Giao trinh bai tap 7 từ trường tĩnh

CỐT LIỆU CHO BÊ-TÔNG

Vật Liệu Xây Dựng
(Construction Materials)
Bộ môn Vật liệu Silicat
Khoa Công Nghệ Vật Liệu
Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh

VLXD-Cốt liệu cho bê-tông

TỔNG QUAN VỀ CỐT LIỆU

Tổng quan về cốt liệu
Nhắc lại mục đích sử dụng cốt liệu;

• Thay đổi tính chất bê-tông; độ cứng, modul E, mài mòn
• Giá thành, chi phí bê-tông; thành phần độn
• Ổn định thể tích, hạn chế vết nứt lớn phát triển

VLXD-Cốt liệu cho bê-tông

7-2

7-3

Trong bê tông cốt liệu chiếm từ 60-75% về thể tích (75–80% về khối
lượng)
Cốt liệu trong bê tông THƯỜNG bao gồm cốt liệu thô và cốt liệu mịn.
- Cốt liệu mịn: là cốt liệu có kích
thước hạt nhỏ hơn 5mm (TCVN)
hoặc kích thước hạt nhỏ hơn

4,75mm(ASTM)

- Cốt liệu thô: là cốt liệu có kích thước
lớn hơn 5mm

VLXD-Cốt liệu cho bê-tông

7-4

1


TỔNG QUAN VỀ CỐT LIỆU
-

Nguồn gốc

Trong bê tông cốt liệu mịn chiếm 35-45% thể tích cốt liệu
Vai trò của 2 loại cốt liệu:
- Cốt liệu lớn là khung xương chính chịu lực
- Cốt liệu mịn có vai trò lấp đầy các lỗ trống do cốt liệu lớn để lại
Phân loại theo hình thức tồn tại
- Dạng tự nhiên: cát, sỏi, đá núi…
- Dạng nhân tạo: thường là các loại cốt liệu sử dụng cho các loại bê
tông đặc biệt như: keramzit, peclit, các loại sợi polymer tổng hợp, sợi
thủy tinh….

VLXD-Cốt liệu cho bê-tông

7-5

Dạng đơn khoáng: thạch anh, fenspat, mica, amphibon,
pyroxen, canxit, gýp, gloconnit opan, canxedoan, quặng pyrit,
hematit, than đá
Hay nhóm đá mác ma, trầm tích, biến chất, TCVN 7572-3:2006

VLXD-Cốt liệu cho bê-tông

7-6

VLXD-Cốt liệu cho bê-tông

7-8

TỔNG QUAN VỀ CỐT LIỆU
Phân loại cốt liệu theo tỉ trọng
Cốt liệu nhẹ :
- Dùng cho các sản phẩm bê tông nhẹ có khối luợng thể tích từ
250 -1800 kg/ m3
- Cốt liệu nhẹ sử dụng phổ biến như : dolomite, đá phiến, peclit…
Cốt liệu thông thường
- Dùng cho bêtông có khối lượng thể tích từ 2200 -2400 kg/ m3
- Các hình thức tồn tại: đá dăm, cát, sỏi, đá nghiền…
Cốt liệu dùng cho bê tông nặng
- sử dụng cho các loại bê tông đặc biết có khối lượng thể tích
đến 6400 kg/ m3
- Các loại cốt liệu thông dụng là : ferit, hematite, barite, magnetite
VLXD-Cốt liệu cho bê-tông

7-7

2


Kích thước tối đa Dmax

CÁC CHỈ TIÊU CỦA CỐT LiỆU

- Là kích thước lỗ
sàng bé nhất
mà >90% các
hạt cốt liệu có
thể đi qua
- Không lớn hơn
2/3- 3/4
khoảng cách
của cốt thép.
- Không lớn hơn
1/5 -1/4 kích
thước min của
cấu kiện.

