Chương 2

CÔNG THỨC THÀNH PHAN BÊ TÔNG

Trong chương này trình bày một số phương pháp xác định thành phần bê tông để đạt độ dẻo và cường độ. Lựa chọn thành phần có xét đến công nghệ (tính dễ đổ) đã được

nghiên cứu nhiều trên thế giới và còn cần được tiếp tục nghiên cứu. ở đây chỉ trình bày một vài phương pháp tính thành phần bê tông theo phương pháp thực nghiệm và theo phương pháp lý thuyết.

Việc xác định thành phần hỗn hợp xi măng, nước và cốt liệu đạt độ dẻo và có m ột số đặc tính khác, là m ột vấn đề phức tạp đến nỗi không thể, bằng giải pháp đơn thuần về lý thuyết.

Ngược lại, theo kinh nghiệm truyền thống bất kể người nào cũng có khả năng sản xuất một hỗn hợp thoả mãn về độ sụt và cường độ với phương pháp đofn giản và không cần có một sự đào tạo nào. Công việc hiệu chỉnh các thành phần để đạt được dộ dẻo mong m uốn, tỷ lệ nước/xi măng, và cường độ phù hợp chỉ là việc hiệu chỉnh lượng xi măng và lượng nước.

Cả hai suy nghĩ đofn giản và làm phức lạp đều chưa chính xác. Thật vậy, thành phần của bê tông không phải là một vấn đề phức tạp đến nỗi không giải quyết được. Nhưng ngược lại, phải nhấn mạnh nếu chỉ tuân thủ các hướng dẫn thực tế cho phép đảm bảo cường độ xác định, tính dễ đổ chấp nhận được là chưa đảm bảo tính bển lâu của bê tông. Tính chất bê tỏng trong tự nhiên được biến đổi rất nhanh nhất do sự xuất hiện các hiện tượng co ngót nhiệt dẫn đến nứt nẻ và suy giảm độ tin cậy của bê tông. Vì vậy công thức bê tông phải được xác lập trên cơ sở lý thuyết kết hợp với thực nghiệm dự báo và thực nghiệm trên kết cấu đã được xây dựng.

2.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM THÀNH PHẨN BÊ TÔ NG

2.1.1. Lịch sử thành phần bê tông

Chắc chắn rằng đã 2000 năm vể trước những người La Mã đã có một phương pháp ít nhiều khoa học để cấu tạo bê tông. Người ta sử dụng vật liệu cơ bản là tro núi lửa, nay được gọi là puzolan, được trộn với vôi. Nghệ thuật sản xuất bê tông, hầu như đã biến mất với đ ế chế La mã và chỉ được bắt đầu lại vào giữa thế kỷ X V III, khi phát m inh ra

xi măng tự nhiên đạt được bằng cách nung một vài hạt đá vôi với đất sét. ít thời gian sau đó, m ột chất dính kết thủy lực tốt hơn một chút, là vôi thuỷ lực, đã được sử dụng.

19

T hế kỷ XIX người ta đã bắt đầu sử dụng xi măng, chất kết dính thuỷ lực chính. Trong nửa sau của th ế kỷ XIX dùng xi m ăng poóclãng. Đầu thế kỷ XX đánh dấu một sự lên ngôi của xi m ãng poóclăng và bắt đầu từ iúc này danh từ bê tông đã được sứ dụng và được hiểu theo nghĩa hê tông bằng xi mãng poóclăng.

Đầu thế kỷ XX, với sự ra đời của xi mãng cốt thép, việc sứ dụng các hỗn hỢp không dẻo đã dần bị bỏ qua. Khi đó bắt đầu bẽ tô n2 dẻo và đến những nãm cuối thế kỷ là bê tông có độ siêu dẻo. Hiện nay bê tóna cường dộ cao, bê tông chất lượng cao đang phát triển m ạnh. Các phương pháp thiết kế thường dược tiến hành kết hợp lý thuyết và thực nghiệm .

2.1.2. Nghiên cứu của Feret

Feret (người Pháp) đã tiến hành các nghiên cứu quan trọng (1892 - 1896) và tầm quan trọng của nó có tác dụng quyết định đối với phát ininh các định luật về bê tông.

Nghiên cứu này rất rộng chủ yếu trên độ chặt của cát và của vữa, nước trộn, sự so sánh cường độ của các loại vữa, làm rõ ảnh hưởng cứa tính chất của cát và thành phần; nó cho phép lập ra một quan hệ giữa cường độ và lượng nước của hổn hợp.

2.1.2.1. Đ ộ đặc chắc của cát

F ere t đã n g h iên cứu trên các hỗn hợp của ba loại cát: to CJ, vừa M, và nhỏ F, với biểu

đồ tam giác củ a các hỗn hợp.

Trong một tam giác cân có đinh được ghi G, M, F một điếm p xác định hỗn hợp của các đường song song được dẫn từ p Irên canh của tam piác (1, M và F Feret đã tìm thấy rằng một hỗn hợp ba Ihành phần bằng nhau có đọ dặc chác khoang 0,61 và rằng độ chặt cực đại (0,64) đã đạt được đối với inột hỗn liỢ]0 không luu) gổin các hạt trung bình, còn các hạt mịn và các hạt lớn có tỷ lộ tirơng ứng là 1/3 và 2/3.

Như vậy Feret đã làm rõ sự vưọt trội của cấp phối khtĩna liên lục và điều kiện cần thiết để có một hỗn hợp đồng nhất hoàn toàn.

2.1.2.2. Đ ộ đặc chắc của vữa (Đ J

Feret đã nghiên cứu nhiều hỗn hợp của ba loại cốt liệu G, M, F có cùng độ sệt và cùng liều lượng cơ bản với mộl phần xi măng nước trộn xuất phát từ nước làm ẩm, các hạt và xi măng‘với quan hệ có các hệ sô' không đổi.

Đ , - a g + nm + yf + kc

Đối với các hạt tự nhiên (lăn tròn): a = 0,03; n = 0,09, y = 0,23; k = 0,23,

Đối với các hạt nghiền: a = 0,04: n = 0,083. y = 0.20; k = 0,23

2.1.23. Độ rỗng - độ thấm nước

Feret đã thấy rằng độ rỗng sinh ra do nước trộn bốc hơi khôntỉ cần thiết cho sự đông kết sẽ lớn hơn với cát mịn (lượng nước tự do).

Đối với tính chống thấm, đó là hiện tượng ngược lại.

20

2.1.2.4. Cường độ của vữa (RJ

M ột nghiên cứu rộng rãi về cường độ của vữa đã được tiến hành bởi Feret bằng cách

biến đổi tất cả các yếu tố của hỗn hợp như sau: nước (E) xi mărig (C), không khí (v).

Ry - hàm số của lượng nước trộn, lượng cốt liệu.

Ry - hàm số của độ đặc, được biểu thị bằnge + V

- hàm số của tính chất của cát.

2.1.2.5. B iểu thức cường độ

Feret đã tiến hành nghiên cứu này để xây dựng các quan hệ biểu thị cường độ bê tồng là

hàm số của thể tích tuyệt đối của xi mãng (V^), thể tích nước (V^,), thể tích không khí (Vy).

hoặc:

R v = K

R„ = K

V + v^ T V y- 0,1

V,

V + Y , + V...

Vào nãm 1896 Feret để nghị công thức cường độ bê tông:

fc = I^-Rc

trong đó: K - hệ số thực nghiệm;

Rj,- cường độ của xi măng.

2.1.3. Phương pháp mô đun độ nhỏ của Abrams

Năm 1918 một phương pháp có hộ thống để tính toán thành phần của các hỗn hợp bê

tông đã được công bố bởi Abrams. Đặc tính của phưoíng pháp này là hầu như hoàn toàn

thực hiện dựa trên m ột số lớn thí nghiẹm.

2.1.3.1. Tỷ lệ n ư ớ d x i m ăng - Quy luật về cường độ

Abrams đề ra giả thuyết một hỗn hợp bê tông phải được phối hợp, đảm bảo tính dễ đổ

trong các điều kiện nào đó đã cho và phải đáp ứng cường độ nén xác định, ô n g ta đưa ra

quy luật về cường độ theo cách sau đây:

Đối với vật liệu đã cho, cường độ bê tông chỉ phụ thuộc vào một yếu tố duy nhất là tỷ

lệ nước/xi măng.

Quan hệ tìm được đối với cuờng độ nén có thể được viết dưới dạng:

21

6- = ^

Công thức này có thể viết theo dạng quen thuộc:

R , = A ^ _ A _

trong đó:

ô'- biểu thị cưòmg độ nén ở tuổi xem xét, (Rjb, j - ngày tuổi bê tông);

X- tỷ lệ thể tích nước / thể tích biểu kiến của xi măng;

E/C - tỷ lệ nước / xi m ăng theo trọng lượng (N/X);

Pj;- tỷ trọng biểu kiến của xi m ăng, (Px);

A- hằng số thực nghiệm;

B- hằng số phụ thuộc vào đặc tính của vật liệu, đặc biệt của xi m ăng và tuổi khi th í nghiệm .

2.1.3.2. Công thức của lượng nước cần th iết của Abram s

Khi xây dựng được công thức thực nghiệm biểu thị quan hệ giữa cường độ và tỷ lệ E/X, phải xác định tỷ lệ xi m ăng/ cốt liệu ảnh hưởng đến tỷ lộ nước/ xi măng và xác định lượng nước cần thiết.

Để làm việc này Abrams đã lập ra công thức cho lượiig nước cần thiết có sự liên quan của yếu tố thành phần hạt được gọi là mô đun độ nhỏ.

Công thức đối với nước cần thiết là:

X 3 1,26M f

trong đó:

E- thể tích nước;

X- thể tích xi măng;

P- tỷ lệ nước/ xi m ăng đối với độ sệt thông thường (N/X);

n- tỷ ]ộ cốt liệu/ xi măng;

Mp- mô đun độ lớn nhỏ;

s - độ sụt tương đối, tức là tỷ lệ giữa lượng nước thực tế được sử dụng với lượng nước cho độ sụt vào khoảng 3 cm.

Mô đun độ nhỏ phụ thuộc vào nhiều thông số như hình dạng, tính chất, kích cỡ, cốt

liệu, liều lượng xi măng, cường độ, độ dẻo v.v... Abrams đã cho các giá trị tối tiểu của

mô đun độ nhỏ đối với các loại bê tông thông thường (xem bảng 2 . 1).

22

Bảng 2.1. Giá trị tối ưu của mó đun độ nhỏ

của các thành phần bê tông theo Abrams

Liều lượng xi măng, kg/m^

Cỡ hạt lớn nhất của cốt liệu D, mm10 15 20 25 30 40 60

275300350400

4,504,204,304,40

4,454,604,704,80

4,855,005.105,20

5,255,405,505,60

5,605,855,735,80

5,805,855,885,90

6,006,206,306,40

Các giá trị này được xác định từ nhiều thí nghiệm trong phòng thí nghiệm. Các tác phẩm của Abram s được viết trước khi dùng đầm chấn động. Các thí nghiệm có tính chất hệ thống đã chỉ ra rằng khi dùng chấn động, trong thực tế, phải giảm số lượng cát trong hỗn hợp so với giá trị tìm được bởi phương pháp Abrams không dùng chấn động. Tuy nhiên, không có bảng các giá trị chính xác nào đã được cho đối với bê tông đầm rung.

