CÔNG THỨC DỰ BÁO TÍNH NĂNG BÊ TÔNG CHẤT LƯỢNG CAO
TRONG ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU NÓNG
GS. TS. PHẠM DUY HỮU
TS. ĐÀO VĂN ĐÔNG
ThS. PHẠM DUY ANH
Viện KH và CN xây dựng GT
Trường Đại học Giao thông Vận tải
Tóm tắt: Bài báo trình bày về công thức dự báo nhiệt độ bê tông tươi và nhiệt độ trong
lõi và trên mặt của bê tông trong quá trình rắn chắc. Phương pháp điều chỉnh nhiệt độ bê tông
HPC và phương pháp thi công bê tông HPC trong điều kiện nóng. Giải pháp chủ yếu là hạ
thấp nhiệt độ của nước và cốt liệu trong bê tông tươi.
Summary: This article introduces the formula for predicting fresh concrete’s temperature
and the temperature of core and surface in the progress of harderning. Methods of adjustment
and contruction of HPC in hot weather are also presented. The main solution is to reduce the
temperature of water and aggregate in fresh concrete.
1. Công nghệ bê tông trong điều kiện khí hậu nóng
Bê tông chất lượng cao HPC thường có lượng xi măng khá cao 450 - 500 kg/m3. Vì vậy
nhiệt lượng toả ra lớn, khi thi công bê tông trong mùa hè nhiệt độ giới hạn trong lòng bê tông có
thể > 820C gây nứt bê tông.
Phương pháp nhào trộn, vận chuyển, đổ khuôn bê tông thông thường không được áp dụng
chính xác trong trường hợp khí hậu rất nóng.
TCT2
Tại Việt Nam, có thể qui định nhiệt độ không khí trên 300C được coi là khí hậu nóng. Tại
nhiệt độ này, nhiều vấn đề xẩy ra:
Tốc độ thuỷ hoá xi măng nhanh, thời gian ninh kết ngắn; Nước nhào trộn bay hơi nhanh;
Co ngót dẻo lớn hơn; Có ít thời gian hoàn thiện; Giảm độ ẩm tương đối; Hút nước khỏi bê tông
do nền hoặc ván khuôn; Khó khăn khi bảo dưỡng liên tục và bảo dưỡng từng phần; Khó khăn
khi sử dụng phụ gia cuốn khí.
Những vấn đề trên cần xem xét khi muốn chế tạo bê tông có chất lượng cao trong điều kiện
khí hậu nóng. Giải pháp căn bản là phải hạ thấp nhiệt độ bê tông tươi đến 200C và kết hợp với
các biện pháp hút nhiệt trong lõi bê tông bằng các ống dẫn nước lạnh đi qua bê tông.
Nhiệt độ bê tông phụ thuộc vào nhiệt độ vật liệu và nhiệt độ môi trường. Ở nhiệt độ cao
thời gian ninh kết giảm, bê tông sẽ sớm đông cứng và tính công tác giảm nhanh. Điều này sẽ
gây khó khăn khi thi công kết cấu cầu, đường.
Bê tông được thi công trong thời tiết nóng sẽ phát triển cường độ sớm nhưng nó sẽ mất
cường độ ở giai đoạn sau. Cường độ giai đoạn 3 ngày tăng khoảng 15% so với bê tông thi công
ở nhiệt độ thấp, nhưng cường độ chịu nén ở tuổi 28 ngày giảm khoảng 10%.
Nhiệt độ của hỗn hợp bê tông phụ thuộc vào nhiệt độ của cốt liệu, xi măng, nước, nhiệt độ
của môi trường. Cốt liệu cần giữ nơi thoáng mát, có mái che. Phun nước lên cốt liệu, nước bay
hơi sẽ làm giảm nhiệt độ của cốt liệu.
Nhiệt độ của nước ảnh hưởng rất lớn đến nhiệt độ bê tông. Sử dụng nước lạnh có tác dụng
tốt đến việc làm giảm nhiệt độ bê tông tươi.
Nếu nhiệt độ môi trường trên 350C, sử dụng nước lạnh không còn đạt hiệu quả. Lúc này
cần sử dụng nước đông băng. Các viên đá lạnh được nghiền nhỏ và trộn trực tiếp vào hỗn hợp.
Cần chắc chắn rằng các viên đá phải tan hoàn toàn khi kết thúc nhào trộn. Khả năng giảm nhiệt
độ của bê tông khi dùng nước đá dạng viên nhỏ tuỳ theo nhiệt độ của bê tông và liều lượng
nước đá từ 60 - 100 kg.
