Giáo trình Bê tông xi măng 1 (Ngành: Công nghệ kỹ thuật vật liệu xây dựng - Cao đẳng) - Trường Cao đẳng Xây dựng số 1

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:117

Thêm vào BST

Báo xấu

5
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình "Bê tông xi măng 1 (Ngành: Công nghệ kỹ thuật vật liệu xây dựng - Cao đẳng)" được biên soạn với mục tiêu nhằm giúp sinh viên nắm được các kiến thức về: Khái niệm và phân loại về bê tông, bê tông cốt thép; vật liệu và công nghệ chế tạo các loại bê tông; tính chất của hỗn hợp bê tông, bê tông và các yếu tố ảnh hưởng tới chúng;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Bê tông xi măng 1 (Ngành: Công nghệ kỹ thuật vật liệu xây dựng - Cao đẳng) - Trường Cao đẳng Xây dựng số 1

BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG XÂY DỰNG SỐ 1 GIÁO TRÌNH BÊ TÔNG XI MĂNG 1 NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT VẬT LIỆU XÂY DỰNG TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số: 389 ĐT/QĐ-CĐXD1 ngày 30 tháng 9 năm 2021 của Hiệu trưởng trường CĐXD số 1 Hà Nội, năm 2021 1
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. 2
LỜI NÓI ĐẦU Giáo trình CÔNG NGHỆ BÊ TÔNG XI MĂNG 1 được biên soạn nhằm phục vụ cho giảng dạy và học tập cho trình độ Cao đẳng ngành Công nghệ kỹ thuật vật liệu xây dựng ở trường Cao đẳng Xây dựng số 1. CÔNG NGHỆ BÊ TÔNG XI MĂNG 1 là môn học chuyên ngành nhằm cung cấp các kiến thức cơ bản về các loại bê tông gồm: Khái niệm và phân loại; nguyên vật liệu chế tạọ; tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông; phương pháp thết kế và chế tạo các các loại bê tông cho ngành Xây dựng. Giáo trình CÔNG NGHỆ BÊ TÔNG XI MĂNG 1 do Ths. Phạm Thị Vinh Lanh thuộc bộ môn Cơ Xây dựng làm chủ biên đã và đang giảng dạy trực tiếp trong bộ môn. Giáo trình này được viết theo đề cương môn học Công nghệ bê tông xi măng 1. Nội dung gồm 05 chương sau: Chương 1: Khái quát chung về bê tông (BT) Chương 2: Bê tông thường (bê tông nặng). Chương 3: Bê tông Silicat (BTS) Chương 4: Bê tông nhẹ cốt liệu rỗng (BTNCLR) Chương 5: Bê tông tổ ong (BTTO) Trong quá trình biên soạn, tác giả đã được sự động viên quan tâm và góp ý của các đồng chí lãnh đạo, các đồng nghiệp trong và ngoài trường. Mặc dù có nhiều cố gắng, nhưng trong quá trình biên soạn, biên tập và in ấn khó tránh khỏi những thiếu sót. Chúng tôi xin được lượng thứ và tiếp thu những ý kiến đóng góp. Trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày……tháng……năm……… Tham gia biên soạn: ThS. Phạm Thị Vinh Lanh - Chủ biên 3
MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ...............................................................................................................................................3 CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC......................................................................................................................8 CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ BÊ TÔNG ....................................................................................9 I. KHÁI NIỆM CHUNG .......................................................................................................................9 1.1. Khái niệm và phân loại bê tông xi măng .........................................................................................9 1.2. Khái niệm về bê tông cốt thép .......................................................................................................11 1.3. Khái niệm về bê tông cốt thép ứng suất trước. ..............................................................................13 1.4. Sơ lược về tình hình phát triển cấu kiện BTCT đúc sẵn. ..............................................................16 II. HỖN HỢP BÊ TÔNG (HHBT) .......................................................................................................17 2.1. Tính chất cơ lý và đặc trưng lưu biến của HHBT .........................................................................17 2.2. Thành phần và nội lực tương tác. ..................................................................................................18 2.3. Sự hình thành độ nhớt kết cấu và tính xúc biến của HHBT. .........................................................18 2.2. Các loại HHBT và đặc trưng công nghệ của chúng ......................................................................22 III. QÚA TRÌNH RẮN CHẮC CỦA XI MĂNG VÀ SỰ HÌNH THÀNH CẤU TRÚC ĐÁ XI