LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian thực hiện luận văn, với sự giúp đỡ tận tình của các thầy
cô giáo và bạn bè đồng nghiệp cùng với sự nỗ lực không ngừng của bản thân,
luận văn thạc sỹ với đề tài “Nghiên cứu chế tạo bê tông tính năng cao ứng
dụng trong các công trình thủy lợi” đã hoàn thành.
Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tác giả xin gửi lời c
ảm ơn tới
thầy giáo hướng dẫn TS. Nguyễn Quang Phú đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo và
tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt thời gian thực hiện luận văn.
Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn tới Trường Đại học Thủy lợi, Phòng
đào tạo Đại học và Sau đại học, Khoa Công trình cùng toàn thể các thầy cô
giáo đã giảng dạ
y, giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập cũng như thực hiện
luận văn.
Lời cảm ơn chân thành xin được gửi tới các bạn bè đồng nghiệp, cơ
quan đã tạo điều kiện thuận lợi nhất cũng như hỗ trợ tác giả hoàn thành luận
văn.
Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đối với những người thân
trong gia đình đã ủng h
ộ, động viên tác giả về mọi mặt trong suốt quá trình
học tập và nghiên cứu.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày tháng năm 2013
Học viên
Nguyễn Thái Huy
LỜI CAM ĐOAN
1.3.2. Tình hình sử dụng bê tông tính năng cao ở Việt Nam 16
CHƯƠNG II. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THÀNH
PHẦN BÊ TÔNG TÍNH NĂNG CAO 22
2.1. Các yêu cầu kỹ thuật và các tiêu chuẩn 22
2.1.1. Các yêu cầu kỹ thuật 22
2.1.1.1. Xi măng 24
2.1.1.2. Phụ gia khoáng hoạt tính 25
2.1.1.3. Phụ gia hóa học 34
2.1.1.4. Cố
t liệu thô 38
2.1.1.5. Cốt liệu mịn 39
2.1.1.6. Nước 40
2.1.2. Các tiêu chuẩn 40
2.2. Các bước thiết kế thành phần bê tông tính năng cao 43
2.2.1. Chọn độ sụt 43
2.2.2. Lựa chọn kích thước tối đa của cốt liệu 43
2.2.3. Xác định khối lượng nước và hàm lượng không khí 43
2.2.4. Lựa chọn tỷ lệ N/CKD 44
2.2.4.1. Công thức để xác định quan hệ giữa cường độ nén và tỷ lệ
N/CKD 46
2.2.4.2. Xác định tỷ lệ N/CKD bằng các bảng tra của các tiêu
chuẩn 49
2.2.5. Tính toán hàm lượng vật liệu kết dính 50
2.2.5.1. Chất kết dính chỉ có xi măng 50
2.2.5.2. Chất kết dính bao gồm xi măng và muội silic 50
2.2.5.3. Chất kết dính bao gồm xi măng và tro bay 51
2.2.5.4. Chất kết dính là xi m
ăng+MS+FA 52
2.2.6. Xác định thành phần cốt liệu thô (đá) 53
3.4. Nhận xét các kết quả thí nghiệm 72
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77
TÀI LIỆU THAM KHẢO 78
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Tòa nhà Scotra Plaza Toront - Thụy Sĩ 12
Hình 1.2. Cầu vượt biển bắc qua vịnh Giao Châu - Trung Quốc 12
Hình 1.3. Tòa nhà Keangnam 71 tầng cao 336m 18
Hình 1.4. Hầm Thủ Thiêm ở TP Hồ Chí Minh 18
Hình 1.5. Hầm thủy điện Hòa Bình 21
Hình 1.6. Cửa van cung tràn - Nhà máy thủy điện Ba Đạt 21
Hình 2.1. Quan hệ giữa cường độ bê tông với tỷ lệ CKD/N 47
Hình 2.2. Quan hệ giữa cường độ bê tông với tỷ lệ N/CKD 48