Nhiệt độ của cốt liệu và xi măng sẽ được giữ ở nhiệt độ thấp nhất khoảng 20-300C có thể
để nhiệt độ của bê tông dưới 250C. Nhiệt độ tốt nhất của bê tông tươi là 15-200C.
Cốt thép, ván khuôn, cốt liệu cần được phun nước lạnh ngay trước khi đổ bê tông. Cần
hoàn thành việc thi công bê tông trong thời gian ngắn nhất có thể.
Bê tông nên được đổ thành từng lớp mỏng khoảng 0.4-0.5 m để thời gian giữa các lần đổ là
ngắn, nhưng không nên quá mỏng để không bị khô quá nhanh. Bê tông ở lớp hoàn thiện cần
được che phủ cẩn thận tránh mất nước bề mặt. Bảo dưỡng ẩm nên tiến hành càng sớm càng tốt.
2. Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí và nhiệt độ bê tông tươi đến nhiệt độ bê tông
khi rắn chắc
Xuất tăng nhiệt độ là mức tăng nhiệt độ bê tông trên mặt và trong lõi khi nhiệt độ môi
trường tăng 10C và nhiệt độ bê tông tươi tăng 10C.
Qui luật thay đổi nhiệt độ bê tông từ 14-190C đã được công nhận tại Châu Âu. Mô phỏng
này cho phép xác định nhiệt độ trên mặt và nhiệt độ trong lõi bê tông ở nhiệt độ môi trường lớn
hơn 140C một cách gần đúng.
CT 2
Suất tăng nhiệt độ được trình bày ở bảng 1 và bảng 2 theo mô phỏng của EU.
Bảng 1. Suất tăng nhiệt độ bê tông ở lõi và mặt theo nhiệt độ bê tông tươi
TBT Tlõi TmặtXuất tăng nhiệt độ lõi bê tông Xuất tăng nhiệt độ mặt bê tông
14.5
19.0
47.0
51.8
36.4
39.5 1.07 0.68
Bảng 2. Suất tăng nhiệt độ ở lõi và mặt bê tông theo nhiệt độ không khí
Tkk Tlõi TmặtXuất tăng nhiệt độ lõi bê tông Xuất tăng nhiệt độ mặt bê tông
14 47.0 36.4 0.4 0.6
Công thức tổng quát để tính nhiệt độ bê tông không xét đến tốc độ gió là:
T
L = tL + (tbt - 14.50C)*1.07 + (tk - 14)*0.4 (1)
T
m = tm + (tbt - 14.50C)*0.68 + (tk - 14)*0.6 (2)
trong đó: tL và tm là nhiệt độ lõi và mặt của bê tông ứng với nhiệt độ của bê tông tươi là
14.50C và nhiệt độ của không khí là 140C. TL và Tm - nhiệt độ bê tông lõi và mặt của bê tông
ứng với nhiệt độ tbt và tk bất kỳ.
Trong xây dựng cầu, đường, nếu nhiệt độ bê tông tươi là 350C, nhiệt độ không khí xung
quanh bê tông là 340C thì nhiệt độ lớn nhất tại vùng lõi của cấu kiện bê tông.
Tính toán TL và Tm cho bê tông và nhiệt độ bê tông tươi là 350C và 250C được ghi ở bảng 3.
Bảng 3.
TBT TmTLΔT Trạng thái bê tông
35 81.7 61.3 20.4 Nứt
25 66.5 55.2 11.3 Không nứt
3. Điều chỉnh nhiệt độ của bê tông tươi
Để cải thiện chất lượng bê tông tránh các hiện tượng co ngót dẻo, co ngót khô, từ biến gây
nứt kết cấu trong quá trình thi công và khai thác, cần giữ nhiệt độ của bê tông tươi càng thấp
càng tốt. Muốn đạt được nhiệt độ của bê tông tươi thấp trong điều kiện khí hậu nóng, cần hạ
nhiệt độ của các thành phần của bê tông.
Phương trình cân bằng nhiệt của bê tông tươi:
C
bt.Gbt.Tbt = Cn.Gn.Tn + Cd.Gd.Td + Cc.Gc.Tc + Cx.Gx.Tx (3)
trong đó: C, G, T là nhiệt dung riêng, khối lượng và nhiệt độ của bê tông và các vật liệu thành phần.
