Bài giảng vật liệu xây dựng (đại học thủy lợi)

CHƯƠNG VI- CHẤT KẾT DÍNH HỮU CƠ VÀ BÊ TƠNG ASPHALT CÁC NỘI DUNG CHÍNH 6-1 Khái niệm phân loại Chất kết dính hữu I- Khái niệm II- Phân loại 6-2 Các tính chất bitum dầu mỏ I- Tính quánh (Nhớt) II- Tính dẻo III- Tính ổn định nhiệt IV- Tính ổn định Bitum mơi trường khơng khí V- Nhiệt độ bốc cháy 6-3 Khái niệm phân loại bê tông asphalt 6-4 Vật liệu chế tạo bê tông asphalt I- ðá II- Cát III- Bột khống IV- Bitum 6-5 Các tính chất bê tơng asphalt I- Cường độ II- Tính lưu biến III- ðộ mài mịn IV- Tính ổn định nước 6-6 Thiết kế thành phần bê tông asphalt 6-7 Chế tạo Thi công bê tông asphalt 6-1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI I Khái niệm CKD hữu hợp chất hidrocacbon cao phân tử với nguyên tố phi kim loại khác, tồn dạng rắn, dạng quánh hay dạng lỏng Tính chất lý thay ñổi theo nhiệt ñộ CKD hữu có khả liên kết tốt với bề mặt vật liệu rắn đá, cát, gạch, bê tơng, Tương đối ổn định tác dụng mơi trường khí Khơng hịa tan nước, hịa tan dung mơi hữu cơ, có tính dẻo, có khả chống thấm Do ứng dụng để xây dựng mặt đường, làm vật liệu ngăn nước CTTL khớp nối mềm, lớp phủ lòng hồ, lòng kênh dẫn nước ñể chống thấm,… II Phân loại CKD hữu thường gặp Bitum Grơng Bitum: Có hai loại - Bitum thiên nhiên: Thường tích tụ lịng hồ hay lẫn loại đá vơi, sa thạch,… - Bitum nhân tạo: Là sản phẩm công nghiệp dầu mỏ (Thơng dụng) Grơng: Là sản phẩm thu ñược công nghiệp luyện than ñá, chưng khô than bùn hay chưng khơ gỗ 6-2 CÁC TÍNH CHẤT CỦA BI TUM DẦU MỎ I Tính quánh (nhớt) bitum - KN: Tính quánh tính chất hạt bitum chống lại dịch chuyển tương ñối chúng tác dụng ngoại lực - Tính quánh phụ thuộc vào nhiệt độ mơi trường hàm lượng nhóm cấu tạo - Tính qnh có ảnh hưởng lớn đến tính chất học q trình công nghệ sản xuất loại vật liệu dùng CKD Bitum - Tính qnh xác định độ xun sâu kim tiêu chuẩn đường kính 1mm, khối lượng 100g, nhiệt ñộ 25oC, rơi tự 5s ðộ lún kim ký hiệu P, ño ñộ (1ñộ 0,1mm) ðộ xuyên sâu lớn chứng tỏ tính qnh bitum nhỏ 6-2 CÁC TÍNH CHẤT CỦA BI TUM DẦU MỎ II Tính dẻo - KN: Tính dẻo đặc trưng cho khả biến dạng bitum tác dụng ngoại lực - Tính dẻo phụ thuộc vào nhiệt độ mơi trường, hàm lượng nhóm cấu tạo thời gian tác dụng tải trọng - Tính dẻo xác định độ kéo dài máy nhiệt ñộ 25±0,5oC với tốc ñộ kéo dài 5cm/ph ðộ kéo dài lớn ñộ dẻo lớn 6-2 CÁC TÍNH CHẤT CỦA BI TUM DẦU MỎ III Tính ổn định nhiệt - Khi nhiệt độ tăng, bitum chuyển từ trạng thái rắn sang lỏng, ngược lại nhiệt độ giảm chuyển từ trạng thái lỏng sang rắn Trước chuyển sang trạng thái lỏng hay rắn phải qua trạng thái trung gian quánh - Nhiệt ñộ “hóa mềm” – tm ñiểm nhiệt ñộ làm cho bitum chuyển từ quánh sang lỏng - Nhiệt ñộ “hóa cứng” – tc điểm nhiệt độ làm cho bitum chuyển từ quánh sang cứng - tm-tc lớn biểu thị