1. Lựa chọn tỷ lệ nước-xi măng

Các loại xi măng khác nhau, vật liệu kết dính bổ sung và cốt liệu có kích thước tối đa khác nhau, cấp phối, kết cấu bề mặt, hình dạng và các đặc tính khác có thể tạo ra bê tông có cường độ nén khác nhau cho cùng một tỷ lệ xi măng/nước tự do. Do đó, mối quan hệ giữa cường độ và tỷ lệ xi măng/nước tự do tốt nhất nên được thiết lập cho các vật liệu thực sự được sử dụng. Trong trường hợp không có dữ liệu như vậy, tỷ lệ xi măng/nước tự do sơ bộ (theo khối lượng) (w/c) tương ứng với cường độ nén ở 28 ngày có thể được chọn từ mối quan hệ được thể hiện trong Hình 1, đối với cường độ 28 ngày dự kiến của xi măng. Kết quả cuối cùng đạt được, dựa trên kết quả của tất cả các lần thử nghiệm và bất kỳ sự thay đổi nào về cường độ của xi măng sẽ được điều chỉnh trong các lần thử nghiệm. Trường hợp đã biết cường độ thực của xi măng thì có thể sử dụng đường cong tương ứng với cường độ thực của xi măng.

Tỷ lệ nước-xi măng được chọn theo 5.1 phải được kiểm tra dựa trên tỷ lệ nước-xi măng giới hạn đối với các yêu cầu về độ bền và giá trị thấp hơn trong hai giá trị được chấp nhận.

CHÚ Ý: Trong trường hợp tỷ lệ xi măng/nước nằm trong giới hạn trên của điều khoản về độ bền, thì hàm lượng nước do phụ gia đóng góp cũng được xem xét trong tính toán và tỷ lệ xi măng nước cuối cùng phải được điều chỉnh tương ứng.

Khi sử dụng vật liệu kết dính bổ sung, nghĩa là phụ gia khoáng, tỷ lệ nước/vật liệu kết dính (w/cm) phải được tính toán, theo Bảng 5 của IS 456 và tỷ lệ này phải theo Bảng 3 và Bảng 5 của IS 456 hoặc theo quy định.

2. Ước tính hàm lượng không khí

Lượng bọt khí trong bê tông theo ước tính dự kiến có trong bê tông bình thường (không cuốn khí) được đưa ra trong Bảng 3

Các giá trị thực của hàm lượng không khí cũng có thể được chấp nhận trong quá trình thiết kế cấp phối, nếu công trường có dữ liệu (ít nhất 5 kết quả) cho hỗn hợp bê tông tương tự.

HÌNH 1. MỐI QUAN HỆ GIỮA TỶ LỆ XI MĂNG/NƯỚC TỰ DO VÀ CƯỜNG ĐỘ NÉN 28 NGÀY CỦA BÊ TÔNG ĐỐI VỚI XI MĂNG CÓ CƯỜNG ĐỘ NÉN 28 NGÀY DỰ KIẾN KHÁC NHAU

Curve 1 : for expected 28 days compressive strength of 33 and < 43 N/mm

Curve 2 : for expected 28 days compressive strength of 43 and < 53 N/mm

Curve 3 : for expected 28 days compressive strength of 53 N/mm and above.

GHI CHÚ

1 Trong trường hợp không có dữ liệu về cường độ nén thực tế trong 28 ngày của xi măng, các đường cong 1, 2 và 3 có thể được sử dụng tương ứng cho OPC 33, OPC 43 và OPC 53.

2 Trong trường hợp sử dụng xi măng PPC/PSC, có thể sử dụng đường cong thích hợp theo cường độ thực tế. Trong trường hợp không có dữ liệu cường độ nén thực tế trong 28 ngày, có thể sử dụng đường cong 2.

