Ảnh hưởng của mô đun độ lớn của cát và thành phần vật liệu đến tính chất của vữa xây dựng

Ảnh hưởng của mô đun độ lớn của cát
và thành phần vật liệu đến tính chất của vữa xây dựng
Effect of modulus of sand and material composition to properties of mortar
Nguyễn Duy Hiếu, Trương Thị Kim Xuân

Tóm tắt
Tính chất của vữa xây dựng không
chỉ phụ thuộc cấp phối của nó mà
còn chịu ảnh hưởng của mô đun độ
lớn của cát. Theo đó, khi tính toán
và chọn cấp phối vữa để đạt độ dẻo
của hỗn hợp và cường độ thiết kế cần
quan tâm đến mô đun của cát. Bài
báo này trình bày kết quả nghiên cứu
thực nghiệm xác định quan hệ toán
học giữa mô đun của cát và cấp phối
đến độ dẻo của hỗn hợp và cường độ
đặc trưng của vữa đóng rắn, từ đó xác
định được mức độ ảnh hưởng của các
biến và định hướng thành phần tối
ưu cho vữa theo yêu cầu thiết kế.
Từ khóa: Cường độ (Rn); Độ dẻo (D); Mô
đun độ lớn của cát (Mđl); Tỷ lệ nước–xi
măng (N/X); Tỷ lệ xi măng-cát (X/C)

1. Đặt vấn đề
Hỗn hợp vữa là một hệ đa phân tán nhiều cấu tử nhận được sau khi trộn hỗn hợp xi
măng và cốt liệu nhỏ với nước, có thể xem hỗn hợp vữa như một hệ gồm hai pha là hồ xi
măng và cốt liệu; tính chất của vữa phụ thuộc vào cấu trúc và tính chất của vật liệu thành
phần [2]. Việc cho cốt liệu nhỏ (cát) vào hồ xi măng gây ảnh hưởng quan trọng đến tính
chất của vữa, mô đun độ lớn của cát ảnh hưởng quyết định đến bề mặt riêng của nó, qua

đó gây tác động đến những lớp hồ xi măng gần nhất.
Việc lựa chọn được vật liệu và cấp phối vữa phù hợp, độ lưu động và cường độ của
vữa đạt yêu cầu ở mức cao, tạo tiền đề để đảm bảo tốt nhất các tính năng làm việc của
vữa trên kết cấu công trình là rất quan trọng. Mô tả được những tính chất của hỗn hợp
vữa, cường độ của vữa và sự phụ thuộc của chúng vào các yếu tố khác nhau, điều khiển
được quá trình chế tạo, phương pháp thi công và cứng rắn của vữa là một vấn đề rất
quan trọng. Đã có nhiều nghiên cứu về ảnh hưởng của vật liệu và cấp phối đến các tính
chất của vữa xây dựng [2], và trên cơ sở đó đã hình thành các tiêu chuẩn khác nhau về
Bảng 1. Thành phần hạt của các loại cát sử dụng.
Cát vàng, C1
Kích thước lỗ
sàng, mm

Abstract
The properties of mortar not only depend
on its material composition but also on
the modulus of sand, accordingly when
calculating and selecting motar aggregate
to achieve the plasticity of the mixture
and the designed strength of the mortar
should pay attention to the modulus of
sand. This paper presents the results of
empirical studies that determine the
mathematical relationship between
component, modulus of sand, the
plasticity of the mixtures and the strength
of the harded mortar, thus identifying the
degree of the influence of the variables
and the optimum component orientation
for the mortar according to the design

requirements.
Keywords: Compressive strength; Plasticity;
Fine modulus of sand; Ratio of water to
cement; Ratio of sand to cement
PGS.TS. Nguyễn Duy Hiếu
Khoa Xây dựng
Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội
Email:
ThS. Trương Thị Kim Xuân
Khoa Xây dựng
Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội
Email:

Cát vàng, C2

Lượng sót
riêng biệt, %

Lượng sót
tích lũy, %

Lượng sót
riêng biệt, %

Lượng sót
tích lũy, %

ai

Ai

ai

Ai

0

0

9.5

9.5

2.5
1.25

0

0

18.6

28.1

0.63

8.3

8.3

29.8

57.9

0.315

34.5

42.8

30.5

88.4

0.14

26

68.8

8.0

96.4

<0.14

31.2

100

3.6

100

Bảng 2. Tính chất cơ lý của các loại cát sử dụng.
Giá trị

Chỉ tiêu

Đơn vị

Cát C1

Cát C2

Phương pháp thí
nghiệm

Khối lượng riêng

g/cm3

2.67

2.67

TCVN 7572-4:2006

3

1484

1526

TCVN 7572-6:2006

Khối lượng thể tích xốp

kg/m

Độ hút nước

%

0.5

0.83

TCVN 7572-4:2006

Mô đun độ lớn, Mđl

-

1.20

2.80

TCVN 7572-2:2006

Hàm lượng bùn, sét

%

0.4

1.07

TCVN 7572-8:2006

Bảng 3. Tính chất cơ lý của xi măng Vicem Bút Sơn PCB30.
TT

Chỉ tiêu

Đơn vị

Giá trị

1

Khối lượng thể tích

kg/m3

1005

3

2

Khối lượng riêng

g/cm

3,09

3

Lượng sót sàng trên sàng No009

%

4,2

4

Nước tiêu chuẩn

%

28

Thời gian bắt đầu đông kết

Phút

125

5

Thời gian kết thúc đông kết
6

Cường độ chịu nén tuổi 3 ngày
Cường độ chịu nén tuổi 28 ngày

220
MPa

22,8
39,0

S¬ 28 - 2017

17


KHOA H“C & C«NG NGHª
vữa xây dựng [5], [9], [10]; Tuy nhiên những công trình này
có hạn chế là chỉ được thực hiện bằng phương pháp thực
nghiệm cổ điển, dĩ nhiên không thể mô tả đầy đủ và định
lượng đủ độ tin cậy các mối tương quan trong hệ. Bởi vậy,
hiện nay việc lựa chọn cấp phối vữa xi măng - cát chủ yếu
là tra theo bẳng có sẵn, hoặc tính toán sơ bộ lượng dùng xi
măng sau đó tra bảng tìm cốt liệu [1], [2]. Những bảng tra này
được tổng kết từ các thực nghiệm chỉ có ý nghĩa nhất định
khi điều kiện thực tế gần với điều kiện thí nghiệm, do đó để tối
ưu được cấp phối vữa từ bảng tra là khó thực hiện, mặt khác
trong các bảng tra thường không đưa ra lượng dùng nước.

Những hạn chế nêu trên có thể được giải quyết nhờ xây
dựng hàm hồi quy toán học mô tả sự phụ thuộc của tính chất
vữa theo các biến cơ bản phản ánh bản chất cốt liệu và cấp
phối vữa. Bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm, có
thể thiết lập các hàm hồi quy mô tả mức độ và quy luật ảnh
hưởng của cấp phối (qua tỷ lệ X/C và N/X) và tính chất của
cốt liệu (qua mô đun độ lớn của cát Mđl) đến độ lưu động và
cường độ đặc trưng của vữa.
2. Chương trình thực nghiệm
2.1. Vật liệu sử dụng

2.2. Thiết lập ma trận thực nghiệm
Trên cơ sở các nghiên cứu đã có, định hướng sử dụng
phương pháp toán quy hoạch thực nghiệm bậc hai tâm xoay
[3]. Bằng lý thuyết và khảo sát thăm dò, đã lựa chọn các biến
độc lập và xác định được khoảng biến thiên phù hợp của
chúng. Ba biến thực là: tỷ lệ xi măng - cát theo thể tích xốp
(Z1=Vox/Voc) khoảng biến thiên: 0,25 – 0,33; tỷ lệ nước - xi
măng theo khối lượng (Z2=N/X) khoảng biến thiên 0,9 - 1,0;
mô đun độ lớn của cát (Z3= Mdl) khoảng biến thiên là 1,50 2,50. Các hàm hồi quy thực nghiệm quan tâm gồm: độ lưu
động của hỗn hợp vữa (độ chảy D); cường độ nén tuổi 28
ngày (Rn28). Các cấp phối vữa được tính toán trên cơ sở các
biến thực và phương trình thể tích tuyệt đối của vữa, trình
bày trong bảng 4.
3. Kết quả nghiên cứu và luận bàn
Kết quả thí nghiệm độ chảy và cường độ vữa được tập
hợp trong bảng 5.
Sử dụng phần mềm Maple 11.0 đã xác định được các
hàm hồi quy tương hợp theo biến mã (chỉ bao gồm các hệ
số có nghĩa):

