Nghiên cứu thiết kế thành phần bê tông công trình thủy lợi theo phương pháp của pháp

1

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài.
Bê tơng là vật liệu phổ biến nhất trong xây dựng nói chung và xây dựng
cơng trình thủy lợi nói riêng. Thành phần bê tơng có ảnh hưởng rõ rệt đến các
tính chất của bê tông mới trộn cũng như bê tông đã đơng cứng và có ảnh
hưởng đến chất lượng bê tơng, nên cần phải xác định chính xác thành phần bê
tông trước khi chế tạo và đưa vào sử dụng. Cho đến nay ở các nước sử dụng
nhiều phương pháp thiết kế thành phần bê tông khác nhau, ở nước ta dùng
phổ biến phương pháp của Nga (đã Việt Nam hóa) và Mỹ, nhưng chưa thấy
dùng phương pháp của Pháp, mặc dù phương pháp này đã được giới thiệu
trong giáo trình Vật liệu xây dựng của nhà xuất bản giáo dục từ năm 1992.
Nước Pháp có nền khoa học tiên tiến và có nhiều thành tựu về xây dựng và
vật liệu bê tơng đặc biệt một số cơng trình bê tông của Pháp được xây dựng ở
nước ta từ rất lâu đến nay vẫn tồn tại. Phương pháp thực tiễn Dreux-Gorisse là
phương pháp chính thống được dùng phổ biến khơng những ở Pháp mà còn ở
nhiều nước trên thế giới như Algierie, Maroc, Tunisie... Hiện nay Pháp và
Việt Nam có quan hệ đối tác chiến lược và một số công ty của Pháp đã vào
Việt Nam xây dựng một số cơng trình. Hy vọng rằng trong tương lai quan hệ
về kinh tế và khoa học kỹ thuật giữa hai nước sẽ ngày càng phát triển. Vì vậy
việc nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật, công nghệ xây dựng của Pháp, trong đó
có thiết kế thành phần bê tơng là vấn đề cần thiết. Đề tài nghiên cứu này mang
tính cấp thiết nhất định và có điểm mới.
2. Mục đích của đề tài.
Tổng hợp các phương pháp thiết kế thành phần bê tơng đã có, trong đó
có phương pháp của Pháp, để phân tích, đánh giá, vận dụng phương pháp này


2

và có sự hiệu chỉnh cần thiết nhằm đạt được hiệu quả cao hơn khi thiết kế
thành phần bê tông.
3. Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu.
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về cấu trúc bê tơng có chú ý đến tỉ lệ

C
tối
D

ưu, áp dụng phương pháp thiết kế bê tơng của Pháp và có sự hiệu chỉnh thơng
qua thí nghiệm bê tơng và các vật liệu dùng cho bê tông.
4. Kết quả đạt đƣợc.
Nghiên cứu và ứng dụng phương pháp thiết kế thành phần bê tơng của
Pháp, có xét đến tỉ lệ

C
tối ưu để đạt hiệu quả cao hơn.
D

5. Nội dung của Luận văn:
Mở đầu.
Chương 1. Tổng quan về bê tông, bê tông thủy công và các phương pháp
thiết kế thành phần bê tông.
Chương 2. Cơ sở lý thuyết của đề tài.
Chương 3. Nguyên vật liệu sử dụng và PP nghiên cứu thí nghiệm.
Chương 4. Thiết kế thành phần bê tơng và thí nghiệm bê tơng.
Kết luận và kiến nghị.
Tài liệu tham khảo.
Phụ lục.

3

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG, BÊ TÔNG THỦY CÔNG
VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG
1.1. Khái niệm về bê tông và bê tông thủy công.
Bê tông là loại vật liệu đá nhân tạo, nhận được bằng cách đổ khuôn và
làm rắn chắc một hỗn hợp hợp lý của chất kết dính, nước, cốt liệu (cát, sỏi
hay đá dăm), phụ gia hóa học và phụ gia khống. Có trường hợp cịn pha
thêm cốt sợi.
Hỗn hợp ngun liệu mới nhào trộn xong được gọi là hỗn hợp bê tơng
hay bê tơng tươi.
Trong bê tơng cốt liệu đóng vai trò là bộ khung chịu lực. Hồ xi măng
(CKD) và nước bao bọc xung quanh hạt cốt liệu đóng vai trị là chất bơi trơn,
đồng thời lấp đầy khoảng trống giữa các hạt cốt liệu. Sau khi cứng hóa, hồ xi
măng gắn kết các hạt cốt liệu thành một khối ở dạng đá và được gọi là bê
tông. Bê tông có cốt thép gọi là bê tơng cốt thép. Bê tơng được dùng rộng rãi
trong các cơng trình xây dựng, giao thơng, thủy lợi. Bê tơng dùng cho cơng
trình thủy lợi được gọi là bê tông thủy công. Theo tiêu chuẩn Nhà nước
(TCVN 8218:2009) [25], bê tông thủy công được phân loại như sau:
1.1.1. Theo vị trí của bê tơng so với mực nước:
+ Bê tông thường xuyên nằm trong nước;
+ Bê tơng ở vùng có mực nước thay đổi;
+ Bê tơng ở trên khơ (nằm trên vùng có mực nước thay đổi).
1.1.2. Theo hình khối kết cấu cơng trình:
+ Bê tông khối lớn (cạnh nhỏ nhất không dưới 2,5m và chiều dầy lớn
hơn 0,8m - theo Tiêu chuẩn Việt nam TCVN 4453:93) [15];

