Tài liệu Nghiên cứu sử dụng tỷ lệ phụ gia hợp lý để cải thiện chất lượng bê tông sử dụng đá trên địa bàn tỉnh quảng ngãi

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐINH VĂN KHANH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TỶ LỆ PHỤ GIA HỢP LÝ ĐỂ CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG BÊ TÔNG SỬ DỤNG ĐÁ TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH QUẢNG NGÃI LUẬN VĂN THẠC S Ĩ KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG Đà Nẵng- Năm 2019- ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐINH VĂN KHANH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TỶ LỆ PHỤ GIA HỢP LÝ ĐỂ CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG BÊ TÔNG SỬ DỤNG ĐÁ TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH QUẢNG NGÃI Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp Mã số : 858 02 01 LUẬN VĂN THẠC S Ĩ KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS. TS TRƯƠNG HOÀI CHÍNH Đà Nẵng - Năm 2019- LỜI CAM ĐOAN Tôi 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 công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận văn Đinh Văn Khanh LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp; với đề tài “NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TỶ LỆ PHỤ GIA HỢP LÝ ĐỂ CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG BÊ TÔNG SỬ DỤNG ĐÁ TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH QUẢNG NGÃI” là kết quả của quá trình cố gắng không ngừng của bản thân và được sự giúp đỡ, động viên khích lệ của các thầy, bạn bè đồng nghiệp và người thân. Qua trang viết này, tác giả xin gửi lời cảm ơn tới những người đã giúp đỡ tôi trong thời gian học tập - nghiên cứu khoa học vừa qua. Tôi xin tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đối với thầy giáo PGS.TS Trương Hoài Chính – Giảng viên Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng đã trực tiếp tận tình hướng dẫn cũng như cung cấp tài liệu, thông tin khoa học cần thiết cho luận văn này. Xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng, Khoa Xây dựng dân dụng và Công nghiệp đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành tốt công việc nghiên cứu khoa học của mình. Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp, đơn vị công tác đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện Luận văn. Tác giả luận văn Đinh Văn Khanh MỤC LỤC MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài ................................................................................................ 1 2. Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................................... 1 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ......................................................................2 4. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................2 5. Bố cục đề tài .......................................................................................................2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU BÊ TÔNG ...........................................3 1.1. BÊ TÔNG .................................................................................................................3 1.1.1. Khái niệm ......................................................................................................3 1.1.2. Phân loại .......................................................................................................3 1.2. CẤU TRÚC CỦA BÊ TÔNG ..................................................................................4 1.2.1. Sự hình thành cấu trúc của bê tông ............................................................... 