Chương 3

BÊ TÔNG TƯƠI

Bê tông tươi hay bê tông dẻo là hỗn hợp vật liệu có thế chảy thành bất kỳ hình dạng Iiào. Tỷ lệ tương đối của hỗn hợp xi măng và nước ảnh hưởng quyết định đến trạng thái ướt cũng như trạng thái rắn chắc.

Hàm lượng của nước phải đủ để phản ứní hoá học với xi măng và để chui vào lỗ rỗng gel. Chúng ta đã biết rằng tỷ lệ nước/xi măng theo lý thuyết đảm bảo 2 mục đích này là 0,38. Sử dụng tỷ số nước/xi mãng cao hơn giá trị này sẽ làm tăng lỗ rỗng mao quản; và nếu thấp hơn thì phản ứng hydrat hoá sẽ xảy ra không hoàn toàn dẫn đến ngăn cản sự phát iriển của cấu trúc gen.

Khi chế tạo vữa cho bê tông, hàm lượng nước nhào trộn sẽ thay đổi do sự có mặt của nước tự do bám trên bề mặt hạt cốt liệu hav nằm irong lỗ rỗng của các hạt cốt liệu. Tỷ lệ Iiước/xi măng thực tế sử dụng tại công trường phải dược điéu chỉnh hợp lý.

Tỷ lệ nước/xi măng phụ thuộc vào tính công tác của hỗn hợp bê tông.

Trong chương này chúng ta sẽ nghiên cứu tính năng lưu biên của bê tông. Tính lưu biến, rất có ích để hiểu được bê tông tươi. Nó đề cập đốn việc nghiên cứu hệ thống các lực, đặc biệt có nguồn gốc tĩnh điện, nguồn góc các lực này và dự kiến những quy luật biến đổi của chúng. Từ đó ta xác định lực giữa các hạl thành phần trong bê tông. Đó là cơ sở của công nghệ bê tông.

3.1. LỰC GIỮA CÁC PHÂN TỬ TRONG BÊ TỎNG

Các vật thể rắn bao gồm một số lớn các hạt được ion hoá và các phân tử. Các vật thể như vậy hút và đẩy các phân tử hoặc các ion ớ xung quanh. Các lực hút và lực đẩy có tính chất vạn nãng, bất kể các hạt nào hút và bất kỳ các hạt khác, giống nhau hoặc khác nhau, có hoặc không có khả năng xảy ra các phản ứng hoá học giữa chúng.

Các lực tưofng tác sinh ra các cơ chế khác nhau: các lực hút được biết dưới cái tên lực Vanđecvan.

Các lực tĩnh điện giữa các chất rắn là quyết định đối với các tính chất vật lý của hồ xi mãng. Các lực này phụ thuộc vào tính chất của các bề mặt rắn và các thành phần của dung dịch nước tiếp xúc với các bề mật hạt xi mãng.

Hậu quả của sức hút vạn năng là hiện lượng quen biết dưới cái tên là “sự hấp thụ” . Một bề mặt rắn hút và giữ tạm thời các phẩn lử của chất lỏng tiếp xúc của nó. Nước bị hút m ạnh bởi các vật liệu rắn trong bê tông.

53

3.1.1. Lực Cuỉông

Việc nghiên cứu tính chất của các lực giữa các phân tử xuất phát từ lý thuyết cấu trúc bên trong của vật chất. Các lực này có nguồn gốc điện và chúng có khả nãng được biểu thị dưới các dạng khác nhau. Dạng đơn giản nhất được định nghĩa bằng định luật cơ bản về tĩnh điện được phát hiện bởi Culông năm 1785 như sau:

Lực hút tươiìg hỗ của hai hụt m ang điện tỉ lệ thiiậìì với tích sô của điện tích của

chúng vù tỉ lệ /ìgliịch với hình phương khoảng cúcìì giữa các tủm của cliủiìỵ. Để đặc

trưng cho sự tương tác của các hạt, người ta luôn luôn nói không phải là lực, mà là nãng

lượng tương tác, có nghĩa là công cần thiết để tách hoàn toàn các hạt này. Trong trường hợp này, mẫu số của phương trình của quy luật cơ bản về tĩnh điện chứa khoảng cách và không phải là bình phương nữa.

Lực Culông đóng một vai trò quan trọng trong các tưcmg tác ion. Tuy nhiên rõ ràng là chúng không thể hoạt động giữa các phân tử trung tính.

3.1.2. Lực Vanđecvan (lực hút)

Để hiểu được những tương tác của các phân tử trung tính, cần thiết làm sáng tỏ trước tính năng của các phân tử đối với trưèíng điện bên ngoài.

Sự phát sinh một ngẫu cực trong m ột phân tử không có cực được kích thích bởi biến dạng của nó, có nghĩa là sai lệch đối với cấu trúc bên trong ổn định nhất khi không có tác động bên ngoài. Kết quả là một ngẫu cực điện ứng dưới tác dụng của điện trường bên ngoài chỉ tồn tại chừng nào điện trường tồn tại.

Chuyển sang những hoạt động giữa các phân tử. Cho hai phân tử có cực khá gần nhau. Cho rằng các cực cùng dấu của các ngẫu cực của chúng đẩy nhau, trong khi mà các cực có dấu khác nhau thì hút nhau, hai phân tử có khuynh hướng được định hướng sao cho các cực có dấu khác nhau ở gần nhau. Trong sự bố trí này sự hút của các cực có dấu khác nhau chỉ được bù lại m ột phần bởi sự đẩy nhau của các cực có cùng dấu, chúng ở một khoảng cách xa hơn. Khi đó nó sinh ra giữa các phân tử các lực hút phụ thuộc vào sự tương tác của các ngẫu cực vĩnh cửu của chúng và chúng được gọi là lực định hướng. Nhờ các lực này, hai phân tử đó xích lại gần nhau và hút nhau mạnh hoặc yếu.

Trường hợp tương tác của một phân tử có cực với một phân tử không cực như sau: Ban đầu nó sinh ra trong một phân tử không có cực một ngẫu cực điện ứng, sau đó nó phản ứng với ngẫu cực của phân tử có cực. Ngược lại, sự tương tác giữa hai phân tử không có cực không có các ngẫu cực vĩnh cửu, hình như nó không phải có ở đó một lực hút nào đó giữa chúng.

Tính chất của các lực đó gọi là lực phân tán (London - 1930). Sự xuất hiện của chúng gắn chặt với chuyển động mà các thành phần của các phân tử thực hiện liên tục; các hạt nhân nguyên tử và các electron.

54

Tất cả các loại tương tác giữa các phân tử có thể được tập hợp lại dưới cái tên là lực giữa các phân tử hoặc lực Vanđecvan. Tầm quan trọng liên quan đến mỗi loại lực trong mỗi trường hợp cụ thể phụ thuộc chủ yếu vào hai tính chất cùa các phân tử có mặt: cực tính và độ biến dạng của chúng. Cực tính của các phân tử càng lớn, các lực định hướng đóng vai trò càng quan trọng, về nhiệm \ ụ cùa lực phân tán, nó tăng lên cùng với biến dạng của các phân tử.

N hư vậy, nếu các lực Culông có thể được biểu thị bằng lực hút hoặc lực đẩy, thì lực Vanđecvan chỉ được biểu thị bằng lực hút,

3.1.3. Lực đẩy

Nhưng ngoài các lực hút, còn tồn tại các lực đẩy giữa các phân tử. Lực đẩy nó trở nên có hiệu quả khi các đáiĩi mây êlectron của hai nguyên tử kề nhau bắt đầu kết hợp, là hàm số phức tạp của các tính chất điện tử. Tuy nhiên Glandstone đã đề nghị một giá trị gần đúng cho lực này, ít nhất đối với các phàn tử đơn giản, là lực đẩy biến thiên như số nghịch đảo của luỹ thừa bậc 13 của khoảng cách giữa các phàn tử.