tính ổn định nhiệt độ bitum cao - Xð tm dụng cụ “vòng bi” Nhiệt độ làm cho viên bi rơi từ vịng chứa mẫu bitum thang A xuống chạm thang B tm - Xð tc dụng cụ ño ñộ xuyên kim ðiểm nhiệt ñộ làm cho kim xuyên vào bitum ñược 1o (tương ứng với 0,1mm) tc 6-3 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI BÊ TÔNG ASPHALT I Khái niệm - Bê tông asphalt vật liệu nhân tạo ñược chế tạo từ hỗn hợp hợp lý vật liệu: ðá, cát, bột ñá, bitum phụ gia cần thiết - Trong thành phần bitum, vật liệu ñá, cát, bột ñá ñược gọi chung cốt liệu hay vật liệu khống Chất kết dính hữu bitum thường dùng loại bitum dầu mỏ II Phân loại • Hỗn hợp bê tơng asphalt bê tơng asphalt phân loại theo đặc điểm sau: - Theo cơng dụng: Bê tơng asphalt chia bê tơng thủy cơng, bê tơng đường bê tơng sân bay, bê tơng để làm cho nhà cơng nghiệp nhà kho, bê tông cho lơp mái phẳng Ngồi cịn có loại bê tơng đặc biệt: bê tông cho lớp phủ bền axit bền kiềm (chế tạo từ cốt liệu bền hóa), bê tơng trang trí - Theo nhiệt độ thi cơng: Hỗn hợp bê tơng asphalt lớp phủ mặt đường chia loại nóng, ấm lạnh - Hỗn hợp nóng rải bắt ñầu làm ñặc nhiệt ñộ nhỏ 1200C Hỗn hợp thường dùng bitum có độ qnh:40/60, 60/90 90/130 - Hỗn hợp ấm ñược rải bắt đầu làm đặc nhiệt độ khơng nhỏ 700C với bê tông lỏng mác 130/200 - Hỗn hợp lạnh dùng bitum lỏng có độ qnh70/130 rải nhiệt độ khơng khí nhỏ 50C giữ nhiệt ñộ thường - Theo ñộ ñặc quánh (hoạc ñộ rỗng): Theo tiêu ñộ rỗng dư bê tơng asphalt chia loại: Loại đặc ñộ rỗng 2-7%; Loại rỗng có ñộ rỗng 6-12% loại rỗng có độ rỗng 12-18% Theo ñộ lớn hạt cốt liệu: Theo Dmax VL khống chia loại (Dmax≤40); Loại trung bình (Dmax≤20); Loại nhỏ (Dmax≤5) Theo tỷ lệ ñá cát: Có loại A, B, C, D, E Theo cường độ đá dăm, chất lượng bột khống: Bê tơng asphalt ñược chia loại I, II, III 6-4 Vật liệu chế tạo bê tông asphalt I ðá (dăm sỏi) Chất lượng ñá dăm hay sỏi (cường ñộ, tính đồng nhất, hình dạng, trạng thái bề mặt, thành phần hạt, …) có ảnh hưởng lớn đến chất lượng bê tông asphalt Các tiêu chất lượng đá dăm hay sỏi để chế tạo bê tơng asphalt quy định chế tạo bê tơng ximăng pooclăng Thành phần hạt ñá dăm hay sỏi ñược phân ba nhóm 2040; 10-20 5-10mm II Cát Có thể dùng cát tự nhiên hay cát nhân tạo với tiêu kỹ thuật phù hợp với quy phạm dùng cho bê tông ximăng pooclăng ðối với cát tự nhiên dùng cát lớn (Mñl≥2,5) cát vừa (Mđl=2-2,5) Nếu khơng có cát lớn dùng cát hạt nhỏ theo nguyên tắc cấp phối khơng liên tục III Bột khống Bột khống có bề mặt riêng lớn, có khả dàn mỏng màng bitum bề mặt, làm tăng lượng tương tác chúng, với bitum nhét ñầy lỗ rỗng hạt cốt liệu nên cường độ bê tơng asphalt tăng lên Bột khống loại bột mịn chế tạo từ đá vơi đá đơlơmit, cường độ chịu nén đá khơng nhỏ 200 daN/cm2 Vật liệu chết tạo bột khống cần sạch, khơng chứa tạp chất sét q 5% Bột