Bài phân tích chi tiết "Cường độ nén của bê tông" từ a tới z | OPACONTROL
- Người viết: opacontrol lúc
- TIN TỨC
Bê tông là loại vật liệu có thể chiếm tới 90% khối lượng một công trình, được đánh giá là bộ khung chịu lực chủ yếu. Như vậy có thể nói chất lượng của bê tông là nhân tố chính quyết định chất lượng của công trình. Cường độ nén của bê tông là chỉ tiêu đánh giá chất lượng quan trọng nhất của bê tông. Hãy cùng Opacontrol tìm hiểu các thông tin liên quan tới cường độ nén của bê tông nhé!
1. Cường độ nén của bê tông là gì?
Cường độ chịu nén của bê tông là ứng suất nén đến mức có thể phá hủy bê tông, được tính bằng giá trị lực nén phá hủy mẫu trên một đơn vị diện tích như MPa (N/mm2), Kg/cm2...
Căn cứ vào khả năng chịu nén người ta định ra mác của bê tông. Mác bê tông theo cường độ chịu nén được ký hiệu bằng chữ M là đại lượng cơ bản phổ biến nhất của bê tông, biểu thị cho cường độ chịu nén của bê tông sau 28 ngày, sử dụng để thiết kế cấp phối, thiết kế, tính toán kết cấu cho các công trình xây dựng.
2. Tại sao phải xác định cường độ nén của bê tông?
Cường độ nén của bê tông là yếu tố quan trọng nhất quyết định chất lượng bê tông. Bê tông sử dụng không đảm bảo được cường độ thiết kế là nguyên nhân hàng đầu dẫn tới mất an toàn cho cả hệ thống.
Hình 1: Kết cấu bê tông cốt thép chịu lực
Ngoài ra bê tông còn có tác dụng liên kết và bảo vệ cốt thép bên trong. Bê tông có khả năng chịu nén tốt, thép chịu lực kéo, tạo thành bộ khung chịu lực của toàn bộ công trình.
Chính vì vậy cường độ nén của bê tông là chỉ tiêu tiên quyết hàng đầu phải được kiểm tra.
3. Các yếu tố ảnh hưởng cường độ nén của bê tông
Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ chịu lực của bê tông:
3.1. Tỷ lệ Nước/Xi măng (N/X)
Xi măng sau khi được trộn với nước sẽ đóng rắn thành đá xi măng. Tỷ lệ N/X quyết định cường độ của đá xi măng.
Tỷ lệ N/X là yếu tố có ảnh hưởng lớn nhất quyết định đến cường độ nén của bê tông. Sự phụ thuộc của cường độ bê tông vào tỷ lệ N/X thực chất là sự phụ thuộc vào thể tích rỗng tạo ra do lượng nước dư thừa (Hình 2).
Hình 2. Sự phụ thuộc của cường độ bê tông vào lượng nước nhào trộn
a-Vùng hỗn hợp bê tông cứng không đầm chặt được;
b-Vùng hỗn hợp bê tông có cường độ và độ đặc cao;
c-Vùng hỗn hợp bê tông dẻo;
d-Vùng hỗn hợp bê tông chảy.
3.2. Cốt liệu
Sự phân bố giữa các hạt cốt liệu và tính chất của nó (độ nhám, số lượng lỗ rỗng, tỷ diện tích) có ảnh hưởng đến cường độ của bê tông.
Với bê tông mác thấp, tức là đá xi măng (xi măng và nước đã đóng rắn) có cường độ thấp, cốt liệu lớn có cường độ cao hơn đá xi măng. Hồ xi măng lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu và đẩy chúng ra xa nhau với cự ly khoảng 2- 3 lần đường kính hạt xi măng.
Khi bê tông chứa lượng hồ xi măng lớn hơn, các hạt cốt liệu bị đẩy ra xa nhau hơn đến mức hầu như không có tác dụng tương hỗ với nhau. Khi đó cường độ của đá xi măng và cường độ vùng tiếp xúc đóng vai trò quyết định đến cường độ bê tông, nên yêu cầu về cường độ của cốt liệu ở mức thấp hơn.
