1

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài.
Bê tông là vật liệu phổ biến nhất trong xây dựng nói chung và xây dựng
công trình thủy lợi nói riêng. Thành phần bê tông có ảnh hưởng rõ rệt đến các
tính chất của bê tông mới trộn cũng như bê tông đã đông cứng và có ảnh
hưởng đến chất lượng bê tông, nên cần phải xác định chính xác thành phần bê
tông trước khi chế tạo và đưa vào sử dụng. Cho đến nay ở các nước sử dụng
nhiều phương pháp thiết kế thành phần bê tông khác nhau, ở nước ta dùng
phổ biến phương pháp của Nga (đã Việt Nam hóa) và Mỹ, nhưng chưa thấy
dùng phương pháp của Pháp, mặc dù phương pháp này đã được giới thiệu
trong giáo trình Vật liệu xây dựng của nhà xuất bản giáo dục từ năm 1992.
Nước Pháp có nền khoa học tiên tiến và có nhiều thành tựu về xây dựng và
vật liệu bê tông đặc biệt một số công trình bê tông của Pháp được xây dựng ở
nước ta từ rất lâu đến nay vẫn tồn tại. Phương pháp thực tiễn Dreux-Gorisse
là phương pháp chính thống được dùng phổ biến không những ở Pháp mà còn
ở nhiều nước trên thế giới như Algierie, Maroc, Tunisie... Hiện nay Pháp và
Việt Nam có quan hệ đối tác chiến lược và một số công ty của Pháp đã vào
Việt Nam xây dựng một số công trình. Hy vọng rằng trong tương lai quan hệ
về kinh tế và khoa học kỹ thuật giữa hai nước sẽ ngày càng phát triển. Vì vậy
việc nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật, công nghệ xây dựng của Pháp, trong đó
có thiết kế thành phần bê tông là vấn đề cần thiết. Đề tài nghiên cứu này mang
tính cấp thiết nhất định và có điểm mới.
2. Mục đích của đề tài.
Tổng hợp các phương pháp thiết kế thành phần bê tông đã có, trong đó
có phương pháp của Pháp, để phân tích, đánh giá, vận dụng phương pháp này


2



3

CHƯƠNG 1

T

ỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG, BÊ TÔNG THỦY CÔNG
VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG
1.1. Khái niệm về bê tông và bê tông thủy công.
Bê tông là loại vật liệu đá nhân tạo, nhận được bằng cách đổ khuôn và
làm rắn chắc một hỗn hợp hợp lý của chất kết dính, nước, cốt liệu (cát, sỏi
hay đá dăm), phụ gia hóa học và phụ gia khoáng. Có trường hợp còn pha
thêm cốt sợi.
Hỗn hợp nguyên liệu mới nhào trộn xong được gọi là hỗn hợp bê tông
hay bê tông tươi.
Trong bê tông cốt liệu đóng vai trò là bộ khung chịu lực. Hồ xi măng
(CKD) và nước bao bọc xung quanh hạt cốt liệu đóng vai trò là chất bôi trơn,
đồng thời lấp đầy khoảng trống giữa các hạt cốt liệu. Sau khi cứng hóa, hồ xi
măng gắn kết các hạt cốt liệu thành một khối ở dạng đá và được gọi là bê
tông. Bê tông có cốt thép gọi là bê tông cốt thép. Bê tông được dùng rộng rãi
trong các công trình xây dựng, giao thông, thủy lợi. Bê tông dùng cho công
trình thủy lợi được gọi là bê tông thủy công. Theo tiêu chuẩn Nhà nước
(TCVN 8218:2009) [25], bê tông thủy công được phân loại như sau:
1.1.1. Theo vị trí của bê tông so với mực nước:
+ Bê tông thường xuyên nằm trong nước;
+ Bê tông ở vùng có mực nước thay đổi;
+ Bê tông ở trên khô (nằm trên vùng có mực nước thay đổi).