Phân bố kích thước/ modul độ lớn.
Hình dạng hạt
Hàm lượng bùn, sét bụi.
Khối lượng riêng/ Khối lượng thể tích.
Độ bão hòa nước/ độ ẩm.
Hàm lượng chất hữu cơ/ hạt mềm yếu.
Hàm lượng clorua/ sunfat.
Hàm lượng kiềm

VLXD-Cốt liệu cho bê-tông

VLXD-Cốt liệu cho bê-tông

7-9

7-10

Kích thước hạt yêu cầu

Kích thước hạt yêu cầu

Cấp phối hạt
- Cấp phối hạt là sự phân bố kích thước hạt cốt liệu được
xác định bằng phương pháp sàng
- Áp dụng cho cốt liệu lớn và nhỏ

- Cốt liệu lớn: Xác định thành phần hạt theo tiêu chuẩn
TCVN1772: 1987 sử dụng các sàng có kích thước
(5,10,20,40,70,100mm) và ASTM C33 (2,5mm, 4,75mm, 12,5mm,
25mm, 37,5mm)

Của cốt liệu mịn theo ASTM C33
Cỡ sàng
sàng theo TCVN
2,5 mm
1,25 mm
630 µm
315 µm
140 µm và đáy

Của cốt liệu lớn theo ASTM

Cỡ sàng

YC % hạt qua sàng

Cỡ sàng

YC % hạt qua sàng

9,5 mm
4,75 mm
2,36 mm
1,18 mm
600 µm
300 µm
150 µm

100
95 -100
80 -100
50 - 85
25 - 60
5- 30
0 -10

37,5 mm
25,0 mm
12,5 mm

4,75 mm
2,5 mm

100
95 -100
25 - 60
0 - 10
0-5

VLXD-Cốt liệu cho bê-tông

7-11

VLXD-Cốt liệu cho bê-tông

7-12

3


Vùng YC cốt
liệu nhỏ, CÁT

Kích thước hạt trung bình:

d tb =

∑d x
∑x
i

i

Vùng YC cốt
liêu thô, ĐÁ,
CÁT THÔ

i

Trong đó:
di: kích thước tb của lỗ sàng thứ i và i-1
Xi: % hạt giữa hai sàng i và i-1

Modul độ lớn cho cát (TCVN 342 – 1986)
- Là một giá trị không thứ nguyên được xác định như sau:
∑ Ai
M=
100
Trong đó: Ai lượng sót sàng tích lũy trên các sàng thứ i
Modul độ lớn của cốt liệu nhỏ sử dụng cho BT thường nằm trong
khoảng từ 2,3-3,1 (ASTM C33)

VLXD-Cốt liệu cho bê-tông

7-13

- TN xác định modul độ lớn của cát (TCVN 342 – 1986)
+ Dùng bộ sàng có kích thước 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315; 0,14mm
+ Lấy cát đã rửa sạch và sấy khô
+ Lấy 1000g cát đã sàng qua sàng 5mm, sau đó tiến hành sàng

qua các sàng còn lại
Lỗ sàng

Lượng sót trên từng sàng

Lượng sót tích lũy

Giới hạn trên

mm

G

%

%

%

%

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

2,500

29,26

2,92

2,92

0,00

20,00

1,250

144,49

14,42

17,34

15,00

45,00

0,630

202,40

20,20

37,54

35,00

70,00

0,315

318,94

31,83

69,37

65,00

90,00

0,140

264,43

26,39

95,76

90,00

100,00

<0,14

42,48

4,24

100,00

100,00

100,00

220,93

Modul cát

2,2

VLXD-Cốt liệu cho bê-tông

7-14

Đường
Đường cong tí
tích lũ
lũy cá
cát,
Modun=2,2

Giới hạn dưới

5,000

Khối lượng mẫu thí nhiệm (g)

VLXD-Cốt liệu cho bê-tông

7-15

VLXD-Cốt liệu cho bê-tông

7-16

4


Phân bố kích thước hạt

TN 2 thành phần

Sắp xếp tốt
nhất 70-30

% mịn

Tại sao lại dùng nhiều kích thước

%
độ

rỗng

%
độ
đặc

% thô

Quá sít
sít chặ
chặt, ma sá
sát lớ
lớn

Mật độ
độ <60%, XM và
và cốt liệ
liệu lấ
lấp đầ
đầy

VLXD-Cốt liệu cho bê-tông

VLXD-Cốt liệu cho bê-tông

7-17

TN 3 thành phần

Phân bố kích thước hạt

Hạt trung

THÔ = ?