Hình 3.1. Dốc nước thủy điện Sơn La 60
Hình 3.2. Cánh tràn piano th
ủy điện Văn Phong - Bình Định 60
Hình 3.3. Mặt tràn thủy điện Nậm Chiến - Sơn La 61
Hình 3.4. Đập Thảo Long - Thừa Thiên Huế 61
Hình 3.5. Kết quả kiểm tra cường độ nén của bê tông với N/CKD=0,4 67
Hình 3.6. Kết quả kiểm tra cường độ nén của bê tông với N/CKD=0,22 67
Hình 3.7. Kết quả kiểm tra cường độ kéo của bê tông với N/CKD=0,4 68
Hình 3.8. Kết quả kiểm tra cường độ kéo của bê tông với N/CKD=0,22 69
Hình 3.9. Kết quả kiểm tra mô
đun đàn hồi của bê tông với N/CKD=0,4 70
Hình 3.10. Kết quả kiểm tra môđun đàn hồi của bê tông với N/CKD=0,22 70
Hình 3.11. Quá trình phát triển cường độ nén theo thời gian với N/CKD=0,4
71
Hình 3.12. Quá trình phát triển cường độ nén theo thời gian với N/CKD=0,22
71
Hình 3.13. Quá trình phát triển cường độ kéo theo thời gian với N/CKD=0,4
ng 2.11. Đường kính lớn nhất của cốt liệu thô (đá) 54
Bảng 2.12. Thể tích của đá được đầm chặt trên một đơn vị thể tích bê tông,
m3/1m3 bê tông (Vđ) 54
Bảng 3.1. Thành phần hóa học và các chỉ tiêu cơ lý của xi măng 62
Bảng 3.2. Thành phần hóa học và các chỉ tiêu cơ lý của các phụ gia khoáng
62
Bảng 3.3. Các chỉ tiêu cơ lý của cốt liệu nhỏ 63
Bảng 3.4. Các chỉ tiêu cơ lý của cốt liệu lớ
n 63
Bảng 3.5. Các thuộc tính của phụ gia hóa học 63
Bảng 3.6. Thành phần cấp phối HPC dùng trong thí nghiệm 65
Bảng 3.7. Kết quả kiểm tra bê tông tươi 65
Bảng 3.8. Kết quả kiểm tra cường độ nén của bê tông 66
Bảng 3.9. Kết quả kiểm tra cường độ kéo của bê tông 68
Bảng 3.10. Kết quả kiểm tra môđun đàn hồi của bê tông 70 DANH MỤC VIẾT TẮT
ASTM:
CKD:
CKD/N:
DƯL:
Đ/C:
FA:
HPC:
HRWR:
MC:
MS:
N/X:
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Bê tông là loại vật liệu xây dựng có nhiều ưu điểm và thuộc loại vật
liệu bền vững. Trong số các loại vật liệu xây dựng công trình, nó chiếm vị trí
đặc biệt. Vị trí đặc biệt của bê tông không chỉ vì nó được dùng phổ biến mà
điều quan trọng hơn là do tính năng kỹ thuật và phẩm chất của nó. Phẩm chấ
t
ấy không bị dừng lại mà ngày càng được cải thiện nâng cao không ngừng.
Trước những yêu cầu ngày càng cao của thực tế sản xuất thì cường độ
cơ học thuần túy của bê tông không còn là chuẩn mực duy nhất đối với vật
liệu bê tông ngoài cường độ cao, bê tông còn cần phải có một số đặc tính
khác, kể cả tính thẩm mĩ mà trước đây xem là phụ có thể trở thành quan trọng.
Bê tông tính năng cao là loạ
i bê tông đồng thời phải có cường độ cao
và một tổ hợp các tính chất khác nhằm đảm bảo cho bê tông đạt chất lượng
cao và có độ bền lâu như:
Tính dễ đầm, dễ đổ
Độ bền
Cường độ ở tuổi ít ngày
Tính ổn định thể tích
Các tính chất ổn định theo thời gian
Độ bền trong môi trường khắc nghiệt
Trong công nghệ chế tạo bê tông người ta có thể giảm tỷ
lệ N/X để
nâng cao cường độ nén. Nếu việc giảm tỷ lệ này không vượt quá giới hạn của
bê tông dẻo, phù hợp với công nghệ chế tạo thì chúng đồng thời cho kết quả
cường độ cao và các tính năng yêu cầu khác cũng cao.
