Ảnh hưởng của hàm lượng cốt liệu lớn đến mô đun đàn hồi của BT trong KC BTCT
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.84 MB, 101 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
DỰNG
BỘ XÂY
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
-----------------------
CHU NƯU TƠN
KHÓA: 2014-2016
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỐT LIỆU LỚN
ĐẾN MÔĐUN ĐÀN HỒI CỦA BÊ TÔNG
TRONG KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD&CN
Mã số: 60.58.02.08
LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. PHẠM THANH HÙNG
TS. NGUYỄN VIỆT CƯỜNG
Hà Nội - 2016
LỜI CẢM ƠN
Trước hết tôi xin bày tỏ tình cảm biết ơn chân thành tới tất cả các thầy
cô giáo trong Khoa Sau đại học - Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội vì
những giúp đỡ và chỉ dẫn hữu ích trong quá trình học tập cũng như khi tiến
hành làm luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Tiểu ban đánh giá đề
cương chi tiết và kiểm tra tiến độ - Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội đã có
những ý kiến đóng góp cho bản thảo của luận văn. Đặc biệt, tôi xin cảm ơn
TS. Phạm Thanh Hùng, TS. Nguyễn Việt Cường đã tận tình giúp đỡ, trực
tiếp hướng dẫn và đưa ra nhiều ý kiến quý báu, cũng như tạo điều kiện thuận
lợi cung cấp tài liệu và động viên tôi trong quá trình hoàn thành luận văn.
Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn các anh chị trong Viện Vật liệu xây
dựng, Viện khoa học công nghệ xây dựng IBS, các bạn đồng nghiệp và các
bạn sinh viên Khóa 2012 chuyên ngành vật liệu xây dựng – Trường Đại học
Kiến Trúc Hà Nội đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN
Chu Nưu Tơn
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ này là công trình nghiên cứu khoa
học độc lập của tôi. Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của Luận văn là
trung thực và có nguồn gốc rõ ràng.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN
Chu Nưu Tơn
MỤC LỤC
Lời cảm ơn
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các chữ viết tắt
Danh mục bảng biểu
Danh mục các hình vẽ
MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài......................................................................................... 1
Mục đích nghiên cứu................................................................................... 1
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .............................................................. 2
Phương pháp nghiên cứu ............................................................................ 2
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .................................................... 2
Cấu trúc luận văn ........................................................................................ 2
NỘI DUNG
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ............................ 4
1.1. Vật liệu nghiên cứu .............................................................................. 4
1.1.1. Bê tông và bê tông cốt thép. ............................................................. 4
1.1.2. Xi măng ............................................................................................. 9
1.1.3. Cốt liệu lớn...................................................................................... 15
1.1.4. Cốt liệu mịn (cát). ........................................................................... 18
1.1.5. Nước ................................................................................................ 19
1.2. Mô đun đàn hồi .................................................................................. 19
1.2.1. Khái niệm. ....................................................................................... 19
1.2.2. Các phương pháp xác định mô đun đàn hồi ................................... 20
CHƯƠNG 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................... 24
2.1. Các phương pháp nghiên cứu lý thuyết. ............................................ 24
2.1.1. Phương pháp của Mori-Tanaka ...................................................... 24
2.1.2. Phương pháp “self-consistent” ....................................................... 24
2.1.3. Các biên của Hashin-Strickman ...................................................... 25
2.1.4. Một số phương pháp khác. .............................................................. 25
2.2. Phương pháp thực nghiệm ................................................................. 27
2.2.1. Thiết kế cấp phối bê tông ................................................................ 27
2.2.2. Chế tạo mẫu thí nghiệm .................................................................. 28
2.2.3. Bảo dưỡng mẫu ............................................................................... 31
2.2.4. Quy trình thí nghiệm ....................................................................... 32
2.2.5. Kết quả thí nghiệm .......................................................................... 41
CHƯƠNG 3. DỰ BÁO MÔ ĐUN ĐÀN HỒI CỦA BÊ TÔNG .................... 50
3.1. Dự báo mô đun đàn hồi của bê tông .................................................. 50
3.1.1. Phương pháp thực nghiệm. ............................................................. 50
3.1.2. Phương pháp lý thuyết. ................................................................... 66
3.2. Đánh giá, lựa chọn phương pháp tính toán mô đun đàn hồi .............. 72
3.2.1. Đánh giá giữa phương pháp lý thuyết và thực nghiệm................... 72
3.2.2. Đánh giá giữa phương pháp thực nghiệm và công thức thực
nghiệm. ............................................................................................................ 73
3.3. Ảnh hưởng của mô đun đàn hồi trong kết cấu BTCT. ...................... 76
3.3.1. Lý thuyết tính toán. ......................................................................... 76
3.3.2. Tính toán độ võng của dầm BTCT. ................................................ 80
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................ 87
Kết luận ..................................................................................................... 87
Kiến nghị ................................................................................................... 88
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Tên đày đủ
Chữ viết tắt
BTCT
Bê tông cốt thép
Rb,ser
Cường độ chịu nén tiêu chuẩn của bê tông
Rbt,ser
Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn của bê tông
Rs
Cường độ chịu kéo của cốt thép
Rsw
Cường độ chịu kéo của cốt thép ngang.
