Tài liệu Khảo sát đánh giá lại cường độ chịu nén của bê tông một số công trình cấp nước trên địa bàn tỉnh trà vinh

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA DIỆP NHƯ BÌNH KHẢO SÁT ĐÁNH GIÁ LẠI CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG MỘT SỐ CÔNG TRÌNH CẤP NƯỚC TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH TRÀ VINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Đà Nẵng - Năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA DIỆP NHƯ BÌNH KHẢO SÁT ĐÁNH GIÁ LẠI CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG MỘT SỐ CÔNG TRÌNH CẤP NƯỚC TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH TRÀ VINH Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình Dân dụng và công nghiệp Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SỸ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS TRẦN QUANG HƯNG Đà Nẵng - Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào khác. Tác giả luận văn Diệp Như Bình MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục Tóm tắt luận văn Danh mục các chữ viết tắt Danh mục các bảng Danh mục các hình MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ VIỆC SỬ DỤNG VẬT LIỆU BÊ TÔNG CHO CÁC CÔNG TRÌNH TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH TRÀ VINH ...... 3 1.1. Các khái niệm cơ bản về bê tông - bê tông cốt thép ..................................... 3 1.2. Cường độ của bê tông và các yếu tố ảnh hưởng ........................................... 5 1.3. Sử dụng vật liệu bê tông cho các công trình ở Trà Vinh .............................. 9 1.4. Kết luận Chương 1 ....................................................................................... 13 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CƯỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG TẠI HIỆN TRƯỜNG THEO CÁC TIÊU CHUẨN ................................................... 14 2.1. Các phương pháp xác định cường độ bê tông tại hiện trường .................. 14 2.1.1. Mục đích xác định cường độ bê tông hiện trường ...................................... 14 2.1.2. Các phương pháp xác định cường độ bê tông tại hiện trường ................... 14 2.1.2.1. Phương pháp sử dụng súng bật nẩy ....................................................... 14 2.1.2.2. Phương pháp đo vận tốc xung siêu âm .................................................. 17 2.1.2.3. Phương pháp sử dụng kết hợp máy đo siêu âm và súng bật nẩy ........... 17 2.1.2.4. Phương pháp khoan lấy mẫu ................................................................. 20 2.1.2.5. Lựa chọn phương pháp thí nghiệm ........................................................ 22 2.1.2.6. Quy trình thí nghiệm xác định cường độ bê tông trên kết cấu công trình23 2.2. Đánh giá cường độ của bê tông theo các mẫu ở hiện trường theo tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam .................................................................................. 25 2.2.1. Tính toán cường độ bê tông hiện trường ..................................................... 26 2.2.1.1. Xác định cường độ hiện trường theo phương pháp phá hủy ................. 26 2.2.1.2. Xác định cường độ hiện trường theo phương pháp không phá hủy...... 27 2.2.2. Đánh giá cường độ bê tông hiện trường...................................................... 28 2.3. Quy trình lấy mẫu thử bê tông bằng khoan cắt từ cấu kiện (theo ASTM C42-1990) ............................................................................................................ 29 2.3.1. Thiết bị ........................................................................................................... 29 2.3.2. Lấy mẫu ......................................................................................................... 30 2.3.3. Tiến hành thử ................................................................................................ 30 2.3.3.1. Mẫu thí nhiệm......................................................................................... 30 2.3.3.2. Gia công đầu mẫu .................................................................................. 30 2.3.3.3. Điều kiện về độ ẩm ................................................................................. 30 2.3.3.4. Làm bằng đầu mẫu (capping) ................................................................ 30 2.3.3.5. Xác định kích thước mẫu ........................................................................ 31 2.4. Kết luận Chương 2 ....................................................................................... 31 CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG TẠI HIỆN TRƯỜNG MỘT SỐ CÔNG TRÌNH CẤP NƯỚC TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH TRÀ VINH THEO TIÊU CHUẨN XÂY DỰNG VIỆT NAM .................................... 