“Nghiên cứu tăng cường độ của bê tông công trình thủy bằng phương pháp đầm lại

LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS-TSKH Nguyễn Thúc
Tuyên, người đã dành nhiều tâm huyết, tận tình hướng dẫn, chỉ bảo cho tác
giả trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Công ty cổ phần tư vấn xây dựng và
chuyển giao công nghệ Thăng Long 12 đã tạo điều kiện cho tác giả về thời
gian để tham gia khoá học và hoàn thành luận văn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn sự quan tâm và giúp đỡ của phòng Đào
tạo Đại học và Sau Đại học, Khoa Công trình trường Đại học thuỷ lợi, cùng
các thầy, cô giáo trường Đại học Thủy lợi đã tạo điều kiện cho tác giả có cơ
hội được học tập, trau dồi nâng cao kiến thức trong suốt thời gian vừa qua.
Sau cùng là cảm ơn các bạn đồng nghiệp và các thành viên trong gia
đình đã có những đóng góp quý báu, động viên về vật chất và tinh thần để tác
giả hoàn thành luận văn này.
Với thời gian và trình độ còn hạn chế, luận văn không thể tránh khỏi
những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến
của các thầy cô giáo, các Quý vị quan tâm và bạn bè đồng nghiệp.
Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Xây dựng công trình thủy với
đề tài: “Nghiên cứu tăng cường độ của bê tông công trình thủy bằng
phương pháp đầm lại” được hoàn thành tại Khoa Công trình, Trường Đại
học Thủy lợi.

Hà Nội, tháng 09 năm 2014
Tác giả


Vũ Xuân Tiến

LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là Vũ Xuân Tiến, học viên cao học lớp K20C21 trường Đại
Học Thủy Lợi, tác giả luận văn xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu

của riêng tôi. Những nội dung và kết quả nghiên cứu trình bày trong luận văn
là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào.

Tác giả


Vũ Xuân Tiến


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
DANH MỤC CÁC BẢNG
PHẦN MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ MỘT SỐ QUY ĐỊNH (TIÊU
CHUẨN) LIÊN QUAN ĐẾN NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ SẢN XUẤT BÊ
TÔNG Ở NƯỚC TA 3
1.1. Định nghĩa bê tông: 3
1.2. Phân loại bê tông và bê tông thủy công 4
1.3. Nguyên vật liệu chế tạo bê tông. 5
1.3.1. Xi măng 5
1.3.2. Cốt liệu nhỏ 5
1.3.3. Cốt liệu lớn. 7
1.4. Các tính chất cơ bản của bê tông. 9
1.4.1. Tính công tác của hỗn hợp bê tông 9
1.4.2. Tính đông kết đóng rắn của hỗn hợp bê tông. 10
1.4.3. Cường độ của bê tông đã đông cứng. 11
1.4.4. Tính biến dạng của bê tông 15

1.4.5. Tính co, nở của bê tông 15
1.4.6. Tính hút nước của bê tông 15
1.4.7. Tính thấm nước của bê tông. 16
1.5. Thiết kế thành phần bê tông 16
1.6. Kết luận chương 1 20

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 21
2.1. Thủy hóa (hydrat hóa) xi măng pooc lăng (PC) 21
2.2. Quá trình đông kết đóng rắn của xi măng. 22
2.3. Cấu trúc của đá xi măng 23
2.4. Cấu trúc của bê tông 25
2.4.1. Sự hình thành cấu trúc của bê tông 25
2.4.2. Cấu trúc vĩ mô của bê tông 25
2.4.3. Cấu trúc vi mô của bê tông 26
2.4.4. Độ rỗng của bê tông 28
2.4.5. Độ co của bê tông 29
2.5. Lý thuyết về đầm hỗn hợp bê tông. 32
2.6. Kết luận của chương 2 35
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 37
3.1. Xác định các tính chất của nguyên vật liệu chế tạo bê tông 37
3.1.1. Xi măng PCB 30 Bút Sơn 37
3.1.2. Cát vàng sông Lô 39
3.1.3. Đá dăm Kiện Khê 45
3.1.4. Nước trộn bê tông 49
3.2. Thiết kế thành phần bê tông 49
3.2.1. Thiết kế thành phần bê tông mác 20 49
3.2.2. Thiết kế thành phần bê tông mác 30 51
3.3. Đánh giá hiệu quả của phương pháp đầm lại đối với cường độ của bê
tông. 52
3.3.1. Xác định thời gian giãn cách hợp lý giữa 2 lần đầm 53

3.3.2. So sánh cường độ bê tông loại 1 và loại 2 được đầm 1 lần và 2
lần. 56
3.4. Bàn luận về kết quả của phần thực nghiệm 59

3.5. Kết luận của chương 3 60
KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ 61
KẾT LUẬN 61
TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ 62
TÀI LIỆU THAM KHẢO 63
Tiếng Việt 63
Tiếng Anh 65
Tiếng khác 65
PHỤ LỤC 1 66
PHỤ LỤC 2 67

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Cấu trúc của hỗn hợp bê tông 4
Hình 1.2: Biểu đồ để xác định lượng nước trộn, l/m
3
, bê tông đối với
hỗn hợp bê tông dẻo (S
n
=1-14cm) 18
Hình 1.3: Biểu đồ để xác định hệ số trượt α 19
Hình 2.1: Hiện tượng tách nước bên trong bê tông 27
Hình 2.2: Cấu trúc vùng chuyển tiếp trong bê tông 27
Hình 2.3: Quan hệ giữa độ rỗng và cường độ nén của bê tông 29
Hình 2.4: Quan hệ giữa độ co và thời gian đông cứng 29
Hình 3.1: Biểu đồ TPH của cát 43

