MỞ ĐẦU Mục đích chính của nghiên cứu là xác định thành phần BTCĐCCST, tính chất cơ học của BTCĐCCST và cung cấp thông tin cho các kỹ sư thiết kế kết cấu để thiết kế và xây dựng cầu và các kết cấu có liên quan sử dụng BTCĐCCST. Thành phần bê tông này được dùng trong các nghiên cứu thực nghiệm sau này để phân tích ứng xử của kết cấu BTCĐCCST. Nghiên cứu này sẽ được cập nhập với những phát triển mới nhất trong ngành bê tông; các thông báo của Hiệp hội các Kỹ sư Giao thông và Đường cao tốc các bang của Hoa Kỳ (AASHTO) và Viện Bê tông Hoa Kỳ (ACI), các thông báo của Trường Cầu Đường Paris, các khuyến cáo của RILEM, Tiêu chuẩn Xây dựng Việt Nam - 2006, các kết quả nghiên cứu của Bộ Xây dựng và Bộ GTVT, Hội nghị Bê tông Chất lượng cao Châu Á năm 2008. Phạm vi của nghiên cứu đề cập đến các vấn đề cơ bản của việc phát triển và sản xuất BTCĐCCST với những đặc tính mong muốn và có lợi cho kết cấu xây dựng mới trên cơ sở vật liệu cát, đá, xi măng, phụ gia ở Việt Nam.
Cốt sợi thép được sử dụng là sợi Dramix được chế tạo phù hợp IS0-9001, ASTM A820, Tiêu chuẩn Nga TC-07-0116-98, Tiêu chuẩn Đức Z-71. Khái niệm BTCĐCCST được sử dụng để mô tả bê tông được sản xuất với các thành phần nguyên liệu có chất lượng cao, được lựa chọn cẩn thận, tỉ lệ hỗn hợp được xác định tối ưu, sau đó được trộn, đổ, đóng rắn và xử lý với những tiêu chuẩn kỹ thuật cao. Điển hình, BTCĐCCST sẽ có tỉ lệ nước/chất kết dính (N/CKD) bằng 0,35 hoặc ít hơn. Tỉ lệ này phụ thuộc rất nhiều vào việc sử dụng có hiệu quả các hợp chất để đạt được khả năng làm việc cao và các tính chất thông dụng khác của hỗn hợp BTCĐCCST.
CÁC YÊU CẦU KHI THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO CỐT SỢI THÉP (BTCĐCCST) BTCĐCCST có thành phần đáp ứng các tổ hợp tính năng về cường độ, độ dẻo và tính công tác. Khi thi công BTCĐCCST, áp dụng các công nghệ trộn, đổ, bảo dưỡng đặc biệt. BTCĐCCST còn có cường độ sớm, f’c3 0,75f’c28. Cường độ chịu nén tối thiểu ở tuổi 28 ngày ≥ 60-90MPa (theo Viện Bê tông Hoa Kỳ).
Nhiệt độ bê tông tươi t < 250C, nhiệt độ này đảm bảo bê tông khối lớn không bị nứt do nhiệt độ trong giai đoạn đầu (1-10 ngày). Mức chênh nhiệt độ bên ngoài và trong lõi khối bê tông không vượt quá mức chênh nhiệt độ gây nứt. Nói chung bê tông này nên được đổ với độ sụt thấp nhất mà vẫn đảm bảo việc vận chuyển và đổ khuôn dễ dàng. Độ sụt với kết cấu mặt cầu từ 5-10cm là phổ biến.
Tuy nhiên các kết cấu cầu và nhà cao tầng do có mật độ cốt thép và khoảng cách giữa các cốt thép là rất nhỏ nên độ sụt của bê tông từ 15- 20cm. Thời gian giữ độ sụt khoảng 1-2 giờ. Vì hàm lượng chất kết dính và cốt liệu thô, cốt sợi thép, tỷ lệ N/X thấp nên hỗn hợp sẽ rất khô. BTCĐCCST cần sử dụng các chất giảm nước cao (PGSD) với hàm lượng từ 0,7-1,5lit/100kgXM.
