CHƯƠNG 2: CỐT LIỆU TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG

University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải

VẬT LIỆU XÂY DỰNG


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải

Câu hỏi:

Khái niệm Mác vật liệu? Mác vật liệu được xác định như thế nào?


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải

CHƯƠNG 2: CỐT LIỆU TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG
CHƯƠNG 2: CỐT LIỆU TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG

2.1.Khái niệm chung
Cốt liệu là các vật liệu rời nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo có thành phần hạt xác định, được sử dụng trong sản
xuất bê tông xi măng, vữa xây dựng, bê tông nhựa, làm nền đường sắt, đường bộ,...
Ví dụ: Cát, đá dăm, sỏi, bột khoáng,…

Cốt liệu được phân loại dựa trên kích cỡ hạt, theo nguồn gốc cốt liệu, theo khối lượng thể tích…


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải
PHÂN LOẠI CỐT LIỆU

Nguồn gốc

- Cốt liệu thiên nhiên:
Cát thiên nhiên,

sỏi,cấp phối thiên nhiên…

- Cốt liệu nhân tạo:
đá dăm,cát nghiền,

bột khoáng,cấp phối đá dăm…

- Cốt liệu lớn: kích thước hạt 5mm-70mm
Kích thước hạt

Khối lượng thể tích

- Cốt liệu nhỏ: kích thước hạt <5mm

- Cốt liệu nhẹ
- Cốt liệu nặng trung bình
- Cốt liệu nặng


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải

2.2. Cốt liệu trong xây dựng công trình giao thông
2.2.1. Cát

- Cát là cốt liệu nhỏ.
- Có thể là cát thiên nhiên hay cát nhân tạo.
+ Cát thiên nhiên: Hỗn hợp các hạt cốt liệu nhỏ được hình thành do quá trình phong hoá của các đá tự
nhiên.
+ Cát nghiền: Hỗn hợp các hạt cốt liệu kích thước nhỏ hơn 5 mm thu được do đập và hoặc nghiền từ đá.
- Sử dụng:
Cát được dùng để chế tạo bê tông xi măng, bê tông asphalt, vữa xây dựng…
- Cát có cỡ hạt từ 0,14mm đến 5mm theo TCVN; từ 0,15 đến 4,75mm theo tiêu chuẩn Mỹ (ASTM); từ 0,08
đến 5mm theo tiêu chuẩn Pháp.


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải

Thành phần hạt

Thành phần

Hàm lượng tạp

khoáng

chất

Chất
lượng cát


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải

Thành phần hạt của cát

 Thành phần hạt là tỷ lệ phần trăm khối lượng các hạt có kích thước xác định.
 

Thành phần hạt của cát được xác định bằng cách sàng 1000g cát khô trên bộ sàng tiêu chuẩn từ 5-0,14mm.
- Lượng sót riêng biệt trên từng cỡ sàng (ai) là tỷ lệ phần trăm khối lượng cát sót trên sàng (m i) so với tổng khối lượng cát đem đi
thí nghiệm (m)
ai=x100%
- Lượng sót tích lũy(Ai) trên mỗi sàng, là tổng lượng sót riêng biệt kể từ sàng lớn nhất đến sàng cần xác định a i
Ai= ai+…+a2,5


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải

Bộ sàng

Tủ sấy có điều chỉnh nhiệt độ


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải

Bộ sàng máy


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải

 Mô đun độ lớn (M

dl): là đại lượng không thứ nguyên, tính chính xác đến 0,1 theo công thức:

Mdl=
Căn cứ theo mô đun độ lớn, cát được phân ra các loại:
- Cát thô: Mdl trong khoảng từ lớn hơn 2,0 đến 3,3
- Cát mịn: Mdl trong khoảng từ 0,7 đến 2,0
Cát mịn dùng cho bê tông cấp thấp B15- B35
Bê tông cấp từ B35 trở lên phải sử dụng cát thô (Mdl>2,6)


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải

Yêu cầu về thành phần hạt của cát (TCVN 7570-2006)


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải

Hàm lượng sót tích lũy (Ai)

Biểu đồ thành phần hạt của cát

100
90
80
70

60
50
40
30
20
10
0

0

0.5

1

1.5

2

Kích cỡ mắt sàng (mm)

2.5

3


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải

Yêu cầu về thành phần hạt của cát dùng cho bê tông và vữa theo ASTM C144

 