3. Lựa chọn hàm lượng nước và hàm lượng phụ gia

Hàm lượng nước của bê tông bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố, chẳng hạn như kích thước cốt liệu, hình dạng cốt liệu, kết cấu cốt liệu, tính công tác, tỷ lệ nước-xi măng, loại và hàm lượng xi măng và các vật liệu kết dính bổ sung khác, phụ gia hóa học và điều kiện môi trường. Việc tăng kích thước cốt liệu, giảm tỷ lệ nước-xi măng và độ sụt, đồng thời sử dụng cốt liệu tròn và phụ gia giảm nước sẽ làm giảm nhu cầu nước. Mặt khác, nhiệt độ tăng, hàm lượng xi măng, độ sụt, tỷ lệ nước-xi măng, độ góc cạnh của cốt liệu và giảm tỷ lệ cốt liệu thô so với cốt liệu mịn trong cấp phối sẽ làm tăng nhu cầu nước.

Lượng nước trộn trên một đơn vị thể tích bê tông có thể được xác định từ Bảng 4. Lượng nước trong Bảng 4 dành cho cốt liệu thô góc cạnh và cho độ sụt 50 mm. Lượng nước ước tính trong Bảng 4 có thể giảm khoảng 10 kg đối với cốt liệu ít góc cạnh, 15 kg đối với sỏi có một số sỏi sạn nhỏ và 20 kg đối với sỏi tròn để tạo ra tính công tác như nhau. Đối với tính công tác mong muốn khác (ngoài độ sụt 50 mm), hàm lượng nước yêu cầu có thể tăng hoặc giảm khoảng 3% cho mỗi lần tăng hoặc giảm độ sụt 25 mm hoặc có thể được thiết lập bằng thử nghiệm. Điều này cho thấy sự cần thiết phải thử nghiệm thiết kế cấp phối bê tông đối với các nguồn vật liệu nhất định vì mỗi nguồn cốt liệu là khác nhau và có thể ảnh hưởng đến các đặc tính của bê tông. Lượng nước được tính như vậy có thể được giảm bớt bằng cách sử dụng phụ gia hóa học phù hợp với IS 9103. Phụ gia giảm nước hoặc phụ gia siêu dẻo thường làm giảm hàm lượng nước tương ứng từ 5 đến 10% và 20 đến 30% trở lên ở các liều lượng thích hợp.

Yêu cầu về hàm lượng nước và/hoặc hàm lượng phụ gia hóa học có thể tăng lên khi bổ sung liều lượng cao phụ gia khoáng. Hướng dẫn lựa chọn phụ gia giảm nước thích hợp và liều lượng của nó được đưa ra trong Phụ lục G.

Table 4 Water Content per Cubic Metre of Concrete For Nominal Maximum Size of Aggregate

No.	Nominal Maximum Size of Aggregate Kích thước tối đa danh nghĩa của cốt liệu mm	Water Content Hàm lượng nước kg
(1)	(2)	(3)
i)	10	208
ii)	20	186
iii)	40	165
Water content corresponding to saturated surface dry aggregate. Hàm lượng nước tương ứng với cốt liệu khô bề mặt bão hòa.

GHI CHÚ

1 Lượng nước trộn này được sử dụng để tính toán hàm lượng xi măng/vật liệu kết dính cho các mẻ trộn thử.

2 Do khoảng cách xa mà bê tông cần được vận chuyển từ trạm trộn/nhà máy bê tông thương phẩm đến công trường, hỗn hợp bê tông thường được thiết kế để có độ sụt ban đầu cao hơn so với độ sụt yêu cầu tại thời điểm đổ. Giá trị độ sụt ban đầu phụ thuộc vào quãng đường vận chuyển và sự hao hụt độ sụt theo thời gian.

4. Tính toán hàm lượng xi măng/vật liệu kết dính

Hàm lượng xi măng và chất kết dính bổ sung trên một đơn vị thể tích bê tông có thể được tính toán từ tỷ lệ xi măng-nước tự do (xem mục 5.1) và khối lượng nước trên một đơn vị thể tích bê tông.

