Bài viết

Bê tông thủy tinh

21 loại bê tông khác nhau

Các loại bê tông khác nhau đã được phát triển để ứng dụng trong các loại công trình xây dựng khác nhau. Chúng có các đặc tính và sử dụng khác nhau. Dựa vào tính phổ biến và tính linh hoạt của chúng. Ta có các dạng bê tông khác nhau. Thích ứng với một môi trường xây dựng cụ thể hoặc yêu cầu mong muốn. Các nghiên cứu được tiến hành trong lĩnh vực bê tông phát triển, đã dẫn đến sự ra đời của các loại bê tông khác nhau.

Các loại bê tông khác nhau dựa trên vật liệu cấu thành, thiết kế hỗn hợp, phương pháp xây dựng, diện tích ứng dụng, dạng phản ứng hydrat hóa. Ở đây chúng tôi đã thu thập tất cả các loại bê tông đang được áp dụng hiện nay.

Xem thêm>>> Kết cấu sàn bê tông dự ứng lực trước

Tìm hiểu 21 loại bê tông khác nhau

Bê tông cường độ bình thường

Bê tông cốt thép

Bê tông dự ứng lực

Bê tông đúc sẵn

Bê tông nhẹ

Bê tông mật độ cao

Bê tông không khí

Bê tông trộn sẵn

Bê tông Polymer

Bê tông polyme

Bê tông xi măng polyme

Bê tông tẩm polyme

Bê tông cường độ cao

Bê tông hiệu suất cao

Bê tông tự hợp nhất

Bê tông bê tông

Bê tông dồi dào

Bê tông chân không

Bê tông bơm

Bê tông đóng dấu

Limecrete

Xi măng nhựa đường

Bê tông thủy tinh

Bê tông cường độ bình thường

Bê tông thu được bằng cách trộn các thành phần cơ bản xi măng, nước và cốt liệu sẽ cho chúng ta bê tông cường độ bình thường. Sức mạnh của loại bê tông này sẽ thay đổi từ 10 MPa đến 40MPa. Bê tông cường độ thông thường có thời gian thi công từ 30 đến 90 phút phụ thuộc vào đặc tính xi măng và điều kiện thời tiết của công trường.

Bê tông nguyên khối.

Bê tông nguyên khối chỉ đơn giản là không có cốt thép trong đó. Các thành phần chính là xi măng, cát, sỏi, đá và nước. Phổ biến nhất được sử dụng trộn tỷ lệ là 1: 2: 4. Đây là tỷ lệ trộn chuẩn.

Mật độ của bê tông đơn giản sẽ thay đổi từ 2200 đến 2500 Kg / mét khối lập phương. Cường độ nén là 200 đến 500 kg / cm2.

Những loại bê tông này chủ yếu được sử dụng trong việc xây dựng các vỉa hè. Đặc biệt là ở những khu vực có ít nhu cầu về độ bền kéo cao.

Bê tông cốt thép

Bê tông cốt thép là bê tông sử dụng sợi (sợi thép) làm cốt thép cho bê tông. Cốt thép được đưa vào bê tông để  tăng cường độ kéo bền. Do đó vị trí cốt thép sẽ chịu trách nhiệm ứng suất kéo. Cốt thép được sử dụng trong bê tông có thể ở dạng thanh, hoặc ở dạng lưới. Bây giờ sợi cũng được phát triển để tăng cường chịu lực kéo. Sử dụng các mắt lưới trong bê tông sẽ tạo cho bê tông lực chịu co dãn tốt hơn.

Kết cấu bê tông cốt thép được sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực xây dựng dân dụng và xây dựng công trình giao thông như nhà ở, cầu, đường, nhà xưởng công nghiệp, sân bay, thủy lợi… Trong hầu hết các công trình hiện nay, kết cấu bê tông cốt thép đóng vai trò là kết cấu chịu lực chính cho cả công trình.

Tại Việt Nam, theo các thống kê sơ bộ, các công trình xây dựng từ kết cấu bê tông cốt thép chiếm 70% tổng số công trình xây dựng.