khống cần phải khơ, xốp trộn với bitum khơng vón cục, có khả hút bitum tốt phải thỏa mãn yêu cầu sau: - ðộ nhỏ: lượng sót qua sàng có kich thước lỗ sàng: 1,25mm - 100%; 0,315mm ≥90%; 0,071mm ≥70% - Lượng bột khoáng hút hết 15g bitum mác 60/70 khơng nhỏ 40g - Tác dụng lí hóa bột khống với bitum xác định cách gần ñúng hệ số ưa nước (Ku) hạt khoáng kich thước nhỏ 1,25mm: tỷ số độ trườn nở bột khống nước (có cực) độ trương nở kêrơxin khử nước (khơng có cực) Bột khống ưa nước (có cực lớn với nước) có Ku>1, bột khống khơng ưa nước có Ku=mác 75 0,7 1,5 Sét, sét, tạp chất dạng cục 0 Lượng hạt lớn 5mm 0 Khối lượng thể tích xốp, kg/m3, khơng nhỏ 1150 1250 Hàm lượng muối sunfat, sunfit (tính SO3 theo khối lượng cát), không lớn 2 Hàm lượng bùn, bụi, sét bẩn, % khối lượng cát, không lớn 10 Lượng hạt nhỏ 0,14mm, % khối lượng cát, không lớn 35 20 mẫu hai mẫu chuẩn Môđun độ lớn, không nhỏ Hàm lượng tạp chất hữ cơ, theo phương pháp so mầu Thành phần hạt, cát phải đảm bảo cấp phối phù hợp với bảng 7-3 Bảng 7-3: Cấp phối hạt cát tiêu chuẩn dùng vữa xây II.3 Phụ gia Trong vữa dùng loại phụ gia bê tơng Phụ gia cho vào nhằm mục đích cải thiện tính chất định vữa Để tích kiệm lượng chất kết dính, làm giảm lượng nước nhào trộn, làm tăng độ dẻo, thường dùng số loại phụ gia hoạt tính bề mặt Khi cần tăng sản lượng hạ mác vữa thường dùng loại phụ ga vô đất sét, cát nghiền nhỏ, bột đá II.4 Nước Nước dùng để chế tạo vữa nước III Tính chất hỗn hợp vữa III.1 Độ dẻo hỗn hợp vữa (TCVN 3121-1979) * Khái niệm: Độ dẻo hỗn hợp vữa đặc trưng cho khả dễ hay khó nhào trộn, thi cơng, tính chất quan trọng đảm bảo suất thi công chất lượng khối xây Do vữa phải làm việc trạng thái dàn mỏng nên yêu cầu độ dẻo phải lớn * Các yếu tố ảnh hưởng đến độ dẻo: - Lượng dùng chất kết dính - Ảnh hưởng cốt liệu - Ảnh hưởng phụ gia - Ảnh hưởng mức độ trộn III.2 Độ phân tầng hỗn hợp vữa * Khái niệm: Phần tầng thay đổi tỷ lệ hỗn hợp vữa theo chiều cao khối vữa vận chuyển để lâu chưa dùng tới Độ phân tầng lớn chất lượng vữa * Phương pháp xác định, có phương pháp xác định độ phân tầng hỗn hơp vữa: - Phương pháp chấn động - Phương pháp lắng III.3 Khả giữ nước hỗn hợp vữa * Khái niệm: Vì vữa phải làm việc trạng thái dàn mỏng, diện tích tiếp xúc khơng khí lớn phải tiếp xúc vật liệu xây hút nước gạch, xốp, địi hỏi vữa phải có tính giữ nước tốt để đảm bảo độ dẻo q trình thi cơng, đảm bảo trình thủy hóa, rắn chất kết dính * Phương pháp xác định, dùng dụng cụ tạo chân không * Các yếu tố ảnh hưởng: - Tỷ lệ phối hợp thành phần vật liệu - Chất lượng vật liệu - Nếu sử dụng phụ gia tăng dẻo khả giữ nước hỗn hợp vữa tăng III.4 Cường độ * Khái niệm: Cường độ khả vữa chống lại phá hoại tải trọng Khả chịu nén vữa tốt nhất, cường độ chịu nén tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng loại vữa thông thường * Cách xác định: - Được xác định thí nghiệm mẫu vữa hình lập phương có cạnh 7,07cm Khi hỗn hợp vữa có độ dẻo nhỏ 4cm, mẫu đúc khuôn thép có đáy, cịn hỗn hợp vữa có độ dẻo lớn 4cm, mẫu đúc khuôn thép khơng có đáy Sau đúc xong mẫu bảo dưỡng điều kiện tiêu chuẩn Sau dưỡng hộ mẫu đủ ngày quy định đem nén Kết phép thử lấy trung bình cộng mẫu thử - Được xác định thí nghiệm nửa mẫu sau uấn (4 x x 16 cm) Để xác định cường độ chịu nén vữa người ta sử dụng nửa mẫu dầm sau chịu uấn, mẫu dầm có kích thước x x 16 cm Để chuyển giới hạn bền nén vữa xác định cách thử nửa mẫu dầm sang giới hạn bền nén xác định mẫu lập phương điều kiện dưỡng hộ chế tạo nhân với hệ số 0,8 cho mẫu vữa mác 100 Với mác vữa lớn 100 giới hạn bền nén mẫu lập phương Cường độ chịu kéo uấn xác định cách uấn gãy mẫu vữa hình dầm kích thước x x 16cm (TCVN 3121-1979) Dùng máy thủy lực tấn, đặt lực vị trí dầm gia tải mẫu bị phá hoại Cường độ chịu kéo uấn vữa tính theo cơng thức sau: Trong đó: P-lực phá hoại mẫu (đặt vị trí 1/2), kg l-chiều dài mẫu, cm b-bề rộng tiết diện mẫu, cm h-chiều cao tiết diện mẫu, cm * Mác vữa: đại lượng không thứ nguyên nhà nước quy định dựa vào cường độ nén tiêu chuẩn, theo TCVN 4314-1986 có loại mác vữa thơng dụng sau: 10, 25, 50, 75, 100, 150, 200, 300 * Các yếu tố ảnh hưởng: - Ảnh hưởng nhiệt độ: vữa dưỡng hộ điều kiện khác tốc độ phát triển cường độ khác - Ảnh hưởng phụ gia - Ảnh hưởng điều kiện sử dụng III.5 Tính bền vữa 1, Tính bền mơi trường xâm thực lý Đối với khối xây đá làm việc môi trường nước, dịng chảy có ngậm bùn, cát vữa phận yếu nhất, dễ bị xói mịn Do để đảm bảo cho khả chống xói mịn vữa phải tăng cường độ vữa, tăng khả dính bám vữa với khối xây 2, Tính bền mơi trường xâm thực hóa học Tương tự bê tơng, ăn mịn chủ yếu vữa ăn mòn đá xi măng Để tăng tính bền vữa mơi trường xâm thực hóa học phải tăng độ đặc vữa chọn loại xi măng thích hợp với mơi trường 3, Tính chống thấm Vữa trát mặt khối xây cơng trình chịu áp lực cần phải có tính chống thấm tương ứng Tính chống thấm xác định cách cho mẫu vữa dày 2cm chịu áp lực nước, lúc đầu 0,5at, sau tăng lên 1at, sau tăng lên 1,5at, sau tăng lên 2at, để 24 mà nước không thấm qua mẫu coi vữa có tính chống thấm IV Vữa xây cấp phối vữa xây IV.1 Yêu cầu kỹ thuật Vữa xây làm nhiệm vụ liên kết vật liệu xây, liên kết khối xây với truyền lực tự viên gạch hay đá xuống viên gach hay đá khác kết cấu xây nên địi hỏi phải có cường độ cao, lực liên kết lớn, độ dẻo tốt Nếu mạch vữa không đầy, khối xây không dễ sinh tượng bị phá hoại uấn Các loại vữa xây cần có tính dẻo tốt Độ dẻo thay đổi tùy thuộc loại kết cấu xây, phương pháp đầm chắc, điều kiện thời tiết thi công loại Người ta thường chọn độ dẻo vữa bảng 7-4 Bảng 7-4: Độ dẻo vữa ứng với khối