Tài liệu Nghiên cứu chế tạo bê tông tính năng cao ứng dụng trong các công trình thủy lợi

  • Số trang: 88 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 72 |
  • Lượt tải: 0
nhattuvisu

Đã đăng 27125 tài liệu

Mô tả:

LỜI CẢM ƠN Sau thời gian thực hiện luận văn, với sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo và bạn bè đồng nghiệp cùng với sự nỗ lực không ngừng của bản thân, luận văn thạc sỹ với đề tài “Nghiên cứu chế tạo bê tông tính năng cao ứng dụng trong các công trình thủy lợi” đã hoàn thành. Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tác giả xin gửi lời cảm ơn tới thầy giáo hướng dẫn TS. Nguyễn Quang Phú đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn tới Trường Đại học Thủy lợi, Phòng đào tạo Đại học và Sau đại học, Khoa Công trình cùng toàn thể các thầy cô giáo đã giảng dạy, giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập cũng như thực hiện luận văn. Lời cảm ơn chân thành xin được gửi tới các bạn bè đồng nghiệp, cơ quan đã tạo điều kiện thuận lợi nhất cũng như hỗ trợ tác giả hoàn thành luận văn. Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đối với những người thân trong gia đình đã ủng hộ, động viên tác giả về mọi mặt trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2013 Học viên Nguyễn Thái Huy LỜI CAM ĐOAN Tôi là Nguyễn Thái Huy. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các nội dung và kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực, chưa từng được người nào công bố trong bất kỳ công trình nào khác. TÁC GIẢ Nguyễn Thái Huy MỤC LỤC MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài.......................................................................... 1 2. Mục đích của đề tài ................................................................................. 2 3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu........................................... 2 4. Kết quả dự kiến đạt được ....................................................................... 3 5. Nội dung của luận văn............................................................................. 3 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN.............................................................................4 1.1. Khái niệm về bê tông và bê tông tính năng cao ......................... 4 1.1.1. Khái niệm về bê tông ............................................................... 4 1.1.2. Khái niệm về bê tông tính năng cao ....................................... 6 1.2. Tình hình sử dụng bê tông và bê tông tính năng cao trên thế giới ......................................................................................................... 8 1.2.1. Tình hình sử dụng bê tông ..................................................... 8 1.2.2. Tình hình sử dụng bê tông tính năng cao ........................... 10 1.3. Tình hình sử dụng bê tông và bê tông tính năng cao tại Việt Nam...................................................................................................... 15 1.3.1. Tình hình sử dụng bê tông ở Việt Nam................................ 15 1.3.2. Tình hình sử dụng bê tông tính năng cao ở Việt Nam ....... 16 CHƯƠNG II. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG TÍNH NĂNG CAO .........................................................22 2.1. Các yêu cầu kỹ thuật và các tiêu chuẩn .................................... 22 2.1.1. Các yêu cầu kỹ thuật ............................................................. 22 2.1.1.1. Xi măng ............................................................................ 24 2.1.1.2. Phụ gia khoáng hoạt tính ................................................ 