Các phụ gia Silíc siêu mịn có tác dụng tốt để tạo thành bê tông cường độ cao, cường độ tăng từ 30ữ70% so với bê tông truyền thống.
Tóm lại, để tăng cường độ của bê tông nên sử dụng tổng hợp các biện pháp trên, trong đó cần nghiên cứu sâu hơn ảnh hưởng của cấp phối cốt liệu đến cường độ của BTXM.
3.4. Chọn cấp phối bê tông
3.4.1. Khái niệm chung
Cấp phối bê tông được biểu thị bằng khối lượng của các vật liệu thành phần cần cho 1m3 bê tông hoặc dưới dạng tỉ lệ về khối lượng các vật liệu thành phần so với khối lượng xi măng.
Khi thiết kế cấp phối bê tông cần biết:
a. Cường độ chịu nén thiết kế (mác) của bê tông cũng như cường độ cần đạt được khi giao sản phẩm cho bên yêu cầu (với sản phẩm xuất xưởng về mùa hè cần đạt 70% cường độ thiết kế).
b. Điều kiện và thời gian rắn chắc của sản phẩm bê tông cho đến lúc xếp vào kho thành phẩm.
c. Yêu cầu về tính công tác của hỗn hợp bê tông (chỉ tiêu về độ lưu động hoặc độ cứng).
d. Cỡ hạt lớn nhất của cốt liệu (Dmax).
Ngoài ra cũng cần biết những yêu cầu bổ sung khác về hỗn hợp bê tông hoặc về bê tông.
Có thể xác định cấp phối bê tông theo những phương pháp khác nhau dựa trên những liên hệ cơ bản chung đối với mọi bê tông. Những liên hệ này được biểu thị dưới dạng công thức tính toán, biểu đồ, bảng cho phép xác định sơ bộ thành phần bê tông, sau đó đúc mẫu thử để xác định lại. Phương pháp tính toán kết hợp với thực nghiệm đó được sử dụng rộng rãi.
Trong trường hợp vật liệu sử dụng có tính chất không đồng nhất và không phù hợp với những điều kiện đã quy định khi sử dụng những công thức tính toán và các bảng cũng như công nghệ thành hình và điều kiện rắn chắc khác
Luận văn Thạc sỹ KHKT Chương 3 : Tổng quan về BTXM
nhiều so với bình thường thì cấp phối được xác định bằng nhiều mẻ trộn thử theo phương pháp gần đúng dần.
Bất kỳ phương pháp nào khi chọn cấp phối bê tông đều xác định hoặc tính toán lần lượt như sau:
1.Cấp phối hợp lý của từng loại cốt liệu và hỗn hợp cốt liệu (với cỡ hạt lớn nhất cho phép).
2.Lượng nước dùng cho 1m3 bê tông để đạt được yêu cầu độ lưu động hoặc độ cứng.
3.Lượng dùng xi măng cho 1m3 bê tông bảo đảm cường độ quy định ở tuổi quy định với biện pháp công nghệ thành hình sản phẩm nhất định.
4.Liều lượng cốt liệu lớn và bé hoặc từng cấp cốt liệu cho 1m3 bê tông có tính đến độ đặc chắc và khối lượng thể tích của nó.
Trong việc chọn cấp phối cốt liệu được dùng ở trạng thái khô và được gọi là cấp phối chuẩn. Trong sản xuất, cấp phối có thày đổi phụ thuộc độ ẩm của vật liệu và được gọi là cấp phối công tác.
Cần đặc biệt chú ý khi chọn cấp phối bê tông là cần chọn cho được một cấp phối hạt cốt liệu hợp lý và lượng dùng nước tốt nhất vì hai nhân tố này quyết định cơ bản tính kinh tế và kỹ thuật của cấp phối bê tông. Lượng dùng xi măng với một hoạt tính đã biết cũng tính từ lượng dùng nước trong hỗn hợp mà lượng dùng nước này phụ thuộc vào lượng nước yêu cầu của hỗn hợp và tính công tác yêu cầu.
