BÀI THIẾT KẾ CẤP PHỐI BÊ TÔNG

BÀI THIẾT KẾ CẤP PHỐI BÊ TÔNG

• Đăng bởi: dovuthaoquyen
• Sinh viên
• 01/06/2020

3.1. THIẾT KẾ CẤP PHỐI BÊ TÔNG NẶNG

3.1.1. Khái niệm

3.1.1.1. Khái niệm

Tính toán cấp phối bêtông là lựa chọn tỷ lệ phối hợp giữa các loại vật liệu như ximăng, nước, cát và đá dăm hay sỏi sao cho có được hỗn hợp bêtông đạt được yêu cầu về kĩ thuật, tiết kiệm vật liệu và giảm nhẹ chi phí cho quá trình sản xuất.

3.1.1.2. Cách biểu thị cấp phối

Theo khối lượng thành phần vật liệu: tính bằng kg cho 1m3 bêtông.

            Theo tỷ lệ khối lượng các thành phần, lấy ximăng làm chuẩn thì:

                        x : n : c : đ = X/X : N/X : C/X :Đ/X = 1 : n : c : đ

Ngoài ra, cũng có thể biểu thị cấp phối bằng thể tích, nhưng đối với bêtông thì hay dùng biểu thị bằng khối lượng hơn.

Ví dụ: Biểu thị cấp phối X = 300kg, N = 150kg, C = 600kg, Đ = 900kg theo tỷ lệ về khối lượng là x : n : c : đ = X/X : N/X : C/X :Đ/X = 1 : 0,5 : 2 : 3

3.1.1.3. Các loại cấp phối

            Cấp phối chuẩn là cấp phối cho cốt liệu khô (trong phòng thí nghiệm).

            Cấp phối công tác là cấp phối dựa trên cấp phối chuẩn, tính cho cốt liệu ở trạng thái độ ẩm tự nhiên (trong sản xuất).

3.1.2. Các điều kiện phải biết trước

            Để tính toán được thành phần bêtông, phải dựa vào một số điều kiện như:

            Yêu cầu về bêtông

Cường độ bêtông yêu cầu (lấy bằng mac bêtông yêu cầu theo cường độ nén nhân với hệ số an toàn 1,1 đối với các trạm trộn tự động; 1,15 đối với các trạm trộn thủ công...), tuổi cần đạt.

Các yêu cầu khác như cường độ uốn, độ chống thấm, chống mài mòn, chống co...

Yêu cầu về điều kiện thi công

Tính chất công trình như trên khô hay dưới nước, xâm thực, chịu tải trọng va chạm, mài mòn hay các yếu tố khác có ảnh hưởng đến cường độ bêtông trong thời gian sử dụng.

Đặc điểm của kết cấu công trình như hình dáng, kích thước cấu kiện, bố trí cốt thép,... mục đích là để lựa chọn độ dẻo của hỗn hợp bêtông và độ lớn của cốt liệu cho hợp lý.

Thời gian thi công, nhiệt độ, độ ẩm môi trường và các yêu cầu công nghệ khác:  vận chuyển bằng bơm, dỡ ván khuôn sớm. Từ đó xác định độ dẻo của hỗn hợp bêtông cho phù hợp và lựa chọn phụ gia.

Yêu cầu về nguyên vật liệu:

Ximăng      : yêu cầu phải biết loại ximăng, cường độ thực tế, phương pháp thí nghiệm cường độ.

Đá dăm hay sỏi: yêu cầu phải biết loại đá, khối lượng riêng, khối lượng thể tích xốp (đổ đống), đường kính hạt lớn nhất, độ hổng giữa các hạt...

Cát: yêu cầu phải biết loại cát, khối lượng riêng, môđun độ lớn, lượng hạt trên 5mm.

Phụ gia: yêu cầu phải biết loại phụ gia, năng lực giảm nước, khả năng làm chậm ninh kết, khả năng tăng cường độ...

Từ các chỉ tiêu kĩ thuật của nguyên vật liệu, tính toán lượng dùng của các thành phần cho hợp lý để đảm bảo bêtông có độ đặc chắc cao nhất nhưng vần tiết kiệm nhất.

3.1.3. Phương pháp tính toán kết hợp thực nghiệm

Dựa vào một số bảng tra có sẵn tiến hành tính toán cấp phối bêtông theo trình tự sau:

Bước 1       : Lựa chọn các thành phần định hướng.

Bước 2       : Chế tạo mẫu, kiểm tra các yêu cầu kĩ thuật, điều chỉnh lại cấp phối.

            Bước 3           : Lựa chọn thành phần chính thức

            Bước 4           : Chuyển thành phần chính thức sang thành phần bêtông hiện trường.

            Phương pháp này có nhiều ưu điểm hơn vì vừa kết hợp tính toán vừa kết hợp thực tế vật liệu nhưng không tốn kém nhiều chi phí thí nghiệm. Phương pháp này hiện nay được dùng rộng rãi đối với các loại bêtông bình thường.