32 3.1. Trạm cấp nước xã Đại Phước, huyện Càng Long ....................................... 32 3.1.1. Hạng mục Đài nước 50m3 ............................................................................ 32 3.1.1.1. Thân đài .................................................................................................. 33 3.1.1.2. Nắp bầu đài và tán đài ........................................................................... 33 3.1.1.3. Thân đài .................................................................................................. 34 3.1.1.4. Nắp bầu đài ............................................................................................ 35 3.1.2. Hạng mục Bể chứa 300m3 ............................................................................ 37 3.1.2.1. Thành bể và nắp bể ................................................................................ 37 3.1.2.2. Thành bể .......................................................................................... 38 3.2. Trạm cấp nước xã Nguyệt Hóa, huyện Châu Thành .................................. 39 3.2.1. Hạng mục Đài nước 50m3 ............................................................................ 39 3.2.1.1. Thân đài .................................................................................................. 41 3.2.1.2. Nắp bầu đài ............................................................................................ 41 3.2.1.3.Thân đài ................................................................................................... 42 3.2.1.4. Nắp bầu đài ............................................................................................ 43 3.2.2. Hạng mục Bể chứa 300m3 ............................................................................ 45 3.2.2.1. Thành bể và nắp bể ................................................................................ 45 3.2.2.2. Thành bể ................................................................................................. 46 3.3. Trạm cấp nước thị trấn Càng Long, huyện Càng Long ............................. 47 3.3.1. Hạng mục Đài nước 200m3 .......................................................................... 47 3.3.1.1. Thân đài .................................................................................................. 47 3.3.1.2. Nắp bầu đài và tán đài ........................................................................... 49 3.3.1.3. Thân đài .................................................................................................. 49 3.3.1.4. Nắp bầu đài ............................................................................................ 50 3.3.2. Hạng mục Bể chứa 300m3 ............................................................................ 52 3.3.2.1. Thành bể và nắp bể ................................................................................ 52 3.3.2.2. Thành bể ................................................................................................. 53 3.4. Trạm cấp nước Cồn Long Trị, xã Long Đức, thành phố Trà Vinh ............ 54 3.4.1. Hạng mục Đài nước 20m3 ............................................................................ 54 3.4.1.1. Thân đài .................................................................................................. 54 3.4.1.2. Nắp bầu đài và tán đài ........................................................................... 56 3.4.1.3. Thân đài .................................................................................................. 57 3.4.1.4. Nắp bầu đài ............................................................................................ 57 3.4.2. Hạng mục Bể chứa 100m3 ............................................................................ 59 3.4.2.1. Thành bể và nắp bể ................................................................................ 60 3.4.2.2. Thành bể ................................................................................................. 60 3.5. Kết luận Chương 3 ....................................................................................... 62 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 63 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................ 