As
Diện tích cốt thép chịu kéo
A‘s
Diện tích cốt thép chịu nén
Es
Mô đun đàn hồi của cốt thép
Eb
Mô đun đàn hồi của bê tông
b
Bề rộng của tiết diện
h
Chiều cao của tiết diện
ho
Chiều cao làm việc của tiết diện
M
Khoảng cách từ mép bê tông chịu kéo tới trọng tâm cốt
thép chịu kéo
Khoảng cách từ mép bê tông chịu nén tới trọng tâm cốt
thép chịu nén
Mômen uốn
I
Mô mmen quán tính của tiết diện
W
Mô men kháng uốn của tiết diện
a
Khoảng cách
Ứng suất
ε
Biến dạng.
a
a’
K, G
Mô đun nén và mô đun cắt của vật liệu
Hàm cốt liệu lớn theo lý thuyết và thực nghiệm
DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU
Số hiệu
Tên bảng, biểu
bảng, biểu
Bảng 2.1
Cấp phối thành phần cho 1m3 bê tông
Bảng 2.2
Cấp phối thành phần cho một mẻ trộn bê tông
Bảng 2.3
Bảng số liệu ban đầu của tổ mẫu đối chứng MC
Bảng 2.4
Bảng số liệu ban đầu của tổ mẫu M0
Bảng 2.5
Bảng số liệu ban đầu của tổ mẫu M1
Bảng 2.6
Bảng số liệu ban đầu của tổ mẫu M3
Bảng 2.7
Bảng số liệu ban đầu của tổ mẫu M4
Bảng 2.8
Bảng số liệu ban đầu của tổ mẫu M5
Bảng 2.9
Kết quả thí nghiệm mẫu trụ bê tông MC
Bảng 2.10
Kết quả thí nghiệm mẫu trụ bê tông M0
Bảng 2.11
Kết quả thí nghiệm mẫu trụ bê tông M1
Bảng 2.12
Kết quả thí nghiệm mẫu trụ bê tông M3
Bảng 2.13
Kết quả thí nghiệm mẫu trụ bê tông M4
Bảng 2.14
Kết quả thí nghiệm mẫu trụ bê tông M5
Bảng 3.1
Tính chất cơ lý của mẫu trụ bê tông, tổ mẫu MC
Bảng 3.2
Tính chất cơ lý của mẫu trụ bê tông, tổ mẫu M0
Bảng 3.3
Tính chất cơ lý của mẫu trụ bê tông, tổ mẫu M1
Bảng 3.4
Tính chất cơ lý của mẫu trụ bê tông, tổ mẫu M3
Bảng 3.5
Tính chất cơ lý của mẫu trụ bê tông, tổ mẫu M4
Bảng 3.6
Tính chất cơ lý của mẫu trụ bê tông, tổ mẫu M6
Bảng 3.7
Mối quan hệ giữa E- -MV
Bảng 3.8
Bảng xác định mô đun đàn hồi theo Mory -Tanaka
Bảng 3.9
Bảng xác định mô đun đàn hồi của BT theo Selt – Consistent
Bảng 3.10
Mô đun đàn hồicủa BT theo Selt – Consistent Approach
Bảng 3.11
Mô đun đàn hồicủa BT theo Hashin-Strickman
Bảng 3.12
Xác định mô đun đàn hồi theo các công thức thực nghiệm
Bảng 3.13
Xác định độ cong của dầm
Bảng 3.14
Sự thay đổi độ võng của dầm khi có kể đến hàm lượng cốt liệu
lớn trong bê tông.
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Số hiệu hình
Tên hình
Hình 1.1
Mẫu thí nghiệm và đồ thị ứng suất- biến dạng của bê tông
Hình 1.2
Sự phát triển cường độ bê tông trong điều kiện tiêu chuẩn
Hình 1.3
Biểu đồ thể hiện biến dạng đàn hồi- dẻo của BT
Hình 1.4
Thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi một số nước
Hình 2.1
Cách quy đổi pha nền và pha cốt trong bê tông
Hình 2.2
Hỗn hợp vữa bê tông đã được nhào trộn đồng nhất
Hình 2.3
Mẫu bê tông được đúc.
Hình 2.4
Ghi số hiệu mẫu, bảo dưỡng mẫu trong phòng thí nghiệm
Hình 2.5
Tổ mẫu điển hình (gồm 06 mẫu)
Hình 2.6
Mẫu được cân đo trước khi thí nghiệm
Hình 2.7
Mẫu được làm phẳng mặt trước khi thí nghiệm
Hình 2.8
Thiết bị thí nghiệm
Hình 2.9
Thiết bị thí nghiệm đo mô đun đàn hồi
Hình 2.10
Hình dạng mẫu bị phá hoại trên bàn nén
Hình 2.11
Hình dạng mẫu bị phá hoại của các cấp phối
Hình 2.12
Lắp đặt mẫu đo BD dọc tại IBST.