25 2.1.1.3. Phụ gia hóa học ............................................................... 34 2.1.1.4. Cốt liệu thô ...................................................................... 38 2.1.1.5. Cốt liệu mịn ..................................................................... 39 2.1.1.6. Nước ................................................................................ 40 2.1.2. Các tiêu chuẩn ....................................................................... 40 2.2. Các bước thiết kế thành phần bê tông tính năng cao .............. 43 2.2.1. Chọn độ sụt ............................................................................ 43 2.2.2. Lựa chọn kích thước tối đa của cốt liệu ............................... 43 2.2.3. Xác định khối lượng nước và hàm lượng không khí ......... 43 2.2.4. Lựa chọn tỷ lệ N/CKD ........................................................... 44 2.2.4.1. Công thức để xác định quan hệ giữa cường độ nén và tỷ lệ N/CKD .......................................................................................... 46 2.2.4.2. Xác định tỷ lệ N/CKD bằng các bảng tra của các tiêu chuẩn ............................................................................................ 49 2.2.5. Tính toán hàm lượng vật liệu kết dính ................................ 50 2.2.5.1. Chất kết dính chỉ có xi măng ........................................... 50 2.2.5.2. Chất kết dính bao gồm xi măng và muội silic ................. 50 2.2.5.3. Chất kết dính bao gồm xi măng và tro bay ..................... 51 2.2.5.4. Chất kết dính là xi măng+MS+FA .................................. 52 2.2.6. Xác định thành phần cốt liệu thô (đá) ................................. 53 2.2.7. Cốt liệu mịn - Hàm lượng cát............................................... 54 2.2.8. Định tỷ lệ các phụ gia hóa học ............................................. 55 2.2.8.1. Các chất giảm nước và chất làm chậm đông cứng ......... 55 2.2.8.2. Các chất giảm nước mạnh (PGSD) ................................. 55 2.2.9. Các hỗn hợp thử nghiệm ...................................................... 56 2.2.10. Lựa chọn các tỷ lệ trộn hợp lý ............................................ 58 CHƯƠNG III. ỨNG DỤNG THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG TÍNH NĂNG CAO CHO MỘT SỐ HẠNG MỤC CỦA CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỢI .........................................................................................................59 3.1. Một số ứng dụng bê tông tính năng cao trong các công trình thủy lợi ................................................................................................ 59 3.2. Vật liệu và thiết kế cấp phối HPC thí nghiệm .......................... 62 3.2.1. Vật liệu sử dụng trong thí nghiệm ....................................... 62 3.2.1.1. Xi măng ............................................................................ 62 3.2.1.2. Phụ gia khoáng ................................................................ 62 3.2.1.3. Cốt liệu nhỏ ..................................................................... 62 3.2.1.4. Cốt liệu lớn ...................................................................... 63 3.2.1.5. Phụ gia hóa học ............................................................... 63 3.2.1.6. Nước trộn bê tông ............................................................ 64 3.2.2. Thiết kế thành phần cấp phối HPC ...................................... 64 3.3. Các kết quả thí nghiệm ............................................................... 65 3.3.1. Kết quả thí nghiệm độ sụt và khối lượng đơn vị của hỗn hợp bê tông .............................................................................................. 