4

+ Bê tơng khối khơng lớn.
1.1.3. Theo vị trí kết cấu cơng trình:
+ Bê tơng ở mặt ngồi;
+ Bê tơng ở bên trong.
Như vậy bê tơng thủy cơng có khi tiếp xúc với nước và có khi ở trên khơ
khơng tiếp xúc với nước; khi đó bê tơng thủy cơng cũng có u cầu giống như
bê tơng cho cơng trình xây dựng. Đề tài luận văn này nghiên cứu thiết kế
thành phần bê tông ở trên khô không tiếp xúc với nước.
Bê tơng sử dụng cho kết cấu cơng trình phải có thành phần hợp lý để bê
tơng đạt được các yêu cầu do thiết kế đề ra. Thành phần bê tông biểu thị bằng
tỉ lệ phối hợp các vật liệu thành phần trong bê tông theo khối lượng hoặc theo
thể tích. Thành phần theo khối lượng được dùng chủ yếu trong thực tế xây
dựng vì cân trọng lượng chính xác hơn đo lường theo thể tích. Thành phần bê
tơng thường được biểu thị bằng khối lượng của các vật liệu thành phần trong
1m3 hỗn hợp bê tông. Để xác định thành phần bê tông hợp lý, phải thiết kế
thành phần bê tông theo một phương pháp quy định nào đó.
Dưới đây là một số phương pháp thiết kế thành phần bê tông được sử
dụng trong thực tế và được giới thiệu trong nhiều tài liệu [1,2,3,5,7,8,28,32,
34,35,36,39]:
1.2. Các phƣơng pháp thiết kế thành phần bê tông.
1.2.1. Phương pháp tra bảng.
Đây là phương pháp đơn giản được đưa vào Tiêu chuẩn Việt Nam
(TCVN) và một số tài liệu khác [4,28]. Dựa vào những bảng lập sẵn, tra ngay
được lượng vật liệu dùng cho 1m3 bê tông. Do bảng tra thành phần bê tông
quá lớn, nên không viết ở đây. Hiện nay trên vỏ bao xi măng của nhiều nhà
máy đều ghi thành phần bê tơng tính sẵn cho 1m3 và dùng loại xi măng đóng

5

trong bao cho một số mác bê tông để thuận tiện cho người sử dụng. Đây cũng
là một kiểu bảng tra do nhà sản xuất xi măng cung cấp. Nói chung phương
pháp này chỉ sử dụng cho các cơng trình nhỏ dùng khối lượng bê tông không
quá 100m3 và mác thấp.
1.2.2. Phương pháp thực nghiệm hoàn toàn.
Phương pháp này được viết trong tài lệu [1] và được dùng cho các cơng
trình có quy mơ to lớn (khối lượng cơng trình trên 5.000m3) hoặc những bộ
phận có tính chất quan trọng và muốn có tính tốn chính xác về vật liệu sử
dụng. Khi đó để xác định các thơng số thiết kế không dùng các công thức,
bảng và biểu đồ lập sẵn mà hoàn toàn dựa vào số liệu thực nghiệm trên vật
liệu sử dụng cho bê tơng cơng trình. Trước hết thơng qua hàng loạt thí nghiệm
lập các quan hệ, vẽ ra đường biểu diễn thực nghiệm, rồi căn cứ vào các quan
hệ đã lập để thiết kế thành phần bê tông.
Thông thường cần xác định các quan hệ cơ bản sau đây.
- Xác định mức ngậm cát tối ưu;
- Xác định quan hệ giữa độ chịu lực của bê tông với tỉ lệ

N
;
X

- Xác định lượng dùng xi măng ít nhất.
Vì các thơng số chủ yếu của bê tơng có ảnh hưởng lẫn nhau, nên để tiện
cho việc nghiên cứu, phân tích trong thực tế, có thể tạm thời coi một số yếu tố
nào đó là khơng đổi để xét đến quan hệ lẫn nhau giữa các thông số khác và
lần lượt tiến hành như sau:
+ Xác định mức ngậm cát tối ưu: Để xác định được mức ngậm cát tối ưu
ta có hai cách thí nghiệm khác nhau.