64 PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao) KHẢO SÁT ĐÁNH GIÁ LẠI CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG MỘT SỐ CÔNG TRÌNH CẤP NƯỚC TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH TRÀ VINH Học viên: Diệp Như Bình Chuyên ngành: Kỹ thuật XDCT DD và CN Mã số: 60 58 02 08 Khóa K32.XDD.TV Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt: Mục tiêu của đề tài là đề xuất sử dụng các phương pháp thí nghiệm khác nhau như khoan lấy mẫu, siêu âm kết hợp với bật nẩy, bật nẩy để khảo sát đánh giá cường độ chịu nén thực tế của bê tông hạng mục bể chứa và đài nước tại các công trình cấp nước đang sử dụng, thông qua kết quả thực nghiệm so sánh với cường độ thiết kế để đưa ra kết luận. Kết quả cho thấy: Cường độ chịu nén của bê tông tại các cấu kiện kiểm tra của các hạng mục công trình được kiểm tra có sự biến đổi rất khác nhau, nhiều mẫu có cường độ chịu nén thấp so với cường độ tính toán theo thiết kế; Nhưng so với Tiêu chuẩn TCXDVN 239:2006, thì cường độ chịu nén của bê tông của 08 hạng mục công trình đạt yêu cầu theo Tiêu Chuẩn; Về hệ số biến động bê tông (υ) tính toán được có giá trị thay đổi tương đối lớn, nên chất lượng bê tông trong một số công trình khảo sát là không đồng đều, điều này được thể hiện không chỉ giữa các công trình mà còn là giữa các hạng mục trong cùng một công trình được khảo sát. Qua kết quả kiểm tra của 03 phương pháp thí nghiệm cho thấy, kết quả cường độ bê tông ở hiện trường của phương pháp khoan lấy mẫu thấp hơn và cho độ chính xác cao hơn so với phương pháp siêu âm kết hợp với bật nẩy và phương pháp bật nẩy. Những thông tin của luận văn sẽ hữu ích cho các kỹ sư đang làm việc tại hiện trường và thiết kế. Từ khóa - Đánh giá chất lượng bể chứa, đánh giá chất lượng đài nước, khoan lấy mẫu đài nước, khoan lấy mẫu bể chứa, bật nẩy bể chứa, siêu âm thân đài. SURVEY OF REASSESSMENT OF COMPRESSIVE STRENGTH OF CONCRETE IN SOME WATER SUPPLY CONSTRUCTIONS IN TRA VINH PROVINCE Summary: The purpose of the thesis is to suggest various experimental methods such as drilling for samples, a combination of supersonic testing and bouncing, bouncing in order to survey and reassess the real compressive strength of concrete in water tower and fountain at the water supply constructions in use. Through the results, it has been compared with the designed strength to provide the conclusions. The results indicate that compressive strength of concrete at the tested construction sites vary significantly. Several samples show lower compressive strength in compared to the designed one; however, the compressive strength of concrete in eight construction items meets the Standard TCXDVN 239:2006. The calculated coefficient of variation in concrete has a relatively large change in value, so the quality of concrete in some surveys is uneven, which is reflected not only among the works but also between the items in the same survey. The outcome of the three experimental methods illustrate that the strength of the drilling method at the field is lower and gives a higher accuracy than the combined ultrasonic method. The information from the thesis is certainly useful for engineers working at the field and designing. Key words – Evaluation of water storage quality, evaluation of water tower quality, method of bouncing, drilling for sampler at water tower, drilling for sampler at water storage, bouncing at water storage, supersonic testing at the tower body. DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT Các Ký hiệu B M Rht, fc Rtk, ftk Ryc, f’c Các từ Viết tắt BT BTHT N/XM TCXD TCVN TCXDVN Nội dung Cấp độ bền bê tông Mác bê tông Cường độ chịu nén bê tông hiện trường Cường độ chịu nén bệ tông theo thiết kế Cường độ bê tông yêu cầu Bê tông Bê tông hiện trường Nước trên xi măng Tiêu chuẩn Xây dựng Tiêu chuẩn Việt Nam Tiêu chuẩn Xây dựng Việt Nam DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng Trang 1.1 1.2 2.1 Sản lượng bê tông thương phẩm của Công ty Phú Thành Sản lượng bê tông thương phẩm của Công ty bê tông Thủy Lực Giá trị hệ số tα với xác suất bảo đảm 0,95 và số vùng kiểm tra Cường độ tính toán của bê tông Rb khi tính toán theo các trạng thái giới hạn thứ nhất, MPa. So sánh giá trị thực M250 và giá trị tính toán theo TCVN So sánh giá trị thực M250 và giá trị tính toán theo TCVN So sánh giá trị thực M250 và giá trị tính toán theo TCVN So sánh giá trị thực M250 và giá trị tính toán theo TCVN So sánh giá trị thực M250 và giá trị tính toán theo TCVN So sánh giá trị thực M250 và giá trị tính toán theo TCVN So sánh giá trị thực M250 và giá trị tính toán theo TCVN So sánh giá trị thực M250 và giá trị tính toán theo TCVN So sánh giá trị thực M250 và giá trị tính toán theo TCVN So sánh giá trị thực M250 và giá trị tính toán theo TCVN So sánh giá trị thực M250 và giá trị tính toán theo TCVN So sánh giá trị thực M250 và giá trị tính toán theo TCVN So sánh giá trị thực M250 và giá trị tính toán theo TCVN So sánh giá trị thực M250 và giá trị tính toán theo TCVN So sánh giá trị thực M250 và giá trị tính toán theo TCVN So sánh giá trị thực M250 và giá trị tính toán theo TCVN So sánh giá trị thực M250 và giá trị tính toán theo TCVN So sánh giá trị thực M250 và giá trị tính toán theo TCVN So sánh giá trị thực M250 và giá trị tính toán theo