Các bước tiến hành tính toán cấp phối bê tông

Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1 Kết quả thí nghiệm chỉ tiêu chất lượng cốt liệu

4.1.4 Các bước tiến hành tính toán cấp phối bê tông

Bước 1: Lựa chọn độ sụt của hỗn hợp bê tông, dựa vào dạng kết cấu công trình mà ta lựa chọn độ sụt theo bảng sau:

Bảng 4.7. Độ sụt theo dạng kết cấu Dạng kết cấu

Độ sụt SN (cm)

Tối đa Tối thiểu

Móng và tường mỏng bê tông cốt thép 9÷10 3÷4

Móng bê tông, giếng chìm, tường phần ngầm 9÷10 3÷4

Dầm, tường bê tông cốt thép 11÷12 3÷4

Cột 11÷12 3÷4

Đường, nền, sàn 9÷10 3÷4

Khối lớn 7÷8 3÷4

Cọc khoan nhồi 14÷16

Bê tông bơm 12÷18

Rót hay chèn vào các khe, mối nối không đầm được 18÷22 Bước 2: Chọn lượng nước sơ bộ N

Lượng nước sơ bộ được lựa chọn dựa vào độ sụt của bê tông, kích thước hạt Dmax

của cốt liệu lớn và modul cát theo Bảng 4.8.

Lượng nước trộn sơ bộ trên Bảng 4.8 chỉ dùng cho bê tông sử dụng cốt liệu đá dăm, xi măng Portland và lượng xi măng từ 200-400 kg/m3 bê tông.

Bảng 4.8. Lượng nước nhào trộn sơ bộ

STT Độ sụt, cm

Kích thước hạt lớn nhất của cốt liệu lớn Dmax, mm

10 20 40 70

Modul độ lớn của cát, Mđl

1.5 – 1.9

2.0 – 2.4

2.5 – 3.0

1.5 – 1.9

2.0 – 2.4

2.5 – 3.0

1.5 – 1.9

2.0 – 2.4

2.5 – 3.0

1.5 – 1.9

2.0 – 2.4

2.5 – 3.0 1 1 ÷ 2 195 190 185 185 180 175 175 170 165 165 160 155 2 1÷ 4 205 200 195 195 190 185 185 180 175 175 170 165 3 5 ÷ 6 210 205 200 200 195 190 190 185 180 180 175 170 4 7 ÷ 8 215 210 205 205 200 195 195 190 185 185 180 175 5 9 ÷ 10 220 215 210 210 205 200 200 195 190 190 185 180 6 11÷ 12 225 220 215 215 210 205 205 200 195 195 190 185 Bước 3: Tính tỷ lệ X/N hay N/X

Công thức tính tỷ lệ X/N là:

. 0.5

b x

R X

N  A R  khi X/N = (1.4 – 2.5)

1

. 0.5

b x

X R

N  A R  khi X/N > 2.5.

Trong đó: - Rb là mác bê tông đã kể đến hệ số an toàn.

- Rx là mác xi măng thực tế.

- A, A1 là hệ số kể đến chất lượng và phương pháp thử mác xi măng theo Bảng 4.9 sau:

Bảng 4.9. Hệ số kể đến chất lượng và phương pháp thử xi măng

Bước 4: Xác định hàm lượng xi măng và phụ gia

Lượng xi măng và phụ gia được tính theo công thức sau:

X = X/N * N (kg) PG = X * %PG (lít)

Nếu X> 400 kg/m3 bê tông thì ta hiệu chỉnh lại lượng nước theo công thức:

/

10 400 10

h c

N N

X N

 



(lít) Trong đó: N là lượng nước ban đầu

X/N là tỷ lệ xi măng trên nước.

Chất lượng

vật liệu

Chỉ tiêu đánh giá

Hệ số A, A1 ứng với xi măng thử cường độ theo

TCVN:

6016:1995

TCVN:

4032:1985 P.P Nhanh

A A1 A A1 A A1

Tốt

Xi măng hoạt tính cao không trộn phụ gia thủy Đá sạch, đặc chắc, cường độ cao, cấp phối tốt Cát sạch, Mdl = 2.4-2.7

0.54 0.34 0.6 0.38 0.47 0.3

Trung bình

Xi măng hoạt tính trung bình, PCB chứa 10-15% phụ gia thủy Đá chất lượng phù hợp TCVN 1711-87

