CHƯƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC
2.4. Đặc điểm và tính chất của bê tông cường độ cao [7]
2.4.1. Đặc điểm của bê tông cường độ cao
Bê tông cường độ cao có cường độ chịu nén tuổi 28 ngày từ 55-100MPa và lớn hơn. Bê tông cường độ cao ở trạng thái hỗn hợp, có tính dễ đổ, có tính công tác tốt.
Hỗn hợp bê tông cường độ cao có sự ổn định về thể tích, có độ co ngót dẻo khá lớn.
Đặc tính của bê tông cường độ cao phù hợp áp dụng cho nhiều công trình lớn, các công trình dân dụng, hạ tầng, công trình biển, công trình giao thông. Bê tông CĐC tạo ra chất lượng của cấu kiến cao hơn, làm cho người thiết kế tự do sáng tạo hơn.
2.4.2. Tính chất của bê tông cường độ cao
Cường độ chịu nén:
Cường độ chịu nén của bê tông cường độ cao phụ thuộc vào chất lượng và hàm lượng sử dụng của chúng: cốt liệu, xi măng và phụ gia. Ngoài ra, chất lượng bê tông cường độ cao phụ thuộc vào các yêu tố khác như: cấp phối bê tông sử dụng, thời gian nhào trộn các loại vật liệu, điều kiện thi công và sản xuất bê tông.
Cường độ chịu nén của bê tông cường độ cao được xác định trên mẫu bê tông tiêu chuẩn, được bão dưỡng 28 ngày được bảo dưỡng trong điều kiện tiêu chuẩn.
Theo Tiêu chuẩn Quốc gia mẫu tiêu chuẩn để xác định cường độ bê tông là mẫu hình trụ lập phương có cạnh 150x150x150 mm, hoặc mẫu hình trụ d=150 mm, h=300 mm bảo dưỡng trong điều kiện tiêu chuẩn với nhiệt độ 25±2 độ C, độ ẩm 90-100%.
Cường độ chịu nén của bê tông cường độ cao hiện nay theo quy định của ACI (Mỹ) từ 42MPa - 138 MPa. Ở Việt Nam và châu Âu thường quy định cường độ vào khoảng 60-80MPa.
Cường độ chịu kéo:
Cường độ chịu kéo của bê tông được xác định bằng thí nghiệm kéo khi uốn hoặc thí nghiệm kéo dọc trục, kéo bửa. Khi bê tông có cường độ cao thì cường độ chịu kéo cũng tăng lên, nhưng không đáng kể so với tốc độ tăng của cường độ chịu nén.
Mô - đun đàn hồi:
Môđun đàn hồi của bê tông cường độ cao lớn hơn so với bê tông thường. Mô - đun đàn hồi của bê tông cường độ cao có thể tăng 20-40% tùy theo thành phần và loại cốt liệu.
23 Mô - đun đàn hồi của bê tông chịu ảnh hưởng lớn của các vật liệu thành phần và tỷ lệ phối hợp các vật liệu.
Theo mục 8.5 trong ACI 318M-08 ta có thể tính được Mô-đun đàn hồi của bê tông bằng công thức như sau:
1,5 '
c ctw c
E g f , MPa
Trong đó: Ec là Mô-đun đàn hồi của bê tông, MPa gct = 0,043
w là khối lượng thể tích của bê tông, kg/m3 f’c là cường độ nén của bê tông, MPa
Các yếu tố ảnh hưởng đến Mô-đun đàn hồi của bê tông:
Cốt liệu: cốt liệu có độ chặt cao thì Mô-đun đàn hồi cao. Kích thước hạt max, hình dáng, cấu trúc bề mặt, cấp phối hạt, Mô-đun của đá gốc.
Đá xi măng: mô-đun đàn hồi của đá xi măng bị ảnh hường bởi chính lỗ rỗng của nó. Các nhân tố điều chỉnh lỗ rỗng trong đá xi măng là: tỉ lệ N/X, hàm lượng khí, phụ gia khóang và mức độ thủy hóa xi măng.
Khối lượng đơn vị:
Bê tông cường độ cao có khối lượng đơn vị lớn hơn so với bê tông có cường độ thông thường khi cùng làm từ một loại nguyên vật liệu (khối lượng đơn vị của bê tông cường độ cao sử dụng cốt liệu cát, đá thông thường khoảng từ 2,4÷2,6 g/cm3).
