4.1. Mục đích và căn cứ thiết kế.
Khi sử dụng bê tông phải tiến hành thiết kế thành phần, tức là xác định liều lợng các loại vật liệu dùng sản xuất bê tông.
Muốn thiết kế thành phần của bê tông phải dựa vào yêu cầu của công trình đối với bê tông, tính chất của vật liệu, phơng pháp thi công v.v... nghĩa là phải biết đợc các vấn đề sau đây:
- Mác bê tông yêu cầu.
- Mác xi măng thực tế đem sử dụng
- Tính chất của vật liệu cát đá, xi măng (khối lợng riêng, khối lợng thể tích, kích cỡ thành phần hạt, độ sạch v.v...)
- Độ dẻo yêu cầu của bê tông (liên quan đến biện pháp, kỹ thuật thi công).
Việc thiết kế thành phần bê tông đợc kết hợp cả tính toán và thực nghiệm. Hàm lợng nớc lấy căn cứ vào độ sụt. Hàm lợng xi măng lấy căn cứ vào mác xi măng và cờng độ bê tông. Hàm lợng cát đá tính theo phơng pháp thể tích tuyệt đối, nghĩa là tổng thể tích của các thành phần là 1 đơn vị. Việc thiết kế thành phần bê tông đợc thực hiện theo trình tự sau:
- Xác định lợng nớc sử dụng cho 1 m3 bê tông. - Xác định tỷ lệ N/X và hàm lợng XM.
- Xác định thể tích và khối lợng cốt liệu thô. - Xác định thể tích cát và khối lợng cát.
4.2. Các phơng pháp thiết kế.
Có nhiều phơng pháp thiết kế thành phần bê tông: Hai phơng pháp sau đang đợc áp dụng ở nớc ta.
Phơng pháp của Liên Xô cũ.
Theo phơng pháp này có các bớc sau:
- Xác định khối lợng nớc dùng cho 1m3 bê tông. Lợng nớc đợc dùng căn cứ vào độ dẻo của bê tông, kích cỡ đá, loại đá, độ hút nớc của cát. Xác định lợng nớc bằng cách tra bảng.
- Xác định tỷ lệ xi măng - nớc (X/N). Tỷ lệ X/N phụ thuộc vào mác xi măng và mác bê tông.
Với bê tông mác < 400 tính X/N theo công thức:
X RB
--- = --- + 0,5
N A RX
Với bê tông mác > 400 tính X/N theo công thức:
X RB
--- = --- - 0,5
N A1 RX
RB: Mác bê tông yêu cầu (mác thiết kế); RX: Cờng độ xi măng thực tế A, A1: Hệ số phụ thuộc vào chất lợng cốt liệu lấy theo bảng sau: Chất lợng cốt liệu A A1 Tốt Trung bình Kém 0.5 0.45 0.40 0.33 0.30 0.27 - Tính lợng xi măng cho 1m3 bê tông:
Xác định theo tỷ lệ X/N vừa đợc tính và lợng nớc đã chọn N.
X
X = N --- ; (kg)
N
- Tính khối lợng đá dăm, cát theo công thức: 1000 Đ = --- γĐ - γXĐ 1 --- x K + --- γĐγXĐ γĐ X Đ C = [ 1000 - ( --- + N + --- )] x γrc γrc γĐ
Đ, C: Khối lợng đá, cát trong 1m3 bê tông. γRX , γrc : Khối lợng riêng của xi măng, cát.
γĐ,γXĐ: Khối lợng thể tích đặc, và khối lợng thể tích xốp của đá dăm.
K: Hệ số điều chỉnh lợng vữa (còn gọi là hệ số lấp đầy) lấy theo giá trị nêu ở bảng dới:
Đặc điểm của bê tông Lợng xi măng Hệ số điều chỉnh K
Đá dăm Đá sỏi
Bê tông dẻo Bê tông dẻo Bê tông dẻo Bê tông dẻo Bê tông dẻo Bê tông khô
200 250 300 350 400 bất kỳ 1.25 1.30 1.35 1.43 1.48 1.05 1.3 1.37 1.42 1.50 1.57 1.07 - Đúc mẫu kiểm nghiệm
Để có số liệu thiết kế tin cậy và sử dụng hợp lý xi măng, sau thiết kế cần tiến hành đúc mẫu để kiểm nghiệm. Việc đúc mẫu thực hiện với 6 tổ mẫu với 3 tỷ lệ xi măng khác nhau.
- 1 tổ mẫu theo lợng xi măng đã tính - 1 tổ mẫu lợng xi măng nhiều hơn 10% - 1 tổ mẫu lợng xi măng ít hơn 10%
Lúc thay đổi hàm lợng xi măng vẫn giữ nguyên lợng nớc do đó tỷ lệ X/N thay đổi nên cần tính toán lại lợng cát đá.
Mỗi tỷ lệ xi măng có 2 tổ mẫu, mỗi tổ mẫu 3 viên.
Mẫu đúc xong đem bảo dỡng trong môi trờng ẩm tiêu chuẩn. Sau 7 ngày, mỗi tổ mẫu lấy 3 viên đem thí nghiệm. Nếu cờng độ sau 7 ngày đạt từ 75 - 80% thì có khả năng đạt yêu cầu, ba viên còn lại đợi đủ 28 ngày đem thí nghiệm. Nếu thấy kết quả quá thấp thì tăng thêm lợng xi măng, tính toán lại lợng cát đá, đúc mẫu để thí nghiệm tiếp.
Chú ý: Khi đúc mẫu cần kiểm tra độ dẻo, nếu thấy độ dẻo không phù hợp thì điều chỉnh lợng nớc và xi măng nhng vẫn giữ nguyên tỷ lệ X/N.
b.Phơng pháp của Mỹ.
Theo phơng pháp này về trình tự và nội dung thiết kế cũng thực hiện tơng tự nh ph- ơng pháp của Liên Xô cũ. Các căn cứ để tính cũng tơng tự. Nhng để đơn giản cho việc tính toán đã lập sẵn bảng tính sẵn. Từ đó xác định đợc thông số cần thiết.
.5. Các phơng pháp thí nghiệm tính chất của bê tông.
5.1. Độ dẻo của hỗn hợp bê tông.
a. Khái niệm:
Độ dẻo của bê tông đặc trung cho tính lu động của bê tông trong thi công và đợc biểu thị bằng độ sụt của bê tông trong khuôn tiêu chuẩn và đợc tính bằng cm.
Trong thi công phải thờng xuyên kiểm tra độ dẻo để có sự điều chỉnh kịp thời lợng nớc và xi măng nhằm đảm bảo cho bê tông đạt yêu cầu về chất lợng.
b. Dụng cụ:
- ống côn tiêu chuẩn dạng hình chóp cụt. Có chiều cao 300mm. Đờng kính trong đáy trên 100mm, đáy dới 200mm (dùng cho loại cốt liệu nhỏ hơn 700mm).
- Chày đầm (thành sắt φ16mm dài 60cm, tròn đầu) - Xẻng xúc, khay đựng...
c. Cách tiến hành:
- Mẫu bê tông đã trộn xong lấy cho vào khay, trộn lại cho đều. - Đặt côn đã lau sạch lên sàn cứng phẳng.
Xúc bê tông đổ vào côn, chia thành 3 lớp, mỗi lớp dầu bằng 1/3 chiều cao côn. Đổ xong mỗi lớp dùng que sắt để đầm 25 lần đều khắp bề mặt. Lớp đầu chọc sâu tới đáy, lớp sau chọc sâu xuống lớp dới 2 ữ 3cm.
- Đầm xong lớp thứ 3 dùng bàn xoa san bằng mặt ngang với thành côn.
- Nhắc ống côn ra theo phơng thẳng đứng. Đặt ống côn bên cạnh. Đặc một thớc cứng thẳng ngang lên đáy trên của côn. Dùng thớc thép đo khoảng cách từ thớc nằm ngang đến đỉnh của khối bê tông. Đó là trị số độ sụt.
5.2. Cờng độ chịu nén của bê tông.
a. Khái niệm và định nghĩa:
Cờng độ chịu nén của bê tông là khả năng chống lại lực nén của bê tông, đợc biểu thị bằng tỷ số giữa lực nén vỡ mẫu với diện tích mặt chịu nén.
Để xác định cờng độ chịu nén phải tạo mẫu thí nghiệm theo dạng hình lập phơng hoặc hình trụ theo kích thớc quy định và bảo dỡng mẫu trong môi trờng ẩm đủ thời gian. Sau đó đem nén mẫu cho tới khi vỡ. Lực nén mẫu theo phơng thẳng góc với mặt chịu nén.