Cát chất lượng phù hợp TCVN 1770-86, Mdl = 2-3.4

0.5 0.32 0.55 0.35 0.43 0.27

Kém

Xi măng hoạt tính thấp, PCB chứa 15% phụ gia thủy Đá có 1 chỉ tiêu không phù hợp

TCVN 1711-87

Cát mịn, Mdl<2

0.45 0.29 0.5 0.32 0.4 0.25

Tính lại lượng xi măng: X = X/N * Nh/c

Bước 5: Xác định cốt liệu lớn (Đá)

Để xác định cốt liệu lớn cần tính các thông số sau:

Thể tích hồ xi măng được tính theo công thức:

Vh = (X/x) + N (lít) Trong đó: X là lượng xi măng, kg.

x là khối lượng riêng của xi măng, g/cm3. N lượng nước nhào trộn cho 1 m3 bê tông, lít.

Xác định hệ số dư vữa kd theo bảng sau với độ sụt là SN = (2 -12) cm, phụ thuộc vào Mdl cát và thể tích hồ xi măng:

Bảng 4.10. Hệ số dư vữa Kd dùng cho hỗn hợp bê tông có SN = (2 – 12) cm Modul

độ lớn cát

Kd ứng với giá trị Vh = X / ρx + N (l/m3)

225 250 275 300 325 350 375 400 425 450

3 1,33 1,38 1,43 1,48 1,52 1,56 1,59 1,62 1,64 1,66 2.75 1,30 1,35 1,40 1,45 1.49 1.53 1,56 1,59 1,61 1,63 2.5 1,26 1,31 1,36 1,41 1.45 1.49 1,52 1,55 1,57 1,59 2.25 1,24 1,29 1,34 1,39 1,43 1,47 1,50 1,53 1,55 1,57 2 1,22 1,27 1,32 1,37 1,41 1,45 1,48 1,51 1,53 1,55 1.75 1,14 1,19 1,24 1,29 1,33 1,37 1,40 1,43 1,45 1,47 1.5 1,07 1,12 1,17 1,22 1,26 1,30 1,33 1,36 1,38 1,40

Nếu dùng sỏi thay đá dăm và độ sụt SN > 12 cm ta tính như sau:

 Nếu dùng sỏi thay đá dăm thì kd tra bảng cộng thêm 0.06

 Khi SN = (14 – 18) cm, Mdl < 2 thì kd tra bảng cộng thêm 0.1

 Khi SN = (14 – 18) cm, Mdl = (2 – 2.5) kd tra bảng cộng thêm 0.15

 Khi SN = (14 – 18) cm, Mdl > 2 thì kd tra bảng cộng thêm 0.2

 Khi SN = (0 – 1) cm, Mdl < 2 kd tra bảng trừ (0.1 -0.2) (nhưng giá trị cuối cùng không nhỏ hơn 1.1).

Vậy lượng cốt liệu lớn được xác định theo công thức sau:

Đ = d

*( 1) 1

v

d d

r k



  (kg) Trong đó: vđ là khối lượng thể tích xốp đá, kg/m3. rđ là độ rỗng của cốt liệu lớn, %.

k là hệ số dư vữa.

Bước 6: Xác định lượng cốt liệu nhỏ (cát).

Cốt liệu nhỏ được xác định theo công thức sau:

1000 ( )* C

X D N

X D N

C    

   (kg)

Trong đó: X, Đ, N là lượng xi măng, đá và nước trong 1 m3 bê tông.

X, Đ, N, C là khối lượng riêng của xi măng, đá, nước và cát, g/cm3. Bước 7: Xác định 3 thành phần định hướng

 Thành phần cơ sở đã tính như trên.

 Thành phần tăng 10% khối lượng xi măng so với lượng xi măng ở thành phần cơ sở, nước như thành phần cơ sở tính lại cát, đá như trên.

 Thành phần giảm 10% khối lượng xi măng so với lượng xi măng ở thành phần cơ sở, nước như thành phần cơ sở, tính cát, đá như trên.

Bước 8: Hiệu chỉnh lượng cốt liệu theo độ ẩm.

Tính lại lượng cát, đá và lượng nước thực tế cho 1m3 bê tông khi vật liệu có độ ẩm đã xác định trước đó.

Bước 9: Tính lượng các loại vật liệu cho một mẻ trộn Tính khối lượng mẻ trộn bằng máy các loại vật liệu

- Lượng vật liệu tính cho một mẻ trộn theo công thức sau:

- Lượng xi măng: Xmẻ = X/1000 * Vmẻ

- Lượng đá: Đmẻ = Đ/1000 * Vmẻ

- Lượng cát: Cmẻ = C/1000 * Vmẻ

- Lượng nước: Nmẻ = N/1000 * Vmẻ.