3.1.4. Trình tự tính toán

1. Bước 1: Lựa chọn thành phần định hướng (tính lượng nguyên vật liệu cho 1m3 bêtông ở trạng thái khô)

• Xác định lượng nước nhào trộn (N)

Lượng nước trộn ban đầu cho 1m3 bêtông ghi ở bảng 3.1. Lượng nước được lập trong bảng này phù hợp với cốt liệu lớn là đá dăm, ximăng pooclăng thông thường PC và được xác định theo độ sụt, Dmax  của cốt liệu lớn, Mđl của cát và có giá trị không đổi khi lượng ximăng sử dụng cho 1m3 bêtông nằm trong khoảng 200 ÷ 400kg.

Khi sử dụng cốt liệu là sỏi, lượng nước tra bảng giảm đi 10lit. Khi sử dụng ximăng pooclăng hỗn hợp (PCB), pooclăng xỉ lượng nước tra bảng được cộng thêm 10lit. Khi sử dụng ximăng pooclăng puzolan (PCpuz), lượng nước tra bảng được cộng thêm 15lit.

 

Bảng 3.1. Lượng nước trộn ban đầu cần cho 1m3 Bêtông (lít) (viện KHCNXD)

Độ sụt Cm	Kích thước hạt lớn nhất của cốt liệu lớn Dmax, mm
	10			20			40			70
	Môđun độ lớn của cát, Mđl
	1,5-1,9	2,0-2,4	2,5-3,0	1,5-1,9	2,0-2,4	2,5-3,0	1,5-1,9	2,0-2,4	2,5-3,0	1,5-1,9	2,0-2,4	2,5-3,0
1÷2	195	190	185	185	180	175	175	170	165	165	160	155
3÷4	205	200	195	195	190	185	185	180	175	175	170	165
5÷6	210	205	200	200	195	190	190	185	180	180	175	170
7÷8	215	210	205	205	200	195	195	190	185	185	180	175
9÷10	220	215	210	210	205	200	200	195	190	190	185	180
11÷12	225	220	215	215	210	205	205	200	195	195	190	185

• Xác định tỷ lệ ximăng - nước (X/N)

Tính theo công thức Bolomey – Skramtaev:

Đối với bêtông thường, X/N = [1,4 ÷ 2,5]:

 →                (*)

Đối với bêtông cường độ cao,  X/N > 2,5:

 →               (**)

trong đó:    RX  - cường độ thực tế của ximăng.

Rb  - cường độ bêtông yêu cầu; lấy bằng mac bêtông yêu cầu theo cường độ nén nhân với hệ số an toàn 1,1 đối với các trạm trộn tự động; 1,15 đối với các trạm trộn thủ công.

A, A1   - hệ số kể đến chất lượng cốt liệu và phương pháp xác định mac ximăng được xác định theo bảng 3.2.

            Công thức (*) và (**) áp dụng để tính tỷ lệ X/N nhằm đạt cường độ nén của bêtông ở tuổi 28 ngày trên mẫu chuẩn kích thước 150x150x150mm theo TCVN 3118 – 1993.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bảng 3.2. Hệ số chất lượng vật liệu A và A1                 

Chất lượng vật liệu	Chỉ tiêu đánh giá	TCVN 6016 – 1995
		A	A1
Tốt	- Ximăng hoạt tính cao không trộn phụ gia thuỷ. - Đá sạch, đặc chắc, cường độ cao, cấp phối hạt tốt. - Cát sạch, Mđl = 2,4 ÷ 2,7	0,54	0,34
Trung bình	- Ximăng hoạt tính trung bình, pooclăng hỗn hợp, chứa 10 ÷ 15%phụ gia thuỷ. - Đá chất lượng phù hợp với TCVN 1771 – 1987 - Cát chất lượng phù hợp với TCVN 1770 – 1986, Mđl = 2,0 ÷ 3,4	0,50	0,32
Kém	- Ximăng hoạt tính thấp, pooclăng hỗn hợp chứa trên 15% phụ gia thuỷ - Đá có một chỉ tiêu chưa phù hợp với TCVN 1772 – 1987 - Cát mịn, Mđl > 2	0,45	0,29

• Xác định lượng ximăng (X) và phụ gia (PG)

Từ lượng nước và tỷ lệ X/N ta xác định được lượng ximăng cần dùng như sau:

X =    ; kg                 

Sau khi tính được lượng ximăng ta phải đem so sánh với lượng ximăng tối thiểu, nếu thấp hơn thì phải lấy lượng ximăng tối thiểu để tính toán tiếp. Lượng Xmin phụ thuộc vào môi trường sử dụng và phương pháp lèn chặt. Khi đó, để đảm bảo giữ nguyên cường độ của bêtông theo thíêt kế ban đầu thì tỷ lệ N/X phải không thay đổi, do đó lượng nước cũng phải tính lại.