№4

№8

№16

№30

№50

№100

№200

(mm)

4,75

2,36

1,18

0,6

0,3

0,15

0,075

Cát cho bê tông

(%)

95÷100

80÷100

50÷85

25÷60

10÷30

10÷30

-

Cát tự nhiên cho vữa

(%)

100

95÷100

70÷100

40÷75

10÷35

10÷35

-

Cát nghiền cho vữa

(%)

100

95÷100

70÷100

40÷75

20÷40

20÷40

0÷10

Kích thước
Loại cát

Ngoài ra để đánh giá độ lớn của cát, người ta còn dùng chỉ tiêu lượng nước yêu cầu hoặc thí nghiệm bề mặt riêng. Hạt càng nhỏ thì bề

mặt riêng càng lớn nên càng tốn xi măng bao bọc bề mặt hạt, hạt càng lớn thì các hạt càng khó trượt lên nhau nên cần nhiều nước và xi
măng để tạo cho hỗn hợp bê tông có độ dẻo phù hợp.


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải





Hàm lượng các tạp chất (sét cục và các tạp chất dạng cục; bùn, bụi và sét) trong cát được quy định trong
bảng sau:

Tạp chất hữu cơ trong cát khi xác định theo phương pháp so màu, không được thẫm hơn màu chuẩn.


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải

Thùng rửa cốt liệu trong thí nghiệm xác
Bình chứa và thang màu chuẩn trong thí nghiệm xác định tạp
chất hữu cơ

định hàm lượng bụi bùn sét


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải
2.2.2. Đá dăm, sỏi

Đá dăm (crushed rock) là cốt liệu lớn được sản xuất bằng cách đập và/hoặc nghiền đá.
Sỏi (gravel) là cốt liệu lớn được hình thành do quá trình phong hoá của đá tự nhiên.
Sỏi dăm (crushed gravel) là cốt liệu lớn được sản xuất bằng cách đập và/hoặc nghiền cuội, sỏi kích thước lớn.


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải

Kích thước hạt lớn nhất của cốt liệu lớn (Dmax) là kích thước danh nghĩa tính theo kích thước mắt sàng nhỏ
nhất mà không ít hơn 90 % khối lượng hạt cốt liệu lọt qua.

Kích thước hạt nhỏ nhất của cốt liệu lớn (Dmin) là kích thước danh nghĩa tính theo kích thước mắt sàng lớn
nhất mà không nhiều hơn 10 % khối lượng hạt cốt liệu lọt qua


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải
Thành phần hạt của đá dăm (kích thước hạt từ 5mm trở lên)

Cân một lượng mẫu thử đã được sấy khô với khối lượng phù hợp kích thước lớn nhất của hạt cốt liệu . Sàng cốt liệu trên bộ sàng
tiêu chuẩn theo thứ tự kích thước mắt sàng nhỏ dần từ trên xuống dưới lần lượt là: 100 mm; 70 mm; 40 mm; 20 mm; 10 mm; 5 mm
và đáy sàng.

Kích thước lớn nhất của hạt cốt liệu: Dmax

(mm)

10

20

40

70

> 70

Khối lượng mẫu (M), không nhỏ hơn

(kg)

5

5

10

30

50


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải
Yêu cầu về thành phần hạt của cốt liệu lớn(TCVN 7570-2006)

Tùy thuộc mục đích sử dụng (chế tạo bê tông xi măng, vữa, bê tông nhựa, xây dựng đường...), cốt liệu lớn phải có thành phần
hạt thỏa mãn quy định trong các Tiêu chuẩn về vật liệu cụ thể

University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải
Cường độ của đá



Cốt liệu lớn đóng vai trò bộ khung chịu lực chính trong bê tông hoặc trong các lớp mặt đường, vì vậy yêu cầu cốt
liệu lớn phải có đủ cường độ.



Đá làm cốt liệu lớn cho bê tông phải có cường độ thử trên mẫu đá nguyên khai hoặc mác xác định thông qua giá
trị độ nén dập trong xi lanh lớn hơn 2 lần cấp cường độ chịu nén của bê tông khi dùng đá gốc phún xuất, biến
chất; lớn hơn 1,5 lần cấp cường độ chịu nén của bê tông khi dùng đá gốc trầm tích.