Hình 2.13
Lắp đặt mẫu đo BD dọc tại Viện VLXD.
Hình 2.14
Điều chỉnh đồng hồ đo
Hình 2.15
Đo và ghi kết quả thí nghiệm xác định biến dạng dọc
Hình 2.16
Các kiểu phá hoại mẫu của mẫu trụ
Hình 3.1
Thiết bị thí nghiệm
Hình 3.2
Biểu đồ quan hệ - ε, tổ mẫu MC
Hình 3.3
Biểu đồ quan hệ - ε, tổ mẫu M0
Hình 3.4
Biểu đồ quan hệ - ε, tổ mẫu M1
Hình 3.5
Biểu đồ quan hệ - ε, tổ mẫu M3
Hình 3.6
Biểu đồ quan hệ - ε, tổ mẫu M4
Hình 3.7
Biểu đồ quan hệ - ε, tổ mẫu M5
Hình 3.8
Biểu đồ quan hệ -
Hình 3.9
Biểu đồ quan hệ MV -
Hình 3.10
Biểu đồ quan hệ E - .
Hình 3.11
Mô hình cốt liệu lớn trong hỗn hợp vữa bê tông
Hình 3.12
Biểu đồ mối quan hệ E - giữa thực nghiệm và lý thuyết
Hình 3.13
Hình 3.14
Biểu đồ mối quan hệ E - giữa phương pháp thực nghiệm
và công thức thực nghiệm
Biểu đồ mối quan hệ E - giữa phương pháp thực nghiệm
và công thức thực nghiệm
1
MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Bê tông là một loại vật liệu xây dựng đã và đang được sử dụng phổ biến
trong xây dựng. Với những nhiều ưu điểm như: khả năng chịu lực, độ bền
cao; khả năng tạo hình tốt, công nghệ sản xuất, thi công đơn giản, sử dụng vật
liệu địa phương rẻ tiền, so với những vật liệu xây dựng truyền thống khác.
Để sử dụng và khai thác tốt vật liệu bê tông thì việc nghiên cứu các tính
chất cơ lý, dự báo các đặc tính cơ học của bê tông là hết sức cần thiết.
Mô đun đàn hồi là một trong những đặc trưng quan trọng của bê tông, nó
ảnh hưởng trực tiếp đến biến dạng, chuyển vị của công trình. Vì bê tông là
một loại vật liệu xây dựng đa cấu tử chính vì vậy mô đun đàn hồi bị ảnh
hưởng bởi nhiều yếu tố như: hàm lượng cốt liệu, loại và đường kính cốt liệu
... Tuy nhiên chưa có nhiều công trình nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố
ban đầu đến mô đun đàn hồi của bê tông.
Bê tông với sự thay đổi hàm lượng của cốt liệu lớn có ảnh hưởng như thế
nào tới mô đun đàn hồi của nó? Để trả lời câu hỏi, trong nghiên cứu này, trình
bày các phương pháp thực nghiệm, lý thuyết và số hóa được thực hiện để
nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng cốt liệu lớn tới mô đun đàn hồi của bê
tông.
Xuất phát từ vấn đề đó trong luận văn này tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu
lý thuyết và thực nghiệm ảnh hưởng hàm lượng cốt liệu lớn đến mô đun đàn
hồi của bê tông”
Mục đích nghiên cứu
Mục tiêu của nghiên cứu này là giới thiệu ảnh hưởng của hàm lượng cốt
liệu lớn đến mô đun đàn hồi của vật liệu bê tông. Dựa trên cơ sở lý thuyết và
2
thí nghiệm đưa ra công thức thực nghiệm để dự đoán mô đun đàn hồi của bê
tông.
Nghiên cứu nhằm mở ra hướng phát triển phương pháp dự báo mô đun
đàn hồi của bê tông và các loại vật liệu composite khác như bê tông nhẹ, bê
tông đay hay các loại bê tông khác.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Bê tông là một loại vật liệu đa cấu tử có thể coi bê tông gồm 2 pha chính
là pha nền (Chất kết dính, cốt liệu nhỏ, dung môi) và pha cốt (cốt liệu lớn).
Trong nội dung của luận văn, nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng thể
tích pha cốt đến mô dun đàn hồi của bê tông, các mẫu bê tông có hàm lượng
tích cốt đá dăm thay đổi (0-50%) được khảo sát xác định mô đun đàn hồi ở 28
ngày tuổi.
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu kết hợp giữa cơ sở lý thuyết và thực nghiệm.
Các phương pháp lý thuyết được so sánh đối chiếu với các kết quả thực
nghiệm đưa ra phương pháp đánh giá mô đun đàn hồi của bê tông khi hàm
lượng cốt liệu lớn thay đổi.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Đưa ra các cơ sở khoa học để khuyến nghị cách vận dụng phương pháp
đồng chất hóa để xác định mô đun đàn hồi của bê tông.