65 3.3.2. Kết quả thí nghiệm cường độ nén ........................................ 66 3.3.3. Kết quả thí nghiệm cường độ kéo ......................................... 67 3.3.4. Kết quả thí nghiệm môđun đàn hồi ...................................... 69 3.3.5. Kết quả về quá trình phát triển cường độ ............................ 71 3.4. Nhận xét các kết quả thí nghiệm ............................................... 72 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................... 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 78 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Tòa nhà Scotra Plaza Toront - Thụy Sĩ .......................................... 12 Hình 1.2. Cầu vượt biển bắc qua vịnh Giao Châu - Trung Quốc................... 12 Hình 1.3. Tòa nhà Keangnam 71 tầng cao 336m ........................................... 18 Hình 1.4. Hầm Thủ Thiêm ở TP Hồ Chí Minh ................................................ 18 Hình 1.5. Hầm thủy điện Hòa Bình ................................................................. 21 Hình 1.6. Cửa van cung tràn - Nhà máy thủy điện Ba Đạt............................. 21 Hình 2.1. Quan hệ giữa cường độ bê tông với tỷ lệ CKD/N ........................... 47 Hình 2.2. Quan hệ giữa cường độ bê tông với tỷ lệ N/CKD ........................... 48 Hình 3.1. Dốc nước thủy điện Sơn La ............................................................. 60 Hình 3.2. Cánh tràn piano thủy điện Văn Phong - Bình Định ....................... 60 Hình 3.3. Mặt tràn thủy điện Nậm Chiến - Sơn La ......................................... 61 Hình 3.4. Đập Thảo Long - Thừa Thiên Huế .................................................. 61 Hình 3.5. Kết quả kiểm tra cường độ nén của bê tông với N/CKD=0,4 ........ 67 Hình 3.6. Kết quả kiểm tra cường độ nén của bê tông với N/CKD=0,22 ...... 67 Hình 3.7. Kết quả kiểm tra cường độ kéo của bê tông với N/CKD=0,4......... 68 Hình 3.8. Kết quả kiểm tra cường độ kéo của bê tông với N/CKD=0,22....... 69 Hình 3.9. Kết quả kiểm tra môđun đàn hồi của bê tông với N/CKD=0,4 ...... 70 Hình 3.10. Kết quả kiểm tra môđun đàn hồi của bê tông với N/CKD=0,22 .. 70 Hình 3.11. Quá trình phát triển cường độ nén theo thời gian với N/CKD=0,4 ......................................................................................................................... 71 Hình 3.12. Quá trình phát triển cường độ nén theo thời gian với N/CKD=0,22 ......................................................................................................................... 71 Hình 3.13. Quá trình phát triển cường độ kéo theo thời gian với N/CKD=0,4 ......................................................................................................................... 72 Hình 3.14. Quá trình phát triển cường độ kéo theo thời gian với N/CKD=0,22 ......................................................................................................................... 72 Hình 3.15: Biến thiên về độ sụt so với mẫu đối chứng ................................... 73 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Một số quy định về cấp độ chất lượng của bê tông tính năng cao ... 7 Bảng 1.2. Một số hỗn hợp bê tông cường độ cao điển hình được sử dụng .... 10 Bảng 1.3. Một số cầu được thi công bằng bê tông cường độ cao ở Nhật ...... 13 Bảng 1.4. Một số cầu thi công bằng bê tông cường độ cao ở Mỹ .................. 14 Bảng 1.5. Một số cầu thi công bằng bê tông cường độ cao ở Pháp ............... 14 Bảng 1.6. Một số cầu thi công bằng bê tông cường độ cao ở Na Uy ............. 14 Bảng 2.1. Thành phần khoáng vật xi măng Việt Nam .................................... 