3.1.4. Sự hút và sự đẩy kết hợp

Các quan hệ vừa nêu ra có thể được viết như sau:

F = — - p

trong dó: F là lực được biểu ihị bằng dyn, u vằ [i là những hằng số đặc línli của phân tử đối với nhiệt độ và áp lực được xem xét. Sô hang thứ nhất cho rnột cách xấp xỉ lực hút Vanđecvan, số hạng thứ hai biểu thị lực đẩy.

Nãng lượng tiềm tàng u giữa hai phán tử cách nhau bởi khoảng cách r, được cho bởi

tích phân Fdr như sau:

X =12r ' '

Dấu âm của số hạng đầu tiên là do lực hút và nghĩa là phải cung cấp một công để tách các phân tử.

Rõ ràng là lực đẩy giảm rất nhanh, khi khoảng cách giữa các phân tử tăng lên. Lực

này thực tế trở thành số không từ khi khoảng cách vượt quá một vài đường kính của

phân tử.

Ngược lại lực hút hoạt động, trong phạm vi lớn hơn.

3.2. S ự HẤP TH Ụ (S ự HÚT)

Lực hút Vanđecvan hoạt động không chỉ giữa các cặp phân tử cùng một loại mà còn giữa các phân tử khác nhau hoặc giữa các phân tử và ion. Cũng vậy, các lực này hoạt

55

động giữa các phân tử và ion cấu tạo nên bề mặt của vật thể rắn và những phân tử và ion

tự do.

Các phân tử và ion tự do trong một chất khí dịch chuyển với tốc độ lớn. Khi một trong chúng gặp một bề mặt cứng, nó có thể nâng lên mà không m ất đi nãng lượng hoặc ngược lại được giữ lại trong một thời gian nào đó. Trong thời gian đó, người ta nói rằng phân tử bị hấp thụ (bị hút) và sự kết tụ của phân tử bị hấp thụ dẫn tới một trạng thái gọi là trạng thái hấp thu (bị hút). Vật liệu bị hút được gọi là chất bị hút và chất rắn hút chất bị hút gọi là chất hấp thụ.

Khi một bề mặt rắn tiếp xúc với nước dưới dạng chất lỏng, tồn tại một lớp nước bị hút giữa pha lỏng và pha rắn.

Sự hấp thụ là một hiện tượng có tính chất động học đặc biệt. Thời gian mà khi đó một phân tử bị hút phụ thuộc vào số lượng năng lượng mà nó đã mất trong va chạm, sỏ' lượng này là lớn hơn đối với các phân tử đến tiếp xúc trực tiếp với bề m ặt và vì vậy phụ thuộc vào gfadien của tỉ trọng của các phân tử tiếp xúc với bề mặt lúc va chạm.

Các giá trị thời gian giữ đã tìm được bằng thực nghiệm bởi Powers: ở 20°c .

- Đối với các phân tử được liên kết rất chặt chẽ 1,8 sec

- Thời gian trung bình đối với lớp đầu tiên của phân tử 0,04 sec

- Thời gian trung bình đối với lớp thứ hai của phân tử 220.10 '^sec

- Thời gian trung bình đối với lóp thứ ba đến lớp thứ 5 7.10’̂ sec

Các giá trị này chỉ ra một tính chất rất năng động của trạng thái bị hút.

Trong một hồ xi m ăng mới trộn, màng nước hấp thụ được cấu tạo bởi nước lỏng tiếp xúc với các chất rắn, có sự trao đổi liên tục các phân tử giữa m àng và chất lỏng khi tiếp xúc, các phân tử bị hấp thụ liên tục hoà tan bởi chất lỏng, trong khi m à các phân tử khác đi qua chất lỏng trong màng. Vậy ở bên trong lớp màng bị hấp thụ có m ột sự trao đổi liên tục giữa các phân tử.

3.3. C ơ CH Ế CỦA CÁC HỆ TH Ố NG KEO

Hệ thống keo là các hệ thống nhiều pha đạt được bằng cách phân tán một chất được gọi là pha phân tán trong một chất khác mà người ta gọi là m ôi trường phân tán. Kích thước của các hạt của pha phân tán phải nằm trong khoảng 10'^ đến 1 0 ‘'cm. Nếu các hạt phân tán quá bé, chúng tạo thành các dung dịch hoá học hoặc huyền phù phân tử và nếu chúng lớn hơn, chúng tạo thành huyền phù thô.

Các hộ thống keo có các chất rắn phân tán trong một chất lỏng gọi là sol và các chất chảy lỏng phân tán trong một chất rắn gọi là gen. Gen là các chất keo có độ sệt nhớt nở ra khi hút nước. Nếu chất lỏng của gen bốc hơi, nó tạo thành gen khô (đá gen).

Nói chung gen có một ngưỡng độ chảy, có độ đàn hồi hoặc độ cứng. Vì vậy có thể

coi chúng như các vật rắn.

56

Trong hệ keo, các hạt của pha phân tán nhỏ, chúng có tỉ diện lớn, vậy không lắng đọng trong trường hấp dẫn.

Tính chất cuối cùng đó giải thích bằng sự tồn tại của chuyển động Brown.

3.3.1. Chuyển động B row n

Chuyển động Brown là một chuyển động hỗn độn có thể quan sát đối với các phần tử

lơ lửng mà kích thước của nó nằm dưới 10 ’ H- 10“cm. Chuyển động này đi ngược lại và vượt quá chuyển động được sắp đặt của sự trầm lắng của các hạt trong trọng trường. Chuyển động Brown do các va chạm của các hạt lơ lửng với các phân tử chất lỏng được làm chuyên động bằng việc khuấy động nhiệt.

Cưcmg độ của chuyển động Brown được tăng lên bằng tác động của ánh sáng, bức xạ và nliiệt. Nó có thể được cải biến bằng điện tích của các hạt hoặc bằng các nliân lố hoá học.

3.3.2. Tính xúc biến của bê tông

Chất sol được tạo thành từ gen bằng cách tăng nồng độ của pha phân tán. Sự tăng nồng độ có thể xuất phát từ các việc sau đây;

- Thêm chất rắn.

- Cho bay hơi từng phần của pha lỏng.

- Giảm nhiệt độ.

- Một số phản ứiig lìoá học.

Nét đặc trưng chung nhất của tất cả các quá trình rắn chắc là sự bất động của pha lỏng bèn trong pha phân tán, sự bất động do sự hình thành cấu trúc.

Cấu trúc này thông thường được giả định là được cấu tạo bởi mạng dính kết các phân tử dính kết, các mắt của mạng được chứa đầy chất lỏng và cả hai pha (hoặc chỉ là pha rắn) là liên tục.

Các nghiên cứu bằng tia X đã cho phép làm sáng tỏ một trật tự nào đó của các mạng này. Trong trường hợp các gen, khi đã cho sự liên tục của mạng lưới, không thể xảy ra sự chảy tự do. Phải đạt tới một giá trị tối thiểu của lực cắt để phá hoại cấu tạo đã hình thành. Giới hạn này tạo nên ngưỡng chảy của vật liệu.

Sự xuất hiện ngưỡng chảy đối với các gen không phải chi' do sự tiếp xúc cơ học đơn giản giữa các hạt tạo thành cấu trúc, mà còn do kết quả của các lực tương tác phát triển giữa các hạt.

Tính chất này của một vài hệ keo có thể biến đổi hai chiều sol - gen dưới tác dụng cơ học là trường hợp xúc biến.