Riêng trong lĩnh vực xây dựng các công trình thủy lợi, hiện nay rất
3
4. Kết quả dự kiến đạt được
Đề xuất loại vật liệu sử dụng trong thiết kế cấp phối bê tông tính năng
cao và thiết kế một số cấp phối HPC có sử dụng phụ gia giảm co ngót để đảm
bảo một số yêu cầu kỹ thuật đề ra.
5. Nội dung của luận văn
Mở đầu
Chương I: Tổng quan
1.1. Khái niệm về
bê tông và bê tông tính năng cao
1.2. Tình hình sử dụng bê tông và bê tông tính năng cao trên thế giới
1.3. Tình hình sử dụng bê tông và bê tông tính năng cao ở Việt Nam
Chương II: Vật liệu và phương pháp thiết kế thành phần bê tông tính năng cao
2.1. Các yêu cầu kỹ thuật
2.2. Các bước thiết kế thành phần HPC
Chương III: Ứng dụng thiết kế thành phần bê tông tính năng cao cho một
số hạng mục của các công trình thủy lợi
3.1. Một số ứng dụng bê tông tính năng cao trong các công trình thủy
lợi
3.2. Vật liệu và thiết kế cấp phối HPC thí nghiệm
3.3. Các kết quả thí nghiệm
3.4. Nhận xét các kết quả thí nghiệm
Kết luận và kiến nghị
4
5
Chất kết dính có thể là xi măng các loại, thạch cao, vôi và cũng có thể
là chất kết dính hữu cơ (polime).
Trong bê tông xi măng cốt liệu thường chiếm 80 - 85%, còn xi măng
chiếm 10 - 20% khối lượng.
Bê tông và bê tông cốt thép được sử dụng rộng rãi trong xây dựng vì
chúng có những ưu điểm như: Cường độ chịu lực cao, có thể chế tạo được
những loại bê tông có cường độ, hình dạng và tính chất khác nhau. Giá thành
rẻ
, khá bền vững và ổn định đối với mưa nắng, nhiệt độ, độ ẩm.
Tuy vậy bên cạnh đó chúng cũng tồn tại những nhược điểm như: Nặng
(ρ
v
=2200 - 2400kg/m
3
), cách âm, cách nhiệt kém (λ=1,05 -1,5kCal/m.
0
C.h),
khả năng chống ăn mòn yếu.
Để phân loại bê tông thường dựa vào những đặc điểm sau:
Theo dạng chất kết dính phân ra: Bê tông xi măng, bê tông silicat
(chất kết dính là vôi), bê tông thạch cao, bê tông chất kết dính hỗn hợp, bê
tông polime, bê tông dùng chất kết dính đặc biệt
Theo dạng cốt liệu phân ra: Bê tông cốt liệu đặc, bê tông cốt liệu rỗng,
bê tông cốt liệu đặc biệt (chống phóng xạ, chịu nhiệt, chịu axit).
Theo khối lượng thể tích phân ra:
Bê tông đặc biệt nặng (ρ
v
> 2500 kg/m
.
Do khối lượng thể tích của bê tông biến đổi trong phạm vi rộng nên độ
rỗng của chúng cũng thay đổi đáng kể, như bê tông tổ ong dùng để cách nhiệt
có r =70 - 85%, bê tông thủy công có r = 8 - 10%.
Theo công dụng phân ra:
Bê tông thường dùng trong các kết cấu bê tông cốt thép (móng, cột,
dầm, sàn).
Bê tông thủy công, dùng để xây đập, âu thuyền, phủ lớp mái kênh, các
công trình dẫn nước.
Bê tông dùng cho mặt đường, sân bay, lát vỉa hè.
Bê tông dùng cho kết cấu bao che (thường là bê tông nhẹ).