4 1.2.2. Cấu trúc vĩ mô............................................................................................... 5 1.2.3. Cấu trúc vi mô............................................................................................... 5 1.3. CÁC THÀNH PHẦN CẤU TRÚC CỦA BÊ TÔNG ..............................................7 1.3.1. Xi măng.........................................................................................................7 1.3.2. Nước..............................................................................................................8 1.3.3. Cát .................................................................................................................8 1.3.4. Đá dăm ........................................................................................................12 1.3.5. Phụ gia bê tông ........................................................................................... 14 1.4. KẾT LUẬN ............................................................................................................17 CHƯƠNG 2. CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG .....................................18 2.1. CƯỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG ...............................................................................18 2.1.1. Khái niệm ....................................................................................................18 2.1.2. Cường độ chịu nén của bê tông (Rn) .......................................................... 18 2.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ bê tông: ............................................20 2.2. MÁC VÀ CẤP ĐỘ BỀN CỦA BÊ TÔNG ............................................................ 22 2.2.1. Mác bê tông ................................................................................................ 22 2.2.2. Cấp độ bền chịu nén.................................................................................... 23 2.3. BIẾN DẠNG CỦA BÊ TÔNG...............................................................................23 2.3.1. Biến dạng do co ngót ..................................................................................24 2.3.2. Biến dạng do tải trọng tác dụng ngắn hạn ..................................................24 2.3.3. Biến dạng do tải trọng tác dụng dài hạn – từ biến ......................................26 2.3.4. Biến dạng nhiệt ........................................................................................... 27 2.4. MÔ ĐUN ĐÀN HỒI CỦA BÊ TÔNG ..................................................................27 2.5. KẾT LUẬN ............................................................................................................28 CHUƠNG 3. THÍ NGHIỆM THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG KHI SỬ DỤNG PHỤ GIA ................................................29 3.1. CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA VẬT LIỆU THÍ NGHIỆM ........................... 29 3.1.1 Xi măng ........................................................................................................29 3.1.2 Cát ................................................................................................................30 3.1.3. Đá dăm đá phong hóa 1x2 cm ....................................................................31 3.1.4 . Nước...........................................................................................................33 3.1.5 . Phụ gia .......................................................................................................33 3.2. QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN:..................34 3.2.1. Thiết bị thí nghiệm ...................................................................................... 34 3.2.2 Chuẩn bị mẫu thử ......................................................................................... 