PHẦN 2. CƠ SỞ KHOA HỌC
2.1 Phân tích lựa chọn tính công tác của hỗn hợp bê tông
2.1.3. Lựa chọn phương pháp tạo hình cho từng loại sản phẩm
• Tạo hình bằng phương pháp quay ly tâm:
Đây là phương pháp thường dùng để tạo hình các cấu kiện bê tông có tiết diện tròn.
Hỗn hợp bê tông trong khuôn được rải đều và lèn chặt nhờ tác động của lực li tâm quán tính xuất hiện trong khi khuôn quay nhanh trên bàn quay.
Tạo hình và làm chặt cấu kiện hỗn hợp bê tông và bê tông cốt thép bằng phương pháp ly tâm
Hình 2.2. Sơ đồ lực hút trái đất trong công nghệ ly tâm
Trong phương pháp tạo hình cấu kiện ống tròn và làm chặt hỗn hợp bê tông bằng biện pháp quay ly tâm khuôn.
Hình 2.3. Sơ đồ tạo hình hỗn hợp bê tông bằng phương pháp ly tâm
a-Ly tâm con lăn 1 bậc: 1-Con lăn định hướng; 2- Con lăn giữ ổn định; 3-Khuôn; 4- Vỏ bọc
b.Ly tâm trục ngang: 1- Động cơ tăng tốc; 2- Hộp số; 3- Động cơ; 4- lắp ngoài; 5- Khuôn
B.Ly tâm dây: 1-Khung bao; 2- Trục chính; 3- Trục trước; 4- Dây; 5- Con lăn giũ; 6- Khuôn; 7- Da bảo vệ
Công nghệ tạo hình quay ly tâm này rất phù hợp để sản xuất sản phẩm như cọc ly tâm.Với mật độ cốt thép ít có thể dùng hỗn hợp bê tông có ĐC =5-10s, cốt thép nhiều có thể dùng SN = 1-5 cm.
• Tạo hình bằng phương pháp phun:
Trong phương pháp này vữa xi măng-cát hay hỗn hợp bê tông hạt nhỏ được phun lên bề mặt của lưới thép, khuôn hay cối đệm thành lớp mỏng bằng không khí nén nhờ súng phun xi măng.
• Tạo hình bằng phương pháp ép:
Trong trường hợp này cấu kiện bê tông từ hỗn hợp xi măng-cát hay bê tông hạt nhỏ có thể được tạo hình bằng hai cách:
SVTH: TRẦN XUÂN HÒA Trang 36 - Cách thứ nhất: Hỗn hợp bê tông được đổ vào khuôn với khối lượng đủ cho một cấu kiện. Sau đó cốt ép hạ xuống phủ kín bề mặt của khuôn, lực ép tăng từ từ đến lực ép cực đại. Hỗn hợp bê tông trong khuôn được ép chặt.
- Cách thứ hai: Cấu kiện được tạo hình bằng phương pháp ép đùn. Trong phương pháp này, hỗn hợp bê tông được đưa vào buồng ép sau đó tiến hành ép. Cấu kiện đã được ép xong đi qua mồm ép ra ngoài theo dạng liên tục.
• Tạo hình bằng phương pháp đầm:
Đây là phương pháp tạo hình được dùng từ lâu và khá phổ biến, thường dùng khi tạo hình các cấu kiện từ hỗn hợp bê tông dẻo. Sau khi bê tông được đổ vào khuôn, ta dùng các quả đấm hình trụ, hay các thanh sắt nặng chọc vào khối bê tông và lèn chặt nó lại.
Trong những trường hợp yêu cầu chất lượng cao của bê tông thì phương pháp này không nên dùng.
Từ các đặc điểm trên ta lựa chọn các phương pháp tạo hình cho từng loại sản phẩm như sau:
Sản xuất cọc bằng phương pháp quay ly tâm.
Sản xuất tầm tường rỗng bằng phương pháp đùn ép.
b. Tính chất của bê tông
Tính hút nước và bão hòa nước
Do bê tông có kết cấu mao quản và rỗng nên có thể bị hóa ẩm do hút một lượng hơi nước nhất định từ môi trường không khí xung quanh hoặc có thể hút nước đến bão hòa khi tiếp xúc trực tiếp với nước.