• Tỷ lệ cốt liệu nlìỏ

Khi đã xác định kích cỡ lớn nhất của cốt liệu hoặc iheo các quy định, hoặc bằng các điều kiện sử dụng, m ột mô đun độ nhỏ cực đại được phép xác định, lúc đó phải xác định các tỷ lệ thích hợp của cốt liệu nhỏ và to, được xử lý riêng rẽ, để đạt được mô đun độ nhỏ m ong m uốn của hỗn hợp.

Tỷ lệ phần trăm cát cần thiết được tính toán theo cách sau đây:

Phần trăm cát; %

trong đó:

Mp- m ô đun độ nhỏ theo Abram;

Chỉ số 0 biểu thị giá trị cực đại cho phép;

Chỉ số a biểu thị cốt liệu nhỏ;

Chỉ số b biểu thị cốt liệu to.

V í dụ: Cho đá sỏi cỡ 5/lOmm có mô đun độ nhỏ = 6,50 và cát 0/5m m có mô

đun độ nhỏ (M„)^ = 2,60. Ví dụ: Chọn lĩiô đun độ nhỏ của hỗn hợp (Mn)o = 5 liều lượng

xi m ăng bằng 300 kg/m ’ .

(M ,4-(M ,.)o = 6,50 - 5 ,0 0 = 1,50

(MF)o-(Mf:)b = 6,50- 2,60 = 3,90

c,%= 1 0 0 .-^ i^ ^ = 100.— = 38%6,5 - 2 .6 3,9

Từ đó: đ á = 1 0 0 - 38 = 62%.

23

2.1.4. Thành phần hạt của Valette

Valette đã đề xuất m ột phương pháp chủ yếu của thực nghiệm, nhưng tuy nhiên nó cần một số các tính toán dự bị, phưcrng pháp này thuộc các phương pháp thực nghiệm. Quy luật về cấp phối liên tục nói chung không dẫn tới bê tông đặc chắc nhất. Vì vậy Valette đã đề xuất phương pháp này gọi là liều lượng bê tông có độ chắc cao nhất hoặc liều iượng bê tông có lượng cát ít nhất, hoặc liều lượng bê tông có cấp phối gián đoạn.

Trong trưèíng hợp thông thường, có hai loại cốt liệu:

- Cát ví dụ: 0/5mm.

- Đá (sỏi) luôn thể hiện sự không liên tục với cát, ví dụ đá (sỏi) 16/25mm.

Đầu tiên chuẩn bị vữa đặc với lượng xi m ăng tối thiểu. Vữa này đạt được bằng cách đo các lỗ rỗng của cát ướt và lấp đầy thể tích các lỗ rỗng bằng một thể tích ngang bằng

của hố toàn xi măng ( ) .

Sau đó thêm nhiều nhất sỏi ướt phù hợp với thể tích đổ tạo được sự làm ướt đầy đủ, cho phép đổ khuôn đầy, với việc thi công dễ dàng trong điều kiện ở công trường. Như vậy bê tông đặc ít cát nhất.

Để kiểm tra, tiến hành trộn m ột mẻ bê tông với thành phần đã xác định; đánh giá chất lượng của sản phẩm so với chất lượng m ong m uốn và bằng cách đo tỷ trọng của bê tông tươi.

2.1.5. Phương pháp thực tế được đơn giản hoá

Các phương pháp trên là những phương pháp lý thuyết, khi áp dụng cần có sử dụng điều chỉnh cho thích hợp.

2.1.5.1. Thành phần chung

Xét đến các tiến bộ được thực hiện vể phương tiện đầm (đầm rung và đầm mạnh có tần sô' cao), cần điều chỉnh thành phần bê tông cho phù hợp. Thành phần theo thể tích thông thưòrng giả định: G = 820 L; s = 420 L; G + s + c + E =

Theo khối lượng C.E.B.T.P đề nghị liều lượng chuẩn sau đây cho 1 m ’ bê tông thường đầm chấn động tại chỗ.

Đá / cát 2,0

Đá (sỏi) (5/25m m ) llS O k g

Cát (0/5mm) 590 kg

Xi măng 350 kg

Nước tổng cộng trên cốt liệu (được giả định là khô) trung bình là 210 L, điều đó tương ứng với E/C = 0,6

Với sỏi có thành phần hạt khác (5/15 hoặc 16/25), liều lượng này vẫn còn giá trị một cách gần đúng.

24

2.1.5.2. Biến đôi liều lượng xi móng

Thực tế là liều lượng 350 kg/m’ được coi là liều lượng bình thường thông thường nhất.

Tuy nhiên người ta có thể biến đổi nó theo chất lượng yêu cầu đối với bê tông hoặc theo các quy định của tiêu chuẩn.

Ngoài ra, liều lượng xi măng về nguyên tắc có thể được giảm đi, nếu tãng kích thước D của cốt liệu và lượng xi măng tăng lẽn, nếu giảm giá trị của D.

Lượng xi măng càng lớn khi yêu cầu cường độ càng cao và nó phải khá lớn đối với bê tông không bị thấm. Tất nhiên lượng xi mãng không nên ít hơn 300kg và nhiều hơn 525kg/l bê tông

2.1.5.3. Biến đổi tỷ SỐĐ/C = sỏ i/ cát

Giá trị của tỷ số này nói chung bằng 2, tuy nhiên có thể biến đổi nó trong các tỷ lệ khá rộng, phưoíng pháp đơn giản hoá được đề nghị bởi C.E.B.T.P cho phép nằm trong phạm vi sử dụng thông thường của biểu đồ (1,6 < Đ/C < 2,4) tỷ số Đ/S càng lớn, về

rìguyên tắc bê tông có cường độ càng cao, nhưng khi đó nó sẽ nhậy cảm với ảnh hưởng của thành ván khuôn, với sự phân tầng và nó thể hiện khó thi công vì tính dễ đổ kém. Đối với Đ /C > 2,4, có nguy cơ bê tông bị rỗng nhẹ. Mặt khác, nếu cát chứa khá nhiều thành phần bột mịn, người ta có thể lấy ỉ ) /c lớn hơn nếu cát thiếu thành phần hạt nhỏ hoặc nếu nó nhám (cát nghiền). Đối với inột kích cỡ cốt liệu D > 25mm, người ta lấy

Đ/S hơi nhỏ mộl chút và ngược lại.

• M ột vài chỉ dẫn thực tế:t

- Bê tông rất dẻo, nhiều vữa, tính dễ thi công tốt, cho các thông số mặt tường có bộ

mặt đẹp dễ đổ nói riêng trong điều kicn độ sét thông thường (độ sụt từ 6 đến 5 cm), nhưng không cho các cường độ đặc biệt,

1,6 < Đ /C < 1,8

- Bê tông có độ sệt thông thường dùng cho bê tông cốt thép thông thưòfng có độ dẻo có thể biến đổi theo công trình và theo liều lượng nước, khá dễ đổ và cho cưòng độ tốt.

1 ,9 < Đ /C < 2 ,1

- Bê tông có độ chặt cao; Khi có độ sụt thấp (độ sụt 1 đến 3) cho cường độ về mặt lý

thuyết là khá lớn, nhưng dễ bị phân tầng và nhậy cảm với hiệu ứng của thành khuôn, cần có sự thận trọng khi đổ bê tông và đặc biệt cần chấn động mạnh. Trong trường hợp này,

nên làm m ột vài thí nghiệm trước, cho phép xác định tỷ số G/S tối ưu:

2.2 < Đ/C < 2,4

C.E.B.T.P đề nghị đối với phương pháp này nên tham khảo phương pháp của Faury sẽ

được nghiên cứu sau và cho các giá trị sau đây:

25

Đối với A = 32, giá trị cực đại Đ/C = 1,6

A = 25, giá trị trung bình Đ/C = 2

A = 18, giá trị cực tiểu Đ/C = 2,4

2.1.5.4. Cải biến liều lượng nước

Liều lượng nước chỉ có thể được xác định m ột cách có giá trị với độ chính xác nào đó bằng các thí nghiệm trước. Phải đạt được bê tông và độ dẻo phù hợp với việc thi còngđúng đắn còng trình có tính đến các đặc điểm và phưcỉng tiện thi công.

Tuy nhiên người ta có thể ấn định với tổng lượng nước N cho cốt liệu khô bằng cáchchấp nhận quy định sau đây đối với lượng dung xi m ăng X.

0,4 < N/X< 0,6 trung bình là 0,5

0,4 < N/X (thậm chí N/X = 0,25)

Quy định này là sự gần đúng ban đầu và sơ sài. Người ta muốn hướng tỷ lệ này tới 0,4 và thậm chí nhỏ hơn, nếu muốn có bê tông khô, nếu dùng sỏi thô (vi dụ D = 40mm) nếu cát có ít thành phần mịn, nếu trị số sỏi cát khá cao, hoặc nếu người ta dùng chất tăng dẻo hoặc siêu dẻo trong bê tông.

Người ta hướng tỷ lệ này với 0,6 trong trường hợp bê tông dẻo, có sỏi liệu nhỏ

(A = 15mm), cát có ít thành phần mịn, (mô đun độ nhỏ bé) hoặc giá trị của sỏi/cát nhỏ,

bô tông yêu cầu cưòfng độ thấp được điều chỉnh bằng nước.

2.1.5.5. Các th í nghiệm làm trước

Khi đã cố định liều lượng bê tông theo bảng, C.E.B.T.P đề nghị thực hiện m ột vài thí

nghiệm trước. Các thí nghiệm này phải cho phép:

- Đánh giá bằng mắt xem tỷ số sỏi/cát và ỉiều lượng xi măng được chọn cho bê tông có phù hợp về mặt ngoài và tính dễ đổ để phù hợp với công trình liên quan không và để cải biến tuỳ tình hình tỷ số sỏi/cát.

- Xác định chính xác liều lượng nước ứng với độ dẻo mong muốn.

- Kiểm tra theo mẻ trộn bê tông nếu liều lượng được đề nghị tương ứng đúng với Im^ bê tông.

- Tuỳ tình hình chế tạo m ột vài mẫu cho phép suy đoán về cường độ khả dĩ ở tuổi 7 và 28 ngày.

2.2. PHƯƠNG PHÁP LÝ TH U Y ÊT VỂ TH ÀN H PH Â N BÊ TÔNG

Chúng ta đã thấy các phương pháp xác định thành phần tổng bê tông chủ yếu là thực

nghiệm và kinh nghiệm. Nhưng có nhiều ý định cho thành phần lý thuyết của bê tông.

Chúng ta sẽ xem xét một vài phương pháp.