Nội dung của đề tài là giới thiệu một phương pháp tính toán xác định mô
đun đàn hồi của các bê tông và các loại vật liệu composit (có cấu tạo từ các
loại hạt ngắn).
Cấu trúc luận văn
Nội dung của luận văn bao gồm:
PHẦN MỞ ĐẦU
3
PHẦN NỘI DUNG
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
CHƯƠNG 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
CHƯƠNG 3. DỰ BÁO MÔ ĐUN ĐÀN HỒI CỦA BÊ TÔNG
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
4
NỘI DUNG
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Vật liệu nghiên cứu
1.1.1. Bê tông và bê tông cốt thép [3].
a. Khái niệm
Bê tông là loại vật liệu đá nhân tạo nhận được bàng cách đổ khuôn và
làm rắn chắc một hỗn hợp hợp lý bao gổm chất kết dính, nước, cốt liêu (cát,
sỏi hay đá dăm) và phụ gia.
Hỗn hợp nguyên liệu mới nhào trộn xong gọi là hỗn hợp bê tông hay bê
tông tươi.
Trong bê tông, cốt liệu đóng vai trò là bộ khung chịu lực. Hồ chất kết dính
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 tạo ra độ dẻo cho hỗn hợp bê
tông. Sau khi cứng rắn, hồ chất kết dính gắn kết các hạt cốt liệu thành một
khối dồng nhất và được gọi là bê tông
Trong bê tông xi măng, cốt liệu thường chiếm 80 - 85%, còn xi măng
chiếm 10 -20% khối lượng.
Bê tông cốt thép là loại vật xây dựng phức hợp do bê tông và cốt thép
cùng cộng tác chịu lực với nhau. Bê tông có khả năng chịu nén tốt nhưng khả
năng chịu kéo lại rất kém. Cốt thép là vật liệu chịu kéo và chịu nén đều tốt.
Do vậy người ta đã đặt cốt thép vào trong bê tông để tăng cường khả năng
chịu lực cho kết cấu.
Bê tông và bê tông cốt thép dược sử dụng rộng rãi trong xây dựng hiện
đại vì chúng có những ưu điểm sau : cường độ tương đối cao, có thể chế tạo
được những loại bê tông có cường độ cao, có hình dạng và tính
b. Các tính chất chủ yếu của hỗn hợp bê tông và bê tông cốt thép
b.1. Tính dẻo của hỗn hơp bê tông
5
Tính dẻo là tính dễ tạo hình của hỗn hợp bê tông, nó biểu thị khả năng lấp
đẩy khuôn nhưng vẫn đảm bảo được độ dồng nhất trong điều kiện đầm nén
nhất định. Để đánh giá tính dẻo của hỗn hợp bê tông người ta thường dùng hai
chỉ tiêu: độ lưu động và độ cứng.
b.2. Cường độ chịu lực
Cường độ là một đặc trưng cơ bản của bê tông, phản ánh khả năng chịu
lực của nó. Cường độ của bê tông phụ thuộc vào thành phần và cấu trúc của
nó. Với bê tông cần xác định cường độ chịu nén và cường độ chịu kéo.
Cường độ chịu nén của bê tông( R).
C
Rn
A
a
h=2d =300
b
A
d =150
0 B
Hình 1-1. Mẫu thí nghiệm và đồ thị ứng suất- biến dạng của bê tông [4].
Làm thí nghiệm ép mẫu cho đến khi mẫu bị phá hoại.
R
P
A
Trong đó: R: cường độ của mẫu thử ( Mpa)
P: Lực nén phá hoại mẫu
A: diện tích tiết diện ngang của mẫu
R = ( 530) MPa
Bê tông thường
R = > 40 MPa
Bê tông cuờng độ cao
R = ≥ 80 MPa
Bê tông đặc biệt
(1.1)
6
- Cường độ trung bình ( Rm)
Cường độ trung bình ( Rm) của các mẫu thử được xác định:
Rm
n
R1 R 2 .... Rn
R
i
n
i 1 n
(1.2)
Trong đó: R1, R2 ,…Rn. là cường độ của n mẫu thử.
n : số lượng mẫu thử
- Cường độ đặc trưng:
Rch Rm (1 S )
(1.3)
Trong đó: Rch : cường độ đặc trưng của bêt tông
Rm : cường độ trung bình cảu bê tông
S : hệ số phụ thuộc và xác suất đảm bảo, với xác suất đảm bảo
95% thì S = 1,64
υ : hệ số biến động để đánh giá mức độ đồng chất của BT
- Cường độ tiêu chuẩn:
Cường độ tiêu chuẩn về nén Rbn:
Rbn = kc Rch
(1.4)
Trong đó: Rch : cường độ đặc trưng của bêt tông khi nén hoặc kéo
kc: hệ số lấy bằng 07 0,8 phụ thuộc vào Rch
- Mô đun đàn hồi.
