Thiết kế cấp phối bê tông va kiểm tra bằng thực nghiệm

Bài 2:
THIẾT KẾ CẤP PHỐI BÊ TÔNG và KIỂM TRA BẰNG
THỰC NGHIỆM

A. THIẾT KẾ CẤP PHỐI BÊTÔNG
I. Mục đùích thí nghiệm
Thiết kế sơ bộ cấp phối bê tông để làm cơ sở kiểm tra điều chỉnh để có được một cấp phối
thỏa yêu cầu
II. Thiết kế cấp phối bê tông theo phương pháp thể tích tuyệt đối của Bôlomey-
Skramtaiev
II.1 Cơ sở thiết kế
:
Cường độ của bêtông : Rb = 300 kgf/cm2
Cường độ xi măng : Rx = 400 kgf/cm2
Độ sụt thiết kế : SN = 7 – 8 cm
Nguyên vật liệu chất lượng trung bình
Các tính chất cơ lý của nguyên vật liệu như bài 1
Trộn hỗn hợp bê tông bằng tay
II.2 Trình tự thiết kế
 Tính lượng nước N
Dmax Đặc trưng cuả
hỗn hợp bê tông
Đá dăm
Độ sụt SN (cm) 10 20 40 70
9 – 12 230 215 200 185
6 -8 220 205 190 175
3 - 5 210 195 180 165
1 - 2 200 185 120 155
Cốt liệu lớn là đá dăm D
max
= 25 mm

SN = 7 - 8 cm
Tra bảng chọn lượng nước N = 195 lít
 Tính lượng xi măng X
)5.0( 
N
X
ARR
Xb

Hay
.25.0
5.0400
300
5.0 


X
b
AR
R
N
X

Với :A = 0.5 là hệ số phụ thuộc vào chất lượng nguyên liệu và phương pháp xác đònh mác xi
măng
Suy ra X = N x X/N = 195x2.0 = 390 Kg
 Tính lượng đá dăm
Kg
r
Đ

aĐĐ
Đ
1247
7.2
1
49.1
434.1448.0
1000
1
1000
0









Với

= 1.47, hệ số phụ thuộc lượng xi măng
 Tính lượng cát
KgN
ĐX
C
aC
aĐaX
55562.2)]195

7.2
1247
968.2
390
(1000[)](1000[ 



Ta có cấp phối cho 1m
3
betông
X = 390 Kg
N = 195 Kg
Đ = 1247 Kg
C = 555 Kg
Cấp phối cho 12(l) bê tông
X = 4.68 Kg
N = 2.34 Kg
Đ = 14.96 Kg
C = 6.66 Kg
B. PHẦN THỰC NGHIỆM
I. Dụng cụ thí nghiệm
1. Khay trộn, bay xây dựng
2. Cân kó thuật, chính xác 1 gram
3. Tấm lót kim loại
4. Thước lá kim loại, dài 30cm, chính xác 0.5cm
5. Thanh thép tròn trơn, đường kính 16mm, dài 600mm, hai đầu
múp tròn.
6. Khuôn đúc mẫu 15x15x15 cm
7. Máy nén bê tông

6.Côn thử độ sụt với các thông số cho trong bảng











Bảng :


Kích thước
Loại côn
d D h
N 100

2

200

2

300

2

II. Phương pháp thí nghiệm

Theo tiêu chuẩn : TCVN 3106 : 1993
TCVN 3119 : 1993
III. Trình tự thí nghiệm

Thử độ sụt:
Cân nguyên liệu bằng cân kó thuật chính xác đến 1g.
X = 4.68 Kg
N = 2.34 Kg
Đ = 14.96 Kg
C = 6.66 Kg
Lau khay trộn, mặt trong côn thử độ sụt và tấm lót kim loại bằng khăn ướt
Trộn ximăng + cát
Trộn ximăng + cát + đá
Cho nước vào, trộn đều
Đặt côn lên tấm kim loại. Đứng lên gối đặt chân để giữ cho côn cố đònh trong cả quá
trình đổ và đầm hổûn hợp bê tông trong côn.
Đổ mẫu làm 3 phần, cứ mỗi lần đỗ ta đầm 25 cái theo hình xoắn ốc từ ngoài vào.
Dùng bay gạt bằng mặt,miết cho thật phẳng.
Nhấc nón thẳng lên ,đo độ sụt
Nếu độ sụt không đạt theo thiết kế ta phải điều chỉnh bằng cách cho thêm hoặc giảm
bớt nước và xi măng sao cho vẫn giữ được tỉ lệ N/X đến khi đạt được độ sụt như thiết kế sau
đó đúc mẫu
Đúc mẫu:
Lau dầu khuôn thí nghiệm.