Nói chung, người ta nói rằng có xúc biến nếu thoả mãn hai điều kiện sau;

- Sau một thời gian dài để yên và người ta tác dụng đột ngột và đều đều một ứng suất (hoặc một tốc độ biến dạng), độ nhớt biểu kiến là hàm số giảm của thời gian chảy đã tạo ra.

57

- Vật thể lấy lại trạng thái ban đầu sau một thời gian để yên khá dài.

Nếu hai điều kiện này không được đầy đủ, đó là xúc biến một phần. Tính chất này là đặc tính của gen của những hạt rắn lỏng lẻo và nó chứa đựng một lượng lớn chất lỏng.

Tính xúc biến có thể được giải thích bằng sự phá hoại liên kết giữa các hạt, liên kết do các lực tưong tác giữa chúng, bởi tác dụng của ngoại lực, rồi bởi sự lập lại liên kết này khi các ngoại lực đã ngừng tác dụng từ một thời gian nhất định.

Để hiện tượng có thể xảy ra, đầu tiên phải là những liên kết ban đầu giữa các hạt không quá mạnh và điều đó được thực hiện đối với các cấu trúc có nút lỏng lẻo hoặc những hạt dài. Sự tự khuấy của chuyển động Brown cũng góp phần để giữ hộ thống ở trạng thái lỏng.

Điều kiện thứ hai cần những hạt phải có kích thước đủ nhỏ (nhỏ hơn 10 ''cm) và cần pha lỏng phải có đủ số lượng.

Trong cấu trúc này, phải là các lực và nồng độ hạt không được quá lớn, để không ngăn cản sự tách ra hoặc sự tái tạo cấu trúc.

3.3.3. Độ nhớt và độ chảy - Mô hình Bingham

Hoạt động cơ học của thể huyền phù và của gen có thể được mô tả bằng biểu đồ tốc độ biến dạng g - ứng suất T theo cùng một kiểu như là hoạt động cơ học của các thể rắn được mô tả bằng biểu đồ ứng suất biến dạng.

Các sai lệch giữa biểu đồ thực của biến dạng của vật liệu (đường cong) và biểu đồ đường thẳng tương ứng với vật thể của Newton, chỉ ra sự tồn tại của các tính chất của

cấu trúc gen. Đại lượng liên kết các biến số g và T theo như sau:

- Hệ số độ nhớt biểu kiến; ĩìo = tg a

- Ngưỡng của độ dẻo: Xq

- Hê số đô nhớt vi phân: T] = —

Hoạt động của huyền phù có thể được mô tả bởi m ột phương trình có dạng chung là:

g = f(x)

Trong trường hợp của các chất lỏng đặc biệt nhớt Tq = 0. Hoạt động của chất gen có thể được mô tả tốt hơn bằng một phương trình có dạng như sau:

g = f(i: - Tq)

Nếu người ta giả định rằng quan hệ giữa g và T là tuyến tính, lúc đó người ta đạt được phưoỉng trình của vật thể Bingham:

g = i ( T - Tq) ; T = Xq + ĩigTI

58

Mô hình Bingham được biểu diễn theo hình 3.1. sau:

Hình 3.2. Mô hình Bingham

Hình 3.1. Biển dồ dặc trưng của chất lỏng Newton và chất lỏng Bingham

N- Chất lỏng Newton; B- Vật thể Bingham

Nếu biểu diễn quan hệ X và tốc độ biến dạng g thì

biểu đồ có dạng như hình 3.2

Cơ chế của sự chảy và độ nhớt của một chất lỏng

thực được gắn với quá trình liên tục của sự hình thành và sự phá hoại của các nhóm phân tử. Năng lượng phân tán dưới dạng nhiệt trong quá trình này của sự phá hoại và tái tạo cấu trúc được biểu thị bằng hệ số nhớt.

Hoạt động thực tế của gen bị ảnh hưỏfng bởi tỉ số giữa

giá trị của ngưỡng độ dẻo Tq và hệ số độ nhớt ĩ].

Từ quan điểm này, người ta có thể xếp gen thành hai nhóm chính:

- Gen biểu thị một ngưỡng độ dẻo yếu và một hệ số độ nhớt cao.

- Gen biểu thị một ngưỡng độ dẻo cao và một hệ số độ nhớt thấp.

Sự khác nhau giữa độ nhớt của hai nhóm nằm trong khoảng 10'̂ đến 10 .̂

Trong nhóm thứ nhất chúng tôi thấy thủy tinh nấu chảy, bitum, trong nhóm thứ hai có

đất sét. Vậy vật liệu của nhóm đầu, để có biến dạng, cần các lực rất lớn, nhưng vì giá trị

của độ dẻo nhỏ, nên các vật thể mất hình dạng của chúng.

Ngược lại, vật liệu thuộc nhóm hai được tạo dáng dễ dàng hơn vì độ nhớt của chúng nhỏ; trái lại, một khi đã được tạo dáng chúng có thể giữ được hình dạng trong thời gian vì giá trị cao của ngưỡng độ dẻo.

Hoạt động khác nhau của hai nhóm này được giải thích không những bằng sự khác

nhau của độ nhớt, mà còn vì các lực giữa các phân tử tồn tại trong vật liệu của nhóm đầu lớn hơn nhiều so với các lực tồn tại trong các vật liệu thuộc nhóm thứ hai.

59

Các vật liệu thuộc nhóm thứ nhất được đặc trưng bằng pha phân tán và môi chất phàn tán giống nhau về phương diện hoá học (ví dụ như thuỷ tinh). Chính vì vậy nạười ta gọi chúng là Isogel. Các hạt có các kích thước của phân tử. Trong nhóm thứ hai pha phân tán khác nhau về mặt hoá học với môi chất phân tán (ví dụ như đất sét trong nước) và người ta có dị gen (Heterogel). Lúc đó các hạt có kích thước của keo.

3.3.4. H oạt động lưu biến củ a vật th ể

Tính lưu biến là khoa học về sự chảy và về sự biến dạng của vật chất, có xét đến thời gian tác động. Nó dùng để nghiên cứu tất cả các dạng hoạt động cơ học rất khác nhau, trong đó tính năng hoàn toàn đàn hồi được đặt ở một đầu, của phổ đến tính năng hoàn toàn dẻo ở đầu khác, bỏ qua tất cả các dạng trung gian như là dạng nhớt đàn hồi, nhớt dẻo....

Một vật thể gọi là vật thể Newton nếu hộ số độ nhớt vi phân độc lập với vận tốc biến

dạng và thời gian, ở nhiệt độ và áp suất đã cho; X = tị.e

Hệ sô' tỉ lệ r| được gọi là độ nhớt động học. Nước, không khí và huyền phù có nồng độ thấp có thể được coi như những chất lỏng Newton.

Mộl vật thể nhớt dẻo được gọi là vật thể Bingham nếu tốc độ biến dạng 8 xuất hiện

dưới tác dụng của một ứng suất cắt T tỉ lệ thuận với ứng suất này xuất phát từ một giá trị

Tq n à o đ ó : X - Tq = r | ’e

Giá trị Tq của ngưỡng độ dẻo được gọi là giới hạn chảy hoặc ngưỡng chảy và r i’ được gọi là hệ số độ nhốít dẻo do giống với chất lỏng Nevvton.

Huyền phù rất đặc, được sử dụng trong công nghệ nhiều hofn là những chất lỏng dẻo

Newton.

Một vài loại huyền phù, thể hiện một hiện tượng được gọi là (Dilatance) sự dãn nở.

Sự dãn nở (Dilatance) là tính chất mà m ột vật thể có để tăng thể tích dưới lác dụng của một trạng thái ứng suất cắt đơn giản và đồng thời đặc lại.

