BÊ TÔNG XI MĂNG

TRNG I HC GIAO THễNG VN TI
VIệN KHOA HọC Và CÔNG NGHệ XÂY DựNG GIAO THÔNG
bộ môn vật liệu xây dựng

Chơ
Chơng
ơng 5

Bê tông xi măng
cement concrete

9/12/2011

1


1. Khái niệm và phân loại
1.1 Khái niệm: Bê tông xi măng (BTXM) là một loại vật liệu đá
nhân tạo nhận được sau khi tạo hình và làm rắn chắc hỗn hợp
bê tông.
Hỗn hợp bê tông (bê tông tươi – fresh concrete) có thành
phần được lựa chọn hợp lý gồm: xi măng, nước, cốt liệu lớn
(đá dăm hoặc sỏi), cốt liệu nhỏ (cát) và phụ gia.
Khi rắn chắc hồ xi măng dính kết hỗn hợp cốt liệu thành một
khối đá và được gọi là bê tông.
Trong bê tông xi măng cốt liệu đóng vai trò là bộ khung chịu
lực, hỗn hợp xi măng và nước bao bọc xung quanh các hạt cốt
liệu đóng vai trò là chất kết dính.

9/12/2011

2


Cốt
liệu
nhỏ

Cốt
liệu
lớn

Xi
măng

Nước

Phụ
gia

Thành phần chế tạo bê tông xi măng
9/12/2011

3


Ứng dụng của bê tông xi măng
9/12/2011

4

Ứng dụng của bê tông xi măng
9/12/2011

5


Ứng dụng của bê tông xi măng
9/12/2011

6


Ứng dụng của bê tông xi măng
9/12/2011

7


- Ưu điểm:
Cường độ chịu nén cao hơn nhiều so với chịu kéo;
Dễ tạo hình cho cấu kiện vật liệu;
Có thể sử dụng chủ yếu là vật liệu địa phương;
Chi phí duy tu, bảo dưỡng sửa chữa thường xuyên ít.
- Nhược điểm:
Cường độ chịu kéo thấp, dễ bị giòn nứt;
Hệ số phẩm chất nhỏ;
Khả năng tái sử dụng ít;
Kết cấu nặng – cẩu, lao lắp khó khăn, tải trọng bản thân
lớn.

9/12/2011

8


- Yêu cầu kỹ thuật cơ bản đối với hỗn hợp bê tông và bê
tông:
Hỗn hợp bê tông phải đạt độ dẻo để thi công được;
Sau khi rắn chắc bê tông phải đạt được các yêu cầu kỹ
thuật: cường độ chịu nén ở ngày tuổi nhất định; khả năng
chống thấm; độ bền với tác nhân hóa học…

9/12/2011

9


1.2. Phân loại bê tông xi măng
- Theo cường độ chịu nén: được xác trên mẫu hình trụ có
d = 15 cm, h = 30 cm ở 28 ngày tuổi.
Bê tông thường: Rb = 15 ÷ 60 MPa;
Bê tông cường độ cao: Rb = 60 ÷ 100 MPa;
Bê tông cường độ rất cao: Rb = 100 ÷ 200 MPa.
- Theo khối lượng thể tích:
Bê tông rất nhẹ: ρob < 0,5 T/m3;
Bê tông nhẹ: ρob = 0,5 ÷ 1,8 T/m3;
Bê tông nặng: ρob = 1,8 ÷ 2,5 T/m3;
Bê tông rất nặng: ρob > 2,5 T/m3.
9/12/2011

10


-Theo cốt liệu sử dụng:
Cốt liệu đặc chắc, nặng;
Cốt liệu rỗng;
Cốt sợi (sợi thép, sợi các bon, sợi thực vật..);
Cốt liệu đặc biệt (chịu axít, chịu nhiệt, chống phóng xạ...)
- Theo phạm vi sử dụng:
Bê tông kết cấu;
Bê tông thuỷ công;
Bê tông làm đường;
Bê tông đặc biệt.
9/12/2011

11


2. Cấu trúc của bê tông xi măng
2.1. Sự hình thành cấu trúc của bê tông
- Cấu trúc của bê tông được hình thành do sự sắp xếp các hạt
cốt liệu trong bê tông cùng với sự thuỷ hoá của xi măng.
- Các sản phẩm do xi măng thuỷ hoá dần tăng lên đến một lúc
nào đó cấu trúc keo tụ chuyển sang cấu trúc tinh thể.
- Khoảng thời gian hình thành cấu trúc cũng như cường độ ban
đầu của bê tông phụ thuộc vào thành phần bê tông, loại xi măng
và loại phụ gia.