Eb
Trong đó:
= tgα0=
b
el
(1.5)
Eb : Môđun đàn hồi ban đầu của bê tông
α0 : Góc hợp bởi tiếp tuyến tại gốc của biểu đồ σ - ε
Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ của bê tông :
- Đá xi măng có ảnh hưởng lớn đến cường đô của bê tông. Sự phụ thuôc
của cường đổ bê tông vào tỷ lê N/X thực chất là phụ thuộc vào thể tích rỗng
tạo ra do lượng nước dư thừa.
7
- Cốt liệu: Sự phân bố giữa các hạt cốt liệu và tính chất của nó (độ nhám,
số liệu lỗ rỗng, tỷ diện tích) có ảnh hưởng đến cường độ của bê tông. Bình
thường hồ xi măng lấp đầy lồ rỗng giữa các hạt cốt liệu và đẩy chúng ra xa
nhau với cự ly bằng 2-3 lẩn đường kính hạt xi măng. Trong trường hợp này
do phát huy được vai trò của cốt liệu nên cường độ của bê tông khá cao và
yêu cầu cốt liệu có cường độ cao hơn cường độ bê tông 1,5 - 2 lần. Khi bê
tồng chứa lượng hồ xi măng lớn hơn, các hạt cốt liệu bị đẩy ra xa nhau hơn
đến mức hầu như không có tác dụng tương hỗ với nhau. Khi dó cường độ của
đá xi măng và cường độ vùng tiếp xúc đóng vai trò quyết định đến cường độ
bê tông, nên yêu cầu về cường độ của cốt liệu ở mức thấp hơn.
Với cùng một liều lượng pha trộn như nhau thì bê tông dùng đá dăm có
thành phần hạt hợp quy phạm sẽ cho cường độ cao hơn khi đùng sỏi.
- Cấu tạo của bê tông biểu thị bằng độ đặc của nó, có ảnh hưởng đến
cường độ của bê tông. Độ đặc càng cao, cường độ của bê tông càng lớn. Khi
thiết kê thành phần bê tông ngoài việc đảm bảo cho bê tông có độ đặc cao thì
việc lựa chọn độ dẻo và phương pháp thi công thích hợp có ý nghĩa quan
trọng.
Đối với ntỗi hỗn hợp bê tông, ứng với một điều kiện đầm nén nhất định sẽ
có một tỷ lệ nước thích hợp. Nếu tăng mức độ đầm nén thì tỷ lệ nước thích
hợp sẽ giảm xuống và cường độ bê tông tăng lên.
Cường độ bê tông tăng theo tuổi của nó : Trong quá trình rắn chắc cường
độ bê tông không ngùng tăng lên. Từ 7 đến 14 ngày đầu cường độ phát triển
nhanh, sau 28 ngày chậm dần và có thể tăng đến vài năm.
Đặc tính tăng cường độ bê tông chế tạo từ xi măng pooclăng rắn chắc
trong điều kiện tiêụ chuẩn được giới thiệu trên Hình 1-1.
8
Hình 1-2. Sự phát triển cường độ bê tông trong điều kiện tiêu chuẩn [3]
- Môi trường bảo dưỡng : Trong mồi trường nhiệt đỏ, độ ẩm cao, sự tăng
cường độ có thể kéo dài trong nhiều năm, còn trong điều kiện khô hanh hoặc
nhiệt độ thấp sự tăng cường độ trong thời gian sau này là không đáng kể. Khi
dùng hơi nước nóng để bảo dưỡng bê tông làm cho cường độ bê tông tăng rất
nhanh trong thời gian vài ngày đầu nhưng sẽ làm cho bê tông trở nên giòn
hơn và có cường độ cuối cùng thấp hơn so với bê tông được bảo dưỡng trong
điều kiện tiêu chuẩn.
- Tốc độ gia tải và các điều kiện khi thí nghiệm cũng có ảnh hưởng đến
cường độ bê tông.
c. Sự làm việc giữa bê tông và cốt thép.
Lực dính bám giữa cốt thép và bê tông là yếu tố cơ bản bảo đảm sự làm
việc chung giữa bê tông và cốt thép, hai vật liệu cùng biến dạng và có sự
truyền lực qua lại giữa chúng.
Các nhân tố tạo nên lực dính bám:
- Lực ma sát: Khi bê tông khô cứng do ảnh hưởng của co ngót bê tông ôm
chặt lấy cốt thép.
- Sự bám: Do cốt thép có gờ, bê tông dưới các gờ chống lại sự trượt của
cốt thép
9
- Lực dán: Keo xi măng như một thứ hồ dán cốt thép vào bê tông
+ Cốt thép tròn trơn nhân tố lực ma sát là chủ yếu
+ Cốt thép có gờ nhân tố bám là quan trọng.
1.1.2. Xi măng
a. Khái niệm chung [3].