Sự kết hợp giữa bê tông và cốt thép xuất phát từ thực tế bê tông là loại vật liệu có cường độ chịu kéo thấp (chỉ bằng từ 1/20 đến 1/10 cường độc chịu nén của bê tông). Do đó hạn chế khả năng sử dụng của bê tông và gây nên lãng phí trong sử dụng vật liệu. Đặc điểm này được khắc phục bằng cách thêm vào trong bê tông những thanh ‘cốt‘. Thường làm từ thép, có cường độ chịu kéo cao hơn nhiều so với bê tông. ‘Cốt‘ do đó thường được đặt tại những vùng chịu kéo của cấu kiện.

Kết cấu của bê tông cốt thép

Kết cấu xây dựng bằng cách sử dụng bê tông kết hợp với ‘cốt’ được gọi chung là ‘kết cấu bê tông có cốt’; kết cấu bê tông cốt thép, với ‘cốt’ là các thanh thép, là loại ‘kết cấu bê tông có cốt‘ lâu đời và được sử dụng rộng rãi nhất trong xây dựng. Trong các điều kiện thông thường, sự kết hợp giữa bê tông và cốt thép mang lại hiệu quả tốt nhờ vào những đặc điểm sau:

Lực dính bám giữa bê tông và cốt thép: lực này hình thành trong quá trình đông cứng của bê tông và giúp cốt thép không bị tuột khỏi bê tông trong quá trình chịu lực.
Giữa bê tông và thép không có phản ứng hóa học làm ảnh hưởng đến từng loại vật liệu, ngoài ra do cốt thép đặt bên trong bê tông nên còn được bê tông bảo vệ khỏi ăn mòn do tác động môi trường.
Bê tông và thép có hệ số giãn nở nhiệt xấp xỉ nhau:

Bê tông dự ứng lực

Hầu hết các dự án công trình xây dựng lớn được thực hiện bằng bê tông dự ứng lực. Đây là một kỹ thuật đặc biệt trong đó các thanh sắt được dự ứng lực trước khi đưa vào thi công.

Trong quá trình thi công bê tông, các thanh sắt này được căng và đặt chắc chắn. các đầu đều được giữ bới một lực căng nhất định. Khi bê tông cứng lại, việc kéo căng các thanh sắt sẽ hoàn thành.

Hiện tượng ứng suất này sẽ làm cho cả khối bê tông trở nên mạnh mẽ hơn trước bê tông thường nhờ các thanh thép đã được làm căng độ dãn trước.

Quá trình ứng suất sẽ đòi hỏi thiết bị nặng và kỹ thuật. Bê tông dự ứng lực được thực hiện tại công trường. Chúng được sử dụng trong việc ứng dụng thi công cầu, kết cấu tải trọng nặng và mái nhà có nhịp dài hơn.

Bê tông đúc sẵn

Là loại bê tông được đúc sẵn từ trước trong nhà máy theo thông số kỹ thuật. Thường các loại bê tông đúc sắn là sản phẩm hoàn chỉnh như cột điện, cọc, dầm, hay các ống cống. Cách này có lợi thế là được thi công nhanh chóng. Khi sản xuất được thực hiện tại tại nhà máy, chất lượng được đảm bảo.

Bê tông nhẹ

Bê tông có mật độ nhỏ hơn 1920kg/m3 sẽ được phân loại là bê tông nhẹ. Việc sử dụng cốt liệu nhẹ trong thi công sẽ cho chúng ta bê tông nhẹ.

Bê tông trọng lượng nhẹ được áp dụng để xây dựng các nhịp cầu dài, sàn nhà. Chúng cũng được sử dụng để xây dựng các khối bê tông.

Thi công Sàn bê tông siêu nhẹ tại Cầu Giấy - Hà Nộ

Thi công Sàn bê tông nhẹ tại Cầu Giấy – Hà Nội

Bê tông mật độ cao.

Các bê tông có mật độ từ 3000 đến 4000 kg / m3 có thể được gọi là bê tông nặng. Ở đây tập hợp trọng lượng nặng được sử dụng.

Đá nghiền được sử dụng làm cốt liệu thô. Những loại cốt liệu này được sử dụng phổ biến nhất trong việc xây dựng các nhà máy điện nguyên tử và cho các dự án tương tự. Trọng lượng nặng sẽ giúp cấu trúc chống lại tất cả các loại bức xạ có thể xảy ra.

