Định nghĩa Mác bê tông.

Tuỳ từng nước với điều kiện thời tiết khác nhau, với yêu cầu xây dựng khác nhau mà quy định kích thước của các mác bê tông là khác nhau. Để các tiêu chuẩn được tương đương thì chúng ta dùng hệ số quy đổi.

Có rất nhiều cách xác định mác bê tông đạt tiêu chuẩn. Trong phạm vi bài viết này chúng tôi đưa ra cách xác định mác bê tông đơn giản nhất. Để xác định mỗi mác bê tông thực tế, tối thiểu cần phải có một tổ mẫu lấy tại hiện trường, gồm 3 mẫu bê tông đồng nhất (về vị trí và cách thức lấy mẫu, về điều kiện dưỡng hộ). Đối với các kết cấu lớn, các tổ mẫu trên cùng một kết cấu phải ở những vị trí khác nhau và số lượng của chúng đủ lớn để mang tính đại diện được cho toàn bộ kết cấu đó. Giá trị trung bình của ứng suất nén tại thời điểm phá hủy (do nén mẫu) của cả 3 mẫu trong tổ mẫu, được lấy để xác định mác bê tông (tuổi 28 ngày). Nếu thời điểm nén tổ mẫu không phải là 28 ngày sau khi bê tông ninh kết(thường là 3 hay 7 ngày sau), thì mác bê tông được xác định gián tiếp qua biểu đồ phát triển cường độ bê tông chuẩn tương ứng. Các kết quả nén mẫu ở tuổi 3 hay 7 ngày là các kết quả kiểm tra nhanh, chưa chính thức. Kết quả nén mẫu ở tuổi 28 ngày mới được coi là mác của bê tông thực tế. Kết cấu bê tông tại chỗ được coi là đạt yêu cầu về mác thiết kế (quy định trong thiết kế) khi giá trị trung bình của từng tổ mẫu (mác thực tế) không được nhỏ hơn mác thiết kế, nhưng đồng thời phải không có mẫu nào trong các tổ mẫu có kết quả thí nghiệm dưới 85 % mác thiết kế.

Khi nói đến mác bê tông là nói đến khả năng chịu nén của mẫu bê tông. Theo tiêu chuẩn xây dựng hiện hành của Việt Nam (TCVN 3105:1993, TCVN 4453:1995), mẫu dùng để đo cường độ là một mẫu bê tông hình lập phương có kích thước 150 mm × 150 mm × 150 mm, được dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn quy định trong TCVN 3105:1993, trong thời gian 28 ngày sau khi bê tông ninh kết. Sau đó được đưa vào máy nén để đo ứng suất nén phá hủy mẫu (qua đó xác định được cường độ chịu nén của bê tông), đơn vị tính bằng MPa (N/mm²) hoặc daN/cm² (kg/cm²).

 Theo quy định về kết cấu xây dựng thì bê tông phải chịu được nhiều tác động khác nhau: chịu nén, uốn, kéo, trượt, trong đó chịu nén là ưu thế lớn nhất của bê tông. Do đó, người ta thường lấy cường độ chịu nén là chỉ tiêu đặc trưng để đánh giá chất lượng bê tông, gọi là mác bê tông

Mác bê tông được phân thành nhiều loại từ  100, 150, 200, 250, 300, 400, 500 và 600. Khi nói rằng mác bê tông 200 chính là nói tới ứng suất nén phá hủy của mẫu bê tông kích thước tiêu chuẩn, được dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn, được nén ở tuổi 28 ngày, đạt 200 kG/cm². Còn cường độ chịu nén tính toán của bê tông mác 200 chỉ là 90 kG/cm² (được lấy để tính toán thiết kế kết cấu bê tông theo trạng thái giới hạn thứ nhất). Ngày nay với công ngệ phát triển người ta có thể chế tạo bê tông có cường độ rất cao lên đến 1000 kg/cm².

Cấp độ bền bê tông là gì?

Theo tiêu chuẩn mới của Việt Nam hiện nay thì không dùng ký hiệu mác bê tông – M. Thay thế cho ký hiệu M là ký hiệu chữ B – cấp độ bền của bê tông. Cấp độ bền B được xác định từ kết quả nén mẫu hình trụ. Nghĩa là thay vì lấy mẫu lập phương thì người ta lấy mẫu hình trụ, sau đó nén mẫu, cho ra kết quả cường độ chịu nén.

Bảng quy đổi cấp độ bền và mác bê tông

Thông thường khi bạn nhìn vào Mác bê tông, ví dụ M250 thì biết rằng đó là 25 MPa hoặc bằng 250 kG/cm2 (250 kg trên 1 centimet vuông). Chỉ số đi sau chữ M nói lên khả năng chịu lực bê tông.

Cường độ chịu nén của bê tông là gì?