MĂNG......................................................................................................................................................30 3.1. Các dạng liên kết của nước ...........................................................................................................30 3.2. Sự rắn chắc của xi măng pooc lăng ...............................................................................................31 3.3. Cấu trúc đá xi măng ......................................................................................................................33 3.5. Đẩy nhanh sự rắn chắc bê tông ở nhiệt độ cao. .............................................................................36 3.6. Sự biến dạng về thể tích của bê tông trong quá trình rắn chắc. .....................................................37 4.2. Những tính chất của bê tông dưới ảnh hưởng của tác dụng vật liệu với nước ..............................42 4.3. Tính chất nhiệt lý của bê tông .......................................................................................................43 4.5. Tính chất đàn hồi – dẻo của bê tông..............................................................................................51 CHƯƠNG 2: BÊ TÔNG XI MĂNG CỐT LIỆU ĐẶC CHẮC ...................................................................55 I. VẬT LIỆU DÙNG CHO BÊ TÔNG NẶNG........................................................................................55 1.1. Xi măng. ........................................................................................................................................55 1.2. Phụ gia nghiền mịn........................................................................................................................57 1.3. Phụ gia hóa học. ............................................................................................................................58 1.4. Cốt liệu. .........................................................................................................................................59 1.5. Nước ..............................................................................................................................................64 II. NHỮNG LIÊN HỆ CƠ BẢN TRONG BÊ TÔNG. ............................................................................65 2.1. Những liên hệ xác định cường độ nén (Rn) của bê tông. ...............................................................65 2.2. Những liên hệ xác định lượng cần nước của hỗn hợp bê tông. .....................................................66 III. CHỌN CẤP PHỐI BÊ TÔNG ...........................................................................................................67 3.1. Các khái niệm. ...............................................................................................................................67 4
3.2. Cách xác định cấp phối cốt liệu hợp lý. ........................................................................................68 3.3. Xác định lượng dùng nước tối ưu trong hỗn hợp bê tông. ............................................................70 3.4. Xác định cấp phối bê tông bằng phương pháp tính toán kết hợp thực nghiệm của Bôlômây – Skeamtaev (phương pháp tích tuyệt đối)..............................................................................................71 3.5. Xác định cấp phối bê tông theo phương pháp lựa chọn hợp lý thông số hàm lượng không khí trong hỗn hợp .......................................................................................................................................72 IV. MỘT SỐ LOẠI BÊ TÔNG THÔNG DỤNG KHÁC CỦA BÊ TÔNG XI MĂNG DÙNG CỐT LIỆU ĐẶC CHẮC. ..................................................................................................................................73 4.1. Bê tông mác cao. ...........................................................................................................................73 4.2. Bê tông cốt liệu bé.........................................................................................................................74 4.3. Bê tông trang trí.............................................................................................................................74 4.4. Bê tông chịu muối, kiềm, axít. ......................................................................................................75 4.5. Bê tông chịu lửa. ...........................................................................................................................75 