Đổ mẫu làm hai phần,mỗi lần đầm 25 cái cũng theo hình xoắn ốc từ ngoài vào.
Gạt bỏ phần thừa,dùng bay liết bằng mặt.
Dùng búa cao su gõ hai bên thành khuôn 25 cái mỗi mẫu.
Cân khuôn và mẫu
Dùng giấy đậy bề mặt mẫu.
24 giờ sau, tháo khuôn, ghi chú lên mẫu rồi đem mẫu đi dưỡng hộ trong bể dưỡng hộ.
Cân khuôn
Sau 7 ngày, lấy một mẫu đem nén thử.
Sau 28 ngày, nén hai mẫu còn lại
IV. Kết
quả
Độ sụt : 3 cm ( không thoả thiết kế )
Cấp phối tăng thêm 10% ximăng
X = 5.148 Kg Đ = 14.96 Kg
N = 2.574 Kg C = 6.66 Kg
Độ sụt: 6 cm
Cấp phối tăng thêm 15% ximăng
X = 5.382 Kg Đ = 14.96 Kg
N = 2.691 Kg C = 6.66 Kg
Độ sụt: 8 cm – chọn cấp phối này
Hiệu chỉnh cấp phối cho 1m
3
betông
lkg
V
m
mau
maubt
hhbt
o

/28333.2
12
3.317.58





Thể tích khối bê tông đãhiệu chỉnh
l
m
hhbt
o
13
28333.2
66.696.14691.2382.5
V'
b






Cấp phối đối chứng kg
V
X
X
b
dc

4141000
13
382.5
1000
'


kg
V
N
N
b
dc
2071000
13
691.2
1000
'


kg
V
D
D
b
dc
10501000
13
96.14
1000

'


kg
V
C
C
b
dc
5121000
13
66.6
1000
'


Bảng kết quả
F (cm
2
) Sau 7 ngày Đổi 28 ngày
Mẫu 1 225 487.09
Mẫu 2 225 539.74
Lực ép
(KN)
Mẫu 3 225 473.39
Mẫu 1 216.48 370.70
Mẫu 2 239.88 410.77
Mẫu 3 210.40 360.43
Cường độ
chòu nén

(kg/cm
2
)
TB
222.25 380.63
V. Kết luận
Sau khi thiết kế cấp phối bêtông ta phải làm thực nghiệm để hiệu chỉnh vì do khi tính
toán ta tối ưu hoá và đơn giản hoá 1 số tính chất vật liệu thành phần cho tiện việc tính toán
và đồng thời các công thực, bảng tra cũng thường rút ra từ thực nghiệm. Khi làm thực nghiệm
ta phải làm sao cho điều kiện phải như thực tế thi công để có được cấp phối bê tông ứng
dụng được ngoài công trường.Mặt khác, do sai số, sự thiếu chính xác trong quá trình thực
nghiệm nên cấp phối bêtông thực tế khó mà như thiết kế. Nhưng sự sai sót này ta không cần
quan tâm và nó là những sai sót đều có thể xảy ra khi thi công. Vì vậy cấp phối đã hiệu chỉnh
là cấp phối có tính ứng dụng cao.