3.4.2. chọn cấp phối hợp lý của cốt liệu
Cấp phối hạt của hỗn hợp cốt liệu được xác định bởi cấp phối hạt của từng loại cốt liệu (lớn và bé) và tỉ lệ phối hợp giữa chúng. Một cấp phối hỗn lý tưởng cần có đồng thời thể tích rỗng bé nhất và tổng tỉ diện bé nhất. Nhưng khó có thể đạt được một cấp phối như vậy vì để giảm thể tích rỗng giữa các hạt cần có một số lượng khá lớn hạt mịn như vậy sẽ tăng tổng tỉ diện của hỗn hợp cốt liệu. Cùng với việc tăng hàm lượng cát hay giảm độ lớn cỡ hạt, lượng cần nước của hỗn hợp tăng đáng kể. Với mỗi một hỗn hợp bê tông có một hàm lượng cát tối ưu và cấp phối được chọn chỉ cho phép lệch khỏi giá trị tối ưu naỳ một phạm vi bé. Với giá trị của hàm lượng nước tối ưu này tính công tác yêu cầu của hỗn hợp bê tông, độ đặc chắc và cường độ bê tông đạt được với lượng dùng xi măng và nước trong hỗn hợp bê tông bé nhất hoặc khi lượng dùng nước không đổi thì sẽ đạt được độ lưu động tốt nhất. Hàm lượng cát cần thiết trong hỗn hợp cốt liệu này phụ thuộc vào độ rỗng của cốt liệu
Luận văn Thạc sỹ KHKT Chương 3 : Tổng quan về BTXM
Hàm lượng cát tối ưu trong hỗn hợp cốt liệu được xác định qua những mẻ trộn thử với những điều kiện cụ thể.
Một hỗn hợp cốt liệu có cấp phối tốt có thể đạt được bằng cách phối hợp các cỡ hạt khác nhau theo một tỉ lệ hợp lý. Có hai loại cấp phối cốt liệu, cấp phối liên tục và cấp phối gián đoạn.
Một hỗn hợp cốt liệu có cấp phối liên tục trong đó có đủ các cấp hạt liền nhau. Một hỗn hợp như vậy phần rỗng giữa các hạt cốt liệu lớn hơn khó có thể được lấp đầy bởi các hạt có kích thước bé hơn thuộc cấp liền nó, dẫn đến hiện tượng giãn cách khá lớn giữa các hạt cốt liệu.
Hàm lượng các hạt trong một cấp phối liên tục có thể xác định theo các phương trình sau:
- Phương trình Fuller : Yi = 100 (di / D)0,5
- Phương trình Bôlômây : Yi = A + (100 - A) (di / D)0,5
Trong đó : di là cỡ hạt mắt sàng i (mm);
D là cỡ hạt lớn nhất của cốt liệu (mm); A là hệ số đặc trưng chất lượng cốt liệu A = 10 ữ 15%;
Yi là lượng lọt sàng có mắt sàng di (%)
Thực tế cho thấy, phần rỗng giữa các hạt ở cấp lớn hơn chỉ có thể lấp kín tốt nhất bởi cấp hạt có đường kính bé hơn trong phạm vi 6 ữ 8 lần (với cuội sỏi ) và từ 8 ữ 10 lần ( với dăm ). Việc sử dụng cấp phối gián đoạn sẽ dẫn đến việc loại bỏ một khối lượng lớn cốt liệu ở những cấp trung gian sàng lọc từ hỗn hợp cốt liệu ở trong tự nhiên ( sỏi ) hoặc từ hỗn hợp do đập đá thiên nhiên ra và như vậy chi phí về vật liệu sẽ rất lớn mà yêu cầu về mặt kinh tế không cho phép.
Vì vậy, nên sử dụng hỗn hợp cốt liệu có cấp phối nửa gián đoạn là hợp lý của cốt liệu lớn, bé trong đó thiếu một đến hai cấp trung gian và phối hợp theo một tỉ lệ thích hợp.
Phương pháp đúng đắn nhất để chọn một tỉ lệ hợp lý các cấp hạt của hỗn hợp cốt liệu là trộn trực tiếp các cấp hạt theo những tỉ lệ thay đổi. Hỗn hợp nào có độ đặc chắc lớn nhất hay có khối lượng thể tích khô lớn nhất với cùng mức độ đầm chặt là hỗn hợp tốt nhất.
Luận văn Thạc sỹ KHKT Chương 3 : Tổng quan về BTXM
- Cốt liệu( nhỏ và lớn ) chiếm một khối lượng và thể tích lớn trong hỗn hợp bê tông( thường chiếm 80 - 85%).
- Cỡ hạt, cấp phối hạt, tính chất bề mặt hạt và những đặc trưng chất lượng khác của chúng có ảnh hưởng lớn đến tính chất của hỗn hợp bê tông.Nếu thay đổi cỡ hạt và cấp phối hạt của hỗn hợp cốt liệu thì tổng diện tích mặt ngoài của cốt liệu sẽ biến đổi trong phạm vi đáng kể và nếu một lượng nước nhào trộn không đổi, tính lưu động của hỗn hợp bê tông thay đổi rõ rệt. Hình dạng hạt, tính chất bề mặt hạt, tính hút nước của cốt liệu đều ảnh hưởng đến tính lưu động của hỗn hợp bê tông. Hỗn hợp bê tông từ sỏi cuội có hình dáng hạt tròn, bề mặt nhẵn, với cùng một lượng nước nhào trộn sẽ có tính lưu động lớn hơn hỗn hợp bê tông đá dăm có nhiều hạt dẹt, bề mặt nhám ráp, hoặc để đạt cùng mứu độ lưu động có thể giảm lượng nước nhào trộn từ 5 - 15% đối với cuội sỏi.