4.6. Bê tông xi măng Polime. ...............................................................................................................76 I. KHÁI NIỆM VÀ NHỮNG TÍNH CHẤT CƠ BẢN. .......................................................................78 1.1. Khái niệm. .....................................................................................................................................78 1.2. Tính chất........................................................................................................................................78 II. SỰ RẮN CHẮC CỦA BÊ TÔNG SILICAT ...................................................................................79 III. NGUYÊN LIỆU ...........................................................................................................................79 3.1. CKD vôi – silíc..............................................................................................................................79 3.2. Cốt liệu. .........................................................................................................................................80 3.3. Nước ..............................................................................................................................................80 3.4. Phụ gia ...........................................................................................................................................80 IV. NHỮNG TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA CHẤT KẾT DÍNH VÔI-SILIC.....................................80 4.1. Độ mịn. ..........................................................................................................................................80 4.2. Độ hoạt tính. ..................................................................................................................................80 4.3. Thời gian đông kết ........................................................................................................................81 V. CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI TÍNH CHẤT CỦA BÊ TÔNG SILICAT ............................81 5.1. Ảnh hưởng của loại vôi sử dụng. ..................................................................................................81 5.2. Ảnh hưởng của các nhân tố khác. .................................................................................................82 5.3. Các biện pháp để cải thiện tính chất của BTS. (7 biện pháp) .......................................................83 VI. CẤP PHỐI BÊ TÔNG SILICAT .................................................................................................83 6.1. Các thông số ban đầu cần có. ........................................................................................................83 6.2. Các phương pháp xác định cấp phối. ............................................................................................83 6.3. Xác định cấp phối bê tông silicat theo phương pháp tính toán kết hợp thực nghiệm ...................84 CHƯƠNG 4: BÊ TÔNG NHẸ CỐT LIỆU RỖNG (BTN CLR) .................................................................88 5
I. GIỚI THIỆU CHUNG .....................................................................................................................88 1.1. Khái niệm. .....................................................................................................................................88 1.2. Phân loại ........................................................................................................................................88 1.3. Tính chất kỹ thuật..........................................................................................................................89 II. CỐT LIỆU RỖNG TRONG BÊ TÔNG NHẸ CỐT LIỆU RỖNG ..................................................90 2.1. Phân loại cốt liệu rỗng. ..................................................................................................................90 2.2. Một số loại cốt liệu rỗng thường gặp. ...........................................................................................90 2.3. Thành phần cốt liệu rỗng. ..............................................................................................................91 III. CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI KHỐI LƯỢNG THỂ TÍCH VÀ CƯỜNG ĐỘ BTNCLR 93 3.1. Các nhân tố ảnh hưởng đến khối lượng thể tích. ...........................................................................93 3.2. Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ. ..........................................................................................94 IV. THIẾT KẾ CẤP PHỐI BÊ TÔNG NHẸ CLR THEO PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KẾT HỢP VỚI THỰC ( I.U. M. Bazrenov): .............................................................................................................95 4.1. Những vấn đề chung khi thiết kế cấp phối sơ bộ. .........................................................................95 4.2. Trình tự xác định cấp phối sơ bộ của bê tông nhẹ cốt liệu rỗng..................................................101 4.3. Điều chỉnh các thông số cấp phối bằng thực nghiệm. .................................................................102 CHƯƠNG 5: BÊ TÔNG TỔ ONG (BTTO) ..............................................................................................104 I. KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI .....................................................................................................104 1.1. Khái niệm. ...................................................................................................................................104 1.2. Phân loại. .....................................................................................................................................104 II. TÍNH CHẤT KỸ THUẬT CỦA BTTO ........................................................................................104 III. NGUYÊN VẬT LIỆU ĐỂ CHẾ TẠO BTTO ............................................................................106 3.1. Chất kết dính. ..............................................................................................................................106 3.2. Thành phần silic và cốt liệu.........................................................................................................106 3.3. Chất tạo rỗng. ..............................................................................................................................106 3.4. Các loại phụ gia khác. .................................................................................................................107 IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP TẠO RỖNG .........................................................................................107 4.1. Phương pháp tạo rỗng trong bê tông khí. ....................................................................................107 4.2. Tạo rỗng cho bê tông bọt.............................................................................................................108 4.3. Phương pháp hỗn hợp. ................................................................................................................109 V. CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI TÍNH CHẤT CỦA BTTO. ................................................109 5.1. Các nhân tố ảnh hưởng tới KLTT. ..............................................................................................109 5.2. Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ. ........................................................................................109 5.3. Ảnh hưởng của gia công chấn động đối với hỗn hợp bê tông khí ...............................................109 6
VI. THIẾT KẾ CẤP PHỐI BTTO THEO PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KẾT HỢP VỚI THỰC ( I.U. M. Bazrenov) ..................................................................................................................................110 6.1. Tính toán sơ bộ lượng dùng vật liệu cho 1m3 bê tông.................................................................110 6.2. Thí nghiệm hoàn chỉnh thành phần cấp phối. .............................................................................114 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..........................................................................................................................117 7
CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC Tên môn học: Công nghệ bê tông xi măng 1 Mã môn học: MH 21 Thời gian thực hiện môn học: 75 giờ (Lý thuyết: 30 giờ; Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập: 43 giờ; Kiểm tra: 2 giờ). I. VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MÔN HỌC - Vị trí của môn học: Môn học được bố trí học kì 2 của năm thứ 1, sau môn học Hóa lý Silicat. - Tính chất môn học: Là môn học cơ sở ngành. II. MỤC TIÊU MÔN HỌC - Về kiến thức: Trình bày được: - Khái niệm và phân loại về bê tông, bê tông cốt thép. - Vật liệu và công nghệ chế tạo các loại bê tông. - Tính chất của hỗn hợp bê tông, bê tông và các yếu tố ảnh hưởng tới chúng. - Ứng dụng của các dạng bê tông trong các công trình xây dựng. - Biện pháp nâng cao chất lượng các loại bê tông trong quá trình chế tạo. - Về kỹ năng - Thiết kế được các loại thành phần cấp phối bê tông khác nhau. - Thực hiện được thí nghiệm xác định một số chỉ tiêu cơ lí của cốt liệu chế tạo bê tông nặng, các tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông. - Đánh giá được chất lượng vật liệu và các loại bê tông. - Về thái độ: Hình thành thái độ nghiêm túc trong học tập. 8
CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ BÊ TÔNG Mục tiêu bài học: Trình bày được: - Khái niệm và phân loại về bê tông, bê tông cốt thép. -Tính chất của hỗn hợp bê tông, bê tông và các yếu tố ảnh hưởng tới chúng. - Biện pháp nâng cao chất lượng các loại bê tông trong quá trình chế tạo I. KHÁI NIỆM CHUNG 1.1. Khái niệm và phân loại bê tông xi măng a. Định nghĩa. Bê tông là vật liệu đá nhân tạo không nung được tạo thành từ hỗn hợp chất kết dính, cốt liệu, nước và có thể có phụ gia nhào trộn theo một tỉ lệ nhất định rắn chắc lại mà thành. Ưu điểm: + Cường độ chịu lực cao, tuổi thọ cao. + Không cháy. + Có thể chế tạo mọi hình dáng (dễ tạo hình). + Có cường độ nén biến đổi trong phạm vi rộng + Có thể chế tạo được bê tông có tính chất khác nhau + Có khả năng làm việc đồng thời với cốt thép + Giá thành tương đối rẻ vì sử dụng nguyên liệu địa phương. Nhược điểm: Giòn, bê tông chịu lực tương đối nặng, chịu kéo kém, chịu nhiệt kém và cách nhiệt kém. b. Phân loại. Có nhiều cách phân loại bê tông: + Theo khối lượng thể tích  o + Theo loại dùng chất kết dính. 9
+ Theo phạm vi sử dụng. + Theo phương pháp dưỡng hộ. + Theo tính công tác. b.1. Theo khối lượng thể tích  o ( thường được dùng nhất) Vì khối lượng riêng của các thành phần vật liệu tạo nên bê tông là gần như nhau nên giá trị khối lượng thể tích sẽ phản ánh độ đặc chắc của bê tông. Theo cách phân loại này chia thành 4 loại: + Bê tông đặc biệt nặng:  o > 2500 kg/m3, chế tạo từ các cốt liệu đặc chắc ngăn được tia X và tia γ + Bê tông nặng:  o =1800÷2500 kg/m3, chế tạo từ các cốt liệu đặc chắc sử dụng phổ biến trong xây dựng cơ bản và dùng sản xuất các kết cấu chịu lực. + Bê tông nhẹ:  o =500÷1800 kg/m3 được chế tạo từ cốt rỗng hoặc bê tông tổ ong (bê tông bọt hoặc khí) không chứa cốt liệu, dùng trong các kết cấu vách ngăn, cách nhiệt + Bê tông đặc biệt nhẹ:  o
+ Bê tông thủy công: Ngoài đảm bảo yêu cầu chịu lực, chống biến dạng, cần có độ đặc cao, chống thấm tốt, bền vững dưới tác dụng xâm thực của môi trường nước + Bê tông làm đường: yêu cầu cường độ cao, tính chống cọ mòn lớn, chịu được biến đổi lớn về nhiệt độ, độ ẩm. Sử dụng làm tấm lát mặt đường, đường băng sân bay… + Bê tông ổn định hóa học: Ngoài các yêu cầu về các chỉ tiêu kỹ thuật như cường độ, tính chống biến dạng,… còn cần chịu được tác dụng xâm thực của các môi trường muối, axit, bazơ mà không bị phá hoại hoặc giảm chất lượng sử dụng. + Bê tông chịu lửa: Chịu được tác dụng lâu dài của nhiệt độ cao trong quá trình sử dụng. + Bê tông trang trí: có màu sắc yêu cầu và chịu được tác dụng thường xuyên của thời tiết. + Bê tông chịu bức xạ: yêu cầu hút được bức xạ của tia nơtron, tia γ. b.4. Theo phương pháp dưỡng hộ + Bê tông dưỡng hộ tự nhiên: Cường độ 28 ngày (R28) đạt cường độ tiêu chuẩn Rt/c, có đặc điểm là sản phẩm thủy hóa kết tinh mịn, tồn tại dạng keo, gel. + Bê tông dưỡng hộ nhiệt ẩm: Cường độ 28 ngày (R28) đạt khoảng 70-90% cường độ thiết kế, đặc điểm sản phẩm thủy hóa kết tinh thô, có từ biến lớn b.5. Theo tính công tác. + Bê tông đầm lăn + Bê tông không có độ sụt (Bê tông cứng) + Bê tông có độ sụt (Bê tông dẻo) + Bê tông tự đầm (Bê tông tự lèn) 1.2. Khái niệm về bê tông cốt thép a. Khái niệm Khái niệm: Bê tông cốt thép là loại VLXD mà bê tông và cốt thép cùng làm việc với nhau trong một thể đồng nhất. 1 1 Bê tông là vật liệu chịu nén tốt, kéo kém Rk=( ÷ )Rn 10 15 Thép chịu kéo, nén tốt  Kết hợp bê tông với cốt thép, thép sẽ bổ trợ tính chịu kéo cho bê tông bằng cách đặt thép trong vùng chịu kéo của cấu kiện chịu uốn. Do đó, mở rộng phạm vi sử dụng của VL này trong lĩnh vực xây dựng. b. Lý do bê tông và cốt thép được cùng với nhau.  Lực bám dính giữa bê tông và cốt thép tốt: Khi bê tông rắn chắc các sản phẩm thủy hóa của xi măng kết tinh lại bám vào bề mặt giáp nhám, gồ ghề của thép tạo sự bám dính chắc 11