Kích thớc mẫu thí nghiệm phải thoả mãn điều kiện: Kích thớc nhỏ nhất của mẫu phải lớn hơn đờng kính cỡ hạt lớn nhất ít nhất 3 lần.
Mẫu thí nghiệm có thể là khối lập phơng hoặc hình trụ với kích thớc nh sau: - Mẫu lập phơng 10 x 10 x 10 cm 15 x 15 x 15 cm 20 x 20 x 20 cm - Mẫu hình trụ: φ = 10 cm H = 20 cm φ = 15 cm H = 30 cm φ = 20 cm H = 40 cm (Chiều cao gấp đôi đờng kính mẫu)
Quy ớc lấy mẫu lập phơng 15 x 15 x 15 cm làm mẫu chuẩn. Nếu mẫu có kích thớc khác thì kết quả thí nghiệm phải quy đổi về mẫu chuẩn.
b. Dụng cụ: - Khuôn đúc mẫu
- Các dụng cụ để tạo mẫu (khay tròn, bay, que đầm) - Máy nén thuỷ lực 100 ữ 200 tấn.
c. Cách làm:
- Đúc mẫu thí nghiệm. Lấy mẫu bê tông đã đợc trộn đều (lấy ở giữa thùng trộn hoặc giữa mẻ bê tông vừa chuyển đến) đổ vào khuôn đã chuẩn bị trớc (khuôn đúc mẫu phải sạch, không xộc xệch. Chia làm 2 lớp (hoặc 3 lớp) bằng nhau.
- Dùng máy đầm hoặc đầm tay để đầm bê tông. Yêu cầu chung của việc đầm bê tông là phải đều khắp trên toàn bộ diện tích và chiều sâu. Khi đầm bằng tay số lần đầm quy định là 1 chày cho 10 cm2 bề mặt, chọc đều từ xung quanh vào giữa. Lớp đầu chọc sâu tới đáy. Lớp sau chọc sâu xuống lớp dới 2 ữ 3 cm. Không để xẩy ra hiện tợng phân tầng,
không kéo dài thời gian đúc mẫu. Số lần đầm tay và thời gian rung phải theo đúng quy định.
- San phẳng bề mặt, đem bảo dỡng mẫu cả khuôn trong môi trờng ẩm có nhiệt độ 27 ± 20C yên tĩnh trong thời gian ít nhất 20 giờ. (Nếu bê tông mác thấp thì thời gian gấp đôi).
- Sau thời gian bảo dỡng sơ bộ, tháo mẫu khỏi khuôn, đem mẫu bảo dỡng tiếp cho đủ số ngày (28 ngày).
- Mẫu thử đã bảo dỡng đủ thời gian đợc đem thí nghiệm trên máy nén 1 trục. Đặt từng viên mẫu lên máy. Nén mẫu với tốc độ gia tải 6 daN/cm2 giây, cho đến khi mẫu phá hoại.
- Tính cờng độ chịu nén của mẫu bê tông theo công thức: P
Rn = K. --- , daNcm2 F
Rn: Cờng độ chịu nén của bê tông đã quy về mẫu chuẩn P: Lực nén vỡ mẫu, daN.
F: Diện tích mặt chịu nén, cm2
K: Hệ số chuyển đổi nếu kích thớc khác kích thớc mẫu chuẩn. Có giá trị nh bảng sau:
Mẫu lập phơng Hệ số K Mẫu hình trụ Hệ số K 10 x 10 x 10 cm 15 x 15 x 15 cm 20 x 20 x 20 cm 0.91 1.00 1.05 10 x 20 cm 15 x 30 cm 20 x 40 cm 1.17 1.20 1.24
Với mẫu hình trụ nếu vì lý do nào đó chiều cao mẫu không gấp đôi đờng kính thì kết quả cuối cùng phải hiệu chỉnh lại. Hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào tỷ lệ chiều cao trên đờng kính (tỷ lệ H/D) nh sau: T Tỷ lệ H/D 1 1.9 1 1.8 1 1.7 1 1.6 1 1.5 1 1.4 1 1.3 1 1.2 1 1.1 1 1.0 Hệ số hiệu chỉnh 0 0,99 0 0,98 0 0,97 0 0,95 0 0,94 0 0,93 0 0,92 0 0,91 0 0,90 0 0,89
Kết quả cuối cùng lấy theo giá trị trung bình của 3 viên, khi giá trị của các viên không chênh lệch quá 15% so với giá trị trung bình. Nếu có mẫu nào lệch quá 15% thì bỏ viên mẫu đó. Lấy kết quả theo giá trị trung bình của 2 mẫu còn lại.