Có thể giải thích hiện tượng này là trong một huyền phù các hạt được sắp xếp để vị trí của chúng tương ứng với độ rỗng nhỏ nhất. Lực bất kỳ tác dụng vào huyền phù đều tạo ra sự biến dạng, sinh ra sự dịch chuyển cửa các phân tử và do đó sinh ra sự tăng thể tích các lỗ rỗng, là sự dãn nở. Điều đó kéo theo sự khô cục bộ của huyền phù, có tác dụng làm tăng sức kháng đối với sự chảy, chính đó là hiện tượng đặc lại.

Một số nhà nghiên cứu đã mô tả hiện tượng dãn nở này trong trường hợp bê tông tươi được kèm theo sự trễ là dòng chảy kiểu Bingham.

3.4. TÍNH CHẤT LUtJ BIẾN CỦA BÊ TÔ NG TƯƠI

Nghiên cứu tính lưu biến của bê tông tươi là khó khăn, vì sự cấu tạo của bé tông lất nhiên là không đồng nhất, và do dải thành phần hạt rộng của bê tông.

60

Sự không đồng nhất xuất phát từ sự có mặt của các ihành phần rất khác nhau như là:

- Cốt liệu có sự đa dạng về hình dạng, trạng thái bề mặt và các đặc tính khoáng vật và hoá học.

- Chất dính kết luôn luôn không đổng nhất về thành phần, vì xi mãng luôn chứa đựng các chất phụ gia để điều chỉnh sự đônơ kết.

- Không khí có thể ở dạng bọt khí tách biệt có thể coi là m ột thành phần hạt, hoặc những cầu nối giữa các hạt.

- Phụ gia có nguồn gốc hữu cơ hoặc khoáng vật, có tỉ trọng, độ hoà tan hoặc các tính chất vật lý - hoá học rất khác nhau. Ngoài ra, chúng ta sẽ thấy xa hofn là mục đích của các phụ gia được pha vào bê tông là cải thiện rõ ràng một hoặc nhiều tính chất lưu biến

hoặc cơ học của bê tông tươi hoặc bê tông đã cứng rắn.

Thành phần hạt, chính xác hơn đó là dải cỡ hạt của một hỗn hợp bê tông chưa quan trọng bằng sự không đồng nhất.

Kích cỡ của các hạt được dải ra bằng từ 1 micro đối với các hạt xi măng cho đến

nhiều cm đối với cốt liệu. Chính trong dải thành phần hạt rộng như vậy mà phải tìm nguyên nhân của các tính chất lưu biến đặc biệt của bê tỏng và là các nguyên nhân của những khó khăn khi nghiên cứu.

Trong hỗn hợp được đổ ra khỏi máv trộn, có Ihè' tìm thấv các tính chất lưu biến của

hồ được tạo thành bởi các phần tử nhỏ và nước, nhưng chúng ta cũng thấy xuất hiện đặc tính thứ ba, đó là ma sát bên trong do ảnh liư(Vng của khối lượng, của các hạt lớn nhất (có tỉ diện nhỏ).

M ột khối lượng của các hạt có hệ sô' ina sát biểu kiến K = tg a mà Caquot đã gắn với

hệ số ma sát vật lý tg (p của vật liệu trong cóng thức:

tg(|) = - t g a7T

2Sô hạng ^ được gọi là hệ sô' làm rối. Hệ sô ma sát biểu kiến tăng lên theo kích thước

ntrung bình của cốt liệu.

Thực nghiệm của H erm ite và Tournon trên cốt liệu có kích thước rất khác nhau đã dẫn đến quan hệ:

K = log ad'’

trong đó; d- đường kính trung bình của các hạt;

a = 1 3 ; b = 0,22

61

Sự tồn tại của hệ số ma sát trong bê tông góp phần hình thành một bộ xương, nó có thể làm bê tông kết đặc lại, trao đổi bất lợi cho độ lưu biến theo độ chảy hoặc độ dàn ra giảm.

Bê tông chỉ có thể chảy nếu nó chịu ứng suất cắt đủ để thấy cùng một lúc ảnh hưởng của các bề mặt các hạt nhỏ và ảnh hưởng của khối các hạt lớn.

Bê tông chảy, có m ột độ nhớt nào đó mà như vậy người ta lại thấy sự tương tự với các chất lỏng Bingham. Nếu năng lượng đưa vào nhỏ, sự tồn tại của ngưỡng cắt át cả sự tồn tại của hệ số độ nhórt, mà giá trị của nó luôn luôn khá cao trong trường hợp bê tông

thông thường.

Ngược lại, độ nhớt biểu kiến nhỏ hơn nhiều xuất hiện khi có độ nhớt dính kết được tạo ra bởi chấn động bằng năng lượng.

Cuối cùng ghi nhận rằng các hạt nhỏ nhất là yếu tố độ dính kết có thể, do hình dạng của chúng, đóng vai trò m ột chất bôi trơn và ảnh hưởng đến hệ số độ nhớt của tổng thể. Tóm lại, có thể hiểu hoạt động của bê tông qua nghiên cứu ba hiện tượng sau đây;

- Sự dính kết

- Độ nhóft

- Ma sát

Ba hiện tượng này luôn luôn khó tách biệt trong khi đo.

Dáng của biến thiên ngưỡng cắt của bê tông theo hàm lượng nước. Người ta lại thấy hình dạng chung của các đường cong đạt được, mỗi lần người ta biến đổi tỉ lệ chất lỏng và chất rắn của m ột hỗn hợp.

Hình dạng rất nhọn chỉ ra rằng biến thiên xảy ra nhanh và rằng các liều lượng phải được thực hiện m ột cách cẩn thận.

Để khẳng định những ý tưởng, có thể tham khảo trong bảng 3.1 một vài đại lượng của ngưỡng cắt.

Sau đầm chặt mạnh, bê tông có thể có m ột ngưỡng cắt khoảng từ 100.000 đến

150.000dyn/cm^, điều đó có thể cho phép trong m ột vài trường hợp tháo ván khuôn trước

khi đông kết.

Bảng 3.1

Dạng Ngưỡng cắt dyn/cm^ Tác dụng

rất lỏng < 10.000 Bê tông bưiii được

lỏng 15.000 đến 20.000Bè tông cốt thép không cần đầm manh

dẻo 20.000 - 40.000 Bê tông cốt thép đầm vừa

khô > 40.000Đầm mạnh bê tỏng (đường, bê tông đúc sẵn)

62

3.5. TÍNH DỄ ĐỔ (CÔ NG TÁC) CỦA BÊ TÔ NG

3.5.1. Định nghĩa tính dễ đổ

Tính dễ đổ thực tế sinh ra từ việc tổng hợp hai yếu tố sau đây:

- Yếu tố động học: đó là độ chảy hoặc khả năng biến dạng dưới tác dụng của một phương tiện đầm đã cho: làm đầy khuôn dễ dàng và nhanh.

- Yếu tố tĩnh học: sự ổn định hoặc khả năng giữ được sự đồng nhất, tức là không có sự phân tầng và lắng đọng. Trong trường hợp tháo khuôn trước đỏng kết, người ta còn mong muốn giữ được hình dạng.

Vì hai yếu tố đó, độ chảy và sự ổn định luôn luôn biến thiên theo chiều hướng ngược nhau, việc mong m uốn đạt được tính dễ đổ tốt hơn dãn tới tìm ra được m ột sự thoả hiệp, bằng cách xem xét tính đến các phương tiện thi công (ví dụ chấn động m ạnh hoặc yếu).

Cũng phải tính đến tính chất của công việc đổ bê tông, các yêu cầu khác nhau đối với bê tông cốt thép, bê tông đường và bê tông đúc sẵn hoặc bê tông bơm.

Tínli dễ đổ tối ưu là phưcíng tiện tốt hơn để thực hiện được độ đặc chắc cao, yếu tố dẫn đến cường độ đảm bảo.

