ACI 201 CR3RA < 10%
ACI 318 CR3RA < 10%
93
JSCE - SPI Tất cả các loại xi măng DIN 1045 Không cần bền sunphat BS 6349 CR3RA nên nhỏ hơn 8% SINP 2.03.11- 85 Dựa vào nồng độ SOR4RP
2-
Pđể dùng bền sunphat TCXD 149 - 86 Dựa vào nồng độ SOR4RP
2-
Pđể dùng bền sunphat V.Moskvin Dùng xi măng bền sunphat
Ramachandra Xi măng pooclăng, xi măng pooclăng pzơlan K.Mehta 6% < CR3RA < 12%
RILEM – 32RCA CR3RA <8%
CEB 5% < CR3RA < 10%
4.3.2 Cốt liệu dùng cho bê tông
Cốt liệu trong bê tơng ảnh hưởng tới tính cơng tác, khối lượng thể tích, mơ đun đàn hồi và ổn định kích thước. Tính chất của bê tơng phụ thuộc và cấp phối và thành phần hạt của cốt liệu lớn và nhỏ, cũng như độ rỗng của cốt liệu:
+ Cốt liệu nhỏ:
Về chủng loại cốt liệu nhỏ trong các quy phạm quốc tế đều thống nhất nên chọn loại cát đặc chắc có nguồn gốc tự nhiên, điều này phù hợp với TCVN 7570:2006.
Theo Nevill và Bazenov cát có cấp phối hạt tối ưu khi với hàm lượng xi măng khơng đổi thì để đạt độ sụt nhất định cần một lượng nước tối thiểu. Thường là cát có Mơ đun độ lớn trong khoảng 2,0 ÷ 3,3. TCVN 7570:2006 mặc dù quy định mơ đun độ lớn của cát xây dựng nói chung ở một vùng rộng, từ 0,7 ÷ 3,3. Tuy nhiên cũng cho là cát cho bê tơng nên có mơ đun độ lớn từ 2,0 ÷ 3,3 (xét dưới góc độ tối ưu về độ linh động của hỗn hợp bê tông và
94
cường độ của bê tơng khi đã đóng rắn). u cầu kỹ thuật về cát cho bê tông của nhiều tiêu chuẩn khác cũng thống nhất quan điểm với cỡ hạt như trên.
Xét dưới góc độ nâng cao tính chống thấm cho bê tơng thì theo kết quả nghiên cứu nên ưu tiên dùng loại cát có cỡ hạt trung phối hợp với hàm lượng xi măng trong bê tông để đảm bảo lượng hạt mịn cần thiết cho yêu cầu chống thấm.
Về độ bền hóa học, các tiêu chuẩn nước ngoài đều nhấn mạnh tới phép thử ngâm sấy trong dung dịch NaR2RSOR4R và MgSOR4R. Như đã biết nước biển có hàm lượng MgSOR4 Rlà 0,22% vì vậy chỉ tiêu này lại càng quan trọng. TCVN 7570:2006 không quy định yêu cầu này xuất phát từ thực tế chúng ta mới quan tâm sử dụng các loại cát có trong thành phần chủ yếu SiOR2R từ thể ít phong hóa trong mơi trường sunphat. Đối với bê tơng ngâm trong nước biển có thể kiến nghị bổ sung chỉ tiêu bền hóa học của cát bằng phương pháp ngâm sấy trong dung dịch MgSOR4Rtheo phương pháp thử ASTM C 88 yêu cầu sau 5 chu kỳ thí nghiệm hao hụt trọng lượng cát không quá 18%.
Yêu cầu về tiềm năng gây phản ứng kiềm-silic của cát và hàm lượng ion ClP
-
P trong cát được coi là quan trọng nhất đối với chất lượng cát dùng cho bê tông nhất là bê tông khối lớn. Để khống chế phản ứng kiềm-silic, về nguyên tắc chung có thể áp dụng một trong ba biện pháp chính để phịng ngừa như sau:
- Sử dụng cát khơng có tiềm năng gây phản ứng kiềm- silic;
- Sử dụng xi măng kiềm thấp, NaR2RO quy đổi ≤0,6% theo khối lượng xi măng hoặc tổng lượng kiềm NaR2RO quy đổi trong bê tông ≤ 3 kg/mP
3
P
;
- Trộn thêm các phụ gia khống hoạt tính dạng siêu mịn như xỉ lị cao, tro bay, silicafume,…
95
Như đã biết xi măng PC ở Việt Nam có hàm lượng kiềm cao, đương lượng NaR2RO 0,9 ÷ 1,3%. Việc dùng các loại phụ gia hoạt tính để khống chế phản ứng kiềm - silic chúng ta cũng chưa có nhiều kinh nghiệm. Do vậy khả thi nhất là đối với bê tơng là khơng dùng cát có tiềm năng gây phản ứng kiềm- silic.