Hàm hồi quy về độ chảy của hỗn hợp vữa:

- Xi măng PCB30 Vicem Bút Sơn, tính chất cơ lý như
bảng 3, thỏa mãn TCVN 6260: 2009 [7].

D = 142 + 21,61x1 + 15,72x2 + 31,08x3 + 14,14x32

- Nước sạch dùng cho sinh hoạt, thỏa mãn tiêu chuẩn
TCVN 4506: 2012 [8].
- Cát tự nhiên (cát vàng) thỏa mãn yêu tiêu chuẩn TCVN
7570:2006 [6], mô đun độ lớn và tính chất cơ lý như bảng 1
và bảng 2.
Từ hai loại cát này tính toán và chế tạo được hỗn hợp cát
có Mđl trong khoảng 1.2 – 2.8.

(1)

Hàm hồi quy về cường độ nén của vữa:
Rn28 = 7,8 + 1,48x1 +1,29x3 - 0,51x12 - 0,65x22

(2)

Trong đó, quan hệ giữa biến mã và biến thực như sau:
Z1 = 0,04x1 + 0,29; Z2 = 0,1x2 + 1,0; Z3 = 0,5x3 + 2,0
Trên cơ sở hàm (1) và (2) xây dựng được các bề mặt
biểu hiện quan hệ giữa hàm mục tiêu và các cặp biến khác
nhau như hình 1 và hình 2. Theo đó biến x3 (hay Mđl) có ảnh

Bảng 4. Ma trận quy hoạch thực nghiệm và cấp phối vữa
N

Biến mã
x1

x2

Biến thực
x3

Z1

Z2

Cấp phối vữa, (kg)
Z3

XM

C

N

1

1

1

1

0,33

1.10

2.50

351

1330

386

2

-1

1

1

0,25

1.10

2.50

301

1520

331

3

1

-1

1

0,33

0.90

2.50

378

1431

340

4

-1

-1

1

0,25

0.90

2.50

320

1618

288

5

1

1

-1

0,33

1.10

1.50

374

1243

412

6

-1

1

-1

0,25

1.10

1.50

324

1434

356

7

1

-1

-1

0,33

0.90

1.50

405

1344

364

8

-1

-1

-1

0,25

0.90

1.50

346

1533

312

9

1.682

0

0

0,36

1.00

2.00

389

1292

389

10

-1.682

0

0

0,22

1.00

2.00

298

1612

298

11

0

1.682

0

0,29

1.17

2.00

331

1356

383

12

0

-1.682

0

0,29

0.83

2.00

371

1522

308

13

0

0

1.682

0,29

1.00

2.84

335

1480

335

14

0

0

-1.682

0,29

1.00

1.16

372

1350

372

15

0

0

0

0,29

1.00

2.00

349

1432

349

16

0

0

0

0,29

1.00

2.00

349

1432

349

17

0

0

0

0,29

1.00

2.00

349

1432

349

18

0

0

0

0,29

1.00

2.00

349

1432

349

19

0

0

0

0,29

1.09

2.00

349

1432

349

20

1.44

0

0

0,29

1.00

2.00

349

1432

349

18

T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG


hưởng đồng biến (phi tuyến) lớn đến độ chảy của vữa, còn
biến x1 (hay Vox/Voc) và x2 (hay N/X) ảnh hưởng tuyến tính
đồng biến đến hàm mục tiêu ở mức độ thấp hơn biến x3;
cường độ nén của vữa đồng biến với x3 hay Z3, và có cực trị
so với các biến x1, x2 (hay Z1, Z2).
Căn cứ kết quả này còn có thể tối ưu cấp phối vữa theo
các mục tiêu độ chảy hoặc cường độ, cũng như có thể tính
toán hay lựa chọn được sơ bộ Z1 và Z2 theo Z3 (mô đun độ
lớn của cát) và cường độ vữa, từ đó xác định cấp phối sơ bộ
theo mô đun độ lớn của cát và mác vữa thiết kế. Bảng 6 thể
hiện các giá trị thích hợp của Z1 và Z2 theo Z3 đối với các mác
vữa từ M5 đến M10.