26

2.2.1. Phương pháp Fuller và Thompson

Puller - Thom pson bằng các thí nghiệm đã đi đến kết luận là tồn tại một vài đưòíng cong thành phần hạt lý tưởng. Họ đã thấy rằng các đường cong này là các thành phần elip ở phần thấp nhất và sau đó tiếp tục là đoạn tiếp tuyến với đoạn cong đó.

Phương trình của phần elip là:

,2 y . 2

2

trong đó;

y- phần trãm vật liệu qua sàng có mắt là X ;

a và b- trục của elip có trị số là hàm sô' của kích cỡ cốt liệu và hình dạng hạt.

Sau đó Puller và Thom pson đã phát hiện là các đường thành phần hạt gần với hình parabol mà phương trình chung là:

p, = 100 X (%);

Khi cho n = 1/2 có phương trình sau;

p, =100d

1/2

% ;

trong đó: Pj - phần các hạt có kích cỡ nhỏ hơn (lượng lọc sàng), d;

D - kích thước lớn nhất của hạt.

2.2.2. Đường thành phần hạt hình parabol

Ý tưởng đường thành phần hạt hình parabol của Puller, cho rằng một lượng cốt liệu

có đường kính nhỏ hcm cốt liệu có độ lớn đã cho phải bằng căn bậc hai của d/D đã được nhắc lại bởi các nhà nghiên cứu khác. Họ đã chứng minh rằng quan hệ được đề nghị bởi l'u ller được thực tế chỉ thể hiện một trường hợp của một họ đường cong có các bậc khác nhau. Papovics đã đề nghị công thức như sau:

r--- —----iDy I d J ; q = 1/r,

trong đó: r có thể khác 1/2 được gọi là thành phần hạt hình parabol.

Hệ quả lý thuyết của thành phần hạt hình parabol đã được Anderson làm rõ và chứng minh rằng trị số của q càng nhỏ độ đặc của hỗn hợp càng cao, khi q tiến tới 0 thì độ rỗng cũng tiến tới 0. Để đạt được m ột vật liệu hạt có cấu trúc đặc cần chọn một giá trị q đủ

nhỏ. ở thời kỳ đó người ta khuyên nên dùng q trong lân cận 1/2 để làm bê tông. Ngày

27

nay do công nghệ đổi mới để chế tạo các bê tông có cường độ rất cao người ta đã sử dụng các cốt liệu có đường kính rất nhỏ từ 0 ,6 - 1 mm và sử dụng cấp phối có q rất nhỏ.

Popovice đã chứng minh rằng mô đun độ nhỏ phụ thuộc vào D, r cho mọi đường thành phần hạt parabol theo công thức:

MFn = 3,32 [log(lOD) - 0,4343r (1-lOD)'^]

hoặc bằng công thức đơn giản hoá: M Fn = 3 log (lOD) - 0,95r

Như vậy mô đun độ nhỏ của cát ảnh hưởng lớn đến thành phần của bê tông cấp của r.

Công thức thành phần hạt tính bằng phần trăm; Pj =100.

trong đó:

i - biểu thị ưị số của kích cỡ dj (sàng bé nhất có lượng lọt sàng là 100%);

g- tỷ số thành phần hạt.

Thực ra đường thành phần hạt tính bằng % cũng tương tự như các đưòfng thành phần hạt hình parabol.

2.2.3. Công thức thành phần hạt của Bolom ey

Bolomey đã nhận thấy rằng các hỗn hợp đạt được bằng phương pháp Puller cho bê tông tương đối cứng, ông ta đã đề nghị sự cải biến sau đây đối với parabol Puller:

Đ j

trong đó: f là một hằng số kinh nghiệm , các ký hiệu khác có cùng ý nghĩa như ở trên. G iá trị của f được chọn phụ thuộc vào tứih dễ đổ và hàm lượng nhiều nhất các hạt nhỏ.

Phưcmg trình trên có thể áp dụng bình thường cho tất cả các vật liệu rắn tạo nên hỗn hợp. Nhưng trong thực tế, đưòng cong thành phần hạt của xi măng là không thể biến đổi. Bolomey cũng chỉ áp dụng quan hệ này cho các hạt lớn hơn 0,1 mm.

Trong trường hợp này, đối với một thành phần xi măng c theo trọng lượng 6 %, đạt được công thức sau:

P = (P ,-C ) ‘

hay: P = ( P t - X )

1 - C

1

1 - X

1/2'hoặc: p = f - c + ( l - f )

uI d J

theo ký hiệu Việt Nam

1 -C

28

p = 1 'D ;

1/ 2

- X

irong đó: p- thành phần trọng lượng của riêng cốt liệu, có đường kính nhỏ hơn d, trong khi

đó Pj biểu thị thành phần trọng lượng của tất cả các chất rắn, trong đó có xi măng (X).

Bolomey đã cho các giá trị của f được đánh giá là thich hợp và được trình băy trong bảng (2 .2 ) dưới đây:

Bảng 2.2. Các giá trị của hằng sỏ Bolomey f

Cốt liệu loại bê tông

Loại bê tông

Các giá trị của f

Bê tông được chấn độngBê tòng mềm

Bé tòng cốt thép

Bê tông chảy

Bê tông bơm

Các hạt sỏi 0,06 đốn 0,08 0,1 0,12

Các hạt đá nghiền 0,08 dếii0,10 0,12 đến 0,14 0,14 đến 0,16

2.2.4. Phương pháp của Faury

Các thành phần khác nhau của bê lòng được mô lả ớ trên đều tuân theo một giả định việc đổ bê tông khối lớn hoặc tronỉỉ tát cả các trường hợp, đã bỏ qua về mật lý thuyết tất cả các hiện iượiig có thể gây trớ ngại chd \'iệc ciổ bô tỏng trong khuôn. Vậy mà trong thực tế việc đổ bê tỏng cốt thép, đã »ãp nhũng trớ ngại do sự có inặt của cốt thép, thành khuôn. Vì vậy phải tính đến việc lựa chọn thànli phán hạt, Caquot đã đề xuất lần đầu tiên năm 1936 một lý thuyết chung về kếl câu liại ciia bé tỏng dã làm rõ sự cần thiết phối hợp bẽ tông theo các đặc tính về thể tích và vé bé niặt khuôn, trong đó Faury đã xét đến hiện tượng này trong phương pháp cấp phối bê lôiig.

2.2.4.1. Hiệu ứng thành

Có thể cụ thê’ hoá hiệu ứng thành, bằng những khó khăn xảy ra khi đổ đầy khuôn có bề mặt tiếp xúc lớn của bê tông với ván khuôn, cốt thép, cốt liệu v.v...

Hỗn hợp phải đủ dẻo, có tính đến các phương tiện đầm chạt được bố trí ở công irường, để đổ được dễ dàng trong các khuôn của các kết cấu mà không xảy ra khuyết điểm. Để làm được việc này, bẽ tông pliái đi qua các mát lưới cốt thép và lấp đầy tất cả các bộ phận của ván khuôn, sao cho tronu kết cấu không có chỗ nào thiếu vật liệu. Ngoài ra, hỗn hợp phải được đổ khuôn hoàn toàn vào thành ván khuôn và bảo đảm sự bao bọc tốt cốt thép. Trong kết cấu bê tôno cốt thép, dựa trên giả thuyết rằng cốt thép dính bám tốt vào bê tông xung quanh mà không có sự tách ra hoặc trượt khi giãn dài và để các lực được truyền chính xác từ cốt thép vào bê tông.

Cuối cùng, cần đầm chặt hợp lý với sự bố trí cốt thép phức tạp nhất. Điều quan trọng là bê tông đạt tới độ đặc tương ứng vói chất lượng yêu cầu. Vậy sẽ phải nghiên cứu các vấn đề sau:

29

- Các điều kiện của bê tông chảy vào bên trong ván khuôn.

- Các điều kiện liên quan đến ván khuôn và đến việc đầm chặt bê tông.

a) Đ iều kiệìì hê tông clìày vào trong ván kliiiôn

Để di chuyển vào ván khuôn, bê tông phải di chuyển qua các thanh thép tạo thành các m ắt lưới hoặc các khe.

M ột mắt lưới a X b hoặc một khe e được đặc trưng, bởi bán kính trung bình của nó R.

Nếu biểu thị diện tích của tiết diện tự do hẹp nhất của mắt lưới bằng chữ s và chu vi của nó bằng chữ p thì;

p

Viết cho một mắt: R = — —-— (hình chữ nhật a, b)2(a + b)

và cho m ột khe: R = -2

Như vậy mức độ cản trở bê tông đi qua một mắt lưới trung bình R, phụ thuộc vào đường kính lớn nhất của cốt liệu D. Faury đã cho các giá trị mà ông ta cho là có thể phù

Dhợp với

R

■^ < 1,4 đối với côì liệu tự nhiên R

— < 1,2 đối với cốt liêu nghiền R

Tuy nhiên người ta có thể nghĩ rằng hiện nay với những phương tiện đầm chặt mạnh, các giá trị mà Faury đề nghị có thể được cải biến và đối với bê tông có thành phần hạt

liên tục và có độ dẻo đủ, có thể đạt được; < 2R

Trong thực tế để dễ đổ bê tông, các kỹ sư thường dùng quá liều lượng xi măng. Cách này, nếu nó có tác dụng làm tâng lượng vữa xi mãng cho bê tông, thì rõ ràng là không đủ. Dù rằng tăng lượng xi măng từ 300 đến 500kg/m ’ mà không cải biến bộ xương của nó khó có thể cho phép các hạt cốt liệu quá to di chuyển giữa các cốt thép.

h) Đ iều kiện vún khuôn và việc dâm chặt bê tông

Trong khi đổ bê tông, các viên cốt liệu đi đến vạ vào và dừng lại ở chỗ cốt thép và thành ván khuôn. Bê tông đầm chặt không tốt ở gần các bề mặt cứng vì các viên cốt liệu chỉ có thể chuyển động theo những hướng gần song song với thành. Hiệu ứng thành

30

vách làm giảm độ chặt của hỗn hợp đã đổ, nếu số lượng vữa không đủ để lấp đầy các lỗ rỗng phụ giữa các hạt sỏi.

Chúng ta coi bê tông có khối lượng không xác định bao gồm x% là đá (sỏi). Nếu chúng ta tưởng tượng cắt bê tông này theo một mặt giả định A-A,

diện tích của các viên sỏi bị cắt được biểu bằng x% của tổng diện tích mặt cắt, hình 2 . 1.

Bây giờ chúng ta giả định rằng bè lóng tiếp xúc

với mặt của thành bên p. Một mặt phẳng cắt song

song với p là vô cùng gần với thành không cắt một viên sỏi nào, nhưng càng ngày mặt phẳng này càng

cách xa p mà vẫn song song, phần trăm của diện

tích của các viên sỏi bị cắt tãng lên dần và trở thành x% từ một khoảng cách p, nó tăng lên theo kích thước cực đại D của sỏi.

Caquot đã chứng minh rằng đối với một khuôn, hiệu quả của thành có thể được xác định từ các tính chất của khuôn với sự Irung gian là đường bán kính trung bình của khuôn R, mà nó được xác định theo còng thức:

V,R =_

trong đó: V|^- thể tích sẽ được làm đầy của bê tông;

Fj,- diện tích của các thành phần và cốt thép của khuôn tiếp xúc với bê tông;

R- đường kính trung bình của khuôn.

