CHƯƠNG III CỐT LIỆU AGGREGATES

CHƯƠNG
CHƯƠNG IIIIII- CỐT
CỐT LIỆU
LIỆU
AGGREGATES
AGGREGATES

1


CÁC NỘI DUNG CHÍNH
I.
II.
III.
IV.
V.
VI.
VII.
VIII.

Khái niệm chung
Các định nghĩa
Các loại đá tự nhiên
Nguồn gốc hình thành cốt liệu
Phương pháp khai thác và sản xuất
Các ứng dụng của cốt liệu
Các đặc tính của cốt liệu
Các yếu tố liên quan đến giải pháp tăng cường độ cho cốt
liệu
IX. Các tạp chất có hại
X.

Cách lấy mẫu
XI. Các thí nghiệm với cốt liệu
XII. Các biện pháp xử lý cốt liệu
XIII. Cốt liệu đặc biệt
2


I. KHÁI NIỆM CHUNG
• Định nghĩa: Cốt liệu là tập hợp các hạt có hình dạng, kích
thước khác nhau. Thuật ngữ “CỐT LIỆU” nói chung là để
chỉ các hạt khoáng có nguồn gốc từ đá. Ngoài ra có một số
vật liệu khác cũng được sử dụng như cốt liệu đó là xỉ
quặng, xỉ than, gạch vỡ, đá thải từ công nghệ khai thác mỏ.
• Nguồn gốc:
– Nó có thể được tìm thấy ngay trong tự nhiên hoặc có
được bằng cách nghiền từ các loại đá khối tự nhiên.
– Có thể là sản phẩm phụ hoặc là phế liệu thu được từ các
lĩnh vực sản xuất công nghiệp hay từ việc khai thác mỏ.

3


II. CÁC ĐỊNH NGHĨA
•
•

•

•

Cốt liệu thô: (1) Là loại cốt liệu mà phần lớn bị giữ lại trên sàng No.4
(4,76mm); hoặc (2) Là phần cốt liệu mà phần lớn bị giữ lại trên sàng No.4
(4,76mm). (Theo TCVN: Là các hạt có kích thước lớn hơn 5mm)
Cốt liệu mịn: (1) Là loại cốt liệu lọt toàn bộ qua sàng 3/8in., hầu như toàn bộ
lọt sàng No.4 (4,76mm) và phần lớn bị giữ lại trên sàng No.200 (74m); hoặc
(2) Là phần cốt liệu lọt toàn bộ qua sàng 3/8in., hầu như toàn bộ lọt sàng No.4
(4,76mm) và phần lớn bị giữ lại trên sàng No.200 (74m) (Theo TCVN: Là các
hạt có kích thước từ 0,14-5mm)
Sỏi: (1) Vật liệu có dạng hạt phần lớn bị giữ lại trên sàng No.4 (4,76mm), có
nguồn gốc từ đá tự nhiên bị phân hủy rồi mài mòn hay từ quá trình kết tụ cuội
kết; hoặc (2) Phần vật liệu có dạng hạt phần lớn bị giữ lại trên sàng No.4
(4,76mm), có nguồn gốc từ đá tự nhiên bị phân hủy rồi mài mòn hay từ quá
trình kết tụ cuội kết
Cát: (1) Vật liệu dạng hạt lọt toàn bộ qua sàng 3/8in., hầu như toàn bộ lọt sàng
No.4 (4,76mm) và phần lớn bị giữ lại trên sàng No.200 (74m), có nguồn gốc từ
đá tự nhiên bị phân hủy rồi mài mòn hay từ quá trình vỡ vụn của sa thạch; hoặc
(2) Phần vật liệu dạng hạt lọt toàn bộ qua sàng 3/8in., hầu như toàn bộ lọt sàng
No.4 (4,76mm) và phần lớn bị giữ lại trên sàng No.200 (74m), có nguồn gốc từ
đá tự nhiên bị phân hủy rồi mài mòn hay từ quá trình vỡ vụn của sa thạch,
Chú ý: Định nghĩa (1) áp dụng với loại cốt liệu sử dụng độc lập khai thác trong
điều kiện tự nhiên hoặc sau quá trình sản xuất. Định nghĩa (2) được áp dụng
với một phần của cốt liệu trong hỗn hợp cốt liệu nào đó.
4


