Tính toán thành phần (cấp phối) bê tông

5-4. TÍNH TOÁN THÀNH PHẦN (CẤP PHỐI) Bấ TễNG I/ Khái niệm - Là chọn tỷ lệ phối hợp giữa các thành phần vật liệu để đ−ợc hỗn hợp đạt yêu cầu về kỹ thuật nh−ng tiết kiệm về giá thành (Thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật và kinh tế) - Thành phần bê tông có thể đ−ợc biểu thị bằng 2 cách + L−ợng vật liệu cho 1 m3 bê tông (X, N, C, Đ/1m3 - Theo bảng tra trong GT; X, N, Vc, Vđ/1m3 – Theo định mức) + Tỷ lệ (Khối l−ợng hoặc thể tích) của các loại vật liệu trên một đơn vị khối l−ợng hay thể tích xi măng của xi măng II/ Các tài liệu cần biết tr−ớc khi tính toán thành phần bê tông 1- Yêu cầu về bê tông - Mác BT, tuổi cần đạt để xác định mác,… - Các yêu cầu đặc biệt nh− chống thấm, chịu nhiệt, chịu a xít, chống phóng xạ,.. 2 - Đặc điểm và điều kiện làm việc của kết cấu - Dạng kết cấu (Móng, sàn, cột, xà, ống,….), kích th−ớc kết cấu, mật độ cốt thép - Môi tr−ờng xung quanh công trình 3 - Điều kiện và thời gian thi công - Ph−ơng pháp chế tạo bê tông (Trộn, vận chuyển, đổ, đầm), điều kiện thiết bị máy móc thi công. - Thời gian thi công, điều kiện môi tr−ờng, thời tiết trong quá trình thi công - Các yêu cầu công nghệ đặc biệt khác: Vận chuyển bằng bơm, tháo dỡ ván khuôn sớm,…. 4 - Các chỉ tiêu của vật liệu chế tạo bê tông γa, γo, w,độ bẩn, sét, mica, thành phần hạt,.. của vật liệu ché tạo bê tông (Xi măng, n−ớc, cát, đá, phụ gia) III/ Các ph−ơng pháp xác định thành phần bê tông 1) Ph−ơng pháp tra bảng
Căn cứ vào các chỉ tiêu đã biết, dựa vào bảng lập sẵn  Thành phần bê tông
Các b−ớc tiến hành: - B1: Tra bảng 5-20 (tr198) XĐ tỷ lệ N/X (N/X=f(Rb, Rx)) Với các công trình làm việc d−ới n−ớc, tra bảng 5-21 (tr198) XĐ tỷ lệ N/X tối đa cho phép. Chọn tỷ lệ N/X nhỏ hơn - B2: Từ các trị số SNyc, Mđl, Dmax, Loại đá, N/X, tra bảng 5-22 đến 5-31  Cấp phối bê tông
Nhận xét: Ph−ơng pháp này đơn giản nh−ng không chính xác vì số liệu trong bảng không thể sát với các loại vật liệu thực tế ngoài công tr−ờng
ứng dụng: Rb=50-100; khi Rb=100-200, Vb<100m 3 thì có thể dùng bảng nh−ng sau đó phải đúc mẫu để kiểm tra. III/ Các ph−ơng pháp xác định thành phần bê tông 2) Ph−ơng pháp tính toán kết hợp với thực nghiệm * Tính toán a - Ph−ơng pháp Bôlômây * Chọn Dmax: Kiểm tra Dmax<1/3 kích th−ớc nhỏ nhất của thiết diện; <3/4 khoảng cách giữa hai cốt thép  [Dmax]. Nếu Dmax >[Dmax] thì phải loại bỏ các hạt lớn. * Chọn độ l−u động (SN) hoặc độ cứng (ĐC) của hỗn hợp bê tông: Căn cứ vào đặc điểm kết cấu và điều kiện thi công, tra bảng 5-11, 5-12 B−ớc 1: Xác định l−ợng n−ớc (N) – Tra bảng 5-32 hoặc biểu đồ 5-41 NLT = f(SNyc; Dmax; Loại đá; Mđl; Loại xi măng) B−ớc 2: Tính tỷ lệ X/N – Dùng công thức Bôlômây-Skramtaep Rb 28 = A.Rx(X/N-0.5) – Bê tông dẻo Rb 28 = A1.Rx(X/N+0.5) – Bê tông khô Riêng với bê tông thủy công phải tra thêm bảng 5-21 sau đó chọn trị số nhỏ hơn. B−ớc 3: Tính l−ợng X = N *X/N. So sánh l−ợng xi măng tính đ−ợc với l−ợng xi măng tối thiểu tra ở bảng 5-34 (dùng cho BT th−ờng), 5-35 (Dùng cho bê tông có yêu cầu chống thấm cao), sau đó chọn trị số lớn hơn B−ớc 4: Xác định l−ợng cát, đá theo