Đặc tính co ngót:
Co ngót của bê tông là sự giảm thể tích dưới nhiệt độ không đổi do mất độ ẩm sau khi bê tông đã đông cứng. Co ngót và nứt ở tuổi sớm có thể đẩy nhanh sự hư hỏng, thúc đẩy quá trình ăn mòn cốt thép và về lâu về dài sẽ ảnh hưởng đáng kể đến độ bền của bê tông. Co ngót trong bê tông do mất nước liên quan chặt chẽ đến tính chất của vữa xi măng. Kỹ thuật hiệu quả nhất để giảm thiểu nứt do co ngót là ngăn chặn sự mất nước từ bề mặt bê tông bằng cách tiến hành bảo dưỡng sớm và kéo dài. Tuy nhiên trong một số trường hợp, cần phải có biện pháp bổ sung áp dụng bao gồm kiểm soát nhiệt độ, che chắn gió và sử dụng các phụ gia giảm co ngót.
Hai chỉ tiêu nội tại ảnh hưởng đến biến dạng tự do của bê tông là nhiệt độ và hàm lượng nước tự do. Khi bê tông thủy hóa sinh ra các phản ứng tạo nhiệt trong bê tông
24 (nhiệt nội tại trong bê tông), nhiệt độ này biến đổi theo thời gian. Nhiệt trong bê tông còn được tạo ra do trao đổi nhiệt của cấu kiện với môi trường.
Sự thay đổi nhiệt độ trong bê tông dẫn đến biến dạng tự do khi bê tông trong quá trình thủy hóa. Trong quá trình thủy hóa hảm ẩm trong bê tông cũng thay đổi do mất một phần nước dùng trong phản ứng thủy hóa với xi măng. Ngoài ra, độ ẩm trong bê tông cũng bị ảnh hưởng của điều kiện môi trường bên ngoài.
Khi lượng nước tự do giảm, kích thước lỗ rỗng và sức căng mao quản, cũng giảm, điều đó dẫn đến co cấu trúc rắn dưới ảnh hưởng của một loại “tiền ứng suất ẩm”
tăng. Có thể chia co ngót của bê tông thành 3 giai đoạn sau: co ngót dẻo - bê tông trước khi ninh kết; các hiện tượng nhiệt và co ngót nội tại - bê tông trong khi ninh kết và rắn chắc; co ngót do mất nước - khi bê tông đóng rắn, ở tuổi muộn.
Các tính chất khác:
Ngoài các tính chất đặc trưng của bê tông cường độ cao nêu trên, bê tông cường độ cao có độ chịu mài mòn khá tốt, qua đó làm khả năng của bề mặt bê tông chống lại sự xâm thực cơ học cục bộ. Bê tông cường độ cao có độ chắc chắc cao nên tính bền, độ chịu xâm thực cũng cao hơn so với bê tông thông thường. Vì vậy, bê tông cường độ cao có xu hướng thường được sử dụng nhiều vào các công trình ngành giao thông, xây dựng ở nước ta, nhất là các bộ phận công trình có yêu cầu đặc biệt, các công trình ven viện chịu tác độ ăn mòn của nước biển và chua phèn.
2.4.3. Các ưu điểm của bê tông cường độ cao
Các nghiên cứu về bê tông cường độ cao đã chỉ ra rằng sử dụng bê tông cường độ cao trong lĩnh vực xây dựng làm cho tính hiệu quả kinh tế tăng, giải quyết được nhiều vấn đề về mặt kỹ thuật, đảm bảo cho công trình sử dụng dài lâu trong các điều kiện khắc nhiệt của tự nhiên. Những ưu điểm chính của bê tông cường độ cao như sau:
- Kích thước các cấu kiện được giảm bớt. Qua đó làm tăng công năng, hiệu quả sử dụng cho công trình và rút ngắn tiến độ, thời gian thi công.
- Khối lượng tĩnh tải của công trình được giảm. Qua đó giảm kích thước móng và làm tăng hiệu quả kinh tế cho công trình.
- Giảm số lượng cấu kiện dầm và tăng chiều dài nhịp.
- Số lượng trụ đỡ và móng giảm do chiều dài nhịp được tăng lên.