CHƯƠNG 5 bê TÔNG CƯỜNG độ CAO

131
Chơng 5
Bê tông
Đ5.1. Đại cơng
Bê tông đợc tạo thành bởi các vật liệu chủ yếu sau đây: chất dính kết (xi măng,
bitum v.v) nớc, cát, sỏi. Khi dùng chất dính kết là xi măng, đợc bê tông xi măng
hoặc gọi tắt là bê tông; khi dùng chất dính kết là bitum đợc gọi là bê tông bitum hoặc
còn gọi là bê tông alphan. Trong chơng này chỉ đề cập đến bê tông xi măng.
Bê tông là vật liệu tổ hợp của nhiều loại vật liệu khác nhau. Lợng xi măng chiếm
khoảng 8 ữ 15% và cốt liệu (cát và đá) khoảng 80 ữ 85% khối lợng bê tông.
Xi măng là thành phần hoạt tính của bê tông, còn cốt liệu là bộ phận xơng cốt. Xi
măng trộn với nớc tạo thành vữa, vữa này bao bọc các hạt cát và đá, lấp đầy các lỗ rỗng
và làm cho hỗn hợp bê tông
*
có độ chảy nhất định. Vữa xi măng cứng rắn lại gắn kết các
hạt cốt liệu với nhau và làm cho bê tông cứng nh đá, vì vậy ngời ta thờng gọi bê tông
là đá nhân tạo.
Để điều chỉnh các tính chất của bê tông và hỗn hợp bê tông ngời ta trộn thêm vào
bê tông các phụ gia hóa học khác nhau. Các phụ gia này làm cho bê tông cứng nhanh
hơn hoặc cứng chậm lại, tăng độ dẻo, cờng độ, tính chống thấm của bê tông v.v
Bê tông là một loại vật liệu xây dựng quan trọng, đợc dùng rộng rãi trong xây dựng
dân dụng và công nghiệp vì các lý do sau đây:
- Giá thành bê tông không cao, vì có tới 80 ữ 90% là cốt liệu lấy từ đá thiên nhiên
hoặc các phế phẩm công nghiệp (xỉ than, bã quặng v.v).
- Có thể chế tạo đợc các loại bê tông có những đặc tính khác nhau.
- Có thể gia công thành các kết cấu bền vững có hình dạng và kích thớc bất kỳ;
- Có thể cơ giới hóa hoàn toàn việc sản xuất bê tông, hạ giá thành kết cấu.
Ngoài ra có thể chế tạo đợc các kết cấu bê tông cốt thép, kết cấu bê tông cốt thép
ứng suất trớc.

*
Bê tông mới trộn còn ở trạng thái dẻo gọi là hỗn hợp bê tông, bê tông đã khô cứng thờng gọi
tắt là bê tông.

132
I. Phân loại
Bê tông đợc phân loại nh sau:
1. Phân loại theo khối lợng thể tích
- Bê tông đặc biệt nặng, có khối lợng thể tích lớn hơn 2500 kg/m
3
;
- Bê tông nặng, có khối lợng thể tích từ 1800 ữ 2500 kg/m
3
;
- Bê tông nhẹ, có khối lợng thể tích từ 500 ữ 1800 kg/m
3
;
- Bê tông đặc biệt nhẹ, có khối lợng thể tích nhỏ hơn 500kg/m
3
;
Bê tông nặng thông thờng (bê tông thờng) có khối lợng thể tích từ 2100 ữ 2500 kg
đợc dùng nhiều nhất trong xây dựng. Bê tông này đợc chế tạo bằng cốt liệu đá đặc
chắc (đá granit, đá vôi, điabazơ, v.v). Bê tông hơi nhẹ có khối lợng thể tích bằng
1800 ữ 2000 kg/m
3
, chế tạo từ đá dăm có khối lợng thể tích bằng 1600 ữ 1900 kg/m
3
,
hoặc là bê tông không cát (chỉ có vữa xi măng và cốt liệu thô) có độ rỗng lớn.

Bê tông nhẹ chế tạo bằng cốt liệu rỗng (kêzămzit, agloporit, xỉ, đá bọt, v.v). Bê
tông nhẹ làm giảm khối lợng của kết cấu, hạ giá thành xây dựng và vì vậy đang đợc
phát triển mạnh.
2. Phân loại theo công dụng của bê tông
- Bê tông thông thờng dùng cho kết cấu bê tông cốt thép (móng cột, dầm, sàn, cầu
và các loại kết cấu khác);
- Bê tông thủy công dùng cho đập, cống, âu thuyền, lớp phủ mái kênh, công trình
dẫn nớc v.v
- Bê tông làm kết cấu bao che (bê tông nhẹ dùng cho tờng nhà);
- Bê tông làm sàn, vỉa hè, lớp phủ mặt đờng và sân bay;
- Bê tông có công dụng đặc biệt, ví dụ: bê tông chịu nhiệt, bê tông chịu axit, bê tông
chống phóng xạ.
Do yêu cầu sử dụng khác nhau nên cần có các loại bê tông, có tính chất khác nhau.
Bê tông dùng cho các kết cấu bê tông cốt thép thờng phải có cờng độ quy định, chủ
yếu là cờng độ nén. Bê tông dùng cho công trình thủy lợi phải có độ đặc chắc cao, tính
chống thấm tốt, cờng độ đảm bảo, độ co nhỏ, có khả năng chống đợc tác dụng tiết vôi
của nớc thấm vào bê tông, chống đợc xâm thực của nớc khoáng và phát nhiệt ít khi
cứng hóa. Bê tông dùng cho sàn mặt đờng và sân bay phải có độ mài mòn nhỏ, cờng
độ uốn cao.
Bê tông dùng để xây dựng các công trình thủy công có thể phân loại theo các cách
sau đây:

133
- Phân theo vị trí của bê tông đối với mực nớc:
- Bê tông thờng xuyên nằm dới nớc;
- Bê tông ở vùng mực nớc thay đổi;
- Bê tông trên khô (nằm ở trên phạm vi mực nớc thay đổi).
Phân theo hình khối của kết cấu:
- Bê tông khối lớn.
- Bê tông khối nhỏ.

Phân theo vị trí của bê tông ở trong kết cấu khối lớn:
- Bê tông ở ngoài mặt;
- Bê tông ở bên trong.
Phân theo cột nớc tác dụng lên công trình:
- Bê tông chịu áp lực nớc;
- Bê tông không chịu áp lực nớc.
II. Cấu tạo và cấu trúc
Bê tông là vật liệu đá nhân tạo có cấu trúc phức tạp, đợc tạo nên từ 3 thành phần
sau đây:
- Cốt liệu với hình dạng, kích thớc cỡ hạt, độ đặc chắc, cờng độ khác nhau.
- Chất kết dính;
- Hệ thống mao quản lớn, các lỗ rỗng trong đó chứa không khí, hơi nớc hoặc nớc.
Các tính chất cơ lý của bê tông không phải chỉ do tính chất và tỷ lệ phối hợp của các
thành phần hợp thành quyết định, mà còn do cấu trúc của bê tông đợc hình thành trong
quá trình chế tạo quyết định. Mặt khác các tính chất đó còn phụ thuộc một phần vào cấu
tạo của bê tông và đặc biệt là bề mặt tiếp xúc giữa hạt cốt liệu và đá xi măng cũng nh
diện tích tiếp xúc giữa chúng.
Có hai loại cấu trúc trong bê tông: cấu trúc thô và cấu trúc hiển vi. Cấu trúc thô bao
gồm hai thành phần: đá xi măng và cốt liệu trong đó lỗ rỗng đóng vai trò quan trọng.
Cấu trúc hiển vi là cấu trúc của xi măng.
Gần đây ngời ta đã dùng kính phóng đại, với độ phóng đại khác nhau, để nghiên
cứu cấu trúc của bê tông. Khi phóng đại 45 lần ta thấy những hạt đá vôi và cả những hạt
cát. Trong phần vữa ở chỗ tiếp giáp với cốt liệu to có hiện ra các lỗ rỗng tròn.
Khi soi bằng kính phóng đại 90 và 160 lần trong đó ta thấy cả những hạt xi măng
cha thủy hóa và sự tiếp xúc của đá xi măng với các hạt cốt liệu.
Khi dùng kính hiển vi điện tử, với độ phóng đại 160 lần thấy rõ các hạt xi măng và
phần xi măng đã thủy hóa bao quanh các hạt đó.