BÀI 3
NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA LƯNG DÙNG XIMĂNG
ĐẾN CÁC TÍNH CHẤT CỦA BÊTÔNG

I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM:
Một cấp phối bêtông hợp lý cần bảo đảm thoả mãn những chỉ tiêu quy
đònh về tính chất của hỗn hợp bêtông và bêtông vối chi phí về vật liệu và sản
xuất bé nhất và chỉ tiêu quan trọng nhất là lượng dùng ximăng kinh tế nhất .
Vì vậy ta nghiên cứu sự ảnh hưởng của lượng dùng ximăng đến tính chất của
bêtông nhằm mục đích tìm cách giảm tối thiểu lượng dùng ximăng mà không
làm ảnh hưởng đến cường độ, đồng thời cũng giúp cho ta hiểu biết thêm về
các tính chất của hỗn hợp bêtông , đó là nền để sau này ta có thể nghiên cứu
tìm ra những loại bêtông mới phục vụ cho xã hội.
Cường độ cement trong béton phụ thuộc vào hoạt tính của cement và tỉ
lệ giữa lượng dùng nước và lượng dùng cement trong hỗn hởp bétonG.

Tỉ lệ N/X quyết đònh cường độ của đá cement. Nếu lượng nước quá nhiều
sẽ tạo lổ rỗng trong cấu trúc đá cement dẫn đến hạ thấp cường độ của đá
cement và béton.
II. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM:
Gồm các dụng cụ dùng để thiết kế cấp phối bêtông giống như bài 2 đã
trình bày ở trên.
- Khuôn tiêu chuẩn 10x10x10cm bằng kim loại.
- Cân kỹ thuật.
- Côn tiêu chuẩn hình nón cụt.
- Que đầm, bay, giá xúc, búa cao su,…
- Thước đo độ sụt.
III. TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM:
- Ta đã c cấp phối béton được tính toán ở bài 2, dựa trên cấp phối
đó tiến hành thay đổi lượng cement  10%.
- ng với lượng cement đó tiến hành tính toán cho các nguyên liệu
còn lại: N-C-Đ.
- Đúc mẫu béton dựa trên cấp phối đã được hiệu chỉnh theo trình tự
như bài 2.
Thành phần cấp phối như sau:
Nguyên vật liệu
(kg)
1 m
3
BT 8L BT
X 414 3.312
N 207 1.656
Đ 1050 8.4
C 512 4.096

Bảng tính cấp phối cho 1m
3
bêtông

Lượng ximăng Nước(lit) Ximăng(kg) Cát(kg) Đá (kg)
Giảm10%ximăng 207 372.6 512 1050
Tăng10%ximăng 207 455.4 512 1050

IV. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM:
Bảng kết quả thí nghiệm :

Kích thước mẫu (10x10x10) Sau 7 ngày
Mẫu 1 200.1
Mẫu 2 198.9
P (KN)
Mẫu 3 190.4
Mẫu 1 200.1
Mẫu 2 198.9
Mẫu 3 190.4
Giảm 10%
lượng
ximăng
(SN=4.5cm)
R
n
(kg/cm
2
)
TB

196.47
Mẫu 1 267.1
Mẫu 2 270.2
P (KN)
Mẫu 3 256.3
Mẫu 1 267.1
Mẫu 2 270.2
Tăng10%
lượng
ximăng
(SN=8cm)
R
n
(kg/cm
2
)
Mẫu 3 256.3
TB
264.53
Điều kiện nén mẫu: 0.85R
max,min
 R
tb
 1.15R
max,min


R
28
qui đổi

từ R
7
R
n
qui đổi từ
mẫu 10x10x10
sang mẫu
15x15x15
Giảm 10% lượng ximăng
(SN=4.5cm)
336.44 306.16
Tăng 10% lượng ximăng
(SN=2.8cm)
452.98 412.22

Công thức qui đổi từ mẫu 10x10x10 ra mẫu 15x15x15:

15 15 15 10 10 10
28 28
x
xx
RR


x
với  = 0.91



BIỂU ĐỒ BIỂU DIỄN SỰ ẢNH HƯỞNG LƯNG DÙNG XIMĂNG

ĐẾN CƯỜNG ĐỘ BÊTÔNG


306.16
380.63
412.22
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
123

R
n
(kg/cm
2
)
1: cừơng độ bêtông sau 28 ngày với cấp phối giảm 10% lượng ximăng
2: cừơng độ bêtông sau 28 ngày với cấp phối chuẩn
3: cừơng độ bêtông sau 28 ngày với cấp phối tăng 10% lượng ximăng
V. NHẬN XÉT:
Đầu tiên, lượng dùng ximăng ảnh hưởng đến độ sụt hỗn hợp bêtông do tính dẻo của ximăng
khi nhào trộn với nước. Độ sụt tăng theo lượng dùng ximăng do khi tăng ximăng, khoảng
cách giữa các hạt cốt liệu rộng ra làm cho chúng di chuỷên dễ dàng hơn đồng thời cùng với