Cách thứ 1: Ấn định độ chịu lực (R28) của bê tông, nghĩa là cố định tỉ số
N
, thay đổi lượng cát dùng (lượng nước dùng và xi măng cố định). Qua thí
X


6

nghiệm độ lưu động (độ sụt Sn) sẽ được các trị số khác nhau của Sn. Vẽ biểu
đồ quan hệ mức ngậm cát ( m 

C
) với độ lưu động Hình 1.1. Mức ngậm
CD

cát nào cho Sn lớn nhất thì đó là mức ngậm cát tối ưu. Làm nhiều nhóm như
vậy với tỉ lệ

N
thay đổi cũng sẽ tìm được những mức ngậm cát tối ưu ứng
X

X

Sn

với những lượng dùng xi mng v nc khỏc nhau.
max

Độ l-u động

L-ợng dùng xi măng

Sn

Mức ngËm c¸t

m

Hình 1.1: Biểu đồ quan hệ m Sn

Xmin

Møc ngËm c¸t

m

Hình 1.2: Biểu đồ quan hệ m X

Cách thứ 2: Cố định Sn như vậy với mỗi mức ngậm cát khác nhau (ta
lấy nhiều mức ngậm cát khác nhau hơn kém 2%) để đảm bảo độ lưu động
nhất định sẽ có những lượng dùng xi măng và nước khác nhau. Vẽ biểu đồ
quan hệ mức ngậm cát với lượng dùng xi măng (Hình 1.2). Mức ngậm cát nào
ứng với lượng dùng xi măng ít nhất sẽ là mức ngậm cát tối ưu.


Độ l-u động

C-ờng độ bê tông

Sn

R 28

7

X1
X/N

Tỷ lệ (X/N)

Hỡnh 1.3: Biu quan h

X
N

R28

L-ợng dùng xi măng

X

Hỡnh 1.4: Biu quan hệ X Sn.

+ Tìm quan hệ giữa độ chịu lực (cường độ) và tỉ lệ

N
:
X

Để tìm quan hệ này ta cố định sụt theo yêu cầu của hỗn hợp bê tông và
dùng nhiều lượng xi măng khác nhau để chế tạo bê tông. Muốn đạt được độ
lưu động yêu cầu, thì cần dùng lượng nước khác nhau. Kết quả là có những
X
khác nhau (ứng với mức ngậm cát tối ưu).
N

nhóm bê tơng có tỉ số

Đúc mẫu với mỗi loại hỗn hợp bê tơng đó, rồi thí nghiệm để xác định R28
của bê tông. Các tỉ số
quan hệ R 28

X
khác nhau sẽ cho trị số R28 khác nhau. Vẽ biểu đồ
N

X
(Hình 1.3).
N

+ Tìm quan hệ giữa độ lưu động Sn và lượng dùng xi măng:
Độ sụt của bê tông là hàm số phụ thuộc vào mức ngậm cát, tỉ số

X
(phụ
N

thuộc vào mác bê tông và phụ thuộc vào lượng dùng xi măng khác nhau).
Mức ngậm cát đã tìm được ở trên là mức ngậm cát tối ưu. Với cường độ bê

tơng nhất định (tỉ lệ

X
nhất định), thì quan hệ giữa độ sụt và lượng dùng xi
N


8

măng là tỉ lệ thuận tức là khi tăng lượng xi măng, thì độ sụt tăng. Để tìm quan
hệ đó ta phải làm công tác thực nghiệm như sau:
Chế tạo các mẻ trộn bê tơng có lượng dùng xi măng khác nhau và xác
định được các độ lưu động khác nhau. Căn cứ vào kết quả thí nghiệm vẽ
đường biểu diễn quan hệ giữa Sn

X như trong Hình 1.4.

Với mỗi mác bê tơng làm thí nghiệm tương tự, lập được từng biểu đồ
quan hệ giữa độ lưu động với lượng xi măng cho từng mác bê tông khác nhau.
Như vậy ta đã làm xong việc lập các quan hệ giữa các thơng số của bê
tơng. Muốn tính tốn thành phần của bê tông theo phương pháp này, sử dụng
các đồ thị đó như sau:
- Đầu tiên từ độ lưu động do thi cơng u cầu, dùng biểu đồ Hình 1.4
tra được lượng dùng xi măng cho 1m3 bê tông.
- Từ mác bê tơng u cầu, dùng biểu đồ Hình 1.3, tra ra tỉ số

X
; từ đó
N

tính được lượng nước dùng cho 1m3 bê tông.
- Cuối cùng từ độ lưu động dùng biểu đồ Hình 1.1 tra được mức ngậm
cát. Biết được các thơng số đó, có thể tính tốn được thành phần bê tơng.
1.2.3. Phương pháp thể tích tuyệt đối (TTTĐ).
a. Phƣơng pháp thể tích tuyệt đối dùng cơng thức Bolomey.
Phương pháp này được đề cập trong giáo trình vật liệu xây dựng đầu tiên
của Trường Đại học Thủy Lợi [1].
Đây là phương pháp dựa trên nguyên tắc là tổng thể tích tuyệt đối riêng
rẽ của các vật liệu thành phần phải bằng đơn vị thể tích hỗn hợp của bê tơng.
Như vậy coi hỗn hợp bê tơng hồn tồn đặc.
Ở đây khi tính tốn thành phần bê tơng, có thể biểu thị bằng lượng vật
liệu thành phần như: Xi măng; Nước; Cát; Đá dùng cho 1m3 bê tông hay biểu


9

diễn tỉ lệ giữa các thành phần trong đó lấy khối lượng xi măng bằng 1. Theo
phương pháp này các bước tính theo thứ tự như sau:
Bƣớc 1: Xác định tỉ lệ