Hình 3.2: Biểu đồ TPH của đá dăm 48
Hình 3.3: Quan hệ giữa cường độ chịu nén của bê tông và thời gian
giãn cách 2 lần đầm. 56


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Thành phần hạt của cát tự nhiên 6
Bảng 1.2: Thành phần hạt của cát nghiền 6
Bảng 1.3: Hàm lượng tạp chất trong cát 7
Bảng 1.4: Thành phần hạt của cốt liệu lớn (đá) 8
Bảng 1.5: Hàm lượng bùn-bụi-sét trong cốt liệu lớn. 9
Bảng 3.1: Thành phần hóa của Clanhke Bút Sơn, % 37
Bảng 3.2: Thành phần khoáng của Clanhke và PCB 30 Bút Sơn 38
Bảng 3.3: Các chỉ tiêu tính chất vật lý của PCB30 Bút Sơn 38
Bảng 3.4: Kết quả thí nghiệm khối lượng riêng của cát 40
Bảng 3.5: Kết quả thí nghiệm khối lượng thể tích xốp của cát 41
Bảng 3.6: Kết quả thí nghiệm thành phần hạt của cát 42
Bảng 3.7: Kết quả thí nghiệm hàm lượng bùn-bụi-sét của cát 44
Bảng 3.8: Kết quả thí nghiệm khối lượng riêng của đá dăm 46
Bảng 3.9: Kết quả thí nghiệm khối lượng thể tích xốp của đá dăm 46
Bảng 3.10: Thành phần hạt của đá dăm 47
Bảng 3.11: Hàm lượng bụi (bột mịn) trong đá dăm 49
Bảng 3.12: Thành phần tính toán của bê tông mác 20 và 30 51
Bảng 3.13: Thành phần vật liệu của hai mẻ trộn bê tông M20 53
Bảng 3.14: Cường độ chịu nén của bê tông đầm một lần và hai lần 55
Bảng 3.15: Thành phần mẻ trộn bê tông M30 cho 4 nhóm mẫu 57
Bảng 3.16: Cường độ chịu nén và cường độ chịu kéo khi bửa của bê tông
58
Bảng 3.17: Cường độ chịu kéo khi bửa của 2 loại bê tông 58
Bảng 3.18: Tỉ số R

kb
/R
n
của bê tông 59


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

TPH Thành phần hạt
TPBT Thành phần bê tông.
AASHTO Hội của những người làm đường của Mỹ
X Khối lượng xi măng
N Khối lượng nước
C Khối lượng cát
Đ Khối lượng đá
N
X
Tỉ lệ nước/xi măng
X
N
Tỉ lệ xi măng/nước
STL Lượng sót tích lũy trên sàng
,,
xcd
ρρρ
Khối lượng riêng của xi măng, cát, đá
,,
xcd
γγγ
Khối lượng thể tích xốp của xi măng, cát, đá

,
cd
rr
Độ hỗng (độ rỗng) của cát và của đá
R
n
Cường độ chịu nén của bê tông
R
kb
Cường độ chịu kéo khi bửa của bê tông
HVCH Học viên cao học
M20, M30 Bê tông mác 20, bê tông mác 30


1
PHẦN MỞ ĐẦU

Bê tông là vật liệu không những được sử dụng rộng rãi trong xây dựng
các công trình thủy lợi như đập, cầu, cống, trạm bơm, kênh dẫn nước, âu
thuyền, đê , mà còn dùng cho các công trình của các ngành giao thông, xây
dựng, quốc phòng, như cầu, đường, nhà và các công trình quân sự. Bê tông có
khả năng chịu lực tốt thể hiện ở cường độ bê tông. Ở nước ta khí hậu nóng,
gió nhiều, đặc biệt là gió mùa, nhưng cũng có thời gian và một số ngày trong
năm, đặc biệt ở một tỉnh miền trung (Ninh Thuận, Bình Thuận) khí hậu khô
hanh. Trong điều kiện như vậy hỗn hợp bê tông sau khi đổ (tạo hình kết cấu
công trình), nước trong bê tông bốc hơi nhanh, phát sinh co ngót nhiều, dễ
sinh nứt nẻ, dẫn tới giảm cường độ, làm tăng độ hút nước thấm nước, giảm độ
bền và giảm mỹ quan của bề mặt công trình.
Để khắc phục hiện tượng này có thể áp dụng nhiều biện pháp, trong đó
có biện pháp đầm lại một lần, hoặc hai lần sau các khoảng thời gian giãn cách

so với lần đầm đầu tiên. Việc làm này không khó khăn và không tốn nhiều
công sức và chi phí, nhưng có thể đem lại hiệu quả nhất định góp phần đảm
bảo chất lượng của bê tông, kết cấu bê tông cốt thép và công trình.
I. Tính cần thiết của đề tài:
Trong một số trường hợp sau khi thi công bê tông, bề mặt bê tông bị co
và nứt do nước trong bê tông bốc hơi nhanh. Việc đầm lại bê tông là cần thiết
để triệt tiêu các vết nứt, tăng độ đặc chắc bên trong bê tông và góp phần đảm
bảo chất lượng bê tông và kết cấu công trình.
II. Mục đích của đề tài:
Đánh giá tác dụng và hiệu quả của việc đầm lại đến tính chất của bê
tông, cụ thể là cường độ chịu nén và chịu kéo.


