Ảnh hưởng của tuổi bê tông

PHẦN 2. CƠ SỞ KHOA HỌC

2.3 Phân tích các yếu tố ảnh hưởng tới cường độ của bê tông và các giải pháp nâng cao cường độ cho bê tông

2.3.1. Ảnh hưởng của tuổi bê tông

Nhiêt độ có ảnh hưởng rõ rệt đến sự hình phát triển cường độ bê tông. Nếu mẫu bê tông bảo dưỡng ở nhiệt độ 150C độ ẩm 95-100% sau 28 ngày đạt cường độ thiết kế thì ở các nhiệt độ cao hơn, thời gian này được rút ngắn đáng kể. Ở điều kiện nhiệt độ và độ ẩm tiêu chuẩn sự phát triển của cường độ đá xi măng và bê tông xi măng pooc lăng có độ rắn chắc trung bình tỉ lệ đường thẳng với loogarit cua tuổi dưỡng hộ tính theo ngày

R28= R n * lg 28/ lg n Trong đó:

R28: là cường độ của đá xi măng hoặc bê tông ở tuổi 28 ngày.

Rn: là cường độ của đá xi măng hoặc bê tông ở độ tuổi n ngày (n ≥ 3 ngày).

Cường độ của xi măng phát triển không đều: Trong 3 ngày đầu có thể đạt 40 – 50%

mác xi măng, 7 ngày đầu 60 – 70%. Trong những ngày sau tốc độ tăng cường độ còn chậm hơn nữa, đến 28 ngày đạt được mác. Tuy nhiên trong những điều kiện thuận lợi sự rắn chắc của nó có thể kéo dài hàng tháng và thậm chí hàng năm, vượt gấp 2 – 3 lần cường độ 28 ngày. Cường độ của đá xi măng và tốc độ cứng rắn của nó phụ thuộc vào thành phần khoáng của clinker, độ mịn của xi măng, độ ẩm và nhiệt độ của môi trường, thời gian bảo quản xi măng.

Tốc độ phát triển cường độ của các khoáng rất khác nhau. C3S có độ tăng cường độ nhanh nhất: sau 7 ngày nó đạt đến 70% cường độ 28 ngày, sau đó thì chậm lại. Trong thời kì đầu (đến tuổi 28 ngày) C2S có tốc độ phát triển cường độ chậm, chỉ đạt khoảng 15% cường độ của C3S. Thời kì sau tốc độ này tăng lên và có thể đuổi kịp và vượt cả cường độ cảu C3S. C3A bản thân nó có cường độ thấp nhưng lại phát triển nhanh ở thời kì đầu.

2.3.2 Ảnh hưởng của cường độ đá xi măng

Cường độ bê tông phụ thuộc vào cường độ cốt liệu, cường độ của đá xi măng và cường độ của liên kết. Cường độ đá xi măng lại phụ thuộc vào mác xi măng và tỷ lệ N/X. Có thể xem:

Rb=f(Rđá xi măng, RCL, Rdính kết); Rđá xi măng=f(Rx,N/X)

SVTH: TRẦN XUÂN HÒA Trang 43 Khi mác xi măng cao thì cường độ đá xi măng tăng dẫn đến cường độ bê tông cũng tăng theo, khi mác xi măng thấp thì ngược lại.

Khi tỷ lệ N/X hợp lí thì đá xi măng có độ rỗng bé nhất nên có cường độ cao, do đó cường độ bê tông cũng cao.

Khi tỷ lệ N/X quá cao, nước tự do còn tồn tại nhiều khi bay hơi sẽ để lại nhiều lỗ rỗng trong đá xi măng làm cường độ của đá xi măng giảm, nên cường độ bê tông cũng giảm. Ngoài ra, nếu lượng nước quá nhiều thì hỗn hợp bê tông dễ bị phân tầng không thể thi công được.