25 Bảng 2.2. Phân loại phụ gia khoáng và các yêu cầu kỹ thuật cơ bản của phụ gia bê tông theo ASTM C618 .......................................................................... 27 Bảng 2.3. Yêu cầu về thành phần hóa học của tro bay loại F và loại C ........ 28 Bảng 2.4. Phân loại phụ gia hóa học theo ASTM C494 ................................. 35 Bảng 2.5. Các tiêu chuẩn thí nghiệm các đặc tính của bê tông...................... 40 Bảng 2.6. Các tiêu chuẩn thí nghiệm các cấp độ đặc tính đối với HPC ........ 41 Bảng 2.7. Dự tính lượng nước trộn cần thiết và hàm lượng không khí của bê tông tươi trên cơ sở sử dụng cát có độ rỗng 35%........................................... 44 Bảng 2.8. Quan hệ giữa cường độ nén và tỷ lệ CKD/N .................................. 47 Bảng 2.9. Giá trị tối đa N/CKD khuyên dùng đối với bê tông được sản xuất có chất giảm nước cao (HRWR) .......................................................................... 49 Bảng 2.10. Các giá trị khuyên dùng cho phần thay thế tro ............................ 51 Bảng 2.11. Đường kính lớn nhất của cốt liệu thô (đá) ................................... 54 Bảng 2.12. Thể tích của đá được đầm chặt trên một đơn vị thể tích bê tông, m3/1m3 bê tông (Vđ) ....................................................................................... 54 Bảng 3.1. Thành phần hóa học và các chỉ tiêu cơ lý của xi măng ................. 62 Bảng 3.2. Thành phần hóa học và các chỉ tiêu cơ lý của các phụ gia khoáng ......................................................................................................................... 62 Bảng 3.3. Các chỉ tiêu cơ lý của cốt liệu nhỏ ................................................. 63 Bảng 3.4. Các chỉ tiêu cơ lý của cốt liệu lớn .................................................. 63 Bảng 3.5. Các thuộc tính của phụ gia hóa học ............................................... 63 Bảng 3.6. Thành phần cấp phối HPC dùng trong thí nghiệm ........................ 65 Bảng 3.7. Kết quả kiểm tra bê tông tươi ......................................................... 65 Bảng 3.8. Kết quả kiểm tra cường độ nén của bê tông ................................... 66 Bảng 3.9. Kết quả kiểm tra cường độ kéo của bê tông ................................... 68 Bảng 3.10. Kết quả kiểm tra môđun đàn hồi của bê tông............................... 70 DANH MỤC VIẾT TẮT ASTM: CKD: CKD/N: DƯL: Đ/C: FA: HPC: HRWR: MC: MS: N/X: N/CKD: PGKHT: PGSD: Slag: SF: RA: XM: X/CKD: X/N: Hội hiệp vật liệu và thử nghiệm Hoa Kỳ Chất kết dính Tỷ lệ chất kết dính trên nước Dự ứng lực Tỷ lệ đá trên cát Tro bay Bê tông tính năng cao Chất giảm nước bậc cao Mêta caolanh Muội silic Tỷ lệ nước trên xi măng Tỷ lệ nước trên chất kết dính Phụ gia khoáng hoạt tính Chất giảm nước mạnh Xỉ lò cao dạng hạt Silica fume Tro trấu Xi măng Tỷ lệ xi măng trên chất kết dính Tỷ lệ xi măng trên nước 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Bê tông là loại vật liệu xây dựng có nhiều ưu điểm và thuộc loại vật liệu bền vững. Trong số các loại vật liệu xây dựng công trình, nó chiếm vị trí đặc biệt. Vị trí đặc biệt của bê tông không chỉ vì nó được dùng phổ biến mà điều quan trọng hơn là do tính năng kỹ thuật và phẩm chất của nó. Phẩm chất ấy không bị dừng lại mà ngày càng được cải thiện nâng cao không ngừng. Trước những yêu cầu ngày càng cao của thực tế sản xuất thì cường độ cơ học thuần túy của bê tông không còn là chuẩn mực duy nhất đối với vật liệu bê tông ngoài cường độ cao, bê tông còn cần phải có một số đặc tính khác, kể cả tính thẩm mĩ mà trước đây xem là phụ có thể trở thành quan trọng. Bê tông tính năng cao là