TKMH Công nghệ BT & KCBT Bộ môn Vật liệu Xây dựng
THIẾT KẾ BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO THEO ACI 211, 4R-93
Đề bài: Thiết kế thành phần cho một loại bê tông HSC sử dụng tro bay có cường độ nén
cần thiết là 60 Mpa trong vòng 28 ngày.
Bài làm
Tổng quan:
Mục đích của việc thiết kế: Xác định thành phần, tính chất của bê tông cường độ
cao và chất lượng cao, cung cấp thông tin cho các kỹ sư thiết kế kết cấu để thiết kế và
xây dựng các công trình cầu và các kết cấu có sử dụng bê tông cường độ cao và chất
lượng cao có cường độ chịu nén ở 28 ngày tuổi là 60 Mpa. Trong trường hợp này là
công trình cầu bắc qua sông Hồng, được xây dựng tại Hà Nội.
Các yêu cầu chung khi thiết kế: Đây là công trình cầu rất quan trọng được xây
dựng tại một khu vực có lưu lượng xe cộ và người qua lại rất đông. Để đáp ứng nhu cầu
tăng tuổi thọ của công trình thì chủ đầu tư đã quyết định sử dụng bê tông cường độ cao
trong bê tông cốt thép dự ứng lực để xây dựng công trình này.
- Tiêu chuẩn để thiết kế bê tông HSC – HPC: ACI 211, 4R-93
- Cường độ và dặc tính cơ học bao gồm: cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo
khi uốn, cường độ kéo bửa, mô đun đàn hồi, hệ số Poison. Ngoài ra còn xét đến từ biến,
co ngót, giãn nở do nhiệt độ.
Các đặc tính được xác định bằng cách tiến hành thí nghiệm tiêu chuẩn xác định
cấp độ tính năng được đề xuất cho mỗi đặc tính đảm bảo theo yêu cầu quy định của dự
án.
Các yêu cầu kỹ thuật của bê tông HPC như sau:
- Độ sụt yêu cầu > 19 cm
- Độ sụt sau 60 phút > 15 cm
- Cường độ nén tối thiểu 28 ngày: 60 Mpa
1
TKMH Công nghệ BT & KCBT Bộ môn Vật liệu Xây dựng
- Độ thấm Clo: < 1500 Cu lông
- Độ chảy lan
≥
55 cm
Thiết kế thành phần được thực hiện như sau:
I. Lựa chọn các chỉ tiêu vật liệu
Các vật liệu thiết kế:
Cốt liệu lớn (đá dăm – đá vôi):
- Cường độ chịu nén của đá gốc
≥
100 Mpa
- Khối lượng riêng: 2,76 g/cm
3
- Khối lượng thể tích: 2,66 g/cm
3
- Khối lượng thể tích đầm chặt: 1,617 g/cm
3
- Độ ẩm: 0,5 %
- Độ hấp phụ nước: 0,7 %
- Lượng ngậm tạp chất và khă năng phản ứng kiềm cốt liệu thỏa mãn quy định của
TCVN 7572-2006.
- Thành phần hạt thỏa mãn theo tiêu chuẩn D448 ASTM
Cốt liệu nhỏ (cát sông):
Cát tự nhiên được giới hạn ở ASTM C33 sẽ được sử dụng:
- Khối lượng riêng: 2,65 g/cm
3
- Khối lượng thể tích: 1,7 g/cm
3
- Độ ẩm: 2 %
- Độ hấp phụ nước: 1 %
Thành phần cấp phối hạt thỏa mãn theo tiêu chuẩn ASTM C136 (AASHTO T27)
Kích thước sàng (mm) 4,75 2,36 1,18 0,63 0,3 0,15
Tiêu chuẩn lượng sót tích
lũy cát A %
0 0-20 15-50 40-75 70-90 90-100
Lượng sót tích lũy cát lựa
chọn A %
4 13 35 62 80 95
Mô đun độ lớn của cát:
2
TKMH Công nghệ BT & KCBT Bộ môn Vật liệu Xây dựng
9,2
100
15.03.06.018.136.2
=
++++
=
AAAAA
M
k
II. Thiết kế hỗn hợp:
Bước 1: Lựa chọn độ sụt và cường độ bê tông cần thiết.
Do ta sử dụng chất HRWR nên bê tông sẽ được thiết kế trên cơ sở độ sụt ta chọn là
2,5 – 5 cm (theo bảng 4.3.1 với bê tông có sử dụng HRWR)
Do nhà sản xuất bê tông trộn sẵn trước đó không có kinh nghiệm về bê tông cường
độ cao nên sẽ lựa chọn các tỷ lệ trộn trên cơ sở các mẻ trôn thử nghiệm trong phòng thí
nghiệm. Do đó cường độ trung bình cần thiết cho việc lựa chọn các tỷ lệ bê tông là
(công thức 2.3):
Mpaf
cr
4,77
9,0
65,960
'
=
+
=
Bước 2: Chọn kích thước tối đa của cốt liệu:
Dựa vào khoảng cách tối thiểu giữa các cốt thép theo đầu bài cho là 20 mm. Theo
bảng kích thước tối đa của cốt liệu thô (bảng 4.3.2), giá trị của cốt liệu thô đã cho trong
bảng 4.3.2 ACI 318 nói đến kích thước lớn nhất của cốt liệu không nên vượt quá 1/5
kích thước thu hẹp giữa cạnh của khuôn, 1/3 chiều dày của các tấm, và không quá 3/4
khoảng cách nhỏ nhất giữa các thanh tăng cường riêng, các bước của thanh, hoặc cốt
thép dự ứng lực, ống chứa cốt thép dự ứng lực.