5.3. Cờng độ chịu kéo khi uốn của bê tông.
a. Định nghĩa:
Mẫu bê tông có kết cấu kiểu dầm khi chịu tác dụng của mô men uốn thì trong bê tông phát sinh lực kéo. Cờng độ kéo uốn của bê tông là khả năng chống lại lực khi thí nghiệm uốn mẫu dạng kiểu dầm.
Mẫu thí nghiệm cờng độ kéo uốn có dạng dầm với kích thớc 15 x 15 x 60 cm. Cũng có khi kích thớc mẫu là 10 x 10 x 40 cm hoặc 20 x 20 x 80 cm.
Mẫu 15 x 15 x 60 cm đợc chọn làm mẫu chuẩn. Nếu mẫu có kích thớc khác mẫu chuẩn thì kết quả cuối cùng phải đợc hiệu chỉnh lại.
c. Dụng cụ:
- Bộ khuôn để đúc mẫu
- Các dụng cụ để trộn tạo mẫu (khay trộn, bay, thanh đầm, máy đầm rung...) - Thớc thép đo kích thớc mẫu
- Máy nén có đồng hồ đo lực d. Cách tiến hành:
- Việc tạo mẫu uốn cũng thực hiện tơng tự nh khi tạo mẫu nén.
- Sau khi mẫu thử đủ tuổi bảo dỡng đem ra thí nghiệm trên máy nén, mẫu tựa trên 2 gối. Điểm đặt lực theo quy định sau:
Kích thớc mẫu (cm) Khoảng cách 2 gối đỡ Khoảng cách 2 điểm đặt lực Hệ số chuyển đổi về mẫu chuẩn K 20 x 20 x 80 15 x 15 x 15 10 x 10 x 10 60 45 30 20 15 10 0.95 1.00 1.05
- Cho máy hoạt động tác dụng lực uốn lên mẫu. Lực uốn mẫu tác dụng làm dầm phụ. Tốc độ gia tải vào khoảng 0,2 ữ 0,5 daN/cm2 giây cho đến khi mẫu phá hoại. Ghi lấy giá trị lực phá hoại. Xác định vị trí dầm bị gãy.
- Tính toán cờng độ kéo uốn theo công thức khi mặt uốn gãy nằm trong phạm vi 2 điểm đặt lực.
P.l
RKU = k . --- daN/cm2 a3
Hình 18. Sơ đồ thí nghiệm kéo
uốn mẫu bê tông.
RKU: Cờng độ kéo uốn quy về mẫu chuẩn daN/cm2. P: Lực tác dụng uốn gãy mẫu (daN)
l: Khảng cách 2 gối đỡ (cm)
a: Cạnh ngang của mặt cắt uốn gãy. k: Hệ số chuyển đổi về mẫu chuẩn.
* Nếu mặt gãy nằm ngoài 2 điểm đặt lực nhng khoảng cách từ mặt gãy đến điểm đặt lực gần nhất không lớn hơn 5% khoảng cách giữa 2 điểm đặt lực thì cờng độ kéo uốn tính theo công thức:
3P . X
RKU = --- ; daN/cm2 a3
Trong đó X là khoảng cách từ mặt gãy đến gối tựa gần nhất (cm).
* Nếu mặt gãy nằm ngoài quá xa điểm đặt lực - Khoảng cách từ mặt gãy đến điểm đặt lực gần nhất lớn hơn 5% khoảng cách 2 điểm đặt lực thì không sử dụng kết quả mẫu thử này.
Ghi chú: Nếu lực tác dụng không thông qua 2 gối phụ mà đặt trực tiếp lên mẫu ở chính giữa khoảng cách 2 gối và mặt gãy trung với vị trí đặt lực thì cờng độ kéo uốn tính theo công thức: 3 P. l RKU = --- . --- β 2 a3 Các hệ số tơng tự nh trên. β: Hệ số hiệu chỉnh lấy bằng 0.80
Cách xử lý kết quả cũng tơng tự nh khi thí nghiệm nén.
III. Các chỉ tiêu cơ lý của gạch xây