loại bê tông đồng thời phải có cường độ cao và một tổ hợp các tính chất khác nhằm đảm bảo cho bê tông đạt chất lượng cao và có độ bền lâu như: Tính dễ đầm, dễ đổ Độ bền Cường độ ở tuổi ít ngày Tính ổn định thể tích Các tính chất ổn định theo thời gian Độ bền trong môi trường khắc nghiệt Trong công nghệ chế tạo bê tông người ta có thể giảm tỷ lệ N/X để nâng cao cường độ nén. Nếu việc giảm tỷ lệ này không vượt quá giới hạn của bê tông dẻo, phù hợp với công nghệ chế tạo thì chúng đồng thời cho kết quả cường độ cao và các tính năng yêu cầu khác cũng cao. Riêng trong lĩnh vực xây dựng các công trình thủy lợi, hiện nay rất nhiều hạng mục công trình cần sử dụng bê tông có tính năng cao mà việc sử 2 dụng bê tông thông thường không đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật, chính vì vậy việc sử dụng bê tông tính năng cao là rất cần thiết. Lựa chọn vật liệu phù hợp để sản xuất bê tông tính năng cao không những mang lại hiệu quả kinh tế cao mà còn đảm bảo được chất lượng công trình. Các loại vật liệu dùng để chế tạo bê tông tính năng cao cần được lựa chọn và phân tích. Trong việc sử dụng vật liệu để chế tạo, ngoài các thành phần cơ bản như xi măng, cát, đá, nước thì phụ gia hóa học đóng vai trò rất quan trọng trong việc thiết kế và thi công. Yêu cầu đặt ra là dùng vật liệu như thế nào để chế tạo bê tông tính năng cao đáp ứng được những yêu cầu kỹ thuật nhất định, qua đó đề xuất các phương án thiết kế cấp phối một cách hợp lý. Do vậy, đề tài “Nghiên cứu chế tạo bê tông tính năng cao ứng dụng trong các công trình thủy lợi” là một nhiệm vụ hết sức cần thiết. 2. Mục đích của đề tài - Nắm được tình hình sử dụng bê tông tính năng cao trong xây dựng nói chung và công trình thủy lợi nói riêng. - Kiến nghị lựa chọn loại vật liệu, thành phần vật liệu chế tạo bê tông tính năng cao dùng cho một số hạng mục quan trọng của các công trình thủy lợi. 3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu - Tổng hợp và thu thập tài liệu về các kết quả nghiên cứu của bê tông tính năng cao. - Phân tích các kết quả đã nghiên cứu. - Thí nghiệm trong phòng và phân tích các kết quả. 3 4. Kết quả dự kiến đạt được Đề xuất loại vật liệu sử dụng trong thiết kế cấp phối bê tông tính năng cao và thiết kế một số cấp phối HPC có sử dụng phụ gia giảm co ngót để đảm bảo một số yêu cầu kỹ thuật đề ra. 5. Nội dung của luận văn Mở đầu Chương I: Tổng quan 1.1. Khái niệm về bê tông và bê tông tính năng cao 1.2. Tình hình sử dụng bê tông và bê tông tính năng cao trên thế giới 1.3. Tình hình sử dụng bê tông và bê tông tính năng cao ở Việt Nam Chương II: Vật liệu và phương pháp thiết kế thành phần bê tông tính năng cao 2.1. Các yêu cầu kỹ thuật 2.2. Các bước thiết kế thành phần HPC Chương III: Ứng dụng thiết kế thành phần bê tông tính năng cao cho một số hạng mục của các công trình thủy lợi 3.1. Một số ứng dụng bê tông tính năng cao trong các công trình thủy lợi 3.2. Vật liệu và thiết kế cấp phối HPC thí nghiệm 3.3. Các kết quả thí nghiệm 3.4. Nhận xét các kết quả thí nghiệm Kết luận và kiến nghị 4 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN 1.1. Khái niệm về bê tông và bê tông tính năng cao 1.1.1. Khái niệm về bê tông Bê tông là loại vật liệu đá nhân tạo nhận được bằng cách đổ khuôn và làm rắn chắc một hỗn hợp hợp lý bao gồm chất kết dính, nước, cốt liệu (cát, sỏi hay đá dăm) và phụ gia. Thành phần hỗn hợp bê tông phải đảm bảo sao cho sau một thời gian rắn chắc phải đạt được những tính chất cho trước như cường độ, độ chống thấm v.v... Hỗn hợp nguyên liệu mới nhào trộn gọi là hỗn hợp bê tông hay bê tông tươi. Hỗn hợp bê tông sau khi cứng rắn và chuyển sang trạng thái đá được gọi là bê tông. Trong bê tông, cốt liệu