=> Cốt thép trong cấu kiện BTCT không những làm tăng khả năng chịu kéo mà còn làm tăng khả năng chịu nén. Vì vậy, trong các bộ phận chịu nén như cột, móng,… người ta vẫn đặt cốt thép để làm tăng khả năng chịu lực cho cấu kiện, nhờ đó rút nhỏ tiết diện và giảm được khối lượng công trình.  Bê tông và cốt thép có hệ số giãn nở nhiệt gần bằng nhau. Vì vậy khi bị đốt nóng chúng dãn nở tương đối đồng đều, bê tông không bị nứt vỡ, đảm bảo được tính toàn khối của BTCT. Ở nhiệt độ to=100oC; 𝜀 bt= 10.10-6; 𝜀 t= 12.10-6  Thép không bị rỉ trong bê tông: Sắt thép đặt trong môi trường không khí và môi trường nước thường bị rỉ do có phản ứng oxi hóa. Quá trình này càng xảy ra mạnh mẽ khi sắt thép đặt trong môi trường axit. Nhưng quá trình này có thể bị hạn chế và làm chậm lại trong môi trường kiềm. Độ kiềm càng mạnh thì tác dụng bảo vệ càng lớn. Bê tông là môi trường kiềm, bao bọc ngoài cốt thép bảo vệ cốt thép khỏi bị ăn mòn hoen rỉ. Sắt thép không bị rỉ khi môi trường có độ PH12; độ PH ≤ 9,5 thép bắt đầu gỉ theo phương trình: 4Fe + 3O2 + 6H2O = 4 Fe(OH)3 (hay Fe2O3.3H2O). Tác hại khi thép bị rỉ là: + Thể tích sắt nhỏ hơn rất nhiều thể tích gỉ sắt (VFe≪ Vgỉ) → tại chỗ bị rỉ, thép tăng thể tích→ gây nứt bê tông. Vì vậy càng tạo điều kiện cho các tác nhân gây ăn mòn xâm nhập vào phá hủy kết cấu. + Rỉ thép làm giảm khả năng dính kết của cốt thép và bê tông → gây bong tróc bê tông. + Khi thép rỉ làm giảm diện tích chịu lực của thép → làm giảm khả năng chịu lực của kết cấu. - Sơ đồ vi mạch, ăn mòn cốt thép khi bị O2 và hơi nước xâm nhập vào - Qúa trình ăn mòn điện hóa gồm 3 quá trình: Qúa trình ở cực Anốt (A) : Fe→ Fe2+ + 2e Qúa trình ở cực Catốt (K): H+ +2e → H2 ↑ Qúa trình rỉ: electoron từ A→ K 4e- Fe2+ + 2 OH- → Fe(OH)2 Yêu cầu lớp bê tông bảo vệ cốt thép: phải đặc chắc và có chiều dày 𝛿 ≥ 20𝑚𝑚 12
 Bê tông và cốt thép có thể kết hợp để tạo ra vật liệu mới: là bê tông dự ứng lực nên tăng khả năng chịu lực của vật liệu. 1.3. Khái niệm về bê tông cốt thép ứng suất trước. a. Hạn chế của BTCT thường - Bê tông chịu kéo kém nên trong phần chịu kéo của cấu kiện BTCT thì bê tông chỉ có tác dụng là lớp bảo vệ cốt thép và hầu như không có khả năng chịu lực. - Trong BTCT thường phải dùng cốt thép có cường độ thấp, độ dãn dài khi kéo (𝜀 t) bé để xấp xỉ với độ dãn dài của bê tông (𝜀 bt) để bê tông không bị nứt vỡ. →Vì vậy, không sử dụng được cốt thép có cường độ cao, không áp dụng được tiến bộ của KHKT luyện thép để tiết kiệm sắt thép. * Trong BTCT thường: Khi bắt đầu gia tải→ bắt đầu xuất hiện ứng suất kéo ở vùng chịu kéo của bê tông (kbt). Tiếp tục tăng tải, ứng suất kéo ở trong bê tông tiếp tục tăng và đạt xấp xỉ đến ứng suất kéo giới hạn của bê tông  k bt → làm xuất hiện vết nứt ở vùng chịu kéo. Tiếp tục tăng tải lên → vết nứt phát triển lớn hơn làm tiết diện chịu lực của bê tông giảm, đồng thời ứng suất kéo của thép (kt) tăng → kết cấu dần dần bị phá hoại. Nguyên nhân phá hoại: Là do bê tông nứt, tạo điều kiện cho tác nhân gây ăn mòn xâm thực bê tông cốt thép làm cốt thép bị rỉ → làm giảm tiết diện chịu lực của bê tông và cốt thép, kết cấu bị phá hỏng. P Us + Trục trung hòa Us - Phá hoại dẻo Kết luận: Khi kết cấu BTCT thường bị phá hoại thì: kbt →  k bt  kt   k t 13
 n   n bt bt Vậy kết cấu bị phá hoại khi khả năng chịu lực của thép mới sử dụng ở cường độ còn thấp (gọi là sự phá hoại dẻo).  Biện pháp tăng khả năng chịu kéo của bê tông: bằng biện pháp kéo trước cốt thép rồi buông ra để gây tác dụng nén trước trong bê tông => tạo nên trong bê tông ứng suất nén trước (ntbt). Người ta gọi là bê tông ứng suất trước (hay bê tông dự ứng lực). b. Khái niệm bê tông cốt thép ứng suất trước: Là kết cấu bê tông cốt thép mà bê tông được nén trước ở vùng chịu kéo của cấu kiện chịu uốn bằng lực căng trước của cốt thép. Nên làm tăng khả năng chịu tải, tăng khả năng chống nứt và giảm biến dạng. Us + Us - ¦ Ứng suất nén truớc trong bê tông * Trong BTCT ứng suất trước: - Khi bắt đầu gia tải → ứng suất kéo của thép kt tiếp tục tăng, còn ứng suất nén trước có sẵn trong bê tông ntbt giảm dần về 0. - Nếu tiếp tục tăng tải thì: Ứng suất nén của bê tông ở vùng chịu nén đạt tới ứng suất nén giới hạn (  n   n bt ),ứng suất kéo của bê tông ở vùng chịu kéo đạt tới ứng suất kéo giới bt hạn (  kbt   k bt ) và ứng suất kéo của thép đạt tới ứng suất kéo giới hạn (  kt   k t ). Khi đó xảy ra sự phá hoại kết cấu (gọi là sự phá hoại giòn). c. Ưu điểm của BTCT ứng suất trước. + Cho phép tận dụng được bê tông mác cao, cốt thép cường độ cao nên thu nhỏ tiết chịu lực → giảm khối lượng công trình và tiết kiệm nguyên liệu + Tăng khả năng chịu lực của BTCT, tăng độ bền + Chống nứt bê tông tại vùng chịu kéo tốt hơn. d. Cách tạo ứng suất trước nén trước trong bê tông . 14