xây khác IV.2 Tính tốn cấp phối Cấp phối vữa biểu diễn tỷ lệ thể tích thành phần vật liệu 1, Cấp phối vữa vôi Đối với vữa vơi người ta khơng cần tính tốn mà dựa vào chất lượng vôi mà dùng cấp phối sau: - Vơi cấp cấp phối thường dùng V:C = 1:2 - Vôi cấp cấp phối thường dùng V:C = 1:3 - Vơi cấp cấp phối thường dùng V:C = 1:4 2, Cấp phối vữa hỗn hợp Tính lượng xi măng ứng với 1m3 cát theo công thức Trong đó: Rv-mác vữa cần thiết kế, daN/cm2 Rx-mác xi măng, daN/cm2 K-hệ số chất lượng vật liệu, lấy theo bảng 7-5 Bảng 7-5: Hệ số chất lượng vật liệu Lượng vôi nhuyễn (sét nhuyễn) cho 1m3 cát: V(S) = 0,17(1-0,002X) ; m3 Lượng nước xác định theo yêu cầu độ dẻo vữa (độ cắm sâu côn) cơng thức gần đúng: Trong đó: 0v-khối lượng thể tích vơi nhuyễn sét nhuyễn; kg/m3 Cấp phối vữa xi măng vôi biểu thi sau: 3, Cấp phối vữa xi măng Cấp phối vữa xi măng gần giống cấp phối hỗn hợp xi măng-vơi khơng có vơi lượng xi măng dùng tăng lên chút Người ta tính cấp phối vữa xi măng theo công thức mà tra theo bảng kinh nghiệm (xem bảng 7-6) V Vữa trát cấp phối vữa trát V.1 Đặc tính vữa trát Vữa trát làm nhiệm vụ bảo vệ khối xây, tăng vẻ mỹ quan cho cơng trình trường hợp đặc biệt, cịn có nhiệm vụ cách âm, cách nhiệt, chống thấm Thông thường vữa trát thường trát thành lớp mỏng: - Lớp dự bị (trát đầu tiên): có độ dày  = - mm dính chặt vào bề mặt khối xây nên yêu cầu độ dẻo lớn, lực dính kết lớn trát phải dùng áp lực mạnh - Lớp đệm (trát thứ hai): có độ dày  = - 12 mm, có nhiệm vụ làm phẳng bề mặt khối xây, độ dẻo lớp lớp dự bị - Lớp trang trí (trát thứ ba): có độ dày  = mm, có tác dụng làm trơn nhẵn bề mặt khối xây cần, thường có pha bột mầu để trang trí V.2 Tính tốn cấp phối 1, Cấp phối vữa vôi Để trát lớp dự bị tường xây gạch hay đá dùng cấp phối Vơi nhuyễn: C = 1:3 Để trát lớp trang trí dùng cấp phối Vôi nhuyễn: C = 1:2 2, Cấp phối vữa hỗn hợp Để trát tường nhà nơi ẩm ướt thường dùng cấp phối từ X:V:C = 1:0,5:6 đến 1:1:6 3, Vữa xi măng Thường lấy cấp phối từ X:C = 1:6 đến 1:3,5 Câu hỏi ôn tập 1, Khái niệm phân loại vữa? 2, Vật liệu chế tạo vữa? 3, Trình bày tính chất vữa? 4, Trình bày vữa xây cấp phối vữa xây? 5, Trình bày vữa trát cấp phối vữa trát? ... asphalt vật liệu nhân tạo ñược chế tạo từ hỗn hợp hợp lý vật liệu: ðá, cát, bột ñá, bitum phụ gia cần thiết - Trong thành phần bitum, vật liệu ñá, cát, bột ñá ñược gọi chung cốt liệu hay vật liệu. .. IV Vữa xây cấp phối vữa xây IV.1 Yêu cầu kỹ thuật Vữa xây làm nhiệm vụ liên kết vật liệu xây, liên kết khối xây với truyền lực tự viên gạch hay đá xuống viên gach hay đá khác kết cấu xây nên... ñầu kéo san gạt Vật liệu từ xe tải ñược cho vào phễu phận kéo Hình 6-6: Máy rải bê tơng asphalt Hai hệ thống cấp liệu độc lập chuyển vật liệu qua cấu băng chuyền xích Dịng vật liệu từ phễu ñược