vật liệu xây dựng - trần long giang

8/20/2019 Vật liệu xây dựng - Trần Long Giang

http://slidepdf.com/reader/full/vat-lieu-xay-dung-tran-long-giang 1/85

http://www.ebook.edu.vn

ĐẠI HỌC HÀNG HẢIKHOA CÔNG TRÌNH THỦY

BÀI GIẢNG ĐẠI HỌC MÔN

VẬT LIỆU XÂY DỰNGBan hành lần 1

Biên soạn Kiểm tra Phê duyệtGiảng Viên Phó tr ưở ng bộ môn Phó chủ nhiệm khoa

Ths. Tr ần Long Giang ThS. Bùi Quốc Bình Ts. Đào Văn Tuấn

HẢI PHÒNG 12/12/2006

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM

WW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

óng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú




Lời nói đầu

LN Đ-1

LỜI NÓI ĐẦU

Sự phát triển của tất cả các ngành k ỹ thuật, như chế tạo máy, luyện kim, k ỹ thuậtđiện và điện tử, xây dựng dân dựng và công nghiệ p, xây dựng cầu đườ ng…đều liên quan

đến vật liệu. ở l ĩ nh vực nào cũng cần đến vật liệu vớ i tính năng ngày càng đa dạng vàchất lượ ng ngày càng cao. Vì vậy phát triển vật liệu đã tr ở thành một trong những mũi

nhọn của nền kinh tế mỗi nướ c.

Trong l ĩ nh vực xây dựng, vật liệu xây dựng chiếm một vị trí đặc biệt, quyết định

chất lượ ng và tuổi thọ của công trình xây dựng. Do đó kiến thức về vật liệu xây dựng đã

tr ở thành yêu cầu quan tr ọng đối vớ i các ngành k ỹ thuật xây dựng và các ngành liên quan

khác. Ngườ i k ỹ sư xây dựng cần nắm bắt đượ c những kiến thức cơ bản về vật liệu xây

dựng nói chung, các tính năng và phạm vi sử dụng của từng nhóm vật liệu nói riêng, từ

đó có thể lựa chọn đúng loại vật liệu cần thiết sử dụng cho mục đích cụ thể, đáp ứng các

yêu cầu k ỹ thuật và kinh tế mong muốn.

Tr ọng tâm kiến thức trong l ĩ nh vực vật liệu xây dựng là sự hiểu biết chung về mối

quan hệ giữa cấu trúc và tính chất, đối vớ i vật liệu k ết cấu chủ yếu là tính chất cơ học, đối

vớ i vật liệu chuyên dùng có thể là tính cách nhiệt, cách âm, tính chống ăn mòn, tính

chống thấm nướ c, thấm hơ i và thấm khí…

Tài liệu này bám sát yêu cầu của hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn nướ cngoài có liên quan. Ngườ i biên soạn cố gắng sử dụng những hiểu biết và kinh nghiệm,

đồng thờ i tham khảo các giáo trình giảng dạy đại học và các tài liệu về vật liệu xây dựng

của một số tr ườ ng đại học xuất bản trong những năm gần đây. Tuy nhiên do trình độ còn

giớ i hạn, nên bài giảng còn có những sai sót, r ất mong nhận đựơ c ý kiến đóng góp từ phía

ngườ i đọc.

Ng ườ i biên soạn xin chân thành cảm ơ n!

Ngườ i biên soạn

Ths. Tr ần Long Giang








Mục lục

ML1

MỤC LỤC

Lời nói đầu ...............................................................................................LN Đ-1

Mục lục .......................................................................................................ML-1

Danh mục ký hiệu................................................................................ DMKH-1

Chương 1 Tính chất và cấu trúc của vật liệu xây dựng ...........................1-1

1.1 Khái niệm chung............................................................................................1-1

1.2 Tính chất vật lý ..............................................................................................1-1

1.3 Tính chất cơ học ............................................................................................1-4

1.4 Tuổi thọ..........................................................................................................1-6

Chương 2 Khái niệm về vật liệu composit................................................. 2-1

2.1. Khái niệm chung...........................................................................................2-1

2.2. Thành phần và cấu tạo của Composit...........................................................2-1

2.3 Sự làm việc đồng thờ i của vật liệu nền và cốt...............................................2-3

2.4 Tính toán composit sợ i carbon và thuỷ tinh ..................................................2-4

Chương 3: Đá thiên nhiên ........................................................................... 3-1

3.1 Khái niệm chung............................................................................................3-1

3.2 Đá thiên nhiên................................................................................................3-1

3.3 Vật liệu đá thiên nhiên...................................................................................3-3

3.4 Biện pháp bảo vệ ...........................................................................................3-4

Chương 4 Bê tông........................................................................................4-1

4.1 Khái niệm chung............................................................................................4-1

4.2 Vật liệu chế tạo bê tông ximăng ....................................................................4-1

4.4. Tính toán thành phần bê tông .......................................................................4-8

4.5. Các dạng bê tông ........................................................................................4-11

4.6 Các loại phụ gia dùng cho bê tông ..............................................................4-12

Chương 5 Vữa xây dựng .............................................................................5-1

5.1. Đặc điểm.......................................................................................................5-1

5.2 Nguyên liệu chế tạo vữa ................................................................................5-1

5.3. Tính chất của hỗn hợ p vữa ...........................................................................5-2

5.4. Vữa xây.........................................................................................................5-3

5.5. Vữa trát .........................................................................................................5-4

5.6. Thiết k ế hỗn hợ p vữa xây .............................................................................5-4

Chương 6: Vật liệu gốm xây dựng .............................................................6-1

6.1. Khái niệm và phân loại.................................................................................6-1








Mục lục

ML2

6.2 Nguyên liệu sản xuất và tính chất của nguyên liệu .......................................6-1

6.3 Công nghệ sản xuất và các sản phẩm gốm xây dựng....................................6-3

6.4 Gạch gốm ố p lát.............................................................................................6-5

6.5 Sản phẩm sành dạng đá .................................................................................6-5

Chương 7 Chất kết dính vô cơ....................................................................7-1

7.1 Khái niệm chung............................................................................................7-1

7.2 Vôi r ắn trong không khí ................................................................................7-1

7.3 Thạch cao.......................................................................................................7-2

7.4 Thuỷ tinh lỏng ...............................................................................................7-2

7.5 Ximăng pooclăng và ximăng đặc biệt ...........................................................7-4

Chương 8 Chất kết dính hữu cơ và vật liệu chế tạo từ chất kết dínhhữu cơ ........................................................................................................... 8-1

8.1 Giớ i thiệu chung ............................................................................................8-1

8.2 Vật liệu để chế tạo bê tông asfalt...................................................................8-1

8.3 Thiết k ế thành phần bê tông asfalt.................................................................8-3

8.4 Công nghệ chế tạo bê tông asfalt...................................................................8-4

Danh mục chỉnh sửa ........................................................................... DMCS-1

Tài liệu tham khảo .................................................................................TLTK-1








Danh mục ký hiệu

DMKH1

DANH MỤC KÝ HIỆU

γ0 - Khối lượ ng thể tích;

G - khối lượ ng;

V0 - thể tích tự nhiên;

γa - Khối lượ ng riêng;

Va - thể tích đặc;

đ - Độ đặc;

r - độ r ỗng toàn phần;

H p - Độ

hút nướ c của vật liệu đượ c

biểu thị theo phần tr ăm khối lượ ng;

Hv - Độ


biểu thị theo phần tr ăm thể tích;

Gk - khối lượ ng mẫu khi khô;Gư – khối lượ ng mẫu khi hút no nướ c;

Vn – Thể tích của nướ c mà vật liệu hút vào;

γan - khối lượ ng riêng của nướ c;

Q – Nhiệt lượ ng truyền qua vật liệu khi thí nghiệm (kCal);

a – Chiều dày để nhiệt truyền qua (m);

F – Diện tích truyền nhiệt (m2);

t1, t2 - nhiệt độ ở 2 bề mặt mẫu (0C);t - Thờ i gian thí nghiệm

(h);

oλ –hệ số truyền nhiệt của vật liệu ở 00

C;

t λ –hệ số truyền nhiệt của vật liệu ở ttb;

ttb –nhiệt độ trung bình của vật liệu;

σ - ứng suất, kG/cm2

;

ε - biến dạng đàn hồi;

∆l - biến dạng tuyệt đối;

σ - ứng suất, kG/cm2;

t – thờ i gian (s);

η - độ nhớ t, kG/cm2.s;

S – quãng đườ ng, cm;

t – thờ i gian truyền sóng siêu âm (s);

t0 – thờ i gian hiệu chỉnh (s) phụ thuộc vào vị trí của thiết bị;

K - hệ số;

D - đườ ng kính của viên bi;








Danh mục ký hiệu

DMKH2

Mn - Độ cọ mòn;

Q (%) - Độ hao mòn;

E c - môđun đàn hồi của composit;

V n - thể tích của vật liệu nền;

V h - thể tích hạt;V s và V n - hàm lượ ng sợ i và hạt;

ε c, ε s ε n - biến dạng tươ ng đối của composit, của sợ i và của nền;

ai - lượ ng sót riêng biệt;

mi - tỉ số % lượ ng sót trên từng sàng;

m - toàn bộ lượ ng cát đen thí nghiệm;

Ai (%) - lượ ng sót tích luỹ trên từng sàng;

M - môđun độ lớ n;S - bề mặt riêng, cm

2/g;

Nyc - Lượ ng nướ c yêu cầu, %;

R k1, R k2, ...R kn: cườ ng độ chịu nén của từng cấ p cốt liệu lớ n quy đổi từ độ ép dậ ptrong xilanh, kG/cm

2;

x1, x2, ..xn: hàm lượ ng mỗi cấ p hạt trong hỗn hợ p cốt liệu, %;

Dmax - đườ ng kính lớ n nhất của cốt liệu;

Dmin - đườ ng kính nhỏ nhất của cốt liệu;

PT- Độ phân tầng;

S1 - độ lưu động của hỗn hợ p vữa ống 1, cm;


Gn - Độ giữ nướ c của hỗn hợ p vữa;

S1 - độ lưu động của hỗn hợ p vữa ban đầu, cm;

S2 - độ lưu động của hỗn hợ p vữa sau khi hút chân không;

K - hệ số phụ thuộc mác vữa;








Chương 1. Cấu trúc và tính chất của vật liệu xây dựng

1-1

Chươ ng 1

CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆUXÂY DỰNG

1.1 Khái niệm chung

Tr ọng tâm của kiến thức vật liệu xây dựng là sự hiểu biết chung về mối quan hệ giữa cấu trúc và tính chất, đối vớ i vật liệu k ết cấu chủ yếu là tính chất cơ học, đối vớ i vật

liệu chuyên dùng có thể là tính cách nhiệt cách âm, tính chống ăn mòn, tính chống thấm

nướ c, thấm hơ i và thấm khí...

Vật liệu xây dựng đượ c phân loại theo 2 cách chính:

Theo bản chất

- Vật liệu vô cơ : các loại đá thiên nhiên, các loại vật liệu nung, các chất k ết dính vô

cơ , bê tông, vữa và các loại vật liệu đá nhân tạo không nung khác.

- Vật liệu hữu cơ : gồm các loại vật liệu gỗ, tre, các loại nhựa bitum và guđrông, cácloại chất dẻo, sơ n, vecni.

- Vật liệu kim loại: gang, thép, kim loại màu, hợ p kim.

Theo nguồn gốc

- Vật liệu đá nhân tạo: hình thành bằng sự ximăng hoá các loại các loại cốt liệu

nhiều cỡ hạt hoặc các dạng khác thành 1 khối đồng nhất bằng chất thứ 2 (chất

k ết dính) hoặc bằng liên k ết thứ 2 (hoá, điện, kim loại...) trong điều kiện nhà

máy hay tr ực tiế p tại công tr ườ ng. Chúng đượ c gọi là nhân tạo vì trên vỏ trái đất

còn có 1 nhóm vật liệu khác gọi là vật liệu đá thiên nhiên, vật liệu đá thiên nhiên

hình thành trong 1 giai đoạn lịch sử lâu dài.

- Vật liệu đá nhân tạo không nung: nhóm vật liệu mà sự r ắn chắc của chúng xẩy ra ở nhiệt độ không cao lắm và sự hình thành cấu trúc là k ết quả của sự biến đổi hoá

học và hoá lí của chất k ết dính, ở tr ạng thái dung dịch (phân tử, keo, lỏng và r ắn,

pha loãng và đậm đặc)

- Vật liệu đá nhân tạo nung: nhóm vật liệu mà sự r ắn chắc của nó xẩy ra chủ yếu là

quá trình làm nguội của dung dịch nóng chảy. Dung dịch đó đóng vai trò làm

chất k ết dính.

1.2 Tính chất vật lý1.2.1 Khối l ượ ng thể tích

Khối lượ ng thể tích (γ0) là khối lượ ng của 1 đơ n vị thể tích vật liệu ở tr ạng thái tự

nhiên:

0

0V

G=γ

(kG/m3, kG/l, T/m

3) (1- 1)

Để xác định γ0 ta cần xác định khối lượ ng G và thể tích tự nhiên V0

Xác định G bằng cách cân vật liệu tr ực tiế p ở tr ạng thái khô để xác định γ0k hay ở tr ạng thái ẩm (để xác định γ0w).









1-2

Thể tích V0 có thể xác định theo từng tr ườ ng hợ p cụ thể vớ i vật liệu có hình dánh

hình học rõ ràng, không có hình dáng hình học hay vớ i vật liệu dạng hạt.

1.2.2 Khối l ượ ng riêng

Khối lượ ng riêng (γa) là khối lượ ng của 1 đơ n vị thể tích vật liệu ở tr ạng thái hoàn

toàn đặc:

a

aV

G=γ

(g/cm3, kG/l, T/m

3) (1- 2)

Để xác định γa ta cần xác định khối lượ ng G và thể tích đặc Va

Khi xác định khối lượ ng G cần cân vật liệu sau khi đã sấy khô ở nhiệt độ t0 =105

- 1100C. Khi xác định Va cần thực hiện theo một trong hai tr ườ ng hợ p sau:

Vớ i vật liệu đặc xác định V a như xác định V 0.

Vớ i vật liệu r ỗng ta nghiền vật nhỏ đến cỡ hạt lọt qua sàng 900 lỗ/cm2 để loại tr ừ

thể tích các lỗ r ỗng khi xác định thể tích bằng bình tỷ tr ọng.1.2.3 Độ đặc và độ r ỗng

c ủ a v ật li ệu

Độ đặc (đ),

độ r ỗng toàn phần (r) đượ c tính theo công thức:

Hay

%100.

Vd

0

0

0

a

a

a

d

V

γ

γ

γ

γ

=

==

(1- 3)

( %100).1

11

V

r

0

0

0

0

0

a

a

ar

r

d V

V V

V

γ

γ

γ

γ

−=

−=−=

−

==

(1- 4)

Để đánh giá chính xác các tính chất của vật liệu cần xác định độ r ỗng toàn phần

(công thức trên) và độ r ỗng hở . Độ r ỗng hở của vật liệu đượ c xác định bằng cách cho vậtliệu bão hoà nướ c.

