Bài giảng Vật liệu xây dựng - Chương 7: Cốt liệu cho bê tông

1Vật 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 7-2 CỐT LIỆU CHO BÊ-TÔNG VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-3 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 7-4 TỔNG QUAN VỀ CỐT LIỆU
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 2 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-5 TỔNG QUAN VỀ CỐT LIỆU - 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 7-6 Nguồn gốc
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 7-7 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 7-8 3 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-9 CÁC CHỈ TIÊU CỦA CỐT LiỆU
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 7-10 Kích thước tối đa Dmax - 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. VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-11 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 100 95 -100 80 -100 50 - 85 25 - 60 5- 30 0 -10 9,5 mm 4,75 mm 2,36 mm 1,18 mm 600 µm 300 µm 150 µm YC % hạt qua sàngCỡ sàng Của cốt liệu mịn theo ASTM C33 Cỡ sàng theo TCVN 2,5 mm 1,25 mm 630 µm 315 µm 140 µm và đáy VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-12 Kích thước hạt yêu cầu Của cốt liệu lớn theo ASTM 100 95 -100 25 - 60 0 - 10 0 - 5 37,5 mm 25,0 mm 12,5 mm 4,75 mm 2,5 mm YC % hạt qua sàngCỡ sàng - 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) 4 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-13 Vùng YC cốt liệu nhỏ, CÁT Vùng YC cốt liêu thô, ĐÁ, CÁT THÔ VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-14 Kích thước hạt trung bình: ∑ ∑ = i ii tb x xd d 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: 100 ∑ = iAM 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 7-15 - 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 2,2Modul cát220,93Khối lượng mẫu thí nhiệm (g) 100,00100,00100,004,2442,48<0,14 100,0090,0095,7626,39264,430,140 90,0065,0069,3731,83318,940,315 70,0035,0037,5420,20202,400,630 45,0015,0017,3414,42144,491,250 20,000,002,922,9229,262,500 0,000,000,000,000,005,000 %%%%Gmm Giới hạn dướiGiới hạn trênLượng sót tích lũyLượng sót trên từng sàngLỗ sàng VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-16 Đường cong tích lũy cát, Modun=2,2 5 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-17 Phân bố kích thước hạt
Tại sao lại dùng nhiều kích thước Quá sít chặt, ma sát lớn Mật độ <60%, XM và cốt liệu lấp đầy VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-18 TN 2 thành phần % độ đặc % độ rỗng % mịn % thô Sắp xếp tốt nhất 70-30 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-19 TN 3 thành phần Hạt mịn Hạt trung Hạt thô, 2/5mm Vùng sắp xếp tốt nhất, ít thay đổi Không cần quá nhiều hạt trung VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-20 Phân bố kích thước hạt Sắp xếp hợp lý nhất cấu trúc bê-tông THÔ = ? TRUNG = ? NHỎ = ? Tuy nhiên vẫn phải lựa chọn thành phần LIÊN TỤC từ thô  nhỏ 6 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-21 Phân bố kích thước hạt CÁT CÁT + ĐÁ NHỎ ĐÁ LỚN Vùng pbố liên tục kích thước cốt liệu THÔ TRUNG NHỎ VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-22 Ảnh hưởng của kích thước cốt liệu Thông qua tỉ lệ W/C, + Ảnh hưởng đến tính công tác của hỗn hợp bê tông + Ảnh hưởng đến cường độ, tính chống thấm của đá bê tông. Lượng nước nhào trộn Lượng XM sử dụng VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-23 Hình dạng, bề mặt Hình cầu Thoi, dẹt Lập phương Thoi, dẹt Hạt tròn nhẵn Hạt góc, cạnh Y/c lượng nước sử dụng Tính công tác, khả năng lèn 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 7-24 Hình dạng, bề mặt Nhận biết theo ASTM D4791, ASTM D 3398 7 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-25 Hàm lượng thoi dẹt cốt liệu thô
Hàm lượng hạt thoi dẹt trong cốt liệu thô được qui 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 7-26 Ảnh hưởng hình dạng và bề mặt hạt - Đến bê tông tươi: + Ảnh hưởng đến khả năng chảy + Ảnh hưởng đến khả năng tách nước phân tầng - Đến bêtông đóng rắn + Ảnh hưởng đến cường độ uốn và nén của bê tông, đặc biết là cường độ uốn. VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-27 Hàm lượng hạt mịn (sét, bụi bẩn) - Sét, bụi bẩn là những hạt rất mịn có kích thước < 75µm  Tiêu chuẩn xác định hàm lượng sét bụi bẩn: - Cát TCVN 343: 1986, ASTM C295 - Đá TCVN 1772:1987, ASTM C295, ASTM 1137  Hàm lượng sét bụi bẩn qui định: - Đối với cát từ 3 – 5% - Đối với đá không vượt quá 0,25 % VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-28 Ảnh hưởng của hàm lượng sét bụi bẩn - Ảnh hưởng đến lượng nước sử dụng→ Ảnh hưởng đến tính công tác và quá trình đóng rắn của bê tông tươi. - Tăng phản ứng kiềm cốt liệu. - Ảnh hưởng đến cường độ: + Làm giảm liên kết của vùng tiếp giáp giữa nền xi măng và cốt liệu + Phẩm chất của cốt liệu giảm 8 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-29 - Là khối lượng trên một đơn vị thể tích của cốt liệu có kể đến thể tích của phần lỗ rỗng sau: + Lỗ rỗng trong bản thân của cốt liệu + Lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu - Cốt liệu sử dụng cho bê tông thường có khối lượng thể tích từ 1200 – 1750kg/m3. - 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. KL riêng, thể tích, xốp ,đổ hỗng cốt liệu VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-30 - Phương pháp thử: TCVN 7572: 2006 cho cát hoặc đá - Khối lượng khối cốt liệu cân khô hoàn toàn, sau sấy - Khối lượng cốt liệu ẩm, ngâm nước lau khô mặt (đá) hay để phơi khô tự nhiên (khối cát) - Khối lượng cân ngâm trong nước KL riêng, thể tích, xốp ,đổ hỗng cốt liệu VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-31 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): 2006 hoặc ASTM C70, ASTM C127 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-32 Cốt liệu mịn, CÁT 9 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-33  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 hút nước và lượng ẩm bề mặt Độ co khô VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-34 Co nứt cốt liệu VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-35 Độ bền 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 Đến 9 9 – 11 11 – 13 13 – 15 15 – 20 - - - Đến 12 12 – 16 16 – 20 20 – 25 25 – 34 - - - - Đến 11 từ 11 đến 13 13 – 15 15 – 20 20 – 28 28 – 38 38 - 64 1400 1200 1000 800 600 400 300 200 Đá phún xuất phun trào Đá phún xuất xâm nhập và đá biến chất Đá trầm tích Độ nén đập ở trạng thái bão hòa nướcMác của đá dăm VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-36 - Mác của cốt liệu thô sử dụng trong bê tông ít nhất phải lớn hơn 1,5 lần so với mác của bê tông - Tùy theo mục đích sử dụng mà cốt liệu mà độ bền của cốt liệu 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 Độ bền cơ của cốt liêu thô 10 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-37  Độ mài mòn của cốt liệu thô trong tang quay Đến 20 20 – 30 30 – 45 45 – 55 Đến 25 25 – 35 35 – 45 45 – 55 Đến 30 30 – 40 40 – 50 50 – 60 Mn – I Mn – II Mn – III Mn – IV Sỏi dămĐá phún xuất biến chất và các đá trầm tích khác Đá trầm tích cacbonat Độ mài mòn, %Mác của đá dăm, sỏi và sỏi dăm  Độ chống va đập của cốt liệu trên máy thử va đập 40 – 49 49 – 74 Từ 75 trở lên Vd 40 Vd 50 Vd 75 Độ chống va đập trên máy thử va đập “ H.M “ Mác dăm, sỏi và sỏi dăm VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-38 PHẢN ỨNG ALKALI – CỐT LiỆU Là phản ứng giữa một số thành phần trong cốt liệu với dd NaOH, KOH, Ca(OH)2 trong bê tông. + Phản ứng alkali – silicat (ASR) VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-39 + Xuất hiện các vết nứt + Các vết nứt liên thông nhau và đóng kín lại + Tạo thành những mảnh vỡ nhỏ trên bề mặt + Bong tróc trên bề mặt Cơ chế phản ứng + Các hydroxit kiềm + các SiO2(gel, vđh) → gel (alkali – silicate) + Các gel hình thành khi gặp ẩm thì giản nở và làm xuất hiện vết nứt VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-40 PHẢN ỨNG ALKALI – CỐT LiỆU  Các yếu tố ảnh hưởng - Có SiO2 vô định hình trong cốt liệu - Độ pH trong các lỗ rỗng trong bê tông cao. - Độ ẩm đủ lớn  Các biện pháp làm giảm phản ứng alkali – silicate - 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 Thí nghiệm TCVN 7572-14:2006 11 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-41 PHẢN ỨNG ALKALI – 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 7-42 Sử dụng và tái chế cốt liệu VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-43 CÁC CHỈ TIÊU PHÂN TÍCH CỦA CỐT LiỆU 0,95TCVN 7572 – 8:2006%Hàm lượng bụi, bùn sét Bằng màu số 5ASTM C40–99 Hàm lượng tạp chất hữu cơ(Phương pháp so màu) 0,001%Hàm lượng 2,30%Độ hấp thụ nước 0,20%Hàm lượng hạt qua sàng0,075mm 0,00%Lượng hạt trên 10mm 1628kg/m3Khối lượng thể tích xốp lèn chặt 1436kg/m3Khối lượng thể tích xốp 2,63kg/m3Khối lượng riêng 2,65Tỉ khối xốp ở trạng thái báo hòa nước – khô bề mặt 23/230C Kết quảPhương pháp thửĐơn vịChỉ tiêu thí nghiệm