Bê tông bọt.

Đây là những loại bê tông mà trong đó không khí được cố ý  trộn vào với lượng từ 3 đến 6% bê tông. Việc trộn không khí trong bê tông được thực hiện bằng cách bổ sung bọt hoặc chất tạo bọt khí.

Bê tông bọt khí là loại bê tông có xi măng poc lăng làm gốc và có rất nhiều bọt khí phân bố đều trong bê tông. Hàm lượng bọt trong bê tông có thể lên đến 75% thể tích. Bằng điều chỉnh chính xác lượng bọt khí được tạo ra từ dung dịch đậm đặc ta có thể thu được bê tông có khối lượng riêng từ 320kg/m3 đến 1920kg/m3.

Bê tông bọt khí là vật liệu nhẹ, ở dạng vữa thì dễ chảy… khi khô tỷ trọng đạt 400-1600kg/m3 và có độ chịu nén 1MPa đến 15MPa. Vữa bê tông bọt khí có bọt có thể đục dễ dàng và có thể bơm bê tông.

Bê tông trộn sẵn hay bê tông tươi.

Bê tông trộn trước trong một nhà máy trộn được gọi là bê tông trộn sẵn hay bê tông tươi. Bê tông tươi được đưa đến công trình bằng máy trộn gắn trên xe tải. Khi đến công trình bê tông tươi được sử dụng trực tiếp mà không cần bất kỳ trộn thêm vật liệu gì.

Bê tông trộn sẵn là rất chính xác và bê tông có thể được phát triển dựa trên đặc điểm kỹ thuật với chất lượng tối đa.

Việc sản xuất bê tông này sẽ yêu cầu một nhà máy trộn tập trung. Những nhà máy này sẽ được đặt tại một khoảng cách có thể điều chỉnh từ công trường xây dựng. Nếu vận chuyển quá dài thì nó sẽ dẫn đến việc bê tông tươi sẽ không giữ được các đặc tính kỹ thuật. Việc kéo dài thời gian vận chuyển sẽ làm chất kết dính bị ô xi hóa dẫn đễn chất lượng bê tông tươi bị ảnh hưởng.

Bê tông Polymer

Khi so sánh với bê tông thông thường, trong bê tông polyme thì cốt liệu sẽ được gắn với polymer thay vì xi măng. Việc sản xuất bê tông polyme sẽ giúp giảm khối lượng khoảng trống trong khối bê tông. Điều này sẽ làm giảm lượng cốt liệu được sử dụng.

Các nhà khoa học đã nghiên cứu và tạo ra một loại bê tông mới có thể thay thế cho loại bê tông thông thường sử dụng xi măng Portland là bê tông polyme. Loại bê tông này không chỉ làm giảm khí nhà kính thêm vào đó còn làm tăng độ bền cho các công trình xây dựng lên gấp nhiều lần.

Xi măng Portland là một vật liệu được sản xuất rộng rãi nhất trên Trái đất. Sản lượng xi măng Portland được sản xuất trên toàn thế giới hiện tại đã vượt qua ngưỡng 2,6 tỉ tấn một năm và tăng lên 5% hàng năm.

Bê tông polyme tổng hợp này sử dụng chất kết dính được tận dụng từ “tro bay” –một phụ phẩm công nghiệp vô cùng dồi dào – làm chất thay thế cho xi măng Portland.

Bê tông polyme có nhiều ưu điểm hơn so với loại bê tông thông thường. Trước hết, về căn bản nó có khả năng làm “hạn chế” lượng khí thải CO2 có thể tạo ra một cơ sở hạ tầng có khả năng sử dụng được hàng trăm năm… Và bằng cách tận dụng “tro bay” (fly ash) để thay thế, nó có thể giải phóng được một diện tích lớn đất hiện đang được dùng làm kho chứa những sản phẩm than đá rất dễ gây cháy và bảo vệ nguồn nước dùng của chúng ta khỏi bị ô nhiễm nước bởi tro bay.Bê tông polyme

Đem so sánh với xi măng Portland thông thường (OPC), thì bê tông polyme (GPC) có nhiều tính năng tốt hơn như khả năng chống ăn mòn, khả năng chịu nhiệt tới 2400oF, chịu nén và có độ bền kéo,….

