Tài liệu Nghiên cứu thành phần cấp phôi cốt liệu thủy tinh y tế để sản xuất bê tông

HUỲNH THỊ MỸ DUNG ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA --------------------------------------- HUỲNH THỊ MỸ DUNG KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN CẤP PHỐI CỐT LIỆU THỦY TINH Y TẾ ĐỂ SẢN XUẤT BÊ TÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP KHOÁ K32TV Đà Nẵng – Năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA --------------------------------------- HUỲNH THỊ MỸ DUNG NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN CẤP PHỐI CỐT LIỆU THỦY TINH Y TẾ ĐỂ SẢN XUẤT BÊ TÔNG Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình Dân dụng và Công nghiệp Mã số: 60 58 02 08 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. TRƯƠNG HOÀI CHÍNH 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 Huỳnh Thị Mỹ Dung MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................ v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ............................................................ i MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài ................................................................................................... 1 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .......................................................................... 1 3. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................................... 1 4. Kết quả dự kiến....................................................................................................... 2 5. Bố cục đề tài ........................................................................................................... 2 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU BÊ TÔNG ................................... 3 1.1. Khái niệm chung .................................................................................................. 3 1.2. Thành phần, cấu trúc và các loại bê tông ............................................................. 4 1.2.1. Vật liêu, thành phần của bê tông ............................................................... 4 1.2.2. Cấu trúc của bê tông.................................................................................. 5 1.2.3. Các loại bê tông ......................................................................................... 5 1.3. Cường độ của bê tông (R) .................................................................................... 5 1.3.1. Thí nghiệm mẫu xác định cường độ chịu nén ........................................... 6 1.3.2. Cường độ chịu kéo Rt ................................................................................ 7 1.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ bê tông ............................................ 9 1.4. Giá trị trung bình và giá trị tiêu chuẩn của cường độ ........................................ 15 1.4.1. Giá trị trung bình ..................................................................................... 15 1.4.2. Độ lệch quân phương, hệ số biến động ................................................... 15 1.4.3. Giá trị đặc trưng ...................................................................................... 15 1.5. Cấp độ bền và mác của bê tông ......................................................................... 16 1.5.1. Mác theo cường độ chịu nén ................................................................... 16 1.5.2. Cấp độ bền chịu nén ................................................................................ 16 1.5.3. Cấp độ bền chịu kéo Bt ........................................................................... 17 1.5.4. Mác theo khả năng chống thấm và theo khối lượng riêng ...................... 17 1.6. Các tính chất chủ yếu của hỗn hợp bê tông và bê tông ..................................... 17 1.6.1. Tính co nở thể tích của bê tông ............................................................... 