Lý thuyết chung của Giquot và những thí nghiệm đã thực hiện, đặc biệt bởi Faury, chỉ ra

rằng nếu hỗn hợp các hạt nhỏ và trung bình của bê tông thoả mãn định luật về thành phần

hạt thích hợp, tỉ lê các hat lớn đưa vào trong hỗn hơp dần dần giảm đi khi tỉ số — đô tângR

lên. Tỉ số này đặc trưng cho hiệu ứng của thành mà bê tông trong khuôn phải chịu.

Trong một cấu kiện bê tông cốt thép, bán kính R phải được tính toán ở phần nhiều cốt thép nhất và hiệu ứng của thành có nguy cơ lớn nhất.

2.2.4.2. Kích cỡ cực đại

Đ ối với một cốt liệu đã cho, chúng ta có thể xác định được kích cỡ lớn nhất thực tế D. Theo sự phân tích thành phần hạt cung cấp một biên độ cực đại của giá trị tương ứng với

kích cỡ của các sàng dj.

31

Gọi d | là đường kính của lưới sát bên dưới D, tức là lưới đẩu tiên không để tất cả vật

liệu lọt qua.

ổ2 là đường kính của lưới sát ngay dưới d I.

X là phần trăm của hạt trên d | và dưới hoặc ngang bằng với D, tức là các hạt được giữ

lại bởi sàng d I.

y là phần trăm các hạt nằm trong khoảng d | và dj.

Như vậy X, y là các lượng sót riêng.

Faury đề nghị một ngoại suy tuyến tính như sau:

D = d , + ( d , - d 2> -y

2 .2 .4 3 . Quy tắc thông thường liên quan đến tỉ số D /R

Để xác định R phải xem xét phần ván khuôn có nhiều cốt thép nhất. Trong trường hợp đó, phải có:

D/R < 1 hoặc D < R

Nhưng việc dùng một loại đá quá nhỏ là không hợp lý, vì lượng nước trộn khi đó sẽrất lớn. Vậy phải chọn D sao cho; 0,8 < D/R < 1

Trong trường hợp mà kết cấu có nhiều thép, mật độ cốt thép cao và ở Irong một thể tích nhỏ nên sử dụng một loại bê tông lỏng đặc biệt - bê tỏng tự đầm chắc.

2.2.4.4. C h ỉ sô' độ rỗng

Khi xác định thành phần bê tông theo phương pháp Faury, thí nghiệm đầu tiên phải làm là phân tích thành phần hạt của các thành phần cấu tạo. Phân tích này cho phép đạt được cỡ D của hạt lớn nhất.

Đối với một bê tông có độ sụt đã cho, với các vật liệu đã cho, có thể xác định một thể tích cực đại các chất rắn tương ứng với thể tích rỗng nhỏ nhất.

Caquot đã đề nghị một lý thuyết được kiểm tra bằng thực nghiệm bởi Faury và nó cho

phép tính toán độ rỗng cực tiểu tương ứng với thể tích tổng cộng của nước tự do cán thiếtcho việc đổ bê tông và không khí được chứa trong bê tông.

Chỉ số độ rỗng I, tương ứng với thể tích biểu kiến, bằng với tỉ số thể tích lỗ rỗng của bê tông tươi lúc bê tông bắt đầu cứng lại, được cho bởi công thức sau đây:

trong đó:

I- một giá trị lý thuyết cực tiểu;

32

K - m ột hệ số bằng số được xác định bằng thực nghiệm và nó phụ thuộc vào độ sệt của bê tông vào cường độ đầm chặt và bản chất của cốt liệu;

D - kích cỡ lớn nhất của cốt liệu.

Trong bảng 2.3. là các giá trị đề nghị của Faury đối với hệ số K. Phòng thí nghiệm cầu đường trung tâm (L.C.P.C) mới đây đã tiến hành nghiên cứu có hệ thống. Với các

phương tiện đổ bê tông hiện hành, L.c.p.c đề nghị các giá trị của K nhỏ hơn giá trị được đề nghị bởi Faury và được nêu lại ở bảng 2.4.

Bảng 2.3. Giá trị của K do Faury đề nghị

Độ sệt và sự đầm chặt Cát và sỏi sàng Cát sông và dămCát và dăm đều nghiền

Rất lỏng để đổ không cần đầm 0,7 và ở trên 0,05 và ở trên 0,50 và ở trênDẻo - đầm chặt trung bình 0,35 - 0,37 0,75 - 0,05 0,30 - 0,60Khô - đầm chặt thật cẩn thận 0,30-0,350 0,55 - 0,85 0,00 - 0,30Độ sệt như đất ẩm, đẩm mạnh 0,250 - 0,30 0,30 - 0,50 0,350 - 0,7Độ sệt rất khô để đầm rất mạnh và ép bê tông

0,50 và ờ dưới 0,30 và ở dưới 0,50 và ở dưới

Bảng 2.4. Các giá trị K được đề nghị theo các thí nghiệm gần đâycủa L .c.p .c

Độ sệt và đẩm chặtCát sông

sỏi sông

cát sông

đá dăm

cát nghiền

đá dăm

Dẻo - đầm chọn, đầm nện >0;4 > 0,6 > 0,8

Thông thường - chấn động thường 0,6 - 0,8 0,8 - 0,0 0,30 - 0,4

Khô - chấn động 0,5 - 0,7 0,6 - 0,28 0,28 - 0,30

Rất khô - chấn động mạnh <0,4 <0,5 <0,27

Chỉ có giá trị đối với bê tông đổ thành khối không xác định, ít hoặc không có cốt

thép. Đối với bê tông cốt thép cần tính độ tăng lỗ rỗng do hiệu ứng của thành vách. Phù

hợp với lý thuyết của Caquot, Faury đã xác định bằng thực nghiệm rằng độ rỗng phụ đó biến đổi như sau:

r = K 'RD

- - 0 ,7 5

trong đó: K ’ - một hệ số bằng số, mà giá trị của nó bằng 0,004 đối với bê tông mềm, được đầm bằng cách đổ đơn giản và bằng 0,002 đối với bê tông khô, được đầm m ạnh. Người ta có thể lấy K ’ = 0,003 cho bê tông thông thường.

33

Cuối cùng, chỉ số tổng cộng về độ rỗng I có thể tính theo công thức:

K K '

Giá trị của I tìm được như vậy là giá trị lý thuyết cực điểm trong thực tế phải được lấy số tròn tăng lên.

2.2.4.5. Phương pháp các ch ỉ tiêu theo trọng lượng

Faury đã đề xuất một phương pháp được gọi là các chỉ tiêu ưọng lượng, nó cho phép xác định bằng tứứi toán các phần trăm của các cốt liệu khác nhau trước khi phối hợp bê tông.

Đối với mỗi cỡ hạt bị tác động bởi m ột chỉ số trọng lượng, nó thích hợp với cỡ hạt đó, (bảng 2.5).

Bảng 2.5. Các chỉ số trọng lượng của các cỡ hạt khác nhau

Cỡ hạt (mm) Chỉ sô' trọng lượng

Xi măng và bột mịn < 0,1 1Cát mịn 0,1/0,4 0,79Cát trung bình 0,4/1,6 0,69a t to 1,6/6 ,3 0,39Sỏi nhỏ 6,3/12,5 0,24Sỏi to 12,5/25 0,16Cuội 25/50 0,10Cuội to, đá to 50/100 0,04

Chỉ số trọng lượng của một hỗn hợp bằng tổng số của các tích số của tỉ lệ thể tích

tuyệt đối của các hạt của mỗi cỡ với chỉ số trọng lượng tưong ứng (ih Ph)-

Vậy chúng ta phải giải hệ thống phương trình:

C + S + G = 1

i ,c + i,s + igG = ih-Ph

Có thể tính ig.G theo thành phần hạt trung bình và hạt lớn theo công thức sau;

ÌgG = (Ìo/D/2-^) + (ÌD/2/D-t>)trong đó;

c , s và G - các tỉ lệ xi m ăng, cát và sỏi theo thể tích tuyệt đối so với thể tích của một đcfn vị của chất rắn;

ig, và i . - các chỉ số trọng lượng của đá, cát và xi măng;

W /2 ^D/2/D ■ số trọng luợng của hạt trung bình và hạt lón;a và b - tỉ lộ của các hạt trung bình và hạt lớn.

34

Khi đã biết chỉ số trọng lượng và các tỉ lệ của xi mãng, chỉ còn phải giải hệ thống phương trình có hai ẩn số.

2.2.4.Ó. Phương ph áp đơn giản hóa theo độ đặc của hỗn hợp khô

Một m ô hình đơn giản, nhưng lổng hợp được quan hệ giữa độ đặc và các thông số thành phần của bê tông (hình 2 .2).

Đô đặc

1-Đá

6- Cát

Hinh 2.2. Mô hình dơn íiiàii hóa mô tả sự phụ thuộc giữa tính cỉễ đổvờ các thông số của thành phần hê tôníị

Phần đặc của vật liệu, khi không có mặl của nước, được đồng hóa thành một hỗn hợp độ đặc của nó phụ thuộc trước hết vào giải hạt (d/D) và sau đó vào các thể tích tương ứng của các pha khác nhau và phụ thuộc vào hình dạng các hạt. M ột mô hình toán học đã được nêu ra, đề nghị cách giải một bài toán bằng cách tính đến các tương tác: của hai cỡ hạt, Caquot đã đề nghị quan công thức sau:

r = k ^ (d /D )

trong đó:r - độ rỗng của hỗn họp (lức là 1 irừ đi độ đặc);d, D - đường kính hại min và max; k- hệ số lấy từ 0,3 - 0,45

35

Hàm số độ đặc có dáng một đường cong lồi duy nhất. Nói cách khác, khi mà liều lượng của một loại biến đổi từ 0 đến 100% (các thành phần khác có giá trị tương ứng không đổi), độ đặc tăng lên qua m ột cực đại, sau đó giảm đi.

M ột yếu tố khác dễ ảnh hưởng đến độ chật tổng thể là tính đồng nhất: Sự phân tầng nói chung làm giảm độ đặc tổng thể.

Độ đặc của bê tông là tỷ số: (thể tích đặc + thể tích chất lỏng)/thể tích toàn bộ (hoặc có thể cộng thêm một hàm lượng không khO-

Độ đặc của hồ là tỷ số: thể tích chất dính kết/thể tích hồ (đó là sô' hạng xuất hiện trong cỏng thức Feret, nó tạo ra trước hết cường độ cơ học của vật liệu đông cứng).

Việc sản xuất bê tông bao gồm việc bcfm vào các lỗ rỗng của hỗn hợp vật liệu khoáng m ột lượng nước có khả năng trong thời gian đầu lấp đầy lỗ rỗng này, sau đó tách xa các hạt để cho phép có các chuyển động liên quan và làm cho vật liệu có tính dễ đổ.