Bảng 3.3.

Tính chất công trình	Lượng xi măng tối thiểu ( kgX/m3BT)
	Đầm tay	Đầm máy
Công trình ngập trong nước Công trình chịu mưa nắng Công trình trong nhà có mái che	265 250 220	240 220 200

Khi lượng ximăng tính được lớn hơn 400kg, cần hiệu chỉnh lại lượng nước. Lượng nước hiệu chỉnh tính bằng công thức:

       ; lit                 

trong đó:        Nhc      - lượng nước hiệu chỉnh, lit

                                                N                     - lượng nước tính toán ban đầu, lit

                                                X/N     - tỷ lệ ximăng trên nước tính ở trên.

Sau đó giữ nguyên tỷ lệ X/N, tính lại lượng ximăng theo lượng nước đã hiệu chỉnh.

Hàm lượng phụ gia được tính theo %  hàm lượng ximăng.

• Xác định lượng đá dăm hay sỏi (Đ)

                                                                                                                        Đ =          ; kg                             

trong đó:        rđ         - độ rỗng giữa các hạt đá, % = 1 – klr (kltt) of đá/ kltt xốp của đá

                                                kd        - hệ số dư vữa hợp lý

γx oĐ, γaĐ = γoĐ       - khối lượng thể tích xốp và khối lượng riêng (kl thể tích của đá), kg/lit

Đối với các hỗn hợp cần ĐS = 2 ÷ 12cm (trừ bêtông có yêu cầu cường độ uốn hoặc cường độ chống thấm nước), hệ số dư vữa hợp lí kd đựơc xác định theo bảng 3.4 trên cơ sở thể tích hồ ximăng và Mđl của cát.

            Thể tích hồ ximăng được tính bằng công thức:

                                                                                                            Vh =             ; lít                             

Trong đó:  Vh                    - thể tích hồ ximăng, lit

                                                            N                     - lượng nước cho 1m3 bêtông, lit

                                                            γaX         - khối lượng riêng của ximăng, g/cm3

Bảng 3.4. 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)

Mđl của cát	kd ứng với giá trị Vh = X/γaX + N (lit/m3)
	225	250	275	300	325	350	375	400	425	450
3,0 2,75 2,5 2,25 2,0 1,75 1,5	1,33 1,30 1,26 1,24 1,22 1,14 1,07	1,38 1,35 1,31 1,29 1,27 1,19 1,12	1,43 1,40 1,36 1,34 1,32 1,24 1,17	1,48 1,45 1,41 1,39 1,37 1,29 1,22	1,52 1,49 1,45 1,43 1,41 1,33 1,26	1,56 1,53 1,49 1,47 1,45 1,37 1,30	1,59 1,56 1,52 1,50 1,48 1,40 1,33	1,62 1,59 1,55 1,53 1,51 1,43 1,36	1,64 1,61 1,57 1,55 1,53 1,45 1,38	1,66 1,63 1,59 1,57 1,55 1,47 1,40

            Với các độ sụt khác, điều chỉnh kd như sau:

Khi bêtông có SN = 14 ÷ 18cm, kd tra bảng cộng thêm 0,1 đối với cát có Mđl < 2; cộng thêm 0,15 vói cát có Mđl = 2 ÷ 2,5; cộng thêm 0,2 đối với cát có Mđl > 2,5.

Khi bêtông có SN = 0 ÷ 1cm (Vêbe = 4 ÷ 8s), kd tra bảng trừ bớt 0,1 đối với cát có Mđl < 2 (nhưng giá trị cuối cùng không nhỏ hơn 1,05); trừ bớt 0,15 ÷ 0,2 vói cát có Mđl > 2,0 (nhưng giá trị cuối cùng không nhỏ hơn 1,1).

• Xác định lượng cát (C)

            Sau khi xác định được lượng nước (N), ximăng (X) và đá (Đ) ta có thể suy ra lượng cát từ phương trình (2) như sau:

    ; kg                 

Trong đó :  γaX, γaC, γaĐ (= γoĐ)         - khối lượng riêng của ximăng, cát, đá, kg/lit

• Lập 3 thành phần định hướng:

Thành phần 1: là thành phần cơ bản X, N, C, Đ được tính theo các bước như trên.

Thành phần 2: là thành phần tăng 10% ximăng so với lượng ximăng ở thành phần 1, nước giữ nguyên như thành phần 1, cát và đá tính lại theo thể tích vữa hồ mới.

Thành phần 3: là thành phần giảm10% ximăng so với lượng ximăng ở thành phần 1, nước giữ nguyên như thành phần 1, cát và đá tính lại theo thể tích vữa hồ mới.

Bảng 3.5.

Thành phần	X (kg)	N (kg)	C (kg)	Đ (kg)
1
2
3