II. CÁC ĐỊNH NGHĨA
• Sỏi bãi: Sỏi được tìm thấy dưới dạng các bãi bồi tự nhiên,
thường có lẫn với vật liệu mịn như là cát hoặc sét, hoặc các
loại đó với nhau; Các tên gọi sét sỏi, cát sỏi, sỏi sét, sỏi cát
chỉ ra tỷ lệ biến đổi các thành phần trong hỗn hợp.

• Sỏi nghiền: Sản phẩm thu được từ quá trình sản xuất nhân
tạo bằng cách nghiền sỏi lớn thành các hạt nhỏ hơn, như
vậy mỗi hạt nhỏ có ít nhất một mặt là chỗ nứt gãy từ hạt lớn.
• Đá nghiền (Dăm): Sản phẩm thu được từ quá trình sản xuất
nhân tạo bằng cách nghiền các loại đá khối, đá tảng, đá cuội
lớn, như vậy mỗi hạt đều có các mặt là chỗ nứt gẫy do quá
trình nghiền đá lớn.
• Xỉ quặng (xỉ lò cao): Là sản phẩm có tính phi kim loại, với
thành phần chủ yếu là SiO2 và SiO2.Al2O3 cùng với các thành
phần khác, thu được từ công nghệ sản xuất kim loại qua
việc nấu chảy quặng trong lò nung.
5


II. CÁC ĐỊNH NGHĨA

• Theo TCVN có hai nhóm cốt liệu
– Cốt liệu thô (>5mm): Sỏi, Dăm, Sỏi dăm
– Cốt liệu mịn (0,14-5mm): Cát

6


III. CÁC LOẠI ĐÁ TỰ NHIÊN
• Đá Macma: Được hình thành từ quá trình nóng chảy rồi nguội
lạnh đá. (VD: granit, điôrit, gabro, điabazơ, bazan, anđêzit, đá
bọt, tro hỏa sơn, ….)
• Đá Trầm tích: Được hình thành từ các hạt bồi tích lắng đọng
lại từ sự vận chuyển của nước, gió hay băng tan. Áp lực địa
tầng cùng với các vật liệu kết dính tác dụng kết hợp để tạo

thành đá. (VD: Đất sét, cát, sỏi, sa thạch, cuội kết, đá vôi
manhêzit, đá đôlômit, thạch cao, đá vôi, đá phấn,…)
• Đá Biến chất: Là đá mác ma hoặc đá trầm tích đã bị thay đổi
các yếu tố liên quan đến kiến trúc, cấu tạo hoặc thành phần
khoáng vật gây ra bởi sự gia tăng nhiệt độ, áp suất hoặc cả
hai. (VD: gơnai, đá hoa, đá quăczit, đá phiến,…..)

7


IV. NGUỒN GỐC HÌNH THÀNH CỐT LIỆU
VỎ TRÁI ĐẤT
Đá cứng (Đá gốc), Đất phong hóa từ đá gốc

VỠ VỤN
Là vì sự giãn nở, co ngót do nhiệt độ thay đổi

VẬN CHUYỂN
Lăn xuống sườn đồi do tác dụng của lực trọng trường
Hoặc mang đi xa do tác dụng của dòng nước hay dòng băng.

BỒI LẮNG  THÀNH BÃI CÁT, BÃI SỎI
Các hạt mới vỡ có bề mặt thô ráp, nhiều góc cạnh.
Các hạt được vận chuyển càng nhiều càng trở nên tròn nhẵn hơn.

