Bài giảng lý thuyết bê tông (công nghệ bê tông xi măng) ĐH BK TPHCM

CHƯƠNG 1:
BÊ TÔNG VÀ CÁC SẢN PHẨM CỦA BÊ TÔNG
1. Khái niệm về bê tông
Bê tông là loại vật liệu đá nhân tạo do hỗn hợp
của các chất kết dính vô cơ (ximăng, vôi silic,
thạch cao…) nước và các hạt rời rạc của cát, sỏi, đá
dăm (được gọi là cốt liệu) nhào trộn theo một tỉ lệ
thích hợp rắn chắc lại mà thành. Cũng có thể dùng
chất kết dính hữu cơ như bitume, goudron chế tạo
nên bê tông asphalte, hoặc chất dẻo (polymer) chế
tạo bê tông polymer. Trong bài giảng này chỉ
nghiên cứu bê tông chế tạo từ các chất kết dính vô
cơ xi măng portland.


Concrete Components

Cement
Water
Fine Aggregate
Coarse Aggregate


Range in Proportions


Trong bê tông, ngoài các thành phần cơ bản trên (chất
kết dính, nước , cốt liệu) có thể thêm vào những chất
phụ gia nhằm cải thiện các tính chất của bê tông như
tăng tính lưu động của hỗn hợp bê tông, giảm lượng dùng
nước và ximăng, điều chỉnh thời gian ninh kết và rắn

chắc, nâng cao tính chống thấm của bê tông
Bê tông là loại vật liệu rất quan trọng được sử dụng
trong xây dựng cơ bản phục vụ cho mọi ngành kinh tế
quốc dân như trong xây dựng dân dụng, công nghiệp,
thủy lợi, cầu đường… vì có các ưu điểm sau:


♦Có cường độ nén biến đổi trong phạm vi rộng và có
thể đạt giá trò từ 100; 200 đến 900 ; 1000 daN/cm2
♦Có thể tạo mọi hình dáng công trình khác nhau.
♦Tính chòu lửa tốt.
♦Giá thành tương đối hạ vì sử dụng rộng rãi nguồn
nguyên liệu đòa phương.
¾Có nhiều cách phân loại bê tông, thường theo 3
cách.


2 . Phân loại bê tông
2.1 Theo khối lượng thể tích (dung trọng)
Theo cách phân loại này có thể chia bê tông thành 4 loại:
1) Đặc biệt nặng: γoB > 2500 kg/m3, chế tạo bằng các cốt
liệu đặc chắc và từ các loại đá chứa quặng. Bê tông này
ngăn được các tia X và tia γ
2) Bê tông nặng: (còn gọi là bê tông thường) γoB = 1800 –
2500 kg/m3 chế tạo từ các loại đá đặc chắc và các loại đá
chứa quặng. Loại bê tông này được sử dụng phổ biến trong
xây dựng cơ bản và dùng sản xuất các cấu kiện chòu lực.


3) Bê tông nhẹ: γoB = 500 -1800 kg/m3 , gồm bê tông

chế tạo từ côt liệu rỗng thiên nhiên, nhân tạo và bê tông
tổ ong không cốt liệu, chứa một lượng lớn lỗ rỗng kín
giống dạng tổ ong.
4) Bê tông đặc biệt nhẹ: Bê tông cách nhiệt có γoB <
500kg/m3 có cấu tạo tổ ong với mức độ rỗng lớn, hoặc
chế tạo từ cốt liệu rỗng nhẹ có độ rỗng lớn, hoặc chế
tạo từ cốt liệu rỗng nhẹ có độ rỗng lớn (không có cát ).


2.2 Phân loại theo chất kết dính dùng trong
bê tông
1) Bê tông xi măng: chất kết dính là xi măng và chủ
yếu là xi măng portland và các dạng khác của nó.
2) Bê tông silicate: chế tạo từ nguyên liệu vôi và cát
silíc nghiền, qua xử lý chưng hấp ở nhiệt độ và áp suất
cao.


3) Bê tông thạch cao: Chất kết dính là thạch cao hoặc
xi măng thạch cao.
4) Bê tông xỉ: Chất kết dính là các loại xỉ lò cao trong
công nghiệp luyện thép hoặc xỉ nhiệt điện, có thể
không dùng clanhke xi măng, phải qua xử lý nhiệt ẩm ở
áp suất thường hay áp suất cao.
5) Bê tông polymer: Chất kết dính là chất dẻo hóa học
và phụ gia vô cơ.