Trong một số trường hợp nhất định, khi sử dụng thay thế một phần xi măng bằng tro bay, xỉ lò cao dạng hạt nghiền (GGBS), bột silica fume và các phụ gia khoáng khác, việc tăng hàm lượng vật liệu kết dính thay thế xi măng có thể đảm bảo, đặc biệt nếu tro bay là 20% trở lên. Quyết định tăng hàm lượng chất kết dính bổ sung và tỷ lệ phần trăm của nó có thể dựa trên kinh nghiệm và thử nghiệm; hoặc hàm lượng chất kết dính bổ sung được tính như vậy có thể tăng thêm 10 phần trăm để thử nghiệm sơ bộ. Tỷ lệ nước/vật liệu kết dính sẽ được tính toán lại, dựa trên hàm lượng chất kết dính bổ sung tăng lên, theo Bảng 5 của IS 456.

Hàm lượng chất kết dính bổ sung được được xác định theo cách trên phải được kiểm tra so với hàm lượng tối thiểu đối với các yêu cầu về độ bền theo IS 456 hoặc theo quy định và giá trị lớn hơn trong hai giá trị có thể được chấp nhận. Hàm lượng xi măng tối đa phải phù hợp với IS 456 hoặc theo quy định.

Tỷ lệ tro bay/GGBS được sử dụng phải được quyết định dựa trên yêu cầu của dự án và chất lượng của những vật liệu này.

5. Ước tính tỷ lệ cốt liệu thô

Cốt liệu về cơ bản có cùng kích thước danh định lớn nhất, loại và cấp phối sẽ tạo ra bê tông có tính công tác đạt yêu cầu khi sử dụng một khối lượng cốt liệu thô có cấp phối nhất định trên một đơn vị thể tích của tổng cốt liệu. Các giá trị gần đúng cho khối lượng thể tích cốt liệu này được đưa ra trong Bảng 5 đối với tỷ lệ nước-xi măng/nước-vật liệu kết dính là 0,5, các giá trị này có thể được điều chỉnh phù hợp cho các tỷ lệ N/X khác, tỷ lệ thể tích của cốt liệu thô so với tổng số cốt liệu được tăng lên theo tỷ lệ thay đổi 0,01 cho mỗi lần giảm tỷ lệ nước-xi măng/vật liệu kết dính đi 0,05 và giảm với tỷ lệ 0,01 cho mỗi lần tăng tỷ lệ nước/xi măng lên 0,05.

Có thể thấy rằng để có tính công tác như nhau, khối lượng cốt liệu thô trong một đơn vị thể tích bê tông chỉ phụ thuộc vào kích thước lớn nhất danh nghĩa và vùng cấp phối của cốt liệu mịn. Sự khác biệt về lượng vữa cần thiết cho tính công tác với các loại cốt liệu khác nhau, do sự khác biệt về hình dạng và cấp phối hạt, có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi tỷ lệ cốt liệu thô thành mịn. Nói chung, hàm lượng cốt liệu mịn cao hơn là cần thiết đối với cốt liệu thô có góc cạnh do diện tích bề mặt tăng lên.

Đối với hỗn hợp bê tông đòi hỏi tính công tác linh động hơn, đôi khi cần phải đổ bằng máy bơm hoặc khi bê tông được yêu cầu thi công khu vực mật độ cốt thép dầy, có thể giảm lên đến 10 phần trăm (10%) hàm lượng cốt liệu thô ước tính được xác định bằng Bảng 5. Tuy nhiên, cần thận trọng để đảm bảo rằng độ sụt thu được, tỷ lệ nước-xi măng/vật liệu kết dính và đặc tính cường độ của bê tông phù hợp với các khuyến nghị của IS 456 và đáp ứng các yêu cầu đặc điểm kỹ thuật của dự án khi áp dụng.

Sử dụng kết hợp các loại cốt liệu thô kích thước khác nhau

Cốt liệu thô được sử dụng phải phù hợp với IS 383. Cốt liệu thô có kích thước khác nhau có thể được kết hợp theo tỷ lệ phù hợp để tạo ra một cấp phối phù hợp với Bảng 7 của IS 383 đối với kích thước tối đa danh nghĩa cụ thể của cốt liệu.