độ nhớt của ximăng làm cho hỗn hợp có độ linh động hơn
Thứ 2, về cừong độ, nhiều ximăng sẽ làm cho sự dính kết giữa ximăng và cốt liệu, cốt liệu
và cốt liệu lớn hơn làm cho bêtông thành 1 thể làm việc đồng thời làm tăng cừong độ
bêtông.Mặt khác nhiều ximăng mà vẫn giữ nguyên lượng nước ( giảm tỉ lệ N/X ) làm cho các
lỗ rỗng do nước tự do bay hơi ít đi làm tăng độ đặc chắc bêtông, tăng cường độ
Nhưng mặt khác, dùng nhiều ximăng sẽ không có lợi về kinh tế, tăng giá thành công trình.
Vì vậy việc tìm ra lượng dùng ximăng tối ưu, tỉ lệ N/X hợp lí là điều quan trọng để đảm bảo
chất lượng bêtông









Bài 4:
ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ GIA TỚI CØNG ĐỘ VÀ ĐỘ
SỤT CỦA HỖN HP BÊ TÔNG
I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHỊÊM:
Để chế tạo một hỗn hợp beton thì hai yêu cầu cơ bản phải thỏa mãn đó là tính đồng
nhất và tính công tác. Ngoài việc phải đồng nhất thành phần để đảm bảo chất lượng beton thì
tính công tác của hỗn hợp beton có ảnh hưởng mạnh mẽ trong công tác thi công. Trong đó,
tính công tác chòu ảnh hưởng rất lớn bởi các yếu tố: Lượng nước nhào trộn, loại và lượng xi
măng, lượng và chất lượng cốt liệu, phụ gia hoạt động bề mặt và gia công chấn động.Trong
các yếu tố trên thì tính công tác của hỗn hợp beton chòu sự ảnh hưởng rõ rệt của pgụ gia, chỉ
với một lượng nhỏ mà gây ảnh hưởng lớn đến tính công tác. Vì vậy , phụ gia được coi là một
yếu tố quan trọng để cải thiện tính công tác của hỗn hợp beton.
Cấu trúc béton có ý nghóa rất lớn, nó quyết đònh đến cường độ của béton. Đối với

béton có cấu trúc đặc chắc thì cường độ rất cao, ngược lại béton có cấu trúc rỗng, nhiều mao
quản thì béton có cường độ kém.
Một trong những nguyên nhân tạo nên lổ rỗng mao quản là lượng nước nhào trộn ban
đầu. Theo như các tài liệu thì chỉ có 1/3 lượng nước còn lai được dùng để cải thiện tính công
tác cho hỗn hợp béton va khi bốc hơi thì để lại lổ rỗng trong cấu trúc béton.
Để khắc phục nhược điểm này, người ta đưa vào béton 1 hàm lượng phụ gia: chất này
thường là những nhóm riêng rẽ của các chất hữu cơ, do có hoạt tính bề mặt cao, được hấp thụ
dưới dạng màng mỏng trên bề mặt hạt chất kết dính và các hạt mòn khác gây tác dụng thấm
ướt bề mặt các hạt này.
Phụ gia là những loại vật liệu khác kết hợp với nước, cốt liệu,xi măng portland được
thêm vào mẻ trộn beton để cải thiện, điều chỉnh một số đặc tính của beton. Làm cho chúng
có khả năng thích ứng với yêu cầu thi công, tiết kiệm xi măng, đem lại hiệu quả kinh tế cao
trong xây dựng như: cải thiện tính công tác của beton (làm tăng độ lưu động, hạn chế sự suy
giảm độ sụt theo thời gian ) mà không cần tăng thêm lượng nước, hoặc có thể giảm lượng
nước mà vẫn có thể đạt dộ lưu động cao cho hỗn hơp beton. Làm chậm hoặc tăng nhanh thời
gian ninh kết ban đầu, làm giảm hoặc ngăn cản sự phân tầng của hỗn hợp beton, tạo khả
năng bơm cho hỗn hợp beton…
Phụ gia siêu dẽo cho phép giảm lượng nước mà vẫn đảm bảo độ dẽo cho béton, làm
tăng cao cường độ béton.
Sử dụng phụ gia hoạt tính bề m,ặt với hàm lượng bé (0.5-3% so với lượng dùng
cement thông thường là 1.5%) cho phép giảm từ 10-12% lượng dùng nước và có thể giảm
tương ứng 7-10% lượng dùng cement trong béton và vữa.
II. DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHỊÊM:
- Máy trộn rơi tự do.
- Nón cụt tiêu chuẩn N1 (100x200x300)mm.
- Khay đựng, xô đong.
- Tấm thép mỏng dùng đặt côn.