X
theo công thức Bolomey khi biết R28 và Rx.
N

Với bê tông dẻo, dùng sỏi hay đá dăm đặc chắc, thì dùng cơng thức.
X

R28  0, 4 Rx .   0,5  ;
N


Với bê tơng cứng, dùng sỏi, thì dùng công thức:
X

R28  0,5Rx .   0,5  ;
N


Với bê tơng cứng, dùng đá dăm, thì dùng cơng thức:
X

R28  0,55Rx .   0,5  ;
N


Trong đó:
- R28 là mác hoặc cường độ bê tông sau 28 ngày bảo dưỡng, Mpa;
- Rx là mác xi măng, Mpa.
Các cơng thức trên biểu thị quan hệ tuyến tính giữa R28
lệ

X
. Xác định tỉ
N

N
N
X
(ngược lại tỉ lệ ). Với các cơng trình nhà cửa thì tỉ lệ
thơng thường

N
X
X

khơng có hạn chế nghiêm khắc, nhưng khơng nên vượt q 0,85. Cịn với các
cơng trình thủy lợi, đường sá, cầu cống, thì cần phải nâng cao tính bền, khả
năng chống thấm, chống xâm thực... do đó cần quy định hạn chế tỉ lệ

N
.
X

Bƣớc 2: Tính lượng nước và lượng xi măng sau khi xác định được tỉ lệ

X
.
N

Tìm được lượng nước sau đó tính ra lượng xi măng. Lượng nước được
xác định theo Hình 1.5, dựa vào Dmax của cốt liệu và độ sụt.


3

L-ợng n-ớc trong 1m hỗn hợp bê tông

10

d
c

b
a

Độ sụt bê t«ng (Sn), cm

Hình 1.5: Biểu đồ tra lượng nước trộn cho 1m3 hỗn hợp bê tông.
Ghi chú:
- Đường a dùng cho sỏi có Dmax = 10mm;
- Đường b dùng cho sỏi có Dmax = 20mm;
- Đường c dùng cho sỏi có Dmax = 40mm;
- Đường d dùng cho sỏi có Dmax = 80mm.
Biểu đồ trên được thành lập trong điều kiện dùng bê tơng đá sỏi và loại
cát trung bình. Trong trường hợp dùng đá dăm và các loại cát khác, thì phải
điều chỉnh lượng nước như sau:
- Nếu dùng đá dăm, lượng nước dùng phải tăng thêm 10 lít;
- Nếu dùng cát nhỏ, lượng nước dùng tăng thêm 10 lít;
- Nếu dùng cát lớn, lượng nước dùng giảm đi 10 lít;
- Nếu X có pha phụ gia khống hoạt tính cũng phải tăng thêm 10 lít;


11

- Khi tỉ lệ

C
= 1 cũng tăng nước thêm 10 lít;
D

- Khi tỉ lệ

C
=0,5, thì nước phải giảm đi 10 lít;
D

Nếu thi cơng bằng máy độ lưu động đo bằng chỉ số độ cơng tác (độ
cứng) thì lượng nước tra theo Bảng 1.1.
Bảng 1.1: Lượng nước dùng cho bê tông khi thi cơng bằng máy.
Độ lưu động

Lượng nước (lít) dùng cho sỏi
có Dmax (mm)

Độ sụt Chỉ số độ
Sn

cơng tác

(cm)

(giây)

0

Ghi chú
10

20

40

150-200

145

130

120

0

90-120

150

135

125

phải tăng lượng

0

60-80

160

145

130

nước từ 10-20l/m3

0

30-50

165

150

135

- Đá dăm thêm 10l.

0

15-30

175

160

145

- Xi măng Puzơlan

- Cát nhỏ thêm 10l.

Sau khi tra được lượng nước, tính được lượng xi măng theo tỉ lệ

X
Và
N

N. Lượng xi măng tính được phải đem so sánh với lượng xi măng tối thiểu
trong Bảng 1.2. Nếu lượng xi măng tính tốn lớn hơn lượng xi măng tối thiểu
thì áp dụng lượng xi măng tính được, nhưng nếu lượng xi măng tính tốn nhỏ
hơn lượng xi măng tối thiểu, thì phải dùng lượng xi măng tối thiểu để tính
tốn tiếp.


12

Bảng 1.2: Lượng xi măng tối thiểu, kg/m3.
Điều kiện làm việc của kết cấu
cơng trình
Trực tiếp tiếp xúc với nước
Bị ảnh hưởng của mưa gió mà
khơng có thiết bị bảo vệ
Khơng bị ảnh hưởng của mưa gió

Phương pháp đầm
Đầm tay

Đầm máy

265

240

250

220

220

200

Bƣớc 3: Tính lượng cát, đá dùng cho 1 m3 bê tơng.
Có 2 cách để xác định lượng C, D. Dựa vào mức ngậm cát ( m 
hoặc tính theo tỉ lệ (

C
)
CD

C
).
D

Các lượng cát, đá có thể tra trong bảng có sẵn, hoặc dùng phương pháp
tính tốn.
Mức ngậm cát có thể tra bảng nhưng thường tính sơ bộ như sau:
m

 .r. c
C

.100% ;
C  D r. c   d

Trong đó:
- m: Mức ngậm cát, %;
- r: Độ rỗng của đá. r 

Vrd
, %;
Vd

- Vrd: Thể tích rỗng của đá, dm3;
- Vd: Thể tích xốp của đá, dm3;
-  c ,  d : Khối lượng thể tích xốp của cát, đá, Kg/dm3;