Trong đó: Xmẻ, Đmẻ, Cmẻ, Nmẻ là khối lượng xi măng, đá, cát, nước và phụ gia trộn theo mẻ bằng máy. Vmẻ là thể tích mẻ trộn, lít

Bước 10: Tiến hành trộn và đúc mẫu

Tiến hành trộn hỗn hợp bê tông theo mẻ, sau đó kiểm tra lại độ sụt có đạt hay chưa nếu chưa đạt ta tiến hành hiệu chỉnh để đạt được độ sụt yêu cầu sao cho hỗn hợp bê tông không có hiện tượng tách nước phân tầng. Sau khi trộn xong ta tiến hành đúc mẫu theo kích thước khuôn ta lựa chọn.

Bước 11: Xác định cường độ mẫu đúc theo tuổi của bê tông

Xác định cường độ mẫu bê tông theo các ngày tuổi của bê tông là 3, 7, 14 và 28 ngày.

4.1.5 Tiến hành tính toán cấp phối bê tông mác 30 MPa (không phụ gia) a. Yêu cầu

 Mác bê tông yêu cầu: 30 (MPa).

 Độ sụt yêu cầu: 12 ± 2 (cm).

 Đạt 100% cường độ sau 28 ngày.

b. Vật liệu sử dụng

 Xi măng Đồng Lâm PCB40

+ Cường độ thực tế xi măng: 52,8 (N/mm2).

+ Khối lượng riêng: x = 3,1 (g/cm3).

 Cát Đại Lộc

+ Khối lượng riêng: C = 2,61 (g/cm3).

+ Khối lượng thể tích xốp: v = 1,61 (g/cm3).

+ Độ rỗng: r = 38,31 (%).

+ Modul độ lớn: Mdl = 2,60 + Độ hấp phụ cát: HC =1,45 %.

+ Lượng ngậm sỏi trong cát: NgS = 1,51 %.

+ Độ ẫm của cát: Wc = 4,7%

 Đá Hòa Nhơn.

+ Khối lượng riêng: Đ = 2,71 (g/cm3).

+ Khối lượng thể tích xốp: V = 1,46 (g/cm3).

+ Độ rỗng: r = 46,13 (%).

+ Kích thước hạt lớn nhất: Dmax = 20 (mm).

+ Độ hấp phụ đá: HĐ = 0.5 %.

+ Độ ẫm của đá: Wđ = 0,5%

c. Trình tự tính toán

Bước 1: Xác định lượng nước sơ bộ

Với độ sụt theo yêu cầu là SN = (12 ± 2) (cm), ứng với Dmax = 20 mm và Mdl = 2.60 ta dựa vào Bảng 4.8 lựa chọn lượng nước sơ bộ: N = 205 (lít).

Trong thực tế, tùy thuộc tổng hàm lượng phụ gia khác (trừ thạch cao) sử dụng để tạo thành xi măng PCB mà khi tính toán hoặc tra lượng nước sơ bộ ta cộng thêm 5-10 (lít) nước.

Cụ thể, xi măng PCB40 Đồng Lâm tổng hàm lượng phụ gia pha vào nhỏ hơn 20% nên ta cộng thêm 10 (lít) nước. Vậy lượng nước sơ bộ chọn: N = 215 (lít).

Bước 2: Xác định tỷ lệ X/N hay N/X

Mác bê tông thực tế là Ryc với hệ số an toàn là a = 1.1 ta có:

Ryc = Rbt*a = 30*1.1 = 33 (MPa).

Tỷ lệ X/N:

0.5 33 0.5 1.75

0.5*52.8

yc X

X R

N  AR    

Tỷ lệ N/X: N/X = 1/X/N = 1/1.75 = 0.571

Chọn A = 0,5 vì theo chất lượng vật liệu và phương pháp thử cường độ của xi măng PCB40 Đồng Lâm dựa trên TCVN 4032 : 1985

Bước 3: Xác định hàm lượng xi măng

Lượng dùng xi măng trong 1m3 bê tông: X = X/N*N = 1.75*215 = 376.25 (kg) Do hàm lượng X<400 kg nên ta không cần hiệu chỉnh lại lượng nước.

Bước 4: Xác định lượng cốt liệu lớn (đá) Thể tích hồ xi măng: Vh = 376.25

215 336.37

X 3.1

X  N  

 (lít).

Dựa vào modul độ lớn cát và thể tích hồ xi măng ta tra trong Bảng 4.10 xác định được hệ số dư vữa là: kd = 1.48

Lượng cốt liệu lớn trong 1m3 bê tông là:

Đ = 1, 41*1000 1195,30

46,13

*( 1) 1 *(1, 48 1) 1 100

V

r kd

  

   

(kg).