Tuy nhiên không chắc chắn là tối ưu của lưu biến luôn luôn tương ứng với các phẩm chất tốt hơn của bê tông đã cứng; Vì vậy ở đây còn có m ột sự thoả hiệp có thể là cần thiết phối hợp để chế tạo được một loại bê tông có tính dễ đổ hợp lý và đạt được cường độ yêu cầu.

Sự nghiên cứu lưu biến của bê tông tươi, m ột m ặt đã cho phép xác định tính dễ đổ và các yếu tố mà nó phụ thuộc và mặt khác nó cho phép đánh giá và tìm kiếm được các biện pháp để cải thiện tính dễ đổ.

Để đạt được bê tông có độ đầm nén tốt với một công đầm nén nhất định, thường thì phải đòi hỏi tỷ lệ nước/xi măng cao hơn tính toán theo lý thuyết. Đ iều đó nói lên rằng, nước còn có tác dụng “bôi trcfn” cho bê tông do đó bê tông có thể được đầm chặt tại công trường. Mức độ bôi trơn phải đủ nhưng không được gây ra sự phân tầng, m ất tính đồng nhất của bê tông, khi đầm nén và khi hoàn thiện phải dễ dàng, do vậy sự có mặt của nước là vô cùng quan trọng.

Chất lượng của bê tông thoả mãn yêu cầu trên được gọi là bê tông có túih công tác tốt. Khái niệm “tứih công tác” hay bê tông dễ đổ có hàm ý lớn hơn thuật ngữ “tính lưu biến” (consistency) mà vẫn thường dùng cho khả năng có thể thi công. Tmh lưu biến dùng để xác định độ chảy. Bê tỏng có tính lưu biến cao sẽ linh động hơn, và tmh lưu biến phải phù hợp với từng công trình cụ thể vì mỗi công trình đòi hỏi tmh công tác khác nhau. Bê tỏng nền móng, khối lớn kliông thích hợp khi đổ bê tỏng trần, mái và thậm chí đối với bê tông trần,mái thiết kế cho thi công bằng máy cũng không thể thi công bằng tay. Cũng như vậy bê tông dùng cho công trình “dầy” không thể dùng cho công trình mỏng.

63

Đối với kỹ sư bê tông, phải có kiến thức đầy đủ về tính công tác khi thiết kế hỗn hợp bê tông. Tính công tác là một chỉ tiêu thiết kế cần đạt và nói rõ trong quá trình thiết kế hỗn hợp, cùng với loại công trình, khoảng cách vận chuyển, mất mát độ sụt, phưofng pháp thi công, và nhiều nhân tố khác. Đạt được tính công tác cùng với hiểu biết đầy đủ do kinh nghiệm thì thi công bê tông rất kinh tế và bê tông rất bền lâu.

Đã có nhiều nhà nghiên cứu cố gắng để xác định tính công tác. Nhung tính công tác liên quan với nhiều tính chất khác và với chất lượng của bê tông. Phòng thí nghiệm đường của Anh, đã nghiên cứu rất sâu về lĩnh vực đầm nén và tính công tác, họ cho rằng tính công tác là “đặc tính của bê tông biểu hiện mức độ công việc cần thiết để đầm chặt bê tông tối đa” . Một khái niệm khác mang hàm ý rộng hơn là “sự dễ dàng mà bê tông có thể được đầm chặt 100% ứng với cách đầm và vị trí thi công” . Để tìm hiểu sự quan trọng và ý nghĩa đầy đủ của tính công tác chúng ta sẽ đi tìm hiểu các nhân tô' ảnh hưởng đến tính công tác.

3.5.2. Các nhân tô ảnh hưởng đến tính công tác

Bê tông dễ thi công có lực ma sát giữa các phần tử bên trong, lực ma sát với bề mặt ván khuôn hay với cốt thép tãng cường là rất nhỏ, các lực ma sát này sẽ ảnh hưởng tới mức độ đầm. Những nhân tố làm tăng tính bôi trcfn, làm giảm lực ma sát bên trong để bê tông dễ đầm chặt được cho đưa ra dưới đây:

a) Hàm lượng nước; b) Thành phần hỗn hợp;

c) Kích thước hạt cốt liệu; d) Hình dạng hạt cốt liệu;

e) Bề mặt hạt cốt liệu; g) Cấp phối cốt liệu.

h) Sử dụng phụ gia;

a) Hùm lượng nước: hàm lượng nước với m ột thể tích bê tông cho trước, có ảnh

hưởng rõ rệt đến tính công tác. Hàm lượng nước trên một mét khối bê tông tăng, thì bê tông càng dẻo, hàm lượng nước là nhân tố vô cùng quan trọng ảnh hưởng đến tính công tác. Tại công trường, người chỉ đạo thi công nếu không giỏi thì chỉ có cách là tãng lượng nước để tăng tính công tác. Thực tế cũng thấy thưòfng dùng cách này bởi vì đây là cách

dễ nhất có thể thực hiện tại công trường. Cần biết rằng, theo quan điểm đúng đắn, việc

tăng lượng nước là cách cuối cùng để cải thiện tính công tác thậm chí trong trường hợp

không thể thi công được bê tông. Để có thể thi công được bê tông thì không thể tăng

lượng nước một cách tuỳ tiện. Trong trường hợp m ọi cách sử dụng để làm tăng tính công

tác bị thất bại, thì việc tăng lượng nước là có thể sử dụng. Càng tăng nhiều lượng nước,

thì càng phải tăng nhiều lượng xi mãng để giữ cho tỷ số nước/xi m ăng không đổi, do vậy mới giữ nguyên được cường độ bê tông.

h) Tỷ lệ các thànìì phần hỗn lĩỢỊ): tỷ sô' cốt liệu/xi măng cũng là một nhân tố quan trọng ảnh hưcmg đến tính công tác. Tỷ số này càng tăng, bê tông càng khô cứng. Trong

64

hỗn hợp bê tông cứng, có rất ít vữa xi mãng trên một đcm vị diện tích bề mặt cốt liệu để làm tăng tính bôi trơn do vậy làm giám sự linh động của các hạt cốt liệu. Mặt khác, một loại bê tóng đắt với tỷ lệ cốt liệu/xi mãng thấp, nhiều vữa xi măng bám dính xung quanh các hạt cốt liệu và làm tăng tính công tác.

c) Kích thước của cốt liệu: Côì liệu càng to, thì diện tích bể mặt càng giảm dẫn đến iượng nước cần thiết để làm ướt bề mặt giảm và lượng vữa yêu cầu để bôi trcm bề mặt cốt liệu cũng giảm. Với cùng một lượna nước và vữa, nếu cốt liệu càng lớn thì tính công tác càng tăng. Điều này dĩ nhiên chỉ đúno trong một giới hạn nào đó.

íl) H ình dạng của cốt liệu-. Hình dạng của cốt liệu cũng là một nhân tố ảnh hưởng đến tính công lác và người ta cũng dùng nó như một cách để điều chỉnh tính công tác. Cốt liệu có hình dạng góc cạnh, dài làm cho bê lông rất khó nhào trộn, cốt liệu có hình dạng tròn thì bê tông dẻo hơn. Tính công lác cùa bè tông có cốt liệu tròn là do với cùng một đơn vị thể tích hoặc đơn vị khối lượng, CỐI liệu tròn sẽ có diện tích bề mặt nhỏ hơn. Không chỉ có thế, cốt liệu tròn còn có lực ma sát giữa các phần tử nhỏ hơn. Điều này giải thích vì sao cát sông và sỏi làm tâng tính công tác của bê tông hơn so với cát nghiền và đá dăm.