Vùng tiếp xúc hồ xi măng - cốt liệu trong bê tông thường, gọi là “vùng chuyển tiếp”, vùng này có cấu trúc kết tinh, rỗng nhiều hơn và cường độ nhỏ hơn vùng hồ do ở vùng này chứa nước tách ra khi hồ xi măng rắn chắc.
Trong bê tông thường vùng liên kết xi măng - cốt liệu là vùng tiếp xúc rỗng có các mặt nứt và các vết nứt. Cấu trúc C - H - H có dạng sợi, liên kết rất yếu với bề mặt cốt liệu và đá xi măng xung quanh. Lúc này lực tác động lên bê tông thì cốt liệu là thành phần chịu lực chủ yếu, nên sự phá hủy chủ yếu xảy ra ở vị trí tiếp xúc giữa hồ xi măng và cốt liệu là nơi có cường độ yếu nhất.
Vùng tiếp xúc của bê tông cường độ cao (tỉ lệ N/X khoảng 0,3÷0,35), do tỉ diện tích hạt muội silic rất cao nên vùng liên kết lúc này không chứa nước dư thừa, không tồn tại CaO tự do, vữa xi măng có độ đặc rất lớn và lực dính bám với cốt liệu cao. Lúc này lực tác dụng lên bê tông lúc này sẽ gây phá hủy mạnh ở vùng đá xi măng và vùng chuyển tiếp.
Bê tông cường độ rất cao có vùng liên kết chuyển thành đá, hồ xi măng - cốt liệu đồng nhất, có cường độ rất cao. Lúc này khi chịu tác dụng của ngoại lực thì cốt liệu lớn sẽ bị phá hủy trước đá xi măng. Cường độ đá xi măng quyết định cường độ bê tông.
3.3. Phụ gia hóa học
Phụ gia hóa đưa vào bê tông với nhiều mục đích khác nhau như: Giảm nước, tăng dẻo, rắn nhanh,... Hầu hết các loại phụ gia này đều có tác dụng làm tăng tính dẻo cho hỗn hợp bê tông nên có thể giảm bớt lượng nước nhào trộn, do đó cường độ của bê tông sẽ tăng lên đáng kể, ở tuổi thiết kế hoặc tuổi sớm.
3.4. Điều kiện môi trường bảo dưỡng
Phẩm chất của bê tông chỉ đạt được khi nó ninh kết trong môi trường ẩm và không có sự va chạm. Do đó, bê tông phải được giữ ẩm càng lâu càng tốt sau khi đổ.
Trong môi trường quá khô, nước trong bê tông bốc hơi nhanh, không còn đủ lượng nước cần thiết cho quá trình thủy hóa, cường độ bê tông có thể ngừng phát triển và gây nứt nẻ.
Phương pháp bảo dưỡng bê tông không chỉ ảnh hưởng tới cường độ tuổi sớm của bê tông mà còn có ảnh hưởng lâu dài liên quan tới sự co ngót của bê tông ở tuổi muộn. Quá trình tháo khuôn, bảo dưỡng giai đoạn đầu nếu không được đảm bảo có thể gây nứt và giảm cường độ bê tông tuổi sớm.
Nhiệt độ môi trường cũng là vấn đề quan trọng. Ở nhiệt độ bình thường khoảng từ 20 độ C đến 30 độ C, xi măng thủy hóa chậm nhưng ở nhiệt độ cao trên 40 độ C, tốc độ thủy hóa tăng lên đáng kể. Do đó có thể dưỡng hộ bê tông bằng nước nóng từ 80 độ C đến 90 độ C. Tốc độ đông cứng càng nhanh, cường độ phát triển ở thời kỳ đầu càng rõ rệt, chỉ cần sau 20 giờ có thể đạt được cường độ của 28 ngày.