- Hàm lượng cát trong hỗn hợp cốt liệu (mức ngậm cát) ảnh hưởng lớn đến tính chất của hỗn hợp bê tông. Hỗn hợp bê tông có một hàm lượng cát tối ưu đảm bảo cho bê tông đạt được yêu cầu tính công tác, độ đặc chắc và cường độ với lượng dùng xi măng và nước bé nhất, hoặc với lượng dùng nước nhào trộn không đổi, hỗn hợp bê tông có hàm lượng cát tối ưu sẽ đạt tính lưu động tốt nhất.
- 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 cốt liệu khá cao, thường vượt quá cường độ yêu cầu của bê tông và khi đó năng lực kết dính 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 đặc tính sau đây của cốt liệu đá thiên nhiên: Hình dạng hạt, đặc tính cấu tạo của đá gốc, trạng thái bề mặt, lượng tạp chất sét, bụi làm giảm 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 lượng cốt liệu lớn trong bê tông tạo khả năng tiếp xúc nhiều hơn giữa hạt cốt liệu lớn và với các điều kiện khác không thay đổi, cường độ bê tông có thể tăng từ 15 - 20% so với khi có hàm lượng cốt liệu ít hơn.
- Sự suy giảm của Cường độ bê tông chính là sự suy giảm cường độ tiếp xúc giữa cốt liệu và lớp vữa. Sự tiếp xúc của cốt liệu được đặc trưng bởi mô
Luận văn Thạc sỹ KHKT Chương 3 : Tổng quan về BTXM
diện tích tiếp xúc bề mặt của cốt liệu) Độ cứng GF không phải là một thành phần của cường độ R của bê tông song nó đóng vai trò quan trọng để huy động đến mức tối đa khả năng của cốt liệu và tập hợp vữa để hình thành cường độ R. Nếu GF có giá trị max thì sẽ có R max
- Như vậy cấp phối cốt liệu có ảnh hưởng đến cường độ của BTXM nhưng Cường độ của đá xi măng và cường độ vùng tiếp xúc mới đóng vai trò quyết định đến Cường độ bê tông.
Luận án thạc sỹ KHKT chương 4: nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của thành phần cấp phối đến cường độ của BTXM
Chương 4
Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của thành phần cấp phối cốt liệu đến cường độ của btxm
4.I.Mở đầu
Như đã nghiên cứu ở các chương trước thì rõ ràng rằng đường kính hạt Dmax, thành phần cấp phối, tính chất và hình dạng cũng như tỉ lệ phối hợp giữa côt liệu to và nhỏ đều ảnh hưởng đến cường độ của bê tông xi măng.
Khi nghiên cứu tông quan lý thuyết về cấp phối, nhiều tác giả đã đưa ra lý thuyết cấp phối liên tục tối ưu, như đường cong cấp phối lý tưởng của Furller, phương trình đường cấp phối liên tục Bo- Krăm, hay Lý thuyết cấp phối tốt nhất của B.B. Okhônina và N.N. Ivanov ( Liên Xô ). Nhưng trong thực tế khó có thể đạt được một cấp phối như vậy. Cấp phối sử dụng phổ biến ở Việt Nam hiện nay là cấp phối đá 1x2 hoặc 2x4.Đây là cấp phối gián đoạn mà không thoả mãn yêu cầu như trong tính toán lý thuyết nhưng vẫn đạt các yêu cầu vể cường độ, độ chống thấm...Chính vì vậy mà khả năng mở rộng các quy định vể cấp phối hay các tính chất của nó trong quy trình quy phạm là hoàn toàn khả thi và thiết thực.
4.2. Mục đích và phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu này nhằm giúp cho người sử dụng có cái nhìn tổng quan và đầy đủ nhất về ảnh hưởng của cấp phối cốt liệu đến cường độ của bê tông xi măng, từ đó đưa ra nhận xét, kiến nghị sử dụng mang ý nghĩa thực tiễn.