134
Đá xi măng là một thể rắn phức

tạp, thành phần không đồng nhất, về
mặt cấu tạo nhiều lỗ rỗng li ti và những
mao quản chứa đầy không khí, nớc
hoặc hơi nớc tùy theo tuổi bê tông và
điều kiện bảo dỡng.
Sự tồn tại đồng thời 3 thể rắn, lỏng,
khí trong đá xi măng có thể coi là hệ ba
pha với bề mặt phân chia rất tinh tế, vì
vậy đá xi măng có tính "nhạy cảm" với
sự biến đổi trạng thái ẩm của môi
trờng, liên quan đến tính biến dạng thể
tích của đá xi măng và bê tông (co ngót,
nở thể tích, và có tính bền vững tơng
đối yếu ở các môi trờng xâm thực).
Trong đá xi măng có các thành phần sau đây:
1. Các hyđra mới tạo thành dới dạng gen và tinh thể.
- Thành phần cấu trúc dạng gen đợc tạo nên từ những hạt canxi hyđrô silicat có độ
phân tán (độ lớn bằng 50 - 200, 1 = 10
-8
cm) quyết định quá trình phát triển cờng độ
chậm chạp và lâu dài có liên hệ chặt chẽ với nớc hấp phụ và tính biến dạng dẻo.
- Thành phần cấu trúc tinh thể của đá xi măng đợc tạo nên từ mầm kết tinh, nó
quyết định sự phát triển nhanh của cờng độ và tính chất đàn hồi. Mầm kết tinh đóng
vai trò bộ xơng trong đá xi măng và đợc phân bố trong môi trờng các thành phần
cấu trúc dạng gen. Tỷ lệ về số lợng giữa hai thành phần (dạng gen và dạng tinh thể)
liên quan chặt chẽ với thành phần khoáng vật ban đầu của xi măng và quyết định
những tính chất cơ lý và biến dạng của nó.
2. Cốt liệu và vi cốt liệu, gồm phần còn lại của các hạt xi măng cha phản ứng với
nớc và hạt phụ gia vô cơ nghiền mịn cho vào khi nghiền clanhke cũng nh khi chế tạo
hỗn hợp bê tông.

Thành phần này đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành cấu trúc đá xi măng,
chúng có kích thớc khác nhau, chiếm một khối lợng lớn và làm cho đá xi măng có cấu
trúc tơng tự nh bê tông, vì vậy mà V.N.Djung gọi đá xi măng là bê tông hạt mịn.
3. Các loại lỗ rỗng lớn, nhỏ và mao quản.
Thể tích của chúng chiếm khoảng 25 ữ 40% thể tích chung của đá xi măng. Thể tích
và tính chất của phần rỗng này ảnh hởng lớn đến tính chất của đá xi măng. Căn cứ vào
cấu tạo, kích thớc và nguyên nhân hình thành mà có các cách phân loại khác nhau.

Hình 5.1. Cấu trúc của đá xi măng qua kính
hiển vi điện tử có cờng độ phóng đại 16000 lần

135
- Theo kích thớc lỗ rỗng trong đá xi măng:
+ Lỗ rỗng nhỏ, đờng kính d < 100 ;
+ Lỗ rỗng trung bình, có d = 1000 ữ 2000.
+ Lỗ rỗng lớn, có d > 2000 hay 0,2.
- Theo nguyên nhân hình thành:
- Lỗ rỗng dạng gen là loại lỗ rỗng bé nhất trong đá xi măng (đờng kính bằng
10 ữ 50, có khi tới 100), đợc hình thành do nớc hấp phụ (nằm trong lớp vỏ các chất
thủy hóa dạng gen) bốc hơi sinh ra;
- Lỗ rỗng nhỏ và kín có kích thớc bằng 100 ữ 1000. Về kích thớc nó ở dạng
trung gian giữa lỗ rỗng dạng gen và lỗ rỗng mao quản;
- Lỗ rỗng mao quản tạo nên phần thể tích rỗng chủ yếu trong đá xi măng, nó có
kích thớc tơng đối lớn. Sự xuất hiện của chúng liên quan đến lợng dùng nớc ban
đầu trong hỗn hợp. Lợng nớc này thờng nhiều gấp 1,5 ữ 2 lần lợng nớc liên kết
hóa học cần cho quá trình rắn chắc lâu dài của đá xi măng.
Nớc nhào trộn phân bố trên bề mặt hạt xi măng, chiếm đầy khoảng không gian
giữa chúng và khi bốc hơi để lại trong cấu trúc đá xi măng một hệ thống lỗ rỗng thông
nhau, tạo nên loại lỗ rỗng mao quản. Loại lỗ rỗng này ảnh hởng không tốt đến tính chất
của bê tông, làm giảm độ đặc chắc, tính chống thấm và cờng độ. Có thể làm giảm thể

tích rỗng loại này bằng cách giảm lợng dùng nớc ban đầu trong hỗn hợp bê tông.
Bê tông là vật liệu tổ hợp nh vậy (kết cấu cuội kết), nên có đặc điểm là không đồng
nhất về mặt kết cấu và tính chất cơ lý đàn hồi của các thành phần tạo nên nó. Đó cũng
chính là nguyên nhân xuất hiện nội ứng suất gây ra vết nứt khi bê tông bị co ngót, nở và
biến dạng vì nhiệt độ, ảnh hởng bất lợi đến các tính chất kỹ thuật của bê tông.
Đặc trng quan trọng của kết cấu bê tông là độ đặc và độ rỗng. Đặc trng này
quyết định toàn bộ các chỉ tiêu kỹ thuật của bê tông nh cờng độ, tính bền, khả năng
chống xâm thực hóa học, tính thấm nớc, tính truyền nhiệt, khối lợng thể tích v.v
Do đó nâng cao độ đặc chắc của bê tông là một biện pháp quan trọng hàng đầu để
nâng cao phẩm chất của bê tông. Độ đặc chắc của bê tông thờng bằng 0,85 ữ 0,90
cũng có thể đạt tới 0,93 ữ 0,95, nhng khó có thể nâng cao hơn nữa. Vì không thể
tránh đợc những mao quản trong đá xi măng và một lợng không khí nhất định lẫn
vào trong quá trình chế tạo bê tông.
Thể tích khi xâm nhập vào bê tông phụ thuộc vào tính chất của các thành phần vật
liệu. Khi cỡ hạt trung bình của cốt liệu giảm, nhất là khi hàm lợng hạt mịn của cát tăng
và độ cứng của hỗn hợp bê tông lớn, thì độ rỗng tăng.

136
Khi đầm chặt một phần không khí xâm nhập sẽ thoát ra, nhng vẫn còn lại một
phần khoảng 2 ữ 3% thể tích bê tông. Lợng bọt khí này tuy không nhiều nhng thờng
phân bố trên bề mặt của hai pha vữa xi măng và cốt liệu, nên làm giảm đáng kể cờng
độ nén và cờng độ kéo của bê tông (mỗi phần trăm bọt khí có thể giảm 5 ữ 10% cờng
độ nén của bê tông). Có thể làm giảm lợng khí này bằng phơng pháp hút chân không
để đẩy khí và nớc thừa ra ngoài; làm cho kết cấu bê tông đặc chắc hơn.
Ngời ta thấy rằng cờng độ của vật liệu đá, trong đó có bê tông phụ thuộc vào khối
lợng thể tích của chúng và có thể biểu thị bằng biểu thức sau đây:
n
1
1
RR

=




Trong đó:
R
1
- cờng độ của vật liệu có khối lợng thể tích
1
;
n - chỉ số, phụ thuộc vào cấu trúc của vật liệu;
R- cờng độ của vật liệu có khối lợng thể tích .
Nếu đặt:
1
n
1
R
A =

thì R = A
n
.
Biểu thức này chứng tỏ rằng cờng độ của vật liệu có lỗ rỗng nh bê tông tỷ lệ với
khối lợng thể tích (độ đặc).
Khi xét đến độ đặc, độ rỗng của bê tông, cần đặc biệt chú ý đến tính chất kết cấu
của phần rỗng đó nh hình dạng, kích thớc lỗ rỗng, sự phân bố trong kết cấu bê tông,
tính chất kín hở, thông nhau của các lỗ rỗng đó.

Kích thớc và cấu tạo lỗ rỗng quyết định bởi dạng liên kết của nớc trong phần
rỗng và khả năng thoát nớc trong bê tông. Lỗ rỗng hở thông nhau và những mao quản
ảnh hởng xấu đến tính chất bê tông. Những lỗ rỗng kín là những bọt khí không thông
nhau không gây nên ảnh hởng bất lợi, có khi lại có lợi vì làm cho bê tông nhẹ hơn.
Độ đặc của bê tông (đ) biến hóa theo thời gian rắn chắc và rất khó xác định một
cách chính xác.
Thờng xác định đ bằng tổng thể tích của thành phần cứng rắn trong một đơn vị thể
tích bê tông:
ax ac ađ ap
XCD (XP)P
đ
1000
+
=+++ +



Trong đó:

x
,
c
,
đ
,
p
- khối lợng riêng của xi măng, cát, đá, phụ gia trong bê tông;
(X + P) - lợng nớc liên kết hóa học, không bốc hơi.

