Tweet
Cường độ nén và sự phát triển cường độ nén ở bê tông cường độ cao
(29-11-2004) (ThS Đỗ Hữu Trí, PGS.TS Đặng Duy Thùy)
Cầu vượt xây dựng bằng BTCĐC
trên hệ thanh đỡ mảnh, dày 13cm
Bê tông cường độ cao hay bê tông mác cao được xem như một loại vật liệu mới. Theo lý thuyết của bê tông cổ điển thì cường độ bê tông phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nhưng quyết định bậc nhất là yếu tố hoạt tính xi măng (Rx), và cường độ bê tông bị giới hạn bởi cường độ của đá xi măng. Do vậy, BTCĐC "cổ điển" hàm ý là những bê tông đạt được cường độ bằng hoặc xấp xỉ gần bằng với cường độ xi măng. Tuy nhiên, khái niệm ấy ngày nay đã thay đổi, cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, cường độ của bê tông chế tạo được không ngừng nâng cao. Ngày nay, cường độ của BTCĐC đã vượt, thậm chí vượt rất xa cường độ của xi măng. Chính vì thế mà giá trị cường độ quy định của BTCĐC luôn thay đổi.
Trong những năm trước đây: 1990 - 1993. Phòng KH-CN vật liệu Viện KH và CN GTVT đã tiến hành nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu chế tạo và sử dụng bê tông cường độ cao trong xây dựng cầu bê tông cốt thép dự ứng lực nhịp lớn". Đó là một đề mục trong khuôn khổ của đề tài cấp nhà nước KC-10-09. Đề tài đã đạt được công nghệ chế tạo bê tông mác M35 - M45 trên cơ sở của xi măng PC30.
Giai đoạn tiếp theo: 2000-2002, đã tiến hành nghiên cứu BTCĐC trong khuôn khổ của một đề tài cấp Bộ “Nghiên cứu chế tạo bê tông mác cao M55-M80 bằng nguyên vật liệu trong nước”. Đề tài đã đạt được công nghệ chế tạo bê tông cường độ nén 55-80 MPa trên cơ sở của xi măng PC40 với phụ gia khoáng siêu mịn tự chế tạo T2.
Nhiệm vụ nghiên cứu trong giai đoạn 2003-2004 là “Nghiên cứu chế tạo BTCĐC > 80MPa với đề tài cấp Bộ “Nghiên cứu sử dụng bê tông tự đầm (SCC) và bê tông cường độ cao > 80MPa (HSC) trong Ngành GTVT”.
Với xi măng PCB40, đề tài đã hoàn thành việc chế tạo BTCĐC mác M85-M105
X (xi măng portland PCB40): 530 kg/m3; SD (phụ gia siêu dẻo P51): 1%X; SM (phụ gia khoáng hoạt tính - silicafume): 10% X; Độ sụt: 8cm. Kết quả cường độ nén R28 = 95,0MPa.
Và X (PCB 40) = 530 kg/m3; SD = 1%X; SM = 15%X; Độ sụt 8cm. Kết quả cường độ nén R28= 103,0MPa.
Bằng xi măng mác cao tự sản xuất trong nước (PC 60) đề tài đã đạt được công nghệ chế tạo BTCĐC mác M110 - M125.
X (xi măng portland PC60) = 550 kg/m3; SD = 1%X; SM=15%X; Độ sụt 8cm. Kết quả cường độ nén R28 = 125,0 MPa.
Quy luật của lý thuyết bê tông cổ điển là cường độ nén phát triển theo thời gian,tuy nhiên sự phát triển này không đều. Thời kỳ đầu từ 1-14 ngày, tốc độ phát triển cường độ nhanh hơn giai đoạn sau 28 ngày. Nhất là thời kỳ 1-7 ngày đầu có tốc độ phát triển cường độ khá nhanh. Đặc biệt là 3 ngày đầu cường độ phát triển rất nhanh.
Sau 28 ngày phát triển, cường độ của bê tông tương đối ổn định và có tốc độ tăng chậm. Đồ thị dần tiệm cận với đường nằm ngang.
Ở BTCĐC (mác > M50) thì không hoàn toàn giống như vậy. Các giá trị cường độ nén ở tuổi từ 1-7 ngày đầu cao so với bê tông mác trung bình và thấp.
Từ các kết quả nghiên cứu cho thấy: Tốc độ phát triển cường độ nén của BTCĐC cũng tuân theo quy luật là hàm số của thời gian và tỷ lệ thuận với thời gian. Dạng đường cong tương tự như đối với bê tông thông thường. Do đó quy luật phát triển cường độ ở BTCĐC cũng tuân theo quy luật của hàm số logarit.