8


IV. NGUỒN GỐC HÌNH THÀNH CỐT LIỆU

Đá Trầm tích

Đá Biến chất

Đá Macma

Cốt liệu đá nghiền
Cứng hóa

Phong hóa

Cát và sỏi
Lớp bồi tích
Vận chuyển và

Đất tàn tích

Bồi lắng

9


IV. NGUN GC HèNH THNH CT LIU CT
Theo GT HTL
1, Nguồn gốc:
- Cát thiên nhiên: Do đá bị phong hoá tạo ra. Dọc bờ biển nớc ta có nhiều
vùng cát đó là sản phẩm trầm tích của quắc zit dạng sa thạch.
- Cát nhân tạo: ợc nghiền từ đá, gạch, kêrmzit,...
2, Phân loại:

a, Theo kích thớc hạt

10


IV. NGUN GC HèNH THNH CT LIU CT
Theo GT HTL
b, Theo nguồn gốc

Do tác dụng lắng đọng khác nhau của các cỡ hạt nên cát ở thợng
nguồn dòng sông thng to, ở hạ nguồn và cát biển thờng nhỏ

* ở một số vùng biển nớc ta (Quảng Bỡnh, Nha Trang) có loại cát
trắng với hàm lợng SiO2 lớn (>90%), đây là loại cát quí dùng để
thí nghiệm xi mng và chế tạo thủy tinh. Nhiều khi cát lẫn với sỏi
tạo thành bãi cát đá hỗn hợp.
11


IV. NGUN GC HèNH THNH CT LIU
Theo GT HTL
1) ỏ si:
Do đá trầm tích phong hoá tạo thành, sau đó dới tác dụng cơ học
của nớc hỡnh thành nên các hạt có dạng tròn, dài, dẹt lẫn với cát ở khe núi,
bãi sông, bãi biển sinh ra sỏi khe núi, sỏi sông, sỏi biển.
ặc điểm: + ít cạnh góc, nhẵn mặt
+ ộ lu động cao --> Dễ thi công; Dính kết với XM kém -->
Rb thấp
2) ỏádm:
Sản xuất bằng cách nghiền từ các loại đá nh đá trầm tích, đá biến

chất,đá granit, đá vôi,.... rồi sàng qua các sàng có đờng kính khác
nhau
ặc điểm: + Nhiều cạnh góc, bề mặt nhám
+ ộ lu động kém ; Dính kết với XM tốt --> Rb cao.

12


V. PHƯƠNG PHÁP KHAI THÁC VÀ SẢN XUẤT
• KHAI THÁC DƯỚI NƯỚC: Đáy sông, đáy hồ
– Cách 1: Nạo vét bằng máy đào lên xà lan, vận chuyển về bờ, rồi
vận chuyển xuống thành bãi vật liệu.
– Cách 2: Bơm và chuyển qua ống đến xà lan hoặc trực tiếp vào
bờ.
– Vật liệu không thích hợp có thể phải bóc bỏ
– Vùng khai thác nói chung được quản lý bởi qui định của chính
phủ nhằm ngăn chặn những tác động đến dòng chảy tự nhiên và
bảo tồn khả năng lưu thông thủy.
– Nhiều khi những con kênh hay hải cảng có yêu cầu phải được
khơi sâu cho tàu bè đi lại thì nguồn cốt liệu được nạo vét từ đáy
có thể là nguồn rất có giá trị.

13


KHAI THÁC DƯỚI NƯỚC

14

V. PHƯƠNG PHÁP KHAI THÁC VÀ SẢN XUẤT

• KHAI THÁC TRÊN KHÔ:
– Khai thác từ các bãi, hố, mỏ tự nhiên bằng máy bốc xếp kiểu
gàu, xích kéo hay máy cào. Đất và cây cỏ phải được bóc bỏ
bằng máy ủi hoặc máy cào.
– Nếu sản xuất đá nghiền phải tiến hành nổ mìn, nghiền nhỏ rồi
sàng lọc thành các cỡ theo như mong muốn.

