Tính chất của bê tông cường độ cao và bê tông chất lượng cao

Tính chất của bê tông cường độ cao và bê tông chất lượng cao

Bê tông cường độ cao và bê tông chất lượng cao có cường độ chịu nén từ 60-100MPa và lớn hơn.

Tính chất của bê tông cường độ cao và chất lượng cao ở trạng thái tươi là tính dễ đổ (độ sụt) hoặc còn gọi là tính công tác. Tuy sử dụng lượng xi măng cao, tỷ lệ N/X thấp nhưng độ sụt của bê tông cường độ cao vẫn đạt từ 10-20 cm, giữ được ít nhất là 60 phút. Ở trạng thái mềm co ngót dẻo lớn và ổn định thể tích cao so với bê tông thường.

Các tính chất của bê tông cường độ cao và bê tông chất lượng cao khi rắn chắc như cường độ nén, cường độ ép chẻ, biến dạng, mô đun đàn hồi được thể hiện theo tỷ số với cường độ nén đơn trục của mẫu thử hình trụ có kích thước 15x30 cm hoặc mẫu thử hình lập phương 15x15x15 cm (theo tiêu chuẩn Anh) tuổi 28 ngày.
Các tính chất khác như cường độ chịu kéo, co ngót, từ biến, sự dính bám với cốt thép cũng được cải tiến khi cường độ nén tăng lên.

Bê tông chất lượng cao, bê tông cường độ cao

1.    Cường độ bê tông cường độ cao và bê tông chất lượng cao

+  Cường độ chịu nén

Cường độ chịu nén của bê tông là tính chất quan trọng để đánh giá chất lượng của bê tông mặc dù trong một số trường hợp thì độ bền và tính chống thấm còn quan trọng hơn. Cường độ của bê tông liên quan trực tiếp đến cấu trúc của hồ xi măng đã đông cứng, cấu trúc của bê tông. Cường độ nén của bê tông phụ thuộc rất lớn vào tỷ lệ nước/ximăng trong bê tông. Có nhiều công thức để dự báo cường độ nén của bê tông ở các tuổi 3, 7, 28, 56 ngày theo tỷ lệ N/X hoặc N/CKD hoặc X/N.
Công thức Bôlômây-Ckramtaep cải tiến.

Công thức B-K đã được lập để dự báo cường độ của bê tông thường.
Rb=ARx (X/N+0.5)
Chúng tôi đề nghị cải tiến bằng cách dùng các trị số hệ số A là: 0.4 thay cho 0.45 cho bê tông thường.
Ở Pháp thường lựa chọn tỷ lệ N/CDK theo phương pháp của Faury hoặc theo công thức của Feret.
Ngoài ra còn có công thức của Suzuki 1 và Suzuki 2, công thức Hatori.

Tỷ lệ nước/xi măng lại ảnh hưởng rất lớn đến các độ bền, độ ổn định thể tích và nhiều tính chất khác liên quan đến độ rỗng của bê tông. Do đó cường độ chịu nén của bê tông được qui định sử dụng    trong thiết kế, hướng dẫn công nghệ và đánh giá chất lượng bê tông.

Cường độ nén của bê tông phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: 
Loại, chất lượng và hàm lượng của các vật liệu chế tạo bê tông: cốt liệu, xi măng và các phụ gia, phương pháp thiết kế thành phần và thời gian nhào trộn hỗn hợp vật liệu, môi trường sản xuất và khai thác bê tông.
Các tính chất của các vật liệu thành phần ảnh hưởng đến cường độ bê tông là: Loại, chất lượng của cốt liệu nhỏ và cốt liệu lớn, hồ xi măng và tính dính bám của hồ xi măng với cốt liệu (tính chất của vùng chuyển tiếp).
Cường độ nén là tính chất sử dụng quan trọng nhất của vật liệu. Đó cũng là tính chất mà sự cải thiện của nó là li kỳ nhất: người ta đã có thể thực hiện ở phòng thí nghiệm, sử dụng thành phần tối ưu bê tông có thể đạt cường độ bê tông vượt quá 200 MPa. Tuy nhiên trong thực tế không yêu cầu về cường độ quá cao và giá thành của bê tông là quá đắt (do sử dụng nhiều muội silic và chất siêu dẻo). Chế tạo loại bê tông dễ đổ với các cốt liệu thông thường, giá thành không quá cao, cường độ nằm trong khoảng từ 60 đến 120 MPa, sẽ có ý nghĩa thực tế cao hơn, điều đó cũng thể hiện một bước tiến lớn so với bê tông thường
Cường độ chịu nén của bê tông cường độ cao được xác định trên mẫu bê tông tiêu chuẩn, được bảo dưỡng 28 ngày trong điều kiện tiêu chuẩn, theo tiêu chuẩn Việt Nam hoặc Quốc Tế thích hợp.
Theo tiêu chuẩn của Việt Nam, mẫu tiêu chuẩn để xác định cường độ bê tông là mẫu hình hộp lập phương có cạnh 150x150x150 mm, bảo dưỡng trong điều kiện t = 20-25oC, W = 90 - 100%. Hoặc mẫu hình trụ D = 15, H =30 cm, lấy mẫu và bảo dưỡng theo TCVN
Theo ACI thì mẫu tiêu chuẩn để xác định cường độ bê tông cường độ cao là mẫu hình trụ tròn có kích thước: d = 6 in và h = 12 in (150x300 mm), và được bảo dưỡng ẩm.