13

-  : Hệ số khoảng cách hay hệ số tăng cát để lấp đầy lỗ rỗng của đá,
hay còn gọi là hệ số trượt.
Hệ số  khi bê tông được đầm chặt bằng máy chấn động thường, lấy
bằng 1,0  1,2. Khi đầm chặt bằng tay, lấy   1, 2  1, 4 .
Có thể tính tỉ lệ


C
C
theo cơng thức sau:   .r. c
D
D
d

Sau khi tính được mức ngậm cát hoặc tỉ lệ

C
, tính thể tích tuyệt đối của
D

cốt liệu và khối lượng riêng của cốt liệu hỗn hợp cát và đá từ đó sẽ tính được
tổng khối lượng cát và đá (C+D). Biết được C+D và trị số

C
C
hay tỉ lệ
CD
D

sẽ tính được hàm lượng cát và đá.
Theo ngun tắc thể tích tuyệt đối, thì trong 1m3 bê tơng thể tích các vật
liệu thỏa mãn cơng thức sau:
Vc + Vd + Vx + Vn = 1000 lít;
Hoặc
C

c



D

d



X

x

 N  1000 lít;

Vc, Vd, Vx, Vn: Thể tích tuyệt đối (hoàn toàn đặc) của C, D, X, N.
C, D, X, N: Khối lượng cát, đá, xi măng, nước dùng cho 1m3 bê tơng.
Từ đó tìm được thể tích tuyệt đối của hỗn hợp cốt liệu cát và đá như sau:
Vc  Vd  1000  (Vx  Vn )  1000  (

X

x

 N) ;

Từ xi măng và nước tìm được ở trên kết hợp với tỉ số
xác định được lượng C và D.

C
C
hoặc
sẽ
D
CD

14

Trên đây là phần tính tốn đơn thuần để xác định lượng cát, đá, xi măng,
nước dùng cho 1m3 bê tơng. Tính tốn dựa vào một số bảng tính sẵn và công
thức. các điều kiện thành lập các bảng hay cơng thức đó có thể khác điều kiện
hiện tại, cho nên cần phải thêm phần thực nghiệm để kiểm tra, điều chỉnh
thành phần đã tính tốn.
Bƣớc 4: Kiểm tra bằng thực nghiệm.
- Kiểm tra về độ sụt: Thường thì với thành phần tính tốn, độ sụt của hỗn
hợp bê tơng khơng đạt u cầu nên phải kiểm tra lại. Tính lượng vật liệu cho
một mẻ trộn khoảng 10 lít. Sau đó trộn bê tơng để kiểm tra độ sụt của bê tông.
Nếu chưa đạt, ta phải cho thêm nước và xi măng cho tới khi đạt độ sụt yêu
cầu (chú ý phải thêm cả nước và xi măng để giữ cho tỉ lệ

X
không đổi). Nếu
N

độ sụt vượt quá yêu cầu thì phải giảm nước.
- Kiểm tra cường độ của bê tông Rb: Đúc mẫu để thử cường độ với thành
phần bê tơng đã được hiệu chỉnh. Thơng thường thì R28 của mẫu không bằng
mác bê tông thiết kế (Rtk), nhưng cũng có những trường hợp sai khác như sau:
+ R28đạt yêu cầu về cường độ thiết kế là do mác xi măng khơng đúng. Ta tính
ngược lại từ kết quả thực tế của Rb sẽ có Rx chính xác và làm lại từ đầu.
+ R28>Rtk: Nếu vượt quá 15% như vậy sẽ gây lãng phí xi măng và cũng
cần tính tốn thí nghiệm lại và giảm bớt xi măng.
Tính lại lượng vật liệu dùng cho 1m3 bê tông: Sau khi điều chỉnh để đạt
được độ sụt và cường độ yêu cầu thì lượng vật liệu đã thay đổi, nên phải tính
tốn lại theo trình tự sau:

+ Xác định khối lượng thể tích của hỗn hợp bê tơng (mới nhào trộn)
bằng thực nghiệm:  b .


15

+ Tính ra thể tích thực tế của mẻ bê tông bằng cách chia tổng khối lượng
của mẻ trộn cho khối lượng thể tích của bê tơng (  b ).
+ Tính lượng vật liệu dùng cho 1m3 bê tơng: X 

X mt
.1000
Vmt

Trong đó:
- X: Lượng xi măng (Kg) dùng cho 1m3 bê tông đã đạt Sn yêu cầu;
- Xmt: Lượng xi măng (Kg) dùng cho 1 mẻ trộn BT đã đạt Sn yêu cầu;
- Vmt: Thể tích mẻ trộn (lít);
- Các loại vật liệu khác (C, D, N) cũng tính tương tự như vậy.
Sau khi đã tính được lượng X, C, D, N có thể để cấp phối như vậy,
hoặc biểu thị theo kiểu sau đây (ta chia khối lượng các vật liệu cho khối lượng
xi măng):
X C D N
C D N
: : :  1: : :
X X X X
X X X

b. Phƣơng pháp TTTĐ dùng công thức Bolomey-Skramtaev.
Phương pháp này là phương pháp chính thống của Liên xô trước đây và