1.2.4 Độ hút nướ c và độ hút nướ c bão hoà

Độ


biểu thị theo phần tr ăm khối lượ ng (H p) hay thể tích(Hv)

ann

k n

v

k

k p

V

GG

V

V H

G

V G H

γ .%100.

%100.

00

-

−==

−=

(1- 5)

%100.

Vd

0

0

0

a

a

a

d

V

γ γ

γ

γ

=

==

(1- 6)









1-3

Sự liên hệ của hai đại lượ ng này có thể biểu diễn theo công thức:

Hv = γokH p/γan (1- 7)

Mức độ nướ c bị hút vào vật liệu đượ c đánh giá bằng hệ số bão hoà nướ c (C bh)

C bh = Hv bh/r (1- 8)

Trong đó:

Gk - khối lượ ng mẫu khi khô

Gư – khối lượ ng mẫu khi hút no nướ c

Vn – Thể tích của nướ c mà vật liệu hút vào

γan - khối lượ ng riêng của nướ c

Khi thí nghiệm xác định độ hút nướ c ta đem sấy khô mẫu ở nhiệt độ t0=105-1100C

r ồi ngâm mẫu ngậ p trong nướ c khoảng 3x24h.

Độ hút nướ c bão hoà đượ c thực hiện bằng một trong 2 cách sau:Thả vật liệu khô ngậ p trong nướ c, đem đun sôi, để nguội r ồi vớ t ra.

Cho vật liệu khô ngậ p trong nướ c, hạ áp suất trên mặt thoáng của nướ c xuống còn

20mmHg, sau khi thoát hết bọt khí khôi phục lại áp suất thườ ng trong 2h

1.2.5 Tính truy ền nhi ệt

Đặc tr ưng cho tính truyền nhiệt là hệ số truyền nhiệt

τ λ

).(

.0

2

0

1 t t F

aQ

−=

, kCal/m.0C.h (1- 9)

Trong đó:

Q – Nhiệt lượ ng truyền qua vật liệu khi thí nghiệm (kCal)

a – Chiều dày để nhiệt truyền qua (m)

F – Diện tích truyền nhiệt (m2)

t1, t2 - nhiệt độ ở 2 bề mặt mẫu (0C)

t - Thờ i gian thí nghiệm (h)

Quan hệ giữa hệ số truyền nhiệt và cấu tạo của vật

liệu thể hiện bở i công thức:

14,022.00196.0 2 −+= v x ρ λ , kCal/m.0C.h (1- 10)

Hoặc

14,022.00196.016,1 2−+= v ρ λ

, W/m

.0C (1- 11)

Công thức này chỉ đúng khi vật liệu để tự nhiên trong không khí (ở độ ẩm vật liệu

W=1-7%, t = 20-250C)

Hệ số truyền nhiệt của vật liệu thay đổi, phụ thuộc vào nhiệt độ trung bình của mẫu

thí nghiệm, theo công thức Vlaxov:

)002.01( 0

0 tbt t += λ λ

, kCal/m.0C.h (1- 12)









1-4

Trong đó:

oλ –hệ số truyền nhiệt của vật liệu ở 00

C;

t λ –hệ số truyền nhiệt của vật liệu ở ttb;

ttb –nhiệt độ trung bình của vật liệu;

1.3 Tính chất cơ học

1.3.1 Tính bi ế n d ạng c ủ a v ật li ệu

Tính biến dạng của vật liệu là tính chất của nó có thể thay đổi hình dạng, kích thướ cdướ i sự tác động của tải tr ọng bên ngoài. Dựa vào đặc tính biến dạng ngườ i ta chia ra

biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo. Biến dạng đàn hồi là biến dạng hoàn toàn mất đi khi

loại bỏ nguyên nhân gây ra biến dạng. Còn biến dạng dẻo thì không mất đi khi loại bỏ

nguyên nhân gây biến dạng.

Biến dạng đàn hồi thườ ng xảy ra khi tải tr ọng tác dụng bé và ngắn hạn. Tính đàn

hồi đượ c đặc tr ưng bằng môđun đàn hồi E

th

E ε

σ =

(1- 13)

Trong đó:


ε - biến dạng đàn hồi, đượ c xác định bằng biến dạng tươ ng đối – tỷ số giữa biếndạng tuyệt đối ∆l so vớ i chiều dài ban đầu l của mẫu

Điều kiện của biến dạng đàn hồi: ngoại lực tác dụng lên vật chưa vượ t quá lực

tươ ng tác giữa các chất điểm của nó. Do đó công của ngoại lực sẽ sinh ra nội năng và khi

bỏ ngoại lực nội năng lại sinh ra công đưa vật liệu tr ở về vị trí ban đầu.

Khi lực tác dụng đủ lớ n và lâu dài thì ngoài biến dạng đàn hồi còn xuất hiện biến

dạng dẻo. Nguyên nhân là lực tác dụng đã vượ t quá lực tươ ng tác giữa các chất điểm và

phá vỡ cấu trúc của vật liệu làm các chất điểm có chuyển dịch tươ ng đối. Do đó biếndạng vẫn còn tồn tại khi loại bỏ ngoại lực. Biến dạng dẻo của vật

liệu dẻo lý tưở ng tuân

theo định luật Niutơ n:

η

σ ε

t d

.=

(1- 14)Trong đó:


t – thờ i gian (s)

η - độ nhớ t, kG/cm2.s

Trong vật liệu xây dựng thườ ng có cả tính đàn hồi và tính dẻo. Do đó biến dạng ε là

biến dạng tổng cộng của biến dạng dư εd và biến dạng đàn hồi εđh

Dựa vào quan hệ giữa ứng suất và biến dạng ngườ i ta phân ra vật liệu loại dẻo, giòn

và đàn hồi. Vật liệu dẻo là vật liệu tr ướ c khi phá hoại có biến hình dẻo rõ r ệt (thép), còn

vật liệu giòn thì ngượ c lại.









1-5

Hiện tượ ng mà biến dạng dẻo tăng theo thờ i gian khi ngoại lực không đổi tác dụng lâu

dài lên vật liệu r ắn gọi là hiện tượ ng từ biến. Nếu giữ cho biến hình không đổi, dướ i tác

dụng của ngoại lực, ứng suất đàn hồi cũng sẽ giảm dần theo thờ i gian, đó là hiện tượ ng

chùng ứng suất.

1.3.2 C ườ ng độ

Cườ ng độ là khả năng của vật liệu chống lại sự phá hoại của ứng suất gây ra do

ngoại lực hoặc các yếu tố khác. Cườ ng độ của vật liệu đượ c xác định bằng cườ ng độ giớ ihạn R ở một dạng biến dạng cho tr ướ c. đối vớ i vật liệu giòn (đá thiên nhiên, bê tông, vữa

xây dựng, gạch, ..). đặc tr ưng chủ yếu của cườ ng độ là cườ ng độ nén giớ i hạn. Vì vật liệuxây dựng không đồng nhất, nên cườ ng độ giớ i hạn đượ c xác định bằng k ết quả trung bình

khi thí nghiệm một tổ mẫu (thườ ng không ít hơ n 3 mẫu). Dựa vào cườ ng độ giớ i hạn,

ngườ i ta định ra mác của vật liệu.

Có 2 phươ ng pháp xác định cườ ng độ của vật liệu: phươ ng pháp phá hoại và

phươ ng pháp không phá hoại. Trong phươ ng pháp phá hoại, cườ ng độ của vật liệu đượ cxác định trên những mẫu tiêu chuẩn. Trong phươ ng pháp không phá hoại, phươ ng pháp

âm học đựoc sử dụng r ộng rãi nhất. Cườ ng độ của vật liệu gián tiế p đượ c đánh giá qua

tốc độ truyền sóng siêu âm qua nó. Đối vớ i vật liệu hỗn hợ p (bê tông) ngườ i ta thườ ng

dùng phươ ng pháp siêu âm xung.

Nguyên lí làm việc của máy: Bộ máy xung truyền xung động điện đến độ phát siêu

âm, tại đây xung động điện biến thành sóng siêu âm truyền qua vật liệu đến bộ phận biến

giao động thành giao động điện qua bộ khuếch đại để đến màn hình chỉ báo.

Tốc độ truyền sóng siêu âm v (cm/gy) đượ c xác định theo công thức:

0t t S v −=

(1- 15)

Trong đó

S – quãng đườ ng, cm.

t – thờ i gian truyền sóng siêu âm (s)

t0 – thờ i gian hiệu chỉnh (s) phụ thuộc vào vị trí của thiết bị.

Dựa vào v ta có thể tìm đượ c cườ ng độ của vật liệu dưạ vào cách tra đồ thị.

1.3.3 Độ c ứ ng

Độ cứng là tính chất của vật liệu chống lại tác dụng đâm xuyên của vật liệukhác

cứng hơ n.

Độ cứng của vật liệu khoáng đượ c đánh giá bằng bảng thang Morh, gồm có 10

khoáng vật mẫu đượ c xắ p xế p theo độ cứng tăng dần.

Độ cứng của vật liệu sẽ tươ ng ứng vớ i độ cứng của khoáng vật nào đó mà khoáng

vật đứng ngay tr ướ c nó không r ạch đượ c vật liệu, còn khoáng vật đứng ngay sau nó lại dễ

dàng r ạch đượ c vật liệu đứng tr ướ c.

Độ cứng của kim loại, gỗ, bê tông v.v... có thể đượ c xác định bằng phươ ng pháp

Brinen. Độ cứng của vật liệu đượ c xác định dựa vào lực ép P lên viên bi thép có đườ ngkính D và vết lõm có đườ ng kính d do viên bi để lại trên bề mặt vật liệu:









1-6

22(

2

d D D D

P

F

P HB

−−Π==

(kG/mm2) (1- 16)

Lực P đượ c xác định theo công thức:

P=KD2 (1- 17)

Trong đó:

K là hệ số, đối vớ i kim loại đen K=30, kim loại màu K=10, kim loại mềm K=3

D là đườ ng kính của viên bi, có thể là 10; 5; 2.5; 1mm

1.3.4 Độ c ọ mòn

Độ cọ mòn (Mn) phụ thuộc vào độ cứng, cườ ng độ và cấu tạo nội bộ của vật liệu.

Nếu khối lượ ng của mẫu tr ướ c khi thí nghiệm là m1, khối lượ ng của mẫu sau khi cho

máy mài mòn quay 1000 vòng trên mâm quay có r ắc 2,5 lít cát cỡ hạt 0,3-0,6mm là m2 và

có diện tích tiết diện mài mòn là F thì:

F

mm Mn 21 −=

(g/cm2) (1- 18)

Tính chất này r ất quan tr ọng đối vớ i vật liệu làm đườ ng, lát vỉa hè, lát sàn, bậc tay vịncầu thang...

1.3.5 Độ hao mòn

Độ hao mòn Q (%) đặc tr ưng cho độ hao hụt vật liệu vừa do cọ mòn vừa do va

chạm. Độ cọ mòn đượ c thí nghiệm trên máy Đevan. Nếu khối lượ ng của hỗn hợ p vật liệu

tr ướ c khi thí nghiệm là m1 (5kG) và sau khi thí nghiệm (máy quay 10.000 vòng r ồi sàng

qua sàng 2mm ) là m2 thì

%1001

21

m

mmQ

−=

(1- 19)

Dựa vào độ hao mòn của vật liệu đượ c phân ra các loại : chống hao mòn r ất khoẻ ( Q < 4%), khoẻ (Q = 4 - 6%); trung bình (Q = 6 -10 %), yếu ( Q = 10 - 15%) và r ất yếu(Q > 15%).

1.3.6 H ệ số phẩm chấ t

Hệ số phẩm chất hay còn gọi là hệ số chất lượ ng k ết cấu của vật liệu là một đạilượ ng đặc tr ưng bằng tỷ số giữa cườ ng độ tiêu chuẩn (kG/cm2) và khối lượ ng thể tích tiêuchuẩn (không thứ nguyên nhưng giá tr ị tính bằng T/m

3).

Đối vớ i một số loại vật liệu xây dựng có K pc như sau: Chất dẻo sợ i thuỷ tinh:

4500/2=2250; gỗ 100/0,5=200; thép cườ ng độ cao:1000/7,85=127; thép thườ ng:

3900/785=497; bê tông nhẹ: 400/1,8 = 222; bê tông nặng: 400/2,4 = 167; gạch 100/1,8 =

56.

1.4 Tuổi thọ

1.4.1 Khái ni ệm

Tuổi thọ là tính chất của vật liệu giữ đượ c khả năng làm việc trong thờ i gian nhấtđịnh. Đây là chỉ tiêu tính chất tổng hợ p. Thông thườ ng quá trình sử dụng, tiế p xúc tr ực

tiế p vớ i môi tr ườ ng, thành phần và tính chất của vật liệu bị thay đổi (thườ ng giảm theo









1-7

thờ i gian). Đến một lúc nào đó công trình mất khả năng sử dụng (phai sửa chữa, thay thế

hoặc làm lại). Tuổi thọ của vật liệu và của công trình có mối quan hệ chặt chẽ vớ i nhau.

Những công trình khó sửa chữa và khó thay thế thì tuổi thọ của vật liệu phải lớ n hơ n tuổi

thọ công trình.

Để xác định tuổi thọ của vật liệu ngườ i ta dùng phươ ng pháp quan sát thực tế những

biến đổi tính chất của nó (phươ ng pháp này đòi hỏi thờ i gian quan tr ắc dài, đến hàng chụcnăm) hoặc dùng phươ ng pháp mô phỏng những yếu tố tác động lên vật liệu trong quá

trình sử dụng vớ i một cườ ng độ mạnh lên nhiều lần để rút ngắn thờ i gian thí nghiệm. Dựa

vào tuổi thọ, ngườ i ta có thể lựa chọn vật liệu sao cho phù hợ p vớ i công trình.

1.4.2 Phươ ng pháp xác đị nh

Tính chất của vật liệu xây dựng đượ c xác định dựa vào thành phần và cấu trúc r ỗng

của nó. Vì vậy để chế tạo vật liệu vớ i những tính chất định tr ướ c cần phải hiểu rõ quá

trình hình thành cấu trúc và những biến đổi của các chất trong qúa trình công nghệ.

Những vấn đề này phải đượ c nghiên cứu ở cấu trúc vi mô cũng như phân tử và ion bằng

các phươ ng pháp phân tích lý hoá.Phươ ng pháp thạch học: đượ c dùng để nghiên cứu các loại vật liệu khác nhau;

clanke ximăng, đá ximăng, bê tông, thuỷ tinh, vật liệu chịu lửa, xỉ, vật liệu gốm... Các

thiết bị dùng trong phươ ng pháp này để nghiên cứu các đặc tính quang học của từng

khoáng chất, mà các đặc tính đó xác định cấu tạo bên trong của chúng. Những tính chấtquang học chủ yếu của khoáng là các chỉ tiêu khúc xạ ánh sáng, mốc ánh sáng,

màu.v.v...Hiện nay trong nghiên cứu thạch học đã xuất hiện nhiều phươ ng pháp hiện đại

như phươ ng pháp kính hiển vi phân cực, phươ ng pháp kính hiển vi phản quang, phươ ng

pháp kính hiển vi thấu quang.