Khi đó tính dễ đổ được gắn trực tiếp với sự chênh lệch giữa thể tích nước và độ rỗng của hỗn hợp hạt;

Pđ = f(N - r)

Nhờ có m ô hình này, người ta có thể hiểu được dáng của những đường cong nhận được khi thay đổi tỷ số cát/cốt liệu của bê tông với hàm lượng nước không thay đổi (hình 2.2). Người ta cũng thấy rằng sẽ có lợi khi thêm vào bê tông gầy một lượng nào đó chất bột mịn trơ có thành phần hạt như của xi m ăng để cải thiện tính dễ đổ. Cuối cùng, vai trò của chất tăng độ chảy được phân biệt rõ ràng với vai trò của nước: phụ gia chống vón tụ các hạt, và như vậy giảm số hạng r, khi đó nước sẽ được biểu thị bằng số hạng N (trong thực tế, phụ gia luôn được cung cấp dưới dạng một dung dịch nhớt thế nào đó để việc pha trộn nó tác động trên cả hai số hạng).

2 2 .4 .7 . M ô hình P arris cải biến

Phương pháp theo độ đặc, nếu nó cho phép hiểu được những hướng biến đổi chính, được áp dụng tốt hơn nếu bê tông kém “dãn nở” tức là nếu sự sắp xếp các hạt gần với hỗn hợp khô. Đối với bê tông từ rất dẻo đến chảy thì chênh xa trường hợp lý tưởng này. Khi đó, nên áp dụng mô hình thể huyền phù như m ô hình Faưis.

Lý thuyết này đã được phát triển để m ô tả độ nhớt của một hỗn hợp có n loại hạt mà

kích thước rất khác nhau (d| » d2 -. . » d^). Trong trường hợp bê tông, ví dụ như ngưòi

ta có thể coi hạt đá là cỡ hạt lớn nhất, theo sau là cát (loại 2 ), hỗn hợp xi măng + phụ gia có độ mịn như xi măng (tro bay, xỉ và bột, loại 3) và cuối cùng là muội silic (loại 4).

Khi đó, nguyên lý cơ bản của m ô hình là xét rằng mỗi loại hạt i “xem" môi trường trong lỗ rỗng của nó (nước + hạt nhỏ hơn) như là m ột chất lỏng nhớt đồng nhất. Độ nhớt riêng của hỗn hợp các hạt i là tích của độ nhớt của môi trường trong lỗ rỗng với một .sô' hạng (hàm số H), tính đến hàm lượng của cỡ hạt i trong môi trường này. Mặt khác, để

36

đánh giá số hạng hàm lượng, người ta dựa vào đại lượng a,, độ đặc riêng của loại i. aj

biểu thị tỷ lệ cực đại của nhóm i mà người ta có thể đặt vào một bình đon vị. Đó là số

hạng a; (với i = 3 và 4) cho phép tính đến sự có mặt cùa phụ gia chống vón tụ, ãị tăng lên

khi người ta thêm vào bê tông phụ gia dco (hoặc một phụ gia siêu dẻo), đến một liều lượng cực đại gọi là liều lượng bão hòa.

Vậy, độ nhớt có thể viết như sau;

0

v a , .H <12 H

0H

a 4[l-(Ị), - ệ 2 -<t>3]y a 3[l-(Ị), -(Ị)2]

H cần là một hàm số tăng dần, hướng \ ề các giá trị rất lớii khi biến số tiến về 1, tức là khi người ta tìm cách lấp đầy một cỡ hạt đã cho bằng một số lượng môi trường phần rỗng đơn giản là bằng độ rỗng của cấp hạt xem xét.

2.3. CÁ C PH Ư Ơ N G PH Á P T ÍN H TOÁN THÀNH PHẦN BÊ T Ô N G H IỆ N H À N H

Các phương pháp thiết kế thành phần bê tông được sử dụng rộng rãi hiện nay là:

phương pháp DoE của Ban môi trường Anh (The British Department of the Environm ent), của Viện bê tông Mỹ (Tlie American Concrete Institute), phương pháp

"Dreux - Gorisse" của Pháp, phương pháp Mơđooc (L.J. Murdock) của Anh, phương

pháp của Hội đồng bê tông Pooclăng (Tlie Nevv Zealand Porland Concrete Association),

phưưiig pháp Bolomey - Skramlaev (Nịỉil). Mỏi phương pliắp dều có phạm vi Ihích dụng riêng. Trong khuôn khổ giáo trình này xin (Iược giới thiệu 3 phương pháp: phương pháp

Bolomey - Skramtaev (sử dụng phổ biến ở Việt Nam), AC I, và phương pháp "Dreux -

Gorisse" (sử dụng phổ biến ở Pháp và một số nước châu Âu). Cả ba phương pháp đều là

phưofng pháp lý thuyết kết hợp với "thực Iigliiệm" dựa trên cơ sở lý thuyết "thể tích tuyệt

đối", có nghĩa là tổng thể tích tuyệt đối (hoàn toàn đặc) của vật liệu trong Im ’ bê tông

thì bằng 1000 lít. Chúng chỉ khác nhau ờ chỗ lựa chọn thành phần và tỷ lệ các cấp hạt cốt liệu.

2.3.1. Phương pháp Bolomey - Skramtaev

Cơ sở lý thuyết của phưcíng pháp nàv: Tliể tích bê tông được coi là hoàn toàn đặc và là tổng của các thể tích đặc riêng rẽ của các vật liệu tạo ra bê tông.

Các bước tính toán;

/. Xác định lượng nước N. Dựa vào độ cứng hoặc độ lưu động, yêu cầu lượng nước

nhào trộn được xác định trên bảng tra (bảng A2). Lượng nước xác định được ứng với cát

trung bình (Ny(, = 7%) và sỏi.

37

Nếu là cát nhỏ thì lượng nước cần tăng lên 7 - 10% và nếu độ ẩm của cát tăng lên hoặc giảm đi cứ 1% thì lượng nước tăng lên hay giảm đi theo tính toán tỷ lệ với khối lượng cát trong bê tông. Lượng nước cho bê tông, kg/m^ được ghi trong bảng tra.

Hệ số a biến đổi từ 1,1 - 1,52 phụ thuộc vào loại cốt liệu và lượng xi mãng.

2. Tính tỷ lệ XIN: được tính theo công thức Bolomey - Skramtaev như sau:

- Với bê tông có X /N = 1 ,4 -2 ,5 : - = - ^ + 0,5N A R ,

- Với bê tông có X/N > 2,5; - = - ^ — 0,5N A , R ,

trong đó:

Rịi - cường độ thiết kế, R(| = ( 1,2 - l ,3 )R|3;

R[, - cưcrtig độ tối thiểu của bê tông;

Rx - cường độ xi măng;

A, A | - các hệ sô' thực nghiệm.

Như vậy công thức B-K chưa xét đến cường độ yêu cầu cho nên tỷ lệ X/N thường được chọn thấp và phái có điều chỉnh sau này. Theo chúng tôi nên tính tỷ lệ X/N có xét đến cường độ yêu cầu để đảm bảo độ tin cậy cao hơn như sau:

3. Tính lượng.xi măng:

X = | k N (k g )

So sánh lượng xi măng tìm được với lượng xi m ăng tối thiểu, nếu thấp hơn thì phải lấy bằng lượng xi măng tối thiểu.

4. Lượỉỉg cốt ìiệii lớn và nhỏ .xúc định dựa vào thuyết về th ể tích tuyệt đôi:

Thể tích Im'’ (hoặc 1000 lít) hỗn hợp bê tông sau khi đầm chặt là tổng thể tích đặc của cốt liệu, xi măng và nước:

X N c— + — + — + — = 1000Px Pn Pc Pd

trơng đó: X, N, c, Đ - khối lượng của xi m ãng, nước, cát, dá hoặc sỏi;

Px, Pn, Pj;, Pđ - khối lượng riêng của xi măng, nước, cát, đá hoặc sỏi.

Thể tích rỗng của cốt liệu lớn phải được nhét đầy vữa xi măng có kể đến sự trượt xa

nhau của các hạt (a):

X XT•— + N + J • aPx Pc

38

Từ những phương trình trên tính được:

100

a.r— +

(kg)

Yđ PđTheo lý thuyết thể tích tuyệt đối ta có:

c = 000- — - N - — •Pc. (kg)Px Pđ

trong đó: r - độ rỗng của cốt liệu lớn;

a - hệ số trượt (hệ sô' dư vữa).

Với hỗn hợp bê tông cứng a = 1,05 - 1.15; với hỗn hợp bê tông dẻo a biến thiên từ

1,25 - 1,4 và lổìi hơn.

Thành phần các vật liệu cho Im' bê tông được biểu thị bằng tỷ lệ khối lượng so với

lượng xi măng:

X N c c Đx ' x X X 'X x ' x

Thực tế cát và đá luôn bị ẩm nên cần phải tính đến để điều chỉnh lại iượng vật liệu cho chính xác theo độ ẩm của đá và cál.

Kiểm tra bằng thực nghiệm: Sau khi tinh toán sơ bộ thành phần bê tông cần phải

kiểm tra lại độ lưu động (hay độ cứng), cường độ, v.v... theo tiêu chuẩn.

2.3.2. Phương pháp ACI (Viện bê tóng Mỹ) ACI 211-1-91

Về cơ bản phương pháp này cũng sử dụng cường độ yêu cầu theo mẫu hình trụ. Đó là phương pháp tính toán cộng thực nghiệm và dựa vào lý thuyết thể tích tuyệt đối. Phương trình tổng quát như sau:

V b- Pb = Vx-Px + Vc-Pc +Vn-Pn.Lựa chọn Pb theo yêu cầu về công trình.

PB=B/lm\ B = c + Đ + N + X trong đó: B là khối lượng của bê tông tươi.

Các bươc thiết k ế như sau;

- Xác định cường độ thiết kế;

R[I = Rị,( + 8 MPa (nếu cấp của bê tông < 35 MPa)

R,I = + 9,7 MPa (nếu cấp của bê tông > 35 MPa)

- Chọn độ sụt; Nếu không cho trước thl có thể chọn theo bảng A .l.

- Chọn kích thước m ax của cốt liệu thô: - 1/5 kích thước nhỏ nhất của kết cấu,

< 1/3 chiều dày bản, < 3/4 khoảng cách nhỏ nhát giữa các thanh thép.

39

- Xác định lượng nước N; tra bảng A.2.

- Xác định tỷ lệ N/X: tra bảng A.3.

X- Xác định lượng X; X =

N

- Xác định khối lượng cốt liệu thô Đ: Tra bảng A.4. xác định được thể tích đạc cốt

liệu thô đã lèn chặt

Từ đó tính được: Đ = Pađ-^ađ’

trong đó: khối lượng cốt liệu đã đầm chặt, = 1,6 1,605.

Các bảng A .l, A.2, A.3, A.4, A.5 được lập theo kết quả nghiên cứu thực nghiệm của Viện bê tông Mỹ theo từng cốt liệu khác nhau.

Khi áp dụng vào thực tế tính toán ở Việt Nam, nếu các vật liệu kiểm tra phù hợp thì cững có thể dùng được.