Ta sử dụng đá vôi (đá gốc phải lớn hơn 100 Mpa) đã được nghiền có kích thước d
max
= 12,5 mm (tra bảng 4.3.2). Các đặc tính của loại vật liệu này như sau:
- Trọng lượng thể tích khô: BSG
dry
= 2,76
- Độ hấp thụ trong lò sấy: Abs = 0,7%
- Trọng lượng đơn vị sau khi được làm khô: DRUW = 101 (lb/ft
3
)
DRUW = 101 x 16,018 = 1617 (kg/m
3
) với 1 lb/ft
3
= 16,018 (kg/m
3
)
(phù hợp với tiêu chuẩn ASTM về kích thước cốt liệu thô thiết kế)
Bước 3: Chọn hàm lượng cốt liệu thô tối ưu:
3
TKMH Công nghệ BT & KCBT Bộ môn Vật liệu Xây dựng
Hàm lượng cốt liệu thô tối ưu được lựa chọn từ bảng 4.3.3 là 0,68 trên một đơn vị
thể tích bê tông.
Bảng 4.3.3: Thể tích đá được đầm chặt trên một đơn vị thể tích bê tông (m
3
/ m
3
)
Thể tích đá tối ưu cho cỡ hạt danh định lớn nhất với cát sử dụng có mô đun độ mịn
2,5 – 3,2
Cỡ hạt danh định lớn nhất (mm) 9,5 12,5 19 25
Thể tích của đá dăm trên 1 m
3
bê tông (m
3
) 0,65 0,68 0,72 0,75
Trọng lượng khô của cốt liệu thô trên 1 m
3
bê tông W
dry
là (công thức 4.1)
Khối lượng cốt liệu khô = (% DRUW) x (DRUW x 27) (lb)
Khối lượng cốt liệu khô = 0,68 x 1617 = 1099 (kg)
Bước 4: Ước lượng nước trộn và hàm lượng không khí
Khối lượng nước trên một đơn vị thể tích bê tông cần thiết để tạo ra một độ sụt xác
định phụ thuộc vào lượng xi măng và kiểu hóa chất giảm nước được áp dụng. Lượng
nước dự tính ban đầu được lấy như bảng sau: Bảng 4.3.4
Độ sụt (cm)
Lượng nước trộn (l/m
3
)
Kích thước lớn nhất của đá (mm)
9,5 12,5 19 25
2,5 - 5 183 174 168 165
5 – 7,5 189 183 174 171
7,5 - 10 195 189 180 177
Hàm lượng không khí lọt
vào (%)
3 2,5 2 1,5
(2,5)
+
(2,0)
+
(1,5)
+
(1,0)
+
Giá trị trong ngoặc phải được điều chỉnh đối với cát có lỗ rỗng khác 35% theo công
thức N
đc
= (r
c
– 35) x 4,72 l/m
3
Lượng nước được lựa chọn sơ bộ theo bảng trên là: 174 lít
Hàm lượng không khí kẹt lại đối với hỗn hợp có sử dụng HRWR là 2%
Lỗ rỗng của cát được sử dụng là:
100
4,62
1
%
×
×
−=
dry
BSG
DRUW
V
Theo ACI 211 (4.2)
4
TKMH Công nghệ BT & KCBT Bộ môn Vật liệu Xây dựng
=>
%36100
65,2
7,1
1
%
=×
−=V
Lượng điều chỉnh nước trộn: 1 bs/yd
3
= (V
%
- 35) x 8 (4.3)
Với chú ý: 1 lb/yd
3
= 0.59 kg/m
3
lượng điều chỉnh nước trộn = (36 – 35) x 8 x 0,59 = 4,72 (l/m
3
)
Do vậy tổng lượng nước trộn cần thiết cho một m
3
bê tông là:
174 + 4,72 = 178,72 (l/m
3
)
(Lượng nước nhào trộn yêu cầu này bao gồm cả phụ gia chậm ninh kết, nhưng không
bao gồm nước trong phụ gia giảm nước siêu dẻo)
Bước 5: chọn tỷ lệ w/c+p (tỷ lệ nước/ ckd)
Trong hỗn hợp bê toong cường độ cao, các vật liệu kết dính khác xi măng cũng như
tro bay có thê được sử dụng. Tỷ lệ N/X được tính toán bằng cách chia khối lượng nước
pha trộn của tổng khối lượng xi măng và tro bay.