34 3.2.3 Tiến hành thử ............................................................................................... 35 3.2.4 Tính kết quả .................................................................................................35 3.3. XÁC ĐỊNH CẤP PHỐI, KẾ HOẠCH VÀ VẬT TƯ ĐÚC MẪU ........................ 36 3.3.1. Thành phần cấp phối theo Quyết định số 1329/QĐ-BXD ngày 19/12/2016 của Bộ Xây dựng về việc Công bố định mức sử dụng vật liệu [15]. ............................ 36 3.3.2. Thành phần cấp phối theo Quyết định số 1329/QĐ-BXD ngày 19/12/2016 của Bộ Xây dựng có sử dụng phụ gia [15] ....................................................................37 3.3.3. Xác định số lượng mẫu đúc thí nghiệm, chuẩn bị vật tư ............................ 37 3.4. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ SỤT BÊ TÔNG ..............................................39 3.6. TỔNG HỢP KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM NÉN MẪU CÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ ...42 3.7. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ....................................................................................... 43 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (BẢN SAO) PHỤ LỤC NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TỶ LỆ PHỤ GIA HỢP LÝ ĐỂ CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG BÊ TÔNG SỬ DỤNG ĐÁ TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH QUẢNG NGÃI Học viên: Đinh Văn Khanh. Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình DD và CN Mã số: : 858 02 01 Khóa: K34, Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN Tóm tắt: Hiện nay với tốc độ xây dựng cùng với trình độ khoa học công nghệ phát triển vượt bậc trong thành phần của hỗn hợp bê tông không chỉ là xi măng, đá, cát, nước mà còn sử dụng thêm nhiều loại phụ gia ... Phụ gia đã trở thành thành phần quan trọng trong hỗn hợp bê tông hiện đại và nó có tác động đến cấu trúc vi mô của bê tông. Khi cho phụ gia vào hỗn hợp thì phụ gia sẽ làm tăng độ linh động của các hạt xi măng, chúng làm giảm diện tích tiếp xúc giữa các hạt, làm giảm lực ma sát giữa các thành phần của hỗn hợp bê tông. Qua nghiên cứu bê tông cấp độ bền B12,5 và B15 có sử dụng phụ gia Sikament® NN (là phụ gia siêu dẻo, có tác dụng giảm nước đến 30%, tăng cường độ) thì cường độ của bê tông tăng lên một cách rõ rệt, đồng thời tính dẻo của hổn hợp của bê tông cũng tăng lên (bê tông có cấp độ bền B12,5 và B15 sử dụng xi măng PCB40 có độ sụt từ 6 đến 8 cm, khi sử dụng phụ gia độ sụt tăng lên từ 13 đến 18 cm). Cường độ của bê tông tăng khi tăng tỷ lệ phụ gia từ 0,6 đến 1%, tuy nhiên khi tăng tỷ lệ phụ gia lên đến 1,5% thì cường độ của bê tông không có quy luật. Lý do: Sử dụng tỷ lệ phụ gia 1,5% đối với cấp độ bền B12,5 và B15 là không phụ hợp. Từ khóa: Bê tông, tỷ lệ phụ gia, đá phong hóa, cường độ bê tông. RESEARCH TO USE THE REASONABLE ADOPTION RATE TO IMPROVE CONCRETE QUALITY OF USING STONE ON THE QUANG NGAI LOCATION Abstract: Nowadays, with the speed of construction with the scientific and technological level, we have developed remarkably in the composition of concrete not only cement, stone, sand and water but also many kinds of additives. Additives have become an important component in modern concrete mix and it has an impact on the microstructure of concrete. When added to the mixture, the additive will increase the flexibility of the cement particles, reducing the contact area between the particles, reducing the friction between the components of the concrete mixture. By studying the B12,5 và B15 grade of concrete using Sikament® NN (a superabsorbent admixture that reduces water content by 30%, increases strength and modulus of elasticity), the strength of the concrete increases markedly, while the plasticity of the concrete mixture increases (concrete has a B12,5 và B15 rating using PCB40 cement with a slump of 6 to 8 cm, when using sloping additive increased from 13 to 18 cm). Strength of concrete increases with an increase in the percentage of additives from 0.6 to 1%, but when increasing the percentage of additives up to 1.5%, the strength of the calf increases. no rules. Reason: Using the additive rate of 1.5% for durability B12,5 và B15 is not compatible. Key words: Concrete, additive ratio, weathered stone, concrete strength. DANH MỤC BẢNG BIỂU Số hiệu Tên bảng biều bảng biểu 1.1. Thành phần hạt nằm trong phạm vi cho phép theo TCVN 7570 – 2006 Trang 10 1.2. Các chỉ tiêu theo nhóm cát theo TCVN 7570 – 2006 11 1.3. Hàm lượng các tạp chất của cát dùng cho bê tông nặng 12 1.4. Mác của đá dăm từ đá thiên nhiên theo độ nén dập theo TCVN 7570 – 2006 13 1.5. Thành phần hạt của cốt liệu tích luỹ trên sàng 14 1.6. Hàm lượng bùn, bụi, sét trong cốt liệu lớn 14 3.1. Các chỉ tiêu yêu cầu kỹ thuật xi măng poóc lăng hỗn hợp 29 3.2. Các chỉ tiêu yêu cầu cát trộn bê tông 30 3.3. Kết quả phân tích thành phần hạt của đá dăm thí nghiệm 32 3.4. Các chỉ tiêu yêu cầu kỹ thuật nước đổ bê tông 33 3.5. Thành phần cấp phối bê tông B15, đá 1x2cm 36 3.6. Thành phần cấp phối bê tông B12,5, đá 1x2cm 36 3.7. 3.8. 3.9. 3.10. 3.11. 3.12. Thành phần cấp phối bê tông B15, đá 1x2cm, sử dụng phụ gia Thành phần cấp phối bê tông B12.5, đá 1x2cm, sử dụng phụ gia Bảng xác định số lượng mẫu đúc thí nghiệm cho cấp phối B12,5 Bảng xác định số lượng mẫu đúc thí nghiệm cho cấp phối B15 Xác định khối lượng vật tư của 12 mẫu cho cấp phối B12,5 Xác định khối lượng vật tư của 12 mẫu cho cấp phối B15 37 37 37 38 38 38 DANH MỤC HÌNH VẼ Số hiệu hình 1.1. 1.2. Tên hình Mô hình cấu trúc của bê tông Cấu trúc vùng chuyển tiếp giữa cốt liệu và đá xi măng Trang 5 6 1.3. Sự lan truyền vết nứt trong bê tông 6 1.4. Cấu trúc lỗ rỗng trong bê tông 7 1.5. Biểu đồ xác định thành phần hạt của cát 10 1.6. Biểu đồ xác định nhóm cát 11 2.1. Mẫu để thí nghiệm cường độ nén 19 2.2. Sự phá hoại mẫ u thử khối vuông 20 2.3. Đồ thị tăng cường độ theo thời gian 21 2.4. 2.5. Thí nghiệm và đồ thị ứng suất - biến dạng của bê tông Thí nghiệm và biểu đồ thể hiện biến dạng đàn hồi dẻo của bê tông 24 25 2.6. Đồ thị biễu diễn từ biến của bê tông 26 3.1. Cân cát 31 3.2. Cân đá 32 3.3. Cân nước 33 3.4. Phụ gia Sikament® NN 34 3.5. Nén mẫu đến phá hoại để xác định cường độ 36 3.6. Đo độ sụt và thiết bị đo 40 3.7. Kết quả thí nghiệm nén mẫu cấp phối B12,5 41 3.8. Kết quả thí nghiệm nén mẫu cấp phối B15 41 3.9. 3.10. Biểu đồ phát triển cường độ theo thời gian – Cấp phối B12,5 Biểu đồ phát triển cường độ theo thời gian – Cấp phối B15 42 42 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Ngày nay, với sự phát triển của công nghiệp hoá học đã làm thay đổi tính chất công nghệ trong sản xuất và sử dụng bê tông. Hàng loạt chất đã được nghiên cứu sử dụng làm phụ gia cho bê tông. Tại các nước phát triển hơn 80% tổng sản lượng bê tông có sử dụng phụ gia. Việc sử dụng các loại phụ gia đã thực sự trở thành một cuộc cách mạng trong lĩnh vực sản xuất và sử dụng bê tông được nhiều người, nhiều ngành quan tâm nghiên cứu nhằm tìm kiếm và phát huy những khả năng mới của phụ gia. Bằng việc sử dụng các phụ gia khác nhau người ta có thể chế tạo ra bê tông có cường độ đặc biệt cao, có độ đặc chặt, khả năng chống thấm và độ dẻo cao. Khi sử dụng phụ gia cho bê tông sẽ cải thiện các tính chất của bê tông cũng như hỗn hợp bê tông, cụ thể như tăng tính lưu động của hỗn hợp bê tông, giảm lượng dùng nước và xi măng, điều chỉnh thời gian ninh kết và rắn chắc, nâng cao cường độ và tính chống thấm của bê tông ... Phụ gia đã trở thành thành phần quan trọng trong hỗn hợp bê tông hiện đại và nó có tác động đến cấu trúc vi mô của bê tông. Khi cho phụ gia vào hỗn