Các chất PGSD còn có thể giúp bê tông cường độ cao tăng cường độ ở các tuổi (3; 7; 28 ngày). Việc sử dụng PGSD còn đặc biệt thích hợp với việc đổ bê tông trong điều kiện khí hậu nóng. Ở trạng thái tươi khả năng chảy (độ sụt) là một đặc tính quan trọng, nó thể hiện trạng thái dễ dàng hoặc khó khăn của việc đổ bê tông phụ thuộc vào các thiết bị hiện có. Độ sụt được xác định bằng dụng cụ đo độ sụt (côn Abrams) tại trạng thái trước khi đổ bê tông.
Độ sụt yêu cầu 182 cm và phải giữ được tối thiểu là 1 giờ. Yêu cầu thời gian giữ độ sụt lớn hơn thời gian thi công hoàn thiện kết cấu. Để đảm bảo độ sụt ngoài việc sử dụng các chất giảm nước cao cần tối ưu hóa bộ khung của cốt liệu và hàm lượng sợi. Trang 20 Cường độ và đặc tính cơ học bao gồm: cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo khi uốn, cường độ kéo bửa, mô đun đàn hồi, hệ số Poisson, biến dạng đài hồi và biến dạng tối đa.
Cường độ chịu nén BTCĐCCST thường yêu cầu ≥ 70MPa , mô đun đàn hồi vượt qua trị số 38-42GPa. Cường độ chịu kéo khi uốn, cường độ kéo bửa BTCĐCCST đã vượt quá trị số 5MPa và là cơ sở cho các kỹ sư kết cấu phát triển các kết cấu mới. Các đặc tính được xác định bằng cách tiến hành thí nghiệm tiêu chuẩn và xác định cấp độ tính năng được đề xuất cho mỗi đặc tính. Bê tông dùng cho mỗi loại kết cấu có thể cần đến một hoặc nhiều đặc tính này.
Với bê tông làm cầu tính năng về cường độ chịu nén theo tuổi, cường độ chịu kéo khi uốn, môđun đàn hồi là quan trọng. Các tính chất và cấp độ của vật liệu cần phải được lựa chọn theo ứng dụng mong muốn và môi trường của bê tông.1 tập hợp các tiêu chuẩn áp dụng trong chương 2. Các tiêu chuẩn thí nghiệm Phương pháp thí nghiệm tiêu STT Các đặc tính về tính năng chuẩn 1 Cường độ chịu nén, fc', MPa ASTM C39 2 Mô đun đàn hồi ASTM C469-94 3 Cường độ chịu kéo khi uốn ASTM C78-02 2. THÀNH PHẦN BTCĐCCST 2.
Giới thiệu Nội dung của phần này là nhằm cung cấp những hướng dẫn cho việc lựa chọn thành phần BTCĐCCST hiệu quả và xác định tỉ lệ nguyên vật liệu thành phần bê tông. Chủ đề được nêu ra trong phần này bao gồm tổng thể về những ưu điểm của BTCĐCCST, các tỉ lệ hỗn hợp (cả khái niệm cơ bản và khái niệm tiên tiến), sự lựa chọn các tỉ lệ hỗn hợp, các yêu cầu tính năng kỹ thuật đối với cường độ và độ bền bê tông. Lựa chọn tối ưu hoá vật liệu để tính năng bê tông Trang 21 được đảm bảo liên tục theo thời gian (đảm bảo tuổi thọ khai thác). Các tỷ lệ pha trộn BTCĐCCST rất đa dạng và phụ thuộc vào nhiều yếu tố.
Mức cường độ yêu cầu của giai đoạn kiểm tra các tính chất của vật liệu và kiểu kết cấu ứng dụng, tính kinh tế, điều kiện môi trường và thời tiết trong năm ảnh hưởng đến sự lựa chọn tỷ lệ hỗn hợp bê tông. Tiêu chuẩn ACI 211, ACI SP46 và ACI 363R-92 là những tài liệu tham khảo tốt. Ngoài ra có thể sử dụng phương pháp Bolomay-Skramtaev đã được sử dụng quen thuộc ở Việt Nam để lựa chọn tỷ lệ N/CKD với sự điều chỉnh chút ít. Lựa chọn thành phần BTCĐCCST yêu cầu chặt chẽ hơn so với lựa chọn thành phần bê tông thông thường.