Trong bảng 4.3.5-a và b, tỷ lệ N/X lớn nhất được giới thiệu như 1 hàm của cỡ hạt
cốt liệu lớn nhất để đạt được cường độ chịu nén khác nhau ở 28 ngày tuổi và 56 ngày
tuổi. Sử dụng HRWR thông thường làm tăng cường độ chịu nén của bê tông. Giá trị tỷ
lệ N/X đã cho trong bảng 4.5.3a dành cho bê tông không có HRWR, và giá trị cho
trong bảng 4.5.3b dành cho bê tông có HRWR.
Do có sử dụng phụ gia siêu dẻo giảm nước (HRWR) nên tỷ lệ N/CKD theo tiêu
chuẩn được tra theo bảng 4.3.5b
Cường độ chịu nén ngoài thực tế là:
)(66,694,779,0
'
Mpaf
crc
=×=
(R
yc
ngoài công trường thấp hơn trong phòng thí nghiệm là 10%)
Tỷ số W/c+p được yêu cầu chọn trong bảng 4.3.5b được nội suy thành 0,323
Bước 6: Tính toán hàm lượng chất kết dính
Với tỷ lệ w/c = 0,323 lượng nước tính sơ bộ bê trên là w = 178,72 kg/m
3
lượng chất kết dính là: w = 178,72/0,323 = 553,313 kg/m
3
Tuy nhiên đối với hỗn hợp cơ sở chất kết dính chỉ có xi măng thì lượng xi măng này
đã vượt quá lượng xi măng tiêu chuẩn cho phép (theo tiêu chuẩn 1000 lb = 454 kg). Vì
5
TKMH Công nghệ BT & KCBT Bộ môn Vật liệu Xây dựng
vậy lượng xi măng thực tế dùng trong một m
3
bê tông đang được thiết kế sẽ là: c= 525
kg/m
3
(theo giáo trình bê tông cường độ cao)
với tỷ lệ 0,29 thì lượng nước tương ứng cần dùng cho hỗn hợp sẽ là:
w = 0,323 x 525 = 169,6 kg/m
3
=
=
kgc
kgw
525
6,169
Bước 7: Xác định tỷ lệ hỗn hợp cơ sở chỉ sản xuất bằng xi măng.
Thể tích các loại vật liệu trừ cát:
Bảng 7.1:
Xi măng = 525/(3,15 x 10
3
) 0,167 (m
3
)
Cốt liệu thô = 1099/(2,76 x 10
3
) 0,398 (m
3
)
Nước = 169,6/1000 0,1696 (m
3
)
Không khí 0,02 (m
3
)
Tổng thể tích 0,7546 (m
3
)
Do vậy thể tích cần thiết của cát trên 1 m
3
bê tông là:
V
c
= (1-V
clt
–V
kk
– V
xm
– V
n
) = (1 – 0,7546) = 0,2454 m
3
Bảng 7.2: Bảng quy đổi về khối lượng hỗn hợp cơ sở:
Xi măng 525 kg
Cát khô 650,31 kg
Cốt liệu lớn, khô 1099 kg
Nước (kể cả chất làm chậm) 169,6 kg
Với công thức bê tông như trên, phụ gia siêu dẻo đã được khẳng định (thông qua thí
nghiệm), ta tiến hành với lượng xi măng thay đổi theo phần trăm, có các tổ mẫu tương
ứng từ đó xác định được công thức bê tông cơ sở tối ưu ở bước tiếp theo.
Với hỗn hợp cơ bản: Đúc 4 tổ mẫu, mỗi tổ 3 mẫu ứng với nén ở 3, 7, 14, 28 ngày.
Lượng bê tông cần thiết để đúc mẫu thí nghiệm:
V
bt
= 1,2 x 4 x (3 x 3,14 x 0,15
2
x 0,3/4) = 0,076302 m
3
Bảng thể tích các cốt liệu cho 0,076302 m
3
(bảng 7.3)
Xi măng = 0,167 x 0,076302 0,01275 m
3
Cốt liệu lớn, khô = 0,398 x 0,076302 0,0304 m
3
Nước = 0,1696 x 0,076302 0,0129 m
3
Cát = 0,2454 x 0,076302 0,019 m
3
6
TKMH Công nghệ BT & KCBT Bộ môn Vật liệu Xây dựng
Bảng khối lượng các cốt liệu cần dùng cho 0,076302 m
3
(bảng 7.4)
Xi măng 40 kg
Cốt liệu lớn, khô 83,9 kg
Nước 12,9 kg
Cát 50,4 kg
Bước 8: Chọn hàm lượng tối ưu Tro bay cho bê tông
Sử dụng tro bay loại C theo ASTM có khối lượng thể riêng 2,64 g/cm
3
Thay thế lượng xi măng trong hỗn hợp cơ bản bằng 20, 25, 30, 35 % TB ta có các
công thức bê tông mới. Từ đó đúc các mẫu tương ứng để xác định hàm lượng TB tối
ưu.