Về giới hạn hàm lượng ClP
-
P ban đầu, chính xác nhất phải quy định tổng hợp ion ClP
-
P
trong bê tông. Từng thành phần của bê tông như cốt liệu nhỏ, cốt liệu lớn, nước trộn, phụ gia và thậm chí cả xi măng đều chứa ion ClP
-
P
và khi phối trộn với nhau sẽ tạo nên tổng lượng ClP
- P . Trong số các thành phần này, nguồn ion ClP - P
có nhiều nhất từ cát, nước trộn và phụ gia. Đặc biệt là vùng biển, do sử dụng cát địa phương bị nhiễm mặn, hàm lượng ion ClP
-
P
trong cát thường khá cao và đã nhiều lần là nguyên nhân dẫn tới ăn mòn cốt thép trên các cơng trình ven biển Việt Nam chỉ sau 3 ÷ 5 năm.
Giới hạn tổng ion ClP
-
Pđối với bê tông cốt thép thường là 0,6 kg/mP
3
P
và bê tông cốt thép ứng suất trước là 0,3 kg/mP
3
P
.
Giới hạn SOR3R trong cát cũng tương đối, cần phải bù với các thành phần khác sao cho tổng lượng SOR3R ≤4% hàm lượng xi măng.
Nói tóm lại, cát đối với các cơng trình biển về cơ bản phải thỏa mãn các chỉ tiêu kỹ thuật của TCVN 7570:2006, ngoài ra cần phải đáp ứng một số yêu cầu bổ sung sau:
- Nên chọn loại cát có Mđl> 2,0 có cấp phối hạt hợp lý đảm bảo yêu cầu chống thấm nước;
- Độ bền hóa học được thử bằng phương pháp ngâm- sấy trong dung dịch MgSOR4R sau 5 chu kỳ có hao hụt trọng lượng ≤18% (áp dụng cho bê tông ngâm trong nước biển);
96
- Cát khơng được có tiềm năng gây phản ứng kiềm - silic khi xác định theo các phương pháp thử ASTM C 289 và ASTM C 277;
- Hàm lượng ion ClP
-
P
trong cát phải ở mức sao cho tổng lượng ClP
-
P
trong bê tông ≤0,6 kg/mP
3
P đối với bê tông cốt thép và ≤0,3 kg/mP
3
P đối với bê tông cốt thép ứng suất trước. Nên chọn cát có hàm lượng ClP
-
P
tối đa là 0,05% khối lượng cát cho bê tông cốt thép và 0,01% khối lượng cát cho bê tông cốt thép ứng suất trước. Chỉ tiêu này không áp dụng với bê tông thường không cốt thép;
- Hàm lượng SOR3R trong cát phải ở mức sao cho tổng lượng SOR3R trong bê tông ≤ 4% hàm lượng xi măng. Giới hạn chỉ tiêu này có thể đặt ở mức
≤0,5% khối lượng cát vẫn phù hợp thực tế.
+ Cốt liệu lớn
Theo kết quả nghiên cứu của K.Mehta và một số tác giả khác bê tông ở biển với cốt liệu lớn là đá dăm cabonat cho độ bền tốt hơn khi được chế tạo với sỏi quăczit. Sự bám dính giữa thành phần vữa xi măng và đá dăm cacbonat tốt hơn so với sỏi. Lý do được giải thích là một phần do liên kết hóa học giữa vữa xi măng và đá dăm, mặt khác hệ số biến dạng nhiệt của đá dăm tương đồng với đá xi măng hơn so với sỏi quăczit.
Phần lớn các tiêu chuẩn thiết kế của các nước tiên tiến trên thế giới khuyến cáo sử dụng cỡ hạt cốt liệu lớn nhất khoảng 40mm, trừ các kết cấu khối lớn như đê, đập,… Theo K.Mehta, đối với bê tông vùng biển nên sử dụng cỡ hạt lớn nhất là 20mm. Mặc dù cịn ít tài liệu nghiên cứu nào chứng minh mối quan hệ giữa kích thước hạt cốt liệu lớn nhất và khả năng chống thấm của bê tông nhưng theo lý thuyết các hạt cốt liệu có kích thước q lớn hoặc hình dạng quá dài hay dẹt đều có xu hướng tạo nên sự tách nước tại miền tiếp giáp giữa vữa xi măng và bề mặt cốt liệu, nhất là ở mặt dưới. Điều này hồn tồn khơng có lợi cho khả năng chống thấm cho bê tông. Để bảo vệ
97
cốt thép, chiều dày lớp bảo vệ thường 3 ÷ 6cm, dùng cốt liệu hạt quá lớn sẽ không tạo ra được sự chắc đặc của lớp bê tông bảo vệ.