nguyên tắc thể tích tuyệt đối khi đã xác định đ−ợc n−ớc và xi măng * Nguyên tắc thể tích tuyệt đối: Xét cho 1m3(1000dm3) bê tông - Coi bê tông t−ơi không có lỗ rỗng chỉ có N, X, C, Đ  Vob t−ơi = Vab t−ơi = Vax+ VaN+ Vac+ Vađ= 1000 dm3 (1) với Vax,VaN,Vac,Vađ là thể tích tuyệt đối t−ơng ứng với l−ợng vật liệu X, N lt, Ck, Đk chế tạo 1m3 bê tông, tính bằng dm3. - Để bê tông t−ơi không có lỗ rỗng thì coi hỗn hợp X, N, C (Vữa XM-C) + Lấp đầy lỗ rỗng của đá + Bao quanh các viên đá  Vax+VaN+Vac = Vrđ x α = r x Vok x α = r x (Đ/γodk) x α (2) α: Hệ số tăng sản l−ợng vữa - Tra bảng 5-36 hoặc biểu đồ hình 5-42 Thay (2) vào (1’) ta có: r x (Đ/γođk) x α + (Đ/γađ) = 1000  Đk =1000/(1/γađ+α.rđ/γođk) Ck = [1000-(X/γax+Nlt/γn+Đk/γađ)] * γac III/ Các ph−ơng pháp xác định thành phần bê tông )1)((1000 '3dmDCNX ad k ac k n lt ax =+++ γγγγ III/ Các ph−ơng pháp xác định thành phần bê tông b - Ph−ơng pháp ACI B−ớc 1: −ớc tính l−ợng n−ớc (N) và hàm l−ợng khí trong một m3 bê tông (Phụ thuộc vào độ sụt yêu cầu SNyc ; Dmax ; Loại cốt liệu lớn (Đá dăm hay đá sỏi); Loại bê tông (cuốn khí hay không cuốn khí) B−ớc 2: Lựa chọn tỷ lệ N/X (Tra bảng phụ thuộc vào c−ờng độ bê tông, loại bê tông cuốn khí hay không cuốn khí) B−ớc 3: Tính l−ợng xi măng (Dựa vào l−ợng n−ớc N và tỷ lệ N/X): X = N (B1) : (N/X) (B2) B−ớc 4: −ớc tính l−ợng cốt liệu lớn (Phụ thuộc vào Dmax và Mđl) - Xác định thể tích tự nhiên của đá trong 1m3 bê tông theo bảng - Tính khối l−ợng đá trong 1m3 bê tông: Đ =Vođ (tra bảng ) * γođ k B−ớc 5: −ớc tính l−ợng cốt liệu nhỏ III/ Các ph−ơng pháp xác định thành phần bê tông * Cách 1: Dựa trên cơ sở khối l−ợng B1: Tra bảng khối l−ợng đơn vị của bê tông t−ơi B2: Tính khối l−ợng của cát cho 1m3 bê tông = γobt−ơi - (N+X+Đ) * Cách 2: Dựa vào thể tích B1: Tính thể tích tuyệt đối của các vật liệu (n−ớc, xi măng, đá) cùng với thể tích bọt khí lẫn vào (Vn, Vax, Vađ, Vbk) B2: Tính thể tích tuyệt đối của cát Vac = 1000 - (Vn+ Vax+ Vađ +Vbk) B3: Tính khối l−ợng cát C = Vac * γac * Nh− vậy ta đã xác định đ−ợc sơ bộ l−ợng X, N, C, Đ trong 1m3 hỗn hợp bê tông. Việc tính toán đó đều dựa vào các công thức và bảng biểu mà điều kiện thành lập không giống với điều kiện vật liệu của bê tông thực tế vì vậy phải kiểm tra lại bằng thực nghiệm để điều chỉnh lại thành phần bê tông sao cho bê tông đó đạt đ−ợc các yêu cầu đã đề ra. III/ Các ph−ơng pháp xác định thành phần bê tông * Thực ngiệm để Điều chỉnh thành phần bê tông thỏa mn các yêu cầu kt a) Thí nghiệm kiểm tra độ l−u động và điều chỉnh thành phần vật liệu cho phù hợp + Trộn 10(l) hhbt theo tỷ lệ tính toán ở trên (dùng vật liệu khô, nếu vật liệu ẩm thì phải xác định độ ẩm và điều chỉnh l−ợng vật liệu để đảm bảo tỷ lệ các TPVL đúng nh− tính toán). + Xác định độ sụt của hhbt (SN) theo ph−ơng pháp nón cụt + Nếu SNTN lớn hơn hay nhỏ hơn so với SNyc thì bớt hoặc thêm X đồng thời bớt hoặc thêm N để tỷ lệ N/X=const thì Rb = const. Tr−ờng hợp cho thêm xi măng thì đơn giản nh−ng tr−ờng hợp phải giảm bớt l−ợng xi măng thì có thể dùng lại mẻ trộn bằng cách tăng thêm cát đá nh−ng tỷ lệ C/Đ vẫn giữ nguyên. + Th−ờng dùng 3 l−ợng