137

Trị số thay đổi theo tuổi bê tông nh sau:
Ngày 7 28 90 300
0,12 0,15 0,19 0,25
Đ5.2. bê tông nặng
I. Vật liệu chế tạo
1. Xi măng và vật liệu hỗn hợp
Khi chọn loại xi măng cần căn cứ vào tính chất xâm thực của môi trờng xung
quanh công trình các chỉ tiêu kỹ thuật cụ thể đối với bê tông xây dựng công trình đó.
Việc sử dụng mác xi măng để sản xuất mác bê tông tơng ứng hay nói một cách
khác nên sử dụng tỷ lệ
b
x
R
R
(trong đó R
b
- cờng độ bê tông, R
x
- mác xi măng) cần đợc
quy định cụ thể để đảm bảo các yêu cầu kinh tế và kỹ thuật.
Quan hệ giữa cờng độ bê tông, mác xi măng, tỷ lệ N/X và chất lợng vật liệu chế
tạo bê tông, theo B.G.Xkrămtaev có thể biểu thị bằng công thức sau:
bx
XN
R AR 0,5 khi 0,4
NX

=

hoặc
b
x
R
1, 2.
R


cho ta:
b
x
R
X0,5N
AR

=+



Nh vậy nói chung lợng xi măng phụ thuộc vào tỷ lệ
b
x
R
R
; lợng nớc (N) và phẩm
chất cốt liệu.
Ví dụ: dùng cốt liệu có phẩm chất trung bình (A = 0,6) và lợng nớc trộn bằng
170kg/m
3
, khi đó:

b
x
R
X 0,5 .170
0,6R

=+


tức là:
X = 85 + 282
b
x
R
R


138
Khi tỷ lệ
b
x
R
R
tăng, thì lợng xi măng sẽ tăng. Theo tài liệu của Liên Xô, đối với bê
tông mác trung bình (100,150, 200, 250 và 300), lợng xi măng nhỏ nhất bằng 200 ữ

250 kg/m
3
bê tông thì tỷ lệ
b

x
R
R
nằm trong phạm vi 0,4 ữ 0,6 hoặc R
x
2R
b
.
Nh vậy để chế tạo bê tông cần dùng xi măng có mác bằng 1,7
ữ 2,5 lần mác bê tông.
Nếu tỷ lệ
b
x
R
R
tiến dần tới 1, thì lợng xi măng sẽ tăng lên rất nhiều, bê tông sẽ đắt,
độ co ngót của bê tông sẽ tăng và khả năng nứt nẻ bê tông cũng tăng lên.
Khi xi măng sử dụng mác cao hơn yêu cầu, có thể pha thêm phụ gia khoáng vật
nghiền nhỏ lấy ở địa phơng để giảm mác của xi măng. Trong quá trình trộn phụ gia
phân đều trong hỗn hợp bê tông giống nh khi dùng xi măng pha phụ gia khoáng vật.
Khi chọn loại phụ gia khoáng vật có thể tham khảo mấy nguyên tắc sau đây:
- Về lợi ích kinh tế, nên tận dụng vật liệu địa phơng hoặc phế liệu công nghiệp,
dùng vật liệu hạt nhỏ hoặc dễ nghiền để giảm hao phí về động lực;
- Để nâng cao tính chống xâm thực của bê tông phải dùng vật liệu hỗn hợp hoạt tính;
- Để bảo đảm tính bền, khả năng chịu tác dụng của thời tiết (công trình lộ thiên), số
lợng phụ gia dùng phải khống chế chính xác và khi đó lợng chất dính kết (xi măng và
phụ gia) dùng nhiều hơn một chút;
- Để hạ thấp mác xi măng, tiết kiệm lợng xi măng dùng trong bê tông có thể dùng
phụ gia trơ.
Để thỏa mãn các yêu cầu về cờng độ tính bền và để tiết kiệm có thể căn cứ

vào từng yêu cầu của mỗi bộ phận công trình mà chọn loại phụ gia và lợng dùng cho
thích hợp. Tổng lợng phụ gia trộn phải > 85% nếu là xỉ quặng lò cao, > 50% nếu là phụ
gia puzơlan.
Việc chọn phụ gia phải qua thí nghiệm và phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật. Nếu
trong các tiêu chuẩn và quy phạm hiện hành trờng hợp xi măng đã đợc pha phụ gia
nhng xét thấy cần vẫn có thể pha thêm.
Trong văn bản quy định sử dụng hợp lý xi măng trong xây dựng (QDXD 65 -77)
quy định việc sử dụng mác và loại xi măng nh trong bảng 5.2.
Tỷ lệ
b
x
R
R
= 1 chỉ cho phép dùng đối với bê tông mác cao. Khi đó cốt liệu dùng phải
có cờng độ cao.

139
Có thể giải thích yêu cầu xác định quan hệ hợp lý giữa mác xi măng và cờng độ bê
tông nh sau:
Khi dùng xi măng có mác quá lớn, theo công thức thì cờng độ bê tông có thể
dùng tỷ lệ nớc/xi măng
N
X



tơng đối lớn cũng thỏa mãn đợc cờng độ bê tông;
nhng
N
X

lớn thì độ bền của bê tông sẽ giảm. Để bảo đảm độ bền thì
N
X
phải tơng
đối nhỏ, nh vậy sẽ tốn nhiều xi măng, giá thành bê tông tăng, nhiệt thủy hóa lớn và
cờng độ bê tông có thể vợt quá yêu cầu. Ngợc lại, nếu dùng xi măng mác thấp
quá phải dùng
N
X
rất nhỏ mới đạt đợc cờng độ yêu cầu; nhng
N
X
quá nhỏ (nhỏ
hơn cả
N
X
theo yêu cầu tính bền) sẽ làm cho lợng xi măng dùng sẽ tăng lên rõ rệt,
không kinh tế. Vấn đề đó nói lên mâu thuẫn giữa
N
X
do yêu cầu của tính bền và
N
X

do yêu cầu của cờng độ.
ở nớc ta, qua tham khảo các tài liệu nớc ngoài, kinh nghiệm sản xuất trong nớc
và các loại chất kết dính trong đó có xi măng đã sản xuất đợc quy định sử dụng mác xi
măng để sản xuất các mác bê tông tơng ứng nh trong bảng 5.1 dới đây.
Bảng 5.1
Mác xi măng

Mác bê tông
Phạm vi
sử dụng
Cho phép
sử dụng
Không cho phép
sử dụng
25 ữ 75 Chất kết dính mác thấp 200 300 trở lên
100 200 - 300 trở lên
150 300 200 400 trở lên
200 300 400 200, 500 và 600
250 400 300 ữ 500 200 và 600
300 400 300 ữ 500 200 và 600
400 500 400 ữ 600 dới 400
500 600 500 dới 500
Ghi chú: mác xi măng quy định trong bảng này đợc xác định theo TCVN 140-64.

140
Bảng 5.2
Loại
xi măng
Công dụng chính
Đợc phép
sử dụng
Không đợc phép
sử dụng
1 2 3 4
Mác 500 ữ 600:
- Trong các kết cấu bê
tông cốt thép có yêu

cầu cờng độ bê tông
cao, đặc biệt là trong
các kết cấu bê tông cốt
thép ứng lực trớc.
- Trong công tác khôi
phục, sửa chữa khẩn cấp
các công trình có yêu cầu
mác bê tông cao và cờng
độ bê tông ban đầu lớn.
- Trong các kết cấu bê
tông đúc sẵn hoặc toàn
khối thông thờng không
cần đến đặc điểm riêng
của loại xi măng này
(nh đông rắn nhanh,
cờng độ cao).
- Trong các kết cấu bê
tông toàn khối mỏng.
- Trong các kết cấu ở môi
trờng có mức độ xâm
thực vợt quá các quy
định cho phép.
Xi măng
pooclăng
Mác 300 - 400
- Trong các kết cấu bê
tông đúc sẵn hoặc toàn
khối thông thờng.
- Trong các kết cấu bê
tông, bê tông cốt thép và

vữa chịu nhiệt (với các
loại cốt liệu chịu nhiệt)
- Cho các loại vữa xây
dựng, vữa láng nền và sàn,
vữa chống thấm, vữa xi
măng mẫu có mác 25 ữ 75
- Trong các kết cấu bê
tông có mác dới 100.
- Cho các loại vữa xây trát
có mác dới 25.
- Trong các kết cấu ở môi
trờng xâm thực vợt quá
các quy định đối với loại
xi măng này.
Xi măng
pooclăng
bền sunfat
- Trong các kết cấu bê
tông và bê tông cốt
thép của các công
trình ở môi trờng
xâm thực sunfat hoặc
tiếp xúc với nớc biển.
- Trong các kết cấu bê
tông và bê tông cốt thép ở
nơi nớc mềm có mực
nớc thay đổi.
- Trong các kết cấu bê
tông, bê tông cốt thép và
vữa thông thờng không

cần đến đặc điểm riêng
của loại xi măng này.
Xi măng
pooclăng
ít tỏa nhiệt
- Cho các kết cấu khối
lớn trong xây dựng
thủy lợi, thủy điện,
đặc biệt là cho lớp bê
tông bên ngoài ở
những nơi khô ớt
thay đổi thờng xuyên
- Trong các kết cấu bê
tông cốt thép làm móng
hoặc bệ máy lớn của các
công trình công nghiệp.
- Trong các kết cấu bê
tông và bê tông cốt thép
chịu tác dụng của nớc
khoáng khi nồng độ của
môi trờng không vợt quá
các quy định cho phép
- Trong các kết cấu bê
tông và bê tông cốt thép
thông thờng hoặc các
loại vữa xây trát không
cần đến đặc điểm riêng
của loại xi măng này.