Cường độ chịu nén của bê tông là ứng suất nén phá hủy của bê tông, tính bằng lực trên 1 đơn vị diện tích, như là kG/cm2, hay N/mm2. Thông thường trong xây dựng, chúng ta chỉ chú ý tới cường độ chịu nén của bê tông, còn cường độ chịu kéo của bê tông thường rất thấp, nên chúng ta thường bỏ qua. Nhưng tại sao các kết cấu bê tông có thể chịu được uốn tốt. Vì chúng ta đã sử dụng cốt thép. Chúng ta sử dụng khả năng chịu kéo cao của thép để bù đắp cho khả năng chịu kéo thấp của bê tông. Chúng ta đặt thép vào trong vùng bê tông chịu kéo để tối ưu khả năng chịu lực. Từ đó chúng ta có thuật ngữ bê tông cốt thép.

Chọn mác bê tông phù hợp với công trình như thế nào?

Đối với những công trình được thiết kế bài bản ngay từ đầu, thì mác bê tông được các kỹ sư kết cấu quyết định. Hồ sơ bản vẽ khi phát hành ra công trình có ghi rõ sử dụng mác bê tông là bao nhiêu. Kỹ sư công trình theo mác bê tông trong bản vẽ mà trộn tỷ lệ cấp phối bê tông cho phù hợp.

Đối với những công trình nhỏ, không có hồ sơ thiết kế bài bản, thì nhà thầu quyết định lựa chọn mác bê tông, thường thì dựa trên kinh nghiệm của họ.

Có hai loại bê tông thường được sử dụng hiện nay là: Bê tông trộn tay và bê tông thương phẩm.

Bê tông trộn tay thường được sử dụng cho xây dựng các công trình quy mô nhỏ. Thích hợp cho các tòa nhà dân dụng nhỏ, sử dụng khối lượng bê tông không  lớn. Bê tông trộn tay thường khó kiểm soát chất lượng. Trong quá trình đổ bê tông, có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bê tông, đặc biệt là yếu tố con người.

Bê tông thương phẩm

Bê tông thương phẩm là gì? Bê tông thương phẩm hay còn gọi là bê tông tươi, là loại bê tông được tính toán thiết kế cấp phối dựa trên những thí nghiệm ở phòng thí nghiệm. Các nhà cung cấp bê tông thương phẩm thường chịu trách nhiệm về mác bê tông, cũng như chất lượng bê tông. Do đó, họ sẽ kiểm soát tốt các khâu: lựa chọn vật liệu, tính toán tỷ lệ pha trộn- cấp phối bê tông, liều lượng sử dụng phụ gia bê tông. Khi họ nhận được đơn đặt hàng, thường đi kèm các thông số: mác bê tông, độ sụt và khối lượng. Bê tông được trộn ở nhà máy. Sau đó vận chuyển đến nhà máy. Trong quá trính vận chuyển, bê tông được đảo đều để đảm bảo không đông cứng trước khi đến công trường.

Bê tông thương phẩm thường được sử dụng trong các công trình quy mô lớn, yêu cầu khối lượng lớn.

Khi lựa chọn loại bê tông trộn tay hay bê tông thương phẩm, thường có hai yếu tố cần xem xét. Thứ nhất đó là chi phí vật liệu. Bạn cần so sánh tổng chi phí vật liệu cho cả hai lựa chọn. Thứ hai là chi phí nhân công. Chắc chắc chi phí vật liệu khi chọn bê tông thương phẩm sẽ cao hơn. Tuy vào trường hợp địa điểm, quy mô công trình của bạn mà lựa chọn phương án hợp lý hơn. Có những công trình nằm trong hẽm hoặc ở những vị trí mà xe bê tông không vào được thì bạn buộc phải chọn phương án bê tông trộn tay.

Quy trình trộn bê tông

Các công trình nhỏ, kết cấu không yêu cầu khả năng chịu lực cao thì thường dùng các loại bê tông mác thấp như M15, M20, M25.

Đối với những công trình lớn hơn, kết cấu phải chịu lực lớn hơn, thì các kỹ sư thiết kế thường chọn bê tông mác cao hơn, thông thường là M300 trở lên. Loại này thường là sử dụng bê tông thương phẩm.

Trong thực tế khi thi công thường gặp các loại bê tông thương phẩm có cốt liệu đá thường là đá tím, đá lép, đá nhỏ… ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của bê tông. Do đó các bạn nên chọn cơ sở sản xuất bê tông thương phẩm uy tín và chất lượng.

Bảng tra mác bê tông 100,200, 250, 300, quy đổi mác bê tông ra cường độ chịu nén

Các thể phân Mác bê tông thành 3 loại: mác thấp, mác trung bình và mác cao. Bê tông mác thấp được trộn tay tại công trường. Còn bê tông mác cao thường được thiết kế cấp phối và trộn tại nhà máy. Các mác bê tông thông dụng từ M150 đến M350.