nước Nga hiện nay [35], đồng thời được sử dụng rộng rãi ở nước ta nhiều
năm nay và đã được đưa vào TCVN 4453-87 [14] và được viết trong nhiều tài
liệu [7,8,28]. Phương pháp này cũng là phương pháp thiết kế thành phần bê
tơng kết hợp tính toán với thực nghiệm để điều chỉnh thành phần. Cơ sở để
tính tốn lý thuyết là tổng thể tích tuyệt đối của các vật liệu thành phần bằng
thể tích của hỗn hợp bê tơng, chính vì vậy phương pháp này cũng là phương
pháp thể tích tuyệt đối tương tự như phương pháp viết ở trên.
Nội dung của phương pháp này bao gồm các bước sau đây:
Bƣớc 1: Xác định tỉ lệ

X
từ công thức Bolomey-Skramtaev.
N


16

Rb  A1.Rx .(

X
X
 1, 4  2,5 (1)
 0,5) với
N
N

Rb  A2 .Rx .(

X
X

 2,5 (2)
 0,5) Với
N
N

Đối với bê tơng mác thường dùng cơng thức (1) và tính được:
R
X
 b  0,5 ;
N A1.Rx

Đối với bê tông mác cao, dùng cơng thức (2) và tính được:
R
X
 b  0,5 ;
N A2 .Rx

Trong đó:
- Rb: Mác bê tơng u cầu, Mpa;
- Rx: Mác xi măng, Mpa;
- A1, A2: Hệ số phụ thuộc vào chất lượng cốt liệu, tra trong Bảng 1.3.
Bảng 1.3: Bảng tra hệ số A1, A2 phụ thuộc vào chất lượng cốt liệu
Chất lượng cốt liệu

A1

A2

Chất lượng cao (đá phún xuất đặc, cát ít tạp chất)

0,65

0,43

Chất lượng trung bình

0,60

0,40

Chất lượng thấp (sỏi, cát hạt nhỏ)

0,55

0,37

Bƣớc 2: Xác định lượng nước trộn.
Thường dựa vào chỉ tiêu tính cơng tác (độ sụt, độ cứng) của hỗn hợp bê
tông. Tuy nhiên để xác định chính xác lượng nước sơ bộ cần dựa vào các đặc
tính của các vật liệu sử dụng như xi măng, cát, sỏi hay đá dăm. Việc xác định
lượng nước cần dùng thường dựa vào bảng tra hoặc biểu đồ Hình 1.6.


3

230
220
210
200
190

180
170
160
150
140
130

L-ỵng n-íc, kg/m

L-ỵng n-íc, kg/m

3

17

4
3
2
1

180
170
160
150
140
130
120

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

a)

§é l-u động Sn, cm

0

4

b)

9

13

18

22

27

31

Độ cứng, Đc (giây)

Hỡnh 1.6: Mi quan h giữa độ sụt (Sn), độ cứng (Đc) với lượng nước dùng.
a) - Hỗn hợp bê tông dẻo;

b) - Hỗn hợp bê tông cứng.

(1) Dmax=70 mm; (2) Dmax=40 mm; (3) Dmax=20 mm; (4) Dmax=10 mm

Bƣớc 3: Xác định lượng dùng xi măng (X).
X
N

Lượng xi măng được xác định theo công thức X  ( ).N , (kg).
So sánh lượng xi măng vừa tính được với lượng xi măng tối thiểu cho
phép được quy định trong Bảng 1.4 và dùng trị số lớn hơn.
Bảng 1.4: Lượng dùng xi măng tối thiểu.
Điều kiện làm việc của kết cấu cơng trình

Phương pháp đầm chặt
Bằng tay

Bằng Máy

265

240

250

220

220

200

Trực tiếp tiếp xúc với nước
Bị ảnh hưởng của mưa gió, khơng có
phương tiện bảo vệ

Khơng bị ảnh hưởng của mưa gió
Bƣớc 4: Xác định lượng cốt liệu lớn và nhỏ.


18

Hỗn hợp bê tông sau khi nhào trộn và đầm chặt được coi như đặc chắc
hồn tồn có nghĩa là chúng thỏa mãn phương trình thể tích tuyệt đối:
C

c



D

d



X

 N  1000  Vb ;

x

Hỗn hợp vữa xi măng cát lấp đầy các lỗ rỗng của cốt liệu lớn và bao bọc
một lớp mỏng và kín trên bề mặt các hạt của nó, có kể đến hệ số dư vữa hoặc
hệ số trượt (  ). Từ đó có cơng thức sau:
C

c



X

x

N 

D

d

rd . ;

Trong đó:
- rd : Độ rỗng (mức hổng của đá);
- x , c , d : Khối lượng riêng của xi măng, cát, đá;
-  : Hệ số trượt (hệ số dư vữa).
Với hỗn hợp bê tơng cứng, lấy   1, 05 1,15 (trung bình là 1,1); cịn với
hỗn hợp bê tơng dẻo, thì  được xác định bằng cách tra biểu đồ Hình 1.7.
1,6