141

1 2 3 4
Xi măng
pooclăng xỉ
- Mác trên 300 cho
các kết cấu bê tông và
bê tông cốt thép đúc
sẵn hoặc toàn khối
(đặc biệt là sản xuất
trong điều kiện dỡng
hộ bằng hơi nớc) ở cả
trên cạn dới đất và
dới nớc.
- Cho phần trong các
kết cấu bê tông khối
lớn của các công trình
thủy lợi, thủy điện.
- Cho việc sản xuất bê
tông móng hoặc bê
tông máy lớn của các
công trình công nghiệp.
- Cho các loại bê tông và
vữa chịu nhiệt (với các
loại cốt liệu chịu nhiệt).
- Trong các kết cấu ở môi
trờng nớc mềm hoặc
nớc khoáng với mức độ
xâm thực không vợt quá
các quy định cho phép.
- Cho các loại vữa xây
trên cạn dới đất và dới

nớc, trong việc sản xuất
bê tông đổ nền sàn hoặc
các sản phẩm bê tông có
mác 50 ữ 100 (khi mác xi
măng là 200 ữ 300).
- Trong các kết cấu bê
tông và bê tông cốt thép,
bê tông mặt ngoài các
công trình ở nơi có mức
nớc thay đổi thờng
xuyên.
- Cho việc sản xuất bê
tông trong điều kiện trời
nóng và thiếu dỡng hộ
ẩm.
Xi măng
pooclăng
puzơlan
- Trong các kết cấu bê
tông và bê tông cốt
thép ở dới đất, dới
nớc chịu tác dụng
của nớc mềm.
- Cho gắn trong các
kết cấu bê tông khối
lớn của các công trình
thủy lợi, thủy điện,
của móng hoặc bệ
máy các công trình
công nghiệp.

- Trong các kết cấu bê
tông và bê tông cốt thép ở
đất ẩm.
- Cho các loại vữa xây ở
nơi ẩm ớt và dới nớc.
- Trong các kết cấu ở
môi trờng nớc khoáng
với mức độ xâm thực
không vợt quá quy định
cho phép.
- Trong các kết cấu bê
tông và bê tông cốt thép ở
nơi khô ớt thay đổi
thờng xuyên.
- Cho việc sản xuất bê tông
trong điều kiện trời nóng và
thiếu dỡng hộ ẩm.
2. Cát
Cát là cốt liệu nhỏ trong bê tông có độ lớn từ 0,14 ữ 5mm.
1. Nguồn gốc và phân loại cát
Cát dùng cho bê tông nặng có thể là cát thiên nhiên và cát nhân tạo. Cát thiên nhiên
do đá bị phong hóa tạo ra. Cát có thể ở các khe núi, ở ven bờ suối, ven các con sông.
Trong quá trình trôi theo dòng nớc, những hạt to và nặng lắng xuống trớc, còn các hạt
nhỏ lắng xuống sau. Cho nên ta thờng thấy cát to ở thợng nguồn, còn cát nhỏ thờng
ở hạ nguồn các con sông. Nhiều khi cát lẫn với sỏi, cuội và tạo thành các bãi cát đá hỗn
hợp ở ven các bờ suối hoặc sông.

142
Dọc bờ biển nớc ta có nhiều vùng cát, đó là sản phẩm trầm tích của quăczit dạng
sa thạch, chịu sự tác dụng của ngoại lực bị hủy hoại và bị sóng đa vào bờ. Tập trung ở

những nơi có địa hình, địa mạo thích hợp. Ngoài ra cũng còn do các vật liệu từ lục địa bị
lôi cuốn ra biển hoặc những vật liệu do bị tác dụng mài mòn của nớc biển đều đọng lại
trong các vùng biển tạo nên đá trầm tích và những loại đá trầm tích này tạo ra cát.
Cát nhân tạo đợc nghiền từ đá, gạch, kêrămzit v.v
Cát thạch anh lẫn một ít hạt fenspat, mica và tạp chất khác rất thích hợp để chế tạo
bê tông.
- Căn cứ vào nguyên nhân tạo thành, cát thiên nhiên đợc phân ra nhiều loại: cát
sông, cát biển, cát khe, cát gò đống, v.v
+ Cát sông suối, cát biển do bị nớc mài mòn, nên hình dạng tròn nhẵn lẫn ít đất sét
và tạp chất hữu cơ.
Do tác dụng lắng đọng khác nhau của các cỡ hạt, nên cát ở thợng nguồn dòng sông
thờng to, còn cát ở hạ nguồn và cát biển thờng hạt nhỏ.
+ Cát biển thờng lẫn nhiều mảnh vỏ sò, hến, muối và các tạp chất có hại khác, có
thể làm giảm cờng độ bê tông.
ở một số biển nớc ta nh: Quảng Bình, Nha Trang,
Cam Ranh có loại cát trắng, lợng ngậm SiO
2
rất cao (> 90%) cát này rất quý dùng để
thí nghiệm xi măng và chế tạo thủy tinh.
+ Cát ở khe núi có nhiều góc cạnh, mặt nhám hơn, do đó dính kết với xi măng tốt
hơn là cát sông và cát biển, tuy nhiên cát này thờng lẫn nhiều tạp chất.
+ Cát gò đống gồm những hạt nhỏ, lẫn nhiều chất bẩn không thích hợp với việc chế
tạo bê tông và vữa.
- Theo kích thớc hạt ngời ta cũng thờng phân cát làm 2 loại: cát thô và cát mịn.
+ Cát thô (thờng gọi là cát vàng) hạt to sạch, thành phần hóa học chủ yếu là SiO
2
,
khối lợng thể tích lớn hơn 1500kg/m
3
. Cát vàng dùng để chế tạo bê tông có cờng độ

cao.
ở nớc ta loại cát này có ở Việt Trì (sông Lô), Thanh Hóa (sông Mã), Hà Sơn Bình
(sông Đà, sông Bôi), Biên Hòa (sông Đồng Nai), Tân Châu, An Giang (sông Cửu Long)
v.v và các suối ở vùng núi.
+ Cát mịn (đôi khi còn gọi là cát đen) hạt nhỏ, khối lợng thể tích nhỏ hơn
1300kg/m
3
, lẫn nhiều tạp chất hữu cơ, bụi, sét. Có nhiều ở sông Hồng, sông Cửu Long,
sông Đuống, sông Vàm Cỏ, sông Sài Gòn và các bãi biển v.v
2. Lợng ngậm tạp chất có hại trong cát: Chủ yếu là mica, muối sunfat chất hữu cơ,
đất sét, bùn bụi
Các mảnh mica mỏng, nhẵn mặt nên dính kết với xi măng không tốt, làm giảm
cờng độ bê tông, mặt khác mica đen dễ bị phong hóa, ảnh hởng xấu đến độ bền của

143
bê tông. Hàm lợng mica trong cát đợc xác định bằng phơng pháp gạt bằng tay cho
bám lên giấy hoặc bằng máy hút từ.
Muốn sunfat có hại đối với các tính chất của bê tông, đặc biệt đối với bê tông cứng
rắn ở nhiệt độ và độ ẩm cao và đối với bê tông làm việc trong điều kiện độ ẩm thay đổi,
vì nó tạo ra trong bê tông ít nhiều axit sunfuric gây xâm thực xi măng. Trong cát sông
muối sunfat thờng không nhiều. Để định tính tạp chất sunfat ngời ta thờng dùng
phơng pháp kết tủa bằng dung dịch bazơclorua 10%. Sau đó dùng phơng pháp phân
tích hóa học để định lợng.
Bùn bụi, đất sét bám trên mặt hạt cốt liệu thành một lớp mỏng làm trở ngại cho sự
tiếp xúc giữa đá xi măng và cốt liệu, làm giảm sự dính kết giữa chúng và hạ thấp cờng
độ của bê tông. Hàm lợng bùn bụi, đất sét đợc xác định bằng phơng pháp gạn rửa.
Tạp chất hữu cơ trong cát làm cho xi măng đông cứng chậm, do đó giảm cờng độ
ban đầu của bê tông. Hàm lợng tạp chất hữu cơ đợc xác định bằng phơng pháp so
màu. Những hạt đá opan và các biến thể vô định hình khác của silic có thể tác dụng với
thành phần kiềm (Na