Phươ ng pháp kính hiển vi điện tử: dùng để nghiên cứu màng tinh thể. Kính hiển vi

điện tử hiện đại có độ phóng đại đến 3600.000 lần, có ngh ĩ a là có thể nhìn thấy những hạt

có kích thướ c từ 0,3.10-9 đến 0,5.10-9m. Nhờ những tia điện tử có sóng ngắn hơ n sóng

ánh sáng nhìn thấy, ngườ i ta có thể xâm nhậ p sâu vào thế giớ i vimô. Kính hiển vi điện tử

có thể nghiên cứu đượ c hình dạng và kích thướ c của các tinh thể cực nhỏ; các quá trình

lớ n lên và phá huỷ tinh thể; các quá trình khuếch tán; sự biến đổi pha khi gia công nhiệtvà làm nguội; cơ học biến dạng và phá huỷ.

Phươ ng pháp phân tích biểu đồ r ơ ngen là phươ ng pháp nghiên cứu cấu tạo và thành

phần của chất bằng thực nghiệm để thu nhiễu xạ của những tia r ơ ngen trong các chất này.

Tia r ơ ngen có dao động điện từ ngang vớ i ánh sáng nhìn thấy, nhưng có bướ c sóng ngắn

hơ n. Chùm tia r ơ ngen đượ c nhìn thấy trong ống r ơ ngen nhờ k ết quả của sự đụng chạmcủa các điện tử catốt (-) vớ i anốt (+) trong sự khác biệt lớ n về điện thế. Việc sử dụng bức

xạ r ơ ngen để nghiên cứu các chất k ết tinh có cơ sở là chiều dài các bướ c sóng của nó.

Tươ ng ứng vớ i khoảng cách giữa các nguyên tử trong mạng lướ i k ết tinh của các chất.

Mạng này là lướ i nhiễu xạ tự nhiên đối vớ i tia r ơ ngen. Mỗi chất k ết tinh đặc tr ưng bằng

một tậ p hợ p những vạch nhất định trên ảnh chụ p r ơ n gen. Nhờ ảnh chụ p r ơ ngen ngườ i tacó thể xác định đượ c bản chất các pha k ết tinh chứa trong vật liệu. ảnh chụ p r ơ ngen các

hạt của mẫu đa khoáng đượ c đối chiếu hoặc là vớ i ảnh chụ p các khoáng thành phần hoặc

là vớ i số liệu trong bảng có sẵn. Phươ ng pháp phân tích thành phần pha bằng tia r ơ ngen

dùng để kiểm tra nguyên liệu và sản phẩm, để điều khiển các quá trình công nghệ, cũng

như để dò khuyết tật.Phươ ng pháp phân tích nhiệt vi sai (DTA) dùng để xác định thành phần khoáng và

thành phần pha của vật liệu. Cùng vớ i sự biến đổi pha trên bề mặt vật liệu còn xẩy ra hiệu









1-8

ứng nhiệt. Trong các quá trình vật lí và hoá học của sự biến đổi chất nhiệt năng có thể

đượ c hút vào hoặc nhả ra. Sự hút nhiệt sẽ sinh ra quá trình khử nướ c, phân li, nóng chảy.

Sự nhả nhiệt trùng vớ i các quá trình ôxy hoá, hình thành những liên k ết mớ i, chuyển hoá

tr ạng thái vô định hình sang k ết tinh. Trong quá trình phân tích nhiệt nhờ 1 thiết bị để ghi

4 đườ ng: đơ n giản, nhiệt vi sai và các đườ ng mất khối lượ ng tươ ng ứng. Nội dung của

phươ ng pháp DTA là so sánh phẩm chất của vật liệu thử vớ i 1 chất chuẩn. Các quá trình

thu nhiệt thể hiện ở phần lõm của ảnh chụ p nhiệt vi sai, còn quá trình toả nhiệt ở các đỉnh

của ảnh chụ p.

Phân tích quang phổ là phươ ng pháp vật lí phân tích chất lượ ng và số lượ ng của các

chất dựa trên cơ sở bức xạ quang phổ của chúng. Trong nghiên cứu vật liệu xây dựng chủ

yếu ngườ i ta sẽ dùng bức xạ quang phổ hồng ngoại. Hoạt động của máy dựa trên tác dụng

giữa chất nghiên cứu vớ i bức xạ điện từ ở vùng hồng ngoại. Quang phổ hồng ngoại có

liên quan vớ i năng lượ ng dao động của các nguyên tử và năng lượ ng xoay của các phân

tử và là một đặc tr ưng để xác định các nhóm và tổ hợ p nguyên tử. Máy chụ p quang phổ

có thể ghi đượ c các quang phổ hồng ngoại.








Chương 2. Khái niệm về vật liệu composit

2-1

Chươ ng 2

KHÁI NIỆM VỀ VẬT LIỆU COMPOSIT2.1. Khái niệm chung

Vật liệu composit là một hệ thống dị thể (không đồng nhất) đượ c chế tạo từ 2 cấu tử

tr ở lên nhưng vẫn giữ nguyên đượ c đặc tính của từng cấu tử.

Một trong các cấu tử có đặc tính liên tục trên toàn bộ thể tích vật liệu đượ c gọi là

cấu tử nền, cấu tử khác có tính chất gián đoạn, bị phân cách trong toàn bộ thể tích của hệ thống đượ c gọi là cấu tử cốt (làm đặc). Cấu tử nền có thể là hợ p kim, gốm, polime, vô cơ và polime hữu cơ . Cấu tử cốt thườ ng là các dạng hạt phân tán mịn, các dạng sợ i thiên

nhiên hoặc nhân tạo.

Trong composit, các cấu tử tạo ra hiêu qủa tổng hợ p, một chất lượ ng mớ i cho vậtliệu khác vớ i các tính chất của cấu tử ban đầu. Trong composit k ết cấu, đó là hệ số chấtlượ ng, k ết cấu cao, vượ t xa thép đến 15 lần. Dướ i tác dụng của tải tr ọng, do tính dị hướ ng

của composit mà biến dạng hình thành không trùng vớ i ứng suất phát sinh. Nhờ việc giảm thể tích 4 lần, năng suất nâng cao 2-3 lần, thờ i gian sử dụng đượ c

nâng cao 2-3 lần. 1 tấn composit về mặt lý thuyết có thể thay đượ c 15-25 tấn thép. Do có

những ưu điểm như vậy việc sản xuất composit trên thế giớ i ngày 1 tăng. Những loại vật

liệu xây dựng thuộc composit có thể k ể đến là bê tông, bê tông cốt thép, bê tông cốt sợ i,ximăng amiăng, tấm sợ i gỗ ép, chất dẻo thuỷ tinh...

Việc xuất hiện tên “composit” có liên quan đến 1 hướ ng k ỹ thuật hoàn toàn mớ i. Đó

là việc hình thành 1 loại công nghệ chế tạo ra những vật liệu cườ ng độ cao, chủ yếu dùng

cho các ngành chế tạo máy, máy bay, vệ tinh. Trong tươ ng lai việc tạo ra 1 loại vật liệu

mớ i cho xây dựng phải gắn liền vớ i lý thuyết và công nghệ của loại vật liệu composit.2.2. Thành phần và cấu tạo của Composit

Tính chất cơ học và các tính chất khác của composit đượ c xác định bằng 3 thông số

cơ bản: cườ ng độ của cốt, cườ ng độ của vật liệu nền và cườ ng độ liên k ết trên bề mặt phân chia nền và cốt

Vật liệu composit có nhiều loại. Việc phân loại chúng dựa vào bản chất của các cấu

tử, của vật liệu nền, dựa vào dạng cốt liệu và sự xắ p xế p của nó trong vật liệu nền

Theo dạng cốt, composit đươ c chia thành 2 nhóm: dạng hạt phân tán tăng độ bền và

dạng sợ i. Chúng khác nhau về cấu tạo và cơ chế tạo cườ ng độ cao. Composit hạt phân tán

tăng độ bền là loại vật liệu mà những hạt mịn phân tán một cách đều đặn trong nền vớ ihàm lượ ng thích hợ p 2-4%. Hiệu quả tăng độ bền là tuỳ thuộc vào kích thướ c và hàm

lượ ng của các hạt. Khi kích của hạt mịn là 0.001 đến 0.1 micromet thì thể tích hạt có thể

đến 25% hoặc lớ n hơ n. Trong loại composit này, tuy có cườ ng độ, độ cứng, độ ổn định

nhiệt cao nhưng độ dẻo vẫn đuợ c giữ nguyên (thí dụ như các hạt phấn, mica, carbon, cát,

đá vôi trong nền bitum, cao su, polime nhân tạo)

Trong composit dạng sợ i các sợ i cườ ng độ cao tiế p nhận ứng suất chủ yếu khi chịutác dụng của ngoại lực và đảm bảo độ cứng cho composit. Nét đặc biệt về cấu tạo của

loại này là sự phân bố sợ i một cách đều đặn trong toàn khối nền dẻo. Phần thể tích sợ i có

thể đạt đến 75% hoặc lớ n hơ n.









2-2

Việc phân loại composit còn dựa theo phươ ng pháp tạo cốt: composit có lớ p cốt sợ isong song liên tục; composit có các lớ p cốt vải hoặc sợ i phân bố trong hệ không gian hỗn

độn.

Theo bản chất của vật liệu nền composit còn phân ra: composit nền polime;

composit nền kim loại; composit nền gốm; composit nền ximăng.

Tuỳ theo bản chất của cốt sợ i, composit trên 1 loại nền còn đượ c phân ra các loạikhác nhau. Thí dụ, composit trên cơ sở nền polime đượ c phân ra: chất dẻo sợ i thuỷ tinh,

chất dẻo sợ i kim loại, chất dẻo sợ i carbon, chất dẻo sợ i hữu cơ v.v...vớ i các loại nền khác

ta cũng có thể đưa ra đượ c các thí dụ tươ ng tự.

Cốt sợ i cần phải đảm bảo đượ c toàn bộ các yêu cầu sử dụng và các yêu cầu công

nghệ của composit. Đối vớ i yêu cầu sử dụng thì composit phải thoả mãn về cườ ng độ, độ

cứng, độ đặc, tính ổn định trong khoảng nhiệt độ nhất định, độ ổn định hoá học.

Cườ ng độ composit tăng vớ i sự tăng của mođun đàn hồi, năng lượ ng bề mặt các

chất và giảm vớ i sự tăng khoảng cách bề mặt của các phân tử cạnh nhau. Như vậy, những

vật liệu r ắn cườ ng độ cao cần phải có môđun đàn hồi cao, năng lượ ng bề mặt lớ n và số các phần tử trong một đơ n vị thể tích lớ n. Những nguyên tử beri, bo, carbon, nitơ , hidrô,

nhôm, silic đều thoả mãn những yêu cầu đó. Vật liệu bền nhất thườ ng chứa một trong các

nguyên tố này.

Để làm cốt thườ ng ngườ i ta hay sử dụng các loại sợ i: thuỷ tinh, carbon, bo, hữu cơ cườ ng độ cao, kim loại, cũng như các loại sợ i và những tinh thể dạng sợ i của cacbit, oxit

nitrit và các chất khác. Các cấu tử cốt thườ ng ở dạng sợ i đơ n, chỉ, sợ i dây, dây bện, lướ i ,vải, băng, xơ .

Đối vớ i các yêu cầu công nghệ cốt sợ i phải tạo ra khả năng cho quá trình chế tạo

sản phẩm có năng suất cao.Một yêu cầu không kém phần quan tr ọng đối vớ i sợ i là sự đồng thờ i giữa sợ i và

nền, có ngh ĩ a là khả năng đạt đượ c mối liên k ết bền giữa sợ i và nền mà vẫn giữ đượ c tính

chất cơ học ban đầu của các cấu tử.

Vật liệu nền đảm bảo sự toàn khối cho composit, cố định hình dạng của sản phẩm,

và sự xắ p xế p tươ ng hỗ của sợ i, đồng thờ i phân bố đều tải tr ọng tác dụng trên toàn bộ thể tích vật liệu, ngay cả khi vật liệu đạt đến tr ạng thái giớ i hạn. Vật liệu nền quyết định

phươ ng pháp chế tạo sản phẩm, các thông số của quá trình công nghệ, cũng như khả năng

gia công các k ết cấu nhà và công trình.

Những yêu cầu đối vớ i vật liệu nền cũng đượ c phân ra làm 2 loại: yêu cầu về sử dụng và yêu cầu về công nghệ.

Yêu cầu sử dụng có liên quan đến các tính chất cơ học, các tính chất lí hoá đảm bảocho khả năng làm việc của composit dướ i sự tác dụng của các yếu tố sử dụng khác nhau.

Những yêu cầu công nghệ đượ c xác định bằng quá trình chế tạo composit, có ngh ĩ a là

quá trình nhào tr ộn cốt vớ i nền và tạo hình sản phẩm cuối cùng. Mục đích của quá trình

công nghệ là đảm bảo sự phân bố sợ i một cách đều đặn trong nền (không bị dính vào

nhau) và giữ đượ c tính chất ban đầu của sợ i (chủ yếu là cườ ng độ), đồng thờ i tạo ra đượ csự tác động tươ ng hỗ trên bề mặt phân cách nền – sợ i.

Bề mặt phân cách đượ c biểu thị tr ướ c tiên bằng sự dính bám tươ ng hỗ của sợ i vànền xác định mức chất lượ ng của composit và khả năng làm việc của nó trong quá trình

sử dụng. ứng suất cục bộ trong composit thườ ng đạt giá tr ị lớ n nhất trên bề mặt phân









2-3

cách, nơ i bắt đầu phá huỷ vật liệu. Vì vậy bề mặt phân cách phải đảm bảo chuyền tải

tr ọng từ nền vào sợ i một cách tốt nhất, đồng thờ i phải đảm bảo các liên k ết trên bề mặt

sợ i-nền không bị phá hoại do co ngót trong quá trình r ắn chắc hoặc do nở vì nhiệt.

2.3 Sự làm việc đồng thời của vật liệu nền và cốt

Trong composit hạt phân tán, hạt chỉ bắt đầu tỏ tác dụng tăng độ bền khi nó hạn chế

đượ c biến dạng của nền bằng sự chèn lấ p cơ học. Điều đó phụ thuộc vào khoảng cáchgiữa các hạt vớ i đườ ng kính của chúng, cũng như đặc tính đàn hồi của nền và hạt.

Nếu gọi môđun đàn hồi của composit là E c, thể tích của vật liệu nền là V n đượ c lèn

chặt bằng thể tích hạt V h thì ta có “quy luật phối hợ p” như sau:

E c = E n.V n + E h.V h (2- 1)

Phươ ng trình này biểu hiện dạng tươ ng đối của môđun đàn hồi. Vì vậy môđun đàn

hồi của composit hạt phân tán phải thoả mãn quan hệ sau:

nh

hn

hn

c E V

E V

E E E .

.

.+=

(2- 2)

Bất k ỳ sai lệch dươ ng nào so vớ i phươ ng trình này đều biểu hiện sự lèn chặt nền, có

ngh ĩ a là tác dụng làm đặc của hạt.