Xi măng Pooclăng là chất kết dính rắn trong nước, chứa khoảng 70 - 80%
silicát canxi nên còn có tên gọi là xi măng silicát. Nó là sản phẩm nghiền mịn
của clinke với phụ gia thạch cao (3-5%).
Clinke thường ở dạng hạt có đường kính 10-40 mm được sản xuất bằng
cách nung hỗn hợp đá vôi và đất sét (có thể có thêm quặng sắt) đã nghiền mịn
đến nhiệt độ kết khối (1450°C). Chất lượng clinke phụ thuộc vào thành phần
khoáng vật, hoá học và công nghệ sản xuất. Tính chất của xi măng do chất
lượng clinke quyết định.
Thạch cao có tác dụng điều chỉnh thời gian đồng kết của xi măng để phù
hợp với thời gian thi công
b. Tính chất của xi măng
b.1. Khối lượng riêng, khối lượng thể tích
Khối lượng riêng của xi măng Pooclăng (không có phụ gia khoáng) là
3,05 - 3,15 g/cm3.
Khối lượng thể tích có giá trị dao động khá lớn tuỳ thuộc vào đô lèn chặt.
Đối với xi măng ở trạng thái xốp tự nhiên pv = 1100 kg/m3, lèn chặt trung
bình pv = 1300 kg/m3, lèn chặt mạnh pv = 1600 kg/m3.
b.2. Độ mịn
Xi măng có độ mịn cao sẽ dễ tác dụng với nước, các phản ứng thuỷ hoá sẽ
xảy ra triệt để, tốc độ rắn chắc nhanh, cường độ chịu lực cao. Như vậy độ mịn
là một chỉ tiêu đánh giá chất lượng của xi măng.
10
Độ mịn có thể xác định bằng cách sàng trên sàng 4900 lỗ/cm2 và đo tỷ
diện bề mặt của xi măng.
Theo TCVN 2682 - 1999, khi sàng bàng sàng 4900 lỗ/cm2 thì độ mịn của
xi măng thông thường phải đạt chỉ tiêu lượng lọc qua sàng lớn hơn hoặc bằng
85% (lượng sót trên sàng < 15%).
Tỷ diện bề mặt của xi măng biểu thị độ mịn của xi măng. Cũng theo
TCVN 2682 - 1999 tỷ diện bề mặt của xi măng phải đạt > 2700 cm2/g.
b.3. Lượng nước tiêu chuẩn
Lượng nước tiêu chuẩn của xi măng là lượng nước tính bằng % so với
khối lượng xi măng (N/x) đảm bảo cho hồ xi măng dạt độ dẻo tiêu chuẩn.
Lượng nước tiêu chuẩn của xi măng càng lớn thì sau này lượng nước trộn
trong bê tông và vữa càng nhiều. Mỗi loại xi măng có lượng nước tiêu chuẩn
nhất định tùy thuộc vào thành phần khoáng vật, độ mịn, hàm lượng phụ gia và
thường dao động trong khoảng 22 - 28%. Xi măng có phụ gia vô cơ hoạt tính
lượng nước tiêu chuẩn có thể lên tới 32 - 37%.
Xi măng để lâu bị vón cục thì lượng nước tiêu chuẩn sẽ giảm.
Xi măng có phụ gia vô cơ hoạt tính thì lượng nước tiêu chuẩn tăng lên.
b.4. Thời gian đông kết của xi măng
Sau khi trộn xi măng với nước, hồ xi măng dần dần đông kết lại. Thời
gian tính từ lúc trộn xi măng với nước cho đến khi hồ xi măng mất
Thời gian đông kết của xi măng phụ thuộc vào thành phần khoáng, độ
mịn, hàm lượng phụ gia, thời gian lưu trữ trong kho.
Các loại xi măng có thời gian đông kết khác nhau. Trong thi công bê tông
và vữa cần phải biết thời gian bắt đầu đông kết và thời gian kết thúc đông kết
của xi măng để định ra chế độ thi công hợp lý. Tất cả các khâu vận chuyển,
đổ khuôn và đầm chật bê tông phải tiến hành xong trước khi xi măng bắt đầu
đồng kết, do đó thời gian bắt đầu đông kết phải đủ dài để kịp thi công.
11
Khi xi măng kết thúc đông kết là lúc xi mãng dã bắt đầu có cường độ, do
đó thời gian kết thúc đông kết không nên quá dài (xi mẫng cứng chậm), ảnh
hưởng đến tiến độ thi công.
Theo quy định của TCVN 2682 - 1999 :
Thời gian bắt đầu đông kết không được sớm hơn 45 phút.
Thời gian kết thúc đông kết không được chậm hơn 375 phút.
b.5. Tính ổn dịnh thể tích
Xi măng phải đảm bảo tính ổn định thể tích để không bị biến dạng và nứt
nẻ. Nguyên nhản gây nên hiện tượng không ổn định thể tích là hàm lượng
CaO, MgO tự do và khoáng aluminat canxi lớn. Các chất này khi cứng rắn
thường nở thể tích. Mặt khác nếu lượng nước sử dụng nhiều quá cũng gây
hiện tượng co cho đá xi măng cũng như bê tông và vữa.
b.6. Sự toả nhiệt
Khi nhào trộn với nước hổ xi măng toả một lượng nhiệt nhất định, lượng
nhiệt đó phụ thuộc vào thành phần khoáng vật, mịn của xi măng và hàm
lượng thạch cao.
