CHƯƠNG 5 BÊ TÔNG DÙNG CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ
5.1. KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI
5.1.1. Khái niệm:
Bê tông dùng CKD vô cơ là những loại vật liệu đá nhân tạo
không nung, thành phần bao gồm CKD vô cơ, dung môi
(nước), cốt liệu (cát, sỏi hay đá dăm) và phụ gia, được nhào
trộn theo một tỷ lệ nhất định, rắn chắc lại mà thành.
Hình 1.1. Bêtông và thành phần vật liệu: ximăng, cát, đá,
nước.
− Hỗn hợp nguyên liệu mới nhào trộn xong gọi là hỗn hợp bê
tông hay bê tông tươi.
− Ưu điểm của bê tông:
+ Cường độ tương đối cao.
+ Có thể chế tạo được những loại bê tông đáp ứng cấu
kiện có cường độ, hình dạng và yêu cầu tính chất khác
nhau.
+ Giá thành rẻ, bền vững với điều kiện thời tiết.
48
+ Có khả năng làm việc đồng thời với vật liệu thép.
− Nhược điểm:
+ Khối lượng thể tích lớn.
+ Cách âm, cách nhiệt kém, không chịu được nhiệt độ cao.
+ Khả năng chống ăn mòn yếu.
5.1.2. Phân loại:
− Theo CKD sử dụng:
+ Bê tông xi măng: chất kết dính là xi măng.
+ Bê tông Silicat: chất kết dính là vôi.
+ Bê tông thạch cao ….
− Theo dạng cốt liệu sử dụng:
+ Bê tông cốt liệu đặc.
+ Bê tông cốt liệu rỗng.
− Nhét đầy khoảng trống còn lại giữa các hạt cốt liệu để tạo
độ đặc cho bê tông.
50
− Khi rắn chắc liệu liên kết các hạt cốt lại tạo khối đồng nhất
có cường độ.
− Xi măng đóng vai trò chính trong các hiện tượng biến dạng
và xâm thực đối với bê tông, quy định giá thành bê tông.
3. Yêu cầu kỹ thuật của xi măng: phù hợp theo TCVN
2682-99
− Chủng loại: có thể dùng tất cả các loại xi măng pooclăng và
các dạng đặc biệt của nó. Tuy nhiên, loại xi măng dùng
phải phù hợp với môi trường của công trình sử dụng: môi
trường ăn mòn, xâm thực,…
− Mác xi măng: Việc lựa chọn mác xi măng là đặc biệt quan
trọng, nó vừa đảm bảo đạt mác bê tông thiết kế, vừa đảm
bảo yêu cầu kinh tế.
+ Không nên dùng xi măng mác thấp chế tạo bê tông mác
cao → dùng nhiều xi măng → giá thành tăng.
+ Không dùng xi măng mác cao để chế tạo xi măng mác
thấp, vì như thế có thể xảy ra hiện tượng không đủ
lượng xi măng đẻ bao bọc cốt liệu → cường độ bê tông
giảm.
− Vậy lượng xi măng phải dùng [X
min
] <X < [X
max
]
+ [X
min
]: là lượng xi măng nhỏ nhất giới hạn do yêu cầu về
X
= 1,5R
b
). Bê tông ít dẻo: R
Xmin
= R
b
Hiện nay
có thể chế tạo các loại bê tông có mác cao hơn mác XM.
− Thời gian ninh kết: phải đảm bảo đủ thời gian để thi công
trong những điều kiện cụ thể.
Bảng a.2. Mác ximăng chế tạo bêtông
Mác bêtông,
MPa
20 30 40 50 60 và lớn hơn
Mác ximăng,
MPa
20 30 40 50 và lớn hơn
5.2.2. Nước:
1. Vai trò:
− Cùng với xi măng tạo độ dẻo ban đầu cho hỗn hợp bê
tông.
− Tham gia vào quá trình thuỷ hoá, rắn chắc của xi măng và
bê tông.
− Tham gia liên kết các hạt cốt liệu thành khối bê tông.
2. Yêu cầu:
52
− Phải có đủ phẩm chất để không ảnh hưởng xấu đến thời
gian ninh kết rắn chắc của xi măng và không gây ăn mòn
cốt thép. Theo TCVN 4506-87:
Cải thiện một hoặc một số đặc tính kỹ thuật của hỗn hợp bê
tông và bê tông theo hướng có lợi cho người sử dụng như:
tính công tác, thời gian rắn chắc của bê tông, khả năng chống
thấm của bê tông.