hợp thì phụ gia sẽ làm tăng độ linh động của các hạt xi măng, chúng làm giảm diện tích tiếp xúc giữa các hạt, làm giảm lực ma sát giữa các thành phần của hỗn hợp bê tông. Mặt khác phụ gia siêu dẻo có thể cho phép giảm nước khoảng 10 ÷ 30% vì vậy có thể tăng cường độ được khoảng 30%, giảm độ thấm, liên kết tốt hơn với cốt liệu và cốt thép, cường độ cao hơn và nâng cao tuổi thọ của kết cấu công trình bằng bê tông cốt thép. Đề tài: “Nghiên cứu sử dụng tỉ lệ phụ gia hợp lý để cải thiện chất lượng bê tông sử dụng đá trên địa bàn Tỉnh Quảng Ngãi” là phù hợp với thực tế và có ý nghĩa khoa học. 2. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hưởng của các tỷ lệ phụ gia đến sự phát triển cường độ (Rn) của bê tông theo thời gian. 2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Cường độ của bê tông (Rn) sử dụng đá phong hóa 1x2cm với cấp phối B12,5 và B150 khi sử dụng phụ gia. - Phạm vi nghiên cứu: Bê tông sử dụng phụ gia, các tỷ lệ phụ gia: 0,6%, 1%, 1,5% ảnh hưởng đến sự phát triển cường độ của bê tông theo thời gian. 4. Phương pháp nghiên cứu - Kết hợp nghiên cứu lý thuyết với thực hiện trong phòng thí nghiệm để nghiên cứu đề tài. - Khảo sát thực nghiệm. - Tổng hợp, phân tích rút ra kết luận. 5. Bố cục đề tài Ngoài phần mở đầu, kết luận và danh mục tài liệu tham khảo, luận văn được kết cấu thành 3 phần, cụ thể như sau: Chương 1. Tổng quan về vật liệu bê tông Chương 2. Các tính chất cơ lý của bê tông Chuơng 3. Thí nghiệm thực nghiệm xác định các tính chất cơ lý của bê tông khi sử dụng phụ gia. 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU BÊ TÔNG 1.1. BÊ TÔNG 1.1.1. Khái niệm Bê tông là loại vật liệu đá nhân tạo gồm: xi măng, nước, cốt liệu (cát, sỏi hay đá dăm) và phụ gia. Hỗn hợp nguyên liệu nhào trộn xong gọi là hỗn hợp bê tông hay bê tông tươi. Trong bê tông, cốt liệu đóng vai trò là bộ khung chịu lực. Chất kết dính và nước bao bọc xung quanh hạt cốt liệu đóng vai trò như chất bôi trơn, đồng thời lấp đầy khoảng trống giữa các hạt cốt liệu. Sau khi cứng rắn, chất kết dính gắn kết các hạt cốt liệu thành một khối đồng nhất và được gọi là bê tông. Bê tông có cốt thép gọi là bê tông cốt thép. Trong bê tông cốt liệu thường chiếm 80% ÷ 85%, còn xi măng chiếm từ 8% ÷ 15%. Bê tông và bê tông cốt thép được sử dụng rộng rãi trong công trình xây dựng vì chúng có những ưu điểm cường độ tương đối cao, có thể tạo được những loại bê tông có cường độ, hình dạng và tính chất khác nhau, giá thành rẻ, bền vững và ổn định đối với mưa nắng, nhiệt độ và độ ẩm. Tuy vậy, chúng còn có những nhược điểm: nặng v =2.200 ÷ 2.400 kG/m3, cách âm cách nhiệt kém (hệ số dẫn nhiệt λ=1,05 ÷ 1,5 kCal/m.0C.h), khả năng chống ăn mòn yếu. 1.1.2. Phân loại a. 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. b. 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 axít). 4 c. Theo khối lượng thể tích phân ra Bê tông đặc biệt nặng v >2.500 kG/m3, chế tạo từ cốt liệu đặc biệt nặng, dùng cho những kết cấu đặc biệt. Bê tông nặng v =2.200 ÷ 2.500 kG/m3 chế tạo từ cát, đá, sỏi dùng cho kết cấu chịu lực. Bê tông tương đối nặng v =1.800 ÷ 2.200 kG/m3 dùng cho kết cấu chịu lực. Bê tông nhẹ v =500 ÷ 1.800 kG/m3 trong đó gồm bê tông nhẹ cốt liệu rỗng (nhân tạo hay tự nhiên), bê tông tổ ong (bê tông khí và bê tông bọt) chế tạo từ hỗn hợp chất kết dính, nước, silic nghiền mịn và chất tạo rỗng, bê tông hốc lớn (không có cốt liệu nhỏ). Bê tông đặc biệt nhẹ cũng là loại bê tông tổ ong và bê tông cốt liệu rỗng nhưng có v <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 r = 8% ÷ 10%. d. Theo công dụng bê tông được 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, cầu, kênh, các công trình dẫn nước… Bê tông dùng cho mặt đường, sân bay, lát vỉa hè. Bê tông dùng cho các kết cấu bao che (thường là bê tông nhẹ). Bê tông có công dụng đặc biệt như