TCVN So sánh giá trị thực M250 và giá trị tính toán theo TCVN So sánh giá trị thực M250 và giá trị tính toán theo TCVN So sánh giá trị thực M250 và giá trị tính toán theo TCVN So sánh giá trị thực M250 và giá trị tính toán theo TCVN So sánh giá trị thực M250 và giá trị tính toán theo TCVN 12 12 28 2.2 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 3.21 3.22 3.23 3.24 29 32 34 35 36 38 39 41 42 42 43 46 46 49 49 50 50 53 53 56 56 57 58 60 61 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu Tên hình Trang 1.1 Dầm bê tông và bê tông cốt thép 4 1.2 Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén và cường độ chịu kéo 6 Ảnh hưởng của lượng nước nhào trộn đến độ lưu biến của hỗn 1.3 8 hợp bê tông 1.4 Quan hệ giữa cường độ và tuổi của bê tông 9 1.5 Bản đồ Vị trí địa lý tỉnh Trà Vinh 10 1.6 Một số công trình điển hình tỉnh Trà Vinh 11 1.7 Sử dụng bê tông tươi và gạch không nung cho công trình 12 3.1 Mặt cắt dọc Đài nước 50m3 33 3.2 Biểu đồ cường độ chịu nén của bê tông ở hiện trường 37 3.3 Khoan bê tông thân đài 37 3.4 Lấy mẫu bê tông thân đài 37 3.5 Thí nghiệm nén mẫu bê tông 37 3.6 Mặt cắt dọc Bể chứa 300m3 37 3.7 Biểu đồ cường độ chịu nén của bê tông ở hiện trường 39 3.8 Khoan bê tông thành bể 40 3.9 Lấy mẫu bê tông thành bể 40 3 3.10 Mặt cắt dọc Đài nước 50m 40 3.11 Biểu đồ cường độ chịu nén của bê tông ở hiện trường 44 3.12 Thí nghiệm siêu âm thân đài 44 3.13 Thí nghiệm bật nẩy thân đài 44 3.14 Khoan bê tông nắp bầu đài 45 3.15 Lấy mẫu bê tông nắp bầu đài 45 3.16 Mặt cắt dọc Bể chứa 300m3 45 3.17 Biểu đồ cường độ chịu nén của bê tông ở hiện trường 47 3 3.18 Mặt cắt dọc Đài nước 200m 48 3.19 Biểu đồ cường độ chịu nén của bê tông ở hiện trường 51 3.20 Thí nghiệm bật nẩy nắp bầu đài 52 3.21 Thí nghiệm bật nẩy tán đài 52 3.22 Mặt cắt dọc Bể chứa 300m3 52 3.23 Biểu đồ cường độ chịu nén của bê tông ở hiện trường 54 3.24 Mặt cắt dọc Đài nước 20m3 55 3.25 Biểu đồ cường độ chịu nén của bê tông ở hiện trường 59 3.26 Mặt cắt dọc Bể chứa 100m3 59 3.27 Biểu đồ cường độ chịu nén của bê tông ở hiện trường 61 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do lựa chọn đề tài - Đồng bộ với sự phát triển nền kinh tế đất nước, cơ sở hạ tầng của các khu vực của dân cư từ đô thị tới các vùng nông thôn trong tỉnh Trà Vinh đang được đầu tư với quy mô lớn như các công trình dân dụng với nhiều chức năng khác nhau, tỉnh Trà Vinh đã huy động nhiều nguồn vốn đầu tư xây công trình hạ tầng, trong đó có công trình cấp nước cho người dân vùng nông thôn. - Từ năm 1998 đến năm 2005, trên địa bàn toàn tỉnh đã xây dựng 242 trạm cấp nước phục vụ cho người dân vùng nông thôn, trong đó: + 161 trạm nước có công suất nhỏ từ (5-10)m3/giờ, móng đài nước bằng bê tông cốt thép, khung đài nước bằng thép hình, bồn trên đài nước bằng nhựa composit hoặc bằng Inox thể tích từ 3m³ đến 6m³, bể chứa bằng bê tông cốt thép dung tích từ 10m3 đến 30m3, cụm lọc nước bằng nhựa composit hoặc bằng Inox công suất (5-10)m3/giờ, hiện tại 128 trạm cấp nước này đã ngưng hoạt động do hệ thống lọc không đáp ứng yêu cầu chất lượng nước theo QCVN 02: 2009/BYT và 33 trạm cấp nước hoạt động tạm thời chờ nâng cấp, mở rộng. + 61 trạm cấp nước có công suất (20-30)m3/giờ, có hạng mục đài nước bằng bê tông cốt thép dung tích 20m3, bể chứa bằng bê tông cốt thép dung tích 30m3, cụm lọc bằng bê tông cốt thép công suất (20-30)m3/giờ đang hoạt động hiệu quả, chất lượng nước đáp ứng yêu cầu theo QCVN 02: 2009/BYT. - Từ năm 2006-2015, tỉnh Trà Vinh đã xây dựng mới và nâng cấp 28 trạm cấp nước có công suất từ 20m³/giờ đến 200m³/giờ. Dự kiến kế hoạch từ giai đoạn 2016 đến 2021, tỉnh cũng đã tranh thủ nhiều nguồn vốn để thực hiện xây dựng mới và nâng cấp thêm 41 trạm cấp nước có công suất từ 50m³/giờ đến 150m³/giờ phục vụ cho tất cả người dân vùng nông thôn trên địa bàn tỉnh và 01 trạm cấp nước có công suất 28.000m³/ngày/đêm để phục vụ người dân khu vực thành phố Trà Vinh và vùng ven thành phố. Các hạng mục của các trạm cấp nước này là đài nước, bể chứa, cụm xử lý nước, hàng rào – sân đường – hệ thống thoát nước, nhà quản lý, nhà hóa chất, công trình thu nước chủ yếu được làm bằng bê tông, bê tông cốt thép, sử dụng nhiều cấp độ bền khác nhau. - Bê tông là vật liệu được sử dụng rộng rãi trong xây dựng. Khi tính toán thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép cần phải xác định được cường độ chịu nén và chịu kéo của bê tông. Để xác định cường độ của bê tông người ta dùng thí nghiệm mẫu bằng phương pháp phá hủy hoặc phương pháp không phá hủy như siêu âm, bật nẩy,… Do vậy việc xác định cường độ bêtông trong kết cấu hoặc cấu kiện bêtông để so sánh với yêu cầu của thiết kế là rất quan trọng nhằm đảm bảo chất lượng của các công trình. 