Trong composit sợ i bao gồm 2 cấu tử: sợ i và nền có tác dụng tạo ra cườ ng độ kéo

và uốn cao.

Khi ta chọn thể tích composit có sợ i xắ p xế p song song là 1 đơ n vị, hàm lượ ng sợ ilà V s và nền là V n (tính bằng số thậ p phân) thì:

V s + V n = 1 hay V n = 1 – V s (2- 3)

Lực kéo đúng tâm và song song vớ i sợ i P sẽ đượ c phân bổ cho sợ i là Ps và cho nềnlà Pn thì:

P = Ps + Pn (2- 4)

Nếu chuyển thành ứng suất, thì sự phân bố ứng suất trong composit sẽ như sau:

σ c = σ sV s + σ n(1-V s) (2- 5)

Trong giớ i hạn đàn hồi, theo định luật Húc thì:

σ c = ε s E sV s + ε n E n (1-V s) (2- 6)

Composit làm việc như một vật thể đồng nhất (biến dạng của cốt và của nền xẩy rađồng thờ i), đảm bảo không có sự tr ượ t của sợ i trong nền. Lúc đó biến dạng tươ ng đối của

composit ε c, của sợ i ε s và của nền ε n sẽ bằng nhau:

ε c = ε s = ε n = ε (2- 7)

Khi xét đến điều kiện toàn khối của composit, phươ ng trình cườ ng độ của composit

sợ i Rc có dạng như sau:

Rc= [E sV s + E n(1-V s)] ε (2- 8)

Do đó môđun đàn hồi của composit E c trong tr ườ ng hợ p

này hình thành theo quy

luật phối hợ p như sau: E c= E sV s + E n(1-V s) (2- 9)









2-4

Từ quan hệ

)1(.

s

s

n

s

n

s

V

V

E

E

P

P

−⎟⎟ ⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ =

(2- 10)

Thấy rõ r ằng: lực mà sợ i tiế p nhận Ps tăng lên theo mức độ tăng của hàm lượ ng sợ i

(V s) và môđun đàn hồi của nó là E s. Tươ ng ứng vớ i điều kiện đó là sự giảm tải tr ọngtruyền lên cho nền (có cườ ng độ nhỏ hơ n). Cườ ng độ khi kéo và môđun đàn hồi của sợ i

phụ thuộc vào đườ ng kính của nó.

2.4 Tính toán composit sợi carbon và thuỷ tinh

(Phần này sinh viên tìm đọc các tài liệu của tác giả PGS.TS.Nguyễn Việt Trung Đạihọc giao thông vận tải)








Chương 3. Đá thiên nhiên

3-1

Chươ ng 3

ĐÁ THIÊN NHIÊN3.1 Khái niệm chung

Vật liệu đá thiên nhiên là vật liệu đựoc sản xuất bằng cách gia công cơ học (nổ mìn,

đậ p, nghiền, cưa, đục, chạm, mài, đánh bóng...) các loại đá thiên nhiên. Do chỉ sử dụngcác hình thức gia công cơ học nên vật liệu đá thiên nhiên hầu như vẫn giữ nguyên các

tính chất cơ lý cuả đá gốc. Bở i vậy muốn nghiên cứu vật liệu đá thiên nhiên, cần hiểu biết

về đá và tr ướ c hết là khoáng vật – cơ sở kiến tạo đá thiên nhiên.

Khoáng vật là những chất hoá học đượ c tạo thành do k ết quả của quá trình hoá lí tự

nhiên khác nhau xảy ra trong vỏ quả đất. Mỗi khoáng vật là một vật thể đồng nhất về

thành phần hoá học, cấu trúc và tính chất vật lý.

Đá thiên nhiên là những khối vô cơ bao gồm một hay nhiều khoáng vật khác nhau.

Những loại đá tạo ra từ 1 loại khoáng vật đượ c gọi là đá đơ n khoáng như đá vôi, đá thạch

cao... còn những loại đá tạo thành từ hai loại khoáng vật tr ở lên đượ c gọi là đá đa khoáng.Vật liệu đá thiên nhiên đượ c sử dụng r ất r ộng rãi vì chúng có nhiều ưu điểm như

cườ ng độc chịu nén và độ cứng cao, bền vững trong môi tr ườ ng sử dụng, khả năng trang

trí tốt, giá thành hạ. ở nướ c ta, đá thiên nhiên phân bố ở hầu hết khắ p các tỉnh và nó đã

tr ở thành loại vật liệu chủ yếu cung cấ p cho nhu cầu xây dựng cơ bản.

3.2 Đá thiên nhiên

Dựa vào điều kiện tạo thành và nguồn gốc đá thiên nhiên đựoc chia làm 3 nhóm đá

macma, đá tr ầm tích và đá biến chất.

* Đá mácma

Đặc tính chung: Trái đất có cấu tạo đớ i đồng tâm và bao gồm có lõi, lớ p vỏ trung

gian và lớ p vỏ ngoài. Lớ p vỏ ngoài bao gồm 3 lớ p: lớ p dướ i là badan, lớ p trên là granit

và trên cùng là lớ p tr ầm tích.

Đá mácma là do khối silicat nóng chảy từ lòng đất xâm nhậ p lên phần trên của vỏ

hoặc phun ra ngoài mặt đất, nguội đi tạo thành. Do vị trí và điều kiện nguội của khối

macma nên cấu tạo và tính chất của chúng cũng khác nhau. Đá macma đượ c phân ra làm

2 loại: xâm nhậ p và phún xuất.

Đá xâm nhậ p ở sâu hơ n trong vỏ trái đất, chịu á p lực lớ n hơ n của các lớ p bên trên

và nguội dần đi mà thành. Do đó nó có cấu trúc tinh thể lớ n. Đá đặc chắc, cườ ng độ cao,ít hút nướ c. Đá xâm nhậ p chủ yếu sử dụng trong xây dựng là đá granit, điôrit, gabrô...

Đá phún xuất đượ c tạo do macma phun lên trên mặt đất. Do nguội nhanh trong điều

kiện nhiệt độ và áp suất thấ p các khoáng không k ị p k ết tinh, hoặc chỉ k ết tinh đượ c một

bộ phận vớ i kích thướ c tinh thể bé, chưa hoàn chỉnh, còn đại bộ phận tồn tại ở dạng vô

định hình. Mặc khác, các chất khí và hơ i nướ c không k ị p thoát ra, để lại nhiều lỗ r ỗng,

làm cho đá nhẹ, có loại nổi trên mặt nướ c.

Căn cứ vào hàm lượ ng oxit silic đá macma còn đựơ c chia ra làm các loại: macma

axit (Si2O >65%), macma trung tính (Si2O: 65-55%), macma bazơ (Si2O:55-45%) và

macma siêu bazơ (SiO2 < 45%)* Đá tr ầm tích









3-2

Đặc điểm chung: đá tr ầm tích đượ c hình thành từ nhiệt động học của vỏ trái đất

thay đổi. Các loại đất đá khác nhau do sự tác động của các yếu tố nhiệt độ, nướ c và các

tác dụng hoá học bị phong hoá, vỡ vụn mà thành. Sau đó chúng đượ c gió và nướ c cuốn đi

r ồi lắng đọng lại thành từng lớ p. Dướ i áp lực và tr ải qua các thờ i k ỳ địa chất chúng đựoc

gắn k ết lại bằng các chất keo thiên nhiên tạo thành đá tr ầm tích.

Do điều kiện tạo thành như vậy nên đá tr ầm tích có đặc tính chung là: có tính phânlớ p rõ r ệt, chiều dày, màu sắc, thành phần, độ lớ n của hạt, độ cứng của các lớ p cũng khác

nhau. Cườ ng độ chịu nén theo phươ ng vuông góc vớ i các lớ p luôn luôn cao hơ n cườ ng

độ chịu nén theo phươ ng song song vớ i thớ .

Đá tr ầm tích không đặc chắc bằng đá macma (do các chất keo thiên nhiên không

chèn đầy giữa các hạt hoặc do bản thân các chất keo k ết co lại). Vì thế cườ ng độ của nó

thấ p hơ n, độ hút nướ c cao hơ n. Một số loại đá tr ầm tích khi bị hút nướ c cườ ng độ giảm đi

rõ r ệt, có khi bị tan rã trong nướ c.

Đá tr ầm tích r ất phổ biến, dễ gia công, nên đượ c sử dụng khá r ộng rãi. Căn cứ vào

điều kiện tạo thành, đá tr ầm tích đượ c chia ra làm 3 loạiĐá tr ầm tích cơ học là sản phẩm phong hoá của nhiều loại đá, thành phần khoáng

vật r ất phức tạ p. Có loại hạt r ờ i phân tán như cát sỏi, đất sét, có loại các hạt r ờ i bị gắn vớ inhau bằng chất gắn k ết thiên nhiên như sa thạch, cuội k ết.

Đá tr ầm tích hoá học đượ c tạo thành do các chất hoà tan trong nướ c lắng đọng

xuống, r ồi gắn k ết lại. Đặc điểm là hạt r ất nhỏ, thành phần khoáng vật tươ ng đối đơ n giảnvà đều hơ n đá tr ầm tích cơ học. Loại này phổ biến nhất là đôlômit, manhêzit, túp đá vôi,

thạch cao, anhiđrit và muối mỏ.

Đá tr ầm tích hữu cơ đượ c tạo thành do sự tích tự xác vô cơ của các loại động vật và

thực vật sống trong nứoc biển, nướ c ngọt. Đó là những loại đá cacbônat và silic khácnhau như đá vôi, đá vôi vỏ sò, đá phấn, đá điatômit và trepen.

* Đá biến chất

Đượ c hình thành từ sự biến tính của đá macma, đá tr ầm tích, thậm chí cả từ đá biếnchất tr ẻ, do sự tác động của áp lực, áp suất cao và các chất có hoạt tính hoá học.

Các chất có hoạt tính hoá học thườ ng gặ p nhất là nướ c và axit cacbonit thườ ng

xuyên có ở trong các loại đất đá. Tính chất của đá biến chất do tình tr ạng biến chất và

thành phần của đá tr ướ c khi biến chất quyết định. Dướ i sự tác động của các nhân tố biếnchất, các thành phần của đá có thể tái k ết tinh ở tr ạng thái r ắn và xắ p xế p lại. Tác dụng

biến chất không những có thể cải biến cấu trúc của đá mà còn làm thay đổi thành phầnkhoáng vật của nó.

Trong quá trình biến chất do tác động của áp lực và sự tái k ết tinh nên đá biến chấtthườ ng r ắn chắc hơ n đá tr ầm tích; nhưng đá biến chất từ đá macma thì do cấu tạo dạng

phiến nên tính chất chất cơ học của nó kém đá macma. đặc điểm nổi bạt của phần lớ n đá

biến chất (tr ừ đá hoa và đá quătzit) là quá nửa khoáng vật của nó có cấu tạo dạng lớ psong song nhau, dễ tách thành những phiến mỏng.

Các khoáng vật tạo đá biến chất chủ yếu là những khoáng vật nằm trong đá macma,

đá tr ầm tích và cũng có thể là các khoáng vật đặc biệt chỉ có ở trong các loại đá biến chất

dướ i sâu.

Đá biến chất có các loại thườ ng gặ p như sau trong xây dựng:









3-3

Đá gơ nai (đá phiến ma) là do đá granit tái k ết tinh và biến chất dướ i tác dụng của áp

lực cao. Đó là đá biến chất khu vực, tinh thể hạt thô, cấu tạo dạng phân lớ p – trong đó có

những khoáng vật như thạch anh màu nhạt, fenspat và các khoáng vật màu sẫm, mica xế plớ p xen k ẽ nhau trông r ất đẹ p. Do cấu tạo dạng phân lớ p nên cườ ng độ theo các phươ ng

khác nhau cũng khác nhau, dễ bị phong hoá và tách lớ p. Đá gơ nai dùng chủ yếu làm tấm

ố p lòng bờ kênh, lát vỉa hè.

Đá hoa do tái k ết tinh đá vôi và đá đôlômít dướ i tác dụng của nhiệt độ và áp suấtcao mà thành. Đá hoa bao gồm những tinh thể lớ n hay nhỏ của canxit, thỉnh thoảng có

xen các hạt đôlômit liên k ết vớ i nhau r ất chặt tạo nên.

Đá hoa có nhiều màu sắc như tr ắng, vàng hồng, đỏ, đen... xen lẫn những mảnh nhỏ

và vân hoa. Cườ ng độ chịu nén 1200kG/cm2 (đôi khi đến 3000kG/cm

2), dễ gia công cơ

học, dễ mài nhẵn và đánh bóng. Đá hoa đựoc dùng làm đá tấm ố p trang trí mặt chính, làm

bậc cầu thang, lát sàn nhà, làm cốt liệu cho bê tông, granitô.

Đá quăczit: do sa thạch tái k ết tinh tạo thành. Đá màu tr ắng hay đỏ tím, chịu phong

hoá tốt, cườ ng độ chịu nén khá cao (4000kG/cm

2

), độ cứng lớ n, thườ ng đượ c sử dụngxây dựng cầu, chế tạo tấm ố p, làm đá dăm, đá hộc cho cầu đườ ng, làm nguyên liệu sản

xuất vật liệu chịu lửa.

Diệ p thạch sét: có cấu tạo dạng phiến, tạo thành từ sự biến chất của đất sét dướ i áp

lực cao. Đá màu xám sẫm, ổn định đối vớ i không khí, không bị nướ c phá hoại và dễ tách

thành lớ p mỏng. Diệ p thạch sét dùng làm vật liệu lợ p r ất đẹ p.

3.3 Vật liệu đá thiên nhiên

Các dạng vật liệu đá thiên nhiên thườ ng dùng trong xây dựng gồm:

* Đá dạng khối

Đá hộc là những viên đá chưa đượ c gia công đẽo gọt nên không có hình dạng hình

học nhất định, kích thướ c cả ba chiều của nó trong khoảng 150-450mm, khối lượ ng mỗi

viên từ 20-40kG. Đá hộc thườ ng đượ c sản xuất từ các loại đá đặc như đá vôi, đá đôlônit,

đá sa thạch, đá granit.

Đá hộc đượ c sản xuất bằng phươ ng pháp khoan, phươ ng pháp nổ mìn. Đá gốc để sản xuất đá hộc (tr ừ các loại đá tr ầm tích) phải có cườ ng độ chịu nén giớ i hạn không nhỏ

hơ n10MPa và hệ số mềm lớ n hơ n 0,75. Tuỳ theo hình dạng và mác của đá, nó sẽ đượ cdùng để xây móng, mố tr ụ cầu, tườ ng chắn, làm nền đườ ng ô tô và xe lửa, xây dựng công

trình thuỷ lợ i và làm cốt liệu cho bê tông đá hộc.