Các nhà nghiên cứu khoa học cho rằng rằng, một trong những ưu điểm lớn nhất của bê tông polyme là khả năng làm giảm lượng khí nhà kính, lên đến khoảng 90% khi so sánh với OPC.

Bê tông polyme

Bê tông polyme

Loại bê tông này có các loại khác nhau:

Bê tông tẩm polymer và Bê tông xi măng polyme

Bê tông cường độ cao.

Bê tông cường độ cao là một trong những bê tông chất lượng cao, đó là một thế hệ sau của các vật liệu cho kết cấu mới. Vậy cụ thể về loại betong này như thế nào? trong khuôn khổ bài viết này công ty cổ phần đầu tư thương mại xây dựng việt đức xin chia sẻ với bạn qua bài viết dưới đây.

Theo qui ước bê tông cường độ cao là bê tông có cường độ nén ở 28 ngày >60 MPa. Vật liệu này có thành phần là hỗn hợp cốt liệu thông thường và vữa chất kết dính được cải thiện bằng cách dùng một vài sản phẩm mới có phẩm chất đặc biệt như chất siêu dẻo và muội silic.

Đây là sản phẩm có chất lượng tốt, thường được dùng trong các công trình lớn đòi hỏi yêu cầu kỹ thuật cao, chất lượng tốt nhất. Tuy nhiên giá của vật liệu này cũng khá cao.

Bê tông hiệu suất cao

Những bê tông này phù hợp với một tiêu chuẩn cụ thể nhưng trong mọi trường hợp, sẽ bị hạn chế về sức mạnh. Nó phải được lưu ý rằng tất cả bê tông cường độ cao có thể là loại hiệu suất cao. Nhưng không phải tất cả bê tông hiệu suất cao (HPC) đều là bê tông cường độ cao.

Các công trình và dự án xây dựng thường liên quan nhiều đến bê tông truyền thống được tạo ra từ nước, xi măng, sỏi. Những bê tông này được thực hiện trên nền cốt thép và theo thời gian sẽ gặp một số vấn đề bất lợi về mặt môi trường bền vững. Ăn mòn là vấn đề lớn phải đối mặt bởi hầu hết các cấu trúc xây dựng. Dạng bê tông công nghệ mới đã khắc phục sự bất lợi này của các công trình xây dựng dân dụng: Đó là bê tông hiệu suất cao UHPFRC.

Với công thức sản xuất đặc biệt như trộn một lượng chính xác sợi kim loại mỏng với các thành phần bột đặc trưng cần thiết để cho ra một VLXD được cải thiện tốt, có lợi cho môi trường và phát triển bền vững, làm cho việc xây dựng không thấm nước và không khí. Điều này đã được chứng minh là một VLXD bền vững do đội ngũ chuyên môn của GS Brühwiler (Viện Công nghệ Quốc gia Thụy Sỹ) và các cộng sự hợp tác đã chế tác loại vật liệu tiềm năng có khả năng cung cấp sự hoàn hảo của cấu trúc xây dựng.

Ngoài tính năng bền vững, công nghệ này còn có hiệu quả ứng dụng tốt cho các công trình có độ dốc lớn như các công trình xây dựng đường giao thông và các công trình liên quan đến độ dốc công trình cao tầng. Công nghệ sử dụng ít nguyên liệu làm cho cấu trúc nhẹ hơn mà không ảnh hưởng đến hiệu quả công trình

Bê tông chân không

Bê tông có hàm lượng nước nhiều hơn số lượng yêu cầu được đổ vào ván khuôn. Nước dư thừa sau đó được lấy ra bằng một máy bơm chân không mà không cần chờ bê tông trải qua quá trình ngưng kết.

Do đó bê tông  chân không sẵn sàng để sử dụng sớm hơn so với kỹ thuật thi công bê tông thông thường.