Hình dạng của cốt liệu sẽ ảnh hưởng rất kín đến tính công tác trong trường hợp bê tông chất lượng cao và bê tông chất lượng cao khi chúng ta sử dụng tỷ lệ nước/xi măng rất thấp khoảng 0,25. Chúng ta đã từiig IKÌÌ rằng, sẽ đến những năm mà nguồn cát thiên nhiên sẽ cạn, con người cần sử dunu cát nhân tao. Hình dang của cát nghiền bây giờ không thích hợp nhưng những máy nghién hiện đại sẽ được thiết k ế để đạt được hình dạng và cấp phối hạt hợp lý.

e) B é mặt hạt cốt liệu: Bề mặt hạt côì liệu ảnh hưởng đến tính công tác là do tổng

diện tích bề mặt của cốt liệu thô ráp lớn hơn tổng diện tích bề mặt cốt liệu trơn nhẩn đối với cùng một thể tích. Cốt liệu có bề mặl thô, ráp sẽ làm cho bê tông có tính công tác

thấp hơn so với cốt liệu trơn nhẵn. Lực ma sát giữa các cốt liệu trơn nhẵn cũng thấp hơn

cũng làm tăng tính công tác.

g) Cấp phối hạt: Đ ây là nhân tố ảnh hưởng lớn nhất đến tính công tác. Cấp phối tốt sẽ có tổng lỗ rỗng trên m ột đcfn vị thể tích là thấp nhất. Những nhân tố khác không đổi, khi tổng lỗ rỗng nhỏ, lượng vữa thừa ra có thể làm tăng tính bôi trơn. Với một lượng vữa thừa ra, hỗn hợp trở nên “dính”, “béo” và đẩy xa các hạt cốt liệu ra. Cốt liệu sẽ trượt trên nhau với một công đầm nén ít nhất. Cấp phối càng hợp lý thì tổng lỗ rỗng càng nhỏ và càng làm tãng tính công tác. Điều này là đúng đối với cùng một lượng vữa.

Ii) Sử dụng phụ gia: Trong tất cả các nhân tố đã được đề cập ở trên, nhân tố quan

trọng nhất ảnh hưởng đến tính công tác là sử dụng phụ gia. ở chưcmg 5 đã nói rằng phụ

gia dẻo và siêu dẻo làm tăng tính công tác \ ô cùng lớn. Với một hỗn hợp bê tông có độ sụt ban dầu là từ 2-3 cm thì độ sụt sẽ tăng rất lớn ứng với một lượng phụ gia rất nhỏ.

65

Hỗn hợp có độ sụt ban đầu không phải từ 2-3 cm thì tính công tác có thể tãng nhưng đòi hỏi lượng dùng phụ gia phải cao hcm - giảm tính kinh tế.

Sử dụng tác nhân cuốn khí làm tãng hoạt tính bề mặt, giảm lực ma sát giữa các phần tử. Chúng hoạt động cũng như cốt liệu mịn nhân tạo có bể mặt rất trơn nhẩn. Có thể thấy rằng các bong bóng khí có vai trò như những quả bóng lãn giữa các hạt cốt liệu làm cho chúng dễ dàng trượt lên nhau. Tương tự như vậy, vật liệu thuỷ tứứi puzolan mặc dù làm tăng diện tích bề mặt nhưng lại làm tăng ảnh hưởng của bôi trcín cho nên vẫn tăng tứih cồng tác.

3.6. Đ ộ DẺO CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG

Các hỗn hợp chứa nước vừa đủ, cho phép đạt được các mẫu có thể đầm chặt tạo ra bê tông có rỗng nhỏ nhất (không khí + nước).

Do đó, trong thực tế, độ sụt là một biến số quan trọng, phù hợp với định nghĩa sau: Tính dẻo là tính chất lưu biến của hỗn hợp bê tông, nó thay đổi theo sự biến đổi về hàm lượng nước (hay tỉ lộ nước/ xi măng). Độ dẻo có thể được xác định theo định lượng độ bền đối với biến dạng của một mẫu. Độ bền này là một hàm số của ứng suất cắt, được biểu thị đon giản là nội lực cần thiết để sinh ra lực cắt đcfn vị. Đó là một đại lượng mà người ta gọi là môđun độ cứng. Chúng ta không có khả nãng đo trực tiếp độ cứng, nhưng chúng ta có thể đo gián tiếp từ các giá trị được giả định là tỷ lệ thuận hoặc nghịch với độ cứng. Phép thử côn Abrams là một ví dụ được gọi là phép thử độ sụt, phép thử để điều chỉnh thành phần và tính chất bê tông.

3.6.1. Các chương trình đầu tiên về độ sụt

Năm 1918 Abrams (MT) đã xác định độ sụt tương đối của bê tông thông thường bằng phép thử độ sụt và chứng minh độ sụt là hàm số của nước của hỗn hợp. Trị số của độ sụt xác định được bằng côn Abrams.

Popovics đã chứng minh rằng quan hệ giữa hàin lượng nước và độ sụt được đo bằng nón cụt của Abrams được viết như sau:

dS dN — = k |.— s ‘ N

trong đó: s biểu thị độ sụt và k| là một hằng số.

Điều đó nói rằng sự biến thiên của độ sụt tỉ lệ thuận với sự biến thiên của hàm lượng nước (N). Tích phân phương trình sau ta có:

S = k ,.N ''

Trong đó k2 ià hằng số tích phân phụ thuộc đặc biệt vào thể tích của hỗn hợp được sử

dụng để thí nghiệm. k2 tương ứng theo lý thuyết với độ sụt của hình nón đựng đầy nước và như vậy chỉ có thể có một giá trị duy nhất, chiều cao của nón. Trong thực tế, Popovics

đã thấy rằng k2 cũng là hàm sô' của thành phần bê tông và rằng kj là một hằng số thích hợp với mỗi loại dụng cụ.

66

Popovics chứng minh rằng các quan hệ này có thể được sử dụng để tính toán hàm lượng nước của hỗn hợp đã cho để đạt được sự thay đổi độ sụt mong muốn.

Vào nãm 1994, M atern và Odemark đã chứng minh rằng độ sụt được đo bằng dụng cụ Vebe có quan hệ với hàm lượng nước theo cách sau đây;

Hoặc còn là logV B = - — - Bv v

VB = A

logA

V

trong đó: V B là độ sụt theo độ Vebe.

A và B là các hằng sô' phụ thuộc vào các đặc tính của vật liệu, nhưng trên thực tế phụ thuộc vào hàm lượng xi mãng của hỗn hợp.

3.6.2. Phương trình có hàm sô mũ - của độ sụt

Khi ngh iên cứu bằng thực nghiệm sự thay đổi của hỗn hợp bằng cách thêm một lượng vật liệu đặc vào hỗn hợp đã dẻo, người muốn đề ra giả thuyết rằng tác dụng lên độ sụt tỷ lệ thuận với độ cứng hiện có. Sự biến thiên của độ sụt tỷ lệ thuận với sự biến thiên của thể tích vật liệu được thêm vào, không phụ thuộc vào kích cỡ các hạt nhưng phụ thuộc vào khoảng cách trung bình của các hạt.

Nhưng chúng tôi cũng thấy rằng các tác dụng của độ cứng của vật liệu mà người ta thêm vào là hàm sô' của kích cỡ trung bình của các hat, điều đó chỉ ra rằng tác dụng phụ

thuộc vào khoảng cách trung bình giữa các hạt. Vậy ngưòi ta có thể giả định rằng tác dụng quan sát được có thể tách ra thành hai, một phần là hàm số của số lượng, một phần khác là hàm số của khoảng cách trung bình giữa các hạt.