Vùng sắp xếp tốt
nhất, ít thay đổi
TRUNG = ?

Không cần quá
nhiều hạt trung
Hạt mịn

7-18

nhỏ

Hạt thô, 2/5mm
VLXD-Cốt liệu cho bê-tông

NHỎ = ?

Tuy
nhiên
vẫn
phải
phải
lựa
chọn
chọn

thành
thành
phầ
phần
LIÊN
TỤC
TỤC
từ
thô

Sắp xế
c bêxếp hợ
hợp lý
lý nhấ
nhất cấ
cấu trú
trúc
bê-tông
7-19

VLXD-Cốt liệu cho bê-tông

7-20

5


Phân bố kích thước hạt

Vùng

Vùng pbố
pbố liên tụ
tục
kích
c cố
kích thướ
thước
cốt liệ
liệu

Ảnh hưởng của kích thước cốt liệu
Thông qua tỉ lệ W/C,
+ Ảnh hưởng đến tính công tác của hỗn hợp bê tông

THÔ

+ Ảnh hưởng đến cường độ, tính chống thấm của đá bê tông.

Lượng
ượng XM sử
sử dụng
dụng

Lượng
c nhà
o trộ
ượng nướ
nước
nhào
trộn

CÁT
CÁT

CÁT
CÁT +
ĐÁ NHỎ

ĐÁ LỚN

TRUNG

NHỎ

VLXD-Cốt liệu cho bê-tông

7-21

Hình dạng, bề mặt

VLXD-Cốt liệu cho bê-tông

7-22

Hình dạng, bề mặt
Hạt
Hạt gó
góc, cạnh
cạnh

Hạt
n nhẵ
Hạt trò
tròn
nhẵn

Nhận biết theo ASTM D4791,
ASTM D 3398
Hình
Hình cầ
cầu

Thoi, dẹ
dẹt

Lập phương

Thoi, dẹ
dẹt

Y/c lượng
c sử
ượng nướ
nước
sử dụng
dụng
Tính
Tính công tá
tác, khả năng lèn
lèn chặ

chặt
TCVN 7572-13:2006,
Kiểm tra hàm lượng % hạt thoi dẹt d/L>1/3 bằng thước kẹp
VLXD-Cốt liệu cho bê-tông

7-23

VLXD-Cốt liệu cho bê-tông

7-24

6


Hàm lượng thoi dẹt cốt liệu thô

Ảnh hưởng hình dạng và bề mặt hạt
- Đến bê tông tươi:

Hàm lượng hạt thoi dẹt trong cốt liệu thô được qui

+ Ảnh hưởng đến khả năng chảy
+ Ảnh hưởng đến khả năng tách nước phân tầng

định theo TCVN không vượt quá 35%
Theo ASTM, hàm lượng hạt thoi, dẹt không vượt quá
15% tổng khối lượng cốt liệu

VLXD-Cốt liệu cho bê-tông

- Đến bêtông đóng rắn
+ Ảnh hưởng đến cường độ uốn và nén của bê tông, đặc biết là
cường độ uốn.

7-25

VLXD-Cốt liệu cho bê-tông

Hàm lượng hạt mịn (sét, bụi bẩn)

Ảnh hưởng của hàm lượng sét bụi bẩn

- Sét, bụi bẩn là những hạt rất mịn có kích thước < 75µm

- Ảnh hưởng đến lượng nước sử dụng→ Ảnh hưởng đến

7-26

tính công tác và quá trình đóng rắn của bê tông tươi.

Tiêu chuẩn xác định hàm lượng sét bụi bẩn:
- Cát TCVN 343: 1986, ASTM C295

- Tăng phản ứng kiềm cốt liệu.