* Đá khối

Đá khối là những tảng đượ c gia công thành hình dạng hình học nhất định mà thông

thườ ng có dạng hình hộ p chữ nhật vớ i kích thướ c phổ biến 150x200x300mm. Đá khối

thườ ng đượ c chia thành 2 loại: đá khối đẽo thô và đá khối đẽo k ĩ . Đá khối đẽo thô thườ ng

đượ c sản xuất từ các loại đá mềm và r ỗng như tup núi lửa, đá vôi vỏ sò... có khối lượ ng

thể tích không quá 1800kG/m3, hệ số mềm không bé hơ n 0,6, đặc biệt là không có yêu

cầu cao về độ chính xác kích thướ c cũng như độ phẳng bề mặt (chỉ yêu cầu độ lồi lõm bề mặt không lớ n hơ n 10mm). Đá khối đẽo thô thườ ng đượ c dùng để xây dựng tườ ng nhà

dân dụng. Đá khối đẽo k ỹ đượ c sản xuất từ đá đặc có cườ ng độ chịu nén không nhỏ hơ n

10MPa và hệ số mềm không bé hơ n 0,75. Sau khi qua gia công, đá khối đẽo k ỹ phảivuông thành sắc cạnh và bề mặt phải phẳng. Đá khối đẽo k ỹ đượ c dùng để xây tườ ng









3-4

chịu lực, vòm cuốn và một số bộ phận khác của công trình. Khối xây không cần phải có

lớ p trát mặt.

* Tấm ố p lát trang trí

Có bề mặt chính hình vuông hay hình chữ nhật. Các tấm ố p trang trí thườ ng đượ cxẻ từ các khối đá đặc chắc và có màu sắc đẹ p, đánh bóng bề mặt r ồi cắt thành tấm theo

kích thướ c quy định. Tấm ố p dùng để ố p và lát các công trình xây dựng. Ngoài chứcnăng trang trí nó còn có tác dụng bảo vệ khối xây hay bảo vệ k ết cấu.

Kích thướ c cơ bản của các tấm đá đượ c tiêu chuẩn TCVN 4732: 1998 quy định

trong 5 nhóm sau (Bảng 3-1):

Bảng 3-1. Kích thướ c tiêu chuẩn của các tấm đá

Kích thướ c (mm) Nhóm

Chiều r ộng Chiều dài Chiều dày

I Lớ n hơ n 600 đến 800 Từ 600 đến 1200 Từ 20 đến 100

II Lớ n hơ n 400 đến 600 Từ 400 đến 1200 Từ 15 đến 100

III Lớ n hơ n 300 đến 400 Từ 300 đến 600 Từ 10, 15, 20, 25, 30

IV Lớ n hơ n 200 đến 300 Từ 200 đến 400 5, 10, 15, 20

V Từ 100 đến 200 Từ 100 đến 200 5, 10, 15,20

Tấm ố p công dụng đặc biệt: những tấm ố p đượ c sản xuất từ các loại đá đặc có khả năng chịu axit (như granit, siênit, điôrit, quăczit, bazan, điabaz, sa thạch silic...) hay có

khả năng chịu kiềm (như đá hoa, đá vôi, đá manhêzit...). Việc gia công loại tấm ố p này

giống như gia công tấm ố p trang trí song kích thướ c các cạnh của tấm không vượ t quá300mm. Các tấm ố p công dụng đặc biệt đượ c sử dụng để lát nền và ố p tườ ng cho những

nơ i thườ ng xuyên có tác dụng của axit, hay kiềm để bảo vệ k ết cấu.

Tấm lợ p mái đượ c gia công từ đá diệ p thạch sét bằng cách tách ra và cắt thành từng

phiến đá theo hình dạng và kích thứơ c quy định. Thông thườ ng tấm lợ p có kích thướ chình chữ nhật 250x150mm và 600x300mm. Chiều dày tấm tuỳ thuộc vào chiều dày phiến

đá có sẵn (4-100mm). Đây là vật liệu bền và đẹ p.

Cát, sỏi thiên nhiên là loại đá tr ầm tích cơ học dạng hạt r ờ i r ạc thườ ng nằm trong

lòng suối, sông hay bãi biển. Chúng đượ c khai thác thủ công hay cơ giớ i. Cát, sỏi đượ c

dùng làm cốt liệu cho bê tông. Ngoài ra cát còn dùng làm nguyên liệu để sản xuất vật liệuxây dựng, như kính, gạch silicát.

Cát và đá dăm nhân tạo đượ c sản xuất bằng cách xay, nghiền các loại đá gốc, r ồi

sàng phân loại theo các cỡ hạt. Tuỳ theo kích thướ c của hạt mà chúng có các tên gọi khác

nhau: đá dăm (5-70mm), cát (0,14-5mm), bột đá ( < 0,14mm). Tính chất của vật liệu đá

dạng này phụ thuộc vào tính chất của đá gốc. Vật liệu đá dạng r ờ i nhân tạo đượ c dùng để

sản xuất các loại vữa, bê tông ximăng, bê tông asfalt, đá granitô. Ngoài ra, nó cũng đượ cdùng để làm bột màu hay chất độn cho sơ n và polime.

3.4 Biện pháp bảo vệ

Sự phá hoại của vật liệu đá thiên nhiên chủ yếu là do nướ c, đặc biệt là các nướ c cóchứa CO

2 và các loại axit, và thườ ng xảy ra đối vớ i các loại đá cacbonat. Nếu đá có nhiều









3-5

thành phần khoáng vật thì đá cũng có thể bị phá hoại nhanh hơ n do dãn nở nhiệt không

đều.

Các loại bụi bẩn có nguồn gốc vô cơ và hữu cơ từ các chất thải công nghiệ p hoặcđờ i sống tích tụ trên bề mặt hoặc trong các lỗ r ỗng của đá là môi tr ườ ng để cho vi khuẩn

phát triển và phá hoại đá bằng chính axit của chúng tiết ra.

Bảo vệ vật liệu đá thiên nhiên cần phải ngăn cản nướ c và các dung dịch thấm sâuvào đá. Biện pháp thông thườ ng là florua hóa bề mặt đá vôi, làm tăng tính chống thấmcủa đá bằng các chất k ết tủa mớ i sinh ra.

Đối vớ i các loại đá có lỗ r ống trên bề mặt lớ n hay hàm lượ ng khoáng CaCO3 thấ p,

phải tẩm muối của axit flosilicic lên bề mặt, và dung dịch clorua Canxi r ồi sấy khô, sau

đó tẩm tiế p dung dịch Cacbonat natri r ồi mớ i clorua hóa bề mặt đá.

Vớ i một số loại đá r ỗng có thể xử lý bằng dầu vô cơ , sơ n dầu, dung dịch trong

nướ c, dung môi hữu cơ bay hơ i để làm đặc bề mặt vật liệu đá thiên nhiên.








Chương 4. Bê tông

4-1

Chươ ng 4

BÊ TÔNG4.1 Khái niệm chung

Bê tông trên cơ sở chất k ết dính vô cơ là vật liệu composit, nhận đựơ c bằng cách tạo

hình và r ắn chắc một hỗn hợ p hợ p lý bao gồm chất k ết dính (CKD), nướ c, cốt liệu (cát ,sỏi hay đá dăm) và phụ gia.

Thành phần hỗn hợ p của bê tông đảm bảo sao cho sau một thờ i gian r ắn chắc phải

đạt đượ c những tính chất cho tr ướ c.

Trong bê tông cốt liệu đóng vai trò là bộ khung chịu lực. Hồ k ết dính (ximăng và

nướ c) bao bọc xung quanh các hạt cốt liệu, đóng vai trò là chất bôi tr ơ n và lấ p đầy

khoảng tr ống giữa các hạt cốt liệu. Sau khi hoá cứng, hồ chất k ết dính gắn k ết các loại cốt

liệu thành một khối dạng đá và đượ c gọi là bê tông (Hình 4.1).

Hình 4.1 Cấu trúc của hỗn hợ p bê tông a) Cứ ng; b) Dẻo

Bê tông và bê tông cốt thép đựơ c sử dụng r ộng rãi trong xây dựng hiện đại vì chúng

có những ưu điểm sau: cườ ng độ tươ ng đối cao, có thể chế tạo đượ c những loại bê tông

có cườ ng độ, hình dạng và tính chất khác nhau; giá thành r ẻ, bền vững và ổn định vớ imưa và nắng, nhiệt độ, độ ẩm. Tuy vậy chúng còn có những nhượ c điểm: nặng, cách âm

cách nhiệt kém, khả năng chống ăn mòn kém

Bê tông xi măng có nhiều loại : loại đặc biệt nặng (γo > 2500 kG/m3), loại nặng (γo

= 2200 - 2500 kG/m3), loại tươ ng đối nặng (γo = 1800 - 2200 kG/m

3), loại nhẹ (γo = 500 -

1800kG/m3) và loại đặc biệt nhẹ (γo < 500 kG/m3).

Trong chươ ng này chỉ giớ i thiệu loại bê tông nặng và tươ ng đối nặng dùng cho các

k ết cấu chịu lực.

4.2 Vật liệu chế tạo bê tông ximăng

4.2.1 Xi măng

Trong bê tông ximăng, CKD đựơ c sử dụng là ximăng poóclăng, ximăng poóclăng

xỉ, ximăng pooclăng pudơ lan, ximăng pooclăng bền sunfat và các loại ximăng khác.

Trong số các chỉ tiêu k ĩ thuật của ximăng, mác ximăng là chỉ tiêu quan tr ọng nhất. Nó

vừa đảm bảo mác bê tông thiết k ế, vừa đảm bảo yêu cầu kinh tế. Do đó, việc lựa chọn

mác ximăng là r ất quan tr ọng.

Ximăng dùng cho bê tông phải có mác phù hợ p vớ i mác bê tông theo quy định của

TCVN - 1964 như sau:

Nếu R b > 300

thì

R

x= 1,5 R

b

Nếu R b ≤ 300 thì R x= (2 - 3) R b

Vớ i bê tông mác cao (từ 600 tr ở lên) chỉ yêu cầu R x > R b là đủ









4-2

Lượ ng dùng ximăng (kG) cho 1m3 bê tông phải lớ n hơ n lượ ng ximăng tối thiểu cho

phép (Xmin). Quy phạm nhà nướ c quy định lượ ng xi măng tối thiểu (Xmin) như sau (Bảng

4-1) :

Bảng 4-1. Lượ ng dùng ximăng tối thiểu

Phươ ng pháp đầm chặtĐiều kiện làm việc của k ết cấu công trìnhBằng tay Bằng máy

Tr ực tiế p tiế p xúc vớ i nướ c 265 240

Bị ảnh hưở ng của mưa gió không có phươ ng tiện bảo vệ 250 220

Không bị ảnh hưở ng của mưa gió 220 200

4.2.2 Cát

Cát dùng để chế tạo bê tông có thể là cát thiên nhiên hay cát nhân tạo cỡ hạt từ 0,14

đến 5mm. Chất lượ ng cát phụ thuộc vào thành phần khoáng, thành phần hạt và lượ ng tạ pchất.

Thành phần hạt và độ lớ n của cát. Cát có thành phần hạt hợ p lý, thì độ r ỗng của nónhỏ, lượ ng dùng ximăng ít và cườ ng độ bê tông cao. Thành phần hạt của cát đựoc xác

định bằng cách sàng 1000g cát khô (đã đượ c sàng qua sàng 5mm) trên bộ sàng tiêu chuẩn

có mắt sàng là 2,5; 1,25; 0,63; 0,315 và 0,14mm.

Để xác định thành phần hạt, tr ướ c tiên ngườ i ta tính lượ ng sót riêng biệt ai tỉ số %

lượ ng sót trên từng sàng mi so vớ i toàn bộ lượ ng cát đen thí nghiệm m:

%100.m

ma

i

i =

(4- 1)

Sau đó xác định lượ ng sót tích luỹ trên từng sàng Ai (%) - tổng lượ ng sót riêng biệt k ể từ sàng lớ n nhất (a2,5) đến sàng cần xác định (ai):

Ai = a2,5 + a1,25 + ...+ ai (4- 2)

Các chỉ tiêu đánh giá độ thô mịn của cát dùng trong bê tông gồm:

- Môđun độ lớ n:

100

A+ A+ A+ A+ A=M

14,0315,063,025,15,2

l® (4- 3)

- Đườ ng kính trung bình (mm)

14,0315,063,025,15,2

14,0315,063,025,15,2

dl a0024,0+a02,0+a17,1+a37,1+a11

a+a+a+a+a=M

(4- 4)

- Tỉ diện tích:

tbaD

6=Sγ

(cm2/g) (4- 5)

- Lượ ng nướ c yêu cầu









4-4

1200 Đến 11 Lớ n hơ n 12 đến 16 Lớ n hơ n 9 đến 11

1000 Lớ n hơ n 11 đến 13 Lớ n hơ n 16 đến 20 Lớ n hơ n 11 đến 13



400 Lớ n hơ n 20 đến 28

300 Lớ n hơ n 28 đến 38200 Lớ n hơ n 38 đến 54

Theo quy định mác của đá dăm phải cao hơ n mác của bê tông

Đối vớ i mác bê tông <300, không dướ i 1,5 lần;

Đối vớ i mác bê tông ≥ 300, không dướ i 2 lần

Mác của sỏi và đá dăm theo độ nén dậ p trong xi lanh. Cườ ng độ nén dậ p của cốt

liệu thườ ng đượ c xác định theo từng cấ p hạt. Cườ ng độ trung bình của hỗn hợ p cốt liệu

lớ n hơ n đượ c tính theo công thức:

100...... 2211 nknk k

k

x R x R x R R ++=

(4- 7)

Trong đó:

R k1, R k2, ...R kn: cườ ng độ chịu nén của từng cấ p cốt liệu lớ n quy đổi từ độ ép dậ ptrong xilanh, kG/cm

2;

x1, x2, ..xn: hàm lượ ng mỗi cấ p hạt trong hỗn hợ p cốt liệu, %;

Những hạt đá hình thoi, dẹt (chiều r ộng hoặc chiều dày nhỏ hơ n 1/3 chiều đài) và

những hạt mềm, hạt bị phong hoá có ảnh hưở ng đến cườ ng độ của sỏi và đá dăm. Hàm

lượ ng hạt thoi dẹt không đượ c vượ t quá 35%.Thành phần của hạt cốt liệu lớ n đựơ c xác định thông qua thí nghiệm sàng 3kG đá

hoặc sỏi trên bộ sàng tiêu chuẩn có kích thướ c lỗ sàng 70, 40, 20,10 và 5mm.

Sau khi thí nghiệm ngườ i ta xác định đượ c đườ ng kính lớ n nhất Dmax và đườ ng kính

nhỏ nhất Dmin của cốt liệu. Dmax tươ ng ứng vớ i cỡ sàng có lượ ng sót tích luỹ nhỏ hơ n và

gần 5% nhất. Dmin tươ ng ứng vớ i cỡ sàng có lượ ng lọt sàng nhỏ hơ n và gần 5% nhất. Yêu

cầu Dmax phải nhỏ hơ n 1/3 kích thướ c nhỏ nhất của k ết cấu và nhỏ hơ n 3/4 khoảng cách

của cốt thép; Đối vớ i k ết cấu là panen mỏng, sàn nhà, bản mặt cầu... cho phép bằng 1/2

kích thướ c nhỏ nhất của k ết cấu.