Bê tông có công dụng đặc biệ
t như bê tông chịu nhiệt, chịu axit, bê
tông chống phóng xạ.
1.1.2. Khái niệm về bê tông tính năng cao
Bê tông tính năng cao được gọi tắt là HPC (High Performace Concrete)
là loại bê tông ngoài có cường độ chịu nén cao thì tính chống thấm, chống
xâm thực, chống mài mòn cũng cao.
Bê tông tính năng cao được nghiên cứu từ những năm 1970 đến nay và
ngày càng được áp dụng trong các công trình biển và các công tình giao thông
vận tải (cầu, đường, hầm). Đây là một dạng bê tông mới cho phép người thiết
kế
nghĩ đến kết cấu mới có khối lượng công trình nhỏ hơn nhưng đảm bảo
chất lượng cao hơn. Trong thực tế loại bê tông này có tính khả thi, sử dụng xi
măng và cốt liệu thông thường, hồ xi măng được cải thiện bằng cách cho
thêm một vài chất siêu mịn gốc silic và cá chất siêu dẻo.
7
Trên thế giới, bê tông tính năng cao còn được định nghĩa theo các tiêu
chí khác nhau. Theo ACI và NIST có quy định về khả năng thi công, các tính
60%≤x≤8
0%
80%≤x
Độ bền bong
rộp (x= tỷ lệ
bong trên bề
mặt sau 50
chu kì)
ASTM C
672
x=4,5 x=2,3 x=0,1
8
Tính chất
Phương
pháp thử
Mức chất lượng
Cấp 1 Cấp 2 Cấp 3 Cấp 4
Độ mài mòn
(x= chiều sâu
trung bình của
của mẫu tính
bằng mm)
ASTM C944 2,0>x>1,0
1,0>x≥0,
5
0,5>x
Khả năng
thấm Cl
-
-6
600.10
-
6
>x≥400.
10
-6
400.10
-6
>x
Từ biến (10
-
6
/đơn vị lực
nén)
ASTM C512 0 0 0 0
1.2. Tình hình sử dụng bê tông và bê tông tính năng cao trên thế giới
1.2.1. Tình hình sử dụng bê tông
Tình hình phát triển sản xuất vật liệu xây dựng nói chung và sản xuất
sản phẩm bê tông xi măng, bê tông cốt thép nói riêng: Ở những thế kỷ trước,
công tác xây dựng cơ bản ít phát triển, tốc độ xây dựng chậm. Những năm 30
- 40 của thế kỷ XIX công nghiệp sản xuất xi măng pooclăng ra đời đã tạo ra
một bước chuy
ển biến cơ bản trong xây dựng. Cho đến những năm 70 - 80
của thế kỷ XX bê tông cốt thép mới được sử dụng nhiều trong lĩnh vực xây
9
dựng. Loại vật liệu này có nhiều tính ưu việt đã phát triển nhanh chóng và
10
1.2.2. Tình hình sử dụng bê tông tính năng cao
Theo tài liệu nghiên cứu của PSG.TS Phạm Duy Hữu [2, 3] tổng kết
kết quả nghiên cứu của các nước trên thế giới và Việt Nam cho thấy thì bê
tông cường độ cao đã được sử dụng từ năm 1975 tại Mỹ cho việc xây dựng
các nhà cao tầng. Năm 1975 - 1976, các ngôi nhà từ 43 - 76 tầng đều dùng bê
tông 62MPa, từ năm 1976 - 1990, các ngôi nhà ở Chicago với số tầng 50 - 70
được sử dụng bê tông 80MPa. Tương tự các ngôi nhà cao tầ
ng ở Pháp, Đức
(từ 40 tầng) đều sử dụng bê tông với từ 70 - 90MPa. Trong xây dựng cầu từ
năm 1970 đến nay ở nhiều công trình trên nhiều quốc gia đã áp dụng bê tông
cường độ cao. Bê tông cường độ cao thường được sử dụng cho các dầm cầu
bê tông dư ứng lực với mục đích giảm tải trọng bản thân dầm và tăng chiều
dài kết cấu nhịp. Năm 1970, ở
Nhật Bản bê tông phổ biến (600 - 1200)
kg/cm
2
. Ở Pháp năm 1989 bê tông cầu là (60 - 80)MPa. Các cầu ở Đức, Hà
Lan, Mỹ, Trung Quốc đều đã sử dụng bê tông với cường độ nén khoảng từ
60MPa đến 100MPa. Các cấu kiện bê tông và bê tông lắp ghép trong kết cấu
hạ tầng đô thị cũng đều sử dụng bê tông có cường độ nén không nhỏ hơn
20MPa [2].