Khi độ ẩm tương đối của môi trường không khí vượt quá trị số ẩm của bê tông, hay khi nhiệt độ bão hòa hơi nước môi trường xung quanh lớn hơn nhiệt độ bê tông, sẽ đưa đến sự hút ẩm. Độ ẩm cân bằng của bê tông phụ thuộc vào độ rỗng và tính chất phần rỗng của bê tông. Với bê tông thường, cốt liệu đặc chắc, độ hút ẩm thường không đáng kể, có thể bỏ qua, với bê tông nhẹ cốt liệu rỗng, có cấu tạo toàn khối liên tục độ hút ẩm có thể đạt tới 20-25%.
Sự hút nước và bão hòa nước của bê tông khi tiếp xúc trực tiếp với nước xảy ra do sự hút ẩm mao dẫn trong bê tông hoặc qua các lỗ rỗng hở khi mặt ngoài của sản phẩm hay công trình bị thấm ướt. Sự hút ẩm mao dẫn hay sự dịch chuyển hơi nước mao quản nhỏ trong đá xi măng tương đối đặc chắc xảy ra khi có gradien nhiệt độ và độ ẩm. Những mao quản có tiết diện bé hơn 1μ không cho nước lọt qua kể cả dưới áp lực đáng kể hoặc ghi trên vách mao quản có chiều dày của màng nước hập phụ bằng 0,5μ thì dẫn nước mao quản này hoàn toàn bị mất đi.
Độ hút nước lớn nhất của bê tông xi măng, cốt liệu đặc chắc thường xuyên ở trạng thái bão hòa nước có thể đạt đến 4-8% theo khối lượng.
Khi bão hòa nước, cường độ bê tông sẽ giảm. Tỉ số cường độ bê tông ở trạng thái bão hòa nước và trạng thái khô gọi là hệ số mềm. Với bê tông xi măng nặng hệ số mềm dao động trong phạm vi 0,85-0,9. Sự hút nước vã bão hòa liên tiếp sẽ dẫn đến sự biến đổi thể tích bê tông và biến dạng dài sản phẩm nhưng không lớn. Nhưng cứ bão hòa nước rồi sấy khô liên tiếp nhiều lần, sự biến dạng lắp lại liên tục dẫn đến phá hoại mối liên kết và làm lay chuyển kết cấu bê tông.
Tính thấm nước
Bê tông có kết cấu rỗng và mao quản (kể cả bê tông đặc chắc) nên có tính thấm nước và các chất lỏng khác dưới tác dụng của áp lực thủy tĩnh. Sự thấm lọc áp lực thủy tĩnh của bê tông có độ đặc chắc trung bình không phải qua đá xi măng và cốt liệu. Những
SVTH: TRẦN XUÂN HÒA Trang 37 hốc rỗng này được tọa thành do sự tách nước bê trong khi các hạt xi măng trầm lắng, hoặc do sự xuất hiện kẽ nứt co ngót trong bê tông.
Với một số cấu kiện hoặc công trình bê tông cần sử dụng bê tông chống thấm với số hiệu khác nhau. Số hiệu chống thấm của bê tông là trị số áp lực thủy tĩnh mà với áp lực này nước không thấm qua mẫu bê tông có kich thước tiêu chuẩn.
Để đảm bảo khả năng chống thấm cho kết cấu hay công trình bê tông có thể dùng ba biện pháp sau đây:
- Nâng cao độ đặc chắc của bê tông.
- Tăng chiều dài cấu kiện bê tông.
- Nén trước bê tông trong quá trình sản xuất cấu kiện để triệt tiêu ứng suất kéo sẽ xuất hiện dưới tác dụng của áp lực thủy tĩnh.
Có thể nâng cao tính chống thấm bằng cách sử dụng phụ gia hoạt tính bề mặt trong hỗn hợp bê tông. Chất phụ gia này có tác dụng làm giảm lượng cần nước của HHBT, giảm sự tách nước khi bị trầm lắng hồ xi măng nên nâng cao độ đặc chắc của bê tông, ngoài ra có thể sử dụng phụ gia tạo bọt.
Tính dẫn nhiệt
Là tính chất quan trọng của bê tông sử dụng ở các công trình dân dụng. Nó liên quan mật thiết với cấu tạo bê tông và cấu trúc các vật liệu thành phần. Tính sẫn nhiệt phụ thuộc vào trạng thái ẩm và nhiệt độ bê tông. Khi nhiệt độ và độ ẩm tăng, tính dẫn nhiệt tăng. Trong thực tế hệ số tính toán chỉ tiêu dẫn nhiệt hay hệ số dẫn nhiệt được xác định theo những công thức phụ thuộc vào khối lượng thể tích của bê tông ở trạng thái sấy khô tới hằng lượng và xác định ở nhiệt độ 250C.