Lượng nhiệt phát ra có lợi cho thi công bê tông vào mùa lạnh hoặc các
cấu kiện nhỏ vì sẽ làm cho bê tông rắn nhanh, nhưng không có lợi khi thi
công vào mùa nóng và đặc biệt đối với kết cấu khối lớn, vì chúng dẽ gảy rạn
nứt cho công trình. Vì vậy đối với những công trình này một mặt người ta
phải chú ý đên kỹ thuật thi công, mặt khác nếu cần thiết phải d ù n g loại xi
mãng cớ ít thành phần khoáng toả nhiệt lớn.
b.7. Cường độ chịu lực và mác của xi măng
Xi măng dùng để chê tạo bê tông và vữa. Trong kết cấu bê tông và vữa có
thể chịu nén, chịu uốn. Cường độ chịu nén và chịu uốn của xi măng càng cao
thì cường độ nén và uốn của bê tông và vữa càng lớn.
12
Giới hạn cường độ uốn và nén của xi mãng được dùng làm cơ sở để xác
định mác xi măng và mác xi măng là chỉ tiêu cần thiết khi tính thành phần cấp
phối bê tông và vữa.
Theo TCVN 6016 - 1995, cường độ chịu lực, xi măng pooclăng gồm các
mác sau : PC30, PC40, PC50. Trong đó: PC - ký hiệu cho xi măng pooclăng
(Portland Cement). Các trị số 30, 40, 50 là giới hạn bền nén sau 28 ngày tính
bằng N/mm2.
Trong quá trình vận chuyển và cất giữ, xi măng hút ẩm dần dần vón cục,
cường độ giảm đi, do đó trước khi sử dụng xi măng nhất thiết phải thử lại
cường độ và sử dụng nó theo kết quả kiểm tra chứ không dựa vào mác ghi
trên bao.
Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ chịu lực của xi măng
Cường độ chịu lực của xi măng phát triển không đều, trong 3 ngày đầu có
thê đạt 40 - 50%, 7 ngày đạt 60 - 70%, những ngày sau tốc độ tăng cường độ
chậm đi, đến 28 ngày đạt được mác. Tuy nhiên trong những điểu kiện thuận
lợi sự rắn chắc của nó có thể kéo dài vài tháng và thậm chí hàng năm, cường
độ cuối cùng có thể vượt gấp 2- 3 lần cường đô 28 ngày.
c. Các loại xi măng
c.1. Xi măng pooclăng trắng và màu
Theo độ bền nén xi măng pooclăng trắng được phân ra làm 3 mác: PCW
30, PCW 40, PCW50.
Trong đó: PCW ký hiệu xi măng pooclăng trắng, các trị số 30, 40, 50 là
giới hạn bền nén của các mẫu chuẩn sau 28 ngày đêm dưỡng hộ tính bằng
N/mm2, xác định theo TCVN 4032 - 1985. Theo độ trắng xi măng pooclăng
trắng được phân làm 3 loại: loại đặc biệt ĐB, loại I và loại II.
c.2. Xi măng pooclăng hỗn hợp
13
Theo cường đồ chịu nén, mác của xi măng pooclăng hỗn hợp gồm PCB
30, PCB 40.
Trong đó PCB là quy ước cho xi măng pooclăng hỗn hợp. Các trị số 30 và
40 là giới hạn cường độ nén của các mẫu vữa xi măng sau 28 ngày dưỡng hộ
tính bằng N/mm2, xác định theo TCVN 6016 - 1995.
Các chỉ tiêu cơ lý chủ yếu của xi măng pooclăng hỗn hợp được quy định
trong TCVN 6260- 1997.
c.3. Xi măng pooclăng puzolan
Theo độ bền nén xi mãng pooclăng puzolan được phân làm 3 mác PCpuz
20, PCPL1Z 30, PCPUZ 40.
Trong dó PCpUZ : là ký hiệu cho xi măng pooclăng puzolan. Các trị số 20,
30, 40 là giới hạn bền nén của mẫu chuẩn sau 28 ngày đêm dưỡng hộ và được
tính bằng N/mm xác định theo TCVN 4032 - 1985.
Xi măng pooclăng puzolan phải đảm bảo các yêu cầu theo TCVN40331995.
c.4. Xi măng pooclăng bền sunphat
Xi măng pooclãng bền sunphat gồm hai nhóm ; '
Xi măng pooclẫng bền sunphat thường: PCS 30 ; PCS 40.
Xi mãng pooclăng bền sunphat cao: PCHS 30 ; PCHS 40.