17 1.6.2. Tính chịu nhiệt ........................................................................................ 18 1.6.3. Tính công tác của bê tông ....................................................................... 19 1.7. Kết luận chương 1 ............................................................................................. 21 CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU THAY THẾ CỐT LIỆU TRONG THÀNH PHẦN CHẾ TẠO BÊ TÔNG ..................................................................................... 22 2.1. Các loại cốt liệu chế tạo bê tông ........................................................................ 22 2.1.1. Cốt liệu mịn ............................................................................................. 22 2.1.2. Cốt liệu thô (đá dăm) .............................................................................. 23 2.1.3. Cốt liệu thô (thủy tinh y tế) ..................................................................... 25 2.2. Các nghiên cứu và ứng dụng của thủy tinh ....................................................... 29 2.2.1. Sợi thủy tinh .................................................................................................... 29 2.2.2. Thủy tinh bột ................................................................................................... 30 2.2.3. Thủy tinh bọt ................................................................................................... 30 2.2.4. Tái chế thủy tinh ............................................................................................. 30 2.3. Phương pháp xác định cường độ chịu nén (theo tiêu chuẩn Việt Nam 3118 : 1993) ............................................................................................................................ 31 2.3.1. Qui trình lấy mẫu, bảo dưỡng và thí nghiệm .......................................... 31 2.3.2. Thiết bị thử .............................................................................................. 32 2.3.3. Chuẩn bị mẫu thử .................................................................................... 32 2.3.4. Tiến hành thử .......................................................................................... 33 2.3.5. Tính kết quả............................................................................................. 33 2.3.6. Biên bản thử: ........................................................................................... 34 2.4. Xây dựng đề cương thí nghiệm ......................................................................... 34 2.5. Kết luận chương 2 ............................................................................................. 43 CHƯƠNG 3 THÍ NGHIỆM THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ SỰ THAY ĐỔI CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG THỦY TINH THEO THỜI GIAN.. ......................................................................................................................... 44 3.1. Thực hiện thí nghiệm ......................................................................................... 44 3.1.1 chuẩn bị vữa bê tông ................................................................................ 44 3.1.2. Đúc mẫu bê tông: .................................................................................... 46 3.1.3. Hình dáng và kích thước viên mẫu ......................................................... 47 3.1.4. Số tổ mẫu cần đúc ................................................................................... 48 3.1.5. Khuôn đúc mẫu ....................................................................................... 48 3.1.6. Đổ và đầm hỗn hợp bê tông trong khuôn. ............................................... 49 3.2. Tiến hành thí nghiệm mẫu thử ........................................................................... 50 3.2.1. Thí nghiệm cường độ nén bê tông 3 ngày tuổi: ...................................... 50 3.2.2. Thí nghiệm cường độ uốn bê tông 7 ngày tuổi: ...................................... 