Tính dẫn nhiệt phụ thuộc vào trạng thái ẩm và nhiệt độ bê tông. Khi nhiệt độ và độ ẩm tăng thì tính dẫn nhiệt tăng.
Cường độ chịu nén
Cường độ chịu nén là chỉ tiêu quan trọng nhất trong tính chất cơ học của bê tông.
Dưới tác dụng của ngoại lực, trong bê tông cũng như những loại vật liệu không đồng nhất khác xuất hiện trạng thái ứng suất phức tạp với những biến dạng có tính chất khác nhau. Trong trường hợp chịu tải đơn giản nhất – nén dọc trục – mẫu bê tông chịu đồng thời biến dạng nén và biến dạng kéo ngang theo phương thẳng góc với chiều tác dụng của lực nén.
Nguyên nhân cơ bản của sự phá hoại bê tông khi nén là sự vượt quá sức chống chịu của bê tông khi biến dạng. Sự phá hoại này có thể xảy ra do sự phá hoại mối tiếp xúc của đá xi măng với cốt liệu hoặc do sự đứt vỡ của bản thân đá xi măng và bản thân cốt liệu.
Để đảm bảo cường độ bê tông, nhân tố quan trọng không chỉ riêng cường độ mỗi cấu trúc thành phần (đá xi măng hoặc cốt liệu) mà còn được quyết định bởi cường độ kết dính giữa chúng với nhau.
Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ bê tông
- Cường độ XM và BT tỷ lệ thuận với sự tăng hoạt tính của chất kết dính, nhưng với xi măng cao thì tỉ lệ này giảm đi phần nào.
- N/X quyết định độ đặc chắc của XM, nếu lượng nước thừa lớn hơn nước cần thiết cần để thủy hóa thì làm tăng độ rỗng dẫn đến hạ thấp R đá XM và BT.
- Chất lượng cốt liệu: cường độ cốt liệu chỉ ảnh hưởng đến cường độ bê tông trong trường hợp bé hơn hay xấp xỉ cường độ của đá xi măng. Với bê tông nặng cốt liệu đặc chắc khi tăng hàm lượng cốt liệu lớn thì cường độ bê tông có thể tăng chừng 15-20%.
- Chất lượng thi công tốt, trộn, đổ, đầm, bảo dưỡng tốt làm cho cường độ tăng.
SVTH: TRẦN XUÂN HÒA Trang 38 - Ảnh hưởng của thời gian và môi trường: Thời gian đầu cường độ tăng nhanh, sau chậm dần. Sự phát triển cường độ theo thời gian phụ thuộc vào loại xi măng và nhiệt độ, độ ẩm của môi trường.
Cường độ chịu kéo
Cường độ chịu kéo của bê tông chủ yếu phụ thuộc vào tổng diện tích mặt ngoài của cốt liệu, chất lượng tiếp xúc giữa hạt cốt liệu và những đặc tính đàn hồi khi kéo cũng như độ đặc chắc của cấu trúc bê tông.
Mô đun đàn hồi của bê tông
Bê tông là vật liệu đàn hồi – dẻo. Nó mang đặc tính của vật thể đàn hồi và có biến dạng dẻo ở mức độ đáng kể dưới tác dụng của ngoại lực và tải trọng.
Mô đun đàn hồi của bê tông tăng, khi hàm lượng cốt liệu lớn, cường độ và mô đun đàn hồi tăng, hàm lượng xi măng, tỉ lệ N/X giảm.
Việc hạ thấp mô đun đàn hồi và sự tăng tương ứng biến dạng của bê tông có ý nghĩa khả quan, có tác dụng đẩy lùi thời điểm phá hoại của vật liệu trong công trình.
Tính bền vững trong môi trường xâm thực
Sự đóng, tan băng liên tiếp, sự thay đổi trạng thái khô, ẩm cùng với sự thay đổi nhiệt độ môi trường, tác dụng của gió, mưa, dòng chảy bào mòn, xói mòn công trình làm ảnh hưởng đến bê tông.
Các loại rong, rêu, hà, những vi khuẩn, côn trùng ở sông, biển cũng gây tác dụng phá hoại bê tông.
Các hợp chất hóa học trong nước tác dụng với thành phần thủy hóa của xi măng tạo nên những hợp chất mới hoặc hòa tan trong nước hoặc không có khả năng kết dính làm yếu kết cấu bê tông
Các biện pháp chống xâm thực
- Nâng cao độ đặc chắc và tính đồng nhất của bê tông, sử dụng cốt liệu đặc chắc có tính ổn định hóa học lớn.