- Đá TCVN 1772:1987, ASTM C295, ASTM 1137

- Ảnh hưởng đến cường độ:

Hàm lượng sét bụi bẩn qui định:

+ Làm giảm liên kết của vùng tiếp giáp giữa nền xi măng và cốt liệu

- Đối với cát từ 3 – 5%

+ Phẩm chất của cốt liệu giảm

- Đối với đá không vượt quá 0,25 %

VLXD-Cốt liệu cho bê-tông

7-27

VLXD-Cốt liệu cho bê-tông

7-28

7


KL riêng, thể tích, xốp ,đổ hỗng cốt liệu

KL riêng, thể tích, xốp ,đổ hỗng cốt liệu

- Là khối lượng trên một đơn vị thể tích của cốt liệu có kể đến thể

- Phương pháp thử: TCVN 7572: 2006 cho cát hoặc đá

tích của phần lỗ rỗng sau:

- Khối lượng khối cốt liệu cân khô hoàn toàn, sau sấy

+ Lỗ rỗng trong bản thân của cốt liệu

- Khối lượng cốt liệu ẩm, ngâm nước lau khô mặt (đá) hay để

+ Lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu
- Cốt liệu sử dụng cho bê tông thường có khối lượng thể tích từ

phơi khô tự nhiên (khối cát)

1200 – 1750kg/m3.

- Khối lượng cân ngâm trong nước

- Theo TCVN khối lượng thể tích của cát không nhỏ hơn
1200kg/m3.
- Xác định khối lượng thể tích để thiết kế cấp phối bê tông.
VLXD-Cốt liệu cho bê-tông

7-29

VLXD-Cốt liệu cho bê-tông

7-30

VLXD-Cốt liệu cho bê-tông

7-32

Độ hút nước và lượng ẩm bề mặt
- Thường được đánh giá thông qua độ ẩm toàn phần của cốt liệu
- Độ hấp thu nước phụ thuộc vào kích thước và bản chất của cốt
liệu
- Phương pháp thử: TCVN 7572-4(<40mm),-5(>40mm): 2006
hoặc ASTM C70, ASTM C127

Cốt liệu mịn,
CÁT
VLXD-Cốt liệu cho bê-tông

7-31

8


Độ hút nước và lượng ẩm bề mặt

Co nứt cốt liệu

Lượng nước tối đa chứa
trong cốt liệu: là lượng nước tối
đa bao gồm cả nước hấp thụ và
lượng ẩm tự do
- Cốt liệu thô: 1 – 6%, trong đó
lượng ẩm tự do từ 0,5 – 2%
- Cốt liệu mịn: 3-8%, trong đó
lượng ẩm tự do từ 2 – 6%

Ảnh hưởng của độ hút nước:

- Tính công tác
- Khả năng thay đổi thể tích của đá
bê-tông theo thời gian.

Độ co khô

VLXD-Cốt liệu cho bê-tông

VLXD-Cốt liệu cho bê-tông

7-33

7-34

Độ bền của cốt liêu thô

Độ bền cơ của cốt liêu thô

- Là cường độ nén đập của đá dăm trong xi lanh, độ mài mòn
trong tang quay và độ bền va đập trên máy va đập. Mác của cốt
liệu thô xác định ở bão hoà nước của cốt liệu

- Mác của cốt liệu thô sử dụng trong bê tông ít nhất phải lớn hơn

Mác của đá dăm

1400
1200
1000
800

600
400
300
200

1,5 lần so với mác của bê tông
- Tùy theo mục đích sử dụng mà cốt liệu mà độ bền của cốt liệu

Độ nén đập ở trạng thái bão hòa nước
Đá trầm
tích

Đá phún xuất xâm
nhập và đá biến chất

Đá phún xuất
phun trào

Đến 11
từ 11 đến 13
13 – 15
15 – 20
20 – 28
28 – 38
38 - 64

Đến 12
12 – 16
16 – 20
20 – 25

25 – 34
-

Đến 9
9 – 11
11 – 13
13 – 15
15 – 20
-

VLXD-Cốt liệu cho bê-tông

sử dụng cho những chỉ tiêu sau:
+ Dùng cho bê tông : độ nén đập trong xy lanh
+ Dùng cho xây dựng đường ô tô : độ nén đập trong xy lanh, độ mài
mòn trong tang quay
+ Dùng cho lớp đệm của đường sắt : độ chống va đập trên máy thử
va đập

7-35

VLXD-Cốt liệu cho bê-tông

7-36

9


Độ mài mòn của cốt liệu thô trong tang quay
Mác của đá

dăm, sỏi và sỏi
Đá trầm tích
dăm
cacbonat
Đến 30
30 – 40
40 – 50
50 – 60

Mn – I
Mn – II
Mn – III
Mn – IV

PHẢN ỨNG ALKALI – CỐT LiỆU

Độ mài mòn, %
Đá phún xuất biến
chất và các đá trầm
tích khác

Sỏi dăm

Là phản ứng giữa một số thành phần trong cốt liệu với dd
NaOH, KOH, Ca(OH)2 trong bê tông.