Hình 1.1. Phụ gia khoáng (tro bay, muội silic …)
2. Các loại thường dùng:
− Phụ gia vô cơ nghiền nhỏ:
+ Phụ gia hoạt tính: là chất phụ gia có khả năng tác dụng
với Ca(OH)
2
sinh ra thuỷ hoá xi măng, để tạo thành các
hợp chất bền vững trong nước. VD: puzzolan,
silicafume, tro trấu, tro bay
Hình 1.1. Phụ gia hoá học
+ Phụ gia trơ: là chất phụ gia không có khả năng tương tác
hoá học với sản phẩm thuỷ hoá CKD nhưng có khả năng
54
làm tăng tính dẻo của hỗn hợp bê tông, làm bê tông có
cấu tạo đặc chắc, giảm lượng dùng xi măng.
− Phụ gia hoá học:
+ Phụ gia rắn nhanh: là chất PG có tác dụng tăng tốc độ
rắn chắc của xi măng trong bê tông. Có 2 loại: phụ gia
điện li và phụ gia tạo mầm tinh thể.
+ Phụ gia tăng dẻo: là phụ gia có tác dụng giảm nội ma sát
trong hỗn hợp bê tông mới trộn, kết quả làm tăng độ dẻo
của hỗn hợp bê tông, giảm lượng nước nhào trộn, tăng
cường độ bê tông. Có hai loại: phụ gia dẻo thường và
phụ gia siêu dẻo.
+ Phụ gia chống thấm: là phụ gia có tác dụng hạn chế
nước thấm qua bê tông, tăng khả năng chống thấm của
− Khối lượng thể tích: chỉ tiêu ảnh hưởng KLTT của HHBT và
bê tông, là chỉ tiêu cần thiết cho việc thiết kế thành phần
cấp phối bê tông.
+ KLTT hạt cốt liệu gần bằng KLTT đá mẹ, với các loại đá
đặc dùng cho bê tông có thể coi gần đúng: ρ
v
hạt
= ρ
cl
.
+ KLTT đổ đống (đổ dời tự nhiên): là KLTT của 1 đơn vị thể
tích cốt liệu ở trạng thái đổ dời tự nhiên.
+ KLTT lèn chặt: là KLTT của 1 đơn vị thể tích cốt liệu ở
trạng thái lèn chặt hoàn toàn.
− Khối lượng riêng: khối lượng riêng của CL bằng khối lượng
riêng của đá gốc.
− Đặc tính bề mặt: là chỉ tiêu đánh giá mức độ nhám giáp
trên bề mặt CL. Cho nên nó ảnh hưởng đến nội ma sát của
hỗn hợp bê tông, khả năng dính bám giữa CL và đá xi
măng, vữa xi măng.
− Cường độ cốt liệu
− Thành phần hạt: là yếu tố quyết định sự xắp xếp của khung
cốt liệu trong bê tông; ảnh hưởng đến tính dẻo của hỗn
hợp bê tông. Để đánh giá một thành phần hạt cốt liệu tốt
thường thông qua 3 chỉ tiêu:
+ Số cấp hạt trong cốt liệu.
+ Tương quan đường kính giữa hai cấp hạt.
57
+ Tương quan hàm lượng giữa các cấp hạt:
Cấp hạt liên tục:
Chất lượng cát phụ thuộc vào thành phần khoáng, thành
phần hạt và hàm lượng tạp chất.
Hình 1.1. Cát
a. Thành phần hạt và độ lớn của cát
Cát có thành phần hạt hợp lý sẽ tiết kiệm được xi măng,
cường độ bêtông sẽ cao. Thành phần hạt của cát được xác
58
định bằng cách sàng 1000g cát khô trên bộ sàng tiêu chuẩn
từ 5 – 0,14mm, lượng sót riêng biệt trên mỗi sàng a
i
(%) là tỷ
lệ % lượng sót trên mỗi sàng m
i
so với toàn bộ lượng cát đem
thí nghiệm (m):
%100×=
m
m
a
i
i
Lượng sót tích luỹ A
i
(%) trên mỗi sàng, là tổng lượng sót
riêng biệt kể từ sàng lớn nhất đến sàng cần xác định a
i
:
,%
25,15,2 ii
aaaA +++=
c. Đường kính trung bình:
59
d
tb
= 0,5
14,0315,063,025,15,2
14,0315,063,025,15,2
0024,002,0171,137,111 aaaaa
aaaaa
++++
++++
(mm)
d. Tỷ diện tích:
S =
tbc
d.
6
ρ
(cm
2
/g).
e. Lượng nước yêu cầu:
N
y/c
=
%100.
2
tc
N
X
(A
Dmin
≥90%).
