V. DỰ KIẾN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
3.3.1. Khảo sỏt thiết kế thành phần bờ tụng cường độ cao
Phương phỏp xỏc định thành phần bờ tụng cường độ cao chặt chẽ hơn so với phương phỏp xỏc định cấp phối cho hỗn hợp bờ tụng thụng thường. Đặc biệt chỳ ý đến việc lựa chọn phụ gia khoỏng, phụ gia húa học, xỏc định tỷ lệ N/CKD hợp lý. Trong quỏ trỡnh thiết kế, cần cú nhiều mẻ trộn thử để cú được những số liệu cần thiết cho phộp người nghiờn cứu xỏc định cỏc tỷ lệ tối ưu. Phương phỏp chung để thiết kế thành phần bờ tụng cường độ cao là phương phỏp lý thuyết kết hợp với thực nghiệm trờn cơ sở lý thuyết về thể tớch tuyệt đối và cường độ yờu cầu. Ở đõy, đề tài đó chọn phương phỏp thiết kế theo bỏo cỏo của Viện bờ tụng Hoa Kỳ (ACI 211.4R- 08) theo cỏc bước sau:
Bước 1:Xỏc định cỏc yờu cầu của hỗn hợp bờ tụng và bờ tụng gồm cú:
- Cường độ nộn;
- Độ sụt yờu cầu;
- Điều kiện làm việc của kết cấu: Tiếp xỳc với tỏc nhõn ăn mũn clorua, húa
chất, chịu mài mũn,...
Bước 2: Lựa chọn kớch thước lớn nhất của cốt liệu - Phụ thuộc vào cường độ yờu cầu, kớch thước danh nghĩa lớn nhất của cốt liệu thụ được đưa ra trong bảng 3.4.
Bảng 3.4 - Cỡ hạt lớn nhất đề xuất của cốt liệu thụ
Cường độ bờ tụng yờu cầu, MPa Cỡ hạt lớn nhất đề xuất của cốt liệu thụ, mm
< 62 19mm đến 25,4mm
> 62 9,5mm đến 13mm
Ngoài ra theo ACI 318, kớch thước lớn nhất của cốt liệu khụng lờn vượt quỏ 1/5 khoảng cỏch hẹp nhất giữa cỏc bờn của kết cấu, 1/3 chiều dày của sàn hoặc cấu kiện bờ tụng, cũng khụng được vượt quỏ ắ khoảng khụng giữa cỏc thanh cốt thộp, bao bọc cỏc thanh, hoặc sợi ứng suất trước, hoặc cỏc ống.
Bước 3: Lựa chọn hàm lượng cốt liệu thụ tối ưu:
Hàm lượng cốt liệu thụ đó khuyến cỏo được thể hiện qua thể tớch chiếm chỗ, được nờu trong bảng 3.4 tương ứng với kớch thước lớn nhất danh nghĩa của cốt liệu lớn. Giỏ trị được đưa ra trong bảng 3.5 được khuyến cỏo sử dụng với cốt liệu mịn cú mụđul độ lớn từ 2.5 đến 3.2.
Bảng 3.5: Thể tớch đề nghị của cốt liệu thụ trờn một đơn vị thể tớch bờ tụng
Lượng cốt liệu lớn tối ưu ứng với Dmax danh nghĩa của cốt liệu lớn được sử dụng với cốt liệu mịn cú mụđun độ lớn từ 2.5 đến 3.2
Dmax danh nghĩa, mm 9,5 13 19 25,4
Thể tớch*cốt liệu thụ khụ trọc chặt 0,65 0,68 0,72 0,75
* Giỏ trị thể tớch cốt liệu thụ này phụ thuộc vào trạng thỏi khụ trọc chặt của vật liệu và được diễn tả trong ASTM C29/C29M cho đơn vị khối lượng hoặc mật độ thể tớch của vật liệu.
Bước 4:Ước lượng hàm lượng nước nhào trộn và hàm lượng bọt khớ.
Lượng nước trờn một đơn vị thể tớch bờ tụng yờu cầu để đảm bảo tạo ra được độ sụt đó xỏc định, nú phụ thuộc vào nhiều yếu tố, gồm cú kớch thước lớn nhất, hỡnh dạng hạt, thành phần hạt của cốt liệu, lượng dựng xi măng, hàm lượng tro bay và loại phụ gia húa học sử dụng. Nếu sử dụng phụ gia siờu dẻo, thỡ lượng nước trong hỗn hợp này được tớnh toỏn cho mỗi tỷ lệ N/XM. Bảng 3.6 đưa ra sự ước lượng lượng nước nhào trộn yờu cầu cho bờ tụng cường độ cao chế tạo từ cốt liệu lớn với Dmax = 3/8 đến 1 inch trước khi thờm bất kỳ phụ gia húa học nào:
Bảng 3.6: Lượng dựng nước sơ bộ và hàm lượng khớ của hỗn hợp bờ tụng sử dụng
cốt liệu nhỏ cú độ rỗng là 35%.