50 3.2.3. Thí nghiệm cường độ uốn bê tông 14 ngày tuổi: .................................... 51 3.2.4. Thí nghiệm cường độ uốn bê tông 28 ngày tuổi: .................................... 51 3.3. Tính kết quả ....................................................................................................... 51 3.4. Biểu đồ quan hệ cường độ của bê tông theo thời gian. .................................. 54 3.4.1. Biểu đồ quan hệ cường độ của bê tông thường và bê tông thủy tinh - cấp bền B15....................................................................................................................... 54 3.4.2. Biểu đồ quan hệ cường độ của bê tông thường và bê tông thủy tinh - cấp bền B20....................................................................................................................... 54 3.5. So sánh kết quả trên các mẫu thử ...................................................................... 55 3.6. Kết luận chương 3 ............................................................................................. 56 TÓM TẮT LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN CẤP PHỐI CỐT LIỆU THỦY TINH Y TẾ ĐỂ SẢN XUẤT BÊ TÔNG Học viên: Huỳnh Thị Mỹ Dung Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình Dân dụng và Công nghiệp Mã số: 60 58 02 08 Khóa: K32TV Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt - Bê tông là vật liệu được sử dụng rộng rãi trong xây dựng với khối lượng rất lớn. Khi tính toán thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép cần phải xác định được thành phần cấp phối hợp lí của bê tông.Quy chế Quản lý chất thải y tế (2007) đã bổ sung nội dung tái chế chất thải rắn (CTR) y tế không nguy hại làm căn cứ để các cơ sở y tế thực hiện. Tuy nhiên, nhiều địa phương chưa có cơ sở tái chế, do vậy việc quản lý tái chế các CTR y tế không nguy hại còn gặp nhiều khó khăn. Việc “Nghiên cứu thành phần cấp phối cốt liệu thủy tinh y tế để sản xuất bê tông” là cần thiết góp phần để xử lý lượng chất thải rắn trong y tế tại địa phương và tạo ra một sản phẩm xây dựng có khả năng ứng dụng vào thực tế. Trong luận văn này tác giảđã nghiên cứu sự thay đổi về cường độ chịu nén của bê tông thủy tinh theo thời gian, từ khi mẫu bê tông được 3 ngày tuổi cho đến khi 28 ngày tuổi. Nghiên cứu với hai cấp phối thủy tinh, mẫu thí nghiệm lập phương 15x15x15 cm được đúc, bảo dưỡng và thí nghiệm trong phòng. So sánh cường độ chịu nén giữa các cấp bền của bê tông đá dăm thông thường và bê tông cốt liệu thủy tinh, từ đó suy ra cấp bền của bê tông thuỷ tinh tương ứng. Từ khóa – Bê tông thủy tinh; Bê tông tái chế; Bê tông từ chai lọ thủy tinh; Vật liệu mới; Cốt liệu mới trong bê tông. RESEARCH ON THE COMPOSITION OF MEDICAL GLASS AGGREGATES FOR CONCRETE PRODUCTION Abstract – Concrete is the material that is widely used in construction with great volume. When calculating the structural design of concrete and reinforced concrete, it is necessary to determine the proper mix of concrete. The Medical Waste Management Regulation (2007) has added nonhazardous medical solid waste recycling as a basis for medical facilities. However, many localities do not have recycling facilities, so the management of recycling non-hazardous medical solid waste is still difficult. The "Research on the composition of medical glass aggregates for the concrete production" is necessary to contribute to the solid waste treatment in local health and to the creation of a viable construction product which is used in practice. In this thesis the author has studied the change in compressive strength of glass concrete over time, since the concrete is 3 days old until 28 days old. Study with two layers of glass, 15x15x15 cm cube samples were molded, maintained and tested in the lab. Comparison of compressive strength between durable grades of conventional macadam concrete and glass-reinforced concrete, thus inferring the durable grade of glass concrete. Key words – Glass - reinforced concrete; Recycled