Theo [1] đưa ra một số hỗn hợp bê tông cường độ cao điển hình sử
dụng trong công trình xây dựng
được liệt kê trong bảng 1.2.
Bảng 1.2. Một số hỗn hợp bê tông cường độ cao điển hình được sử dụng
trong công trình xây dựng
Thành phần
của bê tông
Các công trình xây dựng
Quảng
trường
tháp
nước
Chicago
1975
Cầu
Joigtly,
Pháp
1989
Nhà cao
tầng
Larentien
ne,
Canada
1984
Scotra
Plaza
Toronto
1987
Two
Union
Square
1988
Nước, l/m
3
195 165 135 145 130
Xi măng,
kg/m
ngưng kết, l/m
3
- 4,5 1,8 - -
Phụ gia siêu
dẻo, l/m
3
- 11,25 14 5,9 15,7
f'
c
ở 28 ngày,
MPa
64,8 79,8 92,5 83,4 119
f'
c
ở 91 ngày,
MPa
78,6 87 106,5 93,4 145
12 Hình 1.1. Tòa nhà Scotra Plaza Toront - Thụy Sĩ
Hình 1.2. Cầu vượt biển bắc qua vịnh Giao Châu - Trung Quốc
Do có cường độ cao nên bê tông cường độ cao sẽ giúp giảm tiết diện
cột chịu lực, tăng không gian sử dụng trong công trình nhà cao tầng. Tuy
nhiên cùng với quá trình phát triển và nhu cầu của các ngành công nghiệp, bê
tông cường độ cao đang ngày càng được sử dụng rộng rãi trong thi công các
công trình trọng điểm.
tông cường độ cao được coi như loại vật liệu không thể thiếu trong ngành
xây dựng công trình cầu đường. Cùng với việc sử dụng bê tông cường độ
cao, các kết cấu với nhịp dài tới vài trăm mét đã được ứng dụng trong các
công trình c
ầu. Bảng 1.4 chỉ ra một số cây cầu điển hình ở Mỹ đó sử dụng bê
tông cường độ cao.
14
Bảng 1.4. Một số cầu thi công bằng bê tông cường độ cao ở Mỹ
TT Tên cầu Địa điểm Năm Nhịp, m
Cường độ
nén, MPa
1 Tower Road Washington 1981 49 62
2 East Huntington W. Virginia 1984 274 55
3 Annacis Vancouver - - 55
4 Braker Lane Texas 1987 26 66
5 Houston Texac 1981 228,6 41,4
6 Linn Cove Viaduct California 1979 54,9 41,4
7 Coweman Washington - 44,5 48,3
8 Huntington Virginia 1984 274,3 55,2
9 Tower Road Washington 1987 49,1 62,1
Ở Pháp, bê tông có cường độ 60 MPa lần đầu tiên được sử dụng để xây
dựng cầu Joigny, sau đó loại bê tông này trở thành sự lựa chọn cho một loạt
các cầu khác. Danh mục một số cầu đã sử dụng bê tông có cường độ 60MPa
được trình bày trong bảng 1.5.
Bảng 1.5. Một số cầu thi công bằng bê tông cường độ cao ở Pháp
TT Tên cầu Loại đường Năm Nhịp, m
Cường độ
nén, MPa
khả năng giải quyết được nhiều vấn đề kỹ thuật hơn hoặc đảm bảo cả hai yếu
tố trên. Các nghiên cứu của nước ngoài cho thấy có thể tiết kiệm được 30%
khối lượng bê tông, giảm 30% trọng lượng kết cấu, giảm 10 - 15% tổng giá trị
công trình. K
ết cấu bản bê tông cốt thép dư ứng lực có thể giảm 30% chiều
cao, 40% khối lượng xây lắp.