- Chọn dùng loại xi măng thích hợp với môi trường sử dụng, hoặc dùng các chất phụ gia hóa học chống xâm thực.
- Bảo vệ các mặt của công trình ở môi trường xâm thực bằng các lớp vật liệu chống xâm thực.
Tính co nở thể tích của bê tông
Trong quá trình rắn chắc của bê tông, bê tông thường phát sinh biến dạng thể tích, nở ra trong nước và co lại trong không khí (độ co >10 lần độ nở).Ở giới hạn nhất định độ nở có thể làm tốt hơn cấu trúc của bê tông.
Co ngót luôn kéo theo hậu quả xấu.Nguyên nhân dẫn đến bê tông bị co ngót là mất nước trong các gel đá xi măng.
Khi mất nước các mầm tinh thể xích lại gần nhau hơn và đồng thời các gel cùng dịch chuyển làm cho bê tông bị co. Quá trình cacbonat hóa hydroxit canxi trong đá xi măng cũng là nguyên nhân gây ra co ngót còn là hậu quả của việc giảm thể tích tuyệt đối của hệ xi măng – nước
Hậu quả:
- Bê tông bị nứt - Giảm cường độ
- Giảm độ chống thấm, độ ổn định của bê tông
Lượng nước nhào trộn
Là yếu tố quan trọng quyết định tính công tác của hỗn hợp bê tông. Lượng nước nhào trộn bao gồm lượng nước tạo hồ xi măng và lượng nước dùng cho cốt liệu. Lượng
SVTH: TRẦN XUÂN HÒA Trang 39 nước trong hồ xi măng xác định độ lưu biến của hồ và do đó xác định tính chất của hỗn hợp bê tông- độ lưu động và độ cứng.
Khả năng hấp thụ nước của cốt liệu là một đặc tính công nghệ quan trọng của nó.
Khi tỉ lệ cấp hạt thay đổi thì độ cần nước cũng thay đổi. Vì vậy khi xác định thành phần bê tông thì việc xác định tỉ lệ cốt liệu nhỏ - cốt liệu lớn tối ưu để đảm bảo cho hồ xi măng nhỏ nhất là rất quan trọng. Để đảm bảo cho bê tông có cường độ yêu cầu thì tỉ lệ nước-xi măng phải giữ ở giá trị không đổi và do đó khi độ cần nước của cốt liệu tăng thì lượng dùng xi măng tăng.
Việc xác định lượng nước nhào trộn phải thông qua các chỉ tiêu tính công tác có tính đến loại và độ lớn cốt liệu. Mà tính công tác lại phụ thuộc vào độ nhớt và thể tích của hồ xi măng. Khi lượng nước còn quá ít, dưới tác dụng của lực hút phân tử nước chỉ đủ để hấp phụ bề mặt vật rắn mà chưa tạo ra độ lưu động của hỗn hợp. Lượng nước tăng lên đến một giới hạn nào đó sẽ xuất hiện lượng nước tự do, màng nước trên bề mặt vật rắn dày thêm, nội ma sát giảm xuống, độ lưu động tăng lên. Lượng nước ứng với lúc hỗn hợp bê tông có độ lưu động tốt nhất mà không bị phân tầng gọi là khẳng giữ nước của hỗn hợp.
Hình 2.4. Biểu đồ lượng nước dùng cho 1 m3 HHBT dùng xi măng Pooclăng.
1. Dmax=70mm; 2. Dmax=40mm; 3. Dmax=20mm; 4. Dmax=10mm Ghi chú :
1: Khi cát có N tăng giảm 1% thì lượng nước tăng lên 5l 2: Khi dùng đá dăm, lượng nước tăng lên 15l
3: Nếu dùng xi măng có phụ gia vô cơ hoạt tính lượng nước tăng lên 15 – 20l 4: Dùng bê tông trên 400kg/cm3 bê tông thì cứ mỗi 100kg lượng nước tăng lên 10l
a. Loại và lƣợng xi măng.
Nếu hỗn hợp bê tông có đủ xi măng để cùng với nước lấp đầy lỗ rỗng của cốt liệu, bọc bả bôi trơn bề mặt của chúng thì độ lưu động sẽ tăng. Tuy nhiên vì lí do giá thành nên lượng xi măng không thể quá nhiều. Độ lưu động còn phụ thuộc vào loại xi măng và phụ gia vô cơ nghiền mịn, vì bản thân mỗi loại xi măng sẽ có đặc tính riêng về các chỉ tiêu tính chất như lượng nước tiêu chuẩn, độ mịn, thời gian đông kết và rắn chắc.
b. Lƣợng vữa xi măng.