Tuy nhiên, trong điều kiện hiểu biết hiện nay, có lý để giả định rằng tác dụng được nghiên cứu, đối với các vật liệu đã cho tỷ lệ thuận một cách đơn giản với tỷ lệ số giữa

thể tích vật liệu được thêm vào với thể tích tổng cộng, ở đây cho rằng nước là pha tạo rỗng và tất cả các chất rắn là vật liệu được pha thêm, bỏ qua không khí trong thời gian đầu. Có thể đi tới biểu thức sau đây:

dGV

E.v,

trong đó:

G - đ ộ cứng thực tế, được biểu thị dưới dạng một ứng suất;

- tJhể tích tổng cộng của thành phần đặc;

V|^ - Lhể tích nước;

k - hàng số.

67

Tích phân phương trình này ta được:

G = GnCE . v N>

hoặc logẶ = K V,

E.v,

trong đó; Gq là hằng số phân tích.

Hệ số độ cứng G bằng Gq khi thể tích đặc theo đơn vị thể tích nước bằrg không.

Cũng vậy, Gq biểu thị độ sệt của nước. M ạc dù ý nghĩa vật lý của nó là th ế nàì, Gq độc

ỉập với các tính chất của vật liệu đặc và với các tỷ lệ tương đối của các thành phần của hỗn hợp.

Các giá trị của K phụ thuộc vào vật liệu: Đối với một hỗn hợp đã cho K cc' thể biến đổi với các vật liệu thành phần và đối với vật liệu, nó phụ thuộc tỷ lệ cốt liệu/ X i măng.

Bằng lý thuyết ta thấy rằng độ sụt của bê tông phụ thuộc vào hàm lượng nirớc, hàm lượng chất độn và tỷ lệ nước/xi măng.

3.6.3, N hận xét về tính dẻo

Thực nghiệm chứng tỏ rằng có sự tương tự giữa độ dẻo của đất sét và tính dễ đổ của bê tông hoặc tính dễ phun như là chúng ta đã xác định.

Xem xét các tỉ số sau đây:

í VU' ^ d ẻ o của đất sét)Ị Khả năng biên dạngl ̂ '

Bảo tồn sự đồng nhất /rj.. , , ^. \(Tinh d ĩd l) --------

Tính ổn định 7 , Xị— > (Khả năng phun của vữa lỏng)

Có thể nhận thấy rằng tử số liên quan với ngưỡng cắt và mẫu số liên quan với độ nhớt dẻo.

Thực nghiệm chỉ ra rằng đối với một vật liệu được chế tạo trong điều kién đã xác định, tỉ số các hệ số lưu biến như sau:

Tq _ Ngưỡng cắt _

Tì ~ Độ nhớt dẻo ~

Tính dễ đổ là hằng số và quan hệ (x, r | ’) là tuyến tính. Có khả năng tính toán tính dễ

đổ theo độ dốc của đường thẳng trong một biểu đồ (x, t ị ’ ) : độ dốc này sẽ càng lớn, khi độ dẻo hoặc tính dễ đổ càng cao.

r,.-l

68

3.7. ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG Lưu BIẾN

Chúng ta vừa thấy rằng các chất hồ, vữa và bê tông có thể được đặc trưng bằng một

số đại lượng nào đó: ngưỡng cắt, độ dính, độ nhóft, ma sát bên trong. Không may là, sự

tách ly và việc đo các đại lượng này rất khó khãn và phần lớn các phương pháp đo tổng hợp chúng lại ít hoặc nhiểu thành số đo của độ sụt.

Tồn tại nhiều phương pháp, tĩnh hoặc động, luôn luôn là phương pháp kinh nghiệm , nhưng trước hết là có tính chất thực tiễn phù hợp và được kiểm tra ở nhà m áy và công trường.

3.7.1. Đo lưu biến của các huyền phù

Chúng tôi sẽ phân các phưcíng pháp đo thành bốn nhóm:

- Các phương pháp đo độ chảy bẹt (xem chương 10).

- Nhớt kế Smidth được dùng ở nhà máy xi măng.

- Phép thử độ sụt và phép thử độ chảy.

- Dẻo kế.

10

DỤNG Cự ĐO Đ ộ SỤT

Sul nhỏ Cắt Sutlớn

Hình 3.4. Quả tạ Kelly

Cắt

HlNH DẠNG CÁC KIỂU SỤT

H ình 3 .3. Phép thử độ chảy và độ sụt cùa hê tông

• Cúc phương pháp xuyên:

- Các kiểu máy dò độ sệt (ví dụ máy dò Tetmater).

- Kim Vicat để xác định sự đông kết của hồ xi mãng.

- Quả tạ Kelly để th í nghiệm bê tông.

69

Hinh 3.5, Côn Marsh

30cm X

n õ ^

/ \/ \I 20cm \

_EQ i

• Các phương pháp xác định độ chảy có hoặc không có chấn động:

- Phễu M arsh được dùng bởi những người khai thác dầu khí để thí nghiệm bùn cho việc khoan và trong bê tông tự đầm hoặc bê tông.Phưcmg pháp này cho phép đo độ nhớt biểu kiến, tức là độ nhớt của chất lỏng Newton có cùng khối lượng thể tích chảy trong cùng điều kiện.Đó không phải là thí nghiệm chặt chẽ, nhưng là phưofng pháp thực tế ở hiện trường.

- Những khuôn hình còn được chấn động, đối với bê tông, cũng cho phép đo độ nh'ớt biểu kiến trong khi có sự phá hoại độ dính gây nên bởi chấn động.

- Dẻo kế M eynter - Orth v.v...

3.7.2. Đo và đ á n h g iá tín h dễ đổ

Chúng tối đã nhận xét rằng rất khó tách số đo các đại lượng lưu biến và rằng phải thoả mãn với các số đo gộp chung. Ngoài ra, đối với bê tông, các số đo bị nhiễu bởi dải rộng thành phần hạt.

Người ta có thể đặc trưng độ chảy của bê tông bằng độ nhớt của nó dưới chấn động. Người ta đã xác định được chỉ tiêu này từ sô' đo thời gian chảy của m ột thể tích bê tống nào đó trong côn chấn động.

Độ ổn định của bê tông dẻo có tương quan với ngưỡng cắt. Người ta có thể đặc trưng nó bằng phép thử độ chảy bẹt.

3.8. S ự PH ÂN TẦ N G

Sự phân tầng trong bê tông có ảnh hưởng lớn đến tính đồng nhất của bẽ tông. Việc fsử dụng có tính chất lạm dụng hoặc không được khống chế tốt các giải pháp cho phép cả i thiện tính dễ đổ của bê tông có thể dẫn tới thiếu sự đồng nhất do phân tầng.

Rất phổ biến là sự phân tầng làm cho chất lượng bê tông ... Phân tầng là do thành phẩn không hợp lý thiếu chấn động trong hoặc là do hồ xi mãng do rò rỉ của ván khuôn. Sự phân tầng của bê tông tươi cũng có thể xảy ra khi trộn, khi chuyên chở, đầm chắc v.v...

3.8.1. Sự không đồng nhất trong khối bê tông

Cần bảo đảm được sự phân bổ tốt các thành phần cấu tạo bê tông để tạo ra độ đồng nhất;.

Sự không đồng nhất trong khối bê tông trong phần lớn các trường hợp, xuất phát từ

các sự khác nhau của tỉ trọng giữa m ột phần là các hạt cốt liệu lớn và phần kia là vữra.

-i----- - 260mm------ ..

J z ] ______M

Hình 3.6. Nhớt kế kiểu Vehe

70

Đối với những bê tông thông thường, tỷ trọng của đá bằng khoảng 2,6 và của vữa khoảng 2,1. Trong trường hợp này, các hạt lớn lắng xuống đáy. Trong trường hợp bê

tông nhẹ, hiện tượng phân tầng là ngược lại: các hạt lớn nhất là nhẹ nhất có xu hướng nổi lên.

Kiểu phân tầng này không thể hiện rõ ràng ở trên m ặt khối bê tông đã đổ khuôn, nhưng có các hậu quả xấu đối với phẩm chất của bê tông trong công trình.