2.3 Phân loại theo phạm vi sử dụng
1) Bê tông công trình: Sử dụng ở các kết cấu và công

trình chòu lực, yêu cầu có cường độ thích hợp và tính
chống biến dạng.
2) Bê tông công trình cách nhiệt: Vừa yêu cầu chòu
được tải trọng vừa cách nhiệt, dùng ở các kết cấu bao
che như tương ngòai, tấm mái.
3) Bê tông cách nhiệt: Bảo đảm yêu cầu cách nhiệt
cho các kết cấu bao che có độ dày không lớn.


4) Bê tông thủy công: Ngòai yêu cầu chòu lực và chống
biến dạng, cần có độ đặc chắc cao, tính chống thấm và
bền vững dưới tác dụng xâm thực của nước.
5) Bê tông làm đường: Dùng làm tấm lát mặt đường ,
đường băng sân bay…, loại bê tông này cần có cường độ
cao, tính chống mài mòn lớn và chòu được sự biến đổi lớn
về nhiệt độ và độ ẩm.


6) Bê tông ổn đònh hóa học: Ngoài yêu cầu thỏa mãn
các chỉ tiêu kỹ thuật khác, cần chòu được tác dụng xâm
thực của các dung dòch muối, acid, kiềm và hơi của các
chất này mà không bò phá hoại hay giảm chất lượng sử
dụng.
7) Bê tông chòu lửa: Chòu được tác dụng lâu dài của
nhiệt độ cao trong quá trình sử dụng.


8) Bê tông trang trí: Dùng trang trí bề mặt công trình,
có màu sắc yêu cầu và chòu được tác dụng thường xuyên
của thời tiết.

9) Bê tông nặng chòu bức xạ: Dùng ở các công trình đặc
biệt, hút được bức xạ của tia γ hay bức xạ neutron.


2.4 Theo cốt liệu lớn:
1) Bê tông cốt liệu lớn rất đặc chắc: CLL là các quặêng

kim loại
2) Bê tông cốt liệu lớn đặc chắc: CLL là các khoáng vật
vô cơ đặc chắc
3) Bê tông cốt liệu lớn rỗng: CLL là các khoáng vật vô

cơ rỗng


3 . Khái niệm về bêtông cốt thép :
Bêtông là một loại vật liệu dòn, cường độ chòu
nén lớn, nhưng khả năng chòu kéo thấp, chỉ bằng 1/10
đến 1/15 cường độ chòu nén. Nhưng trong rất nhiều công
trình, nhiều bộ phận làm việc ở trạng thái chòu kéo, do
đó tại phần chòu kéo của các kết cấu làm bằng bêtông
sẽ bò nứt rạn, khả năng chòu lực giảm và có thể dẫn đến
phá hoại hoàn toàn.
Qua rất nhiều nghiên cứu và thực tế sử dụng
người ta đã phối hợp hai loại vật liệu bêtông và thép tạo
nên bêtông cốt thép, có khả năng chòu nén, chòu kéo
đều tốt, mở rộng phạm vi sử dụng loại vật liệu này trong
mọi lónh vực xây dựng cơ bản.

Sở dó có thể phối hợp hai loại vật liệu bêtông và cốt
thép tạo nên thứ vật liệu ưu việt “bêtông cốt thép” vì ba đặc
điểm sau :
3.1) Lực bám dính giữa bêtông và cốt thép rất lớn :
Có thể đạt đến 40daN/cm2 của bề mặt tiếp xúc giữa
bêtông và cốt thép (1 thanh thép có φ = 30 mm chôn sâu
trong bêtông 30cm, có thể treo 1 tải trọng trên 10 tấn). Nhờ
sự bám dính tốt này, cốt thép không những làm tăng khả
năng chòu kéo của bêtông mà còn làm tăng khả năng chòu
nén nữa, do đó các bộ phận chủ yếu chòu nén (như cột) người
ta vẫn đặt cốt thép và nhờ đó có thể rút nhỏ được tiết diện
và giảm được khối lượng cấu kiện (cứ mỗi cm2 tiết diện cốt
thép có thể thay 15 cm2 tiết diện bêtông).


3.2) Bêtông bảo vệ được thép khỏi rỉ :
Sắt thép trong môi trường không khí và nước
thường bò rỉ do bò oxy hóa. Quá trình oxy hóa này càng
mạnh mẽ khi sắt thép tiếp xúc với axit và thường bắt
đầu ở nơi có rỉ sẵn. Nhưng quá trình này có thể bò hạn
chế và giảm chậm lại trong môi trường kiềm. Độ kiềm
càng mạnh thì tác dụng bảo vệ càng lớn. Hỗn hợp
bêtông là môi trường kiềm nên bảo vệ được cốt thép
không bò rỉ, thậm chí có khi cốt thép đã bò rỉ nhẹ đặt vào
bêtông, rỉ không những không phát triển nữa mà còn
mất đi.