Lượ ng ngậm tạ p chất. Hàm lượ ng tạ p chất sunfat và sunfit (tính theo SO3), trongsỏi và đá dăm không đượ c vượ t quá 1% tính theo khối lượ ng. Hàm lượ ng ôxyt silic vô

định hình trong sỏi và đá dăm dùng làm cốt liệu cho bê tông nặng không đựơ c vượ t quá

50milimol/1000ml NaOH. Hàm lượ ng sét, bụi, bùn trong sỏi và đá dăm không đựơ c vượ tquá giá tr ị ghi trong bảng 8.6. Trong đó cục sét không quá 0,25%. Không cho phép có

màng sét bao phủ các hạt và những tạ p chất bẩn khác như gỗ mục, lá cây.

Cấ p phối liên tục tiêu chuẩn của đá - sỏi ở bảng 4-4

Bảng 4-4 Cấp phối liên tục tiêu chuẩn của đá - sỏi

di, mm Dmin 0.5(Dmin+Dmax) Dmax 1,25Dmax

Ai, mm 95-100 40-47 0-5 0

4.2.4 Phụ gia









4-5

Phụ gia sử dụng thườ ng có 2 loại: loại r ắn nhanh và loại hoạt động bề mặt. Phụ gia

r ắn nhanh thườ ng là các loại muối gốc clo, do tăng nhanh quá trình thuỷ hoá mà phụ gia

r ắn nhanh có khả năng rút ngắn quá trình r ắn chắc của bê tông trong điều kiện tự nhiên,

cũng như nâng cao cườ ng độ bê tông ngay sau khi bảo dưỡ ng nhiệt và ở tuổi 28 ngày.

Phụ gia hoạt động bề mặt mặc dù sử dụng một lượ ng nhỏ nhưng có khả năng cải

thiện đáng k ể tính chất của hỗn hợ p bê tông và tăng cườ ng nhiều tính chất khác của bêtông.

4.2.5 N ướ c

Nướ c dùng để chế tạo bê tông (r ửa cốt liệu, nhào tr ộn và bảo dưỡ ng bê tông) phải

có đủ phẩm chất để không ảnh hưở ng xấu đến thờ i gian ninh k ết và r ắn chắc của ximăng

và không gây ăn mòn cốt thép. Nướ c sinh hoạt là nướ c có thể dùng đượ c, không nên

dùng các loại nướ c; chứa váng dầu hoặc váng mỡ , lượ ng tạ p chất hữu cơ vượ t quá

15mg/l; có độ pH < 4 và lớ n quá 12,5.

Nướ c biển có thể dùng để chế tạo bê tông cho những k ết cấu làm việc trong nướ c

biển nếu tổng các loại muối trong nướ c không vượ t quá 35g trong 1 lít nướ c.

Lượ ng nướ c dùng cho bê tông (lít/m3 bê tông) sơ bộ chọn theo bảng 4-5

Bảng 4-5. Lượ ng nướ c dùng cho bê tông

Độ dẻo yêu cầu Khi sỏi có Dmax là Đá dăm có Dmax là

SN,cm t,s 10 20 40 80 10 20 40 80

9-12 <5 215 200 185 170 230 215 200 185

6-8 5-10 205 190 175 160 220 205 190 175

3-5 10-15 195 180 165 150 210 195 180 165

1-2 15-30 185 170 155 140 200 185 170 155

- 30-50 165 160 150 - 175 170 160- 50-80 155 150 140 - 165 160 150

- 80-120 145 140 135 - 160 155 140

- 120-200 135 130 128 - 150 145 135

Ghi chú: Khi lượ ng Nyc tăng giảm 1% thì lượ ng nướ c dùng cho hỗn hợ p bê tông

tăng giảm 5(l)

Khi dùng ximăng pooclăng pudơ lan – xỉ quặng thì thêm 15-20(l)

Lượ ng nướ c sơ bộ (lít/m

3

bê tông ) cho bê tông ximăng mặt đườ ng cho ở bảng 4-6.Bảng 4-6. Lượ ng nướ c sơ bộ dùng cho bê tông ximăng mặt đườ ng

Loại cốt liệu dùng cho bê tông mặt đườ ng Lượ ng nướ cĐá dăm granit 155

Đá dăm vôi canxit 165

Sỏi Quătzit 145

Đá dăm granit và cát hạt nhỏ 165

Dăm vôi canxit và cát nghiền 180

Theo quy phạm nhà nướ c, tỷ lệ N/X trong bê tông không đượ c vượ t quá giá tr ị cho trong

bảng 4-7.

Bảng 4-7. Tỷ lệ N/X trong bê tông tối đa

Tính chất môi tr ườ ng Bê tông cốt thép Bê tông thườ ng









4-6

K ết cấu có mái che 0,75 -

K ết cấu chịu mưa gió 0,65 -

K ết cấu ngậ p nướ c 0,65 0,75

K ết cấu bị ăn mòn mạnh 0,5 0,65

Bê tông đổ trong nướ c - 0,5

* Chú ý: Nướ c nhào tr ộn một phần để bôi tr ơ n hạt cốt liệu, một phần dùng để tạothành cấu trúc của đá ximăng, còn một phần bị cốt liệu r ỗng hút vào. Vì vậy bê tông dẻo

sau khi đổ khuôn có thể xẩy ra sự tách nướ c bên trong, nướ c sẽ đọng lại trên bề mặt hạt

cốt liệu lớ n và làm yếu mối liên k ết giữa chúng vớ i phần vữa. Vết co ngót bê trong sẽ

phát triển men theo vùngliên k ết yếu. Sự tách lớ p ở bên trong sẽ phá huỷ sự toàn khối và

sự đồng nhất của bê tông, dẫn đến sự không đồng nhất về tính chất. (Xem hình 4.4).

Hình 4.4 Sự tách nướ c bên trong của bê tông

1. Cốt liệu lớ n; 2. Vùng yếu vớ i lượ ng nướ c lớ n; 3. Phần vữ a; 4. Vết nứ t

4.3. Tính chất và cấu trúc của hỗn hợ p bê tông

4.2.6 Tính l ư u bi ế n

Hỗn hợ p bê tông là một thể vật lí đồng nhất của ximăng, nướ c, cốt liệu và phụ gia.

Chúng tươ ng tác vớ i nhau bằng lực liên k ết vật lí và hoá học. Hồ ximăng (ximăng vànướ c) là thành phần tạo thành cấu trúc chủ yếu. Khi tăng quá trình thuỷ hoá của ximăng,

độ phân tán của pha r ắn tăng lên, làm cho độ nhớ t và khả năng dính k ết của hồ tăng lên;

trong bê tông bắt đầu xuất hiện biến dạng đàn hồi và cườ ng độ cấu trúc. Mặt khác nó

cũng có thể chảy nhão ra giống như chất lỏng quánh. Vì vậy hỗn hợ p bê tông có thể đượ ccoi là vật thể đàn hồi - dẻo quánh. Nó vừa mang tính chất của chất r ắn vừa có tính chất

của chất lỏng lý tưở ng. Bản chất lưu biến của hỗn hợ p bê tông đượ c biểu diễn bằng

phươ ng trình sau:

t E η

τ σ σ ε

)( 0−+=

(4- 8)

σ - ứng suất tr ong hỗn hợ p bê tông, kG/cm

2;

E – môđun đàn hồi, kG/cm2

σ0 ứng suất tr ượ t trong hỗn hợ p bê tông, kG/cm2;

η độ nhớ t động của hỗn hợ p bê tông, kG/cm2;

t- thờ i gian, s.

Dướ i tác dụng của chấn động, lực tươ ng tác giữa các cấu tử vật chất bị phá huỷ làm

mất cườ ng độ cấu trúc của hỗn hợ p bê tông, có ngh ĩ a là τ0 tiến tớ i không và khi đó hỗn

hợ p bê tông sẽ tồn tại như một chất lỏng nặng và quánh, dễ dàng lấ p đầy khuôn.

4.2.7 Tính công tác









4-7

Tính công tác hay còn gọi là tính dễ tạo hình là tính chất k ĩ thuật của hỗn hợ p bê

tông, nó biểu thị khả năng lấ p đầy khuôn nhưng vẫn đảm bảo đượ c độ đồng nhất trong

một điều kiện đầm nén nhất định. Để đánh giá tính công tác của bê tông ngườ i ta sử dụng

ba chỉ tiêu: độ lưu động (đặc tr ưng cho cườ ng độ cấu trúc của hỗn hợ p), độ cứng (đặc

tr ưng cho độ nhớ t động của hỗn hợ p) và độ giữ nướ c (biểu thị bằng khả năng tách nướ ccủa hỗn hợ p sau khi vận chuyển và đầm chắc).

- Chỉ tiêu độ lưu động là chỉ tiêu tính chất quan tr ọng nhất của hỗn hợ p bê tông, nó

đánh giá khả năng dễ chảy của hỗn hợ p bê tông dướ i tác dụng của tr ọng lượ ng bản thân

hoặc rung động. Theo TCVN , độ lưu động đượ c xác định bằng độ sụt SN (cm) của hình

nón cụt hỗn hợ p bê tông (Hình 4.3).

Hình 4.3 Khuôn hình nón cụt tiêu chuẩn để xác định độ lư u động

- Chỉ tiêu độ cứng (ĐC) của hỗn hợ p bê tông. Theo TCVN 3107: 1993, đượ c xác

định bằng thờ i gian (giây) để đầm phẳng, chặt một hỗn hợ p bê tông hình nón cụt sau khi

tạo hình trong nhớ t k ế Vebe. Phươ ng pháp này đựơ c dùng cho hỗn hợ p bê tông có cỡ hạt

lớ n nhất đến 40mm.

- Độ giữ nướ c: đượ c đặc tr ưng bằng khả năng giữ nướ c để đảm bảo độ đồng nhấtcủa hỗn hợ p trong quá trình vận chuyển, đổ khuôn và đầm nén. Khi đầm nén hỗn hợ p bê

tông dẻo, các hạt cốt liệu có khuynh hướ ng chìm xuống và xích lại gần nhau, nướ c bị ép

tách ra khỏi cốt liệu và cốt thép, nổi lên phía trên hoặc cùng vớ i ximăng chui qua các k ẽ

hở của cố ppha ra ngoài, tạo thành những lỗ r ỗng, làm khả năng chống thấm nướ c của bê

tông giảm. Một phần nướ c thừa đọng lại bên trong hỗn hợ p tạo thành những hốc r ỗng,

ảnh hưở ng xấu đến cấu trúc và tính chất của bê tông.

Việc giảm lượ ng nướ c nhào tr ộn và nâng cao khả năng giữ nướ c của hỗn hợ p bê

tông có thể thực hiện bằng sử dụng phụ gia hoạt động bề mặt và lựa chọn thành phần hạt

cốt liệu một cách hợ p lí.

Độ dẻo của hỗn hợ p bê tông đượ c chọn theo bảng 4.8

Bảng 4-8. Độ dẻo của hỗn hợ p bê tông

Phươ ng pháp thi công

Cơ giớ i Thủ công

Loại k ết cấu

SN, cm t,s SN, cm

Bê tông nền móng công trình 1-2 25-35 2-3

Bê tông khối lớ n ít hay không cốt thép 2-4 15-25 3-6

Bản dầm, cột, lanh tô, ô văng 4-6 12-15 6-8

Bê tông có hàm lượ ng cốt thép trung bình 6-8 10-12 8-12

Bê tông có hàm lượ ng cốt thép dầy 8-12 5-10 12-15

Bê tông đổ trong nướ c 12-18 <

5 -









4-8

Bê tông ximăng mặt đườ ng 1-4 25-35 2-6

Ghi chú : Hàm lượ ng cốt thép trung bình

%1≤b

a

F

F

Hàm lượ ng cốt thép dầy

%1>

F

F

b

a

Loại hỗn hợ p bê tông mớ i tr ộn đượ c phân loại như bảng 4-7

Công thức về độ chịu nén của bê tông đượ c sử dụng phổ biến nhất là công thức

Bolomey - Skramtaev

)5,0(28 ±= N

X AR R

xb

(4- 9)

Dấu + dùng cho bê tông cứng và đặc biệt cứng

Dấu - dùng cho bê tông ít dẻo, dẻo và nhãoGiá tr ị của hệ số A tra bảng 4-9

Bảng 4-9. Giá trị hệ số A

Khi N/X < 0,4 Khi N/X ≥ 0,4Chất lượ ng vật

liệu dùng cho

bê tôngR x cứng R x mềm R x cứng R x mềm

Cao 0,33 0,43 0,5 0,65

Trung bình 0,3 0,4 0,45 0,6

Thấ p 0,27 0,37 0,4 0,55

Cườ ng độ bê tông phát triển theo thờ i gian tuân theo quy luật logarit và đượ c thể hiện bằng biểu thức

Lgn

Lgm=

R

R

n

m

(4- 10)

Vớ i m,n có giá tr ị trong khoảng 3 - 90 ngày.

4.4. Tính toán thành phần bê tông

Phươ ng pháp thể tích tuyệt đối (tính toán k ết hợ p vớ i thực nghiệm) đượ c thực hiện

theo 2 nguyên lý sau

Nguyên lý 1

obadacanax V=V+V+V+V (4- 11)

1000=D

+C

+N

+X

adacanax γγγγ (4- 12)

Nguyên lý 2

αxV=V+V+V+V rdadacanax (4- 13)

αγγγγ

.r .D=C+N+Xd

odacanax (4- 14)









4-9

Hệ số α (xác định theo bảng 4-10) gọi là hệ số bọc hay hệ số dư vữa, và dùng cho

hỗn hợ p bê tông dẻo vớ i cát có Nyc=7. Nếu cát có Nyc thay đổi 1% thì giá tr ị α thay đổi

tươ ng ứng là 0,03. Vớ i hỗn hợ p bê tông cứng lấy α = 1,05 -1,15.

Bảng 4-10. Hệ số

Loại cốt liệu thôLượ ng dùng xi măng kG/m3

bê tông Dăm Sỏi250-274 1,3 1,34

275-324 1,36 1,42

325-374 1,42 1,48

>374 1,47 1,52

Tại hiện tr ườ ng thi công khi cát đá ẩm thì lượ ng dùng vật liệu thực tế như sau :

X1 = X (4- 15)

C1 = C (1+ Wc) (4- 16)

Đ1 = Đ (1+ Wđ) (4- 17)

N1 = N - (CWc + ĐWđ) (4- 18)

Lượ ng dùng vật liệu cho 1 mẻ tr ộn của máy có dung tích Vm tính theo công thức:

β.1000

V.XX m1mt

(4- 19)

β.1000

V.CC m1mt

(4- 20)

β.1000

V.NN m1mt

(4- 21)

β.1000

V.DD m1mt

(4- 22)

Hệ số sản lượ ng β luôn đượ c xác định bằng thực nghiệm, nó cho biết mức độ hao

hụt thể tích trong quá trình nhào tr ộn và đầm chắc bê tông.