15


V. PHƯƠNG PHÁP KHAI THÁC VÀ SẢN XUẤT

Nổ mìn phá đá gốc

Máy khoan sử dụng ở mỏ khai thác đá dùng để khoan
lỗ
16
cho việc nổ mìn phá đá gốc, sản xuất cốt liệu


V. PHƯƠNG PHÁP KHAI THÁC VÀ SẢN XUẤT

Sản xuất cốt liệu yêu cầu máy nghiền đá, máy sàng
và
17
băng tải để nghiền nhỏ, phân cỡ, và vận chuyển vật

VI. CÁC ỨNG DỤNG CỦA CỐT LIỆU
CỐT LIỆU DÙNG LÀM LỚP ĐỆM, LÓT NỀN

18


VI. CÁC ỨNG DỤNG CỦA CỐT LIỆU
CỐT LIỆU DÙNG LÀM VẬT LIỆU THẤM VÀ LỌC

• Khả năng thấm tốt nhất đạt được khi sử dụng cốt liệu có kích
thước lớn và đều hạt. Cả hai đặc tính đó đều tạo nên những
lỗ rỗng lớn dẫn đến kết quả là nước có thể chảy qua dễ dàng.
Những lỗ rỗng này sẽ phải được điền đầy bằng các hạt nhỏ
hơn để có thể đạt được cường độ cao nhất cho nó. Do đó, khả
năng thấm tốt và cường độ cao là hai tính chất không thể
cùng đạt được.

19


VI. CÁC ỨNG DỤNG CỦA CỐT LIỆU
CỐT LIỆU DÙNG LÀM VẬT LIỆU THẤM VÀ LỌC

• Một tầng lọc làm bởi cốt liệu được thiết kế và thi công với
tiêu chí giữ lại các hạt lớn hơn một kích cỡ nào đó trong khi
nước vẫn phải chảy qua được tầng lọc. Sơ đồ một hệ thống
lọc như trên hình vẽ với mỗi lớp được giữ cố định lại ở một
vị trí bởi lớp kề bên là các hạt có kích thước lớn hơn và bản
thân lớp này lại có thể giữ lại những hạt nhỏ hơn nó. Kích
thước và cấp phối hạt là yếu tố quan trọng nhất đối với một

tầng lọc.
• Kích thước hạt phải thỏa mãn sao cho lỗ rỗng giữa chúng
phải nhỏ hơn bản thân các hạt ở tầng lọc, đồng thời phải nhỏ
hơn các hạt bị giữ lại. Tuy nhiên chúng cũng phải đủ lớn để
cho phép nước có thể chảy qua được dễ dàng.
20


VI. CÁC ỨNG DỤNG CỦA CỐT LIỆU
CỐT LIỆU DÙNG LÀM VẬT LIỆU THẤM VÀ LỌC

• Khả năng thấm qua một tầng lọc bằng
cát có thể được xác định gần đúng
bằng công thức của Hazen. Hệ số thấm
được ký hiệu là k với đơn vị là cm/s.
k  (D10)2
• Trong đó: k- Hệ số thấm (cm/s)
D10- Kích thước hiệu quả xác định
dựa vào đường cong cấp phối (mm)
• VD: Xác định hệ số thấm k cho cát rửa
lọc có kích thước hiệu quả D10 là
0,5mm.
k  (0,5)2  0,25cm/s

Các hạt cốt liệu trong tầng lọc được
giữ ổn định theo chiều dòng nước
21


VI. CÁC ỨNG DỤNG CỦA CỐT LIỆU

• Cốt liệu dùng làm vật liệu đắp đập, đắp đê kè, bờ ao trữ
nước, giữ chân tường…. chống xói
• Cốt liệu dùng để sản xuất gạch, bê tông, vữa xây dựng, ….