đóng vai trò là bộ khung chịu lực. Hồ chất kết dính bao bọc xung quanh hạt cốt liệu, chúng là chất bôi trơn, đồng thời lấp đầy khoảng trống và liên kết giữa các hạt cốt liệu. Sau khi cứng rắn, hồ chất kết dính gắn kết các hạt cốt liệu thành một khối tương đối đồng nhất và được gọi là bê tông. Bê tông là loại vật liệu giòn, cường độ chịu nén lớn, cường độ chịu kéo chỉ bằng 1/15 đến 1/10 cường độ chịu nén. Để khắc phục nhược điểm này người ta thường đặt cốt thép vào để tăng cường khả năng chịu kéo của bê tông trong các kết cấu chịu uốn, chịu kéo. Loại bê tông này gọi là bê tông cốt thép. Vì bê tông và cốt thép có lực bám dính tốt, có hệ số dãn nở nhiệt xấp xỉ nhau, nên chúng có thể làm việc đồng thời. Nếu cốt thép được bảo vệ chống gỉ tốt thì sẽ cùng với bê tông tạo nên loại vật liệu có tuổi thọ cao. Cốt thép đặt trong bê tông có thể ở trạng thái thường, hoặc ở trạng thái ứng suất trước (dự ứng lực). 5 Chất kết dính có thể là xi măng các loại, thạch cao, vôi và cũng có thể là chất kết dính hữu cơ (polime). Trong bê tông xi măng cốt liệu thường chiếm 80 - 85%, còn xi măng chiếm 10 - 20% khối lượng. Bê tông và bê tông cốt thép được sử dụng rộng rãi trong xây dựng vì chúng có những ưu điểm như: Cường độ chịu lực cao, có thể chế tạo được những loại bê tông có cường độ, hình dạng và tính chất khác nhau. Giá thành rẻ, khá bền vững và ổn định đối với mưa nắng, nhiệt độ, độ ẩm. Tuy vậy bên cạnh đó chúng cũng tồn tại những nhược điểm như: Nặng (ρv =2200 - 2400kg/m3), cách âm, cách nhiệt kém (λ=1,05 -1,5kCal/m.0C.h), khả năng chống ăn mòn yếu. Để phân loại bê tông thường dựa vào những đặc điểm sau: Theo dạng chất kết dính phân ra: Bê tông xi măng, bê tông silicat (chất kết dính là vôi), bê tông thạch cao, bê tông chất kết dính hỗn hợp, bê tông polime, bê tông dùng chất kết dính đặc biệt...... Theo dạng cốt liệu phân ra: Bê tông cốt liệu đặc, bê tông cốt liệu rỗng, bê tông cốt liệu đặc biệt (chống phóng xạ, chịu nhiệt, chịu axit). Theo khối lượng thể tích phân ra: Bê tông đặc biệt nặng (ρv > 2500 kg/m3), chế tạo từ cốt liệu đặc biệt, dùng cho những kết cấu đặc biệt. Bê tông nặng (ρv = 2200 - 2500 kg/m3), chế tạo từ cát, đá, sỏi thông thường dùng cho kết cấu chịu lực. Bê tông tương đối nặng (ρv = 1800 - 2200 kg/m3), dùng chủ yếu cho kết cấu chịu lực. Bê tông nhẹ (ρv = 500 - 1800 kg/m3), trong đó gồm có bê tông nhẹ cốt liệu rỗng (nhân tạo hay thiên nhiên), bê tông tổ ong (bê tông khí và bê tông bọt), chế tạo từ hỗn hợp chất kết dính, nước, cấu tử silic nghiền mịn và chất 6 tạo rỗng, và bê tông hốc lớn (không có cốt liệu nhỏ). Bêtông đặc biệt nhẹ cũng là loại bê tông tổ ong và bê tông cốt liệu rỗng nhưng có ρv < 500 kg/m3. Do khối lượng thể tích của bê tông biến đổi trong phạm vi rộng nên độ rỗng của chúng cũng thay đổi đáng kể, như bê tông tổ ong dùng để cách nhiệt có r =70 - 85%, bê tông thủy công có r = 8 - 10%. Theo công dụng phân ra: Bê tông thường dùng trong các kết cấu bê tông cốt thép (móng, cột, dầm, sàn). Bê tông thủy công, dùng để xây đập, âu thuyền, phủ lớp mái kênh, các công trình dẫn nước. Bê tông dùng cho mặt đường, sân bay, lát vỉa hè. Bê tông dùng cho kết cấu bao che (thường là bê tông nhẹ). Bê tông có công dụng đặc biệt như bê tông chịu nhiệt, chịu axit, bê tông chống phóng xạ. 1.1.2. Khái niệm về bê tông tính năng cao Bê tông tính năng cao được gọi tắt là HPC (High Performace Concrete) là loại bê tông ngoài có cường độ chịu nén cao thì tính chống thấm, chống xâm thực, chống mài mòn cũng cao. Bê tông tính năng cao được nghiên cứu từ những năm 1970 đến nay và ngày càng được áp dụng trong các công trình biển và các công tình giao thông vận tải (cầu, đường, hầm). Đây là một dạng bê tông mới