Nếu vữa xi măng ( hồ xi măng + cốt liệu nhỏ) chỉ đủ để lấp đầy lỗ rỗng của cốt liệu lớn thì hỗn hợp bê tông sẽ rất cứng. Để tạo cho hỗn hợp bê tông có độ lưu động thì phải đẩy xa các hạt cốt liệu lớn và bọc xung quanh chúng một lớp vữa xi măng.
Hình 2.5. Cấu trúc của hỗn hợp bê tông ( Cốt liệu + vữa ) a- cứng; b- dẻo
SVTH: TRẦN XUÂN HÒA Trang 40 c. Phụ gia hoạt động bề mặt.
Chỉ cần dùng một lượng phụ gia nhỏ nhưng độ lưu động tăng lên đáng kể. Cơ chế tăng độ lưu động khi dùng phụ gia là do nó làm giảm sức căng bề mặt ngoài mặt phân cách. Các loại phụ gia hoạt động bề mặt thường được dùng là phụ gia ưa nước, phụ gia kị nước và phụ gia tạo bọt.
Phụ gia ưa nước có nhiều loại nhưng phổ biến nhất là muối canxi lignosulfonat. Khi muối này hấp phụ lên hạt xi măng sự định hướng của các phân tử nước trên bề mặt hạt xi măng phần nào bị phá hoại và một phần nước đó được giải phóng . Mặt khác nhờ gốc có cực tính của canxi lignosulfonat làm cho hạt xi măng ưa nước, dễ thấm ướt hơn. Như vậy khi có phụ gia hồ xi măng thì lượng nước cần ít hơn, lực dính kết giữa các hạt xi măng giảm, dễ trượt lên nhau, làm độ lưu động của hỗn hợp bê tông tăng.
Phụ gia kị nước thường được dùng là xà phòng natri(muối natri của axit hữu cơ tan trong nước), axidon(axit naptenic chế tạo từ xà phòng công nghiệp), petrolatum đã oxy hóa. Khi hấp phụ trên bề mặt hạt xi măng, do hút bám ion canxi gốc cacbuahydro của chúng hướng ra phía ngoài, vì vậy gốc này có tính kị nước nên không bị thấm ướt. Những lớp mỏng của các phân tử định hướng đó có khả năng trượt lên nhau một cách dễ dàng làm cho độ lưu động của hỗn hợp bê tông tăng lên.
Phụ gia tao bọt khí chủ yếu là xà phòng natri của các axit hữu cơ. Khi nhào trộn bê tông, phụ gia cuốn theo vào một lượng không khí. Các bọt khí sẽ làm giảm sức căng bề mặt ngoài của chất lỏng ở mặt phân cách khí lỏng. Lượng bọt khí nhờ có các phân tử phụ gia mà ổn định được trong chất lỏng, đồng thời làm tăng thể tích hồ xi măng.
Do đó độ lưu động của hỗn hợp bê tông tăng lên.
d. Gia công chấn động.
Là biện pháp có hiệu quả để làm cho hỗn hợp bê tông cứng và kém dẻo trở thành dẻo và chảy dễ đổ khôn và dầm chặt. Khi chấn động các phần tử của hỗn hợp bê tông bị dao động cưỡng bức liên tục và sắp xếp lại một cách chặt chẽ hơn. Khi tần số dao động đạt đến giá trị nào đó thì nội ma sát của hỗn hợp giảm đến mức nhỏ nhất do sự xuất hiện một áp lực chống lại tác dụng cua trọng lực. Hỗn hợp bị phân tách theo độ lớn, hình dạng và khối lượng của hạt. Cấu trúc ban đầu bị phá hoại. Độ cứng của hỗn hợp bê tông giảm xuống, các phân tử sắp xếp lại chặt chẽ hơn. Kết quả hỗn hợp được lèn chặt.
e. Tỷ lệ, độ lớn và đặc trƣng bề mặt cốt liệu.
Nếu tỷ lệ, độ lớn và đặc trưng bề mặt của cốt liệu thay đổi thì độ dẻo của hỗn hợp cũng thay đổi. Ứng với lượng nước và xi măng cố định mà độ lớn cốt liệu tăng thì độ dẻo hỗn hợp tăng, nếu cốt liệu có bề mặt trơn thì nhớt cũng tăng theo.
Hình 2.6. Ảnh hưởng của cát đến độ dẻo của bê tông.