Độ rỗng tạo ra do lượng nước thừa có thể xác định theo công thức sau:

.100%

1000

N X

r  

Trong đó: N, X –Lượng nước và xi măng trong 1m3 bê tông (Kg)

-Lượng nước liên kết hóa học tính bằng % khối lượng xi măng. Ở tuổi 28 ngày, lượng nước liên kết hóa học khoảng 15-20%.

Hình 2.7. Sự phụ thuộc cường độ bê tông vào lượng nước nhào trộn (a-Vùng hỗn hợp bê tông cứng không đầm chặt được; b-Vùng hỗn hợp bê tông có cường độ và độ đặc cao nhất; c-Vùng hỗn hợp bê tông dẻo; d-Vùng hỗn hợp bê tông chảy)

Mối quan hệ giữa cường độ bê tông với mác xi măng và tỷ lệ N/X được biểu diễn qua các công thức sau:

* Công thức N.M. Beliaev:

28 2

1,5; /

x b

R R daN cm

K N X

  

 

  Trong đó:

28

Rb : Cường độ chịu nén giới hạn của bê tông sau 28 ngày dưỡng hộ; daN cm/ 2

Rx : Mác của xi măng; daN cm/ 2

K : Hệ số kinh nghiệm, đối với đá dăm K=3,5 và đối với sỏi K=4.

Công thức này không chính xác lắm vì tỷ lệ N/X ngoài thực tế dung tương đối lớn.

* Công thức Bolomey-Skramtaev:

28 2

AR ( ); /

b x

R X B daN cm

 N 

Trong đó:

A và B: Là hệ số thực nghiệm, nó phụ thuộc vào chất lượng cốt liệu, phương pháp xác định mác xi măng và nhiều yếu tố khác.

SVTH: TRẦN XUÂN HÒA Trang 44 Nếu biểu diễn bằng đồ thị hàm số Rb=f(X/N) là một dạng đường cong phức tạp, trong đó có một đoạn ở dạng gần đường thẳng (hình 2.8). Và dạng của phương trình đường thẳng biểu thị của cường độ bê tông phụ thuộc vào tỷ lệ X/N khi X/N> 2,5 và X/N <2,5.

Hình 2.8. Đường cong biểu thị sự phụ thuộc của cường độ bê tông vào tỷ lệ xi măng trên nước Rb=f(X/N)

.

Trong thực tế giá trị của tỷ lệ X/N thường nằm trong khoảng từ 2,5-3,5. Qua thí nghiệm các loại bê tông dung nhiều loại xi măng và cốt liệu khác nhau thấy rằng, phần đường thẳng kéo dài (khi X/N > 2,5) sẽ cắt trục hoành tại điểm O2, bên trái gốc tọa độ và cách gốc tọa độ một khoảng B1.

Để đơn giản hóa công thức tính toán cường độ bê tông, giáo sư Skramtaev đã đề nghị xem giá trị B và B1 là không đổi và lấy bằng 0,5.

Như vậy công thức tính toán sơ bộ cường độ bê tông theo Bolomey-Skramtaev sẽ có dạng như sau:

Khi: X 1, 4 2, 5

N   thì b28 ARx X 0,5

R N

 

   

 

Khi: X 2, 5

N  thì b28 A R1 x X 0,5

R N

 

   

Thay các giá trị A và A1 ở bảng 2.5 vào công thức của Bolomey-Skramtaev ta được sự phụ thuộc của cường độ bê tông và tỷ lệ X/N biểu thị ở đồ thị hình 2.8. Khi đó mác của xi măng càng cao, góc càng lớn và cường độ bê tông càng cao.

SVTH: TRẦN XUÂN HÒA Trang 45 Bảng 2.5. Hệ số A và A1 tương ứng với cường độ xi măng.