Điều cần chú ý là khả năng bảo vệ cốt thép của
bêtông chỉ có được khi bêtông bao bọc quanh cốt thép

rất đặc chắc và có chiều dày ít nhất 2 cm. Nếu lớp
bêtông bảo vệ bò rổ, xốp, có nứt nẻ thì hơi ẩm có thể
xâm nhập vào làm rỉ cốt thép, phá hoại lực bám dính
giữa nó với bêtông, có thể làm hủy hoại kết cấu.
3.3) Độ giãn nở nhiệt của hai loại vật liệu bêtông và cốt
thép gần bằng nhau :
Đối với phần lớn các loại bêtông khi bò đốt nóng
đến 100oC hệ số dãn dài trung bình 10.10-6, của cốt thép
là 12.10-6 vì vậy khi bò đốt nóng chúng có độ dãn nở
tương đối đồng đều, bêtông không bò nứt vỡ, bảo đảm sự
bám dính tốt.


4 . Khái niệm về bêtông cốt thép ứng suất trước:
Mặc dù bêtông cốt thép đã đạt được đỉnh cao
trong sự phát triển của nó, nhưng vì năng lực chòu kéo
quá kém, nên bêtông trong các phần chòu kéo của kết
cấu bêtông cốt thép chỉ có tác dụng là lớp bảo vệ cốt
thép và không có khả năng chòu lực. Mặt khác, mặc dù
kỹ nghệ luyện thép đã sản xuất được nhiều loại thép có
cường độ cao, nhưng trong bêtông cốt thép vẫn phải
dùng thép có cường độ thấp, độ dãn dài khi kéo bé, xấp
xỉ với độ dãn dài của bêtông để bêtông không bò đứt vỡ,
do đó trong sản xuất bêtông cốt thép đã không lợi dụng
được tiến bộ kỹ thuật của luyện thép để tiết kiệm sắt
thép.


4 . Khái niệm về bêtông cốt thép ứng suất trước:

4 . Khái niệm về bêtông cốt thép ứng suất trước:


Để khắc phục những hạn chế trên, người ta tìm
cách tăng khả năng chòu kéo của bêtông bằng biện pháp
kéo trước cốt thép rồi buông ra để gây tác dụng nén
trước trong bêtông, tạo nên trong bêtông ứng suất nén
trước, tức là làm cho bêtông tiềm tàng một thế năng
chòu kéo. Khi kết cấu chòu tác dụng của ngoại lực thì
đầu tiên bêtông để mất đi phần ứng suất nén trước, đã
có khi bò nén rồi mới chòu kéo, do đó khả năng chòu kéo
của bêtông tăng lên đáng kể, có thể xấp xỉ cường độ
chòu nén. Người ta gọi loại vật liệu mới này bêtông ứng
suất trước (dự ứng lực).


Cốt thép dùng trong bêtông ứng suất trước là
thép sợi có cường độ cao được căng trước bằng thiết bò
đặc biệt (sẽ giới thiệu ở phần công nghệ. Hiện nay có
hai phương pháp chế tạo bêtông ứng suất trước.
4.1) Phương pháp căng trước :
Theo phương pháp này, người ta kéo căng trước
cốt thép, sau đó mới đổ bêtông. Khi bêtông đã rắn chắc,
thả kích căng cốt thép ra. Cốt thép khi mất lực căng sẽ
co lại và do lực bám dính của bêtông với cốt thép,
bêtông sẽ bò nén, tạo nên ứng suất nén trước trong
bêtông.

4.2) Phương pháp căng sau :
Theo phương pháp này, khi đúc bêtông người ta
đặt những ống nhỏ trong khuôn cấu kiện và luồn cốt
thép qua những ống này, rồi đổ bêtông lấp lên các ống.
Sau khi bêtông đã rắn chắc, người ta kéo căng cốt thép
và neo đầu các cốt thép này vào bản neo tì vào đầu cấu
kiện bêtông. Cũng như trường hợp trước, cốt thép sau
khi bỏ lực căng sẽ co lại ép chặt vào bản neo truyền lực
nén cho cấu kiện bêtông, gây nên ứng suất nén trước
trong bêtông (các khe hở trong ống luồn cốt thép sẽ
được lấp kín bằng cách phụt vữa ximăng mác cao vào).