6. Ước tính hàm lượng cốt liệu mịn và thô trong cấp phối bê tông

Với việc hoàn thành quy trình nêu trong 5.4, tất cả các thành phần đã được ước tính ngoại trừ hàm lượng cốt liệu thô và cốt liệu mịn. Các đại lượng này được xác định bằng cách tìm ra khối lượng tuyệt đối của vật liệu xi măng/chất kết dính, nước và phụ gia hóa học; bằng cách chia khối lượng của chúng cho trọng lượng riêng tương ứng của chúng, nhân với 1/1000 và lấy thể tích đơn vị trừ đi kết quả tổng của chúng (không bao gồm thể tích không khí bị cuốn vào). Các giá trị thu được như vậy được chia thành các phần cốt liệu thô và mịn theo thể tích phù hợp với tỷ lệ cốt liệu thô đã được xác định trong mục 5.5. Hàm lượng cốt liệu thô và mịn sau đó được xác định bằng cách nhân thể tích của chúng với trọng lượng riêng tương ứng và nhân với 1000.

7. Hỗn hợp bê tông thử nghiệm

Tỷ lệ trộn đã tính toán phải được kiểm tra bằng các lô thử nghiệm.

Khả năng công tác của hỗn hợp bê tông thử nghiệm số 1 phải được đo lường. Hỗn hợp phải được quan sát cẩn thận để không bị phân tầng và tách nước cũng như các đặc tính hoàn thiện của nó. Nếu tính công tác đo được của Hỗn hợp Thử nghiệm Số 1 khác với giá trị quy định, thì hàm lượng nước và/hoặc phụ gia sẽ được điều chỉnh cho phù hợp. Với sự điều chỉnh này, tỷ lệ hỗn hợp sẽ được tính toán lại để giữ tỷ lệ nước-xi măng tự do/nước-vật liệu kết dính ở giá trị đã chọn trước, để lực chọn cấp phối cho Hỗn hợp Thử nghiệm Số 2. Ngoài ra, thêm hai Hỗn hợp Thử nghiệm Số 3 và 4 sẽ được thực hiện với hàm lượng nước giống như Hỗn hợp thử nghiệm số 2 và thay đổi tỷ lệ nước-xi măng/nước-vật liệu kết dính tự do khoảng ± 10 phần trăm giá trị được chọn trước, đồng thời đáp ứng các yêu cầu về tính công tác.

Hỗn hợp số 2 đến số 4 cần cung cấp đầy đủ thông tin, bao gồm mối quan hệ giữa cường độ nén và tỷ lệ nước-xi măng, từ đó tỷ lệ hỗn hợp có thể được điều chỉnh hoàn thiện, sao cho các yêu cầu về cường độ và độ bền đều được thỏa mãn. Các thử nghiệm hiện trường bổ sung được khuyến nghị đặc biệt cho các yêu cầu về khả năng thi công. Sau đó cấp phối bê tông cần được thí nghiệm hiện trường bằng các phương pháp sản xuất bê tông thực tế.

8. Báo cáo

Báo cáo thiết kế cấp phối bê tông phải bao gồm những nội dung sau:

a) Thời gian thử nghiệm (ngày bắt đầu và ngày kết thúc);

b) Chi tiết công trình/loại kết cấu sử dụng bê tông (nếu có);

c) Tất cả dữ liệu được cung cấp cho thiết kế cấp phối theo 4.1 và các sai lệch so với IS 456, nếu có;

d) Dữ liệu thử nghiệm liên quan của các vật liệu khác nhau nhằm mục đích định tỷ lệ cấp phối;

e) Chi tiết về vật liệu sử dụng như nhãn hiệu xi măng, ngày sản xuất (tuần/năm), tỷ lệ puzolan/xỉ,… theo chứng chỉ của nhà sản xuất; nguồn cốt liệu thô và mịn (nếu được cung cấp), v.v.;

f) Chi tiết về các thử nghiệm đã tiến hành; Và

g) Tỷ lệ cấp phối bê tông khuyến nghị.