9/12/2011

12


2.2. Cấu trúc vĩ mô
- Bê tông là một loại vật liệu có cấu trúc vĩ mô phức tạp.
- Xét trong một đơn vị thể tích hỗn hợp bê tông đã lèn chặt
bao gồm: thể tích cốt liệu Vcl, thể tích hồ xi măng Vhx, thể
tích các lỗ rỗng khí Vk;
Vcl+Vhx+Vk = 1, khi đầm nén hợp lý có thể coi Vk = 0

X
Vcl + Vhx = 1 ⇔ Vcl + + N = 1
ρx

9/12/2011

13


Đá XM

Cốt liệu

Cốt liệu

9/12/2011

Đá XM

14

2.3. Cấu trúc vi mô

Đá XM

Cốt liệu

Vùng
chuyển
tiếp
9/12/2011

15


2.3 Cấu trúc vi mô
2.3.1 Cấu trúc khung cốt liệu (Vùng 1)
Được hình thành do sự chèn lấp các hạt cốt liệu nhỏ vào lỗ
rỗng giữa các hạt cốt liệu lớn. Khi BT có cấu trúc khung cốt
liệu tối ưu:
Bê tông có độ đặc cao;
Lượng xi măng và nước sẽ ít nhất.

9/12/2011

16


Mô hình cấu trúc của BTXM: a) Cấu trúc có khung;

b) Cấu trúc không khung
9/12/2011

17


2.3.2 Cấu trúc vùng chuyển tiếp giữa cốt liệu và đá xi măng
- Vùng này có ảnh hưởng đến tính toàn khối và độ ổn định của
bê tông.
- Chiều dày δ = 30 ÷ 50 µm.
- Vùng này gồm: các lỗ rỗng do nước bay hơi để lại, Ca(OH)2
tự do.
- Đối với bê tông thường: vùng này là vùng yếu nhất trong cấu
trúc, khi bê tông bị phá hoại các vết nứt sẽ đi mem theo vùng
này.
- Đối với bê tông cường độ cao: vùng này sẽ được cải thiện
bằng các chất phụ gia khoáng siêu mịn, phụ gia giảm nước →
khả năng chịu lực sẽ tương đương với cốt liệu, khi bê tông bị
phá hoại, các vết nứt sẽ đi xuyên qua cốt liệu.
9/12/2011

18


Cấu trúc vùng chuyển tiếp
giữa cốt liệu và đá xi măng
9/12/2011

19

Sự lan truyển vết nứt trong cấu trúc bê tông thường
9/12/2011

20


2.3.3. Cấu trúc của đá xi măng (Vùng 3)
Vùng này chứa chủ yếu:
Các chất kết tinh;
Các lỗ rỗng gel, lỗ rỗng mao quản;
Các hạt xi măng khan.
2.3.4. Lỗ rỗng trong bê tông xi măng
Lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu;
Lỗ rỗng trong hạt cốt liệu;
Lỗ rỗng trong đá xi măng (lỗ rỗng gel, lỗ rỗng mao quản)

9/12/2011

21


Lỗ rỗng
trong
hạt CL

Lỗ rỗng
trong đá
XM

Cấu trúc lỗ rỗng trong BTXM
9/12/2011

22


3. Vật liệu chế tạo bê tông xi măng
3.1. Xi măng
- Vai trò: XM+Nước → hỗn hợp hồ dẻo:
Bôi trơn các hạt cốt liệu;
Dính kết các hạt cốt liệu;
Lấp đầy khoảng trỗng giữa các hạt cốt liệu.
- Các loại xi măng có thể sử dụng: XM pooclăng thường, XM
pooclăng hỗn hợp, XM bền sulfat…
- Mác xi măng:
Tránh dùng XM mác thấp để chế tạo bê tông Rb cao;
Tránh dùng XM mác cao để chế tạo bê tông Rb thấp.
9/12/2011

23


- Lượng xi măng: Xmin < X < Xmax
Xmin - đảm bảo độ đồng nhất trong bê tông
Xmax - đảm bảo cho xi măng không toả quá nhiều nhiệt và CL
không bị bơi trong hồ xi măng
Theo 22TCN 272 - 05: đối với loại bê tông thường quy định
Xmin = 300 kg; Xmax = 475 kg.

9/12/2011

24


3.2. Cốt liệu nhỏ (cát)
- Nguồn gốc: tự nhiên hoặc nhân tạo
- Kích thước:
Theo TCVN 7570-06:
d = 0,14 - 5 mm;
Theo ASTM C33-86:
d = 0,15 - 4,75 mm

9/12/2011

25