Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục THIẾT KẾ CẤP PHỐI BÊ TÔNG Ngày tháng năm 200… Thiết kế thành phần bê tơng tìm tỷ lệ hợp lý loại ngun vật liệu nước, xi măng, cát, đá sỏi cho 1m3 bê tơng cho đạt tiêu kỹ thuật kinh tế Cấp phối bê tơng biểu thị khối lượng vật liệu thành phần cần cho 1m bê tơng dạng tỉ lệ khối lượng vật liệu thành phần so với khối lượng ximăng Để tính tốn thành phần bê tơng phải dựa vào số điều kiện : - Cường độ bê tơng u cầu (mác bê tơng): Thơng thường người ta lấy cường độ chịu nén bê tơng sau 28 ngày dưỡng hộ làm cường độ u cầu Tính chất cơng trình: Phải biết cơng trình làm việc mơi trường nào, khơ hay nước, có mơi trường xâm thực mạnh khơng? Đặc điểm kết cấu cơng trình: Kết cấu có cốt thép hay khơng có cốt thép, cốt thép dày hay thưa, biết tiết diện cơng trình rộng hay hẹp Mục đích để lựa chọn độ dẻo hỗn hợp bê tơng độ lớn đá (sỏi) cho hợp lý Điều kiện ngun vật liệu : Như mác loại xi măng, loại cát, đá dăm hay sỏi tiêu lý chúng Điều kiện thi cơng: Thi cơng giới hay thủ cơng 5.6.2 Phương pháp thiết kế thành phần bê tơng Để thiết kế cấp phối bê tơng thực nhiều phương pháp phương pháp Ban mơi trường Anh, phương pháp Viện bê tơng Mỹ song phương pháp Bolomey-Skramtaev Viện bê tơng bê tơng cốt thép Nga phương pháp sử dụng phổ biến Việt Nam số nước Trong nội dung giáo trình trình bày cách thiết kế thành phần bê tơng sở phương pháp Bolomey-Skramtaev có tính đến điều kiện thích hợp Viêt Nam Ngun tắc phương pháp Phương pháp Bolomey-Skramtaev phương pháp tính tốn lý thuyết kết hợp với việc tiến hành kiểm tra thực nghiệm dựa sở lý thuyết "thể tích tuyệt đối“ có nghĩa tổng thể tích tuyệt đối (hồn tồn đặc) vật liệu 1m3 bê tơng 1000 (lít): VaX + VN + VaC + VaĐ = 1000 (lít) Trong : VX , VN , VC , VĐ : Thể tích hồn tồn đặc xi măng, nước, cát, đá 1m3 bê tơng, lít Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục Các bước thực Theo TCVN tính toán cấp phối hỗn hợp bê tông tiến hành sau: Xác đònh lượng nước: vào tiêu tính dẻo chọn, D max cốt liệu lớn (cốt liệu lớn đá dăm) mô đun độ lớn (M đl) cát Lượng nước nhào trộn xác đònh theo bảng tra 4.1 Bảng 4.1 Lượng nước trộn ban đầu cần cho 1m3 bê tông, lít TT Độ sụt, Kích thước lớn cốt liệu lớn Dmax, mm 10 20 40 70 Mô đun độ lớn cát, Mđl 1.51.9 2.02.4 2.53.0 1.51.9 2.02.4 2.53.0 1.51.9 2.02.4 2.53.0 1.51.9 2.02.4 2.53.0 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 1112 225 220 215 215 210 205 205 200 195 195 190 185 Xác đònh tỷ lệ X N Với X/N ≤ 2,5: Rb X = + 0.5 AR x N (4.1) Với X/N > 2,5: Rb X = - 0.5 A1 R x N (4.2) Trong đó: Rb : cường độ nén bê tông tuổi 28 ngày, MPa Rx : cường độ thực tế xi măng, MPa X/N : tỷ lệ xi măng nước A, A1: hệ số thực nghiệm phụ thuộc chất lượng nguyên vật liệu Điều kiện để áp dụng công thức: − Bê tông bảo dưỡng tốt, tương đương điều