∑ liÖuvËtV

tÕ thùcV=

o

obβ

(4- 23)

® ooc

1

ox

1

ob

1111

® oocox

ob

§+

C+

X

tÕ thùc

§+C+N+X

=V+V+V

tÕ thùcV=

γγγ

γβ

(4- 24)

γob thực tế đượ c xác định khi đúc mẫu thử cườ ng độ bê tông

khu«no

n«khun«khu+bob

V

GG=Õ tthùc

-γ

(4- 25)

Phươ ng pháp (Dreux - Gorisse) bao gồm các bướ c sau:









4-10

Các bướ c tính toán sơ bộ:

+ Xác định đườ ng kính lớ n nhất của cốt liệu Dmax (Bảng 4-10)

Bảng 4-11. Xác định đườ ng kính lớ n nhất của cốt liệu

DmaxĐặc tính của k ết cấu bê tông

Hạt tròn Hạt nghiền

c- Khoảng cách nằm ngang của cốt thép ≤ 0,8C ≤ 0,7C

h- Khoảng cách đứng của cốt thép ≤ h ≤ 0,9h

r- Bán kính trung bình của mắt cốt thép ≤1,4 r ≤ 1,3r

hm - Chiều dày tối thiểu của k ết cấu5

mh

≤

Dmax phải phù hợ p vớ i chiều dày của lớ p bảo vệ C (bảng 4-11)

Bảng 4 – 12. Đườ ng kính Dmax và chiều dày lớ p bê tông bảo vệ C

Đặc tính của môi tr ườ ng Cmin Dmax

Xâm thực mạnh

Xâm thực trung bình

Xâm thực yếu

4 cm

2 cm

1 cm

≤ 0,8 C

≤ 1,25 C

≤ 2C

+ Xác định lượ ng dùng ximăng (hình 4-1 Sách bài tậ p)

Trong đó : SN (cm) - độ lưu động của hỗn hợ p bê tông (cho tr ướ c);

X/N đượ c tính theo công thức:

5,0+GR

R=

N

X

x

'28

(4- 26)

'28R - Cườ ng độ chịu nén của bê

tông ở tuổi 28 ngày (kG/cm

2)

xR - Cườ ng độ chịu nén của xi măng ở tuổi 28 ngày (kG/cm2)

X - Lượ ng ximăng (kG/m3)

N - Lượ ng nướ c (l/m3)

G - Hệ số chất lượ ng cốt liệu (Tra bảng 4 - 12)

Bảng 4 – 13. Bảng tra hệ số chất lượ ng cốt liệu

Dmax

Chất lượ ng cốt liệu Nhỏ

Dmax ≤ 16mm

Trung bình

25 ≤ Dmax ≤40mm

Lớ nDmax ≥ 63

R ất tốt 0,55 0,6 0,65

Tốt 0,45 0,5 0,55

Trung bình 0,35 0,4 0,45Ghi

chú: Lượ ng ximăng tìm đượ c phải không đượ c nhỏ hơ n lượ ng ximăng tối thiểu

dướ i đây :









4-11

5minD

B+250=X

(4- 27)

Trong đó : B - Mác bê tông (kG/cm2)

D - đườ ng kính lớ n nhất của cốt liệu,5 D tra bảng 4 -13

Bảng 4 -14. Bảng tra đườ ng kính lớ n nhất của cốt liệuDmax

(mm)6 6.3 8 10 12.5 16 20 25 31.5 40 50 63 80 100

5 D 1.38 1.45 1.52 1.59

1.66 1.74 1.82 1.90 2.00 2.09 2.19 2.29 1.40 2.51

+ Xác định lượ ng nướ c:

)X

N.(X=N

(kG/m3) (4- 28)

Ghi chú : Lượ ng nướ c tìm đượ c ứng vớ i Dmax = 25mm. Nếu Dmax ≠ 25 thì lượ ngnướ c cần đượ c hiệu chỉnh bằng giá tr ị tìm đượ c trên hình 4-2.

Lượ ng nướ c tìm đượ c cần phải giảm bớ t 1 lượ ng tuỳ theo tr ạng thái ẩm của cốt liệu

(bảng 4 - 14)

Bảng 4 – 15. Bảng tra lượ ng nướ c cần giảm

Lượ ng nướ c cần giảmTr ạng thái ẩm

của cốt liệu Cát 0/5 Sỏi 5/12.5 Sỏi 5/20 Sỏi 20/40

Khô

ẩm

R ất ẩmBão hoà

0 - 20

40 - 60

80 - 100120 - 140

Không đáng kể

20 - 40

40 - 6060 - 80

Không đáng k ể

10 - 30

30 - 5050 - 70

Không đáng k ể

10 - 20

20 - 4040 - 60

4.5. Các dạng bê tông

Bê tông có nhiều dạng, việc phân loại bê tông dựa vào những đặc điểm sau:

- Theo dạng chất k ết dính: bê tông ximăng, bê tông silicát (chất k ết dính là vôi), bê

tông thạch cao, bê tông CKD hỗn hợ p, bê tông polime, bê tông dùng CKD đặc

biệt.

- Theo dạng cốt liệu: bê tông cốt liệu đặc, bê tông cốt liệu r ỗng, bê tông cốt liệu đặc

biệt (chống phóng xạ, chịu nhiệt, chịu axít)

Theo khối lượ ng thể tích phân ra: bê tông đặc biệt nặng (ρv > 2500kG/m3), chế tạo

từ cốt liệu đặc biệt nặng, dùng cho những k ết cấu đặc biệt nặng; bê tông nặng

(ρv = 2200 -2500kG/m3), chế

tạo từ cát đá sỏi bình thườ ng, dùng cho k ết cấu chịu lực; bê tông tươ ng đối nặng ((ρv = 1800 - 2200kG/m

3) dùng chủ yếu cho k ết cấu

chịu lực; bê tông nhẹ (ρv > 500 - 1800kG/m3), trong đó gồm có: bê tông nhẹ cốt

liệu r ỗng (nhân tạo hay thiên nhiên), bê tông tổ ong (bê tông khí và bê tông bọt)

chế tạo từ hỗn hợ p chất k ết dính, nướ c, cấu tử silic nghiền mịn và chất tạo r ỗng,

bê tông hốc lớ n (không có cốt liệu nhỏ); bê tông đặc biệt nhẹ cũng là bê tông tổ

ong và bê tông cốt liệu r ỗng nhưng có ρv < 500kG/m3.

- Theo công dụng bê tông đựơ c chia ra: bê tông thườ ng dùng trong các k ết cấu

bê tông cốt thép (móng, cột, dầm, sàn...); bê tông thuỷ công, dùng để xây đậ p, âu









4-12

thuyền, phủ lớ p mái kênh, các công trình dẫn nướ c; bê tông dùng cho mặt

đườ ng, sân bay, lát vỉa hè; bê tông dùng cho các k ết cấu bao che (thườ ng là bê

tông nhẹ); bê tông có công dụng đặc biệt như bê tông chịu nhiệt, chịu axit, bê

tông chống phóng xạ.

4.6 Các loại phụ gia dùng cho bê tông

Trên thực tế ta thườ ng hay gặ p các loại phụ gia dùng cho bê tông và bê tông cốtthép như sau:

- LK-RD Phụ gia dẻo hoá chậm ninh k ết

Sản xuất bê tông tr ộn sẵn có thể vận chuyển xa; Chế tạo hỗn hợ p bê tông có độ sụt

cao và duy trì độ sụt cao trong thờ i gian dài; đúc bê tông khối lớ n; Thi công bê

tông bằng phươ ng pháp cố p pha tr ượ t.

- LK –1 Phụ gia hoá dẻo cao

Chế tạo bê tông có độ sụt trung bình và cao; Sản xuất bê tông tr ộn sẵn; đúc bê tông

khối lớ n.- LK –1G Phụ gia siêu hoá dẻo

Chế tạo bê tông có độ sụt cao; Sản xuất bê tông tr ộn sẵn, bê tông cườ ng độ cao; đúc

bê tông khối lớ n.

- COSU Phụ gia siêu dẻo

Chế tạo bê tông chảy, bê tông tính năng cao; Sản xuất bê tông bơ m, bê tông tr ộn

sẵn; đúc bê tông khối lớ n.

- MICROS-T Phụ gia khoáng hoạt tính

Tăng khả năng chống thấm của bê tông, làm giảm hệ số khuyếch tán, tăng khả năngchống ăn mòn cốt thép.

Là chất lý tưở ng cho k ết cấu móng, tườ ng tầng hầm, tr ụ cầu, các công trình biển và

các k ết cấu đòi hỏi khả năng chống thấm cao; Tăng cườ ng độ bê tông.

Sử dụng tốt cho bê tông đúc sẵn, bê tông tr ộn sẵn, bê tông ứng suất tr ướ c.

- VICTALASTIC – Sơ n chống thấm xi măng – polyme

Chống thấm bề mặt bên trong và ngoài tầng hầm, bể chứa nướ c ăn, nướ c thải, nướ csinh hoạt...; k ết cấu BTCT nhà mái bằng, mái dốc, ban công; sàn khu vệ sinh,

bế p, khu dùng nướ c, tườ ng ngoài nhà dân dụng, công nghiệ p,

Xử lý các tầng trên, tầng nóc bảo vệ công trình khỏi sự xâm nhậ p của nướ c.

- Vữa GM-P –Vữa bơ m không co

Vữa tr ộn sẵn có tính không co ngót, cườ ng độ cao, có thể kéo dài thờ i gian thi công

ngay cả khi nhiệt độ môi tr ườ ng cao.

Chương 4: ........................................................................................................ 1

4.1 Khái niệm chung ...................................................................................................1

4.2 Vật liệu chế tạo bê tông ximăng............................................................................1

4.4. Tính toán thành phần bê tông...............................................................................8









4-13

4.5. Các dạng bê tông ................................................................................................11

4.6 Các loại phụ gia dùng cho bê tông......................................................................12








Chương 5. Vữa xây dựng

5-2

6. Hàm lượ ng bùn, bụi, sét bẩn, % khối lượ ng

cát không lớ n hơ n10 3

7. Lượ ng hạt nhỏ hơ n 0,14mm, % khối lượ ng

cát, không lớ n hơ n35 20

8. Hàm lượ ng tạ p chất hữu cơ , theo phươ ng

pháp so màu (màu của dung dich trên cát)

không sẫm hơ n

mẫu hai mẫu chuẩn

Cấ p phối cát phải thoả mãn các quy định sau (Bảng 5-2):

Bảng 5-2. Cấp phối tiêu chuẩn của cát dùng cho hỗn hợ p vữ aKích thướ c sàng (mm) 5 1,2 0,3 0,15

Lượ ng sót tích luỹ, (%) 0-10 0-55 30-75 75-100

5.3. Tính chất của hỗn hợp vữa

Một số chỉ tiêu ảnh hưở ng lớ n đến tính chất của hỗn hợ p vữa có thể xét đến lần lượ tnhư sau.

5.3.1 Độ l ư u động c ủ a hỗn hợ p v ữ a

Đây là tính chất quan tr ọng nhất đảm bảo năng suất lao động và chất lượ ng của khối

xây. Độ lưu động phụ thuộc vào nhiều yếu tố như lượ ng nướ c nhào tr ộn, độ lớ n và hình

dạng hạt cát, mức độ tr ộn...

Độ lưu động của hỗn hợ p vữa xây từ 4 đến 10cm; của vữa hoàn thiện từ 6 đến

10cm (đối vớ i vữa cát thô), từ 7 đến 12cm (đối vớ i cát mịn)

Độ phân tầng của vữa: Vữa có khả năng chống phân tầng tốt là vữa có độ đồng nhất

cao, không bị phân tầng tách lớ p trong quá trình vận chuyển hay để lâu chưa dùng tớ i.

Có 2 phươ ng pháp xác định độ phân tầng: phươ ng pháp lắng và phươ ng pháp chấnđộng.

Độ phân tầng đựơ c xác định theo công thức:

PT = 0,07(S13-S3

3), (cm

3) (5- 1)

Trong đó:



5.3.2 Tính gi ữ nướ cVữa phải có độ giữ nướ c tốt để đảm bảo đủ nướ c cho chất k ết dính thuỷ hoá, r ắn

chắc, ít bị mất nướ c do nền hút, do bay hơ i, do tách nướ c trong quá trình vận chuyển.

Khả năng giữ nướ c của hỗn hợ p vữa đựơ c biểu thị bằng tỷ lệ phần tr ăm giữa độ lưu

động của hỗn hợ p vữa sau khi chịu hút ở áp lực chân không và độ lưu động của hỗn hợ pvữa ban đầu.

Độ giữ nướ c của hỗn hợ p vữa Gn đượ c tính theo công thức sau:

Gn = (S2/S1)100% (5- 2)

Trong đó:S1 - độ lưu động của hỗn hợ p vữa ban đầu, cm;









5-3

S2 - độ lưu động của hỗn hợ p vữa sau khi hút chân không, cm;

Độ giữ nướ c, % đối vớ i vữa ximăng là 63, vữa vôi và vữa hỗn hợ p là 75

5.3.3 Tính chống thấ m

Tính chống thấm của vữa đượ c xác định bằng cách cho mẫu vữa dày 2cm chịu áp

lực của nướ c, lúc đầu 0,5 at, sau 1 giờ tăng lên 1at, sau 2 giờ – 1,5 at, sau 3 giờ – 2 at, r ồi

để 24 giờ mà nướ c không thấm qua mẫu thì coi như vữa có tính chống thấm.

5.4. Vữa xây

* Cấ p phối của vữa vôi: đựơ c chọn dựa vào chất lượ ng vôi và biểu diễn tỷ lệ thể tích của vôi và cát:

- Vôi cấ p 3: V:C = 1:2

- Vôi cấ p 2: V:C = 1:3

- Vôi cấ p 1: V:C = 1:4

* Cấ p phối của vữa hỗn hợ p ximăng - vôi, ximăng -sét: đựơ c chọn dựa vào chấtlượ ng vôi và biểu diễn tỷ lệ thể tích của vôi và cát như sau: 1: V: C

- Cấ p phối của vữa hỗn hợ p có thể xác định bằng cách tra bảng hoặc tính toán theo

công thức thực nghiệm

Bảng 5-3. Cấp phối vữ a hỗn hợ p ximăng – vôi

Tỉ lệ phối hợ p theo thể tích của mác vữaMác xi măng

(Chất k ết dính) 10 7,5 5 2,5 1

60 1: 0.4:4.5 1:0.7:6 1:0.7:8

1:1:9

50 1:0.3:4 1:0.5:5 1: 0.7:81:1:8

40 1:0.2:3 1:0.3:4 1:0.7:6 1:0.7:8

1:1:10

30 1:0.2:3 1:0.4:5 1:0.7:8

1:1:10

25 1:0.2:3 1:0.7:6

20 1:0.1:2,5 1:0.5:5

15 1:0.3:3.5 1:0.7:8

1:1:9

10 1:0.1:2,5 1:0.5:5

Ghi chú:

1) Số liệu ở mẫu số dùng cho công trình thuỷ công

2) Khi xác định tỷ lệ phối hợ p, khối lượ ng thể tích của ximăng đượ c quy định như

sau:

- Vớ i ximăng mác 30-60 thì ρvx = 1,1kg/l

- Vớ i ximăng mác 15-25 thì ρvx = 0,9kg/l

- Vớ i ximăng mác 10 thì ρvx = 0,7kg/l









5-4

3) Cát sử dụng ở tr ạng thái xố p có độ ẩm 1-3%. Khi dùng cát khô hơ n, lượ ng dùng

cát phải giảm tớ i 10%. Khi độ ẩm lớ n hơ n 3%, lượ ng cát phải tăng lên 10%.