2
III. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:
Nghiên cứu lý thuyết về thủy hóa xi măng, cấu trúc bê tông, vấn đề mất
nước và co ngót của hỗn hợp bê tông, độ đặc của bê tông để đánh giá tác dụng
và hiệu quả của việc đầm lại thông qua thí nghiệm bê tông.
IV. Nội dung luận văn gồm ba chương:
Mở đầu
Chương 1 - Tổng quan về bê tông và một số qui định (tiêu chuẩn) liên quan
đến nguyên vật liệu và sản xuất bê tông ở nước ta.
Chương 2 - Cơ sở lý thuyết.
Chương 3 – Kết quả nghiên cứu thí nghiệm và đánh giá.
Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo



3

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ MỘT SỐ QUY ĐỊNH (TIÊU CHUẨN)
LIÊN QUAN ĐẾN NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ SẢN XUẤT BÊ TÔNG
Ở NƯỚC TA
Khái niệm về bê tông:
Đề tài luận văn có liên quan đến bê tông. Trong phần tổng quan này đề
cập đến một số khái niệm về bê tông xi măng.
1.1. Định nghĩa bê tông:
Bê tông là vật liệu thường dùng nhất trong xây dựng và nhìn thấy ở
khắp nơi nhưng trong các tài liệu định nghĩa của bê tông cũng khác nhau.
Trong giáo trình vật liệu xây dựng đầu tiên của trường ĐH Thủy Lợi [33]
định nghĩa bê tông là vật liệu do chất keo kết (xi măng), nước và cốt liệu tạo
thành. Trong tài liệu [2], định nghĩa bê tông là vật liệu đá nhân tạo có thành
phần được lựa chọn hợp lý, bao gồm xi măng, nước, cốt liệu (cát, sỏi hay đá
dăm) và phụ gia. Theo tài liệu [3], bê tông là loại vật liệu đá nhân tạo được
chế tạo bằng cách đổ khuôn và làm rắn chắc một hỗn hợp hợp lý của chất kết
dính, nước và cốt liệu ( cát, sỏi hay đá dăm) và phụ gia. Theo tài liệu [4], bê
tông là vật liệu tổ hợp nhận được từ việc đổ khuôn và đông cứng hỗn hợp các
thành phần đã lựa chọn gồm chất kết dính, nước, cốt liệu và các phụ gia đặc
biệt. Tiêu chuẩn thuật ngữ cũ của nước ta [32] định nghĩa bê tông là hỗn hợp
của các vật liệu thành phần xi măng, nước, cốt liệu và phụ gia. Tài liệu thuật
ngữ của Mỹ [36] định nghĩa bê tông là vật liệu tổ hợp gồm chủ yếu môi chất
chất kết dính, trong đó chứa các hạt hoặc mảnh cốt liệu, thường là hỗn hợp
của cốt liệu nhỏ và lớn. Trong bê tông xi măng thì chất kết dính là xi măng
hoặc hỗn hợp của xi măng và phụ gia khoáng. Trong tiêu chuẩn thuật ngữ mới
của nước ta cũng đưa ra định nghĩa bê tông theo tiêu chuẩn Mỹ, nhưng có
thêm thành phần phụ gia.


4

Hình ảnh cấu trúc của bê tông được biểu thị trong hình 1.1.

Hình 1.1: Cấu trúc của hỗn hợp bê tông
a - Cứng ; b - Dẻo
1.2. Phân loại bê tông và bê tông thủy công
Theo tài liệu [3], bê tông xi măng được phân loại theo một số kiểu,
chẳng hạn như sau:
- Theo loại cốt liệu: bê tông dùng cốt liệu đặc chắc, bê tông dùng cốt
liệu rỗng, bê tông dùng cốt liệu đặc biệt.
- Theo độ đặc chắc của bê tông: Bê tông đặc biệt nặng với khối lượng
thể tích (γ
b
) lớn hơn 2500kg/m
3
, bê tông nặng thông thường với γ
b
= 2200 –
2500 kg/m
3
, bê tông nhẹ với γ
b
= 1800 – 2200 kg/m
3

Theo tài liệu [4], bê tông thủy công là bê tông được dùng cho các công
trình thủy lợi có cách phân loại theo vị trí của bê tông so với mực nước như sau:
+ Bê tông thường xuyên nằm trong nước;
+ Bê tông ở vùng mực nước biến đổi (khô ẩm liên tiếp);
+ Bê tông ở trên khô (nằm trên vùng mực nước biến đổi).

5
1.3. Nguyên vật liệu chế tạo bê tông.
Các nguyên vật liệu để chế tạo bê tông được sản xuất và đánh giá chất
lượng theo các tiêu chuẩn của nước ta (TCVN).
1.3.1. Xi măng
Xi măng là chất kết dính trong bê tông. Nó hòa trộn với nước tạo thành hồ
xi măng gắn kết các hạt cát đá và sau khi đông cứng tạo thành khối bê tông
cứng chắc, được coi như một loại đá nhân tạo.
Có nhiều loại xi măng được sản xuất ở nước ta cho đến nay theo các tiêu
chuẩn nhà nước (TCVN) hiện hành để dùng cho bê tông như: xi măng pooc
lăng theo TCVN 2682 – 2009 [5], xi măng pooc lăng hỗn hợp theo TCVN
6260:2009 [6], xi măng pooc lăng ít tỏa nhiệt theo TCVN 6069:2007 [7], xi
măng pooc lăng hỗn hợp ít tỏa nhiệt theo TCVN 7712:2007 [8], xi măng pooc
lăng bền sunphat theo TCVN 6067:2004 [9], xi măng pooc lăng hỗn hợp bền
sunphat theo TCVN 7711:2007 [10], xi măng pooc lăng xỉ lò cao theo TCVN
4316:2007 [11], v.v Các loại xi măng trên đều thích hợp với bê tông dùng
cho công trình thủy lợi. Tùy theo điều kiện cụ thể của công trình, chọn dùng
loại xi măng phù hợp nhất để đạt hiệu quả cả về kinh tế và kỹ thuật. Khi sử
dụng xi măng cần biết thành phần hóa và thành phần khoáng, cũng như các
tính chất của xi măng để có biện pháp sử dụng thích hợp.
1.3.2. Cốt liệu nhỏ
Cốt liệu nhỏ thường là cát. Cát có nhiệm vụ nhét đầy các khe kẽ của cốt
liệu lớn và cùng với cốt liệu lớn tạo nên bộ xương cứng trong bê tông. Hiện
nay nước ta dùng hai nhóm cát: (1) cát tự nhiên [12] gồm các loại cát sông,
suối, cát khe, cát biển…Cát biển cần phải xử lý để loại bỏ muối, vì nó có thể
gây hại cho bê tông, đặc biệt là bê tông cốt thép; (2) cát nhân tạo (còn gọi là
cát nghiền, cát xay) [15] được nghiền từ các loại đá trong tự nhiên như đá vôi,
đá bazan, đá granit … đến độ nhỏ như cát tự nhiên. Ngoài ra nhiều dự án xây