concrete; Concrete from glass bottles; New material; New aggregate in concrete. DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ASTM: Tiêu chuẩn Mỹ. B: Cấp độ bền của bê tông. CTR: Chất thải rắn. EN: Tiêu chuẩn châu Âu. M: Mác bê tông. N/X: Nước/xi măng. TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam. TB: Trung bình. Rb: Cường độ của bê tông. Rk: Cường độ chịu kéo của bê tông. Rn: Cường độ chịu nén của bê tông. Ru: Cường độ chịu uốn của bê tông. : Khối lượng riêng. DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang 2.1. Phân loại cốt liệu theo khối lượng riêng 23 2.2. Thời gian trộn hỗn hợp bê tông (phút) 32 2.3. Độ sụt hỗn hợp bê tông nên dùng cho các dạng kết cấu 34 2.4. Lượng nước trộn ban đầu cần cho 1m3 bê tông, lít 35 2.5. Hệ số chất lượng vật liệu A và A1 36 2.6. Hệ số quy đổi cường độ nén của bê tông ở các tuổi về cường độ bê tông 28 ngày kt 36 2.7. Hàm lượng xi măng tối thiểu trong 1m3 bê tông, kg 37 2.8. Hệ số dư vữa hợp lý (Kd) dùng cho hỗn hợp bêtông dẻo (ĐS = 2  12cm); cốt liệu lớn là đá dăm (nếu dùng sỏi, Kd tra bảng cộng thêm 0,06) 38 2.9. Vật liệu sử dụng trong thí nghiệm 40 2.10. Thành phần vật liệu cho 1m3 bêtông B15 (cốt liệu đá 1  2) 40 2.11. Thành phần vật liệu cho 1m3 bêtông B15 (50% đá + 50% Thủy tinh) 40 2.12. Thành phần vật liệu cho 1m3 bêtông B15 (100% cốt liệu thủy tinh) 41 2.13. Thành phần vật liệu cho 1m3 bêtông B20 (cốt liệu đá 1  2) 41 2.14. Thành phần vật liệu cho 1m3 bêtông B20 (50% đá + 50% Thủy tinh) 42 2.15. Thành phần vật liệu cho 1m3 bêtông B20 (100% cốt liệu thủy tinh) 42 2.16. Bảng tổng hợp các cấp phối cho 1m3 bê tông các loại 43 3.1. Kết quả thí nghiệm tổng hợp đối với cấp bền B15 53 3.2. Kết quả thí nghiệm tổng hợp đối với cấp bền B20 53 3.3. Sự chênh lệch cường độ chịu nén giữa Bê tông thường và Bê tông thủy tinh (50% đá+50% Thủy tinh) cấp bền B15 55 3.4. Sự chênh lệch cường độ chịu nén giữa Bê tông thường và Bê tông thủy tinh (100% Thủy tinh) cấp bền B15 55 3.5. Sự chênh lệch cường độ chịu nén giữa Bê tông thủy tinh (50% Thủy tinh và 100% Thủy tinh) cấp bền B15 55 3.6. Sự chênh lệch cường độ chịu nén giữa Bê tông thường và Bê tông thủy tinh (50% đá+50% Thủy tinh) cấp bền B20 55 3.7. Sự chênh lệch cường độ chịu nén giữa Bê tông thường và Bê tông thủy tinh (100% Thủy tinh) cấp bền B20 56 3.8. Sự chênh lệch cường độ chịu nén giữa Bê tông thủy tinh (50% Thủy tinh và 100% Thủy tinh) cấp bền B20 56 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Số hiệu hình Tên hình Trang 1.1. Mẫu thí nghiệm cường độ chịu nén 6 1.2. Sự phá hoại mẫu thử khối vuông 7 1.3. Thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo 8 1.4. Quan hệ giữa R và Rt theo thực nghiệm 9 1.5. Đường cong biểu thị sự phụ thuộc của cường độ bê tông và tỷ lệ xi măng trên nước Rb = f(X/N) và dạng của phương trình đường thẳng biểu thị cường độ của bê tông phụ thuộc vào tỷ lệ X/N khi X/N  2,5 và X/N >2,5 11 1.6. Sự phụ thuộc của cường độ bê tông nặng vào X/N khi mác xi măng khác nhau 12 1.7. Sự ảnh hưởng của mức độ lèn chặt hỗn hợp bê tông đến lượng nước thích hợp và cuờng độ 13 1.8. Quá trình thay đổi lượng nước trong cấu trúc gel của đá xi măng 17 1.9. Thiết bị xác định độ sụt của hỗn hợp bê tông 20 1.10. Thí nghiệm xác định độ chảy xòe của bê tông 21 2.1. Cấp phối hạt tốt cho cốt liệu nhỏ trong bê tông 22 2.2. Lựa chọn cỡ hạt lớn nhất của cốt liệu thô 24 2.3. Các dạng hạt đạt yêu cầu 25 2.4. Rác thủy tinh được phân loại tại nguồn 26 2.5. Rác y tế đã được phân loại và xử lý 26 2.6. Lò đốt chất thải y tế không được tái chế 27 2.7. Rác thải thủy tinh y tế được phân loại 27 2.8. Rác thải nhựa y tế được phân loại 27 2.9. Rác thải được chuyển giao đến nơi tái chế 27 2.10. Chai lọ thủy tinh được tập kết 27 2.11. Tách nút lọ thủy tinh 27 2.12. Bốc các nhãn nhựa 28 2.13. Chai lọ được ngâm và rửa lại bằng nước sạch 28 2.14. Chai lọ thủy tinh có vỏ keo giấy được ngâm vào hố 28 2.15. Chai lọ sau 3 ngày được ngâm trong chất tẩy 28 2.16. Chai lọ được phơi khô 29 2.17. Chai lọ được thu gom vào bao chờ xử lý 29 