R1= R28.lg n / lg28
Trong đó: n là tuổi của bê tông, tính bằng 24 giờ (ngày); R28 là cường độ nén tiêu chuẩn của bê tông ở tuổi 28 ngày.
- Tốc độ phát triển của BTCĐC nhanh hơn so với bê tông thường.
- BTCĐC mác càng cao thì tốc độ phát triển cường độ càng nhanh.
- Với BTCĐC tốc độ phát triển cường độ nén ở 7 ngày đầu đóng rắn so với cường độ nén ở tuổi 28 ngày (giá trị tương đối ở tuổi ít ngày so với cường độ R28) lớn hơn đáng kể so với bê tông thông thường (5-20%). Điều này rất có ý nghĩa thực tiễn: Như vậy bê tông cường độ cao cũng đồng nghĩa với bê tông rắn nhanh. Do đó nó có thể đáp ứng được đòi hỏi của một số công nghệ yêu cầu cần cường độ cao của bê tông ở tuổi ít ngày. Mặt khác nó có thể rút ngắn thời gian của một chu trình công nghệ như chu trình đẩy đốt dầm (trong công nghệ đúc đẩy) hoặc chu trình đẩy dàn giáo (trong công nghệ đẩy dàn giáo).
- Ở BTCĐC giá trị tương đối của cường độ ở tuổi ít ngày lớn hơn so với bê tông thường. Đồng thời giá trị của cường độ R28 của BTCĐC lại lớn hơn nhiều so với bê tông thường. Cho nên giá trị tuyệt đối của cường độ nén ở tuổi ít ngày sẽ khá lớn. Vì thế, người ta có thể thực hiện căng kéo cáp dự ứng lực cho các dầm BTCĐC ở lực căng kéo lớn. Do vậy, khả năng làm việc chịu kéo, uốn của các dầm BTCTDƯL làm bằng BTCĐC sẽ lớn hơn đáng kể so với dầm được chế tạo từ bê tông thường.
Trên cơ sở đó, người ta có thể thiết kế giảm bớt một số dầm BTCT DƯL cho một cầu hoặc có thể giảm bớt khối lượng bê tông cho một dầm, làm cho dầm trở nên nhẹ nhàng, thanh mảnh hơn.
ThS Đỗ Hữu Trí, PGS.TS Đặng Duy Thùy (Viện KH và CN GTVT)
(29-11-2004) (ThS Đỗ Hữu Trí, PGS.TS Đặng Duy Thùy)
Cầu vượt xây dựng bằng BTCĐC
trên hệ thanh đỡ mảnh, dày 13cm
Bê tông cường độ cao hay bê tông mác cao được xem như một loại vật liệu mới. Theo lý thuyết của bê tông cổ điển thì cường độ bê tông phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nhưng quyết định bậc nhất là yếu tố hoạt tính xi măng (Rx), và cường độ bê tông bị giới hạn bởi cường độ của đá xi măng. Do vậy, BTCĐC "cổ điển" hàm ý là những bê tông đạt được cường độ bằng hoặc xấp xỉ gần bằng với cường độ xi măng. Tuy nhiên, khái niệm ấy ngày nay đã thay đổi, cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, cường độ của bê tông chế tạo được không ngừng nâng cao. Ngày nay, cường độ của BTCĐC đã vượt, thậm chí vượt rất xa cường độ của xi măng. Chính vì thế mà giá trị cường độ quy định của BTCĐC luôn thay đổi.
Trong những năm trước đây: 1990 - 1993. Phòng KH-CN vật liệu Viện KH và CN GTVT đã tiến hành nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu chế tạo và sử dụng bê tông cường độ cao trong xây dựng cầu bê tông cốt thép dự ứng lực nhịp lớn". Đó là một đề mục trong khuôn khổ của đề tài cấp nhà nước KC-10-09. Đề tài đã đạt được công nghệ chế tạo bê tông mác M35 - M45 trên cơ sở của xi măng PC30.
Giai đoạn tiếp theo: 2000-2002, đã tiến hành nghiên cứu BTCĐC trong khuôn khổ của một đề tài cấp Bộ “Nghiên cứu chế tạo bê tông mác cao M55-M80 bằng nguyên vật liệu trong nước”. Đề tài đã đạt được công nghệ chế tạo bê tông cường độ nén 55-80 MPa trên cơ sở của xi măng PC40 với phụ gia khoáng siêu mịn tự chế tạo T2.
Nhiệm vụ nghiên cứu trong giai đoạn 2003-2004 là “Nghiên cứu chế tạo BTCĐC > 80MPa với đề tài cấp Bộ “Nghiên cứu sử dụng bê tông tự đầm (SCC) và bê tông cường độ cao > 80MPa (HSC) trong Ngành GTVT”.