5

được lượng vật liệu dùng cho 1m3 bê tông. Do bảng tra thành phần bê tông
quá lớn, nên không viết ở đây. Hiện nay trên vỏ bao xi măng của nhiều nhà
máy đều ghi thành phần bê tông tính sẵn cho 1m 3 và dùng loại xi măng đóng
trong bao cho một số mác bê tông để thuận tiện cho người sử dụng. Đây cũng
là một kiểu bảng tra do nhà sản xuất xi măng cung cấp. Nói chung phương
pháp này chỉ sử dụng cho các công trình nhỏ dùng khối lượng bê tông không
quá 100m3 và mác thấp.
1.2.2. Phương pháp thực nghiệm hoàn toàn.
Phương pháp này được viết trong tài lệu [1] và được dùng cho các công
trình có quy mô to lớn (khối lượng công trình trên 5.000m 3) hoặc những bộ
phận có tính chất quan trọng và muốn có tính toán chính xác về vật liệu sử
dụng. Khi đó để xác định các thông số thiết kế không dùng các công thức,
bảng và biểu đồ lập sẵn mà hoàn toàn dựa vào số liệu thực nghiệm trên vật
liệu sử dụng cho bê tông công trình. Trước hết thông qua hàng loạt thí nghiệm
lập các quan hệ, vẽ ra đường biểu diễn thực nghiệm, rồi căn cứ vào các quan
hệ đã lập để thiết kế thành phần bê tông.
Thông thường cần xác định các quan hệ cơ bản sau đây.
- Xác định mức ngậm cát tối ưu;
- Xác định quan hệ giữa độ chịu lực của bê tông với tỉ lệ

N
;
X

- Xác định lượng dùng xi măng ít nhất.
Vì các thông số chủ yếu của bê tông có ảnh hưởng lẫn nhau, nên để tiện
cho việc nghiên cứu, phân tích trong thực tế, có thể tạm thời coi một số yếu tố
nào đó là không đổi để xét đến quan hệ lẫn nhau giữa các thông số khác và

vi nhng lng dựng xi mng v nc khỏc nhau.
max

Độ lưu động

Lượng dùng xi măng

Sn

Mức ngậm cát

m

Hỡnh 1.1: Biu quan h m : Sn

Xmin

Mức ngậm cát

m

Hỡnh 1.2: Biu quan h m : X

Cỏch th 2: C nh Sn nh vy vi mi mc ngm cỏt khỏc nhau (ta
ly nhiu mc ngm cỏt khỏc nhau hn kộm 2%) m bo lu ng
nht nh s cú nhng lng dựng xi mng v nc khỏc nhau. V biu
quan h mc ngm cỏt vi lng dựng xi mng (Hỡnh 1.2). Mc ngm cỏt no
ng vi lng dựng xi mng ớt nht s l mc ngm cỏt ti u.



X

Để tìm quan hệ này ta cố định sụt theo yêu cầu của hỗn hợp bê tông và
dùng nhiều lượng xi măng khác nhau để chế tạo bê tông. Muốn đạt được độ
lưu động yêu cầu, thì cần dùng lượng nước khác nhau. Kết quả là có những
nhóm bê tông có tỉ số

X
khác nhau (ứng với mức ngậm cát tối ưu).
N

Đúc mẫu với mỗi loại hỗn hợp bê tông đó, rồi thí nghiệm để xác định R 28
của bê tông. Các tỉ số
quan hệ R 28 :

X
khác nhau sẽ cho trị số R 28 khác nhau. Vẽ biểu đồ
N

X
(Hình 1.3).
N

+ Tìm quan hệ giữa độ lưu động Sn và lượng dùng xi măng:
Độ sụt của bê tông là hàm số phụ thuộc vào mức ngậm cát, tỉ số

X
(phụ
N


tính được lượng nước dùng cho 1m3 bê tông.
- Cuối cùng từ độ lưu động dùng biểu đồ Hình 1.1 tra được mức ngậm
cát. Biết được các thông số đó, có thể tính toán được thành phần bê tông.
1.2.3. Phương pháp thể tích tuyệt đối (TTTĐ).
a. Phương pháp thể tích tuyệt đối dùng công thức Bolomey.
Phương pháp này được đề cập trong giáo trình vật liệu xây dựng đầu tiên
của Trường Đại học Thủy Lợi [1].
Đây là phương pháp dựa trên nguyên tắc là tổng thể tích tuyệt đối riêng
rẽ của các vật liệu thành phần phải bằng đơn vị thể tích hỗn hợp của bê tông.
Như vậy coi hỗn hợp bê tông hoàn toàn đặc.