Bê tông này sẽ đạt được cường độ nén 28 ngày trong vòng 10 ngày và cường độ nén của cấu trúc này lớn hơn 25% so với các loại bê tông thông thường.

Phương pháp hút chân không bê tông sau khi đổ bê tông sàn là gì?

Phương pháp hút chân không bê tông sau khi đổ bê tông sàn là phương pháp loại bỏ lượng nước và không khí thừa lẫn trong bê tông tươi (sau khi đổ bê tông sàn một thời gian nhất định). Phương pháp này chủ yếu dùng bạt hút chân không và bơm hút chân không, được tiến hành sau khi đổ bê tông sàn.

Theo các kết quả nghiên cứu, trong quá trình đổ bê tông sàn, lượng nước cần để bê tông sàn cứng chắc là khoảng 35%~37% trọng lượng xi măng. Tuy nhiên để tăng hiệu suất trong quá trình thi công đổ bê tông sàn, bơm bê tông thì lượng nước cần dùng lớn hơn thế rất nhiều.

Nhờ lượng nước thừa ra đó mà việc đổ bê tông sàn và xoa nền bê tông trở nên dễ dàng, hiệu suất cao hơn nhưng lại ảnh hưởng không tốt đến cường độ bê tông sau này, đường nước thừa thoát ra từ bê tông cũng chính là nguyên nhân gây nứt bê tông sàn trong tương lai. Chính vì lý do trên mà chúng ta cần hạn chế lượng nước dư thừa để bê tông sàn đạt cường độ tối đa. Để làm được như vậy thì bê tông tươi cần được trộn đúng tỷ lệ (mác, độ sụt thích hợp) và đổ bê tông sàn đúng kỹ thuật.

Kết quả đạt được bằng phương pháp hút chân không bê tông sau khi đổ bê tông sàn:

Ngăn ngừa nguyên nhân gây nứt, vỡ ngay từ công đoạn đổ bê tông sàn, tăng độ bền, tăng khả năng chịu mài mòn và ăn mòn, tăng khả năng bám dính khi sơn epoxy, rút ngắn thời gian chờ, đẩy nhanh tiến độ công trình.

Bê tông bơm

Một trong những đặc điểm chính đặc biệt của loại bê tông này phục vụ cho việc xây dựng nhà cao tầng. Do đó bê tông để bơm phải dễ dàng.

Bê tông được sử dụng để bơm phải có khả năng  chuyển tải qua đường ống dễ dàng. Các đường ống được sử dụng sẽ kết nối linh hoạt sẽ xả bê tông đến khu vực mong muốn.

Bê tông được sử dụng phải chất lỏng nhưng đầy đủ vật liệu cốt cũng như nước để lấp đầy khoảng trống. Càng sử dụng vật liệu mịn hơn thì sẽ có sự kiểm soát lớn hơn khi bơm bê tông.

Bê tông ép.

Bê tông ép là một loại bê tông kiến ​​trúc. Các mẫu được làm thực tế tương tự như đá tự nhiên, đá granit. Việc này được thực hiện trên bê tông khi nó ở trong tình trạng dẻo của nó.

Màu sắc khác nhau và kết cấu cốt liệu sẽ cung cấp cho một cấu trúc rất giống với đá tự nhiên. Nhưng chi phí lại rẻ hơn rất nhiều.

Bê tông nhựa đường.

Bê tông nhựa là vật liệu hỗn hợp, hỗn hợp cốt liệu và nhựa đường. Thường được sử dụng để làm đường giao thông, bãi đậu xe, sân bay, cũng như cốt của đập chắn. Bê tông loại này có ưu điểm chống thấm cao hơn bê tông thường.

Bê tông nhựa là một loại vật liệu rất quan trọng và phổ biến trong đường bộ. Thường được sử dụng trong các dự án sân bay, nhà xưởng, bãi đỗ xe, đường sá đô thị… Bê tông nhựa bao gồm hỗn hợp cát, đá, nhựa đường và bột cấp phối. Thường được sử dụng để thảm các bề mặt đường mềm.

Bê tông nhựa nóng được sản xuất bằng cách đốt nóng chảy nhựa đường. Trộn với vật liệu đã được rang khô để loại bỏ hết hơi ẩm trước khi trộn. Các vật liệu được trộn ở nhiệt độ 140- 160oC.