2
O, K
2
O) trong xi măng hình thành chất keo, tạo ra áp lực thấm,
gây nứt nẻ bê tông (hình 5.4). Vì các tạp chất trong cát có ảnh hởng xấu đến tính chất
của bê tông nên phải hạn chế chúng trong phạm vi nhất định.
Trong tiêu chuẩn kỹ thuật về bê tông thủy công của Bộ Thủy Lợi (14.TCN-F.1-76)
quy định lợng ngậm các tạp chất nh trong bảng 5.3.
Bảng 5.3
Tạp chất trong cát
Bê tông
vùng mực
nớc thay đổi
Bê tông ở
dới nớc và
bên trong
công trình
Bê tông ở
trên mực
nớc
- Đất sét, phù sa, các hạt bụi nhỏ, xác định bằng
phơng pháp rửa, tính theo % khối lợng mẫu cát
không đợc lớn hơn
2 4 3
- Lợng sét trong cát tính theo % khối lợng của
mẫu cát
1,5 2 4
- Tạp chất hữu cơ
Mẫu dung dịch nớc ngâm cát
không đợc thẫm hơn màu tiêu chuẩn

- Các hợp chất sunfua và sunfat tính đổi ra SO
3

theo % khối lợng không đợc lớn hơn
1 1 1
- Đá opan và các biến thể vô định hình khác
của silic
Nếu cha qua kiểm tra đặc biệt
thì không đợc phép dùng

144
3. Độ nhỏ và thành phần hạt của cát
Cát càng nhỏ tổng diện tích mặt ngoài (tỷ diện) càng lớn. Ta có thể chứng minh
điều đó nh sau: giả thiết hạt cát có hình cầu, đờng kính
, thể tích hạt sẽ bằng
3
6

và
khối lợng hạt bằng
3
6


a
.
Số hạt trong một đơn vị khối lợng cát sẽ là:
33
a
a

16
N
.
6
==



Diện tích xung quanh của những hạt cát trong một đơn vị khối lợng:
2
2
3
a
a
.6 6
SN
.

= = =



Vậy hạt càng nhỏ, tức là càng bé, thì S càng lớn.
Tổng lỗ rỗng của cát nhỏ lớn hơn cát to.
Vì vậy cát nhỏ trong bê tông yêu cầu lợng vữa xi măng nhiều hơn cát to để đủ nhét
đầy khe kẽ và bao mặt ngoài của cát. Tuy nhiên lợng cát nhỏ trong bê tông có thể cần ít
hơn cát vàng vì nó chủ yếu nhét gọn vào các khe kẽ của đá chứ không làm cho các hạt
tách xa nhau nh khi dùng cát to, do đó có thể giảm bớt một phần tác hại làm tăng lợng
vữa xi măng nh đã nói trên.
Có thể dùng môđun độ lớn (Mđl) để biểu thị độ nhỏ của cát. Môđun độ lớn tính

nh sau:
2,5 1,25 0,63 0,315 0,14
AA A A A
Mđl
100
+++ +
=
Trong đó: A
2,5
A
0,14
- lợng sót tích lũy trên các sàng có đờng kính mắt sàng lần lợt
bằng 2,5; 1,25; 0,63; 0,315; 0,14mm.
Môđun độ lớn đơn giản, dễ tính toán và xác định. Tuy nhiên nó là một con số không
có ý nghĩa vật lý và không đợc chính xác lắm, bởi vì nó chịu ảnh hởng chủ yếu bởi
lợng ngậm các hạt tơng đối to. Hạt càng nhỏ ảnh hởng đến Mđl càng ít và phần hạt
to lọt qua sàng 0,15 lại không đợc kể đến. Ngoài ra, có thể Mđl của hai loại cát bằng
nhau, nhng hai đờng cấp phối lại cách xa nhau. Cho nên cần phối hợp Mđl và cấp
phối mới đánh giá đợc phẩm chất của cát về mặt thành phần hạt.
Môđun độ lớn của cát có liên quan nhất định với độ rỗng, khối lợng thể tích và
khối lợng riêng của cát, chỉ số độ công tác, độ sụt, cờng độ và lợng dùng xi măng
trong bê tông, ví dụ nh trong bảng 5.4.

145
Bảng 5.4
Loại
cát
Môđun
độ lớn
Mức ngậm

cát trong
bê tông (%)
Khối lợng
thể tích
(kg/dm
3
)
Tỉ
diện
Chỉ số độ
công tác
(sec)
Độ sụt
(cm)
R
b

(kG/cm
2
)
Hệ số tiêu
hao xi
măng K
x

Loại 1 2,05 41 1.53 60 30 ữ 40 255 1,30
Loại 2 2,46 41 1,57 125 30 ữ 40 453 0,75
Loại 3 3,33 40 1,65 45 30 ữ 40 495 0,68
Loại 4 1,71 40 1,50 180 30 ữ 40 395 100
Loại 1 2,05 41 1,53 40 6 ữ 8 304 1,41

Loại 2 2,46 41 1,57 125 6 ữ 8 383 1,18
Loại 3 3,33 40 1,65 45 6 ữ 8 426 1,09
Loại 4 1,71 40 1,50 180 6 ữ 8 403 1,19
Môđun độ lớn, tỉ diện và lợng lọt qua sàng 0,14mm phải phù hợp với các số hiệu
ghi trong bảng 5.5
Bảng 5.5
Loại cát Môđun độ lớn Tỉ diện
Phần lọt qua sàng 0,14
(% theo khối lợng)
To Lớn hơn 2,5 - Nhỏ hơn 10
Trung bình 2 ữ 2,5 - Nhỏ hơn 10
Nhỏ Nhỏ hơn 2 100 ữ 200 Nhỏ hơn 15
Rất nhỏ - 201 ữ 300
Cát phải có nhiều cỡ hạt khác nhau, xen kẽ nhau để tạo nên kết cấu chặt chẽ. Thành
phần hạt (cấp phối cát) là tỉ lệ % khối lợng các cấp hạt to, nhỏ trong cát. Thành phần
hạt có ảnh hởng đến các tính chất của bê tông (độ chảy, cờng độ, tính bền v.v) và
ảnh hởng đến lợng dùng xi măng bao ngoài mặt cát và nhét vào kẽ giữa các hạt. Để
lợng xi măng dùng trong bê tông là nhỏ nhất mà vẫn đảm bảo các tính năng kỹ thuật
của bê tông, yêu cầu cấp phối cát phải sao cho mức hổng và tổng diện tích mặt ngoài
của cát nhỏ nhất; khi đó trong cát bao gồm nhiều hạt to, một lợng thích hợp hạt trung
bình và một ít hạt nhỏ. Cát có cấp phối tốt khi đờng cấp phối lọt vào phạm vi cấp phối
quy định. Phần gạch chéo của biểu đồ cấp phối (hình 5.2). Đờng cấp phối của cát là
đờng gẫy khúc nối các điểm ứng với các lợng sót tích lũy trên các sàng tơng ứng.
Các cách đánh giá độ lớn và cấp phối của cát nêu trên thờng dùng trong thực tế, tuy
nhiên chúng vẫn có một thiếu sót lớn là cha kể đến hình dạng và đặc trng bề mặt hạt
cát. Ngời ta thấy rằng lợng nớc yêu cầu của cát thể hiện chính xác hơn độ lớn của cát.

146

Hình 5.2. Biểu đồ cấp phối của cát

Theo đề nghị của B.G. Xkrămtaev và Y.U.M.Bajenop thì lợng nớc yêu cầu của cát
đợc xác định từ tỉ lệ nớc trong vữa xi măng cát tỉ lệ 1: 2 theo khối lợng để khối vữa
hình nón cụt sau khi chấn động trên bàn dằn tạo thành bánh vữa có đờng kính đáy
170mm.
Lợng nớc yêu cầu của cát khi đó có thể tính theo công thức sau:
tc
yc
N
N
X
N % .100%
2

=
Trong đó:

N
X
- tỉ lệ nớc trên xi măng tơng ứng với bánh vữa có đờng kính bằng 170mm;
N
tc
- lợng nớc tiêu chuẩn của xi măng.
Lợng nớc yêu cầu của cát hạt trung bình vào khoảng 7 ữ 7,5% theo khối lợng.
4. Các tính chất vật lý của cát:
1. Khối lợng riêng (
a
) dùng để xác định mức hổng của cát và tính thành phần cấp
phối của bê tông. Khối lợng riêng của cát thờng bằng 2,6 ữ 2,7 g/cm
3
.