9

Ở đây khi tính toán thành phần bê tông, có thể biểu thị bằng lượng vật
liệu thành phần như: Xi măng; Nước; Cát; Đá dùng cho 1m 3 bê tông hay biểu
diễn tỉ lệ giữa các thành phần trong đó lấy khối lượng xi măng bằng 1. Theo
phương pháp này các bước tính theo thứ tự như sau:
Bước 1: Xác định tỉ lệ

X
theo công thức Bolomey khi biết R28 và Rx.
N

Với bê tông dẻo, dùng sỏi hay đá dăm đặc chắc, thì dùng công thức.
X

R28 = 0, 4 Rx .  − 0,5 ÷;
N


thông
X
N
X

thường không có hạn chế nghiêm khắc, nhưng không nên vượt quá 0,85. Còn
với các công trình thủy lợi, đường sá, cầu cống, thì cần phải nâng cao tính
bền, khả năng chống thấm, chống xâm thực... do đó cần quy định hạn chế tỉ lệ
N
.
X


10

Bước 2: Tính lượng nước và lượng xi măng sau khi xác định được tỉ lệ

X
.
N

Tìm được lượng nước sau đó tính ra lượng xi măng. Lượng nước được

3

L­îng n­íc trong 1m hçn hîp bª t«ng

xác định theo Hình 1.5, dựa vào Dmax của cốt liệu và độ sụt.

d


C
=0,5, thì nước phải giảm đi 10 lít;
D

Nếu thi công bằng máy độ lưu động đo bằng chỉ số độ công tác (độ
cứng) thì lượng nước tra theo Bảng 1.1.
Bảng a.2: Lượng nước dùng cho bê tông khi thi công bằng máy.
Độ lưu động

Lượng nước (lít) dùng cho sỏi
có Dmax (mm)

Ghi chú

Độ sụt Chỉ số độ
Sn

công tác

10

20

40

(cm)

(giây)


145

130

nước từ 10-20l/m3

0

30-50

165

150

135

0

15-30

175

160

145

- Đá dăm thêm 10l.

- Cát nhỏ thêm 10l.
X

250

220

220

200

Bước 3: Tính lượng cát, đá dùng cho 1 m3 bê tông.
Có 2 cách để xác định lượng C, D. Dựa vào mức ngậm cát ( m =
hoặc tính theo tỉ lệ (

C
)
C+D

C
).
D

Các lượng cát, đá có thể tra trong bảng có sẵn, hoặc dùng phương pháp
tính toán.
Mức ngậm cát có thể tra bảng nhưng thường tính sơ bộ như sau:
m=

α .r.γ c
C
=
.100% ;
C + D r.γ c + γ d


C
, tính thể tích tuyệt đối của
D

cốt liệu và khối lượng riêng của cốt liệu hỗn hợp cát và đá từ đó sẽ tính được
tổng khối lượng cát và đá (C+D). Biết được C+D và trị số

C
C
hay tỉ lệ
D
C+D

sẽ tính được hàm lượng cát và đá.
Theo nguyên tắc thể tích tuyệt đối, thì trong 1m 3 bê tông thể tích các vật
liệu thỏa mãn công thức sau:
Vc + Vd + Vx + Vn = 1000 lít;
Hoặc
C D X
+
+
+ N = 1000 lít;
ρc ρ d ρ x

Vc, Vd, Vx, Vn: Thể tích tuyệt đối (hoàn toàn đặc) của C, D, X, N.
C, D, X, N: Khối lượng cát, đá, xi măng, nước dùng cho 1m3 bê tông.
Từ đó tìm được thể tích tuyệt đối của hỗn hợp cốt liệu cát và đá như sau:
Vc + Vd = 1000 − (Vx + Vn ) = 1000 − (


X
không đổi). Nếu
N

độ sụt vượt quá yêu cầu thì phải giảm nước.
- Kiểm tra cường độ của bê tông R b: Đúc mẫu để thử cường độ với thành
phần bê tông đã được hiệu chỉnh. Thông thường thì R28 của mẫu không bằng
mác bê tông thiết kế (Rtk), nhưng cũng có những trường hợp sai khác như sau:
+ R28Rtk: Nếu vượt quá 15% như vậy sẽ gây lãng phí xi măng và cũng
cần tính toán thí nghiệm lại và giảm bớt xi măng.
Tính lại lượng vật liệu dùng cho 1m3 bê tông: Sau khi điều chỉnh để đạt
được độ sụt và cường độ yêu cầu thì lượng vật liệu đã thay đổi, nên phải tính
toán lại theo trình tự sau:
+ Xác định khối lượng thể tích của hỗn hợp bê tông (mới nhào trộn)
bằng thực nghiệm: γ b .
+ Tính ra thể tích thực tế của mẻ bê tông bằng cách chia tổng khối lượng
của mẻ trộn cho khối lượng thể tích của bê tông ( γ b ).