X và N t−ơng ứng (N/X không đổi)  XĐ đ−ợc 3 giá trị SN  Vẽ quan hệ SN và X  X hợp lý  N hợp lý. III/ Các ph−ơng pháp xác định thành phần bê tông b) Thí nghiệm kiểm tra c−ờng độ và tìm l−ợng xi măng hợp lý Với tỷ lệ X, N, C, Đ mới điều chỉnh ở trên, trộn mẫu (số mẫu ≥3), đúc mẫu rồi ép mẫu  Rb TN + Nếu 0 <(Rb TN-Rb TK)/Rb TK ≤ 15% thì đ−ợc. + Nếu không thoả mãn thì phải điều chỉnh lại TPBT bằng cách điều chỉnh X. Th−ờng trộn 3 mẻ 10-15(l) với l−ợng X khác nhau, đúc mẫu rồi ép mẫu  Rb TN  Quan hệ Rb với X. Từ Rb TK  X hợp lý. c) Thí nghiệm xác định khối l−ợng thể tích của hỗn hợp bê tông ở trạng thái đầm chặt (bê tông t−ơi) Cân bê tông đã đầm chặt đựng trong ống l−ờng sắt có thể tích đã biết. Từ đó tính đ−ợc γobt−ơi=G/Vo. Biết γobt−ơi có thể tính đ−ợc thể tích thật của bê tông t−ơi sau khi đã điều chỉnh ở b−ớc tr−ớc. III/ Các ph−ơng pháp xác định thành phần bê tông d) Tính lại l−ợng X, N, C, Đ cho 1m3 bê tông - Khi tính toán thành phần bê tông theo ph−ơng pháp thể tích tuyệt đối ta đã coi bê tông t−ơi hoàn toàn đặc, không có lỗ rỗng. Thực ra trong quá trình trộn bao giờ cũng có một l−ợng không khí lẫn vào. Mặt khác do thành phần bê tông đã đ−ợc điều chỉnh sau các b−ớc thí nghiệm vì vậy l−ợng vật liệu tính đ−ợc ở các b−ớc trên thực tế không phải ra thể tích bê tông là 1m3 nữa. L−ợng vật liệu cho 1m3 bê tông đ−ợc tính lại nh− sau: + Tính thể tích thực tế của bê tông t−ơi (chính là thể tích bê tông) thu từ hỗn hợp vật liệu tính đ−ợc ở b−ớc trên: VTT=(X+N+C+Đ)/γobt−ơi + Tính lại l−ợng vật liệu cho 1m3 bê tông: X1=X *1000/Vtt; N1, C1, Đ1 tính t−ơng tự e) Điều chỉnh lại thành phần bê tông theo độ ẩm thực của cát đá L−ợng xi măng (X) không thay đổi; Câ=Ck(1+Wc)  ∆Nc=Câ-Ck=Ck.Wc Đâ=Đk(1+Wđ)  ∆Nđ=Đâ-Đk=Đk.Wđ NTR=NLT-(∆Nc+∆Nđ) III/ Các ph−ơng pháp xác định thành phần bê tông g) Tính l−ợng vật liệu cho một mẻ trộn * tính hệ số sản l−ợng: - Giả sử ta có một l−ợng X, N, C, Đ nào đó để sản xuất bê tông, ta có: Vob t−ơi: TT bê tông (t−ơi) < Vhhbt: TT hhbt (hh vật liệu) Vhhbt= Vox+V â oc+V â ođ (N−ớc vào lỗ rỗng giữa các thành phần vật liệu) - Nếu tính cho 1m3 bê tông (t−ơi) thì ta có: 1m3 (1000dm3) bê tông t−ơi <Vhhbt= Vox+V â oc+V â ođ với Vox,V â oc,V â ođ là thể tích tự nhiên t−ơng ứng với l−ợng xi măng, cát, đá dùng cho 1m3 bê tông.  Hệ số sản l−ợng: a od a a oc a ox od a oc a ox DCXVVV γγγ β ++ = ++ = 10001000 * Tính l−ợng vật liệu cho một mẻ trộn Xo=X*Vo*β/1000; No=N*Vo*β/1000; Co=C*Vo*β/1000; Do=D*Vo*β/1000; * Từ hệ số sản l−ợng ta có thể tính đ−ợc l−ợng vật liệu dự trù cho một mẻ trộn, l−ợng bê tông chế tạo đ−ợc từ một mẻ trộn, số mẻ trộn trong một ngày, số ngày cần thiết để thi công hết l−ợng bê tông cho tr−ớc, hoặc thể tích thùng trộn cần thiết để sản xuất đ−ợc Vdm3 bê tông. III/ Các ph−ơng pháp xác định thành phần bê tông 3 - Ph−ơng pháp thực nghiệm hoàn toàn  Tiến hành th−c nghiệm với các vật liệu dự định sử dụng cho công trình, với nhiều tỷ lệ khác nhau. Từ đó tìm đ−ợc cấp phối tối −u.  ứng dụng: Vb>5000m 3, các bộ phận kết cấu quan trọng  Nh−ợc điểm: Khối l−ợng công tác thực nghiệm lớn  Tốn nhân lực, vật liệu, thời gian