- Hỗn hợp đồng dạng #1 thay thế 20% xi măng bởi TB:
Xi măng = 525 – 0,2 x 525 = 420 kg/m
3
TB = 0,2 x 525 = 105 kg
Bảng thể tích các thành phần hỗn hợp cho 1 m
3
Bảng 8.1:
Xi măng = 420/(3,15 x 10
3
) 0,133 m
3
Cốt liệu lớn, khô= 1099/(2,76 x 10
3
) 0,398 m
3
Nước= 169,6/1000 0,1696 m
3
TB= 105/(2,64 x 10
3
) 0,0398 m
3
Cát = 1 – V
clt
– V
kk
– V
xm
- V
n
0,2596 m
3
Bảng khối lượng các thành phần hỗn hợp tương ứng 1 m
3
Bảng 8.2:
Xi măng 420 kg
Cốt liệu lớn, khô 1099 kg
Nước 169,6 kg
Cát 688 kg
TB 105 kg
Đúc 4 tổ mẫu, mỗi tổ 3 mẫu ứng với nén ở 3, 7, 14, 28 ngày. Lượng bê tông cần
thiết V
bt
= 1,2 x 4 x (3 x 3,14 x 0,15
2
x 0,3/4) = 0,076302 m
3
7
TKMH Công nghệ BT & KCBT Bộ môn Vật liệu Xây dựng
Bảng thể tích các cốt liệu cho mẻ trộn thí nghiệm:
Bảng 8.3:
Xi măng = 0,133 x 0,076302 0,01 m
3
TB= 0,0398 x 0,076302 0,00304 m
3
Cốt liệu lớn, khô= 0,398 x 0,076302 0,03 m
3
Nước= 0,1696 x 0,076302 0,013 m
3
Cát = 0,2596 x 0,076302 0,02 m
3
Bảng khối lương các cốt liệu cần dùng cho mẻ trộn thí nghiệm:
Bảng 8.4:
Xi măng 32 kg
TB 8 kg
Cốt liệu lớn, khô 84 kg
Nước 12,9 kg
Cát 52,5 kg
- Hỗn hợp đồng dạng #2 thay thế 25% xi măng bởi TB:
Xi măng = 525 – 0,25 x 525 = 393,75 kg/m
3
TB = 0,25 x 525 = 131,25 kg
Bảng thể tích các thành phần hỗn hợp cho 1 m
3
Bảng 8.5:
Xi măng = 393,75/(3,15 x 1000) 0,125 m
3
Cốt liệu lớn, khô = 1099/(2,76 x 1000) 0,398 m
3
Nước = 169,6/1000 0,1696 m
3
TB = 131,25/(2,64 x 1000) 0,05 m
3
Cát = 1 – V
clt
– V
kk
– V
xm
- V
n
0,2574 m
3
Bảng khối lượng các thành phần hỗn hợp tương ứng 1 m
3
Bảng 8.6:
Xi măng 394 kg
Cốt liệu lớn, khô 1099 kg
Nước 169,6 kg
Cát 682 kg
TB 131 kg
8
TKMH Công nghệ BT & KCBT Bộ môn Vật liệu Xây dựng
Bảng thể tích các cốt liệu cho mẻ trộn thí nghiệm:
Bảng 8.7:
Xi măng = 0,125 x 0,076302 0,00954 m
3
TB = 0,05 x 0,076302 0,00382 m
3
Cốt liệu lớn, khô = 0,398 x 0,076302 0,03 m
3
Nước = 0,1696 x 0,076302 0,0129 m
3
Cát = 0,2575 x 0,076302 0,0196 m
3
Bảng khối lượng các cốt liệu cần dùng cho mẻ trộn thí nghiệm:
Bảng 8.8:
Xi măng 30 kg
TB 10 kg
Cốt liệu lớn, khô 84 kg
Nước 12,9 kg
Cát 52 kg
- Hỗn hợp đồng dạng #3 thay thế 30% xi măng bởi TB:
Xi măng = 525 – 0,3 x 525 = 367,5 kg/m
3
TB = 0,3 x 525 = 157,5 kg
Bảng thể tích các thành phần hỗn hợp cho 1 m
3
Bảng 8.9:
Xi măng = 367,5/(3,15 x 1000) 0,117 m
3
Cốt liệu lớn, khô= 1099/(2,76 x 1000) 0,398 m
3
Nước= 169,6/1000 0, 1696 m
3
TB= 157,5/(2,64 x 1000) 0,06 m
3
Cát = 1 – V
clt
– V
kk
– V
xm
- V
n
0,2554 m
3
Bảng khối lượng các thành phần hỗn hợp tương ứng 1 m
3
Bảng 8.10:
Xi măng 367,5 kg
Cốt liệu lớn, khô 1099 kg
Nước 169,6 kg
Cát 677 kg
TB 157,5 kg
9
TKMH Công nghệ BT & KCBT Bộ môn Vật liệu Xây dựng
Bảng thể tích các cốt liệu cho mẻ trộn thí nghiệm:
Bảng 8.11:
Xi măng 0,009 m
3
TB 0,0046 m
3
Cốt liệu lớn, khô 0,03 m