22


VII. CÁC ĐẶC TÍNH CỦA CỐT LIỆU
Cốt liệu có những khả năng ứng dụng khác nhau trong lĩnh vực
xây dựng như: Kè bờ, làm lớp đệm cho đường, nhà, sản xuất bê
tông, làm vật liệu cho tầng lọc,..do đó cần phải có những đặc tính
liên quan đến các vai trò ứng dụng đó.
1- Trọng lượng: Trọng lượng là nhân tố quan trọng đối với một số trường hợp, ví
dụ như đổ đá chạy dọc theo mép nước để bảo vệ bờ khỏi bị xói, hay khi các lớp
đá được xếp để ngăn chặn xói mòn mái đất và khi đá dùng để chắn sóng được
làm thành các rọ đá.
2- Khả năng chống lại sự thay đổi thời tiết, đặc biệt là sự đóng và tan băng của
các hạt: Khả năng chống lại tác động phong hóa để duy trì tuổi thọ là cần thiết
đối với bất kỳ loại cốt liệu nào trừ trường hợp cốt liệu chỉ sử dụng bên trong
nhà. Tính chất biểu thị khả năng chống lại tác động phong hóa gọi là tính bền.
3- Cường độ kháng nén của toàn khối: Cường độ của khối là yếu tố cần thiết nếu
cốt liệu được sử dụng với vai trò làm phần nền đỡ cho trọng lượng của công
trình như một ngôi nhà, đoạn đường ống, đoạn đường, hay khi nó được sử
dụng trong thành phần của bê tông xi măng hay bê tông nhựa.
23


VII. CÁC ĐẶC TÍNH CỦA CỐT LIỆU
4- Khả năng chống lại tác động nứt, vỡ hay kéo đứt của các hạt rời: Cường độ

của từng hạt chống lại khả năng bị nứt, vỡ hay bị kéo đứt là quan trọng khi cốt
liệu được sử dụng để chống lại tác dụng của tải trọng lớn. Ứng suất trên một
hạt có thể làm nứt hay vỡ nó, tạo cơ hội cho các hạt kế bên dịch chuyển. Sự
phá hoại của quá nhiều hạt đủ gây ra sự phá hoại của toàn bộ cấu trúc.
5- Khả năng chống lại sự hao mòn gây ra bởi ma sát và mài mòn các hạt:
– Cốt liệu cũng có thể phải chịu các tác động ma sát và mài mòn trong quá
trình công nghệ, gia công và cả trong quá trình sử dụng. Cốt liệu có thể bị
vỡ bởi các thiết bị chất tải, các thiết bị sàng lọc hoặc ngay trên các băng
chuyền. Nếu cốt liệu không có đủ khả năng chịu được sự mài mòn sẽ tạo ra
những hạt vỡ kích thước nhỏ, và các hạt ban đầu trong chừng mực nào đó
trở nên nhỏ và tròn hơn. Kết quả là kích thước, hình dạng và cấp phối hạt
sẽ bị thay đổi so với dự định ban đầu.
– Phần cốt liệu trên bề mặt của tất cả các loại đường đều phải chịu được tác
động mài mòn gây ra do bánh xe các phương tiện giao thông đi lại.
– Các hạt cốt liệu trong thành phần của bê tông nhựa chịu tác động mài mòn
do đường nhựa liên tục có chuyển vị dưới tác động của trọng lượng các
phương tiện giao thông làm cho các hạt có sự ma sát với nhau.
24


VII. CÁC ĐẶC TÍNH CỦA CỐT LIỆU
6- Lực bám dính hay khả năng gắn kết với chất kết dính: Cốt liệu
dùng cho việc sản xuất bê tông cần phải có khả năng bám dính và
gắn kết tốt với phần xi măng bao ngoài.
7- Khả năng chống thấm của toàn khối hay khả năng cho nước
thấm qua, mà không làm suy giảm cường độ hoặc dịch chuyển
các hạt: Quan trọng đối với cốt liệu dùng làm tầng thấm và lọc.

25