Chuyển đến thanh công cụ

Các vấn đề liên quan đến bê tông cường độ cao (phần 1)

Bê tông cường độ cao là một thế hệ bê tông mới có thêm các phẩm chất  được cải thiện thể hiện sự tiến bộ trong công nghệ vật liệu và kết cấu xây dựng

1. Khái niệm bê tông cường độ cao.

– Xét về cường độ chịu nén thì đó là bê tông cường độ cao (High Strength concrete), xét tổng thể các tính năng thì gọi là bê tông chất lượng cao. Bê tông chất lượng cao được gọi tắt theo người Anh là HPC (High Performace concretes), theo người Pháp là BHP (BET0NS A HAUTE PERORMANCES ).

– Bê tông cường độ cao (High Strength concrete) là loại bê  tông có cường độ chịu nén tuổi 28 ngày, lớn hơn 60 MPa, với mẫu thử hình trụ có  D = 15 cm , H = 30cm. Cường độ chịu nén sau 24 giờ ≥ 35 MPa, cường độ chịu  nén ở tuổi 28 ngày ≥ 60 MPa. Mẫu thử được chế tạo, dưỡng hộ, thử, theo các tiêu  chuẩn hiện hành.

Thành phần bê tông cường độ cao có thể dùng hoặc không dùng muội silic hoặc dùng kết hợp với tro bay. Khi sử dụng muội silic chất lượng bê tông được nâng cao hơn. 

Tiêu chuẩn của Bắc Mỹ qui  định bê tông cường  độ cao là loại bê tông có cường độ chịu nén ở tuổi 28 ngày ≥  42 MPa.

Theo CEB.FIP qui định bê tông chất lượng cao có cường độ nén sau 28 ngày tối thiểu là 60 MPa và có các tính năng vật lý và cơ học cao.     

Ngày nay trình độ kiến thức về loại bê tông này đã cho phép ứng dụng bê tông chất lượng cao trong công trình lớn, chủ yếu ở ba lĩnh vực: Các ngôi nhà nhiều tầng, các công trình biển và các công trình giao thông (cầu, đường, hầm). Các đặc tính cơ học mới của bê tông cường độ cao cho phép người thiết kế sáng tạo ra loại kết cấu mới có chất lượng cao hơn.

2. Các nguyên tắc cơ bản để chế tạo bê tông cường độ cao.

* Cải thiện cường độ vùng chuyển tiếp

– Khi tỷ lệ N/CKD = 0,4 – 0,7, cường độ bê tông thấp hơn cường độ vữa xi măng cùng tỷ lệ;

– Giảm tỷ lệ N/CKD;

– Chất siêu mịn: Muội silic, tro bay, metacaolanh, tro trấu có tác dụng  làm đầy và hoạt tính puzolan SiO2+Ca(OH)2 = C-S-H (phản ứng hút vôi).

– Phụ gia giảm nước mức độ cao đến 40%, qua đó làm giảm lượng nước, độ rỗng của hỗn hợp bê tông giảm làm cho bê tông có cường độ cao hơn.

Description: G:tai lieu - cong viectai lieu nghien cuuuhpc-4.1.jpg

Hình 1. Quan hệ giữa lượng phụ gia siêu dẻo và phụ gia khoáng theo khối lượng chất kết dính, độ chảy từ 210 – 230mm, N/CKD = 0.18.

Description: G:tai lieu - cong viectai lieu nghien cuuuhpc-8.2.1.jpg

Hình 2. Ảnh hưởng của hàm lượng FA đến sự phát triển của cường độ nén của bê tông theo thời gian, hàm lượng SF cố định 10%, N/CKD = 0.18

* Cải thiện cường độ đá xi măng.

– Các nguyên tắc ứng xử của vật liệu dòn, chẳng hạn như gốm, có thể được sử dụng để xác định quan hệ cấu trúc, tính chất của bê tông chất lượng cao.

 Sự phụ thuộc của cường độ chịu kéo vào độ rỗng: S=So.e-bp.                          

 Sự phụ thuộc của cường độ chịu nén với độ rỗng: fc’= fo’(1-p)m.

p- hệ số rỗng.

b- hệ số phụ thuộc vào kích thước và hình dạng của lỗ rỗng.

m- hệ số phụ thuộc lực liên kết giữa các tinh thể, hình dạng và kích thước của các hạt, lỗ rỗng, vết rạn khuyết tật và hàm lượng tạp chất.

* Sử dụng cốt liệu chất lượng cao

– Cải thiện chất lượng cốt liệu trong HPC cần được quan tâm đặc biệt. Nếu không, khi vùng chuyển tiếp và đá xi măng đã được cải thiện cường độ, cốt liệu lại trở thành “mắt xích” yếu nhất trong bê tông.

– Cải thiện chất lượng cốt liệu:

+ Lựa chọn loại đá gốc có cường độ > 120MPa;

+ Giảm Dmax: Tăng sự đồng nhất, trộn dễ dàng, hỗn hợp đồng đều;

+ Tối ưu hoá thành phần hạt: Cấp phối hạt sát với đường cong cấp phối lý thuyết;

+ Giảm hàm lượng tạp chất: Hạn chế lượng hạt dẹt và các hợp chất hữu cơ có hại.

Description: G:tai lieu - cong viectai lieu nghien cuuuhpc-1.1.jpg

Hình 3. Thành phần hạt của vật liệu sử dụng trong nghiên cứu.