3
Nước 0,0129 m
3
Cát 0,0195 m
3
Bảng khối lương các cốt liệu cần dùng cho mẻ trộn thí nghiệm:
Bảng 8.12:
Xi măng 28 kg
TB 12 kg
Cốt liệu lớn, khô 82,8 kg
Nước 11,6 kg
Cát 51,6 kg
- Hỗn hợp đồng dạng #4 thay thế 35% xi măng bởi TB:
Xi măng = 525 – 0,35 x 525 = 341,25 kg/m
3
TB = 0,35 x 525 = 183,75 kg
Bảng thể tích các thành phần hỗn hợp cho 1 m
3
Bảng 8.13:
Xi măng = 341,25/(3,15 x 1000) 0,108 m
3
Cốt liệu lớn, khô = 1099/(2,76 x 1000) 0,398 m
3
Nước = 169,6/1000 0,1696 m
3
TB = 183,75/(2,64 x 1000) 0,0696 m
3
Cát = 1 – V
clt
– V
kk
– V
xm
- V
n
0,2548 m
3
Bảng khối lượng các thành phần hỗn hợp tương ứng 1 m
3
Bảng 8.14:
10
TKMH Công nghệ BT & KCBT Bộ môn Vật liệu Xây dựng
Xi măng 341 kg
Cốt liệu lớn, khô 1099 kg
Nước 169,6 kg
Cát 675 kg
TB 184 kg
Bảng thể tích các cốt liệu cho mẻ trộn thí nghiệm:
Bảng 8.15:
Xi măng = 0,108 x 0,076302 0,0082 m
3
TB = 0,0696 x 0,076302 0,0053 m
3
Cốt liệu lớn, khô = 0,398 x 0,076302 0,03 m
3
Nước = 0,1696 x 0,076302 0,0129 m
3
Cát = 0,2744 x 0,076302 0,021 m
3
Bảng khối lương các cốt liệu cần dùng cho mẻ trộn thí nghiệm:
Bảng 8.16:
Xi măng 26 kg
TB 14 kg
Cốt liệu lớn, khô 82,8 kg
Nước 12,9 kg
Cát 51,5 kg
Bước 9: Các hỗn hợp thử nghiệm
Hỗn hợp thử nghiệm được tiến hành cho hỗn hợp cơ bản và từng hỗn hợ trong số 4
hỗn hợp đồng dạng trên. Cát có độ ẩm 2%, độ hút nước 1%, cốt liệu lớn có độ ẩm
0,5%, độ hút nước 0,7%. Sự hiệu chỉnh để xác định rõ trọng lượng mẻ trộn cho hỗn
hợp cơ bản được tính như sau:
- Cát, ướt = 650,31 x (1 +0,02) = 663 kg
- Cốt liệu lớn, ướt = 1099 x (1 +0,005) = 1104 kg
Lượng nước hiệu chỉnh = 169,6 – 650,31 x (0,02 – 0,01) – 1099 x (0,005 – 0,007)
= 165,3 lít
Như vậy khối lượng của nước trong mẻ trộn thử để giải thích cho giới hạn độ ẩm
được đóng góp bởi cốt liệu, phần nước mà toàn bộ độ ẩm trừ phần nước hấp vào trong
cốt liệu.
11
TKMH Công nghệ BT & KCBT Bộ môn Vật liệu Xây dựng
Bảng 9.1:
Hỗn hợp cơ bản Khối lượng khô (kg) Khối lượng mẻ trộn thực (kg)
Xi măng 525 525
Cát 650,31 663
Cốt liệu lớn 1099 1104
Nước (kể cả 160ml/100kg
xi măng phụ gia chậm
ninh kết.
169,6 165,3
Bảng 9.2:
Hỗn hợp đồng dạng #1 Khối lượng khô (kg) Khối lượng mẻ trộn thực (kg)
Xi măng 420 420
Cát 688 702
Cốt liệu lớn 1099 1104
TB 105 105
Nước (kể cả 160ml/100kg
xi măng phụ gia chậm
ninh kết.
169,6 165
Bảng 9.3:
Hỗn hợp đồng dạng #2 Khối lượng khô (kg) Khối lượng mẻ trôn thực (kg)
Xi măng 394 394
Cát 682 696
Cốt liệu lớn 1099 1104
TB 131 131
Nước (kể cả 160ml/100kg
xi măng phụ gia chậm
ninh kết.
169,6 165
Bảng 9.4:
Hỗn hợp đồng dạng #3 Khối lượng khô (kg) Khối lượng mẻ trôn thực (kg)
12
TKMH Công nghệ BT & KCBT Bộ môn Vật liệu Xây dựng
Xi măng 367,5 367,5
Cát 677 691
Cốt liệu lớn 1099 1104
TB 157,5 157,5
Nước (kể cả 160ml/100kg
xi măng phụ gia chậm
ninh kết.