2 Với lí do trên, tác giả chọn đề tài “Khảo sát đánh giá lại cường độ chịu nén của bê tông một số công trình cấp nước trên địa bàn tỉnh Trà Vinh” nhằm góp phần làm rõ hơn về cường độ chịu nén của bê tông thực tế tại công trình đã sử dụng so với cường độ lý thuyết theo thiết kế. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Khảo sát đánh giá cường độ chịu nén thực tế của bê tông tại các công trình cấp nước đang sử dụng bằng các phương pháp thực nghiệm. - So sánh với cường độ thiết kế để đưa ra kết luận. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Cường độ chịu nén của bê tông - Phạm vi nghiên cứu: Hạng mục cột đài nước, bể chứa bằng bê tông cốt thép một số trạm cấp nước trên địa bàn tỉnh Trà Vinh. 4. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thực nghiệm tại hiện trường kết hợp với phân tích so sánh dữ liệu. 5. Kết quả - Bộ dữ liệu về cường độ chịu nén bê tông thực tế tại một số công trình cấp nước trên địa bàn tỉnh Trà Vinh. - Bảng so sánh đối chiếu với cường độ thiết kế. 6. Bố cục đề tài Mở đầu Chương 1: Tổng quan về bê tông và việc sử dụng vật liệu bê tông cho các công trình ở tỉnh Trà Vinh. Chương 2: Đánh giá cường độ của bê tông ở hiện trường. Chương 3: Đánh giá cường độ chịu nén của bê tông tại hiện trường một số công trình ở Trà Vinh. Kết luận và kiến nghị. 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ VIỆC SỬ DỤNG VẬT LIỆU BÊ TÔNG CHO CÁC CÔNG TRÌNH TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH TRÀ VINH 1.1. Các khái niệm cơ bản về bê tông - bê tông cốt thép Bê tông là một trong những loại vật liệu rất quan trọng được sử dụng rộng rãi trong các công trình cấp nước và các công trình xây dựng khác vì nó có những ưu điểm sau: Có cường độ chịu nén cao, bền trong môi trường. Cốt liệu có thể sử dụng nguyên liệu địa phương. Dễ cơ giới hóa, tự động hóa quá trình sản xuất và thi công. Có thể tạo được nhiều loại bê tông có tính chất khác nhau, các loại bê tông phổ biến là: bê tông tươi, bê tông nhựa, bê tông Asphalt, bê tông Polime và các loại bê tông đặc biệt khác. Bê tông được sử dụng rộng rãi trong xây dựng các công trình kiến trúc, móng, gạch không nung hay gạch block, mặt lát của vỉa hè, cầu và cầu vượt, đường lộ, đường băng, các cấu trúc trong bãi đỗ xe, đập, hồ chứa/bể chứa nước, các công trình cấp nước, ống cống, chân cột cho các cổng, hàng rào, cột điện. - Bê tông là một loại đá nhân tạo, được hình thành bởi việc trộn các thành phần: Cốt liệu thô, cốt liệu mịn, chất kết dính,... theo một tỷ lệ nhất định (được gọi là cấp phối bê tông). - Bê tông là một loại đá nhân tạo được chế tạo từ các vật liệu rời (cát, đá, sỏi) và chất kết dính. Vật liệu rời được gọi là cốt liệu, gồm các cở hạt khác nhau, loại bé là cát có kích thước từ 1,0mm-5,0mm, loại lớn là sỏi hoặc đá dăm có kích thước 5,0mm-40 mm hoặc lớn hơn. Chất kết dính thường là xi măng trộn với nước hoặc các chất dẽo khác. Cường độ chịu kéo của bê tông nhỏ hơn cường độ chịu nén rất nhiều (8-15 lần). Ngoài các thành phần chính như trên, người ta còn có thể thêm các phụ gia để cải thiện một số tính chất của bê tông trong lúc thi công cũng như trong quá trình sử dụng. Phụ gia có nhiều loại khác nhau, có loại để nâng cao độ dẽo hổn hợp bê tông, có loại dùng để tăng nhanh hoặc kéo dài thời gian đông kết của xi măng, có loại để nâng cao cường độ của bê tông trong thời gian đầu, có loại để tăng khả năng chống thấm v.v... Nước để trộn bê tông gồm hai phần. Một phần để hóa hợp với xi măng, một phần nữa như là phụ gia làm cho hổn hợp bê tông có được độ dẽo (nhão) cần thiết lúc trộn, đổ khuôn và đầm chắc. Lượng nước tham gia phản ứng hóa hợp chỉ chiếm khoản một phần năm trọng lượng xi măng và là cần thiết. Lượng nước thêm vào để trộn bê tông, về sau khi bê tông đã khô cứng sẽ trở thành nước thừa, một phần bốc hơi để lại những lỗ rỗng li ti trong cấu trúc của bê tông, làm giảm độ đặc chắc và cường độ của nó. Nguyên lý tạo nên bê tông là dùng các cốt liệu lớn làm thành bộ xương, các cốt liệu nhỏ lắp đầy khoảng trống và dùng chất kết dính để liên kết chúng tạo thành một thể đặc chắc có khả năng chịu lực và chống lại các biến dạng. 4 Bê tông có cấu trúc không đồng nhất vì hình dáng, kích thước các hạt cốt liệu khác nhau, sự phân bố của các hạt cốt liệu và chất kết dính không thật đồng đều, trong bê tông vẫn còn lại một ít nước thừa và những lỗ rỗng li ti (do nước thừa bốc hơi). Tùy theo thành phần và cấu trúc của bê tông mà người ta phân loại chúng theo nhiều cách khác nhau: + Theo cấu trúc có các loại: bê tông đặc chắt; bê tông có lỗ rỗng (dùng ít cát); bê tông tổ ong. + Theo khối lượng riêng phân thành: bê tông nặng thông thường có khối lượng riêng =22002500 kG/cm3; bê tông nặng cốt liệu bé =18002200 kG/cm3; bê tông nhẹ <1800; bê tông đặc biệt nặng >2500. + Theo thành phần có: bê tông thông thường; bê tông cốt liệu bé; bê tông chèn đá học. + Theo phạm vi sử dụng: bê tông làm kết cấu chịu