Xác định lượng cát (cốt liệu mịn) được tính như sau:

C = [lOOO-V3, - N - V , D - V ^ ^ ] . p ,

c = 1 0 0 0 - — - N - — - 2 % •PcPx Pđ

trong đó: - khối lượng riêng trung bình của cát;

- khối lượng rỗng của đá;

- khối lượng riêng của xi măng (thường bằng 3,15T/m ’);

Vị i - khối lượng khí (tính theo 2%).

Các bước tiếp theo làm tưcmg tự như phương pháp Bolomey - Skramtaev.

Phương pháp của ACI - Mỹ chỉ hiệu quả với việc thiết k ế thành phần bê tông có cường độ nén hoặc bằng 50. Trong trường hợp các bê tông có phụ gia hoặc bê tông có chất lượng cao thì phải dùng các thiết kế đặc biệt (xem ACI 363-R hoặc tiêu chuẩn ngành GTVT).

Bảng A .l. Độ sụt của bê tông theo loại kết cấu

Loại kết cấuĐộ sụt, cm

Lớn nhất Nhỏ nhất- Móng của tường và cột bằng bê tông cốt thép 8 2- Móng bằng giếng chìm, móng tường 8 2- Dầm và tường có cốt thép 10 2- Cột nhà 10 2- Bản mỏng, tấm lát đường 8 2- Bê tông nặng 8 2

Ghi chú: Có thể tăng thêm 2cm đối với những phương pháp đầm rung khác.

40

Bảng A.2

Độ sụt,

cm (in)

Khối lượng nước, kg/m^ của bê tông theo Dmax (mm)

9,5 (3/8) 12,5(1/2) 19(3/4) 25(1) 37.5(1,5) 50 (2)

Bê tông không tạo khí

2,5 - 5 185 180 175 170 165 155

5 -7 ,5 190 185 180 175 170 165

7,5 - 10 200 190 185 180 175 170

Lượng khí (%) 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5

Bê tông tạo khí

3 - 5 180 175 165 160 145 140

8 - 10 200 190 180 175 160 155

Lượng khí (%) 8,0 7,0 6,0 5,0 4,5 4,0

Bảng A.3

Cường độ bê tông yêu cầu ờ 28 ngày, tại công trình, MPa

Tỷ lệ N/X

R lập phưcmg Rvc> trụ Bê tông không cuốn khí Bê tông cuốn khí

60

50

40

35

30

25

20

45

40

35

30

25

20

15

0,38

0,43

0,48

0,55

0,62

0,70

0,80

0,40

0,46

0,53

0,61

0,71

Bảng A.4

Dmax-in

Drriax(mm)

Thể tích cốt liệu thô (khô) cho 1 m’ bê tông ứng với các mô đun hạt cát

2,40 2,60 2,80 3,003/8 9,5 0,5 0,48 0,46 0,441/2 12,5 0,59 0,57 0,55 0,533/4 19 0,66 0,64 0,62 0,60

1 25 0,71 0,69 0,67 0,651,5 37,5 0,76 0,74 0,72 0,70

♦ 2 in 50 0,78 0,76 0 J 4 0,72

Ghi chú: Có Ihể giảm 10% thể tích cốt liệu thô đối với bê tông dùng máy bơm. Mô đun hạt của cát được xác định ứng với bộ sàng 0,149; 0,297; 0,595; 1,19; 2,38 và 4,76mm.

41

Dmax(mm)

Bảng A.5

ước tính khối lượng bê tông, kg/m’

Bê tông không tạo khí Bê tông tạo khí

10

12,5

20

25

40

50

70

2285

2315

2355

2375

2420

2445

2465

2190

2235

2280

2315

2355

2375

2400

2,3.3. Phương pháp của Dreux - Gorisse (D - G)

Phương pháp này là một phưofng pháp mới được đề xuất bởi các ông Dreux và

G orisse của C.E.B.T.P. (D - G).

Các dữ liệu cơ bản của phương pháp này là:

a) Tính chất của công trì/ili

Cần biết túứi chất của công trình: công trình khối lớn hay công trình cao và mỏng, cốt

thép ít hoặc nhiều... Cần phải biết chiều dầy lối lliiểu của kết cấu, việc đặt cốt thép ò vùng

cốt thép dầy nhất, khoảng cách tối thiểu giữa cốt thép và lớp phủ ứng với ván khuôn.

b) Cường độ yêu cầu

M uốn đạt được cường độ danh nghĩa chịu nén ở tuổi 28 ngày, và có kể đến sự

phân tán và sai sô' quân phương s, phải sử dụng được cường độ yêu cầu ở tuổi 28 ngày,

Ơ28, như sau:

Ơ28 = ơ'„ + 0 ,8 .s

Nếu chấp nhận sai số quân phương trung bình khoảng 20% của giá trị trung bình,

người ta có thể chấp nhận quy định gần đúng như sau:

ơ '3 = a ;+ 1 5 %

c) Tính d ễ đ ổ m ong muốn

Nó làm hàm số của tính chất công trình, mức độ khó khăn trong thi công, phưcmg

tiện đầm chặt... N ói chung nó có thể được định nghĩa bằng độ dẻo m ong m uốn, được đo

bằng độ sụt của côn Abram s (xem bảng 2.6).

42

Bảng 2.6. Đánh giá tính dễ đổ qua tham khảo độ sụt của côn Abram s

Đô dẻo Sư đầm chãt Độ sụt H, tính bằng cmRất khô Chấn đông manh 0 đến 2Khô Chấn động tốt 3 - 5Dẻo Chấn động thông thường 6 - 9Mềm Đầm chọc 10- 13Lỏng Chọc nhẹ > 14

• K íc ìì v ỡ lớn n lìđ t chấp ììlìậii dược của cố t liệu (D):

Người ta áp dụng các quy định đã được công bố và được tóm tắt trong bảng 2.7.

Bảng 2.7. Đánh giá D theo các kết cấu sẽ đổ bê tông

Đặc tính của các kết cấu sẽ đổ bê tôngKích cỡ D

Cốt liệu sàng Cốt liệu nghiềne- khoảng cách của các cốt thép nằm ngang D < 0,9e D < 0,8ec- bề dày lớp phủ giữa cốt thép và ván khuôn D < 0,8c D < 0,7cr- bán kính trung bình cùa mắt cốt thép D < l ,8r D < 1,6rR- bán kính trung bình của khuôn D < 1,2R D < Rhm- bể dày nhỏ nhất của kết cấu D < hm/4

• Liều lượng xì mủiig:

Đ ánh giá gần đúng ll sô X/N theo tường clộ trung bliih mong m uốn Ơ2g (cường độ

yêu cầu).

ơ 'g = A |ơ ;

trong đó:

Ơ2g - cường độ nén trung bình mong muốn ở tuổi 28 ngày;

- mác thực của xi măng ở tuổi 28 ngày;

X - liều lượng xi mãng, biểu thị bằng kg /m \N - liều lượng nước tổng cộng cho vật liệu khô, được biểu thị bằng l /m \ G - hệ số về cốt liệu được cho trong bảng 2.8 dưới đây:

Bảng 2.8. Các giá trị gần đúng của Aj

Chất lượng của cốt liệuHệ sô' cốt liệu A|

16mm 25 < D,e, < 40 D,„>63

Rất tốt 0,55 0,60 0,65

Tốt - thông thường 0,45 0,50 0,55

Thường 0,35 0,40 0,45

43

Các giá trị của G giả định rằng việc đám chặt bê tông được thực hiện tốt. về nguyên tắc bê tông được chấn động.

- Liều lượng xi mãng nhò nhất.

- Tiêu chuẩn N.F.D 18-305 (bê tông trộn sẵn) quy định:

X (kg/m-'') >

B là cường độ bê tông được tính bằng daN/cm^

Tập 65 của Pháp về còng trình bê tông cốt thép xác định liều lượng xi mãng tối thiểuchỉ rất đặc biệt mới thấp hơn 300kg/m’ (bê tông nghèo).

Đối với bê tông ở trong nước ăn mòn hoặc nước biển, Thông tư số 23 của Bộ Thiết bịPháp khuyến cáo rằng:

700X (kg/m-) >

XKhi biết tỷ lê — cẩn thân trong xác đinh liều lương nước. Thât vây, khi chon chẳng

Nhạn m ột liều lượng xi máng ít, sẽ tìm được lượng nước ít; có nguy cơ là khi đó được

Xbê tông quá khô và ngươc lại. Vậy liều lượng xi măng là hàm số của — , nhưng cũng là

Nhàm số của liều lượng nuí^c N cần Ịhịết dệ dat dược tính dễ đổ tốt. Dreux và Gorisse đã

Xđề nghi môt đồ biểu cho phép đánh giá Ị'ần đúng x „ i theo tỉ lê — và đô dễ đổ mong

Nm uốn, mà theo phương pháp này nó phải dược coi là dữ kiện của bài toán.

• Liéií lượrig nước:

Sau khi đã chọn liều lượng xi măng X, xác định được liều lượng gần đúng của nước tổng cộng để dự kiến. Liều lưọng này là tạm thời, và dĩ nhiên nên hiệu chỉnh về sau bằng một vài thí nghiệm về độ dẻo, tính dễ đổ và lượng nước có trong cát và đá.

• C hất lượng của cốt liệir.

- Đá: Phải có chất lượng tốt về mặt khoáng vật, đủ cứng và thật sạch, nhưng hình dạng của đường cong thành phần hạt, ít nhiều lõm xuống, có ảnh hưởng không lớn bằng ảnh hưởng của cát.

- Cát: là thành phần có ảnh hưởng lớn đối với bê tông.

Độ sạch của nó được kiểm tra bằng phép thử đương lượng cát

Tính mô đun độ nhỏ của nó bằng: tổng các lượng sót % được chuyển sang đơn vị (số thập phân) trên các sàng có mỏ đun bằng 23, 26, 29, 32, 35, 38. Mong muốn là mò đun độ nhỏ có giá trị nằm trong khoảng 2,2 - 2.8. Theo TCVN quy định này cũng được quy định tương tự.

44

Đường cong thành phần hạt sẽ được so sánh với phạm vi tối ưu được ghi trong các tiêu chuẩn và trong trường hợp cần thiết người ta điều chỉnh bằng cách thêm m ột loại cát mịn hoặc một chất tãng dẻo cuốn khí, nếu như cát dự kiến là rất thô.

Cần tiến hành lựa chọn thành phần hạt tham chiếu (hợp lý) được ghi trong các tiêu chuẩn. Từ đó vẽ các thành phần hạt của các cốt liệu (cát và đá). Căn cứ vào đường kính lớn nhất của các cốt liệu để xác định tỷ lệ thành phần các cốt liệu cho bê tông bằng phương pháp đồ biểu (xem hình 2 .3.)-

Kích thước hạt cát

Hinh 2.3, Thành phẩn hạt vù mô đun độ lớn của cát

• Hệ số đầm chặt (y):

Hệ số đầm chặt này bằng tỉ số của thể tích tuyệt đối của các chất rắn (xi m ăng và cốt liệu) thực tế được chứa đựng trong một thể tích nào đó của bê tông tươi để đổ với chính thể tích đó của bê tông.