Ngồi ra để tạo điều kiện thuận lợi cho cơng tác đổ và đầm bê tông trong kết cấu, ACI 318 cũng đưa ra các yêu cầu làm giảm kích thước hạt cốt liệu lớn nhất so với TCVN 4453 - 95 như sau:
ACI 318
+ Không lớn hơn 1/3 chiều dày bản + Không lớn hơn 3/4 khoảng cách giữa 2 cốt thép
+ Không lớn hơn 1/5 khoảng cách nhỏ nhất giữa hai thành cốp pha
TCVN 4453-95
+ Không lớn hơn 1/2 chiều dày bản + Không lớn hơn 3/4 khoảng cách giữa 2 cốt thép
+ Không lớn hơn 1/3 khoảng cách nhỏ nhất giữa hai thành cốp pha
Về hàm lượng thoi dẹt, TCVN 7570:20060T0Tcho phép tới 35%. Tuy nhiên kết quả nghiên cứu kiến nghị nên khơng chế tỷ lệ này ≤15% vì lý do đảm bảo cường độ, nhất là đối với bê tông cường độ cao (M40-60).
Đối với kết cấu nằm trong vùng nước lên xuống chịu tác động mài mịn của sóng biển và các hạt cứng phù du trong nước biển thì cần khẳng định chỉ tiêu mài mòn của cốt liệu lớn. TCVN 7570:20060T 0Táp dụng phương pháp thử độ mài mòn trong tang quay và chia làm 4 độ từ Mn-I tới Mn-V. ASTM C33 cũng theo cách thử tương tự quy định độ mài mòn ≤50% (hao hụt khối lượng), tương đương với độ mài mòn Mn-III của TCVN 7570:20060T0T.
Về khả năng bền hóa học, tương tự như đối với cát, đối với bê tông ngâm trong nước biển yêu cầu sau 5 chu kỳ ngâm - sấy trong dung dịch MgSOR4Rlượng hao hụt trọng lượng ≤18%.
Các chỉ tiêu về giới hạn hàm lượng ClP
-
P
và SOR3R trong cốt liệu lớn nên giới hạn ở tỷ lệ 0,01% và 0,5%.
98
Về phản ứng kiềm cốt- silic, tương tự như đối với cốt liệu nhỏ, cốt liệu lớn khơng được có khả năng này khi xác định theo ASTM C289 và C227. Ngoài ra đối với đá dăm cacbonat còn phải quan tâm tới phản ứng kiềm- cacbonat. Khi thử chỉ tiêu này theo ASTM C586 cũng cần phải cho kết quả âm tính.
Nói tóm lại cốt liệu lớn cho bê tông ở biển về nguyên tắc phải thỏa mãn TCVN 7570:20060T0T, ngoài ra phải đáp ứng các yêu cầu bổ sung sau:
- Nên sử dụng cốt liệu lớn có nguồn gốc đá dăm cacbonat hay granit, hạn chế dùng sỏi cho các cơng trình dưới nước và nơi mực nước thay đổi;
- Kích thước hạt lớn nhất tối đa là 40mm và phải thỏa mãn đồng thời các yêu cầu sau:
+ Không lớn hơn 1/3 chiều dày bản
+ Không lớn hơn 3/4 khoảng cách giữa 2 cốt thép
+ Không lớn hơn 1/5 khoảng cách nhỏ nhất giữa hai thành cốppha - Hàm lượng thoi dẹt ≤15% đối với cơng trình tiếp xúc với nước biển; - Độ mài mịn trong tang quay khơng lớn hơn Mn-III theo TCVN 7570:20060T0T (áp dụng cho phần cơng trình chịu sóng, chịu mài mịn);
- Cốt liệu lớn khi thử theo các phương pháp ASTM C289, C227 và C586 khơng được có khả năng gây phản ứng kiềm- silic và kiềm- cacbonat;
- Về khả năng bền hóa học, thí nghiệm theo ASTM C88, đối với cơng trình ngâm trong nước biển yêu cầu sau 5 chu kỳ ngâm- sấy trong dung dịch MgSOR4R hao hụt trọng lượng ≤18%;
- Hàm lượng ion ClP
-
P
trong cốt liệu lớn phải ở mức sao cho tổng lượng ClP
-
P
trong bê tông không lớn hơn 0,6 kg/mP
3
P đối với bê tông cốt thép và 0,3 kg/mP
3
P
đối với bê tông cốt thép ứng suất trước. Khống chế nguyên liệu, nên sử dụng cốt liệu không nhiễm mặn, ClP
-
99
- Hàm lượng SOR3R nên khống chế ở mức ≤0,5% khối lượng cốt liệu và tổng lượng SOR3R trong bê tông ≤4% hàm lượng xi măng.