Với Cn = 1; Cđ = Cc = Cbt = 0.22 ta có công thức sau:
CL CL X X n n
BT
CL X n
0.22(T G +T G )+T G
T= 0.22(G +G )+G (4)
trong đó: Tbt - nhiệt độ bê tông tươi; TCL, TX, Tn - nhiệt độ cốt liệu, xi măng, nước; GCL, GX, Gn -
khối lượng của cốt liệu, xi măng, nước
Đặt a = GCL/GX và N/X = Gn/GX, có: TCT2
XCL
BT
N
T+aT +4.5 T
X
T= N
1+a+4.5 X
n
(5)
Phân tích nhiệt độ bê tông tươi HPC với phạm vi thành phần và nhiệt độ của bê tông HPC
như sau:
tn = 50C - 310C thành phần bê tông HPC có GCL = 1100 + 700 = 1800 kg
Xi măng: 450kg. a = 1800/450 = 4.0
N/X = 0.25; 0.3; 0.4
Nhiệt độ cốt liệu là: 200C (mùa đông), 300C (mùa thu), 400C (mùa hè).
Nhiệt độ xi măng: 30, 35, 400C
Quan hệ giữa nhiệt độ bê tông và nhiệt độ cốt liệu từ 30 - 400C, nhiệt độ nước ở 50C, 200C
và 310C ghi bảng 4.
Khi nhiệt độ của nước tăng hoặc giảm 10C thì suất tăng nhiệt độ của bê tông tươi theo tỷ lệ
N/X và nhiệt độ của nước được ghi ở bảng 5.
Khi sử dụng nước đá ta có công thức sau:
CL CL X X n n nd
BT
CL X n nd
0.22(T ×G +T G )+T G -79.6G
T= 0.22(G +G )+G +G (6)
Như vậy để giảm nhiệt độ của bê tông tươi là 10C thì nhiệt độ của nước phải giảm:
ΔT = 1/KT (7)
trong đó KT là suất triết giảm nhiệt độ tra ở bảng 5.
Đối với bê tông thường N/X = 0.5 để giảm nhiệt độ bê tông tươi 10C giảm nhiệt độ của
nước là 3.30C. Đối với bê tông HPC N/X = 0.3 để giảm nhiệt độ bê tông tươi 10C giảm nhiệt độ
của nước là 4.30C
Bảng 4. Nhiệt độ bê tông tươi
Tn Tcl Tx N/X N/X N/X Tbt, 0C Tbt, 0C Tbt, 0C
0 20 30 0,25 0,3 0,35 17,82 17,14 16,52
0 40 40 0,25 0,3 0,35 32,14 30,92 29,80
5 20 30 0,25 0,3 0,35 18,80 18,28 17,79
5 40 40 0,25 0,3 0,35 33,12 32,06 31,07
6 20 30 0,25 0,3 0,35 19,00 18,50 18,05
6 40 40 0,25 0,3 0,35 33,32 32,29 31,33
20 20 30 0,25 0,3 0,35 21,75 21,68 21,62
20 40 40 0,25 0,3 0,35 36,07 35,46 34,90
21 20 30 0,25 0,3 0,35 21,94 21,91 21,87
21 40 40 0,25 0,3 0,35 36,27 35,69 35,15
30 20 30 0,25 0,3 0,35 23,71 23,95 24,17
30 40 40 0,25 0,3 0,35 38,03 37,73 37,45
31 20 30 0,25 0,3 0,35 23,91 24,18 24,43
31 40 40 0,25 0,3 0,35 38,23 37,96 37,70
CT 2
4. Kết luận
- Để thi công bê tông trong điều kiện khí hậu Việt Nam cần khống chế nhiệt độ bê tông
tươi từ 18-200C.
- Nhiệt độ cốt liệu từ 20-300C bằng cách làm lạnh
bằng nước đá. Bảng 5. Suất tăng nhiệt độ bê tông
tươi theo tỷ lệ N/X và nhiệt độ của nước
Tỷ lệ N/X
Suất tăng nhiệt độ bê
tông tươi khi nhiệt độ
của nước tăng 10C,
KT
0.25
0.30
0.35
0.40
0.50
0.20
0.23
0.26
0.30
0.33
- Các công thức (1), (2), (3), (4), (5) và các suất
tăng giảm nhiệt độ được dùng để tính toán nhiệt độ bê
tông trong quá trình thi công.
Tài liệu tham khảo
[1]. Phạm Duy Hữu. Công nghệ bê tông và bê tông đặc biệt.
NXB XD, 2005
[2]. Kenneth Derucher. Materials for civil and highway
engineers. Califfornia -1998
[3]. Les Betons a Hautes Performances- Malier-Paris-1992
[4]. High Perfomance Concrete- Okamura-Ozawa, K-1995.
[5]. Self Compacting Concrete-Kzumaca Ozawa and Masahiro Ouchi-TOKYO-2001♦