kiện chuẩn − Bê tông đầm chặt ( hệ số đầm chặt Kđc ≥ 0.97 ) Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục − Cường độ cốt liệu lớn cường độ bê tông 1.5 lần dùng cốt liệu cacbonat; lần dùng cốt liệu bazan, granit − Lượng xi măng tối thiểu không thấp 160÷240 kg/m3 ( phụ thuộc cỡ cốt liệu lớn ) − Hệ số A, A1 thể bảng 4.2 Bảng 4.2 Hệ số chất lượng vật liệu A A1 Chất lượng vật liệu Hệ số A, A1 ứng với xi măng thử cường độ theo TCVN 6017:95 TCVN 4032:85 TCVN 6061:95 (pp vữa dẽo) A A1 A A1 Chỉ tiêu đánh giá - XM hoạt tính cao (không trộn phụ gia thuỷ) Tốt - Đá sạch, đặc chắc, cường độ cao, cấp phối hạt tốt - Cát sạch, Mđl = 2.4÷2.7 - XM hoạt tính trung bình (chứa 10 -15% phụ gia thuỷ) Trung - Đá chất lượng phù hợp với bình TCVN 1771-87 - Cát chất lượng phù hợp với TCVN 1770-86, Mđl = 2.0÷2.4 - XM hoạt tính thấp (chứa 15% phụ gia thuỷ) Kém - Đá có tiêu chưa phù hợp với TCVN 1771-87 - Cát mòn, Mđl < 2.0 0.54 0.44 0.60 0.38 0.5 0.40 0.55 0.35 0.45 0.37 0.5 0.32 Xác đònh lượng xi măng X= X xN N (4.3) Trong đó: X : tỉ lệ xi măng nước xác đònh N N : lượng nước trộn ban đầu, lít, xác đònh Hàm lượng xi măng tối thiểu để hỗn hợp bê tông không bò phân tầng khống chế giá trò bảng 4.3 ; với bê tông để bơm không nhỏ 280 kg Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục Bảng 4.3 Hàm lượng xi măng tối thiểu 1m3 bê tông (kg) Kích thước hạt cốt liệu lớn nhất, mm Bê tông độ sụt 1-10 cm Bê tông độ sụt 11-16 cm 10 20 40 70 220 240 200 220 180 210 160 180 Khi lượng dùng xi măng tính lớn 400 kg, cần hiệu chỉnh lại lượng nước Công thức hiệu chỉnh lượng nước lượng dùng xi măng vượt 400 kg: Nhc = 10.N − 400 , lít 10 − X / N (4.4) Xác đònh lượng cốt liệu lớn Xác đònh thể tích hồ xi măng, Vh Vh = (X / γ x ) + N (4.5) Trong đó: X: lượng xi măng cho m3 bê tông N: lượng nước cho m3 bê tông ρ x : khối lượng riêng xi măng Xác đònh hệ số dư vữa hợp lý Kđ Đối với hỗn hợp bê tông cần ĐS = 2÷12cm ( trừ bê tông có yêu cầu cường độ uốn chống thấm nước ); kđ xác đònh theo bảng 4.4 Bảng 4.4 Hệ số dư vữa hợp lý (Kđ) dùng cho hỗn hợp bê tông dẻo (SN=2÷12) Cốt liệu lớn đá dăm (nếu dùng sỏi, Kđ tra bảng cộng thêm 0.06) Mô đun độ lớn 3.0 2.75 2.5 2.25 2.0 1.75 1.5 Kđ ứng với giá trò Vh = (X / ρ x ) + N (l/m3) 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 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 độ sụt khác, điều chỉnh Kđ sau: _ Khi bê tông có độ sụt 14÷18 cm, K đ tra bảng cộng thêm 0.1 cát có M đl < 2; cộng thêm 0.15 với cát có Mđl = 2÷2.5; cộâng thêm 0.2 với cát có Mđl > 2.5 Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục _ Khi bê tông có độ sụt 0÷1 cm ( Vebe = 4÷8 s), K đ tra bảng trừ bớt 0.1 cát có Mđl < (nhưng giá trò cuối không nhỏ 1.05); trừ bớt 0.15÷0.2 cát có Mđl ≥ (nhưng giá trò cuối không nhỏ 1.1) Xác đònh lượng cốt liệu lớn (Đ): 1000 Đ = rđ K d + (3.6) γ γ Đ= γ rd ( K d − 1) + (4.7) Trong đó: Đ : Hàm lượng đá dăm sỏi 1m3 bê tông, kg rđ : độ rỗng hạt cốt liệu lớn, xác đònh theo TCVN 1772:1987 γ : khối lượng thể tích xốp (khối lượng đổ đống) cốt liệu lớn., kg/m 3, xác đònh theo TCVN 1772:1987 Xác đònh hàm lượng cát Hàm lượng cát 1m3 bê tông xác đònh sở tổng thể tích tuyệt đối vật liệu thành phần bảo đảm sau thành hình cho 1m hay 1000 lít Không kể thể tích bọt khí lồng chiếm khoảng 0.3 - 2.5%, bê tông thông thường hàm lượng cát xác đònh công thức   Đ  X + + N  x γ ac C = 1000 −   γ γ ax   (4.8) Trong đó: X, Đ, N : Lượng xi măng, đá, nước 1m3 bê tông γ ax , γ ad , γ ac : Khối lượng riêng xi măng, đá cát Thành phần vật liệu ẩm : Khi tính tốn sơ thành phần vật liệu cho 1m bê tơng ta giả thiết ngun vật liệu hồn tồn khơ, thực tế cát đá ln bị ẩm nên phải tính đến để điều chỉnh lại lượng ngun vật liệu cho xác Lượng ngun vật liệu ẩm trường tính theo cơng thức sau : Xht = X , kg Cht = C.(1 + WC) , kg Đht = Đ.(1 + WĐ) , kg Nht = N - (C.WC + Đ.WĐ) , lít Trong - Xht, Cht, Đht, Nht: lượng xi măng, cát ẩm, đá ẩm nước sử dụng cho 1m bê tơng trường, kg - X, C, Đ, N: lượng xi măng, cát, đá, nước, theo thiết kế điều kiện cốt liệu khơ cho 1m bê tơng , kg - WC, WĐ : độ ẩm cát đá, % Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục Như qua bước tính sơ bộ, kiểm tra thực nghiệm điều chỉnh lại ta xác định thành phần vật liệu cho 1m3 bê tơng Tùy theo điều kiện thi cơng thực tế mà ta biểu thị cấp phối theo cách khác Nếu điều kiện thi cơng bê tơng khơng có thiết bị định lượng cân (kg) ta nên biểu thị cấp phối tỷ lệ pha trộn theo thể tích, lấy thể tích tự nhiên xi măng làm chuẩn Hệ số sản lượng bê tơng liều lượng vật liệu cho mẻ trộn máy : Hệ số sản lượng bê tơng : Trong thực tế chế tạo bê tơng vật liệu sử dụng trạng thái tự nhiên (V 0X; V0C;V0Đ ) thể tích hỗn hợp bê tơng sau nhào trộn (V b) ln ln nhỏ tổng thể tích tự nhiên ngun vật liệu, điều thể hệ số sản lượng bê tơng β β= V0 X Vb + V0 C + V0 D Khi biết lượng ngun vật liệu cho 1m3 bê tơng trường hệ số sản lượng bê tơng xác định theo cơng thức sau : β= X ht γ oXht 1000 C D + ht + ht γ oCht γ oDht Trong - Xht, Cht, Đht : Khối lượng xi măng, cát, đá (sỏi) dùng cho 1m3 bê tơng; kg - γ0Xht, γ0Cht, γ0Đht : Khối lượng thể tích xi măng, cát, đá(sỏi) trường, kg/l Tùy thuộc vào độ rỗng cốt liệu, giá trị β khoảng 0,55 - 0,7 Xác định liều lượng vật liệu cho mẻ trộn máy Hệ số sản lượng bê tơng sử dụng việc tính lượng ngun vật liệu cho mẻ trộn máy có dung tích thùng trộn V0(l) Trong : - X0, N0, C0, Đ0: - Lượng xi măng, nước, cát, đá (sỏi) dùng cho mẻ trộn - Xht, Nht, Cht, Đht: - Lượng xi măng, nước, cát, đá (sỏi) dùng cho 1m bê tơng trường, kg Để dễ áp dụng ngồi thực tế cơng trường khơng có điều kiện định lượng cân tự động ta nên chuyển đổi khối lượng cát, đá