6
dựng đã dùng hỗn hợp cát tự nhiên và cát nhân tạo trong điều kiện thiếu
nguồn cát tự nhiên ở địa phương như ở dự án thủy điện Sơn La, và một số cơ
sở sản xuất bê tông ở các tỉnh phía Nam [1]. Yêu cầu kỹ thuật đối với cốt liệu
nhỏ (cát) dùng cho sản xuất bê tông được quy định trong TCVN7570:2006
[12]. Từ thành phần hạt của cát, tính được môdun độ lớn (M
đl
), Theo M
đl
cát
được phân loại như sau: cát thô có M
đl
≡ trên 2 – 3.3 và cát mịn với M
đl
≡ 0.7
– 2. Thành phần hạt của cát tự nhiên được quy định trong bảng 1.1.
Bảng 1.1: Thành phần hạt của cát tự nhiên
Kích thước mắt sàng, mm
Lượng sót tích lũy trên sàng, % khối lượng
Cát thô
Cát mịn
2.5
Từ 0 đến 20
0
1.25
Từ 15 đến 45
Từ 0 đến 15
0.63
Từ 35 đến 70

Từ 0 đến 35
0.315
Từ 65 đến 90
Từ 5 đến 65
0.14
Từ 90 đến 100
Từ 65 đến 90
Lượng lọt qua sàng 0.14
không lớn hơn
10 35
Thành phần hạt của cát nghiền được quy định như trong bảng 1.2.
Bảng 1.2: Thành phần hạt của cát nghiền
Kích thước mắt sàng, mm
Lượng sót tích lũy trên sàng, % khối lượng
Cát thông thường
Cát mịn
2.5
Từ 0 đến 25
0
1.25
Từ 15 đến 50
Từ 0 đến 15
0.63
Từ 35 đến 70
Từ 0 đến 35
0.315
Từ 65 đến 90
Từ 5 đến 65
0.14
Từ 80 đến 95

Từ 65 đến 85



7
Chú thích:
- Cát thông thường được hiểu như cát thô đối với cát tự nhiên
- Lượng sót riêng trên mỗi sàng không được lớn hơn 45%
- Cát nghiền thông thường được sử dụng cho bê tông; còn cát mịn sử dụng
cho vữa.
Từ số liệu của từng bảng, nêu trên có thể vẽ biểu đồ phạm vi cho phép
của thành phần hạt của cát, gọi là biểu đồ thành phần hạt của cát.
Tạp chất hữu cơ trong cát cho mầu dung dịch NaOH ngâm cát không
thẫm hơn mầu chuẩn. Hàm lượng clorua (biểu thị bằng hàm lượng ion Cl
-
)
trong cát không vượt quá trị số quy định.
Cát không có khả năng gây phản ứng kiềm - silic trong bê tông.
Hàm lượng các tạp chất trong cốt liệu nhỏ được quy định trong bảng 1.3.
Bảng 1.3: Hàm lượng tạp chất trong cát
Loại tạp chất
Hàm lượng tạp chất, % khối lượng không lớn hơn
Bê tông cấp cao
hơn B30
Bê tông cấp thấp hơn và
bằng B30
Sét cục và các tạp chất
dạng cục
Không được có 0.25
Bùn, bụi, sét

1.5
3.00
1.3.3. Cốt liệu lớn.
Cốt liệu lớn thường là đá dăm, sỏi và sỏi dăm tùy theo nguồn gốc của
nó. Đá chính là bộ khung, có nhiệm vụ cùng với cát tạo thành bộ xương cứng
cho bê tông, ví như bộ xương của con người và thịt chính là hồ xi măng gắn
kết các thành phần của bộ xương đó. Cốt liệu lớn cũng được chia thành hai
nhóm: (1) Cốt liệu lớn tự nhiên là sỏi được khai thác ở đáy sông vùng thượng
nguồn hoặc ở bãi ven bờ suối, ở khe núi… Trong cốt liệu lớn tự nhiên có các


8
cỡ hạt khác nhau; (2) Cốt liệu lớn nhân tạo là đá dăm được nghiền thành các
cỡ hạt khác nhau từ các loại đá như đá vôi, đá bazan, đá granit… Cốt liệu lớn
tự nhiên được cung cấp dưới dạng hỗn hợp nhiều cỡ; cốt liệu nghiền thường
được cung cấp theo từng cỡ: 5 - 10, 10 - 20, 20 - 40 mm, v.v…
Thành phần hạt của cốt liệu lớn được phân tích bằng sàng và được biểu
thị bằng lượng sót tích lũy trên các sàng. Đường thành phần hạt phải nằm
trong phạm vi qui định như ở bảng 1.4.
Bảng 1.4: Thành phần hạt của cốt liệu lớn (đá)
Kích
thước
mắt
sàng, mm