Chất

Lượng Chỉ tiêu đánh giá

TCVN 6016:1995

TCVN

4032:1985 Phụ lục 1 Vật

liệu

A A1 A A1 A A1

-Xi măng hoạt tính cao, không

trộn phụ gia thuỷ

Tốt -Đá sạch, đặc chắc cường độ 0,54 0,34 0,60 0,38 0,47 0,30 cao cấp phối hạt tốt

-Cát sạch, Mđl = 2,4 – 2,7

-Xi măng hoạt tính trung bình,

Pooc lăng hỗn hợp,

Trung chứa 10 - 15% phụ gia thuỷ 0,50 0,32 0,55 0,35 0,43 0,27 bình -Đá chất lượng phù hợp với

TCVN 7570:2006

-Cát chất lượng phù hợp với

TCVN 7570:2006, Mđl=2-3,3

-Xi măng hoạt tính thấp, Pooc lăng hỗn hợp, chứa trên Kém 15% phụ gia thuỷ 0,45 0,29 0,50 0,32 0,40 0,25 -Đá có 1 chỉ tiêu chưa phù

vói TCVN 7570:2006

-Cát mịn, Mđl < 2.0 Khi tỷ lệ X/N2,5 đồ thị biểu diễn cường độ bê tông là một chùm đường thẳng xuất phát từ điểm O1, còn khi X/N>2,5 thì đồ thị biểu diễn cường độ bê tông là một đường thẳng xuất phát từ điểm O2.

Hình 2.9. Sự phụ thuộc cường dộ bê tông nặng vào X/N khi mác xi măng khác nhau.

Giải pháp: tính toán lượng X/N và bài toán cấp phối đảm bảo yếu tố kĩ thuật và kinh tế (lựa chọn mác xi măng để chể tạo bê tông hợp lí).

SVTH: TRẦN XUÂN HÒA Trang 46 2.3.3 Ảnh hưởng của cốt liệu

Cường độ cốt liệu chỉ ảnh hưởng đến cường độ bê tông trong trường hợp bé hơn hay xấp xỉ cường độ đá xi măng. Vì thế đối với bê tông từ cốt liệu đá đặc chắc, cường độ của cốt liệu khá cao, thường vượt quá cường độ yêu cầu của bê tông và khi đó năng lực gắn kết giữa đá xi măng và hạt cốt liệu đóng vai trò quan trọng nhất.

Cường độ gắn kết giữa hạt cốt liệu và đá xi măng quyết định bởi những tính chất sau đây của cốt liệu thiên nhiên: hình dáng hạt, đặc tính cấu tạo của đá gốc, trạng thái bề mặt, lượng tạp chất sét, bụi làm cản trở sự tiếp xúc giữa cốt liệu và đá xi măng.

Cường độ nén của bê tông chịu ảnh hưởng của hàm lượng cốt liệu lớn trong hỗn hợp. Với bê tông nặng từ cốt liệu đặc chắc có cường độ lớn hơn cường độ thành phần vữa, khi tăng hàm lương cốt liệu lớn trong bê tông tạo khả năng tiếp xúc nhiều hơn giữa hạt cốt liệu lớn với các điều kiện khác không thay đổi, cường độ bê tông có thể tăng chừng 15-20% so với khi có hàm lượng cốt liệu ít hơn.

Giải pháp nâng cao cường độ bê tông:

• Đảm bảo chất lượng của cốt liệu (cường độ, hình dáng, lượng tạp chất,…).

• Chọn cấp phối hợp lý.

2.3.4 Ảnh hưởng của cấu tạo bê tông

Cường độ bê tông không những chỉ phụ thuộc vào cường độ của đá xi măng, chất lượng cốt liệu mà còn phụ thuộc vào độ đặc của bê tông, nghĩa là phụ thuộc và sự lựa chọn thành phần và chất lượng thi công hỗn hợp bê tông. Nếu như trong bê tông có các lỗ rỗng, thì nó không những làm giảm diện tích làm việc của vật liệu, mà còn tạo ra trong bê tông có những ứng suất tập trung hai bên lỗ rỗng. Ứng suất này sẽ làm giảm khả năng của bê tông chống lại ngoại lực tác dụng. Vậy để tạo hình được 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 phương pháp thi công sao cho thích hợp. Có nghĩa là nếu độ dẻo của hỗn hợp bê tông cao, tuy lèn ép dễ khỗng cần lực tác động lớn nhưng cường độ bê tông sau này không cao.