4. Kết luận
Mô đun độ lớn của cát (trong phạm vi nghiên cứu) ảnh
hưởng đồng biến và phi tuyến đến độ lưu động của hỗn hợp
vữa, ảnh hưởng đồng biến và bậc nhất đến cường độ của
vữa, trong đó mô đun độ lớn của cát có ảnh hưởng lớn hơn
so với tỷ lệ nước – xi măng và tỷ lệ xi măng – cát; trong miền
biến thiên của các biến, không tồn tại ảnh hưởng chéo giữa
các biến đến hàm mục tiêu.
Bằng kết quả này có thể lựa chọn thành phần hợp lý của
vữa xây dựng theo yêu cầu thiết kế về độ lưu động và cường

độ nén (hay mác vữa), trong đó có kể đến mô đun độ lớn
của cát.

Bảng 5. Kết quả thí nghiệm độ chảy của hỗn hợp vữa và cường độ vữa
N

x1

x2

x3

Z1

Z2

Z3

Độ chảy, D
(mm)

Cường độ nén,
Rn28 (MPa)

1

1

1

1

0,33

1,10

2,50

239

9,8

2

-1

1

1

0,25

1,10

2,50

179

5,1

3

1

-1

1

0,33

0,90

2,50

200

10,2

4

-1

-1

1

0,25

0,90

2,50

138

6,3

5

1

1

-1

0,33

1,10

1,50

161

5,6

6

-1

1

-1

0,25

1,10

1,50

120

3,8

7

1

-1

-1

0,33

0,90

1,50

116

7,0

8

-1

-1

-1

0,25

0,90

1,50

108

2,9

9

1,682

0

0

0,36

1,00

2,00

178

8,1

10

-1,682

0

0

0,22

1,00

2,00

122

4,7

11

0

1,682

0

0,29

1,17

2,00

176

5,5

12

0

-1,682

0

0,29

0,83

2,00

112

6,5

13

0

0

1,682

0,29

1,00

2,84

241

8,6

14

0

0

-1,682

0,29

1,00

1,16

120

5,3

15

0

0

0

0,29

1,00

2,00

131

7,6

16

0

0

0

0,29

1,00

2,00

135

7,5

17

0

0

0

0,29

1,00

2,00

155

7,8

18

0

0

0

0,29

1,00

2,00

138

8,2

19

0

0

0

0,29

1,09

2,00

160

9,1

20

0

0

0

0,29

1,09

2,00

142

6,8

Bảng 6. Định hướng cấp phối vữa theo mác vữa và mô đun độ lớn của cát
N

Biến thực

Tính chất của vữa

Z1

Z2

Z3

D, mm

Rn28, MPa

Mác vữa

1

0,35

1,09 - 1,17

1,16

175 - 187

6,2

M5

2

0,35

1,11 - 1,17

1,25

175 - 185

6,2

M5

3

0,35

1,12 - 1,17

1,50

175 - 182

6,7

M5

4

0,35

1,09 - 1,17

1,75

175 - 187

7,7

M7.5

5

0,35

1,01 - 1,17

2,00

175 - 199

8,9

M7.5

6

0,35

0,89 - 1,17

2,25

175 - 205

9,6

M7.5

7

0,35

0,83 - 1,17

2,50

175 - 205

9,7

M7.5

8

0,35

0,83 - 0,90

2,75

175 - 205

10,8

M10

9

0,35

0,83 - 0,90

2,84

175 - 205

11,1

M10

10

0,222

1,0 - 1,17

2,84

175 - 198

6,1

M5

11

0,362

1,0 - 1,17

2,84

175 - 205

10,4

M10

12

0,352

1,0 - 1,17

1,16

165 - 195

6,7

M5

S¬ 28 - 2017

19


KHOA H“C & C«NG NGHª

Hình 1. Bề mặt biểu hiện độ chảy của hỗn hợp vữa theo các biến

Hình 2. Bề mặt biểu hiện cường độ nén của vữa theo các biến

Tài liệu tham khảo
1. Nguyễn Bá Đỗ, Nguyễn Thọ Linh, Sổ tay dùng vữa, Nhà xuất bản
khoa học và kỹ thuật, Hà Nội – 2009.
2. Phùng Văn Lự, Vật liệu và sản phẩm trong xây dựng, NXB Xây
dựng, 2004.