Tiến hành kéo căng cốt thép trong giới hạn biến dạng đàn hồi của cốt thép. Trị số lực căng yêu cầu không vượt quá 85-90% giới hạn chảy [c] (thường kéo =(0,4-0,7)c), riêng đối với thép cacbon không có biến dạng chảy rõ ràng (thép cứng) thì ứng suất kéo căng cốt thép không được vượt quá 65-70% ứng suất bền. Khi bê tông cứng rắn đủ khả năng liên kết với cốt thép và dủ khả năng chịu lực nén trước của cốt thép thì tiến hành cắt cốt thép. Cốt thép sẽ co lại và truyền ứng suất nén lên bê tông do lực dính bám giữa bê tông với cốt thép và neo phụ được neo ở hai đầu cấu kiện. e. Phương pháp công nghệ chế tạo BTCT ứng suất trước. Cốt thép dùng trong bê tông ứng suất trước là thép sợi có cường độ cao được căng trước bằng thiết bị đặc biệt. Có 2 phương pháp chế tạo bê tông ứng suất trước: -Phương pháp căng trước Kéo căng cốt thép trước, sau đó đổ bê tông. Khi bê tông đã rắn chắc→ thả kích căng cốt thép ra. Cốt thép khi mất lực căng sẽ co lại và kéo theo bê tông do lực dính của cốt thép với bê tông  Bê tông sẽ bị nén lại tạo nên ứng suất nén trước trong bê tông. lực kéo cốt thép (US trước)  0 = (0,4  0,7) k t Bê tông Cốt thép Khuôn lực -Phương pháp căng sau: Ống gel Trước khi đúc bê tông→ đặt các ống nhỏ vào trong khuôn cấu kiện và luồn cốt thép vào các ống đó rồi đổ bê tông lấp lên các ống. Sau khi bê tông đã rắn chắc → kéo căng cốt thép và neo cốt thép vào các bản neo tì vào đầu cấu kiện bê tông. Khi bỏ lực căng, cốt thép sẽ co 15
lại ép chặt vào bản neo để truyền lực nén cho cấu kiện bê tông, gây nên ứng suất nén trước trong bê tông. Các khe hở trong ống gel luồn cốt thép sẽ được lấp kín bằng cách phụt bữa xi măng mác cao vào. 1.4. Sơ lược về tình hình phát triển cấu kiện BTCT đúc sẵn. - Nửa cuối thế kỉ 19, cấu kiện bê tông đúc sẵn ra đời với những kết cấu đơn giản: cột, tấm, tường bao che, khung cửa sổ,… - Đầu thế kỷ 20, kết cấu BTCT đúc sẵn được sử dụng ở dạng chịu lực có đặc điểm: các sản phẩm đều được chế tạo bằng phương pháp thủ công với mẻ trộn nhỏ bằng tay hoặc cối trộn loại nhỏ và lắp ghép thi công thủ công. - Những năm 1930-1940: ra đời dây chuyền công nghệ sản xuất cấu kiện BTCT bằng phương pháp cơ giới →tạo điều kiện ra đời những nhà máy sản xuất cấu kiện BTCT đúc sẵn. Trong thời gian này cũng xuất hiện: + Nhiều loại máy trộn bê tông. + Các phương pháp đầm chặt bê tông bằng cơ giới: chấn động, cán, cán rung, li tâm,… + Các phương pháp dưỡng hộ nhiệt (hơi nước, buồng chưng áp, dưỡng hộ …) + Các loại phụ gia làm rắn nhanh bê tông và sử dụng xi măng rắn nhanh. Trong những năm gần đây, các ngiên cứu về lý luận và phương pháp tính toán bê tông ngày càng sâu rộng làm thúc đẩy ngành công nghiệp sản xuất cấu kiện BTCT phát triển và đặc biệt là việc nghiên cứu BTCT ứng suất trước vào sản xuất cấu kiện là một thành tựu có ý nghĩa to lớn. * Ưu điểm của BTCT đúc sẵn:  Dễ cơ giới hóa → đẩy nhanh tốc độ xây dựng, giảm chi phí lao động.  Đảm bảo được kế hoạch sản xuất và nâng cao được chất lượng sản phẩm cũng như công trình vì trong điều kiện sản xuất tập trung trong nhà máy nên: + Lựa chọn và xử lí nguyên liệu đảm bảo yêu cầu kĩ thuật. + Dễ kiểm tra được các thao tác kĩ thuật trong dây chuyền công nghệ và hạn chế ảnh hưởng của thời tiết →đảm bảo chất lượng sản phẩm. 16
+ Loại bỏ được quá trình dưỡng hộ tự nhiên →rút ngắn thời gian thi công nên sớm đưa công trình vào sử dụng.  Tiết kiệm được nguyên vật liệu làm ván khuôn, dàn giáo, xi măng, cốt thép, hỗn hợp bê tông,…  Cải thiện được điều kiện làm việc, đảm bảo sức khỏe của công nhân xây dựng, hạn chế lao động thi công nặng.  