Với xi măng PCB40, đề tài đã hoàn thành việc chế tạo BTCĐC mác M85-M105
X (xi măng portland PCB40): 530 kg/m3; SD (phụ gia siêu dẻo P51): 1%X; SM (phụ gia khoáng hoạt tính - silicafume): 10% X; Độ sụt: 8cm. Kết quả cường độ nén R28 = 95,0MPa.
Và X (PCB 40) = 530 kg/m3; SD = 1%X; SM = 15%X; Độ sụt 8cm. Kết quả cường độ nén R28= 103,0MPa.
Bằng xi măng mác cao tự sản xuất trong nước (PC 60) đề tài đã đạt được công nghệ chế tạo BTCĐC mác M110 - M125.
X (xi măng portland PC60) = 550 kg/m3; SD = 1%X; SM=15%X; Độ sụt 8cm. Kết quả cường độ nén R28 = 125,0 MPa.
Quy luật của lý thuyết bê tông cổ điển là cường độ nén phát triển theo thời gian,tuy nhiên sự phát triển này không đều. Thời kỳ đầu từ 1-14 ngày, tốc độ phát triển cường độ nhanh hơn giai đoạn sau 28 ngày. Nhất là thời kỳ 1-7 ngày đầu có tốc độ phát triển cường độ khá nhanh. Đặc biệt là 3 ngày đầu cường độ phát triển rất nhanh.
Sau 28 ngày phát triển, cường độ của bê tông tương đối ổn định và có tốc độ tăng chậm. Đồ thị dần tiệm cận với đường nằm ngang.
Ở BTCĐC (mác > M50) thì không hoàn toàn giống như vậy. Các giá trị cường độ nén ở tuổi từ 1-7 ngày đầu cao so với bê tông mác trung bình và thấp.
Từ các kết quả nghiên cứu cho thấy: Tốc độ phát triển cường độ nén của BTCĐC cũng tuân theo quy luật là hàm số của thời gian và tỷ lệ thuận với thời gian. Dạng đường cong tương tự như đối với bê tông thông thường. Do đó quy luật phát triển cường độ ở BTCĐC cũng tuân theo quy luật của hàm số logarit.
R1= R28.lg n / lg28
Trong đó: n là tuổi của bê tông, tính bằng 24 giờ (ngày); R28 là cường độ nén tiêu chuẩn của bê tông ở tuổi 28 ngày.
- Tốc độ phát triển của BTCĐC nhanh hơn so với bê tông thường.
- BTCĐC mác càng cao thì tốc độ phát triển cường độ càng nhanh.
- Với BTCĐC tốc độ phát triển cường độ nén ở 7 ngày đầu đóng rắn so với cường độ nén ở tuổi 28 ngày (giá trị tương đối ở tuổi ít ngày so với cường độ R28) lớn hơn đáng kể so với bê tông thông thường (5-20%). Điều này rất có ý nghĩa thực tiễn: Như vậy bê tông cường độ cao cũng đồng nghĩa với bê tông rắn nhanh. Do đó nó có thể đáp ứng được đòi hỏi của một số công nghệ yêu cầu cần cường độ cao của bê tông ở tuổi ít ngày. Mặt khác nó có thể rút ngắn thời gian của một chu trình công nghệ như chu trình đẩy đốt dầm (trong công nghệ đúc đẩy) hoặc chu trình đẩy dàn giáo (trong công nghệ đẩy dàn giáo).
- Ở BTCĐC giá trị tương đối của cường độ ở tuổi ít ngày lớn hơn so với bê tông thường. Đồng thời giá trị của cường độ R28 của BTCĐC lại lớn hơn nhiều so với bê tông thường. Cho nên giá trị tuyệt đối của cường độ nén ở tuổi ít ngày sẽ khá lớn. Vì thế, người ta có thể thực hiện căng kéo cáp dự ứng lực cho các dầm BTCĐC ở lực căng kéo lớn. Do vậy, khả năng làm việc chịu kéo, uốn của các dầm BTCTDƯL làm bằng BTCĐC sẽ lớn hơn đáng kể so với dầm được chế tạo từ bê tông thường.
Trên cơ sở đó, người ta có thể thiết kế giảm bớt một số dầm BTCT DƯL cho một cầu hoặc có thể giảm bớt khối lượng bê tông cho một dầm, làm cho dầm trở nên nhẹ nhàng, thanh mảnh hơn.
ThS Đỗ Hữu Trí, PGS.TS Đặng Duy Thùy (Viện KH và CN GTVT)