Các loại bê tông có mác từ M250 trở xuống thì được thi công theo cấp phối có sẵn nhưng đối với các mác bê tông có cường độ chịu lực lớn cụ thể từ M300 trở lên thì phải thiết kế cấp phối tại phòng thí nghiệm. Vì mỗi địa phương có các loại vật tư cát, đá….. không đồng nhất với nhau về cường độ nên không thể áp dụng các cấp phối có sẵn. Khi thiết kế cấp phối, kết quả thí nghiệm các cốt liệu được dùng để tính toán thành phần cấp phối bê tông.

Thí nghiệm nén mẫu bê tông

Làm thế nào để biết được bê tông sau khi đổ đạt mác yêu cầu. Để biết được cường độ bê tông, bạn phải  nén mẫu thử. Ban đầu, người ta thường tiến hành lấy mẫu bê tông. Sau đó bảo dưỡng 28 ngày. Cuối cùng người ta nén mẫu để biết được cường độ chịu nén của bê tông. Thí nghiệm nén mẫu này cho chúng ta biết được đặc tính của bê tông – có đúng với cường độ mong muốn hay không. Cường độ chịu nén của bê tông trong xây dựng dân dụng thường thay đổi từ 150 kG/cm² đến 300 KG/cm², và có thể cao hơn trong các công trình thương mại, công nghiệp.

Trong thực tế khi thi công, vì áp lực tiến độ của công trình, bạn có thể gặp nhiều trường hợp bê tông nén mẫu bê tông sau 4 ngày và 7 ngày (R4 và R7). Tất nhiên, ở đây bê tông cần có phụ gia để tác động quá trình thủy hóa và tạo cường độ cho bê tông. Mặt hạn chế của các loại bê tông này là co ngót rất mạnh, ảnh hưởng tới sự phát triển của bê tông và có thể sẽ xuất hiện nhiều vết nứt, nếu không bảo dưỡng bê tông tốt.

Cường độ chịu nén của bê tông phụ thuộc vào những yếu tố nào? Nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tỷ lệ nước/ximăng, cường độ xi măng, chất lượng cốt liệu, kiểm soát chất lượng trong quá trình trộn và đổ bê tông.

Thí nghiệm nén mẫu bê tông

Thí nghiệm nén mẫu bê tông được thực hiện trên mẫu lập phương hoặc mẫu hình trụ. Các tiêu chuẩn khác nhau yêu cầu nén loại mẫu khác nhau. Tiêu chuẩn Việt Nam thì yêu cầu nén mẫu lập phương. Tiêu chuẩn ACI của Mỹ thì yêu cầu nén mẫu hình trụ. Tuy nhiên, chúng ta cũng thể quy đổi số liệu từ kết quả nén dạng mẫu hình lập phương sang số liệu nén mẫu trụ, và ngược lại.

Tiêu chuẩn lấy mẫu bê tông quy định như thế nào? Ở Việt Nam thường lấy mẫu lập phương, có kích thước 15cmx15cmx15cm.

Đầu tiên bạn cần chuẩn bị khuôn có kích thước 15x15x15cm. Sau đó bê tông được đổ vào khuôn và được lèn đúng cách để không có khoảng trống nào.

Tiếp theo bạn cần bảo dưỡng mẫu bê tông đúng cách. Mẫu bê tông được giữ ẩm 24h giờ. Sau 24 giờ các mẫu được lấy ra khỏi khuôn để ngâm vào nước bảo dưỡng. Bề mặt trên của mẫu cần được làm phẳng và mịn.

Những mẫu này được thí nghiệm bằng máy nén sau 7 ngày hoặc 28 ngày bảo dưỡng. Tải trọng tác dụng lên mẫu nên tăng dân dần với tốc độ 140kg/cm2 mỗi phút, cho đến khi mẫu bị phá hoại. Tải trọng lúc mẫu phá hoại, chia cho diện tích 225cm(15×15) cho ra cường độ chịu nén của bê tông, đơn vị là Kg/cm2.

Số lượng mẫu mỗi lần thí nghiệm ít nhất là 3 mẫu. Nếu có bất kỳ mẫu nào có cường độ chênh lệch quá 15% cường độ trung bình, thì nên loại bỏ mẫu đó.

Quy trình lấy mẫu và thí nghiệm cường độ chịu nén bê tông, sẽ được trình bày chi tiết ở một bài viết khác.

Bảng tra cường độ bê tông theo ngày tuổi

Bê tông phát triển cường độ theo thời gian. 28 ngày là thời gian bê tông đạt cường độ đến 99%. Bảng dưới đây cho thấy cường độ của bê tông ở các độ tuổi khác nhau:

Bảng tra Cường độ chịu nén của các mác bê tông thông dụng ở 7 ngày và 28 ngày tuổi

Kết luận

Những kiến thức và hiểu biết về mác bê tông là rất cơ bản, thực sự rất quan trọng với người làm xây dựng. Là vì bê tông là vật liệu hết sức phổ biến trong xây dựng ở Việt Nam. Đồng thời thường xuất hiện các vết nứt trong bê tông, và gây ra rất nhiều căng thẳng nếu bạn không hiểu rõ bản chất của bê tông.