2. Khối lợng thể tích (nói chung ở trạng thái xốp, khô) càng lớn thì mức hổng càng
nhỏ và cấp phối càng tốt; cho nên
o
của cát càng lớn càng tốt. Nói chung khối lợng thể
tích của cát thờng nằm trong phạm vi 1,35 ữ 1,65 kg/
l. Nếu đầm chặt,
o
có thể đạt tới
1,6 ữ 1,7 kg/
l.
3. Mức hổng của cát (r%) càng nhỏ càng tốt. Mức hổng đợc tính theo công thức
o
a
r 1 100%


=



. Nếu coi hạt cát hoàn toàn đặc chắc thì mức hổng là tổng thể tích các
kẽ hổng giữa các hạt cát tính theo % của tổng thể tích tự nhiên của cát xốp.

147
Mức hổng có quan hệ với cấp phối. Cấp phối tốt mức hổng nhỏ và ngợc lại. Cát
dùng cho bê tông nói chung có mức hổng bằng 40 ữ 50%. Nếu cấp phối cát rất tốt mức
hổng có thể giảm tới 37%.
4. Mức ngậm nớc của cát mặt ngoài khô trong bão hòa (H
p
) càng nhỏ càng tốt, nói

chung H
p
2%.
5. Hiện tợng nở thể tích của cát khi ngậm nớc. Khi hạt cát ngậm nớc, mặt ngoài
của nó có một màng nớc phủ, do sức căng mặt ngoài của nớc, giữa các hạt phát sinh
tác dụng lực đẩy lẫn nhau, làm cho mức hổng tăng lên, cát trở nên xốp; khối lợng thể
tích giảm. Đó là hiện tợng nở thể tích khi ngậm nớc.
Nói chung khi cát ngậm 5 ữ 7% nớc, thể tích có thể tăng lên hơn 30%, nhng khi
lợng ngậm nớc cao hơn, thể tích cát lại từ từ giảm xuống. Khi lợng ngậm nớc vợt
quá một trị số nhất định (khoảng 20%) thì thể tích nhỏ hơn thể tích xốp và tiến dần tới
thể tích đầm chặt ở trạng thái khô. Khi lợng nớc trong cát tăng lên nữa thì thể tích của
cát lại nhỏ hơn thể tích cát khô.
Hình 5.3 dới đây biểu thị hiện tợng nở của cát. Các đờng cong biểu thị quan hệ
giữa độ ẩm và độ nở của thể tích của các loại cát to, vừa, nhỏ. Khi độ nhỏ của cát khác
nhau, độ nở thể tích theo độ ẩm cũng
khác nhau. Cát càng nhỏ, số lợng hạt
càng nhiều, màng nớc bám ngoài mặt
tăng, nên nở nhiều hơn. Cát đổ đống
ngoài công trờng đều ngậm một phần
nớc, nếu dùng cát đó theo lợng cát
cần thiết khi khô, thì lợng cát thực tế
dùng sẽ bị thiếu. Cho nên trên công
trờng nếu phối hợp bê tông theo thể
tích thì lúc đầu phải thí nghiệm vật liệu
cát đó để xác định hệ số tính đổi giữa
thể tích cát ớt và cát khô.
1
V
K
V

=

Trong đó:
V- thể tích cát khô;
V
1
- thể tích cát ớt.
Hệ số K dùng để tính đổi thể tích
cát ớt ra thể tích cát khô.

Hình 5.3. Độ tăng thể tích của cát
khi độ ẩm thay đổi
1- cát to; 2- cát vừa; 3- cát nhỏ.

148
Trong các quy phạm hiện hành
(1)
quy định dùng cát có môđun độ lớn trong phạm vi
2 - 3,3 để chế tạo bê tông, đó là cát trung bình và cát lớn. Trong thực tế chúng ta vẫn
thờng dùng cát vàng, một số loại phổ biến nhất dùng trên các công trờng là cát Việt
Trì, Đông Triều, v.v Cát sông Bôi (Hòa Bình) đợc coi là cát tốt nhất, đợc chọn dùng
cho các công trình đặc biệt.
Tuy nhiên cát to và trung bình ở nớc ta không phải ở vùng nào cũng có, nên việc
cung cấp có khó khăn và giá thành khá cao. Vì vậy trong thời gian qua đã nghiên cứu sử
dụng cát mịn (cát đen) trong vữa và trong bê tông Cát đen có phổ biến ở mọi nơi
thuộc các vùng đồng bằng.
Qua kết quả nghiên cứu của viện Nghiên cứu khoa học thủy lợi, có thể rút ra một số
kết luận bớc đầu nh sau:
- Có thể dùng cát mịn với môđun độ lớn > 1 để chế tạo bê tông mác 150 và 200;
- So với bê tông cát vàng (cát có môđun độ lớn 2) bê tông cát mịn không yêu cầu

tăng lợng xi măng nhiều. Vì bản thân cát mịn hạt nhỏ cần nhiều xi măng; nhng mức
ngậm cát mịn trong bê tông lại ít hơn cát vàng, nên lợng xi măng lại có thể giảm.
- Bê tông cát mịn có độ dẻo kém bê tông cát vàng, vì vậy khi xác định độ dẻo của
bê tông nên dùng phơng pháp đo độ khô cứng, mà không đo độ sụt (xem mục 1,
Phần II,
Đ5.2).
Khi thi công, nên dùng đầm máy, không nên đầm bằng tay chất lợng bê tông sẽ kém.
- Khả năng chống thấm của bê tông cát mịn kém bê tông cát vàng nhng cũng
đảm bảo yêu cầu chống thấm thông thờng của công trình khi thi công và dỡng hộ
bê tông tốt.
Đối với các công trình xây dựng ở bờ biển và hải đảo, nếu sử dụng cát biển để chế
tạo bê tông thì sẽ rất kinh tế.
Nhiều nớc trên thế giới nh Liên Xô, Mỹ, Anh, Hà Lan, v.v đã nghiên cứu và sử
dụng cát biển để xây dựng. Kết quả cho thấy:
- Dùng cát biển với nớc ngọt để sản xuất bê tông thì tính năng cơ lý và sức bền của
bê tông vẫn đảm bảo.
- Vỏ sò hến trong cát vẫn có tới 50% cũng không ảnh hởng đến cờng độ bê tông,
nhng làm tăng độ rỗng của cát, do đó phải tăng lợng xi măng dùng để đảm bảo độ dẻo
yêu cầu; đồng thời phải đảm bảo cấp phối bê tông hợp lý để tiết kiệm xi măng.
- Để giảm lợng muối lẫn trong cát có thể rửa cát bằng nớc ngọt, hoặc đổ đống
ngoài trời một thời gian để lợi dụng nớc ma rửa bớt một phần muối lẫn trong cát.


(1)
Quy phạm kỹ thuật chung và tạm thời về thi công và nghiệm thu công trình bê tông và bê tông cốt
thép QP-31-68.

149
ở nớc ta, trong những năm 60, Viện kỹ thuật Bộ Giao thông vận tải đã tiến hành
phân tích thành phần SO

4
trong cát ở các vùng biển Quảng Bình, Thái Bình, Tân Xuyên,
Ninh Bình và thấy rằng hầu hết các loại cát đó có lợng ngậm SO

4
không vợt quá
yêu cầu của quy phạm. Cờng độ bê tông cát biển nớc ngọt so với bê tông cát vàng
cùng cấp phối, không sai khác bao nhiêu. Tuy cha phải là những kết quả nghiên cứu
hoàn chỉnh và có hệ thống nhng đã đợc áp dụng để xây dựng và sửa chữa nhiều công
trình ở bờ biển nớc ta nhằm đáp ứng các yêu cầu của sản xuất và chiến đấu.
Vấn đề sử dụng cát biển trong bê tông là một vấn đề có ý nghĩa kinh tế lớn. Nớc ta
có bờ biển dài trên 2000km.
Việc nghiên cứu hoàn chỉnh vấn đề này đang và sẽ là một nội dung rất cấp thiết
nhằm đáp ứng những nhu cầu xây dựng ngày càng to lớn của nớc ta.
3. Đá
Đá là cốt liệu to trong bê tông mà độ lớn của hạt lớn hơn 5mm.
1. Nguồn gốc và phân loại đá.
Đá có thể phân thành hai loại; sỏi và dăm. Sỏi lại chia ra sỏi sông, sỏi biển và sỏi
khe (núi). Dăm có thể chế đợc từ đá trầm tích, phun trào hoặc đá biến chất.
Đá sỏi tròn, nhẵn mặt, ít cạnh góc, mức hổng và diện tích mặt ngoài nhỏ nên cần
ít nớc, tốn ít xi măng, bê tông dễ trộn để đổ và đầm, nhng lực dính kết với vữa xi
măng kém chặt chẽ, nên cờng độ bê tông thấp. Còn đá dăm nhiều cạnh góc, mặt gồ
ghề, nên lực kết dính với xi măng lớn và cờng độ bê tông cao (trong điều kiện N/X
nh nhau, so với R
b
đá sỏi thì R
b
đá dăm có thể cao hơn độ 10%). Nhng do đá dăm
nhiều cạnh góc, mặt gồ ghề, mức hổng cao, nên yêu cầu lợng vữa xi măng nhiều.
Khi cần độ lu động nh nhau, thì lợng xi măng trong bê tông đá dăm tăng hơn