bê tông chịu nhiệt, chịu axít, bê tông chống phóng xạ. 1.2. CẤU TRÚC CỦA BÊ TÔNG 1.2.1. Sự hình thành cấu trúc của bê tông Cấu trúc của bê tông được hình thành do sự sắp xếp các hạt cốt liệu trong bê tông cùng với sự thuỷ hoá của xi măng. 5 Các sản phẩm do xi măng thuỷ hoá dần tăng lên đến một lúc nào đó cấu trúc keo tụ chuyển sang cấu trúc tinh thể. Khoảng thời gian hình thành cấu trúc cũng như cường độ ban đầu của bê tông phụ thuộc vào thành phần bê tông, loại xi măng và loại phụ gia. 1.2.2. Cấu trúc vĩ mô Bê tông là một loại vật liệu có cấu trúc vĩ mô phức tạp. Xét trong một đơn vị thể tích hỗn hợp bê tông đã lèn chặt bao gồm: thể tích cốt liệu V cl, thể tích hồ xi măng Vhx, thể tích các lỗ rỗng khí Vk. Vcl + Vhx + Vk= 1, khi đầm nén hợp lý có thể coi Vk = 0 1.2.3. Cấu trúc vi mô a. Cấu trúc khung cốt liệu (Vùng 1): Được hình thành do sự chèn lấp các hạt cốt liệu nhỏ vào lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu lớn. Khi bê tông có cấu trúc khung cốt liệu tối ưu: bê tông có độ đặc cao; lượng xi măng và nước sẽ ít nhất. Hình 1.1: Mô hình cấu trúc của bê tông Trong đó: a: Cấu trúc có khung; b: Cấu trúc không có khung b. Cấu trúc vùng chuyển tiếp giữa cốt liệu và đá xi măng (Vùng 2) Vùng này có ảnh hưởng đến tính toàn khối và độ ổn định của bê tông. Chiều dày δ = 30 ÷ 50 µm. Vùng này gồm: các lỗ rỗng do nước bay hơi để lại, Ca(OH)2 tự do. Đối với bê tông thường: vùng này là vùng yếu nhất trong cấu trúc, khi bê tông bị phá hoại các vết nứt sẽ phát triển từ vùng này. 6 Đối với bê tông cường độ cao: vùng này sẽ được cải thiện bằng các chất phụ gia khoáng siêu mịn, phụ gia giảm nước, khả năng chịu lực sẽ tương đương với cốt liệu, khi bê tông bị phá hoại, các vết nứt sẽ đi xuyên qua cốt liệu. Hình 1.2. Cấu trúc vùng chuyển tiếp giữa cốt liệu và đá xi măng Hình 1.3. Sự lan truyền vết nứt trong bê tông 7 c. Cấu trúc của đá xi măng (Vùng 3) Vùng này chứa chủ yếu: chất kết tinh; lỗ rỗng gel, lỗ rỗng mao quản; hạt xi măng khan. d. Lỗ rỗng trong bê tông xi măng Lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu; Lỗ rỗng trong hạt cốt liệu; Lỗ rỗng trong đá xi măng (lỗ rỗng gel, lỗ rỗng mao quản) Hình 1.4. Cấu trúc lỗ rỗng trong bê tông 1.3. CÁC THÀNH PHẦN CẤU TRÚC CỦA BÊ TÔNG 1.3.1. Xi măng Là một loại chất kết dính thủy lực, được dùng làm vật liệu xây dựng. Xi măng được tạo thành bằng cách nghiền mịn clinker, thạch cao thiên nhiên và phụ gia. Khi tiếp xúc với nước thì xảy ra các phản ứng thủy hóa và tạo thành một dạng hồ gọi là hồ xi măng. Tiếp đó, do sự hình thành của các sản phẩm thủy hóa, hồ xi măng bắt đầu quá trình ninh kết sau đó là quá trình hóa cứng để cuối cùng nhận được một dạng vật liệu có cường độ và độ ổn định nhất định. Vì tính chất kết dính khi tác dụng với nước, xi măng được xếp vào loại chất kết dính thủy lực. Thật ra xi măng trong xây dựng có thể là thủy lực hoặc không thủy lực. Các loại xi măng thủy lực tỉ như xi măng 8 Portland cứng lại dưới tác động của nước do quá trình hydrat hóa khoáng vật, ở đây các phản ứng hóa học diễn ra không phụ thuộc vào lượng nước trong hỗn hợp nước-xi măng; loại xi măng này có thể giữ được độ cứng khi đặt chìm trong nước hoặc thường xuyên tiếp xúc với nước. Phản ứng hóa học xảy ra khi các xi măng khan được trộn với nước và sinh ra các hydrat không tan trong nước. Trong khi đó các xi măng không thủy lực như vữa thạch cao buộc phải để khô mới giữ được độ bền vật lý. Công dụng quan trọng nhất của xi măng chính là sản xuất vữa và bê tông, chất kết dính của các kết tủa tự nhiên hoặc nhân tạo để hình thành nên vật liệu xây dựng vững chắc, chịu được tác động thường thấy của môi trường. 