Bê tông nhựa nóng có những loại nào?

Chủng loại bê tông sản xuất:

Bê Tông Nhựa Nóng được sản xuất bao gồm nhiều chủng loại. Được áp dụng cho việc làm mới, sửa chữa, nâng cấp mặt đường ôtô, bến bãi, đường phố, quảng trường…  bao gồm 2 chủng loại chính:

– Bê Tông Nhựa Nóng thường:

Là một hỗn hợp bao gồm hỗn hợp cốt liệu (đá dăm, cát, bột khoáng) và chất kết dính (nhựa đường 60/70). Được phối trộn đồng nhất với nhau theo một tỷ lệ nhất định tại điều kiện nhiệt độ cho phép. Hỗn hợp bê tông nhựa được dùng để thảm lớp mặt của nền đường. Nhằm mục đích bảo vệ nền hạ tránh sự tác động trực tiếp từ môi trường và phương tiện giao thông.

Bê tông nhựa nóng Polymer:

Là một loại bê tông nhựa đặc biệt với thành phần chất kết dính là nhựa đường polymer. Được thiết kế theo tiêu chuẩn 22 TCN 356-06 nhằm mục đích cải thiện một số đặc tính làm việc của bê tông nhựa thông thường. Để ứng dụng vào những hạng mục giao thông có yêu cầu kỹ thuật cao.

Bê tông cường độ mạnh

Như tên của nó, bê tông loại này sẽ có được sức mạnh sau vài giờ sản xuất. Do đó việc loại bỏ khuôn được thực hiện dễ dàng. Do đó việc, xây dựng công trình được thực hiện một cách nhanh chóng. Chúng có một ứng dụng rộng rãi trong việc sửa chữa đường vì chúng có thể được sử dụng sau vài giờ.

Kính bê tông

Kính có thể được sử dụng làm cốt liệu trong bê tông. Vì vậy, bê tông của thời hiện đại có thể là bê tông thủy tinh. Bê tông này sẽ làm tăng tính thẩm mỹ của bê tông. Họ cũng cung cấp sức mạnh lâu dài và cách nhiệt tốt hơn.

Bê tông thủy tinh

Bê tông thủy tinh

 

 

 

 

 

 

 

Sỏi keramzit dùng trong sản xuất bê tông cốt liệu nhẹ

Thành phần bê tông cốt liệu nhẹ chịu lực

Bê tông cốt liệu nhẹ khối lượng thể tích dưới 1.900kg/m3, có cường độ tương đương bê tông thường và nhẹ hơn khoảng 25 – 35%. Bê tông cốt liệu nhẹ khắc phục hạn chế của bê tông truyền thống. Giúp việc thiết kế công trình mềm dẻo hơn và đem lại hiệu quả kinh tế cao.

Bê tông cốt liệu nhẹ trong xây dựng cầu đường

 Ở Việt Nam đã chế tạo được bê tông cốt liệu nhẹ. Tuy nhiên cường độ còn thấp và chủ yếu ứng dụng làm vật liệu cách nhiệt, các cấu kiện trong xây dựng dân dụng. Bê tông cốt liệu nhẹ chịu lực (cường độ cao) chưa được quan tâm nghiên cứu, thiết kế để phát triển loại vật liệu này trong các kết cấu chịu tải trọng lớn.

Trong bài này sẽ trình bày phương pháp thiết kế thành phần bê tông cốt liệu nhẹ trên cơ vật liệu trong nước. Nhằm chế tạo các loại bê tông cốt liệu nhẹ cường độ cao. Đáp ứng yêu cầu chịu lực của công trình cầu. Kết quả thực nghiệm cho thấy, nếu sử dụng sỏi nhẹ kezamzit sản xuất trong nước có thể chế tạo được bê tông có cường độ lên tới 40 MPa. Khối lượng thể tích từ 1.911kg/m3 – 1.981kg/m3 khi sử dụng vữa xi măng có cường độ nén hơn 100MPa.

Xem thêm>>> Bê tông nhẹ là gì?