3

/m
Kg
0

0
6
X=

500

1,5

HƯ sè tr-ỵt 

400
1,4

350

300

1,3

1,2

1,1
0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

TØ lƯ N/X

Hình 1.7: Biểu đồ xác định hệ số trượt 

0,8


19

Lượng dùng cốt liệu lớn: D 

1000
;
 .rd 1


d

d

Lượng dùng cốt liệu nhỏ: C  (1000 

X

x



D

d

 N ).c ;

Bƣớc 5: Kiểm tra bằng thực nghiệm và hiệu chỉnh thành phần tính tốn.
Trong thiết kế sơ bộ dùng một số bảng tra và biểu đồ. Đây là các số liệu
tổng hợp từ thực nghiệm trên một số vật liệu, có thể sai khác với vật liệu ta
dùng cho thiết kế thành phần bê tơng, nên sau khi tính tốn sơ bộ cần phải
kiểm tra tính cơng tác (độ sụt), cường độ bê tơng... Trong q trình kiểm tra
có thể phải hiệu chỉnh lượng dùng các vật liệu để bê tông đạt các yêu cầu đã
đề ra. Cuối cùng tính lại lượng chi phí vật liệu cho 1m3 bê tơng hoặc lượng
dùng cho một mẻ trộn bê tông của máy trộn có tính đến hệ số sản lượng của
mẻ trộn và độ ẩm của cốt liệu ở hiện trường.
1.2.4. Phương pháp tỷ dụ lượng.
Phương pháp này được viết trong tài liệu [1]; phần đầu tính giống như
phương pháp thể tích tuyệt dối, tức là đầu tiên tìm được lượng xi măng và
nước, sau đó lượng cát, đá được tính như sau:
Lượng dùng đá theo thể tích xốp khơng phải xác định, mà lấy ví dụ bằng
900 lít (coi như trong 1m3 có 900 lít đá ở trạng thái xốp tự nhiên). Do đó ta
tính được khối đá phải dùng cho 1m3 bê tông là:
D  Vd . d  900. d ;

Để xác định lượng cát ta xác định làm sao cho lượng cát nhét đầy lỗ rỗng
của đá cho nên thể tích cát phải thỏa mãn cơng thức sau:
Vc
V

 K . r  K .rd ;
Vd
Vd


20

Trong đó:
- rd: Độ rỗng của đá;
- Vr: Thể tích rỗng của đá;
- Vc: Thể tích xốp tự nhiên của cát;
- Vd: Thể tích xốp tự nhiên của đá (900 lít);
- K: Hệ số khoảng cách có thể bằng 1; 1,1; 1,2; chọn hệ số sao cho hỗn
hợp chặt nhất, tức là tiết kiệm xi măng nhất.
Từ các hệ số K và r tìm được tỉ số

Vc
; mặt khác với Vd=900 lít, xác định
Vd

được Vc sau đó tính được khối lượng cát cho 1m3 bê tông ( C  Vc . c ).
Như vậy với mỗi giá trị K ta lại tìm được một lượng dùng cát khác nhau.
Từ 3 lượng dùng cát ứng với 3 giá trị K khác nhau (tức K=1; K=1,1; K=1,2)
vẽ biểu đồ quan hệ ta xác định được lượng dùng cát hợp lý nhất. Đó là lượng
dùng cát mà bê tơng dùng ít xi măng nhất khi cả 3 hỗn hợp đều phải đảm bảo
độ lưu động (độ sụt) như nhau.
Đến đây ta tính được lượng cát, đá, xi măng, nước dùng cho 1m3 bê
tông. Phần thực nghiệm của phương pháp này giống phương pháp thể tích
tuyệt đối dùng cơng thức của Bolomey.
1.2.5. Phương pháp thực tiễn Dreux - Gorisse của Pháp.

Phương pháp này được dùng phổ biến ở Pháp và được viết trong Giáo
trình vật liệu xây dựng của Nhà xuất bản giáo dục [8]. Nội dung thực hiện
phương pháp này gồm các bước sau đây:
Bƣớc 1. Xác định đường kính lớn nhất của cốt liệu Dmax:
Đường kính lớn nhất của cốt liệu được xác định theo Bảng 1.5. Theo đó
Dmax cũng phải phù hợp với chiều dày tối thiểu của lớp bảo vệ cốt thép (Cmin)
và tùy thuộc vào tính xâm thực của môi trường Bảng 1.6.


21

Bảng 1.5: Đường kính lớn nhất của cốt liệu.
Đặc tính của kết cấu bê tông

Dmax
Sỏi

Đá dăm

 0,8e

 0,7e

h - Khoảng cách đứng của cốt thép

 h

 0,9h

r - Bán kính trung bình của cốt thép

 1,4r

 1,3r

e - Khoảng cách nằm ngang của cốt thép



hm - Chiều dày tối thiểu của kết cấu

hm
5

Bảng 1.6: Tính xâm thực của mơi trường.
Đặc tính của mơi trường

Cmin

Dmax

Xâm thực mạnh

4 cm

 0,8C

Xâm thực trung bình

2 cm

 1,25C

Xâm thực yếu

1 cm

 2C

Bƣớc 2: Xác định lượng xi măng:
Xác định tỉ số

R
X
X
theo công thức:  28  0,5 ;
N GRx
N

Trong đó:
- R28 : Cường độ chịu nén của bê tông ở tuổi 28 ngày, kg/cm2;
- Rx: Cường độ chịu nén của xi măng ở tuổi 28 ngày, kg/cm2;
- X: Lượng xi măng, kg/m3;
- N: Lượng nước, l/m3;
- G: Hệ số chất lượng cốt liệu.