Lượng sót tích lũy trên sàng, % khối lượng ứng với
kích thước hạt nhỏ nhất và lớn nhất
5 - 10 5 - 20 5 - 40 5 - 70 10 - 40 10 - 70 20 - 70
100
-

-
-
0
-
0
0
70
-
-
0
0 - 10
0
0 - 10
0 -10
40
-
0
0 - 10
40 - 70
0 - 10
40 - 70
40 - 70
20
0
0 - 10
40 - 70
-
40 - 70
-
90 - 100

10
0 - 10
40 - 70
-
-
90 - 100
90 - 100
-
5
90 - 100
90 - 100
90 - 100
90 - 100
-
-
-
Ghi chú:
- Cỡ hạt 5-10 là cỡ có các hạt lọt qua sàng 10 mm và sót trên sang 5 mm;
- Các cỡ khác cũng được hiểu như vậy.
Từ số liệu ở mỗi cột của bảng này có thể vẽ được các biểu đồ thành
phần hạt cho các cỡ hạt cốt liệu lớn: 5 – 10 mm, 5 – 20 mm…
- Kích thước danh nghĩa lớn nhất của hạt cốt liệu lớn được tính theo
kích thước mắt sàng, mà có không ít hơn 90% khối lượng cốt liệu lọt qua. Chỉ
tiêu này thể hiện độ lớn của cốt liệu lớn.


9
- Hàm lượng bùn-bụi-sét trong cốt liệu lớn tùy thuộc cấp bê tông không
được vượt quá các giá trị quy định trong bảng 1.5.
Bảng 1.5: Hàm lượng bùn-bụi-sét trong cốt liệu lớn.

Cấp bê tông
Hàm lượng bùn-bụi-sét % theo khối lượng
Lớn hơn B30
1.0
Từ B15 đến B30
2.0
Nhỏ hơn B15
3.0
- Hàm lượng hạt thoi dẹt trong cốt liệu không được vượt quá 15% đối với bê
tông cấp lớn hơn B30 và không được vượt quá 35% đối với bê tông cấp B30
và nhỏ hơn .
- Tạp chất hữu cơ trong cốt liệu lớn cũng được quy định như đối với cát
- Hàm lượng ion Cl
-
trong cốt liệu lớn không vượt quá 0.01%
- Không gây phản ứng kiềm – silic trong bê tông. Đây là phản ứng giữa SiO
2

có phản ứng trong cốt liệu với kiềm (Na
2
O và K
2
O) có trong xi măng gây nứt
bê tông.
Các phương pháp thử các tính chất của cốt liệu nêu trên được qui định
trong TCVN 7572:2006 [14].
Ở nước ta nguồn đá sỏi không có nhiều, chỉ có ở thượng nguồn của các
dòng sông và ở suối, nên việc sử dụng đá sỏi cũng bị hạn chế. Ở phần lớn các
tỉnh đều có núi đá, nên nguồn sản xuất đá dăm rất phong phú; vì thế đá dăm
được dùng phổ biến trong các loại bê tông.

1.4. Các tính chất cơ bản của bê tông.
1.4.1. Tính công tác của hỗn hợp bê tông
Tính công tác là tính dễ tạo hình hỗn hợp bê tông trong ván khuôn, bảo
đảm khối bê tông lấp đầy khuôn và đặc chặt sau khi được đầm nén (trừ trường
hợp bê tông tự lèn không cần phải đầm nén). Tính công tác được thể hiện qua
4 chỉ tiêu:


10
- Độ sụt (hỗn hợp bê tông dẻo) hoặc độ cứng (hỗn hợp bê tông khô): Trong
thực tế xây dựng thường dùng hỗn hợp bê tông dẻo, nên phải quy định độ sụt
của bê tông thích hợp với từng loại kết cấu công trình và phải kiểm tra chỉ
tiêu này thường xuyên trong phòng thí nghiệm, ở trạm trộn và ở công trường
trước khi đổ bê tông. Độ sụt của hỗn hợp bê tông giảm theo thời gian. Khi vận
chuyển xa, độ sụt sẽ giảm. Phải dự phòng vấn đề này để hỗn hợp bê tông vẫn
đảm bảo độ sụt yêu cầu khi thi công. Độ sụt của hỗn hợp bê tông được xác
định theo TCVN 3106: 2007 [13].
- Độ giữ nước hoặc độ tách nước: Nước có thể bị tách ra một phần nổi lên
mặt bê tông, hoặc đọng lại trên bề mặt các hạt cốt liệu và cốt thép trong bê
tông (kết cấu bê tông cốt thép), làm yếu mối liên kết giữa cốt liệu và đá xi
măng cũng như giữa bê tông và cốt thép.
- Độ phân tầng: Trong quá trình vận chuyển và đầm lèn do khối lượng riêng
của các vật liệu thành phần trong bê tông không giống nhau, các vật liệu nặng
(đá) lắng xuống dưới , tiếp theo là cát, còn hồ xi măng nhẹ hơn sẽ nổi lên trên.
Như vậy bê tông sẽ không đồng nhất và chất lượng bê tông sẽ bị giảm.
Các nhân tố chủ yếu ảnh hưởng là: (1) Lượng nước trộn: một phần
nước bị hút vào bên trong các hạt cốt liệu, một phần nước dùng cho phản ứng
thủy hóa xi măng, một phần nước hấp phụ trên mặt các vật rắn, phần còn lại
là nước tự do, tạo màng nước trên vật rắn, làm cho các hạt dễ trơn trượt, tạo
độ lưu động do lực nội ma sát giảm đi. Màng nước càng dầy, độ sụt càng

tăng; (2) Loại và lượng xi măng; (3) Tỉ lệ N/X càng lớn, độ sụt càng lớn, vì
lượng nước tự do nhiều. (4) Lượng hồ xi măng càng nhiều, các hạt cốt liệu
càng tách xa nhau, nên càng dễ trơn trượt hơn.
1.4.2. Tính đông kết đóng rắn của hỗn hợp bê tông.
Xi măng sau khi trộn với nước một thời gian sẽ bắt đầu đông kết. Khi đó hồ
xi măng bắt đầu đông đặc và sau đó một thời gian thì kết thúc đông kết để hồ