trong bê tông đá sỏi độ 10%.
Vấn đề dùng đá dăm hay đá sỏi trong bê tông chủ yếu căn cứ vào điều kiện khai
thác, cờng độ, lợng ngậm tạp chất có hại trong đá ở nơi đó mà quyết định. Có khi
dùng hỗn hợp dăm sỏi để chế tạo bê tông.
Ngoài sỏi và dăm chế tạo từ đá thiên nhiên, ngời ta còn dùng cốt liệu chế tạo bằng
đất nung nh sỏi kêrămzit, dăm agloporit, dăm gạch vụn v.v để chế tạo bê tông nhẹ.
2. Lợng ngậm tạp chất có hại trong đá
Lợng ngậm tạp chất có hại trong đá chủ yếu là đất sét, bùn, bụi, tạp chất hữu cơ,
muối sunfat và sunfua, đá opan, đá silic vô định hình và diệp thạch silic.
Các loại này gây tác hại giống nh khi lẫn trong cát, vì vậy cần phải hạn chế chung,
nh các số liệu cho trong bảng 5.6.

150
Bảng 5.6
Tạp chất trong đá
Bê tông ở vùng mực
nớc biến đổi và bê
tông ở trên vùng
mực nớc biến đổi
Bê tông ở dới
nớc, thờng xuyên
trong nớc và ở bên
trong công trình
- Đất sét, phù sa và thành phần bụi, xác định bằng
phơng pháp rửa, tính bằng % khối lợng mẫu đá
không đợc lớn hơn
1 2
- Tạp chất hữu cơ
Mẫu dung dịch không thẫm hơn
màu tiêu chuẩn.

- Hợp chất sunfua và hợp chất sunfat tính đổi ra
SO
3
theo % khối lợng đá, không đợc lớn hơn
0,5 0,5
- Đá opan, các loại nham thạch dạng opan và các
khoáng vật khác
Không cho phép, nếu không có
sự kiểm tra đặc biệt.
3. Các tính chất vật lý, cơ học
1) Cờng độ: đá sỏi, đá dăm đều yêu cầu phải rắn chắc, có đủ cờng độ để đảm bảo
bê tông đạt đợc mác yêu cầu trong các trờng hợp cụ thể. Cờng độ của đá dăm đợc
xác định thông qua thí nghiệm nén mẫu đá gốc. Cờng độ của đá dăm và đá sỏi cũng có
thể xác định thông qua thí nghiệm nén trong xi lanh bằng thép. Tùy theo độ nén dập
trong xi lanh, đá dăm từ đá thiên nhiên đợc chia ra 7 mác tơng ứng với các giới hạn
cờng độ nén cho trong bảng 5.7.
Bảng 5.7
Độ nén dập ở trạng thái bo hòa nớc (%)
Mác của
đá dăm
Đá trầm tích
Đá phún xuất xâm nhập và đá
biến chất
Đá phún xuất
phún trào
1200 đến 9 đến 16 đến 9
1000 Từ 10 ữ 11 Từ 17 ữ 20 Từ 10 ữ 11
800 " 12 ữ 18 " 21 ữ 25 " 12 ữ 14
600 " 15 ữ 18 " 26 ữ 34 -
400 " 19 ữ 28 - -

300 " 29 ữ 38 - -
200 " 39 ữ 54 - -
Mác của đá dăm từ đá thiên nhiên, xác định theo độ nén vụn trong ống trụ, cho
trong bảng 5.7 cần phải cao hơn mác bê tông nh sau:

151
Không dới 1,5 lần đối với bê tông mác dới 300;
Không dới 2 lần so với bê tông mác 300 và trên 300;
Đá dăm từ đá phún xuất trong mọi trờng hợp không đợc nhỏ hơn 800 kG/cm
2
.
Đá dăm từ đá biến chất không nhỏ hơn 600 kG/cm
2
.
Đá dăm từ đá trầm tích không nhỏ hơn 300 kG/cm
2
.
Trong tiêu chuẩn Việt Nam cũng cho phép dùng đá dăm từ đá cacbonat mác 400 đối
với bê tông mác 300, nếu hàm lợng hạt đá mềm yếu trong đó không quá 5%.
Mác của sỏi và dăm theo độ nén dập trong xi lanh dùng cho bê tông mác khác nhau
cần phù hợp với yêu cầu của bảng 5.8.
Bảng 5.8
Độ nén dập ở trạng thái bo hòa nớc không lớn hơn %
Mác bê tông
Dăm Sỏi
400 và cao hơn 10 8
300 14 12
200 và thấp hơn 18 19
2) Lợng ngậm hạt mềm yếu và phong hóa
Hạt đá dăm mềm yếu là các hạt đá dăm gốc đá trầm tích hay túp phún xuất có giới

hạn bền khi nén ở trạng thái bão hòa nớc nhỏ hơn 200 kG/cm
2
. Đá dăm phong hóa là
các hạt đá dăm gốc đá phún xuất có giới hạn bền khi nén ở trạng thái bão hòa nớc nhỏ
hơn 800 kG/cm
2
hoặc là các hạt đá dăm gốc đá biến chất có giới hạn bền khi nén ở trạng
thái bão hòa nớc nhỏ hơn 400 kG/cm
2
; Để xác định lợng ngậm hạt mềm yếu và
phong hóa trong đá, căn cứ vào độ lớn của hạt đó phân ra ba cấp: cấp I (5 ữ 10mm), cấp
II (10 ữ 20mm), cấp III (> 20mm) rồi ép với các lực tĩnh bằng 15, 25 và 35 kG tơng
ứng với ba cấp nêu trên. Hạt nào vỡ thì coi là hạt mềm yếu. Lợng ngậm các hạt này
tính bằng % theo khối lợng. Lợng ngậm hạt mềm yếu và phong hóa trong đá dăm, sỏi
không đợc lớn hơn 10%.
Trong đá dăm mác 200 và 300 lợng hạt đá mềm yếu cho phép đến 15%.
3) Lợng ngậm hạt thoi dẹt
Hạt thoi dẹt là hạt mà chiều rộng hoặc chiều dày nhỏ hơn hay bằng 1/3 chiều dài.
Chiều dài đợc đo ở chỗ dài nhất, còn chiều rộng (chiều dày) là trung bình cộng của chỗ
rộng (dày) nhất và chỗ hẹp nhất.
4) Khối lợng riêng của đá: khối lợng riêng càng lớn, độ đặc chắc càng cao.

152
5) Khối lợng thể tích của đá xấp xỉ khối lợng riêng vì độ rỗng của đá thờng rất
nhỏ (trừ cốt liệu xốp) khối lợng thể tích lớn hay nhỏ có ảnh hởng rõ rệt đối với cờng
độ của đá.
Ví dụ với đá vôi:
o
= 2, cờng độ đá (R
đ

) = 200 kG/cm
2
;
0
= 2,5, R
đ
= 800 kG/cm
2
;

o
= 2,7, R
đ
= 2000 kG/cm
2
.
6) Mức hút nớc. Trong các viên đá thờng có những khe nứt nhỏ có tác dụng hút
nớc, nhất là các mao quản đờng kính từ 0,010 đến 0,004mm. Mức hút nớc ảnh
hởng đến cờng độ, tính chống xâm thực của đá và do đó ảnh hởng đến tính chất
của bê tông.
ở trong môi trờng ẩm ớt, đá có độ ẩm nhất định. Độ ẩm của đá thờng nhỏ hơn
cát vì tỉ diện của đá nhỏ hơn tỉ diện của cát và lỗ rỗng lại lớn nên không chứa đầy nớc.
4. Độ lớn và thành phần hạt
Thành phần hạt là sự phối hợp các cỡ hạt để đạt đợc thể tích rỗng là nhỏ nhất, do
đó lợng xi măng cần thiết trong bê tông sẽ ít nhất.
Để xác định thành phần hạt, trớc hết phải xác định đờng kính lớn nhất (D
max
) của đá.
Muốn xác định D
max

, đem sàng đá trên các sàng có kích thớc mắt sàng bằng 5, 10,
20, 40 và 70mm. D
max
tơng ứng với kích thớc mắt sàng có lợng sót tích lũy nhỏ hơn
và gần 10% nhất.
Việc xác định D
max
rất quan trọng. Nếu D
max
lớn, độ rỗng nhỏ và tỉ diện cũng nhỏ
nên không những giảm đợc lợng vữa xi măng dùng mà còn nâng cao độ đặc chắc của
bê tông và giảm nhiệt lợng phát ra.
Khi dùng sỏi hoặc dăm để chế tạo bê tông trong kết cấu bê tông cốt thép, D
max
đợc
quy định nh sau:
D
max
<
1
3
kích thớc nhỏ nhất của tiết diện công trình;
D
max
<
3
4
khoảng cách cốt thép.
Trong trờng hợp đặc biệt đối với những panen mỏng, sân nhà, bản mặt cầu, cho
phép D

max
=
1
2
chiều dày của tiết diện.
Tùy theo độ lớn của hạt đá dăm và sỏi phân ra các cỡ hạt sau đây: 5
ữ 10mm;
10
ữ 20mm; 20 ữ 40mm; 40 ữ 70mm. Đối với cỡ hạt 5 ữ 10mm cho phép chứa hạt có
kích thớc dới 5mm tới 15%.
Thành phần mỗi cỡ hạt hoặc hỗn hợp vài cỡ hạt phải nằm trong giới hạn ghi trong
bảng 5.9, hoặc đờng biểu diễn thành phần hạt phải nằm trong phạm vi cấp phối cho
phép trong hình 5.4.

153

Hình 5.4. Biểu đồ cấp phối của sỏi và đá dăm
Bảng 5.9
Kích thớc mắt sàng Lợng cát tích lũy trên sàng (% khối lợng)
D
min
Từ 90 ữ 100
0,5 (D
min
+ D
max
) " 40 ữ 70
D
max
" 0 ữ 10

1,25 D
max
0
Hình 5.5. Cấu trúc của bê tông
cấp phối gián đoạn
1- cốt liệu cấp I (hạt lớn); 2- cốt liệu
cấp II (hạt nhỏ); 3- vữa cát xi măng.
Hình 5.6. Cấp phối hỗn hợp cát đá theo
tiêu chuẩn của Đức TGL D - 1074.

154
Cấp phối đá dùng cho bê tông có thể là cấp phối liên tục, hoặc cấp phối gián đoạn.
Cấp phối liên tục là cấp phối có đủ các cỡ hạt. Cấp phối gián đoạn là cấp phối không liên
tục, không có cỡ hạt trung gian. Cấp phối liên tục thích hợp với bê tông dẻo, tính lu
động tơng đối lớn và D
max
tơng đối lớn.
Cấp phối gián đoạn có u điểm là sự sắp xếp các cỡ hạt đợc chặt chẽ hơn. Các cỡ
hạt có đờng kính cách biệt nhau nhiều nên các hạt nhỏ có thể lọt hoàn toàn vào khe kẽ
của các hạt lớn, làm cho mức hổng của đá giảm đi và khối lợng thể tích của đá càng
lớn (hình 5.5). Cấp phối gián đoạn thích hợp với bê tông cứng khô, có tính lu động
thấp, và bê tông này phải đầm bằng các máy đầm chấn động mạnh và trộn bằng các máy
trộn cỡng bức, v.v
ở nhiều bãi thiên nhiên cát và đá lẫn nhau, nếu tách riêng sẽ mất nhiều công sức; vì
vậy có thể xác định cấp phối chung của hỗn hợp cát, đá. Đờng cấp phối của hỗn hợp
cát đá phải nằm trong các phạm vi cấp phối nêu trong hình 5.6.
Nếu đờng cấp phối 200 của hỗn hợp cát đá chệch ra ngoài thì có thể dùng biện
pháp thêm bớt một vài cỡ hạt nào đó để cải thiện và đa đờng cấp phối của hỗn hợp vào
phạm vi cho phép.
ở nớc ta một số công trờng đã sử dụng hỗn hợp cát đá tự nhiên, có hiệu quả về

kinh tế. Tuy nhiên cần phải bảo đảm tính đồng đều của hỗn hợp cát đá trong trong khi sử
dụng để chế tạo bê tông.
4. Xử lý cốt liệu không đạt yêu cầu về độ bẩn và cấp phối
Khi cát đá bẩn quá giới hạn quy định thì phải rửa.
Việc rửa sỏi cát tốn nhiều công sức, hao tốn một lợng vật liệu nhất định và gây
phiền phức cho dây chuyền sản xuất bê tông, nhất là việc rửa cát. Đá dăm thờng sạch
nên ít khi phải rửa. Trong đá dăm nếu có lẫn một ít mạt đá thì không coi là đá bẩn, vì
mạt đá nếu không nhiều lắm thì không những không gây tác hại cho bê tông mà còn có
tác dụng tăng thành phần hạt nhỏ trong bê tông, làm cho bê tông đặc chắc thêm, nhất là
trong bê tông ít xi măng. Ngoài ra bột đá có thể tác dụng hóa học với vôi trong xi măng
để tạo ra hợp chất mới CaCO
3
ì Ca(OH)
2
.
Khi rửa cát đá không những chất bột trong cát bị loại bỏ mà các chất hữu cơ, chất
sunfat, sunfua cũng bị loại.
Khi gặp các loại cát mà cấp phối không đạt yêu cầu thì có thể trộn hai hoặc ba loại
với nhau để đợc một loại cát hỗn hợp có cấp phối tốt.
a) Phối hợp hai loại cát
- Phơng pháp dùng khối lợng thể tích (
o
) lớn nhất.
Lấy hai loại cát trộn với nhau theo nhiều tỉ lệ khác nhau xác định khối lợng thể
tích của hỗn hợp. Vẽ biểu đồ quan hệ giữa

o
và tỉ lệ giữa hai loại cát. Qua biểu đồ tìm ra

155

đợc

omax
ứng với
omax
tìm đợc tỉ lệ phối hợp tốt nhất. Có thể sau khi xác định
o
của
từng hỗn hợp tính độ rỗng 2(r) của cát theo

o
và
a
. Sau đó vẽ đờng quan hệ giữa r và tỉ
lệ giữa hai loại cát. Qua biểu đồ xác định đợc r
min
. Căn cứ vào r
min
xác định đợc tỉ lệ
hợp lý nhất. Nói chung hai cách làm đó đều đem lại kết quả giống nhau, vì

a
của các
loại cát sai khác nhau không đáng kể, nên

a
của các hỗn hợp sẽ xấp xỉ nhau, do đó phối
hợp nào có

omax

sẽ có r
min
.
- Phơng pháp dùng tọa độ chữ nhật:
Lấy hai cạnh đứng của 1 hình chữ nhật làm trục tung, và chia đều thành 100
phần từ dới lên trên. Tung độ bên trái biểu thị số % lọt qua các sàng của cốt liệu A,
tung độ bên phải tơng ứng với cốt liệu B. Hai cạnh nằm ngang dùng làm trục hoành
và cũng chia thành 100 khoảng đánh số trái chiều nhau biểu thị tỉ lệ phối hợp của cốt
liệu A và B (trục hoành dới ứng với cốt liệu A, trục hoành trên ứng với cốt liệu B)
(hình 5.7).
Cách sử dụng biểu đồ này nh sau:
- Sau khi sàng hai loại cốt liệu A và B ta xác định đợc lợng sót tích lũy trên sàng
x của cốt liệu A và B là A
x
% và B
x
%.
Ghi vị trí A
x
và B
x
lên hai trục tung. Nối hai điểm A
x
, B
x
bằng đờng thẳng.
Nếu gọi tỉ lệ phối hợp lợng sót tích lũy trên sàng x của cát A và cát B là a
x
và b
x

thì
lợng sót tích lũy của hỗn hợp cát A và B trên sàng đó sẽ là:
xx xx
a.A b.B
100
+

Đó là phơng trình của đờng thẳng A
x
B
x
. Từ mỗi điểm đờng thẳng đó dóng
đờng thẳng đứng cắt hai trục hoành trên và dới ở các điểm ứng với b
x
và a
x
.
Đối với loại sàng đó, phạm vi quy định lợng sót tích lũy trên sàng là m%
ữ n%.
Ghi vị trí m, n, và m', n' trên trục tung, nối điểm m với điểm m', với n' thành hai đờng
thẳng song song với trục hoành. Hai đờng này cắt đờng A
x
B
x
ở hai điểm p và q. Chiếu
p và q lên hai trục hoành, ta đợc các điểm p
a
(x), q
a
(x) và p

b
(x), q
b
(x).
Hai khoảng p
a
(x) q
a
(x) và p
b
(x) q
b
(x) là phạm vi cho phép của tỉ lệ phối hợp của
hai loại cát A và B ứng với sàng x chiếm trong hỗn hợp.
Đối với sàng y ta cũng làm nh vậy và đợc phạm vi cho phép p
a
(y) q
a
(y) và
q
b
(x) q
b
(y).
Phối hợp các phạm vi cho phép đó của tất cả các sàng sẽ tìm đợc phạm vi chung và
qua đó xác định đợc tỉ lệ phối hợp hợp lý nhất là trị số trung bình của phạm vi chung đó.