Tìm hiểu thành phần bê tông cốt liệu nhẹ

Tìm hiểu thành phần bê tông cốt liệu nhẹ

Thành phần của bê tông nặng cần lựa chọn để thỏa mãn được tính công tác và cường độ yêu cầu bán máy mài sàn bê tông. Thiết kế tối ưu là một thành phần bê tông có lượng dùng xi măng ít nhất. Trong khi đó, đối với bê tông nhẹ, ngoài tính công tác, cấp phối bê tông còn cần thỏa mãn đồng thời hai chỉ tiêu là khối lượng thể tích và cường độ. Vật liệu muốn nhẹ thì cần rỗng trong khi độ rỗng lại tỉ lệ nghịch với cường độ. Do đó, việc khống chế giới hạn trên khối lượng thể tích của bê tông khiến việc đạt được cường độ yêu cầu trở thành một bài toán phức tạp trong thiết kế. Ngoài ra, tính công tác của bê tông nhẹ là một đại lượng khó điều chỉnh do cốt liệu nhẹ rỗng có độ hút nước lớn và gây phân tầng hỗn hợp.

Cường độ bê tông nhẹ bị ảnh hưởng bởi chất lượng cốt liệu, cường độ của vữa và tỉ lệ thể tích của các thành phần mua máy mài sàn bê tông. Cường độ của cốt liệu nhẹ luôn nhỏ hơn cường độ của vữa nên cường độ cốt liệu ảnh hưởng lớn đến cường độ bê tông. Khi sử dụng cốt liệu nhẹ khối lượng thể tích nhỏ và cường độ thấp để chế tạo bê tông nhẹ chịu lực, cường độ của bê tông bị khống chế bởi các tính năng của cốt liệu. Cường độ của vữa phụ thuộc vào loại xi măng và tỉ lệ N/X. Để cải thiện cường độ vữa có thể giảm tỉ lệ N/X (N/CKD) và sử dụng thêm muội silic.


Ban đầu, nhóm nghiên cứu sử dụng phương pháp thiết kế thành phần bê tông của tiêu chuẩn ACI 211.2-98. Theo phương pháp này, thành phần bê tông được lựa chọn dựa vào các bảng tra của tiêu chuẩn. Nguyên tắc thiết kế tương tự phương pháp thiết kế thành phần bê tông nặng truyền thống là dựa trên lý thuyết thể tích tuyệt đối. Các bảng tra được điều chỉnh phù hợp với đặc thù của bê tông cốt liệu nhẹ. Tuy nhiên, khi sử dụng các bảng tra này để lựa chọn thành phần, loại bê tông thu được trên cơ sở cốt liệu nhẹ của Việt Nam không đạt được mục tiêu về cường độ. Cường độ chịu nén trung bình tuổi 28 ngày của bê tông chỉ đạt từ 25 - 30MPa khi thiết kế cho loại bê tông có cường độ ≥ 41MPa (6000 psi). Điều này có thể lý giải là do chất lượng của cốt liệu nhẹ khá thấp, độ nén giập trong xi lanh chỉ đạt khoảng 1,9 MPa, ảnh hưởng rất lớn đến khả năng chịu lực của bê tông. Giải pháp đưa ra là sử dụng một loại cốt liệu nhẹ có chất lượng tốt hơn, cải thiện cường độ phần nền vữa xi măng và tối ưu hóa tỉ lệ thể tích giữa các thành phần.

Để tận dụng tối đa vật liệu chế tạo trong nước, các tác giả đã tiến hành nghiên cứu thiết kế thành phần bê tông cốt liệu nhẹ trên cơ sở tối ưu hóa tỉ lệ thể tích và cải thiện cường độ vữa xi măng. Để đơn giản hóa quy trình tính toán, các thành phần được phân thành hai nhóm chính, là hồ chất kết dính và cốt liệu mịn hay vữa xi măng và các hạt cốt liệu thô.

Trước tiên, nhóm nghiên cứu tiến hành thiết kế thành phần vữa xi măng cải tiến (xi măng, muội silic, cát và nước) nhằm thu được một loại vữa xi măng có cường độ chịu nén cao nhất. Tiếp theo, thành phần bê tông cốt liệu nhẹ được tính toán trên cơ sở phối hợp thành phần vữa tối ưu tìm được với sỏi nhẹ keramzit để đạt được bê tông có khối lượng thể tích theo yêu cầu. Thành phần bê tông được qui định theo khối lượng dùng cho 1m3 bê tông đầm chặt. Mẻ trộn đầu tiên của thành phần được tiến hành để kiểm tra khối lượng thể tích của bê tông tươi và độ dẻo.