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải

Xác định cường độ chịu nén của đá gốc
Từ các viên đá gốc, dùng máy khoan hoặc máy cắt để lấy ra 10 mẫu hình trụ, có đường kính và chiều cao từ 40 mm đến 50 mm,
hoặc hình khối lập phương có cạnh từ 40 mm đến 50 mm. Trong số này 5 mẫu dùng để thử cường độ nén ở trạng thái bão hòa nước,
5 mẫu thử cường độ nén ở trạng thái khô để xác định hệ số hóa mềm. Hai mặt mẫu đặt lực ép phải mài nhẵn bằng máy mài và phải
song song nhau.

 Cường độ nén (R ) của đá gốc, tính bằng MPa chính xác tới 0,1 MPa, theo công thức:
N

RN =
trong đó:

P

là tải trọng phá hoại của mẫu ép trên máy ép, tính bằng Niutơn (N);

F

2
là diện tích mặt cắt ngang của mẫu, tính bằng milimét vuông (mm ).


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải
Ngoài ra, cường độ (mác) của đá còn được xác định thông qua thí nghiệm nén một lượng cốt liệu lớn trong xi lanh bằng
thép và được gọi là độ nén dập.

Lấy mẫu và chuẩn bị mẫu
Sàng cốt liệu lớn các kích thước: từ 5 mm đến 10 mm; từ 10 mm đến
20mm; từ 20 mm đến 40 mm qua các sàng tương ứng với cỡ hạt lớn
nhất và nhỏ nhất của từng loại đá dăm (sỏi). Mẫu được lấy trên các sàng
nhỏ.
Nếu dùng xi lanh đường kính trong 75 mm thì lấy mẫu không ít hơn 0,5
kg. Nếu dùng xi lanh đường kính trong 150 mm thì lấy mẫu không ít
hơn 4 kg.


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải
Có thể dùng xi lanh đường kính trong 75mm với đá có kích thước từ 20mm trở xuống.
Khi dùng xi lanh đường kính 75 mm thì cân 400 g mẫu đã chuẩn bị ở trên, khi dùng xi lanh đường kính 150 mm thì cân 3 kg
mẫu

Mẫu đá dăm (sỏi) được đổ vào xi lanh ở độ cao 50 mm. Sau đó dàn phẳng, đặt pittông sắt vào và đưa xi lanh lên máy ép.
Tăng lực nén của máy ép với tốc độ từ 1 kN đến 2 kN trong một giây. Nếu dùng xi lanh đường kính 75 mm thì dừng tải trọng
ở 50 kN, với xi lanh đường kính 150 mm thì dừng tải trọng ở 200 kN.
Mẫu nén xong đem sàng bỏ hạt lọt qua sàng tương ứng với cỡ hạt được nêu trong bảng:

KÝch thư íc h¹t

KÝch th ưíc m¾t sµng

mm

mm

Tõ 5 ®Õn 10

1,25

Lín h¬n 10 ®Õn 20

2,50

Lín h¬n 20 ®Õn 40

5,00


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải
Độ nén dập của cốt liệu lớn (Nd), tính bằng phần trăm khối lượng, chính xác tới 1 %, theo công thức:

Độ nén dập trong xi lanh ở trạng thái bão hoà nước, % khối lượng
Mác đá dăm (MPa)
Đá trầm tích

Đá phún xuất xâm nhập và đá biến

Đá phún xuất

chất

phun trào

140

-

Đến 12

Đến 9

120

Đến 11

Lớn hơn 12 đến 16

Lớn hơn 9 đến 11

100

Lớn hơn 11 đến 13

Lớn hơn 16 đến 20

Lớn hơn 11 đến 13

80

Lớn hơn 13 đến 15

Lớn hơn 20 đến 25

Lớn hơn 13 đến 15

60

Lớn hơn 15 đến 20

Lớn hơn 25 đến 34

-

40

Lớn hơn 20 đến 28

-

-

30

Lớn hơn 28 đến 38

-

-

20

Lớn hơn 38 đến 54

-

-


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải

Sỏi và sỏi dăm dùng làm cốt liệu cho bê tông các cấp phải có độ nén dập trong xi lanh phù hợp với yêu cầu trong bảng
sau:

Độ nén dập ở trạng thái bão hoà nước,% khối lượng, ≤
Cấp bê tông
Sỏi

Sỏi dăm

Cao hơn 25 MPa

8

10

15 MPa ÷ 25 MPa

12

14

Thấp hơn 15 MPa

16

18