Đối với một hỗn hợp bê tông, ứng với một điều kiện đầm nén nhất định sẽ có một tỷ lệ nước thích hợp nhất. Với lượng nước đó bê tông sẽ có độ đặc cao nhất, sản lượng hỗn hợp bê tông sẽ nhỏ nhất, do đó cường độ bê tông sẽ đạt giá trị cực đại. Nếu lượng nước thấp hơn hay cao hơn lượng nước thích hợp thì cường độ bê tông đều giảm xuống.

Trong trường hợp đầu do ít nước, hỗn hợp bị khô không lèn ép được tốt. Trong trường hợp sau, do thừa nước nên đá xi măng sau khi đã cứng rắn sẽ tồn tại nhiều lỗ rỗng do nước tự do bay hơi để lại.

SVTH: TRẦN XUÂN HÒA Trang 47 Hình 2.10. Sự ảnh hưởng của mức độ lèn chặt hỗn hợp bê tông đến lượng nước

thích hợp và cường độ bê tông (1-lèn ép mạnh; 2-lèn ép vừa; 3-lèn ép yếu)

Nếu tăng mức độ lèn chặt lên thì trị số tỷ lệ nước thích hợp trong hỗn hợp bê tông sẽ giảm xuống và cường độ bê tông tăng lên.

Cường độ bê tông phụ thuộc vào mức độ lèn chặt thong qua hệ số lèn ép K1:

,

1 v / v

K   

Trong đó:

v,: Khối lượng thể tích thực tế của hỗn hợp bê tông sau khi lèn chặt, kg/m3;

v: Khối lượng thể tích tính toán của hỗn hợp bê tông kg/m3.

Thông thường hệ số lèn chặt K1=0,9-0,95, riêng với hỗn hợp bê tông cứng, thi công phù hợp thì hệ số lèn chặt có thể đạt đến 0,95-0,98.

Nếu có biện pháp thi công tốt thì độ rỗng của bê tông chủ yếu là độ rỗng trong đá xi măng do lượng khí cuốn vào. Thể tích rỗng trong bê tông được tính theo công thức sau:

0,5 0, 29 (0, 02 0, 06)

b r

V N X

X  

  

      Trong đó:

N 0,5

X 

  

 

 

: độ rỗng mao quản;

0, 29 : độ rỗng gen;

0, 02 0, 06 : độ rỗng do khí cuốn vào.

 : hệ số

Giải pháp nâng cao cường độ bê tông:

• Cần phải có biện pháp thi công đầm nén hợp lý sao cho cấu trúc của bê tông đặc chắc nhất.

• Có thể dùng phụ gia khoáng để tăng độ đặc chắc của bê tông.

• Tính toán cấp phối hạt hợp lý để độ rỗng của bê tông là nhỏ nhất.

SVTH: TRẦN XUÂN HÒA Trang 48 2.3.5 Ảnh hưởng của phụ gia

Phụ gia tăng dẻo có tác dụng làm tăng tính dẻo cho hỗn hợp bê tông nên có thể giảm bớt lượng nước nhào trộn, do đó cường độ của bê tông sẽ tăng lên đáng kể. Ngoài ra, do lượng nước giảm nên tồn tại ít lỗ rỗng làm tăng khả năng chống thấm của bê tông.

Phụ gia rắn nhanh có tác dụng đẩy nhanh quá trình thủy hóa của xi măng nên làm tăng nhanh sự phát triển cường độ bê tông dưỡng hộ trong điều kiện tự nhiên cũng như ngay sau khi dưỡng hộ nhiệt.

Giải pháp nâng cao cường độ bê tông: Sử dụng phụ gia tăng dẻo và phụ gia rắn nhanh trong quá trình sản xuất hỗn hợp bê tông.