theo thể tích Một số cấp phối thơng dụng : Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục Bài : Tính tốn thành phần vật liệu cho bê tơng mác 200 (theo cường độ chịu nén, kG/cm2) tuổi 28 ngày Mẫu chuẩn 150 x 150 x 150 mm Bê tơng khơng có u cầu đặc biệt, mơi trường sử dụng thơng thường Điều kiện thi cơng giới Đặc điểm kết cấu: sàn BTCT, dày 10cm, giới hạn Dmax ≤ 20 mm Vật liệu chế tạo: - Xi măng Nghi Sơn PCB 40 Cường độ thực tế: 47,8 N/mm (thí nghiệm theo TCVN 6016:1995) Khối lượng riêng : γx = 3,1 g/cm3 - Đá có khối lượng riêng : γađ = 2,65 g/cm3, khối lượng thể tích xốp : γođ = 1520 kg/m3 Đường kính hạt lớn Dmax = 20mm Độ rỗng đá Vr = 42.6 0% Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục - Cát vàng có khối lượng riêng: γac = 2,62 g/cm3 Mơ đun độ lớn: M đl = 2,5 Khơng có lượng hạt 5mm Biết : XM γ0xm = 1,1 g/cm3 cát γ0c = 1,6 g/cm3 đá γ0đ = 1,52 g/cm3 Tính tốn lượng dùng thực tế cho mẻ trộn máy trộn bê tơng V m = 500 lít , biết vật liệu ngồi cơng trường trạng thái khơ Bài : Tính tốn lượng dùng thực tế cho mẻ trộn máy trộn bê tơng V m = 425 lít , lượng dùng vật liệu khơ theo thiết kế X = 321 kg ; N = 182 l ; C = 612 kg ; Đ = 1296 kg Tại trường vật liệu có độ ẩm W c= % Wđ = 0.5% Hệ số sản lượng β theo thí nghiệm 0,7 Tại cơng trường khơng có điều kiện cân định lượng mà có thùng đong 18 lít Hãy tính số lượng thùng xi măng, cát , nước, đá cần thiết biết khối lượng thể tích vật liệu cơng trường sau : XM γ0xm = 1,1 g/cm3 cát γ0c = 1,6 g/cm3 đá γ0đ = 1,7 g/cm3 Bài : Đội thi cơng cơng trường X nhận cấp phối bê tơng theo thiết kế X : C : Đ = : 1,8 : 4,2 Tỷ lệ N/X = 0.7 Tại trường độ ẩm cát đá 2% 1% Hãy tính lượng dùng vật liệu cho 1m bê tơng thực tế trường hệ số sản lượng bê tơng số liệu thực nghiệm xác định : γ0c = 1,5 g/cm3 γac = 2,5 g/cm3 γ0đ = 1,6 g/cm3 γađ = 2,6 g/cm3 γ0x = 1,2 g/cm3 γax = 3,0 g/cm3 Bài : Một loại bê tơng nặng có tỉ lệ dùng vật liệu theo khối lượng X:C:Đ = 1:2:4 Tỉ lệ N/X = 0.61 Khi cho thêm vào hỗn hợp bê tơng 1lít phụ gia siêu dẻo 100 kg xi măng mà giữ ngun độ dẻo hỗn hợp bê tơng , tỉ lệ N/X giảm 10% Hãy tính lượng dùng vật liệu cho mẻ trộn máy 425 lít bê tơng có phụ gia , xác định cường độ tăng % Vật liệu có tiêu lý sau : γ0c = 1,6 g/cm3 γac = 2,6 g/cm3 γ0đ = 1,65 g/cm3 γađ = 2,7 g/cm3 γ0x = 1,2 g/cm γax = 3,1 g/cm3 Bài : Một cơng trình xây dựng tích bê tơng tổng cộng 45000 m ,bê tơng có thành phần cấp phối sau : X = 300 kg ; N = 180 lit ; C = 538 kg ; Đ = 1260 kg Bằng thực nghiệm thấy, thêm vào hỗn hợp bê tơng 0.2% phụ gia siêu dẻo giảm 10% lượng nước nhào trộn mà giữ ngun độ dẻo hỗn hợp bê tơng Để giữ ngun mác bê tơng người ta giảm lượng dùng xi măng 10% Hãy xác định lượng xi măng tiết kiệm sử dụng phụ gia tăng dẻo γ0c = 1,6 g/cm3 γac = 2,6 g/cm3 γ0đ = 1,65 g/cm γađ = 2,7 g/cm3 γ0x = 1,2 g/cm3 γax = 3,1 g/cm3