22

Giá trị gần đúng của G được tra theo Bảng 1.7 (thường giả thiết hỗn hợp

bê tông được rung ép tốt).
Bảng 1.7: Hệ số chất lượng cốt liệu.
Độ lớn của hạt
Chất lượng

Nhỏ

Trung bình

Lớn

Dmax  16mm  25mm

Dmax  40mm

Dmax  63mm

Rất tốt

0,55

0,60

0,65

Tốt

0,45

0,50

0,55

Trung bình

0,35

0,40

0,45

của cốt liệu

Dựa vào tỉ số

X
và Sn (cm) cho trước, lượng xi măng có thể xác định
N

được theo biu Hỡnh 1.8.
X/N
2.6
2.4
3

L-ợng xi măng Kg/m
400+Phụ gia hóa lỏng
(Fluidifiant)

2.2

2.0

400
1.8
350

1.6
1.4

300

1.2

250

1.0

200
2

4

6

8

10

12

Sn (cm)

Hình 1.8: Sự phụ thuộc của lượng xi măng vào tỉ lệ

X
và độ sụt Sn.
N


23

Theo tiêu chuẩn NFP 18-305-“Bê tông đúc sẵn” của Pháp, lượng xi
măng tìm được phải lớn hơn lương xi măng tối thiểu được xác định như sau:
X min 

250  B
;
5
D

Trong đó:
- B: Mác bê tơng, kg/cm2;
- D: Đường kính lớn nhất của cốt liệu, mm;
- 5 D : Có thể tra ở Bảng 1.8.
Bảng 1.8: Bảng tra 5 D .
Dmax
6

6,3

8

10

12,5

16

20

25

31,5

40

50

63

80

100

mm
5

D

1,38 1,45 1,52 1,59 1,66 1,74 1,82 1,90 2,00 2,09 2,19 2,29 2,40 2,51

Bƣớc 3: Xác định lượng nước.
Từ lượng xi măng (X) và tỉ số

X
tìm được ở bước 2, xác định được
N

lượng nước (N) như sau:
N  X.

N
, kg/m3 hoặc l/m3
X

Lượng nước tính được ứng với cốt liệu khơ có Dmax=25mm; nếu
Dmax  25mm, thì lượng nước cần phải điều chỉnh, tăng hoặc giảm, phụ thuộc
vào Dmax và được tra trên Hình 1.9.


24

+15%
+10%
+5%
0%
-5%
-10%
-15%
2

10

16

25

40

63

100 Dmax (mm)

Hình 1.9: Biểu đồ xác định lượng nước điều chỉnh
Nếu cốt liệu bị ẩm, thì lượng nước tìm được phải giảm đi một lượng tùy
thuộc vào trạng thái ẩm của cốt liệu tra ở Bảng 1.9.
Bảng 1.9: Trạng thái ẩm của cốt liệu.
Lượng nước cần giảm l/m3

Trạng thái
ẩm của

Sỏi 5/12,5

Sỏi 5/20

Sỏi 20/40

cốt liệu

Cát 0/5

Khô

0 - 20

Ẩm

40 - 60

20 - 40

10 - 30

10 - 20

Rất ẩm

80 - 100

40 - 60

30 - 50

20 - 40

Bão hòa

120 - 140

60 - 80

50 - 70

40 - 60

Không đáng kể Không đáng kể Không đáng kể

Bƣớc 4: Xác định đường cong cấp phối cốt liệu:
Để xác định đường cấp phối hạt cốt liệu, sử dụng bộ sàng tiêu chuẩn:
0,080; 0,100; 0,125; 0,160; 0,200; 0,250; 0,315; 0,40; 0,50; 0,63; 0,80; 1,00;


25

1,25; 1,60; 2,00; 2,50; 3,15; 4,00; 5,00; 6,30; 8,00; 10; 12,5; 16; 20; 25; 31,5;
40; 50; 63; 80mm.
Ghi chú:
Các mắt sàng được gạch chân trùng với bộ sàng được dùng trong
TCVN 7570:2006.
Đường cấp phối chuẩn ở Hình 1.10 được xây dựng trên cơ sở hạt cốt liệu
thực tế có Dmax giả thiết bằng 20mm; nó được xác định bởi 3 điểm OAB.
Điểm O có tọa độ O (0,08;0). Điểm B có tọa độ B (Dmax; 100). Điểm A có tọa
độ được xác định như sau:

Hình 1.10: Đường thành phần hạt của hỗn hợp cốt liệu có Dmax = 20 mm.
+ Hồnh độ: Nếu Dmax<20mm, thì hồnh độ là Dmax. Nếu Dmax>20mm,
thì hồnh độ là điểm giữa của vùng sỏi giới hạn với mô đun 38 (tương ứng
với cỡ sàng 5mm) và mô đun tương ứng với Dmax của loại sỏi đó.
+ Tung độ được xác định: Y  50  Dmax  K ;