169,6 165
Bảng 9.5:
Hỗn hợp đồng dạng #4 Khối lượng khô (kg) Khối lượng mẻ trôn thực (kg)
Xi măng 341 341
Cát 675 689
Cốt liệu lớn 1099 1104
TB 184 184
Nước (kể cả 160ml/100kg
xi măng phụ gia chậm
ninh kết.
169,6 165
Đối với hỗn hợp thí nghiệm mẫu hình trụ có kích cỡ 30 x 15 cm. Khối lượng được
giảm bớt của mẻ trộn để có được thể tích 0,076302 m
3
như sau:
Bảng 9.6:
Hỗn hợp Cơ bản #1 #2 #3 #4
Xi măng (kg) 40 32 30 28 26
TB (kg) 8 10 12 14
Cát (kg) 50,6 53,6 53,1 52,7 52,6
Cốt liệu lớn
(kg)
84,2 84,2 82,2 84,2 84,2
Nước (lít) 12,59 12,59 12,59 12,59 12,59
Phụ gia hóa học (được coi như một phần nằm trong hỗn hợp nước)
Bước 10: Điều chỉnh tỷ lệ các hỗn hợp thử nghiệm
Khối lượng của mẻ trộn đối với hỗn hợp thử đã được điều chỉnh để đạt được độ sụt
trước và sau khi cho thêm phụ gia giảm nước siêu dẻo (HRWR) và đạt được tính công
tác mong muốn. Những sự điều chỉnh áp dụng đối với hỗn hợp cơ bản và 4 hỗn hợp thử
thứ tự đưa một cách chi tiết. Ba hỗn hợp thử còn lại sẽ được trình bày tóm tắt.
10.1 – Hỗn hợp cơ bản:
13
TKMH Công nghệ BT & KCBT Bộ môn Vật liệu Xây dựng
Mặc dù tổng lượng nước được yêu cầu để có độ sụt từ 1 – 2 in đã được tính toán là
11,6 lít. Điều đó được cho rằng 11,6 lít nước (kể cả thành phần 160ml/100kg xi măng
của phụ gia chậm ninh kết) mới thực sự đủ lượng cần thiết để có kết quả độ sụt thiết kế.
Khối lượng mẻ trộn thực sự là:
Xi măng 40 kg
Cát 50,6 kg
Cốt liệu lớn 84,2kg
Nước 12,59 kg
Hiệu chỉnh với khối lượng khô được:
Xi măng 40 kg
Cát, khô = 50,6/(1+0,02) 49,6 kg
Cốt liệu lớn, khô = 84,2/(1+0,005) 83,8 kg
Nước = 12,59 + 50,6 x (0,02-0,01)
*
- 0,186
t
12,9 lít
* = hiệu chỉnh độ ẩm cát
t = hiệu chỉnh độ ẩm tỷ lệ C/A (xi măng/phụ gia)
(các hiệu chỉnh này lấy theo tính toán mẫu của tiêu chuẩn ACI 211)
Hàm lượng chính xác của hỗn hợp thử là:
Bảng 10.3:
Xi măng = 40/(3,15 x 1000) 0,0127 m
3
Cát = 49,6/(2,65 x 1000) 0,0187 m
3
Cốt liệu lớn = 84,2/(2,76 x 1000) 0,0305 m
3
Nước = 12,9/1000 0,0129 m
3
Không khí = 0,02 x 0,076302 0,00153 m
3
Tổng thể tích 0,07624 m
3
Sự điều chỉnh tỷ lệ hỗn hợp cho 1 m
3
bê tông sẽ cho ra:
Bảng 10.4:
Xi măng = 40/0,07624 520,6 kg
Cát, khô = 49,6/0,07624 651 kg
Cốt liệu lớn, khô = 84,2/0,07624 1104 kg
14
TKMH Công nghệ BT & KCBT Bộ môn Vật liệu Xây dựng
Nước (kể cả 160ml/100kg xi măng phụ gia chậm ninh
kết) = 12,9/0,07624
169 lít
Kết quả chia tỷ lệ mới của hỗn hợp cơ bản với tỷ lệ N/X là 169/520,6 = 0,325. Để
duy trì tỷ lệ thiết kế là 0,323 khối lượng của xi măng nên được tăng thêm đến 169/0,323
= 523,2 kg/m
3
bê tông. Sự tăng thêm thể tích đó dẫn đến sự điều chỉnh khối lượng của
xi măng là (523,2 – 520,6)/(3,15 x 1000) = 0,0008 m
3
, thể tích này nên được điều chỉnh
bằng cách lấy đi một lượng cát có thể tích tương đương. Khối lượng của cát được lấy đi
là 0,0008 x 2,65 x 1000 = 2,1 kg
Kết quả của việc điều chỉnh tỷ lệ hỗn hợp là:
Bảng 10.5:
Xi măng 523,2 kg
Cát, khô 648,9 kg
Cốt liệu lớn, khô 1092 kg
Nước (kể cả 160ml/100kg xi măng phụ gia chậm ninh kết) 169 kg
10.2 – Để việc bố trí mật độ cốt thép lớn thì bê tông chảy dẻo, có độ sụt nhỏ nhất là
9 inchs = 22 cm được thiết kế. Liều lượng của phụ gia giảm nước siêu dẻo (HRWR)
được giới thiệu bởi nhà sản xuất trong khoảng 0,4 – 2,2 lít/100 kg xi măng. Trong mọi
trường hợp, với lượng phụ gia chậm ninh kết không thay đổi chỉ được cho vào hỗn hợp
cùng với nước hỗn hợp.