1.3. Tình hình sử dụng bê tông và bê tông tính năng cao tại Việt Nam
1.3.1. Tình hình sử dụng bê tông ở Việt Nam
Ở nước ta, trong những năm qua, nền kinh tế đã phát triển một cách
mạnh mẽ. Từ những thành tựu phát triển kinh tế đó đã đẩy mạnh tốc độ xây
dựng công nghiệp và dân dụng, để
đáp ứng về nhà ở, nhà làm việc, các công
trình xây dựng cơ bản giao thông vận tải… đó là việc xây dựng một cơ sở hạ
tầng hiện đại, thuận tiện đáp ứng các yêu cầu cấp thiết cho sự phát triển của
kinh tế xã hội cho hiện tại và tương lai. Việt Nam là một nước đang trong giai
đoạn phát triển với dân số gần 90 triệu dân, tiềm năng phát triển r
ất lớn. Vì
vậy trước mắt phải xây dựng một cơ sở hạ tầng hoàn chỉnh hơn để đáp ứng
tốc độ phát triển của đất nước để làm được điều này ngành xây dựng công
16
nghiệp dân dụng và ngành sản xuất vật liệu xây dựng cần thiết phải đi trước
một bước trong quá trình phát triển. Trong đó ngành sản xuất vật liệu xây
dựng phải được ưu tiên đầu tư phát triển mạnh hơn. Vì vậy trong những năm
qua Đảng và Nhà nước ta đã có những chính sách đầu tư phát triển hợp lý cho
ngành vật liệu xây dựng đã và đang sản xuất các nhà máy sản xu
ất vật liệu
xây dựng hiện đại công suất lớn ngang tầm với các nước trong khu vực và các
nước phát triển trên thế giới. Cùng với sự phát triển của ngành xây dựng, nhu
cầu về các loại sản phẩm bê tông và bê tông cốt thép cho các ngành xây dựng
ầng ở thành phố Hồ Chí Minh do Hồng Kông đầu tư xây
dựng. Hỗn hợp bê tông cho công trình này được cung cấp bởi công ty Quen
Hing (Hồng Kông) sử dụng xi măng Yu Feng Brand (Trung Quốc). Công
trình Hà Nội Tower Center do công ty Sanyong làm chủ thầu, hỗn hợp bê
tông do công ty Chèm cung cấp.
Một số cầu vượt sông được xây dựng mới gần đây như cầu Mỹ Thuận,
cầu Quăng cũng sử dụng bê tông M50 các kết cấu chịu lực chính như trụ
,
dầm ứng lực.
Một số công trình nhà cao tầng ở các thành phố lớn (Hà Nội, Hồ Chí
Minh, Đà Nẵng), các công trình cầu có chiều dài nhịp L > 30m, hầm qua đèo
Hải Vân hay hầm Thủ Thiêm tại TP Hồ Chí Minh. Và còn hơn thế nữa, nhiều
hạng mục công trình (cọc móng, ống li tâm…) được xây dựng ở các tỷnh phía
Nam đã sử dụng bê tông có cường độ tới 80MPa và cá biệt tới 90MPa. Công
ty bê tông 620 và Công ty TNHH sản xuất và xây dựng Phan V
ũ là hai đơn vị
tiêu biểu về sản xuất cấu kiện bê tông cường độ cao… Riêng ở Công ty
TNHH sàn xuất và xây dựng Phan Vũ, sản lượng cấu kiện cọc móng bê tông
mác 80MPa tới 3.000m
3
/tháng. Trong thời gian tới sẽ có công trình cần bê
tông mác tới 70 - 80MPa, như Tháp truyền hình, dầm cầu khẩu độ lớn v.v…
Copyright: Tài liệu đại học ©