Trong đó : PCS, PCHS : là ký hiệu xi măng pooclầng bền sunphat thường
và xi măng pooclãng bền sunphat cao
Các trị số 30, 40 là giới hạn bền nén của mẫu chuẩn sau 28 ngày dưỡng
hộ, tính bằng N/mm2 và xác định theo TCVN 4032 – 1985
Chất íượng xi măng pooclăng bền sunphat phải đảm bảo các yêu cầu theo
TCVN 6067 – 1995.
c.5. Xi măng pooclăng ít toả nhiệt
14
Xi măng ít toả nhiệt là tên gọi chung cho loại xi mãng toả nhiệt ít và toả
nhiệt vừa.
Tuỳ theo nhiệt thuỷ hoá và cường độ chịu nén, xi măng pooclâng ít toả
nhiệt được phân ra làm ba loại: PCLH 30A, PCLH 30, PCLH 40.
Trong đó :
PCLH 30 A: là ký hiệu của xi măng pooclãng tỏa nhiệt ít với giới hạn bền
nén sau 28 ngày dưỡng hồ, không nhỏ hơn 30 N/mm2.
PCLH 30, PCLH 40 : là ký hiệu của xi măng pooclăng toả nhiệt vừa với giới
hạn bền nén sau 28 ngày dưỡng hộ, không nhỏ hơn 30 N/mm2 và 40 N/mm2.
Các chỉ tiêu cơ lý chủ yếu của xi măng pooclăng ít toả nhiệt được quy định
ỞTCVN 6069 – 1995.
d. Xi măng sử dụng trong vữa bê tông
d.1. Vai trò
Xi măng là thành phần chất kết dính để liên kết các hạt cốt liệu với nhau
tạo ra cường độ cho bê tông, như vậy chất lượng và hàm lượng xi măng là
yếu tố quan trọng quyết định cường độ chịu lực của bê tông.
d.2. Yêu cầu kỹ thuật [9]
Khi sử dụng xi măng để chế tạo bê tông ta cần chú ý các yêu cầu sau đây:
Chọn chủng loại xi măng: Để chế tạo bê tông ta có thể dùng xi măng
pooclăng, xi măng pooclăng bền sunfat, xi măng pooclăng xỉ hạt lò cao, xi
măng pooclăng puzolan, xi măng pooclăng hỗn hợp, xi măng ít tỏa nhiệt và
các loại xi măng khác thỏa mãn các yêu cầu quy phạm nhưng phải chọn
chủng loại xi măng phù hợp với đặc điểm kết cấu và tính chất môi trường sẽ
thi công để đảm bảo tính bền vững lâu dài của kết cấu.
Chọn mác xi măng: để vừa phải đảm bảo cho bê tông đạt mác thiết kế,
vừa phải đảm bảo yêu cầu kinh tế.
15
Nếu dùng xi măng mác thấp để chế tạo bê tông mác cao thì lượng xi măng
sử dụng cho 1m3 bê tông sẽ nhiều nên không đảm bảo kinh tế.
Nếu dùng xi măng mác cao để chế tạo bê tông mác thấp thì lượng xi măng
tính toán ra để sử dụng cho 1m3 bê tông sẽ rất ít không đủ để liên kết toàn bộ
các hạt cốt liệu với nhau, mặt khác hiện tượng phân tầng của hỗn hợp bê tông
dễ xảy ra, gây nhiều tác hại xấu cho bê tông.
Vì vậy cần phải tránh dùng xi măng mác thấp để chế tạo bê tông mác cao
và ngược lại cũng không dùng xi măng mác cao để chế tạo bê tông mác thấp.
Sau khi chọn chủng loại và mác xi măng thì cần kiểm tra các chỉ tiêu cơ
lý chủ yếu như độ mịn, lượng nước tiêu chuẩn, thời gian đông kết, cường độ
chịu lực thực tế v.v… để sử dụng cho phù hợp theo số liệu tại thời điểm sử
dụng.
1.1.3. Cốt liệu lớn [3].
a. Khái niệm.
Đá thiên nhiên có hầu hết ở khắp mọi nơi trong vỏ trái đất. Đó là những
khối khọáng chất chứa một hay nhiều khoáng vật khác nhau. Vật liệu đá thiên
nhiên được chế tạo từ đá thiên nhiên bầng cách gia công cơ học, vì vậy, tính
chất của vật liệu đá thiên nhiên giống tính chất của đá gốc.
Vật liệu đá thiên nhiên từ xa xưa đã được sử dụng phổ biến trong xây
đựng vì có cường độ chịu nén cao, khả năng trang trí tốt, bền vững trong môi
trường, hơn nữa nó là vật liệu địa phương hầu như ở đâu cũng có, giá thành
tương đối thấp.
Bên cạnh những ưu điểm cơ bản trên, vật liệu đá thiên nhiên cũng có một
số nhược điểm như : khối lượng thể tích lớn, việc vận chuyển và thi công khó
khăn, ít nguyên khối và độ cứng cao nên quá trình gia công phức tạp.
b. Phân loại