Ỏ bài thiết kế này sử dụng phụ gia siêu dẻo với liều lượng 1,3 lít/100 kg xi măng.
Người ta xác định rằng hỗn hợp bê tông với độ sụt là 10 inchs = 25 cm có đầy đủ
các đặc tính làm việc cho việc bố trí chính xác, vì thế không sự điều chỉnh nào là cần
thiết cho lượng cốt liệu lớn.
Xét hỗn hợp thử nghiệm #1
Bảng 10.6 :
Xi măng 32 kg
TB 8 kg
Cát 53,6 kg
Cốt liệu lớn 84,2kg
Nước 12,59 kg
15
TKMH Công nghệ BT & KCBT Bộ môn Vật liệu Xây dựng
Hiệu chỉnh theo khối lượng khô được: (bảng 10.7)
Xi măng 32 kg
TB 8 kg
Cát = 53,6/(1+0,02) 52,5 kg
Cốt liệu lớn = 84,2/(1+0,005) 83,8 kg
Nước = 12,59 + 53,6 x (0,02-0,01)
*
-0,186
t
12,94 lít
* = hiệu chỉnh độ ẩm cát
t = hiệu chỉnh độ ẩm tỷ lệ C/A (xi măng/phụ gia)
Hàm lượng thật sự theo thể tích của hỗn hợp thử #1 là:
Bảng 10.8
Xi măng = 32/(3,15 x 1000) 0,0102 m
3
TB = 8/(2,64 x 1000) 0,003 m
3
Cát = 52,5/(2,65 x 1000) 0,0198 m
3
Cốt liệu lớn = 83,8/(2,76 x 1000) 0,0303 m
3
Nước = 12,94/1000 0,01294 m
3
Không khí = 0,02 x 0,076302 0,00153 m
3
Tổng thể tích 0,07777 m
3
Sự điều chỉnh tỷ lệ hỗn hợp để có sản lượng 1 m
3
là: bảng 10.9
Xi măng = 32/0,07777 411,5 kg
TB = 8/0,07777 102,9 kg
Cát, khô = 52,5/0,07777 675 kg
Cốt liệu lớn, khô = 83,8/0,07777 1078 kg
Nước (kể cả 160ml/100kg xi măng phụ gia chậm ninh
kết) = 12,94/0,07777
166,4 lít
Kết quả của việc chia tỷ lệ thành phần hỗn hợp #1 mới có tỷ lệ N/CKD = 166,4/
(411,5+102,9) = 0,3234. Xấp xỉ bằng tỷ lệ thiết kế là 0,323, vì thế trọng lượng của chất
kết dính giữ nguyên. Tỷ lệ phần trăm của TB cho hỗn hợp là 20% sẽ được duy trì.
16
TKMH Công nghệ BT & KCBT Bộ môn Vật liệu Xây dựng
Việc thêm phụ gia siêu dẻo vào trong hỗn hợp được điều chỉnh đã cho ra kết quả là
bê tông chảy dẻo. Người ta tìm ra rằng 1,3 lít/100kg xi măng của phụ gia siêu dẻo tạo
nên độ sụt 9 ½ in = 24 cm trong điều kiện của phòng thí nghiệm. Phụ gia chậm ninh kết
(2oz/cwt = 0,13 lít/100kg xi măng) được thêm vào bê tông với nước nhào trộn và phụ
gia siêu dẻo đã được thêm vào khoảng 15 phút sau khi trộn.
Hỗn hợp có chứa phụ gia siêu dẻo đã có được tính làm việc cần thiết. Vì vậy không
sự điều chỉnh nào về lượng thành phần cốt liệu lớn là cần thiết.
Cần kiểm tra cường độ chịu nén 28 ngày tuổi xem có đạt với yêu cầu không.
10.3 – Sơ lược về sự làm việc của hỗn hợp thử: bảng sau thể hiện sơ lược kết quả
của việc điều chỉnh lại hỗn hợp thử trong phòng thí nghiệm theo cách như trên, với liều
lượng phụ gia siêu dẻo là 1,3 lít/100 kg xi măng.