+ Tốc độ tăng cường độ chịu nén theo thời gian

Bê tông cường độ cao có tốc độ tăng cường độ ở các giai đoạn đầu cao hơn so với bê tông thường, nhưng ở các giai đoạn sau sự khác nhau là không đáng kể. Parrott đã báo cáo các tỉ số điển hình của cường độ sau 7 ngày đến 28 ngày là 0,8 - 0,9 đối với bê tông có cường độ cao, từ 0,7 - 0,75 đối với bê tông thường, trong khi đó Carrasquillo, Nilson và Slate đã tìm ra được tỉ số điển hình của cường độ sau 7 ngày là 0,6    đối với bê tông có    cường độ    thấp,    0,65    đối    với    bê tông có cường    độ
trung bình và 0,73 đối với bê tông có cường độ cao. Tốc độ cao hơn của sự hình thành cường độ của bê tông cường độ cao ở các giai đoạn đầu là do sự tăng nhiệt độ xử lý trong mẫu bê tông vì nhiệt của quá trình hidrát hoá, khoảng cách giữa các hạt đã được hidrát hoá trong bê tông cường độ cao đã được thu lại và tỉ số nước/ xi măng thấp nên lỗ rỗng do nước thuỷ trong bê tông cường độ cao là thấp hơn.
Sự tăng cường độ nhanh hơn nhiều so với bê tông cổ điển (bảng 3.1.), là do sự xích gần sớm của các hạt bê tông tươi, cũng như là vai trò làm đông cứng của muội silic. Sự phát triển sớm của cường độ trong thực tế phụ thuộc vào bản chất (hàm lượng Aluminat, độ mịn) và lượng dùng xi măng, hàm lượng có thể có của chất làm chậm ninh kết, cũng như là chắc chắn phụ thuộc vào nhiệt độ của bê tông.
Quan hệ giữa bê tông chịu nén ở ngày thứ j (fcj) và cường độ bê tông ngày 28 (fc28) có thể sử dụng công thức BAEL và BPEL (Pháp) như sau: fcj = 0,685 log (j’+1)fc28 hoặc công thức ở dạng tuyến tính như sau:

 +  Biểu đồ ứng suất biến dạng.

Mô đun đàn hồi (độ cứng) được thể hiện ở độ dốc của đường cong quan hệ ứng suất biến dạng trước khi đạt cường độ lớn nhất.
Độ dai được thể hiện ở độ dốc của đường cong quan hệ ứng suất biến dạng sau khi đạt cường độ lướn nhất.
Bê tông cường độ cao và bê tông chất lượng cao có mô đun đàn hồi và độ dai khác biệt so với bê tông thường
Trên hình 3.4. là quan hệ giữa ứng suất theo chiều trục và biến dạng đối với bê tông có cường độ nén lên tới 100 MPa. Dạng đồ thị ở phần đầu của đường ứng suất - biến dạng khá tuyến tính và dốc hơn đối với bê tông thường. Như vậy bê tông chất lượng cao có mô đun đàn hồi cao hơn hẳn so với bê tông thường (đến 45MPa). Biến dạng tương đương ứng với điểm ứng suất lớn nhất thường từ 0.02¬
0.    03 (với bê tông thường từ 0.02-0.035).
Đối với bê tông cường độ cao và bê tông chất lượng cao độ dốc ở phía giảm trở nên dốc hơn. Điều đó chứng tỏ bê tông cường độ cao sẽ bị phá hoại đột ngột hơn so với bê tông thường (ròn). Điều này cũng cho thấy độ dai của bê tông cường độ cao thấp hơn so với bê tông truyền thống.
Độ ròn của bê tông cường độ cao
Đối với kim loại và đặc biệt là thép, sự phát triển cường độ luôn luôn đi đôi với độ ròn lớn hơn. Điều đó được thể hiện bằng các dạng phá hoại đặc biệt và bằng độ dai (đại lượng biểu thị khả năng của vật liệu chống lại sự lan truyền của vết nứt) và tốc độ phá hoại. Chúng ta quan sát các dạng này đối với bê tông chất lượng cao và rất cao.
Các dạng phá hoại:
Các bề mặt vỡ của bê tông bê tông cường độ cao là đặc trưng tiêu biểu của vật liệu. Các vết nứt đi qua không phân biệt hồ và cốt liệu (hình 3.5). Như vật sự phá huỷ của bê tông cường độ cao có quan hệ gần gũi với dạng chẻ theo thớ của kim loại ròn. Với bê tông thường vết nứt có đi qua biên cốt liệu không đi qua cốt liệu.
Không phải là giống nhau khi người ta quan tâm đến độ dai hoặc nhân tố độ mạnh của ứng suất cực hạn. Khi đo thông số này trên ba loại bê tông, là bê tông thường, bê tông cường độ cao không có muội silic và bê tông cường độ cao. Các giá trị tìm được lần lượt bằng 2,16; 2,55; 2,85 MPa trong khi đó năng lượng phá vỡ được xác định ở mức độ 131; 135; 152 J/m2. Điều đó có nghĩa là để lan truyền trong bê tông cường độ cao một vết nứt có chiều dài và môi trường xung quanh đã cho cần thiết năng lượng gia tải lớn hơn so với bê tông thông thường. Nguyên nhân cơ bản là sự tăng mật độ của hồ và cải thiện liên kết giữa hai pha hồ và cốt liệu. 