Độ sụt, cm
Lượng nước nhào trộn, kg/m3
Dmaxcủa cốt liệu lớn, mm
9,5 13 19 25,4
2,5 đến 5,08 183 174 168 165
5,08 đến 7,62 189 183 174 171
7,62 đến 10,16 195 189 180 177
Tương ứng với trường hợp cấp phối sử dụng phụ gia siờu dẻo(1 lb/yd3 = 0.593 kg/m3
Nếu độ rỗng của cỏt khỏc 35% thỡ lượng nước được hiệu chỉnh thờm một lượng xỏc định theo cụng thức sau: N = ( rc – 35) 8 (lb/yd3).
Bước 5: Xỏc định tỷ lệ N/CKD:
Tỷ lệ N/CKD được tớnh toỏn bằng cỏch chia khối lượng của lượng nước nhào trộn trờn khối lượng kết hợp của xi măng và tro bay (CKD).
Trong Bảng 3.6, tỷ lệ N/CKD lớn nhất khuyến cỏo được đưa ra tương ứng với kớch thước lớn nhất của cốt liệu để đạt được cường độ chịu nộn khỏc nhau ở tuổi 28 hay 56 ngày. Việc sử dụng phụ gia siờu dẻo thường làm tăng cường độ chịu nộn của bờ tụng. Giỏ trị tỷ lệ N/CKD trong bảng 3.7 sử dụng cho chế tạo bờ tụng cú và khụng cú phụ gia siờu dẻo.
Bảng 3.7: Tỷ lệ N/XM lớn nhất khuyến cỏo cho bờ tụng cường độ cao
Cường độ chịu nộn trung bỡnh yờu cầu,
MPa
N/XM
Kớch thước lớn nhất của cốt liệu,
9,5 13 19 25,4 Cú PGSD Khụng cú PGSD Cú PGSD Khụng cú PGSD Cú PGSD Khụng cú PGSD Cú PGSD Khụng cú PGSD 48 28- ngày 0,50 0,42 0,48 0,41 0,45 0,40 0,43 0,39 56- ngày 0,55 0,46 0,52 0,45 0,48 0,44 0,46 0,43 55 28- ngày 0,44 0,35 0,42 0,34 0,40 0,33 0,38 0,33 56- ngày 0,48 0,38 0,45 0,37 0,42 0,36 0,40 0,35 62 28- ngày 0,38 0,30 0,36 0,29 0,35 0,29 0,34 0,28
Cường độ chịu nộn trung bỡnh yờu cầu,
MPa
N/XM
Kớch thước lớn nhất của cốt liệu,
9,5 13 19 25,4 Cú PGSD Khụng cú PGSD Cú PGSD Khụng cú PGSD Cú PGSD Khụng cú PGSD Cú PGSD Khụng cú PGSD 56- ngày 0,42 0,33 0,39 0,32 0,37 0,31 0,36 0,30 69 28- ngày 0,33 0,26 0,32 0,26 0,31 0,25 0,30 0,25 56- ngày 0,37 0,29 0,35 0,28 0,33 0,27 0,32 0,26 76 28- ngày 0,30 __ 0,29 __ 0,27 __ 0,27 __ 56- ngày 0,33 __ 0,31 __ 0,29 __ 0,29 __ 83 28- ngày 0,27 __ 0,26 __ 0,25 __ 0,25 __ 56- ngày 0,30 __ 0,28 __ 0,27 __ 0,26 __
Bước 6: Tớnh toỏn hàm lượng chất kết dớnh:
Khối lượng chất kết dớnh yờu cầu cho một yard khối bờ tụng cú thể được xỏc
định bằng cỏch chia lượng nước nhào trộn của 1 m3 bờ tụng (bước 4) cho tỷ lệ
N/CKD (bước 5).Nếu cố định rừ khối lượng giới hạn lớn nhất và nhỏ nhất của chất
kết dớnh trong 1 m3 bờ tụng thỡ lượng dựng chất kết dớnh phải thỏa món. Vỡ vậy, cấp
phối nờn được hiệu chỉnh để cú lượng chất kết dớnh lớn hơn yờu cầu.