* Cải thiện công nghệ

Sản xuất: Phải định lượng tốt, kiểm soát được độ ẩm của cốt liệu, lắp các xi lô phụ gia khoáng;

Thi công: Công tác vận chuyển, đổ bê tông, đầm, hoàn thiện và bảo dưỡng bê tông phải được thực hiện theo các quy trình .

3. Cấu trúc chung của bê tông sử dụng các cốt liệu truyền thống và vữa xi măng chất lượng cao để tạo ra bê tông cường độ cao.

 Ba đặc tính của vật liệu ảnh hưởng đến cấu trúc của BT CĐC là thành phần và cấu trúc vi mô của hồ XM, bản chất của liên kết giữa hồ XM – cốt liệu và chất lượng của cốt liệu trong điều kiện công nghệ và môi trường ít biến đổi. Cấu trúc bê tông cường độ cao cũng gồm 3 cấu trúc con tương tự như bê tông xi măng. Phần được cải thiện nhiều nhất là cấu trúc hồ XM và cấu trúc vùng tiếp giáp giữa hồ XM và cốt liệu. Cấu trúc cốt liệu về cơ bản là không biến đổi. Có lẽ đây là vùng kiến trúc bảo thủ nhất.

Cấu trúc của cốt liệu lớn tạo nên khung chịu lực cho bê tông, nó phụ thuộc vào cường độ bản thân cốt liệu lớn, tính chất cấu trúc (diện tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu) và cường độ liên kết giữa các hạt. Thông thường, cường độ bản thân giữa các hạt có cấp phối hạt hợp lý đã giải quyết được các lỗ rỗng trong bê tông và tăng diện tích tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu (giữa các hạt với nhau và các hạt xung quanh 1 hạt). Trong bê tông cường độ cao nên sử dụng các cốt liệu truyền thống và các chỉ dẫn chặt chẽ hơn.

4. Cấu trúc cốt liệu trong BT thường và BT cường độ cao.

BT dùng các chất kết dính vô cơ là các loại vật liệu đá nhân tạo, không nung. Thành phần bao gồm chất kết dính vô cơ, dung môi (nước), cốt liệu đá hay sỏi và phụ gia, được nhào trộn theo tỉ lệ nhất định, rắn chắc mà thành.

BT CĐC có tỉ lệ nước/XM=0,25. Sử dụng phụ gia siêu mịn là tro bay hoặc hạt silic siêu mịn.

 Sử dụng các cốt liệu truyền thống và vữa XM chất lượng cao để chế tạo ra BT CĐC. Cấu trúc cũng tương tự BT xi măng.

 

* Cốt liệu lớn và nhỏ có dạng khoáng thiên nhiên hay nhân tạo có hình dạng kích thước đặc trưng bề mặt cường độ rất khac nhau, tùy theo kích cỡ hạt từ 0,14-150mm (khi cỡ hạt 0,14 – 5mm  là cát và 5 – 150mm là sỏi hay đá dăm)

– Chiếm không gian làm giảm lượng dùng chất kết dính, hạ giá thành BT.

– Cốt liệu lớn làm khung chịu lực được hồ xi măng gắn kết lại.

– Cốt liệu nhỏ tăng nồng độ đặc, đảm bảo khả năng co ngót cho BT.

– Cát có thành phần hạt hợp lý sẽ tiết kiệm được XM, cường độ BT sẽ cao.

+ Lượng tạp chất trong cốt liệu ngăn cản liên kết giữa đá XM và vữa với bề mặt các hạt cốt liệu, gây ăn mòn, môi trường xâm thực đá xi măng và bê tông.

+Hạt nhỏ (bùn, bụi, sét) sẽ làm tăng dung lượng đá xi măng sử dụng trong bê tông. Hạt bụi, bùn, sét biến đổi thể tích lớn khi độ ẩm thay đổi, có thể dẫn đến phá hoại cấu trúc bê tông nên phải khống chế chặt chẽ.

 Cốt liệu thô (đá) và  nhỏ (cát) hình thành cấu trúc khung xương trong  BT cường độ cao. Về cơ bản vẫn dùng cốt liệu truyền thống để tạo, không có cải tiến lớn.

Cốt liệu nhỏ (cát) có mô đun

Cốt liệu thô (đá) quyết định cường độ và độ dẻo của BT CĐC phụ thuộc vào đường kính và hàm lượng cốt liệu.

BT có cường độ nén >75 Mpa thì kích thước cốt liệu nên giữ từ 12,7-9,5 mm. Kích thước 19,5-25,4 sử dụng BT nén từ 60-75MPa mẫu lập phương.

 Cốt liệu lý tưởng là cốt liệu sạch, dạng khối, có góc cạnh, được nghiền, hạt thoi dạt nhỏ nhất so với quy định hiện hành.

Cốt liệu thô là đá dăm được sản xuất từ đá gốc là đá phún xuất biến chất. Cường độ bão hòa nước lớn hơn hoặc bằng 2 lần cường độ BT. Dùng đá trầm tích có cường độ thấp hơn yêu cầu đó.

 Kích thước hạt lớn nhất 10-20mm theo Việt nam hoặc 9,5-25 theo Mỹ.

Phòng QLDA1

Quách Duy Quyết – ST

Bình luận

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *