Ảnh hưởng của hàm lượng và tính chất cốt liệu đến các tính chất của bê tông [6] 29

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC

2.3 Ảnh hưởng của hàm lượng và tính chất cốt liệu đến các tính chất của bê tông [6] 29

Cốt liệu (nhỏ và lớn) chiếm một thể tích và khối lượng lớn trong h n hợp bê tông.

Cỡ hạt, cấp phối hạt, tính chất bề mặt hạt và những đặc trưng chất lượng khác của chúng có ảnh hưởng lớn đến tính chất của h n hợp bê tông.

Nếu thay đổi cỡ hạt và cấp phối hạt của h n hợp cốt liệu, tổng diện tích bề mặt ngoài của cốt liệu sẽ biến đổi trong một phạm vi đáng kể và nếu với một lượng nước nhào trộn không đổi, tính chất lưu động của h n hợp bê tông thay đổi rõ ràng.

Hình dạng hạt, tính chất bề mặt hạt, tính hút nước của cốt liệu đều ảnh hưởng đến tính lưu động của h n hợp bê tông. H n hợp bê tông từ cuội sỏi có hình dạng hạt tròn, bề mặt nh n, với cùng một lượng nước nhào trộn sẽ có tính lưu động lớn hơn h n hợp bê tông từ đá dăm có nhiều hạt dẹt, bề mặt nhám ráp, hoặc để đạt cùng mức độ lưu động có thể giảm lượng nước nhào trộn từ 5  15%.

HVTH: Tôn Nữ Phương Nhi 30

Hàm lượng cát trong h n hợp cốt liệu (mức ngậm cát) có ảnh hưởng lớn đến tính chất h n hợp bê tông. H n hợp bê tông có một hàm lượng cát tối ưu đảm bảo cho bê tông đạt được yêu cầu tính công tác, độ đặc chắc và cường độ với lượng dùng xi măng và nước b nhất, hoặc với lượng dùng nước nhào trộn không đổi, h n hợp bê tông có hàm lượng cát tối ưu sẽ đạt được tính lưu động tốt nhất.

Hàm lượng cát tối ưu thường được xác định qua con đường thực nghiệm và có thể tính toán sơ bộ trên cơ sở giả thiết rằng trong h n hợp bê tông phần r ng của cốt liệu lớn và xung quanh các hạt cốt liệu lớn được lấp đầy và bao bọc bởi vữa xi măng cát, và hồ xi măng lại đóng vai trò bao bọc quanh hạt cát và lấp đầy phần r ng giữa các hạt cát.

Giả thiết m i hạt cát đều có đường kính là dc và giữa những hạt cát được giãn cách bằng một lớp xi măng với chiều dày một hạt xi măng có đường kính  (thường  = 0,014 mm). ý hiệu lượng dùng cát trong 1m3 bê tông là C (kg) và thể tích của lượng cát này là C/ρvc (vc là khối lượng thể tích của cát), độ r ng của cát là rc và thể tích r ng của cát:

Tỷ số tăng giữa thể tích một hạt cát được bao bọc bởi một lớp xi măng có chiều dày một hạt xi măng, so với thể tích hạt cát chưa bao bọc là:

Vậy thể tích hạt xi măng dùng để bao bọc các hạt cát là:

c vc

r C r

Vc  

3 3

3 3

1 6

) 6(



 



  

 



 



 







c c

c

c c

d d

d d

d





 





vc c vc vc c vc

bx

C d C C d

V C  



 



 (1 )3 .3

HVTH: Tôn Nữ Phương Nhi 31

Đặt

dc

3 

 và loại các vô cùng b 3

2



 



  dc và

3



 



  dc

Thể tích xi măng cần thiết để bao bọc xung quanh các hạt cát và lấp đầy phần r ng của cát là:

(2.1)

Thể tích vữa xi măng cát Vv trong một m3 h n hợp bê tông bằng thể tích xi măng cộng với thể tích cát không kể phần r ng, do đó:

(2.2)

Tương tự như trên, nếu ký hiệu D là lượng dùng cốt liệu lớn cho 1m3 bê tông, thể tích đổ đống của cốt liệu này là

vd

D

 (vd là khối lượng thể tích cốt liệu lớn), độ r ng của cốt liệu lớn là rd và thể tích r ng là d

vd

D r

 ; giả thiết giữa những hạt cốt liệu lớn có đường kính dd được giãn cách bởi một lớp vữa xi măng cát có chiều dày bằng hai hạt cát, ta cũng sẽ tính được lượng vữa xi măng cát để bao bọc các hạt cốt liệu lớn và lấp đầy thể tích r ng của cốt liệu lớn là:

hai triển công thức trên, bỏ qua các vô cùng b và đặt

d c

d 6d

  , ta có:

(2.3) So sánh hai hệ thức (2.2) và (2.3) ta có:

) (

. 

 



   





 c

vc vc

c vc bx r

x C C r

C r V V

V c

) 1 ( )

1 ( )

( )

1

( 



 



       





vc c vc c

vc c vc x v

r C r C

r C V C

V

d vd vd d

c d vd

v D D r

d d D d

V     

 2 )3 (

)

( 

 

 d

vd

v D r

V

HVTH: Tôn Nữ Phương Nhi 32

Từ đó có thể tính:

(2.4) Gọi lượng dùng xi măng cho 1m3 bê tông là X, thể tích của nó là

x

X

 (x là khối lượng riêng của xi măng) và N là lượng nước cho 1m3 bê tông, ta có:

Từ đó:

(2.5)

Có thể dựa vào biểu thức (2.4) và (2.5) để tính toán cấp phối bê tông trong đó ,  thay đổi phụ thuộc vào phương pháp thành hình. Nếu thành hình chấn động gia áp

,  có thể có giá trị gần về 0. Đối với thao tác thủ công chủ yếu dựa vào mức độ lưu động của h n hợp bê tông để chọn , ; có thể lấy các giá trị thực nghiệm sau:

5 ,

0 X

N 

dc

6 

 ;

d c

d 9d

 

7 , 0 6 , 0  X 

N 

dc

3 

 ;

d c

d 6d

 

7 ,

0 X

N 

dc

2 

 ;

d c

d 4d

  ) (

) 1

( 

 

vc   vd rd  D C





 







d

vc vd

r C D

) 1 (

)

( 



   

 c

vc x

x C r

X N V



 







c x vc r

X N C

HVTH: Tôn Nữ Phương Nhi 33

Như vậy h n hợp bê tông có độ lưu động càng lớn giá trị ,  càng b .

Việc lựa chọn thích hợp cốt liệu về loại, giá thành và đặc tính kỹ thuật có tác dụng quyết định đối với chất lượng và giá thành bê tông. Cốt liệu là tập hợp các hạt riêng biệt, đối với chúng tồn tại một số quy luật chung. Thành phần hạt, cỡ hạt, hình dạng, cường độ và độ sạch của cốt liệu có ảnh hưởng đáng kể đến các tính chất của h n hợp bê tông và bê tông. Do đó ta cần phải x t tới 3 đặc trưng chất lượng của cốt liệu:

 Tính chất cơ lý và cấu trúc của cốt liệu

X t đến tính chất cơ lý và cấu trúc của cốt liệu là x t đến cường độ, độ đặc, tính hút nước, khối lượng thể tích tự nhiên (đổ đống), độ bào mòn, cọ mòn, tính bền chắc trong các môi trường xâm thực. Với cốt liệu lớn, chỉ tiêu quan trọng nhất là cường độ và tính chịu băng giá. hối lượng thể tích (đổ đống), khối lượng riêng cũng như độ hút nước phản ánh độ r ng và trong một chừng mực nào đó tính chất r ng của cốt liệu cho ph p đánh giá gián tiếp cường độ của nó.

Với cát, độ sạch và cấp phối hạt là những chỉ tiêu quan trọng ảnh hưởng lớn đến cường độ bê tông và phẩm chất sử dụng. Cát tự nhiên tốt nhất là cát thạch anh cho sản xuất bê tông.

 Hình dạng, độ thô và cấp phối hạt

Hình dạng hạt cốt liệu và tính chất bề mặt của chúng ảnh hưởng đến cấu tạo cuội kết của bê tông và cường độ dính kết giữa cốt liệu và đá xi măng, do đó ảnh hưởng tới cường độ của bê tông. Thực tế khi mọi điều kiện khác nhau, bê tông từ đá dăm có cường độ lớn hơn bê tông từ cuội sỏi. Vì thế với bê tông mác lớn hơn 400 nên dùng đá dăm từ đá gốc có cường độ cao.

Đối với cốt liệu nhỏ thì hình dạng hạt có tác dụng quan trọng: cát núi có hình dạng góc cạnh so với cát sông, với cac điều kiện như nhau sẽ đảm bảo cho vữa có cường độ cao hơn. Hạt dăm và cuội sỏi có hạng hình kim hình dẹt ảnh hưởng không có lợi

HVTH: Tôn Nữ Phương Nhi 34

tới cường độ bê tông. hi sử dụng cốt liệu có hình dạng thoi, dẹt hì cường độ của bê tông sẽ định hướng khác nhau tùy theo từng phương khác nhau.

Hình 2.4: Cường độ bê tông khi có cốt liệu hạt thoi, dẹt

ích thước hạt lớn nhất của cốt liệu lớn (Dmax) (maximum particle size), kích thước danh nghĩa tính theo kích thước mắt sàng nhỏ nhất mà không ít hơn 90 % khối lượng hạt cốt liệu lọt qua. ích thước hạt nhỏ nhất của cốt liệu lớn (Dmin) (minimum particle size), kích thước danh nghĩa tính theo kích thước mắt sàng lớn nhất mà không nhiều hơn 10% khối lượng hạt cốt liệu lọt qua. Tùy theo kích thước tiết diện của cấu kiện bê tông và mật độ cốt th p mà quyết định Dmax là 10, 20, hoặc 40mm.

Nâng cao Dmax có thể giảm được lượng dùng xi măng, nhưng để đảm bảo h n hợp bê tông lèn chặt khi đổ khuôn, cỡ hạt lớn nhất của cốt liệu không vượt qua 1/3 kích thước b nhất của tiết diện sản phẩm và 3/4 khoảng cách giữa hai thanh cốt th p.

Ngoài chỉ tiêu về cỡ hạt lớn nhất, độ r ng cốt liệu lớn đóng vai trò quan trọng và lượng dùng vữa xi măng cát phải đủ để nh t đầy phần r ng này của cốt liệu thô. Đối với cốt liệu nhỏ, cỡ hạt, hình dáng hạt, độ r ng, cấp phối hạt là những chỉ tiêu cần xem x t đến khi đánh giá chất lượng.

Cấp phối hạt: là tỷ lệ theo % khối lượng các cấp hạt trong h n hợp cốt liệu. Cấp hạt được xác định bằng các sàng tiêu chuẩn. Cấp phối hạt được biểu thị bằng đường tích lũy các cấp hạt. Đối với cát để đánh giá cấp phối hat người ta sử dụng giá trị mô đun của cát. Theo TCVN 7570:2006 thì môđun độ lớn của cát (fineness modulus of sand) chỉ tiêu danh nghĩa đánh giá mức độ thô hoặc mịn của hạt cát. Mô