60
Hình 1.1. Sỏi và đá dăm
− Khi dùng cốt liệu lớn chế tạo bê tông trong công trình thì
đường kính hạn chế dùng là: D
max
≤ 1/3 kích thước nhỏ
nhất của tiết diện công trình và trong bê tông cốt thép thì
D
max
≤ 3/4 khoảng cách giữa các cốt thép. Với cấu kiện là
tấm panen mỏng, sàn nhà, bản mặt cầu thì cho phép D
max
=
1/2 chiều dày tiết diện.
− Hàm lượng tạp chất:
+ Là thành phần có hại trong cốt liệu, nó tồn tại chủ yếu ở
dạng bụi bùn sét, tạp chất hữu cơ, muối, đá silic vô định
hình, mi ca, đá phiến thạch silic.
+ Lượng tạp chất trong cốt liệu ngăn cản liên kết giữa đá xi
măng và vữa với bề mặt các hạt cốt liệu, gây ăn mòn, môi
trường xâm thực đá xi măng và đá bê tông.
61
Hình 1.2. Biểu đồ thành phần hạt của cốt liệu lớn.
Bảng a.2. Độ nén dập của đá dăm và sỏi
Cấp bêtông
Độ nén dập bão hoà nước, % khối lượng
không lớn hơn
100
90-
100
90-
100
90-
100
- - -
62
5.3. CÁC TÍNH CHẤT CỦA BÊTÔNG XI MĂNG
5.3.1. Tính công tác của HHBT.
− Tính công tác của HHBT là tính dễ tạo hình, nó biểu thị khả
năng lấp đầy khuôn nhưng vẫn đảm bảo được độ đồng
nhất trong một điều kiện đầm nén nhất định.
− Để đánh giá tính công tác của HHBT dùng 2 chỉ tiêu:
+ Độ dẻo
+ Độ giữ nước
1. Độ dẻo của HHBT
a. Khái niệm độ dẻo hợp lý:
− Để bê tông sau này được đồng nhất, chặt, đạt R cao và
bền vững thì khi thi công hỗn hợp bê tông cần phải lèn chặt
đến độ đặc lớn nhất → HHBT phải có độ dẻo hợp lý.
− Để đánh giá tính hợp lý của độ dẻo dựa vào 5 tính chất:
+ Dễ nhào trộn
+ Dễ đổ khuôn
+ Dễ đầm chặt
+ Dễ làm phẳng mặt
+ Không phân tầng
− Việc lựa chọn độ dẻo hợp lý dựa vào:
+ Tính chất kết cấu sử dụng: hình dạng, kích thước, diện
64
+ Là độ dẻo được xác định khi HHBT có chấn động.
+ Dụng cụ xác định: nhớt kế Vebe, TCVN 3107-1993
+ Chỉ số độ dẻo động được biểu thị bằng độ cứng ĐC
(sec). Khi ĐC càng lớn thì độ dẻo của HHBT càng kém,
còn khi SN tăng thì độ dẻo tăng.
Hình 1.2. Dụng cụ Vebe
c. Hai loại hỗn hợp bê tông:
− Căn cứ vào SN và ĐC chia HHBT làm 2 loại:
+ HHBT dẻo
+ HHBT cứng
− Trên thực tế hiện nay chủ yếu dùng HHBT cứng. Vì HHBT
cứng ưu việt hơn HHBT dẻo:
+ Khi lượng xi măng như nhau thì cường độ của bêtông
dùng hỗn hợp cứng sẽ cao hơn. Nếu giữ nguyên cường
độ thì lượng dùng ximăng sẽ thấp hơn.
+ Khi lèn chặt tốt, khả năng chống thấm của hỗn hợp
bêtông cứng cao hơn, và tính bền vững của nó cao hơn.
65
+ Thời gian tháo khuôn nhanh hơn, vì độ bền cấu trúc của
hỗn hợp bêtông cứng tăng lên và quá trình rắn chắc của
bêtông trong giai đoạn đầu nhanh.
Tuy nhiên HHBT cứng có nhược điểm là: khi trộn hỗn hợp
bêtông cứng máy trộn phải có tác dụng cưỡng bức, thời gian
trộn lâu hơn, phải dùng các thiết bị máy móc.
2. Các yếu tố ảnh hưởng tính dẻo của HHBT:
− Loại xi măng: xi măng có N
tc
cao thì tính dẻo của HHBT
càng giảm.
tông
SN(cm) ĐC(s)
66
Đặ
c
biệ
t
c
ứng
C
ứng
cao
C
ứng
-
-
-
-
>300
150-200
60-100
30-45
Kém
dẻo
Dẻo
R
ấ
t
dẻo
theo thời gian sau đó tắt hẳn.
Trị số co ngót phụ thuộc vào lượng, loại xi măng, lượng
nước, tỷ lệ cát trong hỗn hợp cốt liệu và chế độ bảo dưỡng.
67
Độ co ngót trong đá xi măng lớn hơn trong hỗn hợp và bê
tông.