15

X

mt
+ Tính lượng vật liệu dùng cho 1m3 bê tông: X = V .1000
mt


Rb = A1.Rx .(

X
X
− 0,5) với
= 1, 4 ÷ 2,5 (1)
N
N


16

Rb = A2 .Rx .(

X
X
+ 0,5) Với
> 2,5 (2)
N
N

Đối với bê tông mác thường dùng công thức (1) và tính được:
R
X
= b + 0,5 ;
N A1.Rx

Đối với bê tông mác cao, dùng công thức (2) và tính được:
Rb
X


0,37

Bước 2: Xác định lượng nước trộn.
Thường dựa vào chỉ tiêu tính công tác (độ sụt, độ cứng) của hỗn hợp bê
tông. Tuy nhiên để xác định chính xác lượng nước sơ bộ cần dựa vào các đặc
tính của các vật liệu sử dụng như xi măng, cát, sỏi hay đá dăm. Việc xác định
lượng nước cần dùng thường dựa vào bảng tra hoặc biểu đồ Hình 1.6.


3

230
220
210
200
190
180
170
160
150
140
130

4
3
2
1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14


18

22

27

31

§é cøng, §c (gi©y)

Hình 1.1: Mối quan hệ giữa độ sụt (Sn), độ cứng (Đc) với lượng nước dùng.
a) - Hỗn hợp bê tông dẻo;

b) - Hỗn hợp bê tông cứng.

(1) Dmax=70 mm; (2) Dmax=40 mm; (3) Dmax=20 mm; (4) Dmax=10 mm
Bước 3: Xác định lượng dùng xi măng (X).
X
N

Lượng xi măng được xác định theo công thức X = ( ).N , (kg).
So sánh lượng xi măng vừa tính được với lượng xi măng tối thiểu cho
phép được quy định trong Bảng 1.4 và dùng trị số lớn hơn.
Bảng b.2: Lượng dùng xi măng tối thiểu.
Phương pháp đầm chặt

Điều kiện làm việc của kết cấu công trình

Bằng tay


ρc ρ d ρ x

Hỗn hợp vữa xi măng cát lấp đầy các lỗ rỗng của cốt liệu lớn và bao bọc
một lớp mỏng và kín trên bề mặt các hạt của nó, có kể đến hệ số dư vữa hoặc
hệ số trượt ( α ). Từ đó có công thức sau:
C X
D
+
+ N = rd .α ;
ρc ρ x
γd

Trong đó:
- rd : Độ rỗng (mức hổng của đá);
- ρ x , ρ c , ρ d : Khối lượng riêng của xi măng, cát, đá;
- α : Hệ số trượt (hệ số dư vữa).
Với hỗn hợp bê tông cứng, lấy α = 1, 05 ÷ 1,15 (trung bình là 1,1); còn với
hỗn hợp bê tông dẻo, thì α được xác định bằng cách tra biểu đồ Hình 1.7.
1,6

3

/m
Kg
0
0
6
X=

500

TØ lÖ N/X

Hình 2.1: Biểu đồ xác định hệ số trượt α
Lượng dùng cốt liệu lớn:

D=

1000
α .rd 1 ;
+
γd
ρd

0,8


19

X

D

Lượng dùng cốt liệu nhỏ: C = (1000 − ρ − ρ − N ).ρc ;
x
d
Bước 5: Kiểm tra bằng thực nghiệm và hiệu chỉnh thành phần tính toán.
Trong thiết kế sơ bộ dùng một số bảng tra và biểu đồ. Đây là các số liệu
tổng hợp từ thực nghiệm trên một số vật liệu, có thể sai khác với vật liệu ta
dùng cho thiết kế thành phần bê tông, nên sau khi tính toán sơ bộ cần phải
kiểm tra tính công tác (độ sụt), cường độ bê tông... Trong quá trình kiểm tra

- K: Hệ số khoảng cách có thể bằng 1; 1,1; 1,2; chọn hệ số sao cho hỗn
hợp chặt nhất, tức là tiết kiệm xi măng nhất.
Vc