3.5. Cấu trúc của bê tông
Cấu trúc của bê tông biểu thị bằng độ đặc chắc của nó, có ảnh hưởng đến cường độ của bê tông. Độ đặc càng cao, cường độ của bê tông càng lớn. Độ đặc chắc này ngoài việc phụ thuộc vào thành phần hạt thì nó còn phụ thuộc vào mức độ đầm chặt. Độ dẻo và phương pháp thi công là hai yếu tố ảnh hưởng lớn đến mức độ đầm chặt.
Đối với mỗi hỗn hợp bê tông, ứng với một điều kiện đầm nén nhất định sẽ có một tỷ lệ nước thích hợp. Nếu tăng mức độ đầm thì tỷ lệ nước thích hợp sẽ giảm xuống và cường độ bê tông tăng lên.
4. Giải pháp/ Phương pháp/ Cách tăng cường độ của bê tông
4.1. Vật liệu đầu vào đảm bảo đạt tiêu chuẩn
Như đã trình bày ở mục 3, loại cốt liệu, tỷ lệ cốt liệu sử dụng cũng như thành phần hạt của cốt liệu có ảnh hưởng rất rõ rệt tới cường độ của bê tông. Do đó, sử dụng loại cốt liệu đạt tiêu chuẩn là yêu cầu cần thiết để đảm bảo cường độ bê tông.
Khi bê tông có cường độ càng cao thì thành phần hạt của cốt liệu càng phải được tối ưu:
- Tăng chất lượng của loại cốt liệu sử dụng: Hàm lượng hạt thoi dẹt thấp (đối với đá dăm); Hàm lượng tạp chất thấp;
- Giảm kích thước hạt lớn nhất;
- Thành phần hạt có modul hợp lý;
Hình 3: Cốt liệu cho bê tông và vữa
Việc giảm kích thước hạt của cốt liệu mục đích chính làm cho khả năng liên kết của đá xi măng với cốt liệu tăng lên. Giảm lỗ rỗng trong quá trình diễn ra phản ứng thủy hóa xi măng. Tạo ra cấu trúc đặc chắc đồng nhất cùng nhau chịu lực.
Xi măng được sử dụng tùy thuộc mác thiết kế của bê tông. Với bê tông chất lượng cao và siêu cao thì bắt buộc phải sử dụng các loại xi măng như PCB40, PCB50, PC40, PC50.
Xem thêm:
4.2. Thiết kế cấp phối bê tông phù hợp
Tùy vào mác bê tông yêu cầu mà có bài toán thiết kế cấp phối bê tông khác nhau.
Ngoài việc tính toán tỉ lệ cốt liệu hợp lý, thì yếu tố ảnh hưởng lớn nhất quyết định cường độ bê tông chính là tỷ lệ N/X. Một số giải pháp giảm N/X được sử dụng nhiều nhất hiện nay là sử dụng phụ gia hóa và khoáng cho bê tông.
Phụ gia giảm nước, phụ gia siêu dẻo, phụ gia rắn nhanh,... Các loại phụ gia này đều có tác dụng giảm N/X, nhằm mục đích tăng cường độ bê tông và cải thiện nhiều tính chất khác của nó.
4.3. Phương pháp thi công phù hợp
Phương pháp thi công bao gồm cả công đoạn phối trộn hỗn hợp bê tông. Nếu hỗn hợp bê tông được phối trộn kỹ, đồng nhất sẽ cho ra cấu trúc đặc chắc hơn, giảm lỗ rỗng tăng cường độ và độ bền. Ví dụ với bê tông được trộn bằng máy trộn sẽ có chất lượng tốt hơn bê tông trộn thủ công.
Lựa chọn phương pháp đầm lèn phù hợp có tác dụng giúp bê tông lèn chặt khuôn, thoát bớt bọt khí trong hỗn hợp tạo hình.