Phương pháp nghiên cứu:
Việc thiết kế thành phần bê tông chủ yếu được tiến hành bằng cách phối hợp tính toán lý thuyết kết hợp với thực nghiệm.ở đây, trước tiên tác giả sử dụng phương pháp tính toán của Bôlômây- Xkrămtaep để thiết kế thành phần bê tông cho các cấp phối đá1x2, cấp phối đá 2x4, cấp phối hỗn hợp gồm đá 2x4 và đá1x2 , sau đó đúc mẫu thí nghiệm để xác định cường độ của BTXM. Bước tiếp theo, tác giả dựa trên lý thuyết về thể tích tuyệt đối, thay đổi hàm lượng cốt liệu, tính toán ra thành phần hỗn hợp bê tông và cũng đúc mẫu thí nghiệm để xác định ảnh hưởng của hàm lượng côt liệu đến cường độ của BTXM. Ngoài ra để nghiên cứu ảnh hưởng đầy đủ của cốt liệu đến cường độ của BTXM, tác giả còn nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng thoi dẹt và sử dụng cả cấp phối đá dăm (base) để làm thí nghiệm.
Luận án thạc sỹ KHKT chương 4: nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của thành phần cấp phối đến cường độ của BTXM
- Lựa chọn vật liệu đầu vào - Xác định tỷ lệ sử dụng
- Thí nghiệm và đưa ra kết luận.
Việc thiết kế thành phần bê tông được thực hiện thông qua mối liên hệ ảnh hưởng của các loại và lượng dùng của các loại vật liệu, xác định tỷ lệ giữa chúng từ đó đưa ra một cấp phối hợp lý đạt được các chỉ tiêu kỹ thuật của hỗn hợp bê tông, đồng thời đảm bảo tính kinh tế của sản phẩm.
Thiết kế thành phần bê tông cần đảm bảo các yêu cầu sau:
1. yêu cầu về bê tông:
- Mác( theo cường độ nén), tuổi cần đạt, mẫu chuẩn( trụ hoặc lập phương ). - Các tính năng khác: cường độ uốn, độ chống thấm, chống mài mòn, chống co ...
2. Yêu cầu về điều kiện thi công:
- Tên( hoặc dạng ) kết cấu, kích thước, mật độ cốt thép.
- Thời gian thi công( vận chuyển, đổ đầm ) 1 mẻ trộn, nhiệt độ môi trường. - Các yêu cầu công nghệ khác: vận chuyển bằng bơm, dỡ ván khuôn sớm..
3. Yêu vật liệu chế tạo:
- Xi măng: loại, cường độ thực tế, phương pháp thí nghiệm cường độ, thời gian ninh kết, độ mịn, lượng nước tiêu chuẩn, độ ổn định thể tích....
- Đá(sỏi ): loại, khối lượng riêng, khối lượng thể tích xốp( đổ đống ), đường kính hạt lớn nhất, độ hỗng giữa các hạt, thành phần hạt, cường độ nén dập trong xi lanh, hàm lượng hạt thoi dẹt, hàm lượng bụi sét bẩn, độ ẩm....
- Cát: loại, khối lượng riêng, khối lượng thể tích, mô đun độ lớn, độ rỗng, độ ẩm, thành phần hạt, lượng nước tiêu chuẩn, hàm lượng bụi sét...
- Phụ gia khoáng mịn: loại, khối lượng riêng, khối lượng thể tích, độ mịn ... - Phụ gia hoá học: loại, khả năng giảm nước, khả năng làm chậm ninh kết, hàm lượng sử dụng ....
- Nước: lượng dùng nước phải được điều chỉnh chính xác theo độ ẩm thực tế của cốt liệu.
4. xác định thành phần sơ bộ của cấp phối bê tông theo thiết kế. Đảm bảo độ chính xác việc định lượng nguyên vật liệu, ± 1% với xi măng và ± 2% với cốt liệu. Để đánh giá đầy đủ ảnh hưởng của cốt liệu đến cường độ của bê tông xi măng, tác giả tiến hành nghiên cứu thực nghiệm như sau:
Luận án thạc sỹ KHKT chương 4: nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của thành phần cấp phối đến cường độ của BTXM Thiết kế thành phần bê tông mác 250 và 300 # cho các loại cấp phối sau:
a. Để nghiên cứu ảnh hưởng của đường kính hạt,thành phần cấp phối tác giả tiến hành thiết kế cấp phối bê tông theo lý thuyết cấp phối liên tục của Bo- Xkrămtaep, sau đó đúc mẫu thí nghiệm để xác định cường độ chịu nén và chịu uốn của BTXM. Cụ thể tiến hành với các cấp phối sau:
- Cấp phối đá 1x2 - Cấp phối đá 2x4
- Cấp phối gồm các loại 2x4; 1x2;
b. Để đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ phối hợp giữa các thành phần hạt, tác giả tiến hành thí nghiệm với cấp phối đá 2x4 bằng cách giữ nguyên lượng xi măng và nước tính được từ phường pháp thiết kế của Bo- Xkrămtaep, sau đó