Bê tông cốt liệu nhẹ 1.900kg/m3

Theo tiêu chuẩn châu Âu EN 206-1:2000, bê tông cốt liệu nhẹ có khối lượng thể tích nhỏ hơn 2.000kg/m3 và cường độ chịu nén dao động từ 8 – 80MPa (mẫu trụ). Bê tông cốt liệu nhẹ chịu lực theo ACI 213R-03 là bê tông có khối lượng thể tích từ 1.120 – 1.920kg/m3. Cường độ chịu nén ngày 28 ngày tối thiểu là 17MPa.

Có thể thấy rằng, khi khối lượng thể tích giảm từ 2.400kg/m3 trong bê tông truyền thống xuống còn 1.900kg/m3 đối với bê tông nhẹ thì có thể giảm bớt trọng lượng bản thân của kết cấu một cách đáng kể. Giúp tiết kiệm được cốt thép và cốt thép dự ứng lực, giảm chi phí xây dựng. Nếu sử dụng trong công trình cầu, tĩnh tải bản thân của kết cấu giảm cho phép vượt khẩu độ dài hơn. Sử dụng các loại trụ và nền móng đơn giản và giảm tiết diện bề mặt của cấu kiện dầm. Ngoài ra, việc sử dụng bê tông cốt liệu nhẹ trong sửa chữa và cải tạo cầu thường làm tăng khả năng chịu tải trọng động của các kết cấu cầu cũ.

Xem thêm >>> Sàn bê tông thường và sàn bê tông nhẹ

Bê tông cốt liệu nhẹ đã được sử dụng thành công trên thế giới

Trên thực tế, bê tông cốt liệu nhẹ đã được sử dụng thành công. Bê tông cốt liệu nhẹ phổ biến trong xây dựng nói chung và xây dựng cầu nói riêng từ hơn 70 năm qua trên thế giới. Một nghiên cứu về vật liệu này đã tổng hợp rằng hơn 300 cầu nhẹ được xây dựng ở Bắc Mĩ. Tối thiểu 100 cái đã xây dựng ở Liên Xô cũ. Một số lượng đáng kể đã được thực hiện ở châu Âu. Đặc biệt hơn 2.000 cầu nhẹ nhịp ngắn đã được xây dựng ở Alberta, Canada. Rõ ràng, việc sử dụng bê tông cốt liệu nhẹ trong xây dựng cầu không phải là mới trên thế giới.

Những năm gần đây, ở nước ta, bê tông cốt liệu nhẹ đã bắt đầu được quan tâm. Việc sản xuất và sử dụng làm vật liệu cách nhiệt, gạch bê tông nhẹ block, các tấm bê tông nhẹ dùng trong xây dựng dân dụng. Tuy vậy, các loại bê tông này có khả năng chịu lực khá giới hạn. Cường độ chịu nén tuổi 28 ngày chỉ đạt khoảng 25 – 30MPa. Do đó chưa thể ứng dụng trong các kết cấu chịu tải trọng lớn như kết cấu cầu.

Bê tông cốt liệu nhẹ hoàn toàn mới mẻ ở Việt Nam.

Trên thực tế, nguồn nguyên liệu đầu vào cho sản xuất bê tông cốt liệu nhẹ ở nước ta vẫn còn khá hạn chế. Đặc biệt là các loại cốt liệu nhẹ chất lượng cao, gây khó khăn cho việc sản xuất các loại bê tông cốt liệu nhẹ cường độ cao. Do đó, cần quan tâm nghiên cứu thành phần bê tông cốt liệu nhẹ trên cơ sở vật liệu trong nước. Nhằm cải thiện các đặc tính cơ học để có thể phát triển loại vật liệu này trong các kết cấu chịu tải trọng lớn.

Tóm lại, việc nghiên cứu, chế tạo bê tông cốt liệu nhẹ chịu lực (bê tông nhẹ cường độ cao) trên cơ sở vật liệu trong nước có ý nghĩa khoa học và thực tiễn hết sức to lớn. Mở ra hướng mới trong việc tìm kiếm vật liệu thay thế cốt liệu bê tông truyền thống. Cũng như khả năng ứng dụng các kết cấu nhẹ hơn, vượt được khẩu độ lớn hơn trong công trình cầu.