Giảm giá thành sản phẩm. * Nhược điểm: - Chi phí vận chuyển tăng. - Khi thi công lắp ghép đòi hỏi đội ngũ tay nghề cao, lành nghề và cần kiểm tra chặt chẽ các mối lắp ghép để đảm bảo chất lượng công trình. II. HỖN HỢP BÊ TÔNG (HHBT) 2.1. Tính chất cơ lý và đặc trưng lưu biến của HHBT a. Khái niệm và yêu cầu cơ bản của HHBT. a1. Khái niệm HHBT - Là hỗn hợp thu được sau khi nhào trộn các thành phần vật liệu theo 1 tỉ lệ nhất định mà chưa bắt đầu quá trình ninh kết và rắn chắc. - Tỉ lệ cấp phối và chất lượng của hỗn hợp bê tông không những đảm bảo các tính chất kĩ thuật của bê tông theo tuổi nhất định mà còn phải thỏa mãn các yêu cầu của công nghệ sản xuất như: việc lựa chọn thiết bị tạo hình, đổ khuôn, đầm chặt và chế độ bảo dưỡng, … a2. Hai yêu cầu cơ bản của HHBT: Bất cứ loại hỗn hợp bê tông nào và tạo hình sản phẩm theo phương pháp công nghệ nào đều cần phải đảm bảo hai yêu cầu cơ bản sau: - Tính đồng nhất: Yêu cầu HHBT phải luôn đồng đều trong quá trình vận chuyển, đổ khuôn và đầm chặt. Nó đảm bảo cho HHBT có sự liên kết nội bộ tốt, không bị phân tầng tách nước Biện pháp: HHBT có tỷ lệ cấp phối hợp lí và lựa chọn phương pháp nhào trộn thích hợp đối với từng loại HHBT) 17
- Tính công tác tốt (tính dễ đổ khuôn): là tính chất của HHBT có khả năng lấp đầy khuôn một cách liên tục và đạt được độ đặc lớn nhất dưới tác dụng của 1 lực đầm nén nhất định, phù hợp với phương pháp và điều kiện hình thành sản phẩm. 2.2. Thành phần và nội lực tương tác. a. Thành phần Hỗn hợp bê tông là một hệ đa phân tán nhiều thành phần phức tạp, khác nhau về kích thước, hình dạng và tính chất. Khối lượng + Hạt phân tán chất kết dính (hoạt tính): chủ yếu d  80m + Hạt mịn trơ: là phụ gia khoáng nghiền mịn, hạt xi măng không thủy hóa, bụi bùn sét,… + Hạt cốt liệu (cát, đá, sỏi): có tính trơ d (mm) và có kích thước tương đối lớn 5:10 um 10(20)mm X C Đ d=0.14÷20(40) mm. + Nước + Phụ gia (là chất hoạt động bề mặt) + Không khí b. Nội lực tương tác Hỗn hợp bê tông là một hệ tồn tại những lực tác dụng lẫn nhau giữa pha rắn và nước. - Lực dính phân tử - Sức căng bề mặt của nước trong mao quản (lực mao dẫn) - Lực ma sát: gồm + Ma sát nhớt: có sự tham gia của pha lỏng do sự thủy hóa của xi măng với nước + Ma sát khô: là do sự co sát giữa các hạt cốt liệu. 2.3. Sự hình thành độ nhớt kết cấu và tính xúc biến của HHBT. a. Sự hình thành độ nhớt kết cấu 18
- Hồ xi măng là hỗn hợp gồm nước, xi măng, những hạt phân tán khác (phụ gia vô cơ nghiền mịn, hạt sét, bụi bám vào hạt cốt liệu). Đây là thành phần cơ bản tạo nên cấu trúc trong HHBT. - Sự hình thành độ nhớt kết cấu là do: + Do quá trình thủy hóa phát triển sinh ra một số lượng lớn sản phẩm thủy hóa mới làm tăng độ phân tán của những hạt pha rắn trong hồ xi măng dẫn đến tăng lượng nước hấp thụ trong hệ. + Sự phát triển lực dính phân tử giữa các hạt xi măng làm tăng vai trò liên kết của nó trong HHBT. Mặt khác, các hạt xi măng này được bao bọc bởi một màng nước nên nó tạo lên kết cấu không gian liên tục cho hồ xi măng và có một cường độ kết cấu ban đầu ( hay còn gọi là độ nhớt kết cấu) - Cường độ kết cấu ban đầu phụ thuộc vào: nồng độ hạt xi măng, ứng suất cắt  và nhiệt độ môi trường. - Hỗn hợp bê tông dẻo là trung gian giữa vật thể rắn và lỏng + Hỗn hợp nhớt dẻo khác vật thể rắn: là không có tính đàn hồi dưới tác dụng của tải trọng không lớn. + Hỗn hợp nhớt dẻo khác chất lỏng là: có cường độ kết cấu (độ nhớt kết cấu) nhờ nội lực ma sát nhớt mà thể lỏng thực không có. - Độ nhớt kết cấu khác độ nhớt thực của thể lỏng: + Độ nhớt thực của thể lỏng ηl: Độ nhớt ηl = const Không phụ thuộc vào trị số ứng suất cắt c (lực tác dụng) Phụ thuộc vào nhiệt độ + Độ nhớt kết cấu: phụ thuộc vào ứng suất cắt c, vận tốc biến dạng cắt (dV/dx) 19
Chất lỏng Niutơn: dV/dx Chất lỏng dV  = ,  = Ctg N dx B Gorxacn: 0,35 < N/X < 0,7 Chất lỏng Bingham (là HHBT, hồ xi → Nhớt dẻo măng) dV  − 0 =  dx Giới hạn chảy o: Giới hạn chảy (hay còn gọi là ứng suất cắt tới hạn) b. Tính xúc biến của HHBT. Khi vận tốc cắt tiến đến một giá trị tới hạn, kết cấu ban đầu của hệ bị phá hoại, độ nhớt và sức chống cắt có thể tiến đến một giá trị rất bé, kết quả là HHBT ít lưu động trở nên có tính chảy. Chỉ khi nào sự rung động hoặc dao động kích thích cưỡng bức dừng lại, HHBT mới trở về trạng thái ban đầu, trở nên ít lưu động và phục hồi cường độ ban đầu của kết cấu. * Khái niệm tính xúc biến: là sự biến dạng của hệ (HHBT, vữa) dưới tác dụng của ngoại lực làm phá hoại cấu trúc ban đầu (Độ nhớt kết cấu) làm hỗn hợp trở lên chảy lỏng. Khi ngừng tác dụng lực thì hệ (HHBT,vữa) có khả năng khôi phục lại độ nhớt ban đầu. * Ứng dụng: Làm hóa lỏng HHBT ít lưu động hoặc cứng ở các giai đoạn công nghệ (nhào trộn, vận chuyển đi xa→ phải quay thùng chứa HHBT liên tục, đổ khuôn, đầm chặt). Sự biến đổi độ nhớt kết cấu của hệ thống hay vận tốc biến dạng cắt phụ thuộc vào ứng suất cắt có thể biểu thị bằng đường cong biến thiên ứng suất – biến dạng. Độ dv/dx nhớt II III I I II Giới hạn chảy Giới hạn chảy III = f ( ) dv  = Ø(  ) dx 20