2.3.6 Ảnh hưởng của gia công lèn chặt

Gia công lèn chặt có ảnh hưởng vô cùng lớn tới cường độ bê tông. Nếu hỗn hợp bê tông được lèn chặt tốt, độ rỗng trong cấu trúc đá xi măng giảm, độ đặc chắc của cấu trúc tối đa sẽ góp phần nâng cao cường độ của bê tông.

2.3.7 Ảnh hưởng của điều kiện môi trường bảo dưỡng

Trong mỗi điều kiện môi trường nhiệt độ, độ ẩm khác nhau thì cường độ của bê tông lại phát triển khác nhau. Ứng với mỗi điều kiện môi trường sẽ có biện pháp thúc đẩy sự phát triển cường độ bê tông.

a. Đẩy nhanh quá trình rắn chắc của bê tông ở nhiệt độ thường

Có thể đẩy nhanh sự rắn chắc và sự phát triển cường độ bê tông ban đầu của đá xi măng hoặc bê tông bằng 3 biện pháp chính sau:

• Nâng cao hoạt tính của chất kết dính:

Bằng cách tăng thành phần khoáng có hoạt tính cao cũng như tăng độ nghiền mịn của chất kết dính. Độ mịn tốt nhất tương ứng với tỉ diện từ 4000 – 4500 cm2/g. Các loại xi măng pooc lăng thường dùng có tổng tỉ diện trong phạm vi từ 3000-3800 cm2/g.

• Giảm lượng dùng nước ban đầu cho hỗn hợp bê tông:

Biện pháp này sẽ làm giảm bề dày màng nước bao bọc các hạt xi măng, tạo điều kiện cho chúng xích lại gần nhau trong quá trình đầm chặt khi tạo hình sản phẩm, nhờ đó sẽ thúc đẩy sự bão hòa của các sản phẩm thủy hóa trong dung dịch và quá trình kết tinh các hydrat mới tạo thành sẽ được tiến hành mạnh mẽ, đẩy nhanh tốc độ rắn chắc của đá xi măng và bê tông.

• Sử dụng phụ gia rắn nhanh:

Có nhiều loại phụ gia có tác dụng thúc đẩy sự rắn chắc của hỗn hợp bê tông như:

muối clorua (canxi, natri, amoniac, sắt, nhôm); muối sunfat (canxi, natri); các kiềm và muối kiềm dễ thủy phân của các kim loại kiềm như: Sô đa, phèn chua, kali,…; thủy tinh lỏng và mầm kết tinh dưới dạng các sản phẩm nghiền mịn của xi măng đã thủy hóa nhưng phụ gia sử dụng phổ biến là CaCl2.

b. Đẩy nhanh sự rắn chắc bê tông ở nhiệt độ cao

• Rắn ở nhiệt độ đến 100oC

Trong quá trình sản xuất vật liệu bê tông và bê tông cốt thép đúc sẵn, để thúc đẩy nhanh sự rắn chắc của bê tông người ta thường sử dụng biện pháp gia công nhiệt ở 75- 80oC. Ở điều kiện nhiệt độ này, thành phần và tính chất của sản phẩm được tạo nên trong quá trình thủy hóa thủy phân không khác với sản phẩm tạo nên ở nhiệt độ thường, nhưng các quá trình hóa lý hóa xảy ra mạnh mẽ và triệt để hơn, tốc độ phản ứng nhanh hơn, quá trình kết tinh cũng được thúc đẩy nhanh hơn đặc biệt là độ hòa tan của một số sản phẩm thủy hóa (như hydroxit canxi Ca(OH)2) giảm xuống. trong biện pháp này cần đặc biệt cung cấp đầy đủ liên tục lượng nước cho quá trình thủy hóa tránh hiện tượng kết tinh thô làm giảm cường độ bê tông.