Thí nghiệm được tiến hành trên các mẫu lập phương 15x15x15 (cm), sau 28 ngày xác định khối lượng thể tích và cường độ chịu nén theo tiêu chuẩn.

Kết quả nghiên cứu thực nghiệm

Trước tiên, trên cơ sở xi măng poóc lăng PC40 Bút Sơn và muội silic sikacrete PP1 của hãng Sika, vữa xi măng với tỉ lệ N/CKD bằng 0,22, 0,24, 0,26 và 0,28 được chế tạo với hàm lượng muội silic lấy theo kinh nghiệm là 10%. Trên cơ sở các tài liệu tham khảo [5], [6], tỉ lệ cát được lựa chọn là  C/X = 1,4. Sau khi nén các mẫu vữa ở tuổi 14 ngày, lựa chọn loại vữa tối ưu có cường độ chịu nén lớn nhất. Kết quả thí nghiệm cường độ vữa được ghi ở Bảng 3.1 và biểu diễn trên Hình 3.1.

Kết quả cho thấy, cường độ chịu nén tuổi 14 ngày của vữa xi măng đạt giá trị lớn nhất là 100MPa khi tỉ lệ N/X = 0,26, do vậy tỷ lệ này được lựa chọn nhằm chế tạo bê tông. Thành phần bê tông được tính toán bằng cách điều chỉnh tỉ lệ thể tích cốt liệu nhẹ trong 1m3 bê tông và thành phần vữa tối ưu tìm được nhằm đạt được một loại bê tông có khối lượng thể tích từ 1.850 - 1.950 kg/m3. Ngoài ra, để chế tạo bê tông nhẹ cường độ cao, tỉ lệ cốt liệu nhẹ không được vượt quá 0,5m3/1m3 bê tông. Do đó, nghiên cứu lựa chọn tỉ lệ cốt liệu nhẹ thích hợp là 0,35, 0,4 và 0,5m3/1m3 bê tông và tỉ lệ thể tích vữa tương ứng lần lượt là 0,65, 0,60 và 0,50.

Cốt liệu nhẹ được ngâm nước trong 24h và để ráo nước trong vòng 1h trước khi đổ bê tông. Các mẻ trộn được tiến hành bằng cách trộn hồ chất kết dính với cát và phụ gia trong vòng 3 phút và tiến hành trộn với cốt liệu nhẹ bão hòa nước nhằm tránh việc hút nước của vữa xi măng. Độ sụt được tiến hành đo trước khi đổ khuôn. Thí nghiệm khối lượng thể tích bê tông tươi và bê tông sau khi đông cứng được thực hiện. Mẫu thử được bảo dưỡng 28 ngày và thí nghiệm nén theo tiêu chuẩn.

Kết quả thí nghiệm cho thấy, độ sụt thể hiện tính công tác của các cấp phối lựa chọn đều đạt từ 15 - 20 cm. Cường độ chịu nén lớn nhất của bê tông cốt liệu nhẹ 44MPa ở tuổi 28 ngày. Bê tông chế tạo thỏa mãn về chỉ tiêu khối lượng thể tích như mục đích thiết kế.

Kết quả nghiên cứu cho thấy có thể chế tạo bê tông cốt liệu nhẹ trên cơ sở vật liệu sản xuất trong nước. Loại bê tông này có thể đạt được cường độ chịu nén là 40 - 45MPa, đáp ứng yêu cầu sử dụng trong các kết cấu chịu lực nói chung và công trình cầu nói riêng. Do đó, bê tông cốt liệu nhẹ trên cơ sở vật liệu trong nước có thể được sử dụng để chế tạo các bộ phận công trình cầu như bản mặt cầu, dầm cầu, giúp giảm được tĩnh tải bản thân của công trình giá máy mài sàn bê tông. Tuy nhiên, để đạt được cường độ cao hơn cần tìm kiếm, lựa chọn loại cốt liệu keramzit có chất lượng tốt hơn.