Bước 5: Xác định lượng cốt liệu nhỏ (cát) Lượng cát trong 1m3 bê tông:

376, 25 1195,30 215

[1000 ( )]* [1000 ( )]*2,61=580,85

3,1 2, 71 1

C

X D N

X D N

C        

   (kg).

Bước 6: Xác định thành phần định hướng.

 Thành phần 1: Thành phần cốt liệu trong 1m3 bê tông được tính toán như trên.

 Thành phần 2: Tăng 10% lượng xi măng, giữ nguyên lượng nước nhào trộn như thành phần 1 và lượng cát, đá tính toán tương tự như thành phần 1.

 Thành phần 3: Giảm 10% lượng xi măng, giữ nguyên lượng nước nhào trộn như thành phần 1 và lượng cát, đá tính toán tương tự như thành phần 1.

Cấp phối theo lý thuyết của ba thành phần định hướng kết quả trong Bảng 4.11 sau:

Bảng 4.11. Tỷ lệ cấp phối lý thuyết của 3 thành phần.

Tỷ lệ cấp phối theo lý thuyết

Thành phần X (kg) Đ (kg) C (kg) N (lít)

Giảm 10% XM 338,6 1204,4 603,8 215,0

Cơ sở 376,3 1195,3 580,9 215,0

Tăng 10% XM 413,9 1186,4 557,8 215,0

Bước 7: Điều chỉnh cấp phối theo độ ẩm Thành phần 1:

 Lượng đá thực tế:

𝐷𝑡𝑡 = [𝐷 ∗ (1 +𝑊𝐷− 𝐻𝐷

100 )] − (𝐶 ∗ 𝑁𝑔𝑆 100 )

= [1195,30 ∗ (1 +0.5 − 0.5

100 )] −580,9 ∗ 1.51

100 = 1186,60(𝑘𝑔)

 Lượng cát thực tế:

𝐶𝑡𝑡 = 𝐶 ∗ [1 + (𝑊𝐶− 𝐻𝐶

100 ) +𝑁𝑔𝑆

100] = 580,9 ∗ [1 + (64,7 − 1.45

100 ) +1.51 100]

= 608,50(𝑘𝑔)

 Lượng nước trộn thực tế:

W W

[( * ( ) ( * ( )]

100 100

C C D D

tt tt tt

H H

N N C   D 

= 215 − [(608,50 ∗4,7 − 1.45

100 ) + (1186,60 ∗0.5 − 0.5

100 )] = 195,20(𝑙í𝑡) Lượng cát, đá trong thành phần 2 và 3 tính tương tự như thành phần 1 ở trên. Và lượng nước trộn thực tế ở thành phần 2 và 3 giống như thành phần 1, kết quả tính toán cấp phối thực tế của ba thành phần trong Bảng 4.12 sau.

Bảng 4.12. Tỷ lệ cấp phối thực tế của 3 thành phần Tỷ lệ cấp phối thực tế

Thành phần X (kg) Đ (kg) C (kg) N (lít)

Giảm 10% XM 338,6 1195,3 632,5 195,2

Cơ sở 376,3 1186,6 608,5 195,2

Tăng 10% XM 413,9 1177,9 584,4 195,2

Bước 8: Tính lượng cốt liệu các thành phần theo mẻ trộn

Mẻ trộn trong quá trình tiến hành thí nghiệm là Vmẻ = 28 lít = 0,028 m3 Thành phần 1: Với 0.028m3 bê tông có X = 376,25*0,028 = 10,54 (kg) Đ = 1186,60*0,028 = 33,22 (kg)

C = 608,50*0,028 = 17,04 (kg) N = 195,20*0,028 = 5,47 (lít)

Tương tự tính cho thành phần 2 và 3. Vậy lượng cốt liệu theo mẻ trộn của các thành phần được tính toán và đưa ra trong bảng 4.13

Bảng 4.13. Cấp phối bê tông theo mẻ trộn của 3 thành phần

Thành phần X (kg) Đ (kg) C (kg) N (lít)

Giảm 10% XM 9,48 33,47 17,71 5,47

Cơ sở 10,54 33,22 17,04 5,47

Tăng 10% XM 11,59 32,98 16,36 5,47

Tiến hành trộn, kiểm tra độ sụt và đúc các mẫu với cấp phối như trong Bảng 4.13 để kiểm tra cường độ các mẫu có đạt hay không.