra, hỗn hợp trở nên ỘdắnhỢ, ỘbéoỢ và đẩy xa các hạt cốt liệu rạ Cốt liệu sẽ trượt trên nhau với một cơng đầm nén ắt nhất. Cấp phối càng hợp lý thì tổng lỗ rỗng càng nhỏ và càng làm tăng tắnh cơng tác. điều này là ựúng ựối với cùng một lượng vữạ
h) Sử dụng phụ gia: Trong tất cả các nhân tố ựã ựược ựề cập ở trên, nhân tố quan trọng nhất ảnh hưởng ựến tắnh cơng tác là sử dụng phụ giạ ở chương 5 đã nói rằng phụ gia dẻo và siêu dẻo làm tăng tắnh cơng tác vô cùng lớn. Với một hỗn hợp bê tơng có độ sụt ban đầu là từ 2-3 cm thì độ sụt sẽ tăng rất lớn ứng với một lượng phụ gia rất nhỏ. Hỗn hợp có ựộ sụt ban ựầu không phải từ 2-3 cm thì tắnh cơng tác có thể tăng nhưng địi hỏi lượng dùng phụ gia phải cao hơn - giảm tắnh kinh tế .
Sử dụng tác nhân cuốn khắ làm tăng hoạt tắnh bề mặt, giảm lực ma sát giữa các phần tử. Chúng hoạt ựộng cũng như cốt liệu mịn nhân tạo có bề mặt rất trơn nhẵn. Có thể thấy rằng các bong bóng khắ có vai trị như nhưng quả bóng lăn giữa các hạt cốt liệu làm cho chúng dễ dàng trượt lên nhaụ Tương tự như vậy, vật liệu thuỷ tinh puzolan mặc dù làm tăng diện tắch bề mặt nhưng lại làm tăng ảnh hưởng của bôi trơn cho nên vẫn tăng tắnh cơng tác.
6. độ dẻo của hỗn hợp bê tông:
Các hỗn hợp chứa nước vừa ựủ, cho phép ựạt ựược các mẫu có thể ựầm chặt tạo ra bê tơng có rỗng nhỏ nhất (khơng khắ + nước).
Do đó, trong thực tế, độ sụt là một biến số quan trọng, phù hợp với ựịnh nghĩa sau: Tắnh dẻo là tắnh chất lưu biến của hỗn hợp bê tơng, nó thay đổi theo sự biến ựổi về hàm lượng nước (hay tỉ lệ nước/ xi măng). độ dẻo có thể được xác định theo định lượng ựộ bền ựối với biến dạng của một mẫụ độ bền này là một hàm số của ứng suất cắt, ựược biểu thị ựơn giản là nội lực cần thiết ựể sinh ra lực cắt đơn vị. đó là một đại lượng mà người ta gọi là mơ đun độ cứng. Chúng ta khơng có khả năng ựo trực tiếp ựộ