Trong các vùng ở đấy bê tông bị chấn động quá mức chứa nhiều đá, độ đặc chắc tăng

lên, nhưng lại dễ vỡ. Bê tông như vậy có thể có cường độ kéo nhỏ hơn.

Ngược lại, trong vùng bê tông chứa nhiều vữa, độ đặc chắc đối với cốt liệu to giảm đi và cường độ nén cũng có thể giảm.

3.8.2. Xác định trạng thái phản tầng

Sự phân tầng được tạo ra bởi các thao tác công nghệ đem lại độ đồng nhất thấp của hỗn hợp bê tông tươi. Cần đo được sự phân tầng này trên các m ẫu vật liệu được lấy ra từ bên trong bê tông trong các pha khác nhau của sản xuất và đổ bê tông. G orisse đề nghị phương pháp sau đây:

N guyên tắc đo độ phân tầng là xác định độ giàu vưa — —— của mẫu được lấy ra từM + G

m áy trộn so sánh với đô giẩu vữa — — của thành phần, của hỗn hcfp lý thuyết. LấyM q + G o

bê tông từ m áy trộn hoặc ở m áy trước khi đổ bê tông rồi tách G (đá > 5m m ) và M (vữa < 5cm ) bằng sàng có đường kính 38 (5m m ) ở trong nước.

Tính được độ phân tầng theo công thức:

M

T C M + G

M q+ G q

với: M- trọng lượng của vữa trong m ẫu (cát + xi m ãng + nước của bê tông);

G- trọng lượng của đá > 5mm của mẫu;

Mq- trọng lượng của vữa (cát + xi mãng + nước của bê tông) trong hỗn hợp bê tông;

Gg- trọng lượng của đá > 5m m trong hỗn hợp bê tông.

- Nếu ISq bằng 1 (bằng sai số của phép đo gần đúng), hỗn hợp giống như lý thuyết là

không có phân tầng.

- Nếu ISq > 1, có sự phân tẩng do nhiều vữa.

- Nếu ISg < 1, có sự phân tầng do thiếu vữa.

71

Thực tế, giá trị của độ phân tầng thường nói chung nhỏ hơn (khoảng 0,97). Điều này xuất phát từ việc mà mất m ột phần vữa trong các cách thao tác, phân tích khác nhau và các thành phần không hoàn toàn bằng nhau về trọng lượng.

Từ thực nghiệm được thực hiện bởi Gorisse để xem xét độ phân tầng khi trộn, vận chuyển, chấn động có các kết quả sau:

- Việc trộn: Để đánh giá sự đồng nhất của bê tông trong thùng của máy trộn, người ta có thể lấy ra các mẫu khoảng 20kg ở các giai đoạn khác nhau của thời gian đổ m ột mẻ trộn ra và tiến hành phân tích dưới nước.

Các kết quả đạt được đối với bốn m áy trộn được đổ ra thành năm phần bằng nhau, mỗi phần đều được lấy mẫu. Người ta nhận thấy rằng ba máy nhào cho các giá trị gần như không đổi, trong khi mà đối với máy trộn bê tông hiện tượng phân tầng rất rõ nét.

- Vận chuyển: C.E.B.T.P đã tiến hành một vài thí nghiệm liên quan với việc vận chuyển bê tòng bằng xe ben là rất có hại, ngay cả trong thời gian khá ngắn, sau 15 phút vận chuyển, đã thể hiện sự không đồng nhất rất rõ.

, - Chấn động: Để kiểm tra các giả thuyết đã nêu ở trên, theo các giả thuyết này các phần tử đặc lắng xuống đáy khuôn, các thí nghiệm đã được thực hiện trên các mẫu hình trụ (ệ25cm và H = 45cm).

Các kết quả đạt được với hai bê tông yếu được chấn động trên bàn rung trong thời gian gấp đôi thời gian bình thường. Bê tông đầu tiên là một loại bê tông cổ điển (thông thường) với cốt liệu đá vôi - silic, bê tông thứ hai là bê tông dùng cốt liệu đất sét nở phồng (kêzamzit).

Theo biến thiên của chỉ số độ phân tầng trong thời gian của 5 lần lấy mẫu được thực hiện từ lúc bắt đầu đổ đến lúc đổ ra hết đối với 4 loại máy trộn khác nhau.

Sự phân tầng rất rõ đối với bê tông thưòfng được chấn động rất mạnh.

- Cốt liệu đặc của bê tông thông thường lắng xuống đáy, trong khi mà các hạt nhẹ lại nổi lên trên mặt.

- Các biến thiên của ISq trong trưèmg hợp đất sét nở (kêzamzit) rất lớn. Trong trường hợp này những khác nhau về tỉ trọng giữa các hạt lófn và vữa rất rõ rệt.

3.9. KHẢ NĂNG PHÂN TẨNG

3.9.1. Định nghĩa

Có thể dự đoán trước hoạt động của bê tông đối với nguy cơ phân tầng. Chúng tôi gọi khả năng phân tầng là khả năng của bê tông ít hoặc nhiều đối với phân tầng.

3.9.2. Đo độ phán tầng

M ột dụng cụ khá đcín giản cho phép đo chỉ số độ phân tầng bằng cách cho bê tông rơi trên mẫu cốt thép, sau đó phân tích bê tông ở dưới nước như trong trường hợp phân tầng.

72

Sau khi rơi liên tiếp lên cốt thép bé tông có thể được tách ra làm hai phần: phần ở giữa c và phần bên ngoài m nhờ một xi lanh.

Độ phân tầng được xét bởi công thức sau đây:

^̂ỊỊÌ___

ISe là tỉ SỐ giữa độ giầu vữa của bê tông c ở bên trong của ống trụ phân chia với độ giầu vữa của bê tông m ở bên ngoài chính ống trụ đó.

Chỉ số độ phân tầng càng lớn. Các giá trị của ISg luôn luôn lớn hơn 1 vì luôn iuôn có

sự phân tầng của bê tông, sau khi đi qua trong máy phân tầng. Các giá trị biến đổi trong phạm vi từ 1,05 đến 1,9; K là hệ số điều chỉnh tính đến thời gian chảy.

Nếu t là thời gian đổ thùng trộn ra, K có thể được cho theo công thức:

t + 45

Hệ số K này có xu hướng làm tăng ISc trong trường hợp thời gian đổ thùng ra rất

ngắn và làm giảm ISg trong trường hỢỊ') ngirợc lại.

Độ phân tầng phụ thuộc vào thành phán hat của cát, cát quá thô (mô đun độ nhỏ cao) cho bê tông dễ phân tầng hơn.

3.10. TÍNH ĐỔ NG NH ẤT CỦA BÊ TÔNG

Một trong các chuẩn mực quan trọng nhất ảnh hưởng đến chất lượng của bê tông là tính đồng nhất, nghĩa là có khả năng có cùng thành phần ở tất cả các điểm trong bê tông. Về mặt cấu trúc phải bảo đảm sự xếp chồng của các hạt cốt liệu với nhau, càng hoàn hảo càng tốt. Để làm được việc này, cần thiết có các phương tiện cơ học cho phép dịch chuyển của các thành phần và đặc biệt các hạt cốt liệu, mà việc này không được kéo theo sự phân tầng dù có sự khác nhau về kích thước và tỉ trọng. Hai loại lực chính chống lại sự dịch chuyển của vật liệu: lực ma sát và trọng lực. Tồn tại các ma sát bề mặt giữa hỗn hợp và thành khuôn, nội ma sát của bê tông do sự gồ ghề và góc cạnh của cốt liệu và các loại ma sát khác phức tạp do tính nhờn rất dễ biến đổi của các hỗn hợp bê tông.

73