2.18. Chai lọ được đập vỡ bằng búa và phân loại 29 2.19. Ray để loại bỏ các mãnh thủy tinh có độ thoi dẹt lớn 29 2.20. Thủy tinh được phân loại 29 2.21. Vận chuyển cốt liệu thủy tinh đến nơi thí nghiệm 29 3.1. Cân cát nghiền 44 3.2. Cân đá 44 3.3. Cân thủy tinh 45 3.4. Cân xi măng 45 3.5. Trộn bê tông đá 45 3.6. Trộn bê tông thủy tinh 45 3.7. Bê tông đá 45 3.8. Bê tông thủy tinh 45 3.9. Chuẩn bị dụng cụ kiểm tra độ sụt – Cốt liệu đá tự nhiên 46 3.10. Đo độ sụt – Cốt liệu đá tự nhiên 46 3.11. Chuẩn bị dụng cụ kiểm tra độ sụt – Cốt liệu thủy tinh 46 3.12. Đo độ sụt – Cốt liệu thủy tinh 46 3.13. Chuẩn bị khuôn mẫu 47 3.14. Đổ bê tông vào khuôn 47 3.15. Láng mặt 47 3.16. Tháo khuôn 47 3.17. Các tổ mẫu 47 3.18. Bảo dưỡng bê tông 47 3.19. Kích thước và hình dáng mẫu 48 3.20. Vệ sinh khuôn đúc mẫu 49 3.21. Đổ và đầm bê tông 49 3.22. Mẫu bê tông được đưa vào máy nén 3 ngày tuổi 50 3.23. Mẫu bê tông bị phá hoại sau khi nén 3 ngày tuổi 50 3.24. Mẫu bê tông được đưa vào máy nén 7 ngày tuổi 50 3.25. Mẫu bê tông bị phá hoại sau khi nén 7 ngày tuổi 50 3.26. Mẫu bê tông được đưa vào máy nén 14 ngày tuổi 51 3.27. Mẫu bê tông bị phá hoại sau khi nén 14 ngày tuổi 51 3.28. Mẫu bê tông được đưa vào máy nén 28 ngày tuổi 51 3.29. Mẫu bê tông bị phá hoại sau khi nén 28 ngày tuổi 51 3.30. Kết quả thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của bê tông thường và bê tông thủy tinh - Cấp bền B15 54 3.31. Kết quả thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của bê tông thường và bê tông thủy tinh - Cấp bền B20 54 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Bê tông là vật liệu được sử dụng rộng rãi trong xây dựng với khối lượng rất lớn. Khi tính toán thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép cần phải xác định được thành phần cấp phối hợp lí của bê tông. Quy chế Quản lý chất thải y tế (2007) đã bổ sung nội dung tái chế chất thải rắn (CTR) y tế không nguy hại làm căn cứ để các cơ sở y tế thực hiện. Tuy nhiên, nhiều địa phương chưa có cơ sở tái chế, do vậy việc quản lý tái chế các CTR y tế không nguy hại còn gặp nhiều khó khăn. Trong thực tế hiện nay, các cơ sở y tế đặc biệt là các bệnh viện (BV) đã thải ra môi trường một lượng lớn các chất thải y tế, trong đó có chất thải rắn cụ thể chai lọ thuốc bằng thủy tinh. Do vậy đề tài “Nghiên cứu thành phần cấp phối cốt liệu thủy tinh y tế để sản xuất bê tông” là cần thiết, góp phần để xử lý lượng chất thải rắn trong y tế tại địa phương và tạo ra một sản phẩm xây dựng có khả năng ứng dụng vào thực tế. 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Vật liệu bê tông sử dụng cốt liệu thủy tinh. - Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu sự thay đổi về cường độ chịu nén của bê tông thủy tinh theo thời gian, từ khi mẫu bê tông được 3 ngày tuổi cho đến khi 28 ngày tuổi. Nghiên cứu với hai cấp phối thủy tinh, mẫu thí nghiệm lập phương 15x15x15 cm được đúc, bảo dưỡng và thí nghiệm trong phòng. So sánh cường độ chịu nén giữa các cấp bền của bê tông đá dăm thông thường và bê tông cốt liệu thủy tinh, từ đó suy ra cấp bền của bê tông thuỷ tinh tương ứng. 3. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp lí thuyết: Thu thập tài liệu; tìm hiểu lý thuyết tính chất cơ lý của vật liệu bê tông (bê tông thủy tinh) và các phương pháp xác định cường độ của bê tông. - Phương pháp thực nghiệm: Thiết kế thành phần cấp phối, tiến hành thí nghiệm xác định cường độ của mẫu bê tông theo hai lượng cấp phối khác nhau trên cùng một loại cốt liệu (cát, thủy tinh, xi măng), các vật liệu được lấy từ một nguồn. - Tổng hợp số liệu, lập biểu đồ qui luật thay đổi về giá trị cường độ chịu nén theo thời gian, nhận xét, rút ra kết luận và kiến nghị. 2 4. Kết quả dự kiến - Xây dựng biểu đồ quan hệ Giá trị cường độ chịu nén của bê tông thủy tinh theo thời gian. - Các bình luận đánh giá kết quả thí nghiệm và kiến nghị. 5. Bố cục đề tài Mở đầu 1. Lý do chọn đề tài 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3. Phương pháp nghiên cứu 4. Kết quả dự kiến Phần nội dung gồm 3 chương: Chương 1: Tổng quan về vật liệu bê tông Chương 2: Nghiên cứu thay thế cốt liệu trong thành phần chế tạo bê tông Chương 3: Thí nghiệm thực nghiệm đánh giá sự thay đổi cường độ chịu nén của bê tông thủy tinh theo thời gian 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU BÊ TÔNG 1.1. Khái niệm chung - Bê tông là hỗn hợp gồm: vật liệu đá nhân tạo và các chất kết dính vô cơ như: xi măng, vôi silic, thạch cao,...,và nước cùng với những cốt liệu khác như cát, sỏi, đá răm được trộn theo một tỷ lệ thích hợp tạo thành một khối bê tông rắn chắc khi đông cứng. - 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, chuyển sang trạng thái đá được gọi là bêtông. - 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 đầykhoảng trống và liên kết giữa các hạt cốt liệu. Sau khi cứng rắn, hồ chất kếtdính 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 thấp chỉ bằng 1/10 đến 1/15 cường độ chịu nén. - Bê tông nặng (  = 2200 – 2500 kg/m3), chế tạo từ cát, đá, sỏi thông thường dùng cho kết cấu chịu lực. Bê tông tương đối nặng ( = 1800 – 2200 kg/m3), dùng chủ yếu cho kết cấu chịu lực. Bê tông nhẹ ( = 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 tạo rỗng, và bê tông hốc lớn (không có cốt liệu nhỏ). - Trong bê tông ngoài những thành phần cơ bản trên (chất kết dính, nước, cốt liệu) có thể thêm vào những chất phụ gia nhằm cải thiện các tính chất của bê tông 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 tính chống thấm của bê tông. - Các thành phần tạo nên bê tông (cốt liệu, chất kết dính, nước, các phụ gia) trộn theo một tỷ lệ hợp lý, được nhào trộn đồng đều nhưng chưa bắt đầu quá trình ninh kết và rắn chắc được gọi là hỗn hợp bê tông. - Bê tông là một trong những loại vật liệu rất quan trọng được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực xây dựng 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, 4 tự động hóa quá trình sản xuất và thi công. Có thể tạo được nhiều loại bê tông có tính chất khác nhau. - Yêu cầu cơ bản của hỗn hợp bê tông là tính đồng nhất, không bị phân tầng tách nước, tính công tác tốt, thể hiện khả năng lưu động và mức độ dẻo của hỗn hợp tức khả năng chảy lấp đầy khuôn một cách liên tục và không rạn nứt bề mặt hỗn hợp bê tông. - 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, bể chứa nước, ống cống, chân cột cho các cổng, hàng rào, cột điện… 1.2. Thành phần, cấu trúc và các loại bê tông 1.2.1. Vật liêu, thành phần của 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 cỡ hạt khác nhau, loại bé là cát có kích thước 1 – 5 mm, loại lớn là sỏi hoặc đá dăm có kích thước 5 – 40 mm hoặc lớn hơn. Chất kết dính thường là xi măng trộn với nước hoặc các chất dẻo khác. - 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 dẻo của hỗn 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 bê tông trong thời gian đầu, có loại để tăng khả năng chống thấm. - 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 hỗn hợp bê tông có được độ dẻo (nhão) cần thiết lúc trộn, đổ khuôn và đầm chắc. Lượng nước tham gia phản ứng hóa hợp chỉ chiếm khoảng 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 các lỗ rỗng li ti trong cấu trúc của bê tông, làm giảm độ đặc chắc và cường độ của nó. - Nguyên lí tạo nên bê tông là dùng các cốt liệu lớn làm thành bộ xương, cốt liệu nhỏ lấp đầy khoảng trống và dùng chất kết dính để liên kết chúng lại thành một thể đặc chắc có khả năng chịu lực và chống lại các biến dạng. 5 1.2.2. Cấu trúc của bê tông - Bê tông có cấu trúc không đồng nhất vì hình dáng, kích thước các hạt cốt liệu khác nhau, sự phân bố của 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). - Quá trình khô cứng của bê tông xảy ra lâu dài, đó là quá trình thủy hóa xi măng, quá trình thay đổi sự cân bằng nước, sự giảm chất keo nhớt, sự tăng mạng tinh thể của đá xi măng. Quá trình đó làm cho bê tông trở thành vật liệu vừa có tính đàn hồi vừa có tính dẻo, thể hiện ra ở đặc tính biến dạng khi chịu lực và chịu tác động nhiệt ẩm của môi trường. 