lực; bê tông chịu nóng; bê tông cách nhiệt; bê tông chống xâm thực v.v... - Bê tông cốt thép là một loại vật liệu xây dựng phức hợp do bê tông và cốt thép cùng cộng tác chịu lực với nhau. Về sức bền vật lý, bê tông chịu lực nén khá tốt nhưng khả năng chịu lực kéo không tốt lắm và là một loại vật liệu giòn. Trong khi đó cốt thép là vật liệu chịu kéo hoặc chịu nén đều rất tốt. Vì vậy, trong xây dựng các công trình, các vật liệu chịu lực kéo tốt (ví dụ thép) được sắp xếp để đưa vào trong lòng khối bê tông, đóng vai trò là bộ khung chịu lực nhằm cải thiện khả năng chịu kéo của bê tông. Do vậy người ta đã đặt cốt thép vào trong bê tông để tăng cường khả năng chịu lực cho kết cấu, từ đó sản sinh ra bê tông cốt thép. Loại bê tông có phần lõi thép này được gọi là bê tông cốt thép. 1 1 bf 2 b 1 a) 2 t 4 2 c) b) Hình 1.1. Dầm bê tông và bê tông cốt thép 3 z d) a) Dầm bê tông; b) Sơ đồ ứng suất trên tiết diện 1-1; c) Dầm bê tông cốt thép; d) Sơ đồ ứng suất trên tiết diện 2-2; 1-Vùng bê tông chịu nén; 2-Vùng bê tông chịu kéo; 3-Cốt thép; 4-Vết nứt trong bê tông chịu kéo Trên hình 1.1a ta thấy khi ứng suất kéo t vượt quá cường độ chịu kéo của bê tông thì vết nứt sẽ xuất hiện, vết nứt đi dần lên phía trên và dầm bị gãy khi ứng suất b còn khá nhỏ so với cường độ chịu nén của bê tông. Như thế là lãng phí khả năng chịu nén của bê tông. Nếu đem đặt cốt thép vào vùng bê tông chịu kéo, lực kéo sẽ do cốt thép chịu, nhờ đó có thể tăng tải trọng đến khi ứng suất b đạt tới cường độ chịu nén 5 của bê tông và ứng suất z đạt tới cường độ chịu kéo của cốt thép; Trong dầm chịu uốn còn có xuất hiện cả ứng suất tiếp và do đó có ứng suất chính. Khi ứng suất kéo chính lớn hơn cường độ chịu kéo của bê tông sẽ gây ra các vết nức nghiêng, vì vậy cũng cần bố trí cốt thép để chịu ứng suất kéo này. Dầm bê tông cốt thép có thể chịu lực nhiều hơn dầm bê tông có cùng kích thước đến hàng chục lần. Bê tông và cốt thép có thể cùng tham gia chịu lực là do các yếu tố sau: + Bê tông và cốt thép dính chặt với nhau nên có thể truyền lực từ bê tông sang cốt thép và ngược lại. Lực dính có tầm quan trọng hàng đầu đối với vật liệu bê tông cốt thép. + Giữa bê tông và cốt thép không xảy ra phản ứng hóa học. Đồng thời bê tông còn làm chức năng bao bọc, bảo vệ cốt thép chống các tác dụng ăn mòn của môi trường. Đây cũng là lý do khi sử dụng các loại phụ gia hóa dẻo và đông cứng nhanh cần phải bảo đảm quá trình đầm nén bê tông đạt đến độ lèn chặt cần thiết. + Bê tông và cốt thép có hệ số giãn nỡ nhiệt gần giống nhau (hệ số giãn nở nhiệt của bê tông từ 0,000010 đến 0,000015 và hệ số giãn nở nhiệt của thép là 0,000012). Do đó khi có sự thay đổi nhiệt độ dưới 100°C thì trong cấu kiện bê tông cốt thép không xuất hiện nội ứng suất đáng kể, không làm phá hoại lực dính giữa bê tông và cốt thép. Theo phương pháp thi công, có thể phân loại bê tông cốt thép chia ra làm ba loại: + Bê tông cốt thép toàn khối (hay còn gọi là bê tông cốt thép đổ tại chổ): Người ta ghép ván khuôn, đặt cốt thép và đổ bê tông ngay tại vị trí thiết kế của kết cấu. + Bê tông cốt thép lắp ghép: Người ta phân chia kết cấu thành những kết cấu riêng biệt để có thể chế tạo chúng ở nhà máy hoặc sân bãi, vận chuyển chúng đến công trường sau đó dùng cần cẩu lắp ghép rồi nối chúng lại với nhau thành kết cấu tại vị trí thiết kế. + Bê tông cốt thép nữa lắp ghép: Người ta lắp ghép các cấu kiện chưa được chế tạo hoàn chỉnh sau đó đặt thêm cốt thép, ghép thêm ván khuôn rồi đổ tại chổ bê tông phần còn lại (kể cả mối nối). Nếu phân theo trạng thái ứng suất khi chế tạo có hai loại sau: + Bê tông cốt thép thường: Khi chế tạo, cốt thép ở trạng thái không có ứng suất, ngoài nội ứng suất do co ngót và giãn nở nhiệt của bê tông. Cốt thép chỉ chịu ứng suất khi cấu kiện chịu lực ngoài (kể cả trọng lượng bản thân). + Bê tông cốt thép ứng suất trước: Căng trước cốt thép đến ứng suất cho phép, khi buông cốt thép, nó sẽ co lại, tạo ứng suất nén trước trong tiết diện bê tông, nhằm mục đích khử ứng suất kéo trong tiết diện bê tông khi nó chịu ngoại lực, làm hạn chế vết nứt và độ võng. 1.2. Cường độ của bê tông và các yếu tố ảnh hưởng - Cường độ là chỉ tiêu quan trọng thể hiện khả năng chịu lực của vật liệu. Cường độ của bê tông phụ thuộc vào thành phần và cấu trúc của nó. Để xác định cường độ của bê tông người ta dùng thí nghiệm mẫu. Thông thường là chế tạo ra các mẫu thử và 6 thí nghiệm phá hoại các mẫu đó. Một cách khác là thí nghiệm không phá hoại, xác định cường độ một cách gián tiếp bằng cách dùng sóng siêu âm, súng bậc nẩy. Trong kết cấu xây dựng, bê tông chịu nhiều tác động khác nhau: chịu nén, uốn, kéo, trượt, trong đó chịu nén là ưu thế lớn nhất của bê tông. Do đó, người ta thường dùng cường độ chịu nén là chỉ tiêu đặc trưng để đánh giá chất lượng bê tông. Nói đến cường độ của bê tông là nói đến cường độ tính toán (cường độ chịu nén và cường độ chịu kéo), cường độ đặc trưng và cường độ trung bình. Cường độ chịu nén và cường độ chịu kéo của bê tông được xác định theo phương pháp thí nghiệm. Xác định cường độ chịu nén – mẫu thử Xác định cường độ chịu kéo (mẫu chịu kéo trung tâm và mẫu chịu kéo khi uốn) Hình 1.2. Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén và cường độ chịu kéo Gọi R, R(t) là lần lượt là cường độ chịu nén và cường độ chịu kéo của bê tông, ta có mối quan hệ: R(t) = Øt R ; Hoặc R(t) = 0,6 + 0,06R Giá trị của Øt được lấy phụ thuộc vào loại của bê tông và đơn vị của R, đối với bê tông nặng, đơn vị của R là MPa thì Øt = 0.28 - 0.30. Giá trị trung bình của cường độ: khi thí nghiệm n mẫu thử của cùng một loại bê tông thu được các giá trị cường độ của mẫu thử là R1, R2,...Rn. Các giá trị đó có thể giống nhau hoặc khác nhau. Giá trị trung bình cường độ của các mẫu ký hiệu là Rm, gọi tắt là cường độ trung bình được tính theo công thức:  Ri Rm  n Giá trị đặc trưng của cường độ (cường độ đặc trưng) được xác định theo xác suất bảo đảm 95% và được tính toán theo công thức: Rch = Rm (1-S.υ). S: là hệ số phụ thuộc xác suất bảo đảm, với xác suất bảo đảm 95% thì S=1,64. υ: là hệ số biến động dùng để đánh giá mức độ đồng chất của bê tông. Với công nghệ ổn định, có kiểm tra chặt chẽ về thành phần của bê tông và chất lượng thi công có thể lấy υ=0,135. Với điều kiện thi công bình thường mà thiếu số liệu thống kê thì lấy υ=0,15. 7 Cường độ của bê tông tăng theo tuổi thọ thời gian tính từ lúc chế tạo bê tông đến khi cho nó chịu lực. Thời gian đầu cường độ tăng nhanh, sau chậm dần. Với bê tông dùng xi măng pooclăng, chế tạo và bảo dưỡng trong điều kiện bình thường, cường độ tăng nhanh trong 28 ngày đầu. - Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ của bê tông: Cường độ bê tông không những phụ thuộc vào chất lượng và cấp phối vật liệu sử dụng mà còn phụ thuộc vào quá trình thi công bê tông và các yếu tố khác. Trong thiết kế công trình, người ta thường dự kiến cường độ cần thiết của bê tông để tính toán, do đó khi thi công cần chọn thành phần, cấp phối vật liệu và công nghệ chế tạo để bê tông đảm bảo đạt cường độ yêu cầu. Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ bê tông có thể bao gồm: + Chất lượng và số lượng xi măng: Khi sử dụng xi măng để chế tạo bê tông, việc lựa chọn mác bê tông rất quan trọng vì nó vừa phải đảm bảo cho bê tông đạt cường độ thiết kế, vừa phải đảm bảo yếu tố kinh tế. Nếu dùng xi măng mác cao chế tạo bê tông mác thấp sẽ dẫn đến lượng xi măng dùng cho 1m³ bê tông không đủ để liên kết các hạt cốt liệu với nhau, dễ xảy ra hiện tượng phân tầng. Ngược lại, dùng xi măng mác thấp để chế tạo bê tông mác cao sẽ làm tăng lượng xi măng phải dùng, không đảm bảo yếu tố kinh tế. Bên cạnh đó, với cường độ bê tông dự kiến, nếu tăng số lượng xi măng cũng sẽ làm tăng cường độ bê tông nhưng hiệu quả không cao và thường gây tăng biến dạng do co ngót. Thông thường trong 1m3 bê tông cần dùng từ 250-500kg xi măng, khi dùng xi măng nhiều thì cường độ bê tông cao hơn, nhưng để chế tạo bê tông cường độ cao (B25, 30,…) ngoài việc tăng lượng xi măng còn cần phải dùng xi măng mác cao (PC40, 50,…) hoặc phụ gia nâng cao cường độ của bê tông mới đem lại hiệu quả kinh tế và sử dụng. Chẳng hạn như: để chế tạo bê tông có cấp độ bền B7,5; 10; 12,5; 15 có thể sử dụng xi măng PC30, còn khi chế tạo bê tông có cấp độ bền B20; 25; 30 cần dùng xi măng PC40, nếu sử dụng xi măng PC30 thì phải dùng với số lượng nhiều, không đạt hiệu quả về kinh tế, đồng thời làm tăng tính từ biến trong bê tông ảnh hưởng xấu đến chất lượng bê tông. + Độ cứng, độ sạch và sự phối hợp thành phần cốt liệu (cấp phối): Thành phần bụi và tạp chất sẽ tạo ra trên bề mặt hạt cốt liệu lớp màng cản trở liên kết chúng với xi măng. Kết quả là cường độ của bê tông giảm đáng kể (có khi đến 30÷40%). Việc lựa chọn được cấp phối hợp lý sẽ làm tăng cường độ bê tông đồng thời tiết kiệm được lượng xi măng sử dụng. Hàm lượng cát trong hỗn hợp cốt liệu (mức ngậm cát) ảnh hưởng lớn đến tính chất của hỗn hợp bê tông. Hỗn hợp bê tông có hàm lượng cát tối ưu đảm bảo cho bê tông đạt yêu cầu tính công tác, độ đặc chắc và cường độ với lượng dùng xi măng và nước bé nhất. + Tỉ lệ giữa nước và xi măng: Đây là yếu tố ảnh hưởng lớn đến cường độ và tính chất biến dạng của bê tông. Tỉ lệ này cao sẽ làm giảm cường độ bê tông và tăng tính co ngót, từ biến, nhưng nếu tỉ lệ này thấp (vừa đủ) thì khó thi công, đặc biệt là khi bơm bê 8 tông. Lượng nước nhào trộn có ảnh hưởng đến đặc trưng lưu biến của hỗn hợp bê tông (hình 1.3) Nếu lượng nước ban đầu trong hỗn hợp bê tông bé, nước chỉ đủ bao bọc mặt ngoài hạt xi măng và tạo nên màng hấp thụ nước, màng nước này liên kết bền chắc với hạt xi măng, có tính đàn hồi, tính chịu kéo, cường