Từ các hệ số K và r tìm được tỉ số V ; mặt khác với Vd=900 lít, xác định
d
được Vc sau đó tính được khối lượng cát cho 1m3 bê tông ( C = Vc .γ c ).
Như vậy với mỗi giá trị K ta lại tìm được một lượng dùng cát khác nhau.
Từ 3 lượng dùng cát ứng với 3 giá trị K khác nhau (tức K=1; K=1,1; K=1,2)
vẽ biểu đồ quan hệ ta xác định được lượng dùng cát hợp lý nhất. Đó là lượng
dùng cát mà bê tông dùng ít xi măng nhất khi cả 3 hỗn hợp đều phải đảm bảo
độ lưu động (độ sụt) như nhau.
Đến đây ta tính được lượng cát, đá, xi măng, nước dùng cho 1m 3 bê
tông. Phần thực nghiệm của phương pháp này giống phương pháp thể tích
tuyệt đối dùng công thức của Bolomey.
1.2.5. Phương pháp thực tiễn Dreux - Gorisse của Pháp.
Phương pháp này được dùng phổ biến ở Pháp và được viết trong Giáo
trình vật liệu xây dựng của Nhà xuất bản giáo dục [8]. Nội dung thực hiện
phương pháp này gồm các bước sau đây:
Bước 1. Xác định đường kính lớn nhất của cốt liệu Dmax:
Đường kính lớn nhất của cốt liệu được xác định theo Bảng 1.5. Theo đó
Dmax cũng phải phù hợp với chiều dày tối thiểu của lớp bảo vệ cốt thép (C min)
và tùy thuộc vào tính xâm thực của môi trường Bảng 1.6.
Bảng a.1: Đường kính lớn nhất của cốt liệu.
Đặc tính của kết cấu bê tông

Dmax


21

Bảng a.2: Tính xâm thực của môi trường.
Đặc tính của môi trường

Cmin

Dmax

Xâm thực mạnh

4 cm

≤ 0,8C

Xâm thực trung bình

2 cm

≤ 1,25C

Xâm thực yếu

1 cm

≤ 2C

Bước 2: Xác định lượng xi măng:
Xác định tỉ số

R
X


Dmax ≥ 63mm

Rất tốt

0,55

0,60

0,65

Tốt

0,45

0,50

0,55

Trung bình

0,35

0,40

0,45

Dựa vào tỉ số

X


1.0

200
2

4

6

8

10

12

Sn (cm)

Hình 3.1: Sự phụ thuộc của lượng xi măng vào tỉ lệ

X
và độ sụt Sn.
N

Theo tiêu chuẩn NFP 18-305-“Bê tông đúc sẵn” của Pháp, lượng xi
măng tìm được phải lớn hơn lương xi măng tối thiểu được xác định như sau:
X min =

Trong đó:
- B: Mác bê tông, kg/cm2;

1,52 1,59

12,5

1,66

16

20

1,7
4

25

1,82 1,90

31,5

40

50

63

80

2,00 2,09 2,19 2,29 2,40

100

10

16

25

40

63

100 Dmax (mm)


24

Hình 4.1: Biểu đồ xác định lượng nước điều chỉnh
Nếu cốt liệu bị ẩm, thì lượng nước tìm được phải giảm đi một lượng tùy
thuộc vào trạng thái ẩm của cốt liệu tra ở Bảng 1.9.
Bảng a.5: Trạng thái ẩm của cốt liệu.
Lượng nước cần giảm l/m3

Trạng thái
ẩm của

Cát 0/5

Sỏi 5/12,5

Sỏi 5/20


60 - 80

50 - 70

40 - 60

Không đáng kể Không đáng kể Không đáng kể

Bước 4: Xác định đường cong cấp phối cốt liệu:
Để xác định đường cấp phối hạt cốt liệu, sử dụng bộ sàng tiêu chuẩn:
0,080; 0,100; 0,125; 0,160; 0,200; 0,250; 0,315; 0,40; 0,50; 0,63; 0,80; 1,00;
1,25; 1,60; 2,00; 2,50; 3,15; 4,00; 5,00; 6,30; 8,00; 10; 12,5; 16; 20; 25; 31,5;
40; 50; 63; 80mm.
Ghi chú:
Các mắt sàng được gạch chân trùng với bộ sàng được dùng trong
TCVN 7570:2006.
Đường cấp phối chuẩn ở Hình 1.10 được xây dựng trên cơ sở hạt cốt liệu
thực tế có Dmax giả thiết bằng 20mm; nó được xác định bởi 3 điểm OAB.
Điểm O có tọa độ O (0,08;0). Điểm B có tọa độ B (D max; 100). Điểm A có tọa
độ được xác định như sau:


25

Hình 5.1: Đường thành phần hạt của hỗn hợp cốt liệu có Dmax = 20 mm.
+ Hoành độ: Nếu Dmax<20mm, thì hoành độ là Dmax. Nếu Dmax>20mm, thì
hoành độ là điểm giữa của vùng sỏi giới hạn với mô đun 38 (tương ứng với cỡ
sàng 5mm) và mô đun tương ứng với Dmax của loại sỏi đó.
+ Tung độ được xác định: Y = 50 − Dmax + K ;


tròn

nghiền

tròn

nghiền