 +  Cường độ chịu kéo:

Cường độ chịu kéo của bê tông khống chế vết nứt và ảnh hưởng đến các tính chất khác của bê tông như: độ cứng, khả năng dính bám với cốt thép, độ bền. Cường độ chịu kéo còn liên quan đến ứng xử của bê tông dưới tác dụng của lực cắt.
Bê tông có cường độ cao thì cường độ chịu kéo cũng cao hơn. Tất cả các thử nghiệm mẫu đều xác nhận điều đó từ 30 - 60% tuỳ theo thành phần của bê tông cường độ cao. Việc cải thiện chất lượng của vùng chuyển tiếp giữa hồ xi măng và cốt liệu có thể đóng vai trò quan trọng trong việc gia tăng này.
Tuy nhiên cường độ chịu kéo của bê tông cường độ cao tăng chậm hơn so với tốc độ tăng cường độ chịu nén. (ftj/fcj =1/15-:-1/20 ) trị số chịu kéo khi biến dạng đến 6 MPa là có ý nghĩa sử dụng có lợi cho kết cấu.
Cường độ chịu kéo của bê tông được xác định bằng thí nghiệm kéo dọc trục hoặc thí nghiệm gián tiếp như kéo uốn, kéo bửa.
-  Cường độ chịu kéo dọc trục:
Cường độ chịu kéo dọc trục của bê tông rất khó xác định, do đó các số liệu rất hạn chế và thường rất khác nhau. Nhưng người ta cho rằng cường độ chịu kéo dọc trục của bê tông bằng khoảng 10% cường độ chịu nén.

- Cường độ chịu kéo gián tiếp
Cường độ chịu kéo gián tiếp được xác định thông qua thí nghiệm kéo bửa (splitting tension - ASTM C496) hoặc thí nghiệm kéo uốn (ASTM C78).
-    Cường độ kéo bửa (fct)
Theo ACI 363, cường độ kéo bửa của bê    tông    nặng có    quan hệ với cường độ
chịu nén theo công thức [6]:
fct = 7.4-yỊĩC (psi) với bê tông có cường độ 3000 - 12000 psi
hay:    fct = 0.59 «Ịfĩ (MPa) với bê tông có cường độ 21 - 83 MPa
Theo Shah và Ahmad thì công thức là:
fct = 4.34(f’c)055 (psi) với bê tông có    cường độ < 1200 (psi)
hay:    fct = 0.462(f’c)0 55 (MPa) với bê tông có cường độ < 83MPa.
Cường độ chịu kéo của bê tông dùng muội silíc cũng có quan hệ với cường độ chịu nén như đối với các loại bê tông khác.
-    Cường độ kéo uốn (mô đun gãy):
Cường độ chịu kéo uốn được xác định bằng thí nghiệm uốn mẫu dầm tiêu chuẩn. Các kết quả thí nghiệm cho thấy cường độ kéo uốn bằng khoảng 15% cường độ chịu nén của bê tông. Đối với bê tông cường độ cao ACI kiến nghị:
fr = k.f (psi) (ACI 363)
hệ số k từ 7,5-12
fr=117V^(psi)
hay: fr = 0.94 if (MPa) với bê tông có cường độ chịu nén < 83 MPa
Các kết quả thí nghiệm uốn một trục và hai trục cho thấy cường độ chịu kéo uốn một trục cao hơn cường độ chịu kéo uốn hai trục khoảng 38%.
Đối với bê tông dùng muội silic, tỉ lệ giữa cường độ chịu kéo và cường độ chịu nén cũng tương tự như các loại bê tông cường độ cao khác.