Trong thiết kế cần xét đến cường độ yêu cầu, các yếu tố dự trữ cường độ để đảm bảo xác suất 5% các giá trị cường độ nhỏ hơn giá trị cường độ nhỏ nhất mà tiêu chuẩn kỹ thuật của dự án qui định. Như vậy để đạt được một thành phần bê tông tối ưu, cần tiến hành nhiều thí nghiệm với số lượng mẫu thử lớn. Xác định thành phần của BTCST 2. Các khái niệm cơ bản Định tỉ lệ hỗn hợp bê tông liên quan đến việc xác định các liều lượng thích hợp của những thành phần khác nhau để tạo ra một hỗn hợp đáp ứng được các yêu cầu về kỹ thuật và kinh tế.
Để định tỉ lệ bê tông chất lượng cao, người thiết kế nên tuân thủ theo những quy tắc chung. Ngày nay, bê tông sẽ được định tỉ lệ để có độ bền và thể hiện các tính năng mong muốn trong thời gian phục vụ lâu dài. Kinh nghiệm và những nguyên tắc cơ bản về bê tông là cần thiết, và cần phải tối ưu hoá vật liệu. Sự tương tác giữa các loại nguyên vật liệu thành phần là khá quan trọng.
Điều quan trọng là phải kết hợp giữa lý thuyết, thí nghiệm và trộn thử. Bê tông thiết kế phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật của dự án. Điểm mấu chốt của yêu cầu này là cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo, tính dễ thi công và các yêu cầu đặc biệt khác. Trang 22 Tuy nhiên theo nhiều tài liệu, nhất là ý kiến của Larrard khuyên nên giảm lượng cốt liệu lớn để đảm bảo tính công tác và sự đồng nhất của bê tông [13].
Cường độ yêu cầu Phần này sẽ tập trung vào các khái niện tiên tiến để định tỉ lệ hỗn hợp, tối ưu hoá các nguyên vật liệu và kiểm soát chất lượng đối với bê tông tính năng cao. Các kết quả thí nghiệm, và ảnh hưởng của nhiệt độ lên độ dẻo và các tính chất của bê tông đã đóng rắn cũng sẽ được xem xét. Các tiêu chuẩn kỹ thuật về xây dựng cầu của AASHTO LRFD cũng như 22TCN 272- 05 [7] của Việt Nam đã khuyên sử dụng tài liệu của Viện Bê tông Hoa Kỳ (ACI) làm tài liệu để xác định tỉ lệ hỗn hợp bê tông, lựa chọn thành phần được chuẩn bị theo phương pháp thể tích tuyệt đối (xem ACI 211. Cường độ thiết kế cần thiết của bê tông, f’cr, được sử dụng để đáp ứng cường độ thiết kế tối thiểu (chỉ định) f’c với xác suất là 1 hoặc 5%.
Những yêu cầu này được định nghĩa trong tiêu chuẩn ACI 318 và dựa trên cơ sở kinh nghiệm sử dụng bê tông cường độ thông thường. Sản phẩm bê tông đã được sản xuất và có đủ số liệu về cường độ (>30 số liệu thử nghiệm) và xác định được hệ số độ lệch chuẩn s thì tính f’cr như sau: f’cr = f’c + 1,34s (2.1) trong đó: s độ lệch chuẩn, s =645 Psi (4,4 MPa ) hoặc f’cr = f’c + 2,33s s=500 Psi (2. Khi các số liệu không đủ để tính hệ số s thì tính cường độ thiết kế yêu cầu của bê tông thiết kế tại phòng thí nghiệm theo công thức kinh nghiệm sau: f'cr = (f'c + 1400)/0,9, (Psi) (2. Cường độ yêu cầu của bê tông tại công trường : f'crc = (f'c + 1400), (Psi) (2.
Kết quả tính toán thành phần BTCST Cường độ thiết kế của bê tông 70MPa, thành phần BTCĐCCST ghi trong bảng 2. Thành phần cấp phối BTCĐCCST Cường Siê Cốt độ Xi Tỷ lệ MS Đá, Cát, C/ Nướ u sợi thiết măn N/CK , kg kg Đ/C (C+ c, lít dẻo thép, kế, g, kg D kg Đ) , lít kg MPa 70 525 162 0,31 6,3 0 906 787 0 1,17 0,46 70 495 162 0,3 6,3 35 910 790 50 1,17 0,46 70 495 162 0,3 6,3 35 897 780 75 1,17 0,46 70 495 162 0,3 6,3 35 883 767 125 1,17 0,46 2. Kế hoạch thí nghiệm xác định thành phần BTCĐCCST 2.