4.4. Phương pháp bảo dưỡng
- Đảm bảo đủ độ ẩm cho quá trình thủy hóa của xi măng;
- Nhiệt độ bề mặt bê tông nếu cao quá thì phải được che phủ để giảm bay hơi nước;
- Thường xuyên tưới nước bảo dưỡng bê tông;
- Nếu bê tông có yêu cầu khác nhau có thể sử dụng một số biện pháp bảo dưỡng khác nhau phù hợp: Dưỡng hộ nhiệt, dưỡng hộ nhiệt ẩm...
5. Phương pháp xác định cường độ nén bê tông
5.1. Phương pháp xác định cường độ nén của bê tông
a. Xác định cường độ của bê tông bằng phương pháp phá hoại
Cường độ nén của bê tông được xác định theo TCVN 3118:2022 Bê tông – Phương pháp xác định cường độ chịu nén.
b. Xác định cường độ chịu nén của bê tông theo phương pháp không phá hoại
Xác định cường độ chịu nén của bê tông theo phương pháp không phá hoại kết hợp máy đo siêu âm và súng bắn bật nẩy.
- Xác định cường độ bê tông bằng phương pháp siêu âm: xác định cường độ chịu nén của bê tông theo tốc độ lan truyền của sóng siêu âm phụ thuộc vào độ lớn và cường độ của cốt liệu;
- Xác định cường độ bê tông bằng súng bật nảy: nhằm xác định độ đồng nhất và cường độ nén của bê tông nặng trong kết cấu.
Hình 3: Kiểm tra cường độ bê tông bằng súng bật nảy
Trong đó phương pháp xác định cường độ chịu nén bê tông không phá hoại áp dụng cho các cấu kiện bê tông đã đóng rắn tại công trường.
Đối với các loại bê tông thông thường không có quy định riêng thì lấy mẫu, kiểm tra mẫu áp dụng theo TCVN 3118:2022.
5.2. Chuẩn bị mẫu thử bê tông theo TCVN 3118:2022
Trước khi nén, cần bảo quản mẫu (đã dỡ khuôn) trong điều kiện phòng thí nghiệm trong khoảng 4h. Với mẫu được bảo dưỡng bằng cách ngâm trong nước, thời gian bảo quản là khoảng 24h. Không được nén mẫu ngay sau khi mới ngâm bảo dưỡng mẫu trong nước.
Mẫu ở nhiệt độ cao dùng xác định cường độ truyền ứng lực hoặc cường độ tháo khuôn được thử nghiệm ngay mà không cần bảo quản trong điều kiện phòng thí nghiệm.
Lưu ý: Mẫu thử xác định cường độ chịu nén phải đảm bảo các yêu cầu về sai số hình dạng và kích thước như quy định trong Điều 6, TCVN 3105:2022.
Các mẫu có độ không phẳng của các mặt chịu lực không đáp ứng yêu cầu cần được gia công bề mặt trước khi nén mẫu.
5.3. Xác định cường độ nén bê tông theo TCVN 3118:2022
Các viên mẫu trong cùng tổ mẫu phải được thử ở tuổi quy định và cả tổ đó phải được thử xong trong vòng 1h.
a. Xác định diện tích chịu lực của viên mẫu
Diện tích mặt chịu lực của mẫu được tính bằng trung bình cộng diện tích hai mặt chịu lực chính xác đến 1 mm².
Chú thích: Nếu có tài liệu chứng minh mẫu được đúc trong khuôn đáp ứng các yêu cầu như quy định trong 4.1 của TCVN 3105:2022 thì cho phép lấy kích thước của mẫu bằng kích thước danh nghĩa của khuôn.
Với mẫu trụ, đo hai đường kính vuông góc của mỗi mặt chịu lực, chính xác tới 1 mm. Xác định diện tích từng mặt chịu lực theo giá trị trung bình cộng của đường kính mỗi mặt chịu lực. Diện tích mặt chịu lực của mẫu được tính bằng trung bình cộng diện tích hai mặt chịu lực chính xác đến 1 mm².