- Thước xếp có chiều dài tổng cộng 1m.

- Thanh thép

30 dài 60 cm hai đầu múp tròn.
- Cát, đá, xi măng đã được xác đònh các chỉ tiêu cơ lí và thiết kế cấp phối đạt
yêu cầu ở các bài thí nghiệm trước.
- Sử dụng cấp phối đã thiết kế trong bài thí nghiệm trước với SN= 7- 8 cm.
- Khảo sát với lượng thay đổi từ 0%, 0.5%, 1%.phụ gia so với lượng xi măng.
III. TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM: TCVN 3106 : 1993
- Thể tích hỗn hợp beton lấy là 8 lit ( ứng với cỡ hạt cốt liệu lớn nhất là 40 mm).
- Dùng máy trộn chế tạo hỗn hợp beton theo cấp phối đã thiết kế với lượng phụ gia
thay đổi cho từng mẻ trộn.
- Tẩy sạch beton cũ, lau ẩm côn và các dụng cụ khác tiếp xúc với hỗn hợp beton.
- Đặt côn lên tấm thép, đứng lên rồi đặt chân để giữ cho côn cố đònh trong cả quá
trình đổ và đầm hỗn hợp beton trong khuôn.
- Đổ beton qua phễu vào khuôn làm 3 lớp, mỗi lớp chiếm khoảng 1/3 của côn.
Dùng thanh thép chọc đều theo hướng từ ngoài vào trong 25 cái cho mỗi lớp. Lớp đầu chọc
suốt chiều sâu, các lớp sau chọc xuyên sâu vào lớp trước 2 – 3 cm, ở lớp thứ 3 vừa chọc vừa
cho thêm để giữ mức hỗn hợp beton luôn đầy miệng côn.
- Chọc xong lớp thứ 3 , nhấc phễu ra, lấy bay gạt phẳng miệng côn, dọn sạch xung
quanh côn, dùng tay ghì chặt côn xuống nền rồi nhấc chân khỏi gối đặt chân . Từ từ nhấc côn
thẳng đứng trong vòng 5 – 10 giây.
- Dặt côn sang bên cạnh hỗn hợp vừa tạo hình rồi đo chênh lệch chiều cao giữa
miệng côn với điểm cao nhất của khối hỗn hợp chính xác tới 0.5 cm.
- Thời gian thử độ sụt tính từ lúc bắt đầu đổ hỗn hợp beton vào khuôn cho tới khi
nhấc côn ra khỏi khối hỗn hợp không ngắt quãng và được khống chế không quá 150 giây.
III. TÍNH TOÁN KẾT QUẢ:
Phụ gia sử dụng Mapefluid N100 SP
Cấp phối cho 1m
3
beton:

Cấp
phối
% phụ
gia
Lượng
phụ gia(g)
Nước
(Kg)
Cát
(Kg)
Đá
(Kg)
Xi măng
(Kg)
1 0 0 207 512 1050 414
2 0.5 2.07 207 512 1050 414
3 1.0 4.14 207 512 1050 414

Cấp phối cho 8lit beton.