1.3.2. Nước a. Vai trò của nước Nước là thành phần phản ứng với các khoáng vật của xi măng tạo ra các sản phẩm thủy hóa làm bê tông có cường độ. Nước còn tạo ra độ lưu động cần thiết để việc thi công được dễ dàng. b. Yêu cầu đối với nước Nước để chế tạo bê tông phải đảm bảo chất lượng, không gây ảnh hưởng đến sự đông kết và rắn chắc của xi măng và không gây ăn mòn thép. Nước dùng được là loại nước dùng cho sinh hoạt như nước máy, nước giếng. Các loại nước không được dùng là nước đầm, ao, hồ, nước cống rãnh, nước chứa dầu mỡ, nước có pH<4, nước có chứa muối khoáng sunfat lớn hơn 0,27% (tính theo lượng ion SO4--). Tuỳ theo mục đích sử dụng hàm lượng các tạp chất khác phải thoả mãn TCVN 302:2004. Ngoài ra, về mặt định tính cũng có thể đánh giá bằng so sánh cường độ của bê tông chế tạo bằng nước sạch và nước cần kiểm tra. 1.3.3. Cát a. Vai trò của cát Cát là cốt liệu nhỏ cùng với xi măng, nước tạo ra vữa xi măng để lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu lớn (đá, sỏi) và bao bọc xung quanh các hạt cốt liệu lớn tạo ra lộ lưu động của hỗn hợp bê tông và làm cho khối bê tông đặc 9 chắc. Cát cũng là thành phần cùng với cốt liệu lớn tạo ra bộ khung chịu lực cho bê tông. b. Yêu cầu đối với cát Cát dùng để chế tạo bê tông có thể là cát tự nhiên hay cát nhân tạo có cỡ hạt từ 0,14mm ÷ 5mm. Chất lượng của cát phụ thuộc vào thành phần khoáng, thành phần hạt và lượng tạp chất. b.1. Thành phần hạt Cát có thành phần hạt hợp lý thì độ rỗng của nó nhỏ, lượng xi măng sẽ ít, cường độ bê tông cao. Thành phần hạt của cát được xác định bằng cách lấy 1.000g cát (đã sấy khô) lọt dưới sàng có kích thước mắt sàng 5 mm để sàng qua bộ lưới sàng có kích thước mắt sàng lần lượt là 2,5; 1,25; 0,63; 0,315; 0,14 mm. Sau khi sàng cát trên từng lưới sàng có kích thước mắt sàng từ lớn đến nhỏ ta xác định lượng sót riêng biệt và lượng sót tích lũy trên mỗi sàng. Lượng sót riêng biệt a1(%), là tỷ số lượng sót trên mỗi sàng so với toàn bộ lượng cát đem thí nghiệm: ai = mi 100% m Trong đó: mi: lượng cát còn sót lại trên sàng i, g. m: lượng cát đem sàng, 1000g. Lượng sót tính lũy: Ai(%) trên mỗi sàng, tức là tổng lượng sót riêng biệt kể từ sàng lớn nhất a2,5 đến sàng cần xác định ai: Ai = a2,5 + a1,25 + ... + ai ,% 10 Bảng 1.1. Thành phần hạt nằm trong phạm vi cho phép theo TCVN 7570 – 2006 [8]. Kích thước lỗ sàng Lượng sót tích luỹ trên sàng, % khối lượng Cát thô Cát mịn 2,5 mm Từ 0 đến 20 0 1,25 mm Từ 15 đến 45 Từ 0 đến 15 630 mm Từ 35 đến 70 Từ 0 đến 35 315 mm Từ 65 đến 90 Từ 5 đến 65 140 mm Từ 90 đến100 Từ 65 đến 90 Lượng qua sàng 140 mm, không lớn hơn 10 35 Sau khi sàng phân tích và tính kết quả lượng sót tích lũy ta vẽ đường biểu diễn cấp phối hạt. Nếu đường biểu diễn cấp phối hạt nằm trong phạm vi cho phép thì loại cát đó có đủ tiêu chuẩn về thành phần hạt để chế tạo bê tông. Hình 1.5. Biểu đồ xác định thành phần hạt của cát b.2. Độ lớn Độ lớn của cát có ảnh hưởng đến lượng dùng xi măng và được xác định bằng mô đun độ lớn Mđl theo công thức sau: M đl = A2,5 + A1,25 + A0,63 + A0,315 + A0,14 100 11 Trong đó: A2,5 + A1,25 + A0,63 + A0,315 + A0,14 : Lượng sót tích lũy trên các sàng kích thước mắt sàng tương ứng là 2,5; 1,25; 0,63; 0,315 và 0,14mm. Theo môđun độ lớn, khối lượng thể tích xốp, lượng hạt nhỏ hơn 0,14 mm và đường biểu diễn thành phần hạt, cát dùng cho bê tông nặng được chia ra làm 4 nhóm: to, vừa, nhỏ và rất nhỏ. Bảng 1.2. Các chỉ tiêu theo nhóm cát theo TCVN 7570 – 2006 [8] Tên các chỉ tiêu - Mô đun độ lớn -Khối lượng thể tích xốp, kG/m3, không nhỏ hơn - Lượng hạt nhỏ hơn 0,14 mm tính bằng % khối lượng cát, không lớn hơn Mức theo nhóm cát To Vừa Nhỏ Rất nhỏ Lớn hơn 2,5 2 đến 1 đến nhỏ 0,7 đến nhỏ đến 3,3 2,5 hơn 2 hơn 1 1.400 1.300 1.200 1.150 10 10 20 35 Cát đảm bảo chỉ tiêu ở Bảng 1.2 thuộc nhóm to và vừa cho phép sử dụng cho bê tông tất cả các mác, cát nhóm nhỏ được phép sử dụng cho bê tông mác tới 300, còn cát nhóm rất nhỏ được phép sử dụng cho bê tông mác tới 100. Hình 1.6. Biểu đồ xác định nhóm cát