Chú thích: Nếu có tài liệu chứng minh mẫu được đúc trong khuôn đáp ứng các yêu cầu như quy định trong 4.1 của TCVN 3105:2022 thì cho phép lấy kích thước của mẫu bằng kích thước danh nghĩa của khuôn.
b. Xác định tải trọng phá hủy viên mẫu
Chọn thang lực của máy nén cho phù hợp để khi nén tải trọng phá hủy nằm trong khoảng từ 20% đến 80% tải trọng cực đại của thang lực đã chọn.
Đặt viên mẫu vào máy nén sao cho một mặt chịu nén tiếp xúc với mặt thớt nén dưới, sao cho trục của viên mẫu trùng với trục của thớt nén. Với nửa viên mẫu lăng trụ, đặt mẫu vào giữa hai đệm truyền tải rồi đặt vào thớt nén dưới và định tâm theo vạch khắc trên đệm truyền tải.
Lưu ý: Đối với mẫu lập phương, không đặt mặt hở khi đúc mẫu làm mặt chịu nén trên thớt nén. Hai mặt chịu nén của các viên mẫu phải được làm sạch trước khi tiến hành thử.
Hình 4: Thử nghiệm nén mẫu xác định cường độ bê tông
Vận hành máy sao cho thớt nén trên của máy nhẹ nhàng tiếp xúc với mặt trên của mẫu (hoặc đệm truyền tải). Tăng tải liên tục với vận tốc không đổi bằng (0,6 ± 0,2) MPa/s cho tới khi viên mẫu bị phá hủy. Thời gian gia tải mẫu cho đến khi phá hủy không nhỏ hơn 30s. Tải trọng phá hủy viên mẫu là tải trọng lớn nhất đạt được.
Lưu ý: Với bê tông cường độ thấp, thời gian gia tải có thể nhỏ hơn 30s.
5.3. Tính kết quả nén bê tông
Cường độ chịu nén của viên mẫu (R), tính bằng Megapascan (MPa), chính xác đến 0,1 MPa, được tính theo công thức:
P là tải trọng phá hủy viên mẫu, tính bằng N;
A là diện tích chịu lực của viên mẫu, tính bằng mm²;
α là hệ số chuyển đổi kết quả thử xác định trên mẫu khác mẫu chuẩn về cường độ chịu nén của mẫu chuẩn (mẫu lập phương kích thước 150mm x 150mm x 150mm). Hệ số α được xác định bằng thực nghiệm.
Cường độ chịu nén của tổ mẫu được tính bằng trung bình cộng cường độ 3 viên mẫu trong tổ nếu giá trị lớn nhất và nhỏ nhất trong 3 giá trị cường độ viên mẫu không lệch quá 15% so với giá trị cường độ viên còn lại.
Nếu giá trị lớn nhất hoặc nhỏ nhất trong 3 giá trị cường độ viên mẫu lệch quá 15% thì loại bỏ tổ mẫu.
6. Đơn vị xác định cường độ nén của bê tông uy tín
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều phòng Thí nghiệm có khả năng kiểm tra cường độ nén của bê tông. OPACONTROL tự hào là đơn vị uy tín trong lĩnh vực kiểm định và chứng nhận hầu hết các loại vật liệu xây dựng nói chung và các loại sản phẩm hóa học, hàng hóa nói riêng... Phòng Las-XD 635 có năng lực kiểm nghiệm hơn 1000 chỉ tiêu liên quan.
Nếu cần kiểm định bất kỳ sản phẩm nào, hãy liên hệ với chúng tôi theo hotline: 1800646480 để được tư vấn tận tình và chính xác nhất.
CÔNG TY TNHH CHỨNG NHẬN VÀ KIỂM ĐỊNH CHẤT LƯỢNG OPACONTROL
Website: https://opacontrol.com.vn/
Email: opa@opacontrol.vn
Facebook: https://www.facebook.com/opacontrol
SĐT: 024.22061628 - 1800.646480
Zalo
Youtube