độ chống cắt và độ nhớt. Nếu lượng nước tăng lên, màng hấp thụ dày thêm và do sức căng bề mặt của nước, nước sẽ dịch chuyển trong các đường mao quản làm cho hỗn hợp bê tông có tính dẻo. Hình 1.3. Ảnh hưởng của lượng nước nhào trộn đến độ lưu biến của hỗn hợp bê tông 1-Hỗn hợp cứng ngay sau khi nhào trộn;2-Hỗn hợp cứng 1 giờ sau khi nhào trộn; 1’-Hỗn hợp lưu động ngay sau khi nhào trộn;2’-Hỗn hợp lưu động 1 giờ sau khi nhào trộn; Khi tăng tỷ lệ N/XM, lượng nước thừa trong hỗn hợp bê tông vượt quá lượng nước cần thiết để tiến hành quá trình thủy hóa và đảm bảo độ lưu động cần thiết cho hỗn hợp bê tông sẽ làm tăng độ rỗng, giảm sự đặc chắc của bê tông và làm cho biến dạng do co ngót tăng lên. Ngoài việc sử dụng vật liệu tốt, sạch quá trình nhào trộn vữa bê tông, thời gian nhào trộn, vận chuyển, tổ chức thi công bê tông (đổ khuôn, đầm nén, điều kiện môi trường bảo dưỡng) có ảnh hưởng lớn đến chất lượng và cường độ bê tông, đặc biệt là điều kiện thi công toàn khối tại công trình như: + Chất lượng thi công: Thi công kỹ lưỡng, đầm chặt đúng quy cách, sẽ đạt được cường độ bê tông như mong muốn. + Cách thức bảo dưỡng: Trong điều kiện thi công toàn khối tại công trình, điều kiện bảo dưỡng khó đạt được như trong phòng thí nghiệm, nhưng cần bảo dưỡng thật tốt trong điều kiện có thể đạt được chất lượng bê tông cao và giảm co ngót, đặc biệt là cho sàn. 9 Chất lượng bê tông qua kết quả thí nghiệm đôi khi cũng không phản ảnh đúng chất lượng bê tông thực tế, ở đây yếu tố con người có tầm ảnh hưởng lớn, mà cụ thể là người làm thí nghiệm, nó gồm các yếu tố: + Lấy mẫu và bảo dưỡng mẫu: Lấy mẫu cần tuân thủ đúng qui trình được qui định trong TCVN 3105:1993; TCVN 3118:1993 (trừ phân tích kết quả) và các hướng dẫn liên quan được nêu trong TCXDVN 239:2006. Bảo dưỡng mẫu có thể bảo dưỡng theo điều kiện tiêu chuẩn hoặc trong điều kiện thực tế mà cấu kiện chịu ảnh hưởng tại công trình. + Qui trình thí nghiệm: Cần tuân thủ theo TCVN 3105:1993; TCVN 3118:1993, chú ý các yếu tố sau đây làm ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm: độ phẳng mặt của mẫu thử; Không bôi trơn mặt tiếp xúc của bàn nén mẫu; tốc độ gia tải 64 daN/cm2 trong một giây. Bên cạnh đó, các loại phụ gia sử dụng khi thi công, thời gian tác dụng của tải trọng cũng có ảnh hưởng đến cường độ bê tông. Cường độ bê tông tăng dần theo thời gian, lúc đầu tăng nhanh sau đó tăng chậm dần. Theo thời gian, cường độ chịu kéo tăng nhanh hơn cường độ chịu nén. Theo thực nghiệm người ta xác định cường độ bê tông tăng theo thời gian theo công thức: - Công thức của Séc (1926): Rt=R1+(R10-R1).lgt - Công thức của Nga (1935) (Skramtaep): Rt=R28 lg t lg 28 ≈ 0.7R28lgt; (với t=7-300 ngày) Hình 1.4. Quan hệ giữa cường độ và tuổi của bê tông - Công thức của Viện nghiên cứu bê tông Mỹ ACI: Rt=R28 t a  bt Trong đó: a, b hệ số phụ thuộc loại xi măng. Thông thường a=4; b=0,85. Với xi măng đông kết nhanh a=2,3; b=0,92. 1.3. Sử dụng vật liệu bê tông cho các công trình ở Trà Vinh Trà Vinh là tỉnh ven biển đồng bằng sông Cửu Long, miền Nam Việt Nam, phía Đông giáp Biển Đông, phía Tây giáp Vĩnh Long, phía Nam giáp Sóc Trăng, phía Bắc giáp tỉnh Bến Tre, có 65 km bờ biển, được tái lập tỉnh từ năm 1992, có diện tích tự nhiên 2.215 km², được bao bọc bởi sông Tiền, sông Hậu với 02 cửa Cung Hầu và Định 10 An. Trà Vinh cách thành phố Hồ Chí Minh 200 km đi bằng quốc lộ 53 qua tỉnh Vĩnh Long, khoảng cách rút ngắn thời gian chỉ còn 130 km nếu đi bằng quốc lộ 60 qua tỉnh Bến Tre, cách thành phố Cần Thơ 95 km. Hình 1.5. Bản đồ Vị trí địa lý tỉnh Trà Vinh http://travinh.gov.vn Từ năm 1992 đến nay, Trà Vinh đã tranh thủ mọi nguồn lực từ Trung ương đến địa phương và có nhiều chủ trương, chính sách kêu gọi đầu tư phù hợp, làm cho Trà Vinh có những thay đổi đáng kể về kinh tế - xã hội, đạt được nhiều thành tựu quan trọng. Chính điều này đã góp phần thúc đẩy cho sự phát triển mạnh mẽ của ngành xây dựng Trà Vinh trong thời gian qua như: Về cơ sở hạ tầng từ 20 km đường nhựa khi tái lập tỉnh, đến nay toàn tỉnh đã có 100% xã, phường, thị trấn trong tỉnh có đường nhựa đến trung tâm xã, hệ thống đường giao thông nông thôn được bê tông hóa. Nhiều công trình trọng điểm quốc gia được triển khai đầu tư trên địa bàn tỉnh, như: Trung tâm Hành chính tập trung của tỉnh, Nhà máy Nhiệt điện Duyên Hải, Kênh đào Trà Vinh, Khu kinh tế Định An, Khu công nghiệp Long Đức, Trường Đại học Trà Vinh, nâng cấp mở rộng toàn tuyến các Quốc lộ 53, 54, 60 và cầu Cổ Chiên nối liền Trà Vinh Bến Tre, rút ngắn khoảng cách đi thành phố Hồ Chí Minh,… hứa hẹn một tương lai mới, phát triển cho tỉnh Trà Vinh. Riêng trong lĩnh vực cấp nước nông thôn, đến cuối năm 2017, toàn tỉnh có 249 công trình cấp nước tập trung trên địa bàn 95 xã phường, thị trấn thuộc khu vực nông thôn, tổng công suất thiết kế 3.410m3/giờ.