Cấp
phối
% phụ
gia
Thể tích
phụ gia(l)
Nước
(Kg)
Cát

(Kg)
Đá
(Kg)
Xi măng
(Kg)
1 0 0 1.656 4.096 8.4 3.312
2 0.5 0.017 1.656 4.096 8.4 3.312
3 1.0 0.033 1.656 4.096 8.4 3.312



Kết quả nén mẫu betong (10x10x10): (hệ số tính đổi: 0.91)

Cường độ nén (Kg/cm
2
)
STT Độ sụt SN 7 ngày 28 ngày
1 8 216.48 370.70
239.88 410.77
210.40 360.43
2 15 263.04 450.44
233.77 400.32
235.47 403.23
3 23 253.31 433.78
255.07 436.79
266.17 455.79
Qui đổi sang mẫu 15x15x15

Giá trò
trung bình

R
28


R
n
qui đổi từ
mẫu 10x10x10
sang mẫu
15x15x15
Cấp phối 2
418.00 380.38
Cấp phối 3
442.12 402.33
BIỂU ĐỒ BIỂU DIỄN SỰ ẢNH HƯỞNG LƯNG DÙNG PHỤ GIA
380.63
380.38
402.33
123
365
370
375
380
385
390
395
400
405
ĐẾN CƯỜNG ĐỘ BÊTÔNG
R

n
(kg/cm
2
)













1: cừơng độ bêtông sau 28 ngày với cấp phối chuẩn
2: cừơng độ bêtông sau 28 ngày với cấp phối sử dụng lượng phụ gia = 5%X
3: cừơng độ bêtông sau 28 ngày với cấp phối sử dụng lượng phụ gia = 10%X


Phụ gia sử dụng Mapefluid R104
Cấp phối cho 1m
3
beton:

Cấp
phối
% phụ

gia
Lượng
phụ gia(g)
Nước
(Kg)
Cát
(Kg)
Đá
(Kg)
Xi măng
(Kg)
1 0 0 207 512 1050 414
2 0.5 2.07 207 512 1050 414
3 1.0 4.14 207 512 1050 414

Cấp phối cho 8lit beton.
Cấp
phối
% phụ
gia
Thể tích
phụ gia(l)
Nước
(Kg)
Cát
(Kg)
Đá
(Kg)
Xi măng
(Kg)

1 0 0 1.656 4.096 8.4 3.312
2 0.5 0.017 1.656 4.096 8.4 3.312
3 1.0 0.033 1.656 4.096 8.4 3.312

Kết quả nén mẫu betong (10x10x10): (hệ số tính đổi: 0.91)

Cường độ nén (Kg/cm
2
)
STT Độ sụt SN 7 ngày 28 ngày
1 8 216.48 370.70
239.88 410.77
210.40 360.43
2 14 233.92 400.56
271.35 464.66
227.21 389.07
3 25 284.97 487.99
265.98 455.46
256.16 438.66




Qui đổi sang mẫu 15x15x15

Giá trò
trung bình
R
28

R
n
qui đổi từ
mẫu 10x10x10
sang mẫu
15x15x15
Cấp phối 2
418.10 380.47
Cấp phối 3
460.70 419.24




BIỂU ĐỒ BIỂU DIỄN SỰ ẢNH HƯỞNG LƯNG DÙNG PHỤ GIA
ĐẾN CƯỜNG ĐỘ BÊTÔNG

380.63
380.47
360
370
380
390
400
410
420
430
12
419.24

3
R
n
(kg/cm
2
)














1: cừơng độ bêtông sau 28 ngày với cấp phối chuẩn
2: cừơng độ bêtông sau 28 ngày với cấp phối sử dụng lượng phụ gia = 5%X
3: cừơng độ bêtông sau 28 ngày với cấp phối sử dụng lượng phụ gia = 10%X
IV. NHẬN XÉT:
Mục đích chính của việc sử dụng phụ gia là làm giảm lượng nước nhào trộn, tạo tính dẻo
ban đầu cho hỗn hợp bêtông và cường độ bêtông. Nhờ tính chất tạo dẽo cho hỗn hợp
bêtông mà không cần nhiều nước nhào trộn nên lượng nước sử dụng ít, giảm lỗ rỗng do
nước bay hơi để lại trong bê tông, tăng độ đặc chắc trong bêtông
Nhưng cũng cần chú ý, lượng phụ gia sử dụng theo chỉ đònh của nhà sản xuất nếu không
sẽ không có kết quả hoặc gặp tác dụng phụ như làm giảm độ PH trong bêtông gây ăn

mòn cốt thép