11
xi măng bắt đầu cứng rắn và có cường độ. Cường độ bê tông phát triển theo
thời gian. Xác định thời gian bắt đầu và kết thúc đông kết theo TCVN
6017:2009 [29]. Chính sự đông kết và cứng rắn của hồ xi măng đã tạo ra sự
đông kết cứng rắn của hỗn hợp bê tông. Đối với từng loại xi măng và tùy loại
hỗn hợp bê tông sử dụng, phải kiểm tra thời gian bắt đầu đông kết và kết thúc
đông kết của hỗn hợp bê tông theo tiêu chuẩn AASHTO-197 [36].
1.4.3. Cường độ của bê tông đã đông cứng.
Hồ xi măng khi cứng rắn sẽ gắn kết các hạt cốt liệu thành một khối bê tông
cứng chắc có cường độ. Cường độ biểu thị khả năng chịu lực của bê tông. Đó
là chỉ tiêu quan trọng nhất đối với hầu hết các loại bê tông và thường là 1 mục
tiêu chủ yếu cần đạt được khi thiết kế thành phần bê tông.
Trong kết cấu xây dựng, bê tông có thể làm việc ở những trạng thái
chịu lực khác nhau: nén, kéo, uốn, trượt v.v… Tuy nhiên bê tông là vật liệu
ròn (giống như đá), nên có cường độ nén cao, cường độ uốn thấp hơn và
cường độ kéo càng thấp hơn cường độ nén nhiều.
Ở nước ta việc xác định cường độ chịu nén của bê tông được tiến hành
theo tiêu chuẩn nhà nước TCVN 3118:2007 [19]. Cường độ bê tông phụ
thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó các yếu tố cơ bản là mác xi măng, tỉ lệ N/X
và chất lượng cốt liệu. Điều đó được thể thiện trong công thức Bolomey -
Skramtacv và công thức của Pháp như dưới đây:
Công thức cường độ của Bolomey - Skramtacv:

( 0.5)
bx
X
R AR
N
= −
[1-1]; đối với bê tông mác thường, khi
2 2.5
X
N
= −
;
Công thức cường độ bê tông của Dreux – Gorisse:
( 0.5)
bx
X
R GR
N
= −
[1-2];
Trong đó:
R
b
và R
x
là mác hoặc cường độ nén của bê tông và xi măng ở tuổi 28
ngày;


12

A và G là hệ số liên quan đến chất lượng cốt liệu; chất lượng cốt liệu
cao A và G sẽ lớn và ngược lại.
Cường độ bê tông ở tuổi 28 ngày là cơ sở để xác định mác bê tông.
Do xi măng tiếp tục thủy hóa trong thời gian dài, nên cường độ đá xi
măng cũng tăng theo; do đó cường độ bê tông cũng phát triển theo thời gian
nếu được bảo dưỡng ẩm theo qui luật logarit như trong công thức dưới đây
[41]:
28
log
log28
n
n
RR=
[1-3];
Trong đó: R
n
– Cường độ bê tông ở tuổi n ngày; n>3;
R
28
– Cường độ bê tông ở tuổi 28 ngày.
Đây là công thức được đề xuất và sử dụng ở Liên Xô cũ và ở Nga hiện
nay. Ở nước ta khí hậu nóng, nên qua các số liệu thực tế thấy rằng cường độ
bê tông trong những ngày đầu phát triển nhanh hơn so với tính toán theo công
thức trên. Vì vậy nếu cần biết sự phát triển cường độ của 1 loại bê tông cụ thể
được dùng cho dự án, thì nên xác định thông qua thí nghiệm.
Có một số phương pháp tăng cường độ bê tông được dùng trong thực tế
như dưới đây.
Cường độ bê tông thể hiện khả năng chịu lực của bê tông. Đây là một
chỉ tiêu quan trọng nhất, vì nó quyết định một phần khả năng chịu lực của kết
cấu công trình. Từ trước đến nay đã có nhiều biện pháp tăng cường độ bê tông

được đề xuất, dưới đây là một số biện pháp đã được áp dụng trong thực tế.
1.4.3.1 Dùng xi măng mác cao
Công nghệ sản xuất xi măng đã cho ra đời các loại xi măng mác cao và từ
đó có thể sản xuất được bê tông mác cao hơn, vì giữa cường độ xi măng có
quan hệ chặt chẽ với cường độ bê tông theo công thức Bolomey - Skramtaev:
bx
X
R =AR ( -0,5)
N
đã nêu trên.