cho phép người thiết kế nghĩ đến kết cấu mới có khối lượng công trình nhỏ hơn nhưng đảm bảo chất lượng cao hơn. Trong thực tế loại bê tông này có tính khả thi, sử dụng xi măng và cốt liệu thông thường, hồ xi măng được cải thiện bằng cách cho thêm một vài chất siêu mịn gốc silic và cá chất siêu dẻo. 7 Trên thế giới, bê tông tính năng cao còn được định nghĩa theo các tiêu chí khác nhau. Theo ACI và NIST có quy định về khả năng thi công, các tính chất cơ học dài hạn (từ biến, co ngót) được cải thiện đáng kể, có cường độ sớm, độ bền cao, có tuổi thọ lâu dài trong các môi trường khắc nhiệt. Các nhà khoa học Nhật Bản cho rằng bê tông tự đầm cũng là loại tính năng cao [3]. Hiếm có tài liệu phân loại chất lượng tương đối chi tiết như quy định của Hiệp hội giao thông Mỹ. Theo tài liệu này, bê tông tính năng cao đã phân ra thành 4 cấp với các chỉ tiêu chất lượng như bảng 1.1. Tuy nhiên với điều kiện khí hậu như ở nước ta thì các tiêu chí thứ nhất và thứ 2 liên đến độ bền băng giá không cần quan tâm đến. Và với những kết cấu không chịu mài mòn thì chỉ tiêu thứ 3 cũng có thể bỏ qua. Các chỉ tiêu còn lại là rất cần thiết và thường có quan hệ gần gũi với nhau. Theo báo cáo kết quả đề tài “Nghiên cứu và ứng dụng bê tông chất lượng cao” của Thái Duy Sâm [9] thì bê tông tính năng cao được quy định về các cấp độ chất lượng như trong bảng 1.1. Bảng 1.1. Một số quy định về cấp độ chất lượng của bê tông tính năng cao Tính chất Độ bền băng giá (x= mô đun động tương đối sau 300 chu kì) Độ bền bong rộp (x= tỷ lệ bong trên bề mặt sau 50 chu kì) Phương pháp thử Cấp 1 AASHTO 60%≤x≤8 T161 ASTM 0% C666 Proc.A ASTM C 672 x=4,5 Mức chất lượng Cấp 2 Cấp 3 80%≤x x=2,3 x=0,1 Cấp 4 8 Tính chất Phương pháp thử Cấp 1 Mức chất lượng Cấp 2 Cấp 3 Độ mài mòn (x= chiều sâu 1,0>x≥0, trung bình của ASTM C944 2,0>x>1,0 0,5>x 5 của mẫu tính bằng mm) AASHTO Khả năng T277; 3000≥x>2 2000≥x> thấm Cl- (x= 800≥x ASTM 000 800 coulumbs) C1202 Cường độ ( x AASHTO = cường độ T22; ASTM 41≤x≤55 55≤x<69 69≤x<97 nén, MPa) C39 Đàn hồi (x= 40≤x<50 môđun đàn ASTM C157 24≤x<40 x≥50 GPa GPa hồi, GPa) 600.106 800.10 >x 6 Co ngót (x) ASTM C157 >x≥400. 400.10-6>x -6 ≥600.10 10-6 Từ biến (106 /đơn vị lực ASTM C512 0 0 0 nén) Cấp 4 x≥97 0 1.2. Tình hình sử dụng bê tông và bê tông tính năng cao trên thế giới 1.2.1. Tình hình sử dụng bê tông Tình hình phát triển sản xuất vật liệu xây dựng nói chung và sản xuất sản phẩm bê tông xi măng, bê tông cốt thép nói riêng: Ở những thế kỷ trước, công tác xây dựng cơ bản ít phát triển, tốc độ xây dựng chậm. Những năm 30 - 40 của thế kỷ XIX công nghiệp sản xuất xi măng pooclăng ra đời đã tạo ra một bước chuyển biến cơ bản trong xây dựng. Cho đến những năm 70 - 80 của thế kỷ XX bê tông cốt thép mới được sử dụng nhiều trong lĩnh vực xây 9 dựng. Loại vật liệu này có nhiều tính ưu việt đã phát triển nhanh chóng và chiếm vị trí quan trọng trong các loại vật liệu xây dựng. Trong quá trình nghiên cứu và thực tiễn sử dụng người ta ngày càng hoàn thiện các phương pháp tính toán kết cấu, ngày càng phát huy được tính ưu việt và hiệu quả sử dụng chúng. Những năm đầu thế kỷ XX cấu kiện bê tông cốt thép đúc sẵn ra đời. Việc sản xuất cấu kiện bê tông đúc sẵn bằng thủ công đã dần được thay thế bằng các các phương pháp cơ giới. Việc nghiên cứu thành công dây chuyền công nghệ sản xuất các cấu kiện bê tông cốt thép và được đưa vào sản xuất đã tạo điều kiện ngày càng nhiều các nhà máy cấu kiện bê tông cốt thép đúc sẵn. Những thập niên vừa qua, các thành tựu về nghiên cứu lý luận cũng như về các phương pháp tính toán bê tông và bê tông cốt thép trên thế giới ngày càng thúc đẩy ngành công nghiệp sản xuất cấu kiện bê tông cốt thép đúc sẵn phát