Bước 7: Xỏc định hàm lượng cốt liệu nhỏ:
Hàm lượng xi măng- cho cấp phối gốc này: Do khụng sử dụng chất kết dớnh nào khỏc nờn khối lượng xi măng bằng khối lượng chất kết dớnh đó tớnh toỏn ở bước 6.
Lượng cốt liệu nhỏ- Sau khi cú được lượng dựng vật liệu ( đỏ, xi măng,
nước) và hàm lượng bọt khớ trong 1 m3
hỗn hợp bờ tụng thỡ hàm lượng cốt liệu mịn
cú thể được tớnh toỏn cho 1 m3 bằng phương phỏp thể tớch tuyệt đối.
Bước 8: Xỏc định cấp phối cú sử dụng tro bay:
Để xỏc định cấp phối tối ưu, người dựng nờn chuẩn bị một vài mẻ trộn thử cú sự kết hợp và tỷ lệ phần trăm chất kết dớnh khỏc nhau. Việc sử dụng tro bay để chế tạo bờ tụng cường độ cao cú thể làm giảm lượng cần nước, giảm nhiệt độ và giảm
giỏ thành của bờ tụng. Do sự biến đổi những tớnh chất húa học của tro bay, tuy
nhiờn sự tăng cường độ đặc trưng của bờ tụng cú thể sẽ bị ảnh hưởng. Do vậy đề nghị nờn cú ớt nhất hai lượng dựng tro bay khỏc nhau sử dụng đồng thời cho cỏc mẻ trộn thử. Cỏc bước để xỏc định cấp phối và cõn đối tỷ lệ pha trộn cho cấp phối thử nghiệm:
1. Xỏc định loại tro bay sử dụng: Do sự khỏc biệt về thành phần cấu tạo, nờn đặc điểm tỏc dụng giảm nước và tăng cường độ của tro bay sẽ khỏc nhau với mỗi loại sử dụng và nguồn gốc hỡnh thành. Vỡ vậy, những tớnh chất đặc trưng này của tro bay cũng như những tỏc dụng cú lợi khỏc nờn được tớnh toỏn xem xột khi mà lựa chọn sử dụng tro bay.
2. Hàm lượng tro bay – Lượng xi măng được thay thế bằng tro bay phụ thuộc vào loại tro bay sử dụng. Với mục đớch nghiờn cứu thiết kế bờ tụng cường độ cao với hàm lượng tro bay cao nờn đề tài lựa chọn hàm lượng tro bay thay thế xi măng trong tổng chất kết dớnh là 50%.
3. Xỏc định khối lượng tro bay trong cấp phối thử nghiệm: Một tỷ lệ phần trăm thay thế đó được chọn, khối lượng tro bay được sử dụng cho mỗi mẻ trộn thử nghiệm được tớnh toỏn bằng cỏch nhõn tổng khối lượng chất kết dớnh (bước 6) với tỷ lệ thay thế được chọn trước đú. Khối lượng chất kết dớnh cũn lại tương ứng với
khối lượng xi măng. Vỡ vậy, trong mỗi cấp phối khối lượng tro bay cộng với khối lượng xi măng sẽ bằng khối lượng chất kết dớnh đó được tớnh trong bước (6).
4. Quy khối lượng chất kết dớnh tổng hợp trong 1m3 ra lượng thể tớch chiếm
chỗ: Do sự khỏc nhau về khối lượng riờng tương đối của xi măng và tro bay nờn thể
tớch của chất kết dớnh trong 1m3 sẽ khỏc với thể tớch tro bay cũng như thể tớch của
chất kết dớnh cũn lại. Vỡ vậy, Với mỗi cấp phối, thể tớch của chất kết dớnh nờn được
tớnh toỏn bằng cỏch gộp thể tớch của xi măng và thể tớch của tro bay trong 1m3
5. Xỏc định lượng dựng cốt liệu nhỏ: Dựa vào thể tớch của chất kết dớnh trong
một yard3 bờ tụng cho mỗi cấp phối thử nghiệm, và thể tớch của cốt liệu thụ, nước và
bọt khớ cuốn vào (bước 7), hàm lượng cốt liệu mịn của mỗi cấp phối thử nghiệm được tớnh toỏn theo phương phỏp thể tớch tuyệt đối như sau:
C = [ 1000- ( + + + + 1000) ]x (kg/m3)
Bước 9: Trộn thử :
Mỗi một cấp phối khảo sỏt sẽ được trộn thử nghiệm qua cỏc mẻ trộn thử nghiệm trong phũng thớ nghiệm hoặc tại cụng trường để xỏc định tớnh cụng tỏc và cỏc cường độ yờu cầu của cấp phối. Khối lượng cốt liệu mịn, cốt liệu thụ và nước nờn được hiệu chỉnh chớnh xỏc với trạng thỏi ẩm của cốt liệu sử dụng. Nếu cỏc hỗn hợp bờ tụng hay bờ tụng khụng đạt được cỏc tớnh chất mong muốn, thỡ việc cõn đối cấp phối thử nghiệm ban đầu nờn được tiếp tục hiệu chỉnh theo cỏc nguyờn tắc dưới đõy để tạo được tớnh cụng tỏc mong muốn:
1. Độ sụt ban đầu – Nếu độ sụt ban đầu của cấp phối thử nghiệm khụng nằm
trong khoảng mong muốn, thỡ nước nhào trộn hoặc liều lượng pha trộn nờn được hiệu chỉnh. Khối lượng chất kết dớnh trong cấp phối nờn được hiệu chỉnh để giữ tỷ lệ N/XM mong muốn.