Ngoài ra độ co ngót còn phụ thuộc vào chế độ bảo dưỡng.
5.3.3. Tính biến dạng vì nhiệt của bêtông khi rắn chắc
Khi rắn chắc, ximăng toả nhiều nhiệt làm cho bêtông bị nóng
lên. Lượng nhiệt này phụ thuộc vào hàm lượng thành phần
khoáng vật, mác ximăng, nhiệt độ của môi trường …
Trị số biến dạng nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ lớn nhất trong
bêtông và hệ số nở dài của bêtông. Biến dạng nhiệt độ có liên
quan tới sự phát triển nội ứng suất trong bêtông. ứng suất đó
tăng lên khi trong bêtông có gradient nhiệt độ.
Đối với những cấu kiện bêtông có kích thước lớn, thì lớp bên
trong bị đốt nóng do nhiệt độ cao nên thể tích tăng, lớp bên
ngoài nguội lạnh nên kích thước giảm. Sự tăng giảm đó gây
ra ứng suất kéo trong bêtông, ứng suất này vượt quá giới hạn
sẽ gây ra hiện tượng nứt nẻ.
5.3.4. Cường độ bêtông.
Bêtông có thể làm việc dưới dạng chịu nén, kéo, uốn, cắt,
nhưng bêtông làm việc tốt nhất là dưới dạng chịu nén. Đó là
yếu tố đặc trưng quan trọng nhất cho cường độ bêtông.
1. Sự hình thành và phát triển cường độ bê tông:
− Theo lý thuyết: R
b
xuất hiện còn phụ thuộc vào nội ma sát
trong khối HHBT mới trộn:
+ Đối với bê tông cứng SN=0, xi măng chưa kết thúc ninh
2. Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ bê tông:
− Phẩm chất đá xi măng trong bê tông:
+ Mác xi măng: đặc biệt ảnh hưởng trong HHBT dẻo.
+ Tỷ lệ nước nhào trộn, N/X
− Chất lượng cốt liệu dùng cho bê tông:
+ Cấp phối cốt liệu
+ Cường độ cốt liệu
+ Tính chất bề mặt cốt liệu
+ Hàm lượng tạp chất có trong cốt liệu
+ Sai số cân đong đảm bảo tỷ lệ cấp phối các thành phần
vật liệu.
+ Quá trình đầm chặt
69
+ Chế độ bảo dưỡng
− Chất lượng thi công
3. Các công thức xác định cường độ bê tông:
− Công thức đầu tiên tìm ra vào cuối thế kỷ 19.
− Năm 1935 Belaep đưa ra quy luật đường cong hypecbol
dùng cho HHBT dẻo(N/X > 0,4):
5,1
#
28
=
3,35,2 ÷=
N
X
− Năm 1955÷1960 kết hợp cả 2 công thức:
R
b
=A.R
X
(
5,0±
N
X
)
A: hệ số phụ thuộc loại HHBT (N/X), chất lượng dùng bê tông,
phương pháp xác định mác XM. (Tra bảng 8.5 – p160)
70
4. Phương pháp xác định cường độ bê tông và mác bê
tông:
− Phương pháp phá hoại: chế tạo mẫu → nén vỡ mẫu tính R:
TCVN 3118-93.
− Phương pháp không phá hoại: không tạo mẫu, xác định R
trực tiếp trên kết cấu bằng: súng bật nẩy, siêu âm,…
Để tiêu chuẩn hoá người ta đưa ra khái niệm mác của bêtông
là cường độ chịu nén giới hạn của mẫu bêtông hình khối có
kích thước 15x15x15cm chế tạo và dưỡng hộ sau 28 ngày
trong điều kiện tiêu chuẩn.
Bê tông được phân mác: 50, 75, 100, 150, 200, 250, 300,
400, 500, 600, 800, 1000, 1200,
5.3.5. Tính thấm nước
C - 300
0
C tác dụng lâu dài, cường độ bê tông giảm đi rõ
rệt do nước tự do, nước liên kết trong đá xi măng bị tách ra
làm cho đá xi măng co lại dẫn đến phá hoại cấu trúc của bê
tông.
Khi nâng nhiệt độ đến 500 - 550
0
C hoặc cao hơn bê tông sẽ
bị phá hoại nhanh. Trong thực tế bê tông nặng có thể chịu
được nhiệt độ đến 1200
0
C trong một thời gian ngắn do bê
tông gặp nhiệt độ cao, lớp ngoài cùng của kết cấu bị phá hoại
và tạo nên một màng xốp có tác dụng cách nhiệt, làm cho
nhiệt truyền vào bên trong chậm. Nhưng nếu nhiệt độ tác
72
Copyright: Tài liệu đại học ©