13
Trong đó R
b
, R
x
là cường độ nén ở tuổi 28 ngày của bê tông và xi
măng, A là hệ số liên quan đến chất lượng của cốt liệu.
1.4.3.2 Giảm lượng nước trộn bê tông và tỉ lệ N/X
Trong hỗn hợp bê tông cần một lượng nước trộn để đảm bảo hỗn hợp
có tính dễ đổ. Lượng nước trộn trong bê tông có thể phân thành 2 phần: một
phần nước dùng cho thủy hóa xi măng, còn một phần nước tự do (nước thừa)
có tác dụng tăng độ lưu động (độ sụt) của hỗn hợp bê tông. Trong quá trình
bê tông đông cứng, phần nước này sẽ bay hơi để lại các lỗ rỗng trong bê tông.
Nước thừa càng ít, thì độ rỗng của bê tông càng nhỏ và cường độ càng cao
hơn và ngược lại. Để giảm lượng nước trộn, có thể dùng phụ gia hóa dẻo hoặc
siêu dẻo làm tăng độ lưu động. Nếu giữ nguyên độ lưu động, thì lượng nước
trộn có thể giảm đi. Ngoài ra có thể thay thế một phần xi măng trong bê tông
bằng tro bay. Các hạt tro bay hình cầu dễ trơn trượt trong hỗn hợp bê tông nên

làm tăng tính lưu động, khi giữ nguyên độ lưu động thì có thể giảm lượng
nước trộn.
1.4.3.3 Dùng cốt liệu (cát, đá) chất lượng tốt
Cốt liệu sạch sẽ tạo ra cường độ dính kết tốt giữa mặt cốt liệu với hồ xi
măng (đá xi măng sau khi đông cứng). Cường độ dính kết cao sẽ cho cường
độ bê tông cao. Đặc biệt là cốt liệu có thành phần hạt tốt (đạt yêu cầu của
TCVN 7570:2006) [12] có sự đan xen chặt chẽ giữa các cỡ hạt, cấu trúc cốt
liệu đặc chặt sẽ cho bê tông đặc chắc hơn và như vậy sẽ tăng cường độ của bê
tông. Ngoài ra hàm lượng tạp chất trong đó có bùn, bụi, sét phải nằm trong
phạm vi cho phép.
Theo tài liệu [33] tỉ lệ cát/đá hợp lý tạo ra hỗn hợp cát đá đặc chặt và
cũng làm tăng cường độ bê tông.


14
1.4.3.4 Dùng phụ gia khoáng cao cấp hoạt tính cao
Silicafum, tro trấu nghiền mịn có khả năng tăng cường độ ở tuổi 28
ngày và về sau do tác dụng xen kẽ các lỗ rỗng rất nhỏ trong bê tông và phản
ứng hóa học với vôi sinh ra khi xi măng thủy hóa để tạo ra hợp chất hydro
canxisilicat (CSH) bền vững và có cường độ.
1.4.3.5 Trộn bê tông hai pha
Theo tài liệu [47], trộn bê tông theo hai pha có thể tăng cường độ nén
của bê tông tới trên 10%. Trong pha đầu trộn xi măng với nước và một phần
cát được vữa. Trong pha thứ hai trộn vữa với phần cát còn lại và đá. Biện
pháp này có hiệu quả tốt hơn đối với hỗn hợp bê tông dẻo.
1.4.3.6 Trộn bê tông hai pha có khoảng thời gian giãn cách
Khi trộn pha thứ nhất hỗn hợp được giữ yên trong khoảng 30’ sau đó
mới trộn pha thứ hai. Trong thời gian chờ đợi phản ứng thủy hóa diễn ra tạo
ra một phần gen, sau đó được trộn lại giúp cho thủy hóa xi măng phát triển tốt
hơn; do đó có khả năng tăng cường độ bê tông nhiều hơn so với trường hợp

trộn hai pha liên tục.
1.4.3.7 Đầm lại bê tông (đầm hai lần hoặc nhiều hơn)
Phương pháp này đã được đề cập trong tài liệu [40], sau lần đầm thứ
nhất, để yên một thời gian rồi đầm lại lần hai và có thể đầm lại lần ba nếu
thấy hiệu quả hơn. Khi đầm lại, bê tông sẽ đặc chắc hơn và khắc phục được
nứt do co mềm. Nguyên tắc chung là khi đầm lại xi măng chưa kết thúc đông
kết. Nếu xi măng đông kết rồi mới đầm lại, thì có thể cấu trúc xi măng bị phá
hoại, cường độ bê tông giảm đi. Phương pháp này cũng đơn giản có thể áp
dụng dễ dàng trong thực tế. Vì vậy HVCH đã chọn vấn đề này làm đề tài
nghiên cứu của luận án. Kết quả nghiên cứu thí nghiệm được trình bày ở
chương 3 của luận văn này.


15
1.4.4. Tính biến dạng của bê tông
Bê tông là loại vật liệu đàn hồi dẻo, nên biến dạng có 2 phần: biến dạng
đàn hồi và biến dạng dẻo:
ζ
b
= ζ
đh
+ ζ
d
và
bd
dh d
E
σ
εε
=

+
[1-4];
Trong đó:
E
bd
– Mô đun biến dạng của bê tông;
σ – Ứng suất trong bê tông;
ζ
b
– Biến dạng của bê tông;
ζ
đh
, ζ
d
– Biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo của bê tông.
1.4.5. Tính co, nở của bê tông
Trong quá trình rắn chắc, bê tông thường phát sinh biến dạng: nở trong
nước và co trong không khí. Độ co lớn có thể gây nứt bê tông, làm giảm
cường độ và độ bền (độ chống thấm, chống ăn mòn). Bê tông bị co do nguyên
nhân: mất nước trong gen. Cấu trúc gen bao gồm các mầm tinh thể liên kết
với nhau thành chuỗi, các chuỗi liên kết tạo ra một mạng lưới không gian với
mắt lưới chứa đầy nước. Khi mất nước các mầm tinh thể xếp lại gần nhau, các
gen cũng dịch chuyển làm cho xi măng bị co. Co ngót còn là hậu quả của việc
giảm thể tích tuyệt đối của hệ xi măng – nước. Co ngót gây ứng suất kéo
trong đá xi măng gây nứt, giảm cường độ và độ ổn định của kết cấu bê tông
và bê tông cốt thép trong môi trường ăn mòn. Độ co ngót phát triển trong một
thời gian, mạnh vào thời kỳ đầu và tỉ lệ với độ mất nước tự do. Độ co của đá
xi măng lớn hơn vữa và bê tông. Tổng độ co trung bình của bê tông khoảng 1-
2 µm [3].
1.4.6. Tính hút nước của bê tông

Tính chất này có liên quan đến bê tông tiếp xúc với nước.