HVTH: Tôn Nữ Phương Nhi 35

đun độ lớn của cát được xác định bằng cách cộng các phần trăm lượng sót tích luỹ trên các sàng 2.5 mm; 1.25 mm; 630 μm; 315 μm; 140 μm và chia cho 100. Chỉ tiêu tổng hợp cơ bản nhất để đánh giá cấp phối hạt, cỡ hạt, hình dạng hạt của cát là tổng diện tích bề mặt ngoài tất cả các hạt của một đơn vị khối lượng cát và độ r ng của nó. Chỉ tiêu này quết định lượng dùng hồ xi măng tối thiểu để bọc quanh hạt cát một lớp có chiều dày nhất định và lấp đầy kẽ r ng giữa các hạt cát khi đầm chặt h n 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 tổng hợp về cát, nườ ta dùng chỉ tiêu lượng cần nước của cát theo phương pháp của B.G.Skramtaep và Barenop. Lượng cần nước của cát được xác định qua lượng dùng nước cho h n hợp vữa xi măng cát có thành phần tiêu chuẩn (với tỷ lệ 1:2 theo khối lượng) mà với lượng dùng nước này bằng thí nghiệm chấn động khối nón cụt trên bàn nhảy, độ bẹt đạt 170mm và lượng cần nước Nc được xác định theo công thức:

% 2 100

tc c

X N N N

 

Trong đó:

N/X – tỷ lệ nước, xi măng trong h n hợp vữa để đạt được độ bẹt hình nón cụt 170mm.

Ntc – độ đặc tiêu chuẩn của hồ xi măng

 Hàm lượng các tạp chất có hại

Tạp chất có hại trong cốt liệu là những tạp chất bụi, bùn, s t bám dính trên bề mặt hạt cốt liệu tạo thành một lớp mỏng làm trở ngại cho sự tiếp xúc giữa đá xi măng và cốt liệu, làm giảm lực dính kết giữa chúng dẫn đến sự hạ thấp cường độ của bê tông.

Vì thế trong quy phạm về chất lượng cốt liệu có chỉ tiêu hạn chế hàm lượng này.

Thực tế với các điều kiện khác nhau, cường độ bê tông từ đá dăm hoặc cuội sỏi được rửa sạch lớn hơn cường độ bê tông từ đá dăm, sỏi không rửa khoảng 10-20%.

HVTH: Tôn Nữ Phương Nhi 36

Tạp chất hữu cơ trong cốt liệu cũng ảnh hưởng xấu đến cường độ bê tông vì thế cần hạn chế hàm lượng của nó. Để đánh giá mức độ chứa tạp chất hữu cơ người ta dùng phương pháp so sánh với màu tiêu chuẩn. Hàm lượng các tạp chất chứa sun phát cũng có hại đối với tính chất của bê tông, đặc biệt có hại đối với bê tông rắn chắc ở nhiệt độ và độ ẩm cao và đối với bê tông làm việc trong điều kiện độ ẩm thay đổi vì nó tạo ra trong bê tông chất axit sulphuarít dù với hàm lượng thấp.

Đối với đề tài nghiên cứu, cốt liệu lớn được sử dụng là xỉ th p có đặc điểm cấu trúc r ng, bề mặt hạt ghồ ghề nhám ráp nhiều vết r với vô số l r ng hở. Do đó khi sử dụng xỉ th p để chế tạo bê tông, nếu không làm cho hạt xỉ bão hòa trước khi trộn bê tông thì lượng nước nhào trộn sẽ bị hạt xỉ hút đáng kể, h n hợp bê tông sẽ trở nên khô cứng. Tuy nhiên bề mặt nhám ráp cao của xỉ th p có ưu điểm là đảm bảo sự gắn kết tốt giữa đá xi măng và cốt liệu. Bên cạnh đó thì hình dạng tương đối tròn của hạt xỉ sẽ có lợi cho bê tông về mặt chịu lực. Xỉ ra khỏi lò có kích thước tương đối lớn nên được nghiền, đập, sàng, xay đến kích thước nhất định. Trong nghiên cứu này, xỉ sau khi được sàng thì được trộn với nhau để thành phần hạt đảm bảo liên tục. Ngoài ra, những tính chất cơ lý của xỉ th p như cường độ, độ hút nước, khối lượng thể tích, tính bền vững trong môi trường xâm thực sẽ được nghiên cứu trong đề tài.