triển. Đặc biệt là thành công của việc nghiên cứu bê tông cốt thép ứng suất trước và ứng dụng nó vào sản xuất cấu kiện bê tông là một thành tựu hết sức to lớn. Nó cho phép tận dụng tốt các ưu điểm của bê tông mác cao với cốt thép có cường độ cao tiết kiệm được bê tông, cốt thép. Nhờ đó có thể thu nhỏ kích thước cấu kiện, giảm nhẹ được khối lượng, nâng cao khả năng chịu lực và khả năng chống nứt của cấu kiện bê tông cốt thép. Ngày nay ở những nước phát triển, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì việc công nghiệp hoá ngành xây dựng, cơ giới hoá thi công, lắp ghép cấu kiện bằng bê tông tông cốt thép và bê tông ứng suất trước cũng được nghiên cứu, phát triển và được sử dụng rộng rãi. Đặc biệt là trong ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp, với các cấu kiện đúc sẵn ngày càng phong phú đa dạng như: cột điện, dầm mái, dàn mái, ống nước, panen, cọc móng… đáp ứng đầy đủ và kịp thời các đòi hỏi của quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá ngày nay. 10 1.2.2. Tình hình sử dụng bê tông tính năng cao Theo tài liệu nghiên cứu của PSG.TS Phạm Duy Hữu [2, 3] tổng kết kết quả nghiên cứu của các nước trên thế giới và Việt Nam cho thấy thì bê tông cường độ cao đã được sử dụng từ năm 1975 tại Mỹ cho việc xây dựng các nhà cao tầng. Năm 1975 - 1976, các ngôi nhà từ 43 - 76 tầng đều dùng bê tông 62MPa, từ năm 1976 - 1990, các ngôi nhà ở Chicago với số tầng 50 - 70 được sử dụng bê tông 80MPa. Tương tự các ngôi nhà cao tầng ở Pháp, Đức (từ 40 tầng) đều sử dụng bê tông với từ 70 - 90MPa. Trong xây dựng cầu từ năm 1970 đến nay ở nhiều công trình trên nhiều quốc gia đã áp dụng bê tông cường độ cao. Bê tông cường độ cao thường được sử dụng cho các dầm cầu bê tông dư ứng lực với mục đích giảm tải trọng bản thân dầm và tăng chiều dài kết cấu nhịp. Năm 1970, ở Nhật Bản bê tông phổ biến (600 - 1200) kg/cm2. Ở Pháp năm 1989 bê tông cầu là (60 - 80)MPa. Các cầu ở Đức, Hà Lan, Mỹ, Trung Quốc đều đã sử dụng bê tông với cường độ nén khoảng từ 60MPa đến 100MPa. Các cấu kiện bê tông và bê tông lắp ghép trong kết cấu hạ tầng đô thị cũng đều sử dụng bê tông có cường độ nén không nhỏ hơn 20MPa [2]. Theo [1] đưa ra một số hỗn hợp bê tông cường độ cao điển hình sử dụng trong công trình xây dựng được liệt kê trong bảng 1.2. Bảng 1.2. Một số hỗn hợp bê tông cường độ cao điển hình được sử dụng trong công trình xây dựng Thành phần của bê tông Tỷ lệ N/X Quảng trường tháp nước Chicago 1975 0,35 Các công trình xây dựng Nhà cao Scotra tầng Cầu Plaza Joigtly, Larentien Toronto ne, Pháp 1987 Canada 1989 1984 0,37 0,27 0,31 Two Union Square 1988 0,25 11 Thành phần của bê tông Nước, l/m3 Xi măng, kg/m3 Muội Silic, kg/m3 Tro bay, kg/m3 Xỉ lò cao, kg/m3 Đá, kg/m3 Cốt liệu nhỏ, kg/m3 Phụ gia giảm nước, ml/m3 Phụ gia chậm ngưng kết, l/m3 Phụ gia siêu dẻo, l/m3 f'c ở 28 ngày, MPa f'c ở 91 ngày, MPa Quảng trường tháp nước Chicago 1975 195 Các công trình xây dựng Nhà cao Scotra Cầu tầng Plaza Joigtly, Larentien Toronto Pháp ne, 1987 1989 Canada 1984 165 135 145 Two Union Square 1988 130 505 451 500 315 513 - - 30 36 43 60 - - - - - - - 137 - 1030 1030 1100 1130 1080 630 745 700 745 685 975 - - 900 - - 4,5 1,8 - - - 11,25 14 5,9 15,7 64,8 79,8 92,5 83,4 119 78,6 87 106,5 93,4 145 12 Hình 1.1. Tòa nhà Scotra Plaza Toront - Thụy Sĩ Hình 1.2. Cầu vượt biển bắc qua vịnh Giao Châu - Trung Quốc Do có cường độ cao nên bê tông cường độ cao sẽ giúp giảm tiết diện cột chịu lực, tăng không gian sử dụng trong công trình nhà cao tầng. Tuy nhiên cùng với quá trình phát triển và nhu cầu của các ngành công nghiệp, bê tông cường độ cao đang ngày càng được sử dụng rộng rãi trong thi công các công trình trọng điểm.
- Xem thêm -