16
Bê tông dù đã được đầm chặt, nhưng vẫn có độ rỗng nhất định, trong
đó có các lỗ rỗng hở. Khi bê tông tiếp xúc với nước, nước thấm qua các lỗ
rỗng đó vào bê tông đến mức bê tông bão hòa nước. Nước hút vào bê tông có
thể hòa tan thành phần Ca(OH)
2
còn lại trong bê tông, bao phủ một số phần tử
trong bê tông làm giảm sự liên kết giữa các phần tử đó, dẫn đến giảm cường
độ bê tông thông qua hệ số mềm hóa M, được biểu thị bằng công thức sau
đây:
R
bh
k
R
M =
[1-5];
Trong đó: R
bh
– Cường độ bê tông khi bão hòa nước;
R
k
– Cường độ bê tông khi khô.
1.4.7. Tính thấm nước của bê tông.
Tính chất này đối với bê tông tiếp xúc với nước và khi có áp lực thủy tĩnh.
Trong bê tông có những lỗ rỗng hở, nhưng lại ăn thông với những lỗ
rỗng bên trong và xuyên qua khối bê tông. Khi đó bê tông có tính thấm nước
dưới áp lực thủy tĩnh. Thực tế nước chỉ thấm qua những lỗ rỗng có đường

kính lớn hơn 1µm vì màng nước hấp phụ trong mao quản dầy tới 0.5 µm, và
màng nước 2 bên thành mao quản vừa đủ để bịt kín lỗ không cho nước di
chuyển. Chỉ tiêu độ chông thấm của bê tông được xác định theo TCVN
3116:2007 [22]. Dựa vào khả năng chống thấm được đánh giá theo tiêu chuẩn
này, phân các mác chống thấm như sau: W2, W4, W6, W8, W10, W12… Các
chỉ số 2, 4, 6, 8, 10, 12… biểu thị áp lực nước (daN/cm
2
) để nước thấm qua
mẫu bê tông có kích thước tiêu chuẩn.
1.5. Thiết kế thành phần bê tông
Thành phần bê tông là tỉ lệ phối hợp các vật liệu thành phần (xi măng,
nước, cát, đá và phụ gia nếu có). Thành phần bê tông quyết định một phần các
tính chất của bê tông. Bê tông cho mỗi loại kết cấu, công trình đều có những


17
yêu cầu riêng về các tính chất như độ sụt, cường độ, độ chống thấm… Vì vậy
phải thiết kế thành phần bê tông trên cơ sở các nguyên vật liệu lựa chọn, thích
hợp để đạt được bê tông có các chỉ tiêu tính chất yêu cầu.
Trên thế giới có nhiều phương pháp thiết kế thành phần bê tông riêng
cho từng nước. Ở Việt Nam phổ biến dùng phương pháp thể tích tuyệt đối.
Phương pháp này dựa trên nguyên lý là tổng thể tích tuyệt đối của các vật liệu
thành phần sẽ bằng thể tích của hỗn hợp bê tông sau khi đầm. Như vậy hỗn
hợp bê tông hoàn toàn đặc, không có lỗ rỗng và bọt khí. Đó là phương pháp
của Liên Xô cũ và Nga hiện nay dùng công thức cường độ bê tông Bolomey –
Skramtaev. Phương pháp này được đưa vào TCVN1453-1987 [17] và chỉ dẫn
kỹ thuật của Bộ Xây Dựng . Đây là phương pháp tính toán kết hợp với thực
nghiệm. Đầu tiên dựa vào các yêu cầu đối với bê tông dùng các công thức và
bảng biểu lập sẵn để xác định thành phần sơ bộ của bê tông được biểu thị
bằng hàm lượng (khối lượng) các vật liệu thành phần trong 1 m

3
hỗn hợp bê
tông. Sau đó trộn mẻ thử để thí nghiệm kiểm tra các chỉ tiêu tính chất yêu cầu.
Nếu không đạt, thì phải hiệu chỉnh lại thành phần để được bê tông đáp ứng
yêu cầu. Công việc thiết kế TPBT có các bước như sau [3]:
Bước 1: Xác định các yêu cầu đối với bê tông: độ sụt, cường độ… Cần
chú ý là cường độ bê tông thiết kế phải nhân với hệ số 1.1 – 1.15 (hệ số an
toàn) để được cường độ mục tiêu dùng trong tính toán thành phần bê tông.
Ngoài ra phải thí nghiệm để xác định các chỉ tiêu của nguyên vật liệu dự định
dùng cho bê tông như: mác xi măng, D
max
của cốt liệu lớn, khối lượng thể tích
xốp của đá, khối lượng riêng của xi măng, cát và đá, độ rỗng của đá ở trạng
thái xốp tự nhiên, môđun độ lớn của cát.
Bước 2: Xác định hàm lượng nước (N) theo biểu đồ hình 1.2 được tính
bằng l/m
3