SVTH: TRẦN XUÂN HÒA Trang 49

• Rắn ở môi trường bão hòa hơi nước áp suất cao:

Hình thức dưỡng hộ này tiến hành ở buồng chưng áp (autoclave) chứa hơi nước với áp suất từ 9-13 atm và nhiệt độ 174,5-191oC. Áp suất cao của hơi nước bão hòa cho phép giữ nước trong bê tông ở trạng thái “giọt loãng” và ở nhiệt độ cao tạo điều kiện thuận lợi không những thúc đẩy sự rắn chắc mà còn tạo được những sản phẩm thủy hóa mới và bổ sung chất kết dính dạng xi măng tổng hợp với thành phần chủ yếu là các hydro silicat canxi.

Giải pháp nâng cao cường độ bê tông:

- Đảm bảo cung cấp đầy đủ và liên tục lượng nước trong quá trình thủy hóa của xi măng như biện pháp che phủ bề mặt sản phẩm bằng nilon, vải ẩm để tránh mất nước của hỗn hợp bê tông, dưỡng hộ sản phẩm trong buồng dưỡng hộ được cung cấp hơi nước liên tục, ngâm sản phẩm trong bể dưỡng hộ,…

- Thúc đẩy quá trình thủy hóa bằng nhiều biện pháp như sử dụng phụ gia rắn nhanh, dưỡng hộ sản phẩm trong môi trường autoclave, dưỡng hộ sản phẩm trọng điều kiện môi trường hơi nước nhiệt độ cao,…

2.4 Các khuyết tật có thể có của bê tông và giải pháp đề phòng, khắc phục

Trong sản xuất bê tông đúc sẵn, khuyết tật là điều không thể tránh khỏi, khuyết tật được chia thành nhiều loại, gây ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm, với mỗi loại khuyết tật ta sẽ có những giải pháp khắc phục và phòng ngừa khác nhau.

2.4.1 Các khuyết tật có thể xảy ra a. Nứt nẻ

Nứt bê tông là hiện tượng thường gặp trong công trình xây dựng. Các vết nứt trong bê tông có thể phát triển từ nhiều nguyên nhân, mà bản chất là khả năng chịu uốn kém của bê tông. Các vết nứt trông thấy được thường gặp khi ứng suất uốn lớn hơn khả năng (cường độ) bền uốn của bê tông. Vết nứt thường xuất hiện khoảng vài giờ sau khi đổ bê tông, trong khi bê tông còn ở trạng thái dẻo và cường độ của bê tông do thủy hóa xi măng gần như không đáng kể. Theo thời điểm hình thành, vết nứt trong bê tông có thể phân thành 2 loại chính sau:

• Vết nứt hình thành trong quá trình cố kết của bê tông do tốc độ cố kết khác nhau của các thành phần bê tông và do sự ngăn cản cục bộ bởi cốt thép hay các cốt liệu lớn.

Các vết nứt dạng này thường xuất hiện khoảng nửa giờ đến 3 giờ sau khi đổ bê tông và thường phát triển dọc theo hệ thống lưới thép trong sàn.

• Vết nứt hình thành trong quá trình co ngót của bê tông khi sự co ngót này bị ngăn cản bởi sự co ngót không đều gây mất ổn định thể tích. Các vết nứt dạng này có thể xuất hiện song song và cách nhau từ 100-600mm, nhưng thông thường không theo khuôn mẫu nào cố định. Chiều dài vết nứt có thể từ 0,25-2m, và thông thường khoảng 300-600mm. Bề rộng vết nứt tại bề mặt có thể đến 3mm, thường chỉ phát triển đến độ sâu của cốt thép. Tuy nhiên, dưới tác động của hiện tượng co ngót sau này của kết cấu bê tông, chúng có thể phát triển xuyên suốt chiều dày sàn.

Nguyên nhân xuất hiện:

- Vết nứt do tác động của ngoại lực trong quá trình sử dụng;

- Vết nứt do tác động của cốt thép ứng lực trước lên bê tông;

- Vết nứt công nghệ do co ngót bê tông, do mức độ đầm vữa bê tông kém, chưng hấp bê tông không đều, do chế độ nhiệt - ẩm;

- Vết nứt hình thành do cốt thép bị ăn mòn.

b. Phồng rộp bề mặt