- Chất lượng và tính chất bề mặt của cốt liệu Điều kiện môi trường dưỡng hộ
4.1. VẬT LIỆU DÙNG CHO BÊ TÔNG NẶNG 1 Ximăng
4.1.1. Ximăng
Hiên nay loại ximăng sử dụng phổ biến trong sản xuất bê tông nặng là PC40, PC50, PCB30, PCB40. Ngoài ra, theo yêu cầu riêng có thể dùng các loại ximăng đặc biệt như ximăng dãn nở, xi măng bền sulfát, ximăng chịu axit... Các chỉ tiêu cơ li và thành phần khoáng hoá của xi măng cũng được
quy định cho mỗi loại bê tông.
Ngoài ra theo yêu cầu sản xuất, còn quy định một số chỉ tiêu khác như sự phát triển cường độ xi măng ở tuổi (1-3) ngày đêm rắn chắc trong điều kiện tự nhiên hoặc( 6-8 )giờ dưỡng hộ trong điều kiện thuỷ nhiệt, hoặc tính bền vững trong môi trường xâm thực...
Để kinh tế và thoả mác bê tông cần thiết kế, cần chọn mác ximăng thích hợp cho từng loại mác bê tông, theo tiêu chuẩn Liên Xô cũ (ГOCT-770-61) mác ximăng nên chọn trong phạm vi (bảng 4-1).
Chú ý: không nên dùng xi măng mác quá thấp để chế tạo bê tông mác cao và ngược lại.
Bảng 4.1
Mác BT ( daN / cm2) 200 300 400 500 600 Mác XM ( daN / cm2) 300 - 400 400 - 500 500 600 600-700 Những giới hạn trên được dùng với hỗn hợp bê tông có tính lưu động lớn và trong trường hợp cần sớm đạt đến cường độ yêu cầu của bê tông. Khi sử dụng hỗn hợp bê tông cứng (tỉ số N/X be ï ), cốt liệu chất lượng tốt thì tỉ số (Rx/Rb) có thể xấp xỉ bằng 1.
Chú ý: Việc sử dụng mác xi măng hợp lí để chế tạo bê tông có mác theo yêu cầu cần tham khảo thêm ở mục 3.2, 3.3 trang 7,8, 9 theo “ chỉ dẫn kỹ thuật chọn thành phần bê tông các loại” của bộ xây dựng - nhà xuất bản xây dựng, Hà Nội 2000.
Quan hệ giữa mác bê tông , mác xi măng và tỉ lệ XM/N Rbt = 0,5) N XM ( ARxm − khi XM/N ≤ 2,5 Rbt = 0,5) N XM ( R A1 xm + khi XM/N > 2,5
A,A1 các hệ số kể đến chất lượng cốt liệu, phương pháp xác định mác xi măng
Sau khi tính toán lượng xi măng phải so sánh với lượng xi măng tối thiểu cho phép nếu:
• Lượng xi măng tính toán lớn hơn lượng xi măng tối thiểu thì dùng lượng xi măng tính toán.
• Lượng xi măng tính toán nhỏ hơn lượng xi măng tối thiểu thì dùng lượng xi măng tối thiểu.
Lượng xi măng tối thiểu (kg) cho 1m3 hôn hợp bê tông qui định như sau: Bảng 4.2
Phương pháp lèn chặt Điều kiện làm việc của kết cấu công trình
Bằng tay Bằng máy
Trực tiếp tiếp xúc với nước 265 kg 240 kg
Bị ảnh hưởng của mưa gió không có thiết bị che 250 220
Không bị ảnh hưởng của mưa gió 220 200
4.1.2 Cốt liệu
Cở hạt từ 0,15 đến 5mm: cốt liệu nhỏ ( cát)
Cở hạt từ 5 đến 70mm: cốt liệu lớn (đá dăm, sỏi, sạn).
Cốt liệu lớn và nhỏ trong bê tông là thành phần cơ bản chiếm một thể tích và khối lượng lớn nhất, có ảnh hưởng trực tiếp đến những tính chất của hỗn hợp bê tông, đến lượng cần nước của hỗn hợp, lượng dùng ximăng, các tính chất cơ lý đàn hồi của bê tông. Do đó việc lựa chọn thích hợp cốt liệu về loại, giá thành, đặc tính kỹ thuật có tác dụng quyết định đến chất lượng và giá thành bê tông. Cốt liệu lớn dùng trong bê tông có hai loại:
• Đá dăm sản xuất bằng cách đập vỡ vật liệu đá thiên nhiên (phún xuất, trầm tích, biến chất) hoặc các loại xỉ quặng kim loại đen và màu.
• Sỏi, sạn là dạng vật liệu đá ở dạng hạt rời có sẵn trong thiên nhiên. Cốt liệu nhỏ cũng phân làm hai loại:
• Cát nhân tạo do nghiền nhỏ đá thiên nhiên.
• Cát thiên nhiên gồm cát sông, cát biển, cát núi có sẵn trong thiên nhiên. Sỏi, sạn, cát sông, cát biển thường có dạng tròn, bề mặt nhẵn và sạch, còn đá dăm, cát núi thường có góc cạnh bề mặt nhám, gắn kết tốt với xi măng, nhưng chúng hay lẫn tạp chất và bụi sét.
Khi chọn cốt liệu thường xét 3 đặc trưng sau:
Đặc trưng1: Tính chất cơ lý và cấu trúc cốt liệu
Xét đến cường độ, độ đặc chắc, tính hút nước, khối lượng thể tích, độ mài mòn và tính chịu ăn mòn trong môi trường xâm thực. Với cốt liệu lớn chỉ tiêu cường độ là quan trọng nhất để đánh giá chất lượng cốt liệu lớn.
Mác của đá dăm ( thí nghiệm trong trạng thái bão hòa nước) cần vượt quá 1.5 lần cường độ yêu cầu của bê tông khi mác bê tông nhỏ hơn 30MPa và lớn hơn 2 lần khi mác bê tông lớn hơn 30MPa.
Phương pháp xác định cường độ cốt liệu lớn: (áp dụng đối với đá nguyên
khai).
Gia công thành những mẫu hình khối có kích thước 50mm, hay mẫu hình trụ có đường kính bằng chiều cao và bằng 50mm, rồi đem nén ở trạng thái bảo hoà nước cho đến khi mẫu bị phá hoại.
FP P
N =
σ , N/m2
σN Giới hạn bền nén của đá nguyên khai, N/m2 P tải trọng phá hoại của mẫu ép trên máy ép, N F Diện tích mặt cắt ngang của mẫu, m2.
Trường hợp không thể xác định trực tiếp cường độ đá dăm, đá cuội, sỏi từ thí nghiệm cường độ đá gốc có thể đánh gía qua chỉ tiêu thí nghiệm về độ ép vỡ.
Tuỳ theo độ nén đập trong xilanh, mác của đá dăm từ đá thiên nhiên được chia thành 8 mác và xác định theo TCVN 1771-87 ( bảng 4.4)
Phương pháp xác định độ cường độ cốt liệu thông qua độ ép vỡ.
Độ ép vỡ của cốt liệu lớn được xác định bằng độ hao hụt khối lượng khi cốt liệu bị ép nát trong xi lanh.
Cân 1 lượng đá dăm cho vào xilanh. Đặt lõi lên trên rồi tác dụng một tải trọng tương ứng lên trên lõi. Sau đó lấy cốt liệu bị ép nát ra đem sàng qua cở sàng qui định, xác định khối lượng lọt qua sàng.
Q = .100G G
g
, (%)
g khối lượng đá lọt qua sàng qui định (bảng 4.3) , gam. G khối lượng cốt liệu ban đầu, gam.
Bảng 4.3 kích thước mắt sàng theo cở hạt Cở hạt, mm Kích thước mắt sàng, mm 5-10 1,25 10-20 2,50 20-40 5,0 Bảng 4.4
Độ ép nát ở trạng thaiï bão hoà (%) Mác của đá dăm Đá trầm tích Đá mác ma xâm nhập và biến chất Đá mác ma phún xuất 1400 Đến 12 Đến 9 1200 Đến 11 Lớn hơn 12 đến 16 Lớn hơn 9 đến 11
1000 Lớn hơn 11 đến 13 Lớn hơn 16 đến 20 Lớn hơn 11 đến 13 800 Lớn hơn 13 đến 15 Lớn hơn 20 đến 25 Lớn hơn 13 đến 15 600 Lớn hơn 15 đến 20 Lớn hơn 25 đến 39 Lớn hơn 15 đến 20 400 Lớn hơn 20 đến 28
300 Lớn hơn 28 đến 38 200 Lớn hơn 38 đến 54
Mác của sỏi, đá dăm theo độ nén đập trong xilanh dùng cho bê tông có mác khác nhau cần phù hợp yêu cầu như bảng 4.5
Bảng 4.5
Độ nén đập ở trạng thái bão hoà nước(%) không lớn hơn Mác bê tông Sỏi Đá dăm 400 và cao hơn 8 10 300 và cao hơn 12 14 200 và thấp hơn 16 18 Đặc trưng 2: Hình dạng, độ lớn và cấp phối hạt Độ sạch, hình dạng và tính chất bề mặt, cấp phối hạt ảnh hưởng đến độ bền liên kết giữa xi măng và cốt liệu nên ảnh hưởng cường độ bê tông. Thực tế:
• Đối với cốt liệu lớn đá dăm bảo đảm hơn so với sỏi hoặc đá cuội.
• Đá cuội, sỏi có dạng hình thoi và dẹp ảnh làm giảm cường độ bê tông, vì thế hàm lượng của chúng trong cốt liệu lớn không được vượt quá 15% theo khối lượng.
• Các hạt mềm, yếu bị phong hoá có cường độ thấp nên hàm lượng của chúng trong cốt liệu lớn không được vượt quá 10% theo khối lượng.
Thành hạt và độ lớn
Thành phần hạt là tỉ lệ phần trăm về khối lượng giữa các cấp hạt to,nhỏ khác nhau và được xác định bằng bộ sàng tiêu chuẩn.
Khi chọn được thành phần hạt hợp lí thì độ rỗng của cốt liệu sẽ nhỏ nhất. Gọi d1 , d2, ... , dn là đường kính của các hạt cốt liệu, thực tế tỉ lệ tương đối hợp lí giữa các cở hạt: 2 1 d d ... d d d d 1 n n 2 3 1 2 = = = = −
Đối với cốt liệu lớn bộ sàng tiêu chuẩn có đường kính các lổ sàng:70,40, 20, 10, 5mm. Đối với cốt liệu nhỏ (cát) bộ sàng tiêu chuẩn có đường kính các lổ sàng: 5, 2.5, 1.25, 0.63, 0.315, 0.14mm
Thành phần hạt của cốt liệu lớn
Sau khi xác định lượng sót sàng riêng biệt ai và lượng sót tích luỹ Ai , đồng thời cũng xác định đường kính lớn nhất Dmax và đường kính nhỏ nhất Dmin của cốt liệu.
Cở hạt lớn nhất:( Dmax ) là tiêu chuẩn đánh giá về độ thô của đá dăm ( đá cuội, sỏi).
• Dmax là đường kính trung bình của cấp hạt lớn nhất tương ứng với cở sàng có lượng sót tích luỹ nhỏ hơn và gần 10% nhất.
• Ngược với Dmax là Dmin là đường kính trung bình của cấp hạt nhỏ nhất tương ứng với cở sàng có lượng sót tích luỹ lớn hơn và gần 90% nhất. • 1/2 (Dmax+ Dmin ) đường kính trung bình của cấp hạt trung bình cho phép
lấy bằng cở sàng gần nhất.
• Đánh giá độ lớn cốt liệu lớn theo Dmax qui định như sau: Tùy theo kích thước và tiết diện của cấu kiện bê tông và mật độ thép mà quyết định Dmax là 10, 20, hoặc 40mm. Nâng cao được Dmax có thể giảm được hàm lượng xi măng, nhưng để bảo đảm hỗn hợp bê tông lèn chặc khi đổ khuôn, Dmax của cốt liệu ≤ 1/3 kích thước bé nhất của tiết diện sản phẩm và Dmax ≤ khoảng cách gần nhất giữa hai thanh cốt thép. Với những bản mặt cầu và panen mỏng thành hình ở vị trí nằm ngang, Dmax ≤1/2 chiều dày sản phẩm. Ngoài chỉ tiêu về cỡ hạt lớn nhất, độ rỗng cốt liệu lớn đóng vai trò quan trọng và lượng dùng vữa ximăng cát phải phủ để nhét đầy phần rỗng này của cốt liệu thô. Đối với cốt liệu nhỏ, cỡ hạt, hình dạng hạt, độ rỗng, cấp phối hạt là những là những chỉ tiêu cần xét đến khi đánh giá chất lượng.
Bảng 4.6 Kích thước lổ sàng Dmin 2 min max D D + D max 1,25 Dmax
Lượng sót sàng tích lũy % 90 - 100 40 - 70 0 -10 0 Cấp phối hạt được biểu thị bằng đường tích lũy các cấp hạt.
Cốt liệu lớn có cấp phối tốt khi đường tích lũy các hạt của nó không vượt ra ngoài miền giới hạn được xác định theo quy phạm (hình 4.1.a).
Hình 4-1a. miền giới hạn cấp phối hạt của cốt liệu lớn trong bê tông.
Thành phần hạt cốt liệu nhỏ:
• Cân 1 lượng cát đã sấy khô đến khối lượng không đổi là G.
• Sàng qua bộ sàng tiêu chuẩn lần lượt từ cở sàng lớn nhất đến cở sàng nhỏ nhất
• Cân lại lượng sót lại trên từng sàng gi Lượng sót sàng riêng biệt ai : ai = .100
G
gi
, (%)
Lượng sót tích luỹ ở mỗi cở sàng Ai là lượng sót riêng biệt cộng dồn từ cở sàng lớn nhất đến cở sàng đang xét Ai = a2,5 + ... + ai
Căn cứ lượng sót tích luỹ trên mỗi sàng và đường kính cở hạt vẽ được đường thành hạt thực tế rồi so sánh với phạm vi cho phép về thành phần hạt. Trong sản xuất nên dùng cát có:
- Cấp phối hạt nằm trong biểu đồ theoTCVN1770-86 và có Mđl =(2-3,3). - Chọn cát có Mđl = (2,4-2,7) khi chế tạo bê tông có mác cao hơn Rxm. - Chọn cát sạch hoặc rửa sạch (hàm lượng bùn, sét <1%) và các chỉ tiêu khác theo TCVN 1770-86.
- Khả năng gây phản ứng kiềm, silíc, hàm lượng cl- theo TCVN 238-99.
Phạm vi cho phép về thành phần hạt cát theo TCVN 1770-86 Đường kính lổ sàng ,mm 5 2,5 1,25 0,63 0,315 0,14 Lượng sót tích luỹ Ai (%) 0 0-20 15-45 35-70 70-90 90-100 0 20 40 60 80 100 Kích thước hạt mm Lư ơ üng s o ït tíc h lu
îy % Cận trênCận dưới
Hình 4-1b. miền giới hạn của cát trong bê tông.
Đối với cốt liệu nhỏ để đánh giá độ lớn ta sử dụng một trong hai cách sau: Cách1: Đánh giá bằng môđun độ lớn Mđl = 100 A A A A A2,5+ 1,25 + 0,63 + 0,315 + 0,14
Theo môđun độ lớn cát chia làm 3 loại theo bảng sau
Loại cát Môđun độ lớn Lượng sót tích luỹ trên sàng No 0,63
Hạt lớn 3,5-2,4 50-75 Hạt vừa 2,5-1,9 35-50 Hạt nhỏ 2-1,5 20-35 Cách 2: Đánh giá bằng tỉ diện tích S S = (0,5a5 a2,5 2a1,25 4a0,63 8a0,315 16a0,14 32a 0,14 1000 k . 35 , 6 < + + + + + + )
K hệ số kể đến loại cát ví dụ: Cát sông, cát biển hạt vừa k= 1,63. cát sông, cát biển hạt nhỏ k= 1,3.
Theo cách đánh giá này thì độ chính xác cao hơn cách 1. song vẫn có nhược điểm chưa phản ánh đúng dạng hạt và đặc trưng bề mặt cốt liệu.
Chỉ tiêu tổng hợp cơ bản nhất để đánh giá cấp phối hạt, cỡ hạt, hình dạng hạt của cát là tổng diện tích mặt ngoài tất cả các hạt của1 đơn vị khối
lượng cát và độ rỗng của nó. Chỉ tiêu này quyết định lượng dùng hồ xi măng tối thiểu để bọc quanh hạt cát một lớp có chiều dày nhất định và lấp đầy kẽ rỗng giữa các hạt cát khi đầm chặt hỗn hợp vữa hoặc bê tông.
Tuy nhiên, trên thực tế khó có thể xác định được hai chỉ tiêu này vì cát có rất nhiều hình dạng và kích thước hạt khác nhau. Để đánh giá một cách tổng
0.3150.14 0.63 1.25 2.5 5.0 0.14 0.63 1.25 2.5 5.0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Kích thước lỗ sàng, mm Lươ üng so ït sa ìn tích lu îy % Cận trên Cận dưới Thực tế vv
hợp về cát, người ta dùng chỉ tiêu lượng cần nước của cát theo phương pháp của B.G.Skramtaép và Barenốp. Lượng cần nước của cát được xác định qua lượng dùng nước cho hỗn hợp vữa ximăng cát có thành phần tiêu chuẩn (với tỉ lệ 1:2 theo khối lượng) mà với lượng dùng nước này bằng thí nghiệm chấn động khối nón cụt vữa trên bàn nhảy, đạt độ bẹt 170mm và lượng cần nước Nc được xác định theo công thức: Nc = 2 tc N X N − 100 , %
N/X - tỉ lệ nước, ximăng trong hỗn hợp vữa để đạt độ bẹt hình nón cụt 170mm. Ntc độ dẽo tiêu chuẩn của hồ ximăng.
Lượng cần nước của cát có độ thô trung bình tính theo phương pháp trên bằng (7- 7,5)%.
Tương tự như vậy, có thể xác định lượng cần nước của cốt liệu lớn. Trộn một hỗn hợp bê tông có tỉ lệ cấp phối theo khối lượng X : C : D = 1 : 2 : 3,5 với lượng nước nhào trộn để đạt độ sụt SN bằng độ sụt của vữa ximăng cát đã thí nghiệm xác định lượng cần nước của cát ở trên:
Nd = 5 5 , 3 v X N b X N − 100 , %
Bằng phương pháp này có thể xác định hệ số A trong công thức Blômây Skramtáep: A = ) 5 , 0 ( b− N X R R x b
Đặc trưng 3: Hàm lượng tạp chất có hại.
Trong cốt liệu thường lẫn các tạp chất có hại như chất hữu cơ, bụi, sét, các muối sulfát. Chúng bám dính trên bề mặt hạt cốt liệu thành một lớp mỏng làm trở ngại cho sự tiếp xúc giữa đá ximăng và cốt liệu, làm giảm lực dính kết giữa chúng dẫn đến sự hạ thấp cường độ bê tông. Thực tế với các điều kiện khác như nhau, cường độ bê tông từ đá dăm hoặc cuội sỏi được rửa sạch lớn hơn cường độ bê tông từ sỏi, sạn không rửa khoảng (10-20)%.
Cách xác định lượng tạp chất bẩn.TCVN 1772-87
• Bùn, bụi, sét: dùng phương pháp gạn rửa.
• Chất hữu cơ: dùng phương pháp so màu và so cường độ • Muối sulfát: dùng phươngpháp kết tủa bằng dung dịch BaCl2 Bảng 4.7 Cát dùng để sản xuất bê tông nặng theo TCVN 1770-86
Mức theo mác bê tông Tên chỉ tiêu