Các giá trị của y biến đổi từ 0,75 đối với bê tông hạt nhỏ có độ sệt mềm được đổ và đầm chọn đơn giản đến bằng 0,855 đối với bê tông đá cuội có độ sệt khô và được đầm bằng chấn động Y = 0,82 là giá trị trung bình tốt đối với bê tông thông thường (16 < D < 40mm).

• Liều lượrìg cốt liệu:

Xác định bằng phưcmg pháp biểu đổ (xem giáo trình VLXD - Tác giả Phùng Văn Lự, Phạm Duy H ữ u .. .)• Thí dụ về thành phần bè tông 2 cốt liệu xem hình 2.4.

45

Kết quả có tỷ lệ các thành phần cốt liệu là g |, g2» g 3 (đá, đá nhỏ, c á t . ..)

Hình 2.4. Ví dỉỊ về lựa chọn thành phần hạt hê tông cỡ 0-5 và 5-25 nim

Thể tích tuyệt đọi của tập hợp các cốt liệu cho Im^ bê tông là: Với lượng xi măng là X

thì = x /3 ,1. Thể tích của cốt liệu là:

Vc = lOOOy -

Thể tích tuyệt đối của m ỗi cốt liệu khi đó là:

v , = g . v ,

V2 = g2Vc

V 3 = gsVc

Nếu khối lượng thể tích đặc của mỗi loại cốt liệu này là P |, p2 và P3 thì các khối lượng của mỗi loại cốt liệu này là:

P i = v , p ,

P2 = V2P2

P 3 = V 3 P 3

• Tlĩí nghiệm - hiệu chỉnh

Vấn đề còn lại là thí nghiệm thành phần bê tông đã được xác định bằng m ột vài thí nghiêm để đưa ra các hiệu chỉnh cần thiết. Để thực hiện các hiệu chỉnh này, Dreux và Gorisse đề nghị các giải pháp sau:

* Cường độ không đạt

Trong trường hợp này phải tăng liều lượng xi măng, giảm liều lượng nước; nhưng vì vấn đề cấp bách là giữ được độ dẻo đầy đủ, người ta có thể tuỳ tình hình phải nhờ đến phụ gia tăng dẻo. Có thể tăng cường độ bằnơ cách giảm liều lượng phần tử nhỏ của cát

46

để có lợi cho các phần tử lớn hơn, điều đó dẫn đến tăng mô đun độ nhỏ; khi đó phải chú ý đến việc giảm tính dễ đổ, tãng sự phân tầng.

Có thể tăng tỉ lệ Đ/C (tỉ lệ giữa đá và cát) bằng cách giảm một chút lượng cát để có lợi cho đá. Nếu thiếu thời gian, thì có thể thực hiện một vài thí nghiệm nén ở tuổi 7 ngày và tham khảo hệ số cường độ giữa các tuổi của bê tông như sau:

4 ^ = 1,45^1

Như vậy cường độ đạt được ở tuổi 7 ngày phải vào khoảng 70% của cường độ 28 ngày với xi măng có tốc độ cứng hoá bình thường.

* Tính dễ đổ không đủ, có sự phân tầng

Trong trường hợp này phải xác nhận rằng cát không có mô đun độ nhỏ quá lớn, người ta có thể thêm m ột loại cát nhỏ để hiệu chỉnh mô đun hoặc cần đến chất tăng dẻo. Nếu bê tông có vẻ quá khô, người ta tăng liều lượng nước, có chú ý đến sự giảm cường độ mà việc tăng nước có thể gây nên. Người ta cũng có thể cải thiện tính dễ đổ và giữa sự phân tầng bằng cách tăng liều lượng các phần tử nhỏ nhất để cho các hạt to hơn, điều đó lại làm giảm tỉ lệ Đ/C.

2.4. T Ổ N G Q U Á T V Ể PH Ư Ơ NG PH Á P T H IÊ T K Ế T H À N H PH Ầ N BÊ T Ô N G

2.4.1. M ở đầu

Thiết k ế thành phần một bê tông, là trả lời câu hỏi hỗn hợp nào sẽ có các tính chất đảm bảo và giá rẻ nhất bằng phương pháp kết hợp lý thuvết và thực nghiệm.

Do đó, cần bắt đầu bằng việc quan tâm đến tiêu chuẩn. Sau đó, đề cập đến vấn đề quan trọng của việc tối ưu hoá khung cốt liệu, đưa ra một vài nguyên tắc cho phép xác định thành phần ban đầu của vữa, sẽ trộn vào trong khung để tạo ra bê tông ban đầu. Các nguyên tắc trộn cho phép tạo ra nhanh chóng và chắc chắn loại bê tông tuân theo các

yêu cầu quy định. Tiếp tục bằng cách chỉ ra các đại lượng khác nhau biến đổi theo thang

bê tông đạt tới tối uu với sự thay đổi các thành phần. Kết thúc thiết kế sẽ tạo ra sự ổn định của thành phần với sự thay đổi chất lưọíng và số lượng các thành phần.

2.4.2. Vấn đề tiêu chuẩn

Xuất phát từ tổ hợp các quy định mà bê tông thiết kế phải tuân theo trong suốt các giai đoạn trong đời sống của nó. Các quy định này đề cập đến cường độ, các tính chất

đặc biệt và điều kiện thi công, tính chất của kết cấu và tuổi thọ của công trình.

Sau đó, thực hiện việc hiệu chỉnh bằng cách xét đến tất cả các vấn đề từ chế tạo vật

liệu đến bảo dưỡng bê tông công trình đang làm việc, cần kiểm tra xem các điều khoản

riêng rẽ có hiện thực không và chúng có trái ngược nhau không.

47

Các vấn đề cụ thể cần xét đến khi thiết kế thành phần bê tông như sau:

- Khả nãng sản xuất;

- Vận chuyển, khả năng bơm;

- Thi công; độ lưu động (theo thời gian và nhiệt độ);

- Yêu cầu bảo dưỡng;

- Xây dựng công trình cường độ chịu nén ở tuổi sớm;

- Co ngót và từ biến ban đầu;

- úhg xử khi làm việc cường độ chịu nén tuổi 28 ngày như; Cường độ chịu kéo; Mô đun đàn hồi; Co ngót - từ biến;

- Độ bền lâu có xét đến tính thấm (nước và khí) khi:

+ Độ bền trong m ôi trường biển;

+ Cường độ tạo gen và hủy gen;

+ Độ bển bong bật.

2.4.3. Tối ưu hóa khung cốt liệu

M ột quy luật quan trọng của thiết kết thành phần bê tông là sự tương phản của độ lưu độngvà cường độ: việc thêm nước trong bê tông thể hiện cùng một lúc sự cải thiện tính

dễ đổ và sự giảm cường độ. Kết quả là nếu người ta muốn rút đi m ột phần xi mãng có

mật, phải khai thác hết tất cả các biện pháp (không thêm nước) để đạt được độ chảy cao nhất. Trong bê tông chất lượng cao, việc đó được thực hiện bằng cách dùng m ột lượng phụ gia gần với lượng bão hòa. Nhưng Irước khi nói đến phụ gia chúng ta quan tâm đến

khung xương cốt liệu.

Thực nghiệm chứng tỏ rằng những tỉ lệ “tối ưu” của khung xưcíng cốt liệu (được định

nghĩá như tập hợp các hạt có kích thước lớn hơn 80 |_im) phụ thuộc chủ yếu vào các

thành phần của bộ xưcmg hơn là thang bê tông xem xét. Do đó m ột cách lô gíc, trước tiên ta tìm cách xác định khung xương này rồi xét đến vữa. Vậy người ta định nghĩa

khung xương tối ưu là khung xương cho tính công tác tốt nhất, khi lượng nước và xi

măng cố định.

2.4.4. Phương pháp lựa chọn thành phần thiết kẽ

2.4.4.1. Phương ph áp lý thuyết, phương pháp biểu đồ

Đối với một bê tông rất khô, vấn đề đặt ra là tìm tổ hợp của các thành phần khác nhau cho hỗn hợp cốt liệu khô, đặc chắc nhất. Nhận thức này đã dẫn Caquot đề ra một lý thuyết về thành phần hạt hợp lý có ưu tín lâu dài ở nước Pháp. Ngày nay, nhờ một m ô hình mới hơn, mô hình tuyến tính về độ đặc của hỗn hợp cốt liệu, người ta đã lập ra một lý thuyết liên kết của thành phần hạt, có thể tóm tắt trong những nguyên lý sau:

48

Độ đặc của một hôn hợp các hạt khỏ không vón cực, theo một cách đổ nào đó, phụ thuộc vào: Giải của hạt, hình dạng hạt, sự phân bố về cỡ hạt ở trong phạm vi của giải hạt này

Cận dưới của kích cỡ hạt (“d” của cát) có độ dao động nhỏ, căn cứ vào nguyên lý thứ

nhất, người ta thấy rằng nhìn chung sẽ có lợi khi dùng sử dụng “D ” lớn nhất phù hợp với các điều kiện thi công bê tông. Vấn đề phân bô' tối ưu các hạt, liên quan đến hình dạng của nó, không cho phép có một loại hạt trong tổng thể. Do vậy, không có một đường cong cấp phối tối ưu đúng với tất cả các dạng hạt.

Ngược lại, việc tiếp cận một đường cong tiêu chuẩn cho phép tiến gần đến độ lưu động tối ưu, thay vì đạt được nó. Trong các đường cong tối ưu này, Faury đã đề xuất những đường cong hữu tuyến. Hỗn hợp hạt được xét như gồm cả xi măng. Nhưng khi đó việc áp dụng chặt chẽ phương pháp dẫn tới một hàm lượng xi măng tối ưu xét về phương diện lấp đầy (xem phần sau) nhưng có ít cơ hội mang tới một cưòng độ mong đợi.

Vì vậy, Dreux đã đề xuất một phưcmg pháp thực dụng hơn, trên cơ sở một chùm các

đường cong tối ưu tưcíng ứng với duy nhất một khung cốt liệu. Phương pháp này, hiện nay được dùng phổ biến nhất ở Châu Âu, cho phép xác định bằng biểu đồ các thể tích

tương ứng với các loại cát, cuội và đá khác nhau của khung cốt liệu.

2Â.4.2. Phương pháp thực nghiệm

Cấp phối tối ưu được định nghĩa là cấp phối mang đến độ lun động tốt nhất, người ta đã thử để tìm tối ưu này bằng thực nghiệm. Người ta đã chứng m inh rằng khi thay đổi tỉ

lệ các hạt, các đại lượng giữ nguyên, chỉ tổn tại một tối ưu duy nhất. Nói cách khác, hàm

số độ chặt là một đường cong lồi chỉ có inột cực đại. Cực đại này có thể được tìm thấy sau một số hợp lý các thí nghiệm, đặc biệt là khi nó được tập trung vào m ột thông số

duy nhất, tỉ lệ đá/cát.

Phưcmg pháp thực nghiệm của LCPC, hay phưotng pháp Baron-Lesage, dựa trên nguyên lý này. Thí nghiệm lưu biến là thiết bị đo độ công tác LCPC và quá trình chủ yếu là tìm thời gian chảy nhỏ nhất, với hàm lượng xi mãng và nước cố định, gần các liều lượng của thành phần cuối cùng.

Sau khi xác định tỷ lệ C/Đ hợp lý cần xem xét loại cấp phối theo cấp phối liên tục và không liên tục.

Cấp phối liên tục - trong đó tất cả các kích thước của hạt từ d đến D đều có mặt - có độ đặc hơi cao m ột chút với cấp phối không liên tục.

Cấp phối không liên tục thực tế thích hợp hơn với bê tông thường và bê tống dẻo.

Nếu xét thêm về góc độ kinh tế (loại bỏ các cỡ hạt trung gian ở công trường), thấy rằng cấp phối liên tục không nên dùng. Tuy nhiên, chúng có lợi trong trường hợp bê tông rất khô, như một số loại bê tông công nghiệp (bê tông tháo khuôn ngay), hay với

những loại bê tông đầm chặt bằng xe lăn (BCR).

49

v ề vấn đề phân tầng, cũng cần chỉ ra rằng một cấp phối tối ưu về phương diện tính công tác sẽ có xu hướng phân tầng ít nhất - với điều kiện là độ dẻo nhận được không quá

chảy. Thật vậy, sự phân tầng có thể xẩy ra do thiếu một cỡ hạt nào đó trong hỗn hợp cát

quá ít hoặc đá quá ít. Trong thực tế tối ưu hóa khung cốt liệu ràng buộc ở yêu cầu về độ dính kết và độ đồng nhất của bê tông hơn là ràng buộc trong yêu cầu về mặt kinh tế. Ví dụ như cố gắng đạt được độ dẻo và cưòfng độ với lượng dùng xi m ăng ít nhất là không

cần thiết.

2 .4 .4 3 . Tôi ưu hóa của hồ

Khi khung xưcmg được xác định bằng phưcmg pháp lý thuyết - thực nghiệm hoặc thực

nghiệm hoàn toàn, cần chuyển sang giai đoạn trộn mẻ thử. Tuy nhiên có một trường hợp mà sự tối ưu của hồ chứng minh m ột xử lý đặc biệt: đó là trường hợp bê tông chất lượng

cao (BHP), bê tông tự đầm.

2.4.4Â . Tác dụng của phụ gia

Các chất tãng dẻo hoặc siêu dẻo có tác dụng cải thiện đáng kể tính lưu biến và dễ đổ của bê tông, giảm nước và tăng cường độ đối với một chất kết dính cho trước.

Thật vậy, thành công của việc tạo thành bê tông chất lượng cao khi đã lựa chọn đúng phụ gia loại siêu dẻo, tạo ra được ứng xử lưu biến ổn định.

Nhưng người ta không có các thí nghiệm lưu biến đủ nhậy đối với bê tông chảy.

Trong khi chờ đợi sự ra đời của thí nghiệm này bằng cách phát triển lưu biến kế LCPC, sẽ thích hợp hơn khi thực hiện bằng một thí nghiệm đơn giản như côn M arsh trên hồ bê

tông. Khi đó, ta có thể áp dụng một biểu đồ tổ chức nghiêm ngặt, tiến tới một công thức tối ưu với điều kiện làm một số lượng thí nghiệm hợp lý và tiêu thụ một lượng hạn chế vật liệu (phương pháp Larrad).

2.4.4.S. Phương pháp lý thuyết kết hợp thực nghiệm

Trở lại trường hợp chung, sau khi đã xác định trước những tỉ lệ tương quan của khung xương, tính toán thành phần để kiểm tra trong phòng thí nghiệm . Với các loại bê tông không dùng phụ gia, Dreux đề xuất một công thức thực nghiệm , công thức Bôlômay, Bôlômay - C.K.Ramtaep, Pheret và một loạt các bảng và biểu đổ để đánh giá tỉ lệ của mẻ trộn ban đầu này. M ột phương pháp khác, của viện bê tông Mỹ ACI là đánh giá lượng nước, kích thước lớn nhất của cốt liệu và độ sụt yêu cầu, sau đó suy ra lượng xi m ăng theo tỉ lộ N/X, được tra bảng theo cường độ. N gày nay, các phương pháp này dường như cần bổ xung thêm vì thành phẩn bê tông có thêm nhiều thành phần (phụ gia và chất độn), chất bột và các yêu cầu đặc biệt cho bê tông (chất lượng cao, có sợi,

tự đầm...)-

Trên thực tế, nhìn chung người sản xuất có kinh nghiệm để xác định mẻ trộn ban đầu. Khi không có kinh nghiệm, người ta có thể dùng một công cụ tin học dạng BETONLAB.

50

2.4A.6. Đ iều chỉnh - các m ẻ trộn dẫn xuất

Các thí nghiệm đầu tiện được thực hiện trong phần lớn các trường hợp là các thí nghiệm lưu biến. Nếu độ dẻo không đạt, và khi đó không thay đổi cường độ bê tông, cần diều chỉnh trên thể tích vữa, tức là thay đổi cùng hàm lượng các tỉ lệ xi m ăng, chất độn khoáng, phụ gia và nước và giảm thể tích cốt liệu (tỉ lệ giữa các loại cốt liệu giữ nguyên).

Một khi đã đạt được độ công tác, thông số thứ hai mà người xác định thành phần bê tông quan tâm là cường độ ngày 28. Việc đạt được cưòfng độ chỉ có thể sau 28 ngày. Khi chế tạo mẻ trộn thử đầu tiên, nên tiến hành các mẻ trộn dẫn xuất (B l, B2, B3) để có thể điều chỉnh thành phần m à không cần trộn lại.

Như vậy, thành phần bê tông BI cho tính công tác yêu cầu và cường độ tính toán gần

với cường độ yêu cầu hai công thức B2 và B3, giữ nguyên tỉ lệ nước và thay đổi ít

nhiều tỉ lệ N/chất kết dính, sao cho cường độ tính trước hơn hoặc kém fy 15%.

Tới thời hạn 28 ngày, cường độ tìm kiếm cần nằm trong khoảng ba cường độ thực nghièm thu được. M ột nội suy tuyến tính đcfn giản cho phép xác định ở thời điểm này thành phần phù hợp với tiêu chuẩn về cường độ ngày 28 và độ lưu động.

2.4.4.7. Công thức bê tông tối ưu từ các thành phần - hàm lượng xi m áng giới hạn

Sau khi lựa chọn thành phần và một khung cốt liệu hợp lý, với độ lưu động và cưèfng độ cho trước, đòi hỏi m ột công thức tối ưu giữa hai tỉ lệ này. Khi đó, ta có thể minh hoạ sự b;ến đổi của một vài thông số (hàm lượng xi mãng, lượng nước, thể tích vữa) theo cưcír.g độ yêu cầu và độ lưu động không đổi.

Sư biến đổi của lượng xi măng, lượng nước yêu cầu và thể tích vữa, với một loại bê tông chế tạo từ cốt liệu cô' định, loại xi măng và phụ gia siêu dẻo được lựa chọn có thể tạo n các đường cong lý thuyết.

T i thấy rằng tồn tại m ột hàm lượng, gọi là lượng xi măng giới hạn, mà ở đó, lượng nước là nhỏ nhất. Nếu ta vẽ một đường song song với cốt liệu, hàm lượng này tương tự thể t:ch hạt mịn lấp đầy tốt nhất phần rỗng của khung xương.

Đặc điểm của phưoíng pháp được thể hiện như sau:

Có thể cho lượng xi m ăng gần hàm lượng giới hạn (Xgh), bê tông là chặt nhất có thể, điều đó có xu hướng tạo ra độ đồng nhất và bền lâu của vật liệu;

L iợng xi măng tối ưu, xung quanh hàm lưọfng giới hạn mà ở đó cường độ tăng mạnh nhất theo hàm lượng xi măng.

T i hàm lượng hữu hiệu, so với hàm lượng giới hạn, có thể xác định lợi ích của chất độn íhoáng (không kể hạt siêu mịn).

Eể đơn giản hoá các ý tưởng này, hãy hạn chế ở trường hợp bột mịn trơ với cùng cấp

phối hạt như xi măng. Nếu X < Xgh, pha bột mịn, cho đến khi thể tích xi măng - bột mịn

51

bằng thể tích Xg(,, sẽ giảm yêu cầu về nước. Khi điều chỉnh nước để đạt được độ dẻo quy

ước, tỉ lộ N/X sẽ giảm đi và cường độ tăng lên. Đương nhiên là ngược lại nếu X > Xgf,.

Sự giống nhau của hỗn hợp hạt xác định điều kiện để Xgh tăng lên khi:

- D giảm (tăng độ rỗng của khung cốt liệu).

- Chuyển từ cốt liệu tròn nhẩn sang cốt liệu nghiền.

- Sử dụng phụ gia siêu dẻo (tăng độ chặt bản thân của xi m ăng, cho phép cho

nhiều xi măng trong cùng m ột thể tích).

- Độ lưu động yêu cầu tăng (lượng tối ưu các hạt mịn lớn hơn).

Bốn điều kiện trên chính là các phương hưổfng để điều chỉnh thành phần bê tông.

2Â .4.8. Con đường xác định thành phần bê tông mới

Vai trò của thiết kế thành phần bê tông trong bối cảnh phát triển công nghiệp bê tông đã trở nên quan trọng trong những năm gần đây do nhu cầu mở rộng chủng loại vật liệu và kết cấu làm phức tạp thêm vấn đề. Chính vì vậy mà việc sử dụng các phương pháp

kinh nghiệm truyền thống không còn cho phép mang lại một đáp án thoả mãn. Trong khi đó các phương pháp thực nghiệm , luôn có một giá trị. Phương pháp này yêu cầu một số lượng thí nghiệm tăng theo luỹ thừa của số lượng các thành phần. Các kết quả thực

nghiệm có thể đưa ra các lời khuyên sát với thực tế.

Ngoài ra, một thiết k ế thành phần thành công phụ thuộc phần lớn vào chất lượng thi công tại công trường, không tăng phí tổn không dự báo trước cho xí nghiệp cũng như cho chủ công trình và không tăng thời hạn thi công. Đ ộ bển lâu của công trình cũng được tạo ra bởi sự thích họfp của vật liệu, kết cấu, môi trường. Khi đó, sự kết hợp giữa khoa học về vật liệu và tin học, là m ột giải pháp hứa hẹn. Cần phát triển đồng thời những

mô hình toán học về các tính chất cơ bản của việc sử dụng bê tông và các cơ sở của các dữ liệu tổng hợp kinh nghiệm đã qua về các thành phần và về hỗn hợp của chúng. Bao

giờ cũng vậy, chính do sự hòa hợp nhịp nhàng của khoa học và kinh nghiệm là con

đường giải quyết tốt các vấn đề thành phần bê tông.

52