Vật liệu sử dụng và phương pháp nghiên cứu bê tông cốt liệu nhẹ

Vật liệu chế tạo bê tông cốt liệu nhẹ cũng bao gồm các thành phần cơ bản là cốt liệu, chất kết dính, nước và phụ gia (nếu cần). Trong đó, cốt liệu nhẹ sử dụng có thể có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo. Hiện nay, các loại cốt liệu nhân tạo là lựa chọn tốt nhất để chế tạo bê tông nhẹ chịu lực, trong đó phổ biến nhất là sét nở (keramzit).

Vật liệu sử dụng trong bê tông cốt liệu nhẹ

– Cốt liệu lớn: Nghiên cứu lựa chọn sử dụng cốt liệu nhân tạo là sỏi keramzit. Những hạt sỏi gốm thường có hình cầu hoặc hình bầu dục, được sản xuất bằng cách nung nở phồng đất sét dễ chảy. Sét khô và nở trong lò quay ở nhiệt cao khoảng 1.100 – 1.200ºC, khi đi qua vùng đốt. Sản phẩm cuối cùng là sét nở với bề mặt gốm cứng.

Các đặc trưng cơ lý của hai loại keramzit do Công ty Bemes (Vĩnh Cửu) – Việt Nam sản xuất, sử dụng trong nghiên cứu được trình bày sau đây.

Các tính chất cơ lý của sỏi keramzit

Các tính chất cơ lý của sỏi keramzit

– Cốt liệu nhỏ sử dụng trong nghiên cứu là cát vàng sông Hồng có thành phần hạt của cát đạt tiêu chuẩn TCVN 7570-2006. Các tính chất vật lý của cát được giới thiệu ở Bảng 2.

– Xi măng sử dụng là xi măng poóc lăng Bút Sơn PC40, có các chỉ tiêu kỹ thuật thỏa mãn tiêu chuẩn TCVN 2682-1992.

– Bột khoáng siêu mịn hoạt tínhsử dụng trong nghiên cứu là muội silic (silica fume) loại Sikacrete PP1 của hãng Sika, thành phần là hoạt chất đioxít silíc cực mịn, kích thước hạt < 0,1mm và khối lượng riêng là 2,2g/cm3.

Các tính chất vật lý của cát

Bảng 2. Các tính chất vật lý của cát

Sỏi keramzit dùng trong sản xuất bê tông cốt liệu nhẹ

Sỏi keramzit dùng trong sản xuất bê tông cốt liệu nhẹ

– Phụ gia siêu dẻo sử dụng loại phụ gia giảm nước cao cấp loại viscocrete 3.000 – 20M của hãng Sika, có thành phần là polycarboxylat cải tiến, khối lượng riêng là 1,06g/cm3.

– Nước dùng để trộn bê tông là nước sạch lấy từ nguồn nước sinh hoạt của TP. Hà Nội.

Phương pháp thiết kế thành phần bê tông cốt liệu nhẹ

Bê tông có lượng dùng xi măng ít nhất

Thành phần của bê tông nặng cần lựa chọn để thỏa mãn được tính công tác và cường độ yêu cầu. 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

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. 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.

Cải thiện cường độ phần nền vữa xi măng

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.

Tối ưu hóa tỉ lệ thể tích

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 qui 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

Thí nghiệm vữa xi măng cường độ cao

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, 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 các bảng sau.

Bảng 3.1. Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén vữa xi măng ở tuổi 14 ngày

Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén vữa xi măng ở tuổi 14 ngày

 

Hình 3.1: Biểu đồ quan hệ giữa cường độ vữa xi măng và tỉ lệ N/X

Biểu đồ quan hệ giữa cường độ vữa xi măng và tỉ lệ N/X

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.

Thí nghiệm cường độ và khối lượng thể tích của bê tông cốt liệu nhẹ

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 được trình bày trong 2 bảng sau:

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 luận về bê tông cốt liệu nhẹ

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. Tuy nhiên, để đạt được cường độ cao hơn cần tìm kiếm, lựa chọn loại cốt liệu có chất lượng tốt hơn.

Theo tapchigiaothong.vn