4.3.3 Nước cho bê tông
Hầu hết các quy phạm về bê tông trên thế giới đều cho rằng nước uống đáp ứng các tiêu chuẩn về y tế thì hồn tồn có thể dùng làm nước trộn bê tông mà không phải xem xét thêm. Tuy nhiên trong thực tế nhiều khi phải sử dụng các nguồn nước mặt và nước ngầm khác để đổ bê tơng và thành phần hóa học của nước này đều vượt quá quy định cho nước uống.
Ở Việt Nam yêu cầu kỹ thuật đối với nước đổ bê tông được quy định bởi TCVN 302:2004. Qua xem xét lại tiêu chuẩn này có một số vấn đề sau:
- Hàm lượng ClP
-
P
và SOR3R trong nước nên được giảm xuống nữa trong điều kiện có thể, điều này rất có lợi cho bê tơng ở biển. Hàm lượng ClP
-
Ptrong nước để đổ bê tơng cốt thép thay vì là 1200mg ClP
- P /l nên ở mức 500mg ClP - P /l, tương đương như quy định trong BS 3148:1980. Đối với kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước chỉ tiêu này vẫn giữ ở mức 350mg ClP
-
P
/l. Chỉ tiêu về hàm lượng SOR3R không nên để ở mức 2700mg/l (tương đương như nước biển) mà giảm xuống 1000mg/l như BS 3148:1980 trong trường hợp kết cấu với nước biển. Tuy nhiên trên hết các chỉ tiêu này vẫn có thể được thay đổi cho phù hợp với quy định về tổng lượng ClP
-
P
và SOR3R.
- Tổng lượng muối hòa tan lên tới 5000 và 10000mg/l là quá cao, thiếu số liệu kiểm chứng khẳng định giới hạn này. Thiết nghĩ nên quy định mức 2000mg/l như BS 3148:1980. Tương tự như vậy là độ pH quy định trong khoảng 6,5 ÷ 12,5 thay vì là 4,0 ÷ 12,5.
Tóm lại nước để đổ bê tơng có u cầu như sau :
- Hàm lượng ClP
-
P trong nước để đổ bê tông cốt thép là 500mg/l và đổ bê tông cốt thép ứng suất trước là 350mg/l. Hàm lượng SOR3R không quá
100
1000mg/l. Các giá trị này có thể thay đổi bù trừ với các thành phần vật liệu khác nhưng phải đảm bảo quy định về tổng lượng ClP
-
P
và SOR3R.
- Tổng lượng muối hịa tan khơng lớn hơn 2000mg/l, độ pH trong khoảng 6,5 ÷12,5. Các chỉ tiêu khác theo TCVN 302:2004.
4.3.4 Phụ gia cho bê tông
Phụ gia được hiểu là “vật liệu khác” ngoài nước, cốt liệu, xi măng và cốt thép được đưa vào bê tơng để cải thiện tính chất của hỗn hợp bê tơng và bê tơng đã đóng rắn. Phụ gia ngày càng được sử dụng nhiều vào bê tơng và có lẽ trong tương lai không phải là “vật liệu khác” nữa mà là một trong những thành phần tất yếu của công nghệ bê tông hiện đại.
V.S.Ramachandran cùng nhiều tác giả khác đã bao quát toàn các loại phụ gia, phân chia thành các nhóm tiêu biểu với bản chất vật liệu như sau: a. Phụ gia đóng rắn nhanh: CaClR2R, Triethanolamine và một số chất không chứa clorua khác…
b. Phụ gia giảm nước, giảm nước chậm ninh kết (hay còn gọi ngược lại là phụ gia hóa dẻo, hóa dẻo chậm ninh kết khi giữ nguyên lượng nước trộn: lingo sulfonat, axit hydro cacbuaxylic, cacbua hydrat và một số chất khác. c. Phụ gia siêu dẻo, siêu dẻo chậm ninh kết (hay còn gọi ngược lại là phụ gia giảm nước mức độ cao, giảm nước chậm ninh kết mức độ cao khi giữ nguyên độ sụt): melamine-formaldehyd sulfonat hóa, naphthalene- formaldehyd sulfonat hóa, lingo sulfonat biến tính…
d. Phụ gia cuốn khí: chất tạo bọt tổng hợp, nhựa cây, axit dầu mỏ… e. Phụ gia khống hoạt tính: Tro bay, xỉ lò cao, silicafume, tro trấu…
f. Phụ gia polime: cao su tự nhiên và nhân tạo, polyacrylic, polyvinyl acetate, polypropylene, bitum…
101
h. Các phụ gia khác như phụ gia gây nở, phụ gia chống thấm và kỵ nước,