6. TCVN 7570-2006, Cốt liệu cho bê tông và vữa xây dựng – Yêu
cầu kỹ thuật.
7. TCVN 6260: 2009, Xi măng pooc lăng hỗn hợp - Yêu cầu kỹ
thuật.
8. TCVN 4506: 2012, Nước dùng cho bê tông và vữa xây dựng.

3. Nguyễn Minh Tuyển, Quy hoạch thực nghiệm, NXB khoa học và
kỹ thuật, 2011.

9. ASTM C270, Standard Specification for Mortar for Unit
Masonry.

4. TCVN 3121: 2003, Vữa xây dựng – phương pháp thử.

10.EN 998:2003, Specifiction for mortar for masonry.

5. TCVN 4314: 2003, Vữa xây dựng – yêu cầu kỹ thuật.

Ảnh hưởng của độ mịn của bột đá vôi...
(tiếp theo trang 17)
4. Kết luận
Cùng hàm lượng BĐV sử dụng, bê tông dùng BĐV mịn
hơn (B13, B15) có độ chảy lớn hơn khi dùng BĐV thô hơn
(B44, B47).

BĐV mịn cải thiện cường độ bê tông, mức cải thiện và
tuổi cải thiện phụ thuộc độ mịn BĐV. BĐV B13, B15 cải thiện
cường độ sớm (1, 3 ngày) nhiều hơn BĐV B47, nhưng BĐV
B44, B47 lại cho hiệu quả cải thiện mác bê tông (tuổi 28
ngày) tốt hơn./.

Tài liệu tham khảo
1. Tăng Văn Lâm (2010), Nghiên cứu chế tạo bê tông hạt mịn chất
lượng cao dùng cho mặt đường sân bay, Luận văn Thạc sỹ,
Trường Đại học Xây dựng, Hà Nội.
2. Phạm Hữu Hanh, Tống Tôn Kiên (2009), Nghiên cứu chế tạo bê
tông hạt mịn sử dụng trong công trình biển, Luận văn thạc sỹ kỹ
thuật, Trường Đại học Xây dựng, Hà Nội.
3. Bazenov, Bạch Đình Thiên, Trần Ngọc Tính (2009), Công nghệ
Bê tông, Chương 12, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội.
4. Bùi Văn Bội, Vũ Đình Đấu (2000), Vi cốt liệu sử dụng trong xi
măng và bê tông, Trường Đại học Xây dựng, Tài liệu giảng dạy

Cao học ngành Vật liệu Xây dựng.
5. Gözde İnan Sezer, Oğuzhan Çopuroğlu, Kambiz Ramyar (2010),
“Microstructure of 2 and 28-day cured Portland limestone

20

cement pastes “, Indian Journal of Engineering & Materials
Sciences pp. 289-294
6. Daimon, Sakai (1998), Limestone Powder Application, Beijing,
China.
7. I. Soroka, N. Setter (1977), “The effect of fillers on strength of
cement mortars”, Cement and Concrete Research. 7(4),449-456.
8. Nguyễn Như Quý (2003), Nghiên cứu chế tạo bê tông tự lèn từ
vật liệu tại chỗ của Việt Nam.
9. Chen Yilan, Wen Ziyum (1998), Research on Activity of
Limestone for Cement Admixture, Beijing, China.
10.Lê Xuân Hậu (2016), Nghiên cứu ảnh hưởng của dải hạt cốt liệu
mịn đến tính công tác của bê tông, Luận văn Thạc sỹ, Đại học
Bách khoa Hà Nội.

T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG