Bài giảng vật liệu xây dựng chương II TS nguyễn quang phú

• Cường độ kháng nén của toàn khối cốt liệu được sử dụng với vai trò làm phần nền đỡ cho trọng lượng của công trình.. • Khả năng chống thấm của toàn khối hay khả năng cho nước thấm qua

Chương II Cốt liệu

I KHÁI NIỆM

- Khái niệm cốt liệu: cát, sỏi, đá dăm, xỉ quặng, xỉ than, gạch vỡ…

- Lĩnh vực XD nào sử dụng nhiều cốt liệu? (XD dân dụng; Thủy

lợi; Giao thông)

- Cốt liệu dùng trong các công việc nào?

- Theo ASTM C125

Cốt liệu thô: D>4,76 mm (sàng No.4): Sỏi, đá dăm

Cốt liệu mịn: 74 m<D<4,76 mm (No.200<D<No.4): Cát

- Hiện nay, ở một số nước không phân biệt cốt liệu lớn và cốt liệu

nhỏ mà gọi chung là cốt liệu

- VN sử dụng

TCVN 7570-2006: cốt liệu cho bê tông và vữa - yêu cầu kỹ thuậtTCVN7572-2006: cốt liệu cho bê tông và vữa - phương pháp thử

Khớp nối đồng chữ E và Omega giữa hai tấm bản mặt phía dưới bản chân

Kích thước bộ sàng chuẩn (TC Mỹ - ASTM E11)

Ký hiệu sàng Mắt sàng danh nghĩa

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.

• KHAI THÁC DƯỚI NƯỚC

• 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

N mìn phá đá g c ổ mìn phá đá gốc ốc

Máy khoan s d ng m khai thác đá dùng đ khoan ử dụng ở mỏ khai thác đá dùng để khoan ụng ở mỏ khai thác đá dùng để khoan ở mỏ khai thác đá dùng để khoan ỏ khai thác đá dùng để khoan ể khoan

lỗ

cho vi c n mìn phá đá g c, s n xu t c t li uệc nổ mìn phá đá gốc, sản xuất cốt liệu ổ mìn phá đá gốc ốc ản xuất cốt liệu ất cốt liệu ốc ệc nổ mìn phá đá gốc, sản xuất cốt liệu

II PHƯƠNG PHÁP KHAI THÁC VÀ SẢN XUẤT

S n xu t c t li u ản xuất cốt liệu ất cốt liệu ốc ệc nổ mìn phá đá gốc, sản xuất cốt liệu

yêu c u máy nghi n ầu máy nghiền ền

đá, máy sàng và băng t i đ nghi n ản xuất cốt liệu ể khoan ền

nh , phân c , và ỏ khai thác đá dùng để khoan ỡ, và

v n chuy n v t li u ận chuyển vật liệu ể khoan ận chuyển vật liệu ệc nổ mìn phá đá gốc, sản xuất cốt liệu

II PHƯƠNG PHÁP KHAI THÁC VÀ SẢN XUẤT

• Trọng lượng

• Khả năng chống lại sự thay đổi thời tiết, đặc biệt là sự đóng

và tan băng của các hạt (Tính chất biểu thị khả năng chống

lại tác động phong hóa: tính bền).

• Cường độ kháng nén của toàn khối (cốt liệu được sử dụng

với vai trò làm phần nền đỡ cho trọng lượng của công trình).

• Khả năng chống lại tác động nứt, vỡ hay kéo đứt của các hạt rời.

• Lực bám dính hay khả năng gắn kết với chất kết dính.

• 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.

• Khả năng chống lại sự hao mòn gây ra bởi ma sát và mài

mòn các hạt

IV CÁC BIỆN PHÁP TĂNG CƯỜNG ĐỘ CHO CỐT LIỆU

• Để cải thiện cường độ cốt liệu phải tăng được khả năng kháng cắt và tăng độ chặt của cốt liệu:

1→ Cấp phối cốt liệu

Dùng cốt liệu

có cấp phối tốt

để tăng độ chặt cho cốt liệu

IV CÁC BIỆN PHÁP TĂNG CƯỜNG ĐỘ CHO CỐT LIỆU

Tác động lu rung làm chặt cốt liệu

3 → Kích thước lớn nhất của cốt liệu

4 → Hình dạng và bề mặt hạt của cốt liệu (Các hạt có dạng nhiều mặt vỡ, tăng lực ma sát

giữa các hạt với nhau)

IV CÁC BIỆN PHÁP TĂNG CƯỜNG ĐỘ CHO CỐT LIỆU

• Một số chất pha trộn thêm với cốt liệu: sét, muối, vôi, xi

măng pooclăng, bitum.

- Sét: Cường độ tạo ra bởi sự dính kết được tăng cường thêm

vào cường độ kháng cắt của cốt liệu Đất sét trong trường hợp này đóng vai trò như dạng xi măng hay hồ dính

- Muối CaCl 2 hay NaCl: Lớp màng muối bao quanh làm tăng

thêm sức căng bề mặt so với trường hợp các hạt cốt liệu ở

độ ẩm thông thường và do đó nó làm tăng thêm tính dính giữa các hạt Tính dính tăng lên, tỷ trọng tăng lên chính là yếu

tố làm cho cường độ tăng lên

- Vôi: (trộn 2-4% CLiệu):

- Nó phản ứng với sét làm cho các hạt kết hợp lại với nhau tạo thành những hạt lớn hơn, cho sản phẩm có cấp phối tốt hơn đối với cốt liệu có chứa quá nhiều sét.

- Vôi cũng có thể làm cứng hóa một khối bằng cách phản ứng với silic và nhôm trong sét và cốt liệu (SP: CaO.SiO 2 và CaO.Al 2 O 3 ).

- Xi măng: Xi măng pooclăng hay nhựa bitum có thể

được dùng để trộn vào lớp đệm cốt liệu làm tăng thêm cường độ của nó

- Sản xuất bê tông: Bê tông là dạng cốt liệu được gia

cường bằng hồ xi măng pooclăng hoặc nhựa bitum

V CÁC ỨNG DỤNG CỦA CỐT LIỆU

• CỐT LIỆU DÙNG LÀM LỚP ĐỆM CHO ĐƯỜNG

• CỐT LIỆU DÙNG LÀM VẬT LIỆU THẤM VÀ LỌC

Các h t c t li u trong t ng l c đạt cốt liệu trong tầng lọc được ốc ệc nổ mìn phá đá gốc, sản xuất cốt liệu ầu máy nghiền ọc được ược c

gi n đ nh theo chi u dòng nữ ổn định theo chiều dòng nước ổ mìn phá đá gốc ịnh theo chiều dòng nước ền ước c

• 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 (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)

V CÁC ỨNG DỤNG CỦA CỐT LIỆU

• CỐT LIỆU DÙNG LÀM VẬT LIỆU LÁT NỀN.

• CỐT LIỆU DÙNG ĐỂ SẢN XUẤT BÊ TÔNG, VỮA XÂY DỰNG.

• CỐT LIỆU DÙNG LÀM VẬT LIỆU ĐẮP ĐẬP, ĐẮP ĐÊ KÈ, VẬT LIỆU XÂY, VẬT LIỆU TRANG TRÍ….

1 Các tiêu chuẩn:

• Cốt liệu cho bê tông và vữa phải thoả mãn những điều qui

định trong TCVN 7570-2006 và TCVN 7572 (1-20)-2006

(Ngoài ra, tham khảo TCVN 1770-1986 và TCVN 1771-1987).

• Ngoài ra, cát dùng cho bê tông Thủy công: 14 TCN 68-2002;

đá dăm và sỏi dùng cho bê tông Thủy công: 14 TCN 70-2002.

• Khi sử dụng cát mịn làm bê tông thì cần tuân thủ các yêu cầu

qui định riêng trong TCXD 127-1985.

– XĐ hàm lượng bùn, bụi, sét và hàm lượng sét cục trong cát:

TCVN 7572-8: 2006

– XĐ hàm lượng tạp chất hữu cơ: TCVN 7572-9: 2006

– XĐ cường độ và hệ số mềm hóa của đá gốc:

liệu

– XĐ hàm lượng clorua: TCVN 7572-15: 2006

Tạp chất vùng nước Bê tông

biến đổi

Bê tông ở dưới nước và bên trong công trình

Bê tông ở trên mặt nước

Tạp chất hữu cơ Mầu dung dịch không thẫm hơn mầu chuẩn Khi mầu

thẫm hơn, phải thi nghiệm cát đó trong vữa xi măng-cát Các hợp chất sunfat và sunfit (tính

đổi ra SO 3 ), tính bằng % khối lượng

Đá Ôpan và các biến thể vô định hình

khác của silic ôxit Thông qua thí nghiệm xác định khả năng phản ứng kiềm- silic Hàm lượng mica, tính bằng % khối

G a

G



5 Thành phần hạt của cát

• Định nghĩa: Cấp phối hạt là tỷ lệ tính theo phần trăm về

khối lượng của các cỡ hạt có đường kính khác nhau chiếm

trong cát

• Chú ý: Nếu thành phần hạt của cát không đạt yêu cầu, cần

xử lý bằng các cách sau:

– Thêm một tỉ lệ thích hợp các cỡ hạt cần thiết.

– Trộn thêm một hoặc hai loại cát khác với tỉ lệ thích hợp

để đạt được cát hỗn hợp có thành phần hạt đạt yêu cầu

(Tham khảo phụ lục 1: 14 TCN 69-2002 hoặc GTr

6 Yêu cầu chung của đá dăm, sỏi, sỏi dăm

• Tùy theo độ lớn của hạt, đá dăm, sỏi, sỏi dăm được phân ra các cỡ hạt:

5-10mm; 10-20mm; 20-40mm; 40-70mm; > 70mm

Theo sự thỏa thuận giữa các bên, cho phép cung cấp đá dăm sỏi, sỏi dăm ở dạng hỗn hợp 2 hoặc hơn 2 cỡ hạt liên tiếp nhau.

• Hàm lượng hạt thoi, dẹt trong đá dăm, sỏi, sỏi dăm ≤ 35%

theo khối lượng

• Hàm lượng hạt mềm yếu và phong hóa < 10% theo khối lượng

Hàm lượng tạp chất Bê tông ở vùng mực nước thay đổi và bê tông ở trên

vùng mực nước thay đổi

bê tông ở dưới nước thường xuyên và bê tông ở bên trong công trình

8 Thành phần hạt của đá

• Đường kính lớn nhất (Dmax): Ai nhỏ hơn và gần 5% nhất

– Dmax < 1/3 kích thước nhỏ nhất của tiết diện

KT danh nghĩa lớn nhất của hạt

cốt liệu: D max , mm KL mẫu, không nhỏ hơn (kg)

Biểu đồ thành phần hạt của đá

KT (mm) A i (%)

Dmin 90-1000,5(Dmax+ Dmin) 40-70

1,25 Dmax 0

• Cốt liệu nhẹ: là loại có khối lượng đơn vị không lớn hơn

1120kg/m3 đối với loại cốt liệu mịn, không lớn hơn 880kg/m3 đối với cốt liệu thô và không lớn hớn 1040kg/m3 cho loại cốt liệu kết hợp giữa mịn và thô

Các loại cốt liệu nhẹ sử dụng cho việc sản xuất bê tông mà yếu

tố cường độ giữ vai trò quan trọng nhất: Sản phẩm thu được từ núi lửa ví dụ như đá bọt, tro, hay túp núi lửa, tất cả đều có chứa một

lượng lớn các bọt khí Những sản phẩm nhân tạo sản xuất bằng cách làm trương nở các loại vật liệu như xỉ lò cao, diatomit, tro bay,

phiến sét thủy tinh hay khoáng mica.

• Cốt liệu nặng: là loại có khối lượng riêng lớn hơn so với cốt liệu

thông thường, mặc dù chưa có một định nghĩa nào đưa ra ranh giới giữa cốt liệu nặng và cốt liệu thường Chúng được sử dụng chủ yếu

để sản xuất bê tông nặng Bê tông nặng cần thiết trong các trường hợp đặc biệt ví dụ như chống lại tác dụng của dòng nước chảy hay

để cân bằng một đối trọng lớn trên một cầu nâng Bê tông nặng cũng được sử dụng trong trường hợp chắn phóng xạ, hạt nhân, với loại này độ đặc càng lớn thì khả năng chặn càng cao