Bảng tổng hợp kết quả cho 1 m
3
bê tông thử nghiệm: bảng 10.10
Hỗn hợp Hỗn hợp
cơ bản
Hỗn hợp
thử #1
Hỗn hợp
thử #2
Hỗn hợp
thử #3
Hỗn hợp
thử #4
Xi măng (kg) 523,2 411,5 386 360 334
Tro bay (kg) 102,9 129 154 180
Cát, khô (kg) 649 675 670 665 663
Cốt liệu lớn, khô (kg) 1104 1078 1077 1078 1075
Nước (lít) 169 166,4 166,3 166,3 166,1
Độ sụt (cm) Xác định
qua thí
nghiệm
Xác định
qua thí
nghiệm
Xác định
qua thí
nghiệm
Xác định
qua thí
nghiệm
Xác định
qua thí
nghiệm
Phụ gia chậm ninh kết
(lit)
0,68 0,534 0,501 0,468 0,434
Phụ gia siêu dẻo (lít) 6,80 5,34 5,018 4,68 4,34
Cường độ chịu nén sau
28 ngày tuổi Thí
nghiệm
sau 28
ngày rồi
ghi kết
Thí
nghiệm
sau 28
ngày rồi
ghi kết
Thí
nghiệm
sau 28
ngày rồi
ghi kết
Thí
nghiệm
sau 28
ngày rồi
ghi kết
Thí
nghiệm
sau 28
ngày rồi
ghi kết
17
TKMH Công nghệ BT & KCBT Bộ môn Vật liệu Xây dựng
quả để
đánh giá
quả để
đánh giá
quả để
đánh giá
quả để
đánh giá
quả để
đánh giá
Bước 11: Lựa chọn tỷ lệ hỗn hợp tối ưu.
Tính giá tiền vật liệu cho 1 m
3
bê tông thiết kế:
Giá các vật liệu thiết kế như sau:
- Cát vàng = 220.000 vnd/m
3
- Đá dăm = 320.000 vnd/m
3
- Xi măng PC 40 = 1.000.000 vnd/tấn
- Tro bay = 800 vnd/kg
- Phụ gia siêu dẻo = 23.000 vnd/lít
- Chất làm chậm = 16.200 vnd/lít
Tính giá vật liệu cho 1 m
3
bê tông các mẫu thử như sau: bảng 11.1
Tên hỗn
hợp
Hỗn hợp cơ
bản
Hỗn hợp #1 Hỗn hợp #2 Hỗn hợp #3 Hỗn hợp #4
Giá vật
liệu cho
1 m
3
bê
tông
(VND)
872.495,200 806.314,000 793.222,410 778.615,000 764.529,991
Đánh giá, lựa chọn: Coi cường độ chịu nén 28 ngày khi kiểm tra các mẫu thử đều
đạt mức thiết kế (mẫu thử nào không đạt thì nên loại bỏ và khi thí nghiệm cường độ
chịu nén ghi chép lại nhiệt độ bê tông lúc nén để đánh giá)
Lựa chọn tỷ lệ hỗn hợp tối ưu
18
TKMH Công nghệ BT & KCBT Bộ môn Vật liệu Xây dựng
Giả sử với công trình đang thiết kế là một kết cấu cầu bê tông cốt thép với tuổi thọ
100 năm theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05 các thông số sau:
- Chiều cao kết cấu dầm: 1500 mm
- Chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép: 60 mm
- Diện tích mặt cắt ngang: 1500000 mm
2
- Hàm lượng cốt thép theo kỹ sư kết cấu cung cấp là 1,8% (cốt thép đều không có
các chất bịt kín hay ức chế)
Cầu được xây dựng tại khu vực Hà Nội (cầu vượt sông) có nhiệt độ trung bình các
tháng theo cung cấp của nhiệt khí tượng (theo thứ tự các tháng từ 1 đến 12 là: 16; 20;
25; 26; 28; 30; 32; 30; 27; 26; 23; 19
o
C )
Nồng độ Clo được đo tại nơi xây dựng là 0,1%
Nhận xét:
- Bê tông sử dụng hỗn hợp #4 có cường độ chịu nén 28 ngày khi kiểm tra các mẫu
thử đều đạt mức thiết kế và có hàm lượng chất kết dính giảm xuống, đồng thời giá
thành vật liệu để sản xuất loại bê tông này rẻ hơn so với bê tông chỉ sử dụng xi măng
Pooc Lăng và bê tông sử dụng 20%, 25%, 30% TB.
- Bê tông sử dụng hỗn hợp #4 có khả thi nhất.
Kết luận: Hỗn hợp lựa chọn là hỗn hợp #4 có thành phần vật liệu cho 1 m
3
bê tông
như sau:
- Xi măng = 334 kg
- TB = 180 kg
- Đá dăm = 1075 kg
- Cát = 663kg
- Nước = 166,1 kg
- Phụ gia siêu dẻo = 4,34 lít
- Phụ gia chậm ninh kết = 0,434 lít
Chú ý: Khi điều kiện môi trường hoặc tỷ lệ thành phần vật liệu thay đổi, sự thêm
vào những điều chỉnh phù hợp với môi trường thực tế là cần thiết.
19