1.2.3. Các loại bê tông 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 chắc, 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/m3; bê tông nặng cốt liệu bé  = 1800 – 2200 kg/m3; bê tông nhẹ  = 500 – 1800 kg/m3; bê tông đặc biệt nặng  > 2500 kg/m3. - Theo thành phần có: bê tông thông thường, bê tông cốt liệu bé, bê tông chèn đá hộc. - 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, ... 1.3. Cường độ của bê tông (R) - 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 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, dùng cách ép lõm viên bi lên bề mặt bê tông. - Với bê tông cần xác định cường độ chịu nén và cường độ chịu kéo. 6 1.3.1. Thí nghiệm mẫu xác định cường độ chịu nén 1.3.1.1. Chuẩn bị mẫu thử - Mẫu có thể chế tạo bằng các cách khác nhau: lấy hỗn hợp bê tông đã được nhào trộn để đúc mẫu hoặc dùng thiết bị chuyên dùng khoan lấy mẫu từ kết cấu có sẵn. - Mẫu đúc từ hỗn hợp bê tông có hình dáng là khối vuông cạnh a (a = 100, 150, 200 mm), khối hình trụ có đáy vuông hoặc tròn. Hình 1.1. Mẫu thí nghiệm cường độ chịu nén - Với khối trụ tròn thường có diện tích đáy A = 200cm2; chiều cao h=2D=320 mm. - Khi khoan mẫu từ kết cấu có sẵn thường lấy mẫu trụ tròn có đường kính D = 50  150 mm; chiều cao h = (1  1,5)D. 1.3.1.2. Thí nghiệm mẫu - Thí nghiệm mẫu bằng máy nén. Tăng lực nén từ từ cho đến khi mẫu bị phá hoại. Gọi lực phá hoại là P thì cường độ của mẫu là R được xác định theo công thức R P A (1.1) A – diện tích tiết diện ngang của mẫu Đơn vị của R thường là Mpa hoặc kg/cm2 - Bê tông thường có R = 5  30 Mpa. Bê tông có R > 40 Mpa là loại cường độ cao. Hiện nay người ta có thể chế tạo được các loại bê tông đặc biệt có R  80 Mpa. 1.3.1.3. Sự phá hoại của mẫu thử - Khi bị nén, ngoài biến dạng co ngắn theo phương tác dụng của lực, bê tông còn bị nở ngang. Thông thường chính sự nở ngang quá mức làm cho bê tông bị nứt và bị phá 7 vỡ. Nếu hạn chế được mức độ nở ngang của bê tông có thể làm tăng khả năng chịu nén của nó. Trong thí nghiệm nếu không bôi trơn mặt tiếp xúc giữa mẫu thử và bàn nén thì tại đó sẽ xuất hiện lực ma sát có tác dụng cản trở sự nở ngang, kết quả mẫu bị phá hoại theo hai hình tháp đối đỉnh như trên hình 1.2b. Nếu bôi trơn mặt tiếp xúc để bê tông tự do nở ngang thì khi biến dạng ngang quá mức trong mẫu sẽ xuất hiện các vết nứt dọc và sự phá hoại xảy ra như trên hình 1.2c. Cường độ của mẫu được bôi trơn thấp hơn cường độ của khối vuông có ma sát. Hình 1.2. Sự phá hoại mẫu thử khối vuông 1 – Mẫu; 2 – Bàn máy nén; 3 – Ma sát; 4 – Bê tông bị ép vụn; 5 – Hình tháp phá hoại; 6 – Vết nứt dọc trong mẫu. - Cũng chính vì ảnh hưởng của ma sát làm cản trở biến dạng ngang mà với mẫu khối vuông khi tăng cạnh a thì R giảm và cường độ của mẫu hình trụ thấp hơn cường độ của mẫu khối vuông. 1.3.2. Cường độ chịu kéo Rt 1.3.2.1. Thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo - Thông thường người ta làm mẫu chịu kéo có tiết diện vuông cạnh a hoặc mẫu chịu uốn tiết diện chữ nhật cạnh b x h. Cũng có thể tìm cường độ chịu kéo của bê tông bằng cách nén chẻ mẫu trụ tròn như trên hình 1.3c. Lúc này cường độ chịu kéo của của bê tông xác định theo công thức sau: R(t )  2P  lD (1.2) 8 Trong đó: P – Tải trọng tác dụng làm chẻ mẫu l – Chiều dài mẫu D – Đường kính mẫu Hình 1.3. Thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo 1.3.2.2. Quan hệ giữa cường độ chịu kéo và cường độ chịu nén - Cường độ chịu kéo và cường độ chịu nén đều phụ thuộc vào thành phần của bê tông nhưng mức độ có khác nhau. Chúng có quan hệ đồng biến như các kết quả thí nghiệm đã chỉ ra trên hình 1.4. Trong phần lớn trường hợp khi không cần làm thí nghiệm để xác định cường độ chịu kéo thì có thể lấy dựa vào cường độ chịu nén bằng cách tra bảng hoặc xác định dựa vào công thức thực nghiệm sau: R(t )  t R - Giá trị  t được lấy phụ thuộc vào loại bê tông và đơn vị của cường độ. Với bê tông nặng thông thường và đơn vị của R là MPa thì t  0, 28  0,30 - Nếu dùng quan hệ đường thẳng thì R(t )  0,6  0,06R - Nếu dùng quan hệ đường cong theo hệ số Ct thì R(t )  Ct R Ct  R  150 60 R  1300 (1.3)