2. Tỷ lệ lượng dựng phụ gia siờu dẻo – Nếu sử dụng phụ gia siờu dẻo, thỡ tỷ
gia siờu dẻo tới cường độ và tớnh cụng tỏc của bờ tụng nhào trộn. Bởi trong cỏc cấp phối bờ tụng cường độ cao, tỷ lệ lượng dựng lớn hơn những khuyến cỏo của nhà sản xuất cú thể vẫn khụng gõy ra sự phõn tầng tỏch nước. Ngoài ra, bởi vỡ thời điểm của việc thờm phụ gia siờu dẻo và nhiệt độ của bờ tụng cú thể tỏc động ảnh hưởng mạnh tới hỗn hợp nhào trộn, việc sử dụng trong cỏc mẻ trộn thử trong phũng thớ nghiệm cú thể phải được hiệu chỉnh cho những vựng trạng thỏi. Trong thực tế, việc sử dụng phụ gia siờu dẻo để phục hồi tớnh cụng tỏc sẽ dẫn đến kết quả là cường độ sẽ tăng ở hầu hết cỏc tuổi kiểm tra; tuy nhiờn một lượng dựng phụ gia siờu dẻo quỏ mức cú thể làm chậm thời gian ninh kết ban đầu của bờ tụng, điều này cú thể tăng khả năng co mềm.
3. Hàm lượng cốt liệu lớn- Việc hiệu chỉnh độ sụt bằng cỏch thay đổi hàm
lượng cốt liệu lớn nờn được thực hiện nếu hỗn hợp bờ tụng quỏ thụ rỏp, ảnh hưởng xấu tới tớnh đồng nhất và quỏ trỡnh hoàn thiện. Trong trường hợp hiệu chỉnh, khi giảm hàm lượng cốt liệu lớn sẽ dẫn đến kết quả làm giảm mụđul đàn hồi của bờ tụng cứng rắn.
4. Hàm lượng khớ- Nếu sự cuốn khớ được yờu cầu và hàm lượng khớ đo được
cú sự khỏc biệt đỏng kể so với tớnh toỏn thiết kế cấp phối, thỡ hàm lượng khớ này nờn được hiệu chỉnh để đảm bảo năng suất.
5. Tỷ lệ N/CKD-Nếu cường độ chịu nộn yờu cầu của bờ tụng khụng đạt
được với tỷ lệ N/CKD như đó khuyến cỏo trong bảng 3.6, thỡ việc hiệu chỉnh lại cỏc cấp phối thử nghiệm với tỷ lệ N/CKD thấp hơn nờn được kiểm tra. Nếu điều này khụng đem lại kết quả tăng cường độ chịu nộn của bờ tụng thỡ sự tương xứng của vật liệu sử dụng nờn được xem xột lại.
Bước 10. Lựa chọn tỷ lệ pha trộn tối ưu – Một tỷ lệ cấp phối thử nghiệm được hiệu chỉnh để cú được những tớnh chất mong đợi, những mẫu thử cường độ nờn được đỳc từ cỏc mẻ trộn thử cú miền trạng thỏi mong đợi theo quy định của ACI 318. Trong thực tế sản xuất và quản lý chất lượng thủ tục này được đỏnh giỏ một cỏch tốt hơn.
Khi sản xuất, cỏc mẻ trộn thử được chuẩn bị bằng cỏch sử dụng cỏc dụng cụ và trỡnh tự thực hiện được sử dụng trong thực tế sản xuất.