Đến 25
25 – 35
35 – 45
45 – 55

Đến 20
20 – 30
30 – 45
45 – 55

+ Phản ứng alkali – silicat (ASR)

Độ chống va đập của cốt liệu trên máy thử va đập
Mác dăm, sỏi và sỏi
dăm

Độ chống va đập trên máy thử va
đập “ H.M “

Vd 40
Vd 50
Vd 75

40 – 49
49 – 74
Từ 75 trở lên
VLXD-Cốt liệu cho bê-tông

VLXD-Cốt liệu cho bê-tông

7-37

PHẢN ỨNG ALKALI – CỐT LiỆU

+ Xuất hiện các vết nứt
+ Các vết nứt liên thông nhau và đóng kín lại

Các yếu tố ảnh hưởng

+ Tạo thành những mảnh vỡ nhỏ trên bề mặt
+ Bong tróc trên bề mặt

Cơ chế phản ứng

-

Có SiO2 vô định hình trong cốt liệu

-

Độ pH trong các lỗ rỗng trong bê
tông cao.

-

Độ ẩm đủ lớn

+ Các hydroxit kiềm + các SiO2(gel,
+ Các gel hình thành khi gặp ẩm thì

-

Kiểm soát hàm lượng kiềm trong xi
măng (hàm lượng kiềm ≤0,6%)

-

Sử dụng các phụ gia khoáng như :
tro bay, xỉ lò cao, silicafume

-

Thay thế cốt liệu thông thường bằng
đá vôi

giản nở và làm xuất hiện vết nứt

7-39

Thí nghiệ
nghiệm TCVN 75727572-14:2006

Các biện pháp làm giảm phản
ứng alkali – silicate

vđh) → gel (alkali – silicate)

VLXD-Cốt liệu cho bê-tông

7-38

VLXD-Cốt liệu cho bê-tông

7-40

10


PHẢN ỨNG ALKALI – CỐT LiỆU

Sử dụng và tái chế cốt liệu

Phản ứng alkali – cacbonat (ACR)
+ Là phản ứng giữa Hydroxyt kiềm và dolomit trong cốt liệu→
Mg(OH)2, sản phẩm có độ dãn nở thể tích cao, cường độ thấp
Các yếu tố ảnh hưởng
+ Hàm lượng sét, chất không tan khoảng 5% - 25%
+ Tỉ lệ dolomite trong cốt liệu → sự gia tăng thể tích do sự có mặt
của dolomite
+ Tỉ lệ Calcite/dolomite gần bằng 1:1
+ Kích thước rất bé của những hạt dolomite trong hỗn hợp sét →
phản ứng dễ dàng hơn
VLXD-Cốt liệu cho bê-tông

7-41

VLXD-Cốt liệu cho bê-tông

7-42

CÁC CHỈ TIÊU PHÂN TÍCH CỦA CỐT LiỆU
Chỉ tiêu thí nghiệm

Đơn vị

Phương pháp thử

Tỉ khối xốp ở trạng thái báo hòa
nước – khô bề mặt 23/230C

Kết quả
2,65

Khối lượng riêng

kg/m3

2,63

Khối lượng thể tích xốp

kg/m3

1436

Khối lượng thể tích xốp lèn chặt

kg/m3

1628

Lượng hạt trên 10mm

%

0,00

Hàm lượng hạt qua sàng
0,075mm

%

0,20

Độ hấp thụ nước

%

2,30

Hàm lượng

%

0,001

Hàm lượng tạp chất hữu cơ
(Phương pháp so màu)
Hàm lượng bụi, bùn sét

%

ASTM C40–99

Bằng màu số 5

TCVN 7572 – 8:2006

0,95

VLXD-Cốt liệu cho bê-tông

7-43

11