4) Số liệu trong bảng ứng vớ i vôi cấ p II có ρvv = 1400kg/m3. Khi dùng vôi cấ p I

lượ ng vôi giảm 10% vôi cấ p III tăng 10%.

* Cấ p phối của vữa ximăng: Cấ p phối vữa ximăng thườ ng đượ c chọn theo bảng có

sẵn. Tỷ lệ X/C = 1/2; 1/3; 1/4; tuỳ theo yêu cầu về cườ ng độ, về khối lượ ng thể tích. Vớ ik ết cấu ximăng lướ i thép tỷ lệ X/N có thể chọn từ 1/3 đến 1/4, lượ ng ximăng thườ ng

650kg/m3 vữa. Như vậy để chế tạo vữa ximăng cát, lượ ng ximăng lớ n hơ n khoảng 2 lần

so vớ i lượ ng ximăng cho bê tông.

5.5. Vữa trát

* Vữa trát thườ ng đựơ c trát thành 3 lớ p mỏng: lớ p dự bị (trát đầu tiên), dày 3-8mm,

lớ đệm (trát thứ 2), dày 5-12mm, lớ p trang trí (ngoài cùng) dày 2mm và có pha bột màu.

Vữa trát có một số yêu cầu khác vớ i vữa xây: nhão hơ n và có khả năng giữ nứơ c tốt

hơ n (độ phân tầng tốt nhất là 1-2cm) để đảm bảo độ dẻo yêu cầu của vữa trát, vật liệu chế

tạo vữa phải thoã mãn các yêu cầu sau:

+ Vôi phải tôi tr ướ c 1-2 tháng, lọc k ỹ hơ n.

+ Cát phải mịn hơ n: đối vớ i lớ p dự bị và lớ p đệm – không lớ n hơ n 2,5mm, đối vớ ilớ p trang trí không lớ n hơ n 1,2mm.

Cấ p phối vữa vôi: lớ p dự bị (lớ p lót) V:C = 1:3, lớ p trang trí 1:2 (vôi cấ p 2)

Cấ p phối vữa hỗn hợ p X:V:C để trát tườ ng ngòai hay nơ i ẩm ướ t 1:0,5:6 để trát

tườ ng phía trong nhà 1:2:9.

Cấ p phối vữa ximăng X:C để trát tườ ng ngoài nhà hoặc nơ i ẩm ướ t 1:6 đến 1:3,5.Để khắc phục nhượ c điểm của vữa trát bằng tay ngườ i ta dùng vữa phun. Thiết bị phun

giống như phun bê tông.

5.6. Thiết kế hỗn hợp vữa xây

Thiết k ế hỗn hợ p vữa có thể sử dụng bảng tra trong giáo trình hoặc sách bài tậ p. Có

thể tính tr ực tiế p theo các cách sau:

* Tr ườ ng hợ p vữa bata (tam hợ p) không có đất sét nhuyễn

Vữa bata xây gồm 2 loại chính mà quy luật tính chất khác nhau do tác dụng của nền

đối vớ i vữa : đó là vữa xây nền đặc và vữa xây nền xố p.

Nền đặc là loại nền của vữa có khả năng hút nướ c kém, thườ ng HV của nền này <

5%. Cườ ng độ của nó xuất hiện và phát triển như bê tông .

)4.0-N

X(R25.0=R x

28

V (kG/cm

2) (5- 3)

Trái vớ i nền đặc, nền xố p là loại nền của vữa có khả năng hút nướ c mạnh, ví dụ

gạch đất sét nung. Vì vậy ngay khi tiế p xúc vớ i vữa, nền đã hút đi hầu hết lượ ng nướ c tự

do trong vữa. Điều đó làm cho lượ ng nướ c nhào tr ộn khi thoả mãn yêu cầu độ dẻo, không

còn ảnh hưở ng đến cườ ng độ của vữa xây nữa, như thể hiện trong công thức Pôpôv:

R v = K.R x(X - 0.05) + 4 (5- 4)









5-5

Cấ p phối vữa bata (tam hợ p) thườ ng đượ c biểu thị bằng tỉ lệ thể tích vật liệu thành

phần so vớ i thể tích ximăng

X : V : C = 1 : x : y (5- 5)

Vớ i lượ ng vôi nhuyễn :

V = 0.15C - 0.3 (5- 6)Lượ ng cát :

x=C oxγ

(5- 7)

Cả C và V đều là số đơ n vị thể tích cát và vôi nhuyễn dùng trên 1 đơ n vị thể tích

ximăng. Trong công thức trên ta nhận thấy thể tích của cát đượ c tính theo công thức thực

nghiệm. Khi tính toán thành phần cấ p phối của vữa ta cần xét đến hệ số thể tích cát/ thể

tích 1m3 vữa, hệ số này đượ c tra bảng 5.4.

Bảng 5.4. Hệ số thể tích cát/thể tích 1m

3

vữ a

Loại cát Ximăng cứng Ximăng mềmThô 1 2,2

Trung bình 0,8 1,8

Mịn 0,5 1,4

Riêng loại vữa dùng cát đen (loại cát khai thác trên đồng bằng sông Hồng) thì dùng

công thức:

4+0.05)-

C

1(KR=R xV

(5- 8)

Vớ i C là số đơ n vị thể tích cát dùng vớ i 1 đơ n vị thể tích ximăng

K - hệ số phụ thuộc mác vữa:

K = 0.5 khi#

VR = 100

K = 0.55 khi#

VR = 50 - 75

K = 0.5 khi#

VR < 50

Thành phần của các loại vữa ximăng, vữa vôi và một số loại vữa hỗn hợ p thườ ngđượ c chọn theo kinh nghiệm (bảng tra sẵn). Các số liệu về thành phần vữa sau khi chọn

hoặc hoặc tính toán đều đượ c kiểm tra lại bằng thực nghiệm.

* Tr ườ ng hợ p vữa bata có thành phần sét nhuyễn. Việc tính toán

đượ c tiến hành

theo cách sau:

1) Tính lượ ng dùng ximăng cho 1m3 cát (hoặc 1 m

3 vữa)

kgKR

R X

x

v ,1000=

(5- 9)

2) Tính lượ ng vôi nhuyễn (sét nhuyễn)V(S) = 170(1-0,002X), l (5- 10)









5-6

3) Lượ ng nướ c đượ c xác định theo yêu cầu độ dẻo của vữa (độ cắm sâu của quả chuỳ) hoặc bằng công thức gần đúng:

N = 0,65(X + V. ρvv), l (5- 11)

Trong đó: ρvv - khối lượ ng thể tích vôi nhuyễn hoặc sét nhuyễn, kg/l. Lượ ng nướ cthực tế đượ c điều chỉnh chính xác bằng thí nghiệm

để đạt độ dẻo yêu cầu của vữa.

Thành phần của ximăng vôi cát đượ c biểu thị như sau:

1:1000

::: V X

V V V xv

C V X ρ

=

(5- 12)

* Cấ p phối vữa ximăng

Cấ p phối vữa ximăng thườ ng đượ c chọn theo bẳng tra cho sẵn. Tỉ lệ X/C =1/2, 1/3,

1/4 tuỳ theo yêu cầu về cườ ng độ, về khối lượ ng thể tích.

Vớ i k ết cấu ximăng lướ i thép tỉ lệ X/N có thể chọn từ 1/3 đến 1/4 lượ ng ximăng

thườ ng 650 – 800kg/m3

vữa. Như vậy để chế tạo lượ ng ximăng-cát, lượ ng ximăng lớ nhơ n khoảng 2 lần so vớ i lượ ng ximăng cho bê tông

* Cấ p phối vữa trát

Vữa trát thườ ng đượ c trát thành 3 lớ p mỏng: lớ p dự bị đượ c trát đầu tiên, dày 3-

8mm, lớ p đệm trát thứ hai, dày 5-12mm, lớ p trang trí ngoài cùng dày 2mm và có pha bột

màu.

Do vị trí và công dụng, nên vữa trát có một số yêu cầu khác vữa xây: nhão hơ n và

có khả năng giữ nướ c tốt hơ n (độ phân tầng tốt nhất 1-2cm). Để đảm bảo độ dẻo của vữa

trát, vật liệu để chế tạo cần thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Vôi phải tôi k ĩ hơ n (tôi tr ướ c 1-2 tháng), lọc k ĩ hơ n.

- Cát phải mịn hơ n: đối vớ i lớ p dự bị và lớ p đệm – không lớ n hơ n 2,5mm, đối vớ ilớ p trang trí, không lớ n hơ n 1,2mm.

Để nâng cao độ dẻo của vữa trát có thể sử dụng phụ gia tăng dẻo hữu cơ .

Cấ p phối của vữa trát thườ ng đượ c chọn như sau:

- Vữa vôi (V:C) để trát lớ p dự bị tườ ng gạch hay đá là 1:3, lớ p trang trí 1:2 (Vôi cấ p2)

- Vữa hỗn hợ p (X:V:C): để trát tườ ng ngoài nhà hoặc nơ i ẩm ướ t là từ 1:0,5:6; để trát tườ ng phía trong nhà là 1:2:9.

- Vữa ximăng (X:C): để trát tườ ng ngoài nhà hoặc nơ i ẩm ướ t là từ 1:6 đến 1:3,5.

Để khắc phục những nhượ c điểm của vữa trát bằng tay ngườ i ta dùng vữa phun.

Thiết bị phun giống như phun bê tông.








Chương 6. Vật liệu gốm xây dựng

6-1

Chươ ng 6:

VẬT LIỆU GỐM XÂY DỰNG6.1. Khái niệm và phân loại

Vật liệu gốm xây dựng là loại vật liệu đá nhân tạo nung, đượ c sản xuất bằng cách

tạo hình sản phẩm từ các loại đất sét (có thể cho thêm các phụ gia như phụ gia điều chỉnhtính dẻo: samốt, đất sét nung non, cát...; phụ gia cháy : than cám, mùn cưa; phụ gia hạ

thấ p nhiệt độ nung và men) r ồi đem nung ở nhiệt độ cao.

Hiện nay xuất hiện nhiều loại vật liệu gốm mớ i (gốm – kim loại, gốm-các oxit tinh

khiết) có thể khắc phục đượ c những nhượ c điểm của gốm cổ truyền.

Vật liệu gốm xây dựng là vật liệu xây dựng có từ lâu đờ i, đượ c dùng r ộng rãi trong

nhiều bộ phận của công trình xây dựng. Trong xây dựng hiện đại vật liệu gốm đượ c dùng

trong nhiều chi tiết của k ết cấu nhà cửa, từ khối xây, ố p trang trí mặt ngoài và bên trong

nhà, lát nền, làm cốt liệu r ỗng trong bê tông nhẹ, các sản phẩm sứ vệ sinh và đồ dùng gia

đình. Ngoài ra vật liệu gốm còn có mặt trong các ngành công nghiệ p hóa học, luyện kimvà các ngành công nghiệ p khác.

Ư u điểm chủ yếu của vật liệu gốm là có độ bền và tuổi thọ cao: từ nguyên liệu địa phươ ng có thể sản xuất ra các sản phẩm khác nhau thích hợ p vớ i các yêu cầu sử dụng và

yêu cầu thẩm mỹ, công nghệ sản xuất đơ n giản và giá thành hạ. Nhưng vật liệu gốm có

các nhượ c điểm là dễ vỡ , giòn, tươ ng đối nặng, khó cơ giớ i hoá xây dựng, đặc biệt là vớ igạch và ngói lợ p. Việc sản suất vật liệu gốm thu hẹ p diện tích đất nông nghiệ p.

Sản phẩm gốm xây dựng r ất đa dạng: gạch xây, ngói lợ p, tấm lát, tấm ố p, các sản

phẩm sứ vệ sinh, các sản phẩm cách nhiệt, cách âm, chịu lửa, chịu axit, sản phẩm ống

nướ c...6.2 Nguyên liệu sản xuất và tính chất của nguyên liệu

Nguyên liệu chính để sản xuất sản phẩm gốm là đất sét. Ngoài ra, tuỳ thuộc theo

yêu cầu của sản phẩm, tính chất của đất mà có thể dùng thêm các loại phụ gia cho phù

hợ p.

Đất sét là loại đá tr ầm tích đa khoáng, khi nhào tr ộn vớ i nướ c nó tr ở thành hỗn hợ pdẻo có thể tạo thành hình của các sản phẩm khác nhau, sau khi gia công nhiệt nó biến

thành tr ạng thái đá. Thành phần chính của đất sét là khoáng dẻo hay khoáng sét. Nếu đất

sét chỉ chứa kaolinit gọi là đất cao lanh (màu tr ắng).

Ngoài ra trong đất sét còn chứa các tạ p chất vô cơ và hữu cơ . Các tạ p chất vô cơ hay

gặ p ở dạng thạch anh, cácbônat, các hợ p chất sắt. Tạ p chất hữu cơ thì ở dạng than bùn

hoặc bitum

Đất sét gồm có nhiều hạt lớ n như bụi (<0,14mm) ,mica và cát (0,14-5mm) làm cho

đất kém dẻo, giảm co, còn CaCO3, các hợ p chất sắt, fensfat làm giảm nhiệt độ nóng chảy

của đất sét; CaO khi thuỷ hoá sẽ nở ra, làm cho sản phẩm dễ bị nứt.

Đất sét có các màu khác nhau từ tr ắng, nâu xanh, xám đến màu đen. Màu sắc do các

tạ p chất hữu cơ quyết định.

Gạch đất sét là sản phẩm thông dụng nhất, kích thướ c phổ biến là 220x105x60mm.Loại gạch này phải có chất lượ ng phù hợ p vớ i TCVN 1451 - 73.









6-2

Các chỉ tiêu cơ lý chủ yếu của gạch : Khối lượ ng thể tích ở tr ạng thái khô : γok= γo

tc

=1700 ÷1900 kG/m3, hệ số truyền nhiệt λ = 0,5 - 0,8 kCal/m.0C.h, độ hút nướ c H p = 8 -

25%, cườ ng độ chịu nén R n = 50 - 150 kG/cm2. Khi đánh giá chất lượ ng gạch ngườ i ta

phân loại chúng dựa theo các chỉ tiêu k ỹ thuật (TCVN 1451 - 73) ở bảng 6-1.

Bảng 6-1. Đánh giá chất lượ ng của gạch

Cườ ng độ chịu nén(kG/cm

2)

Cườ ng độ chịu uốn(kG/cm

2)

Loại gạch Mác gạchTrung

bìnhBé nhất

Trung

bìnhBé nhất

Độ hút

nướ c(%)

Đặc biệt 150 150 100 28 14 10

A 125 125 100 25 12 15

B 100 100 75 22 11 20

C 75 75 50 18 9 25

D 50 50 35 16 8 -Gạch đất sét đượ c chia ra làm 2 loại: gạch đặc và gạch r ỗng.

Gạch đặc đất sét nung có 2 loại kích thướ c 220x105x60mm (GD60) và

190x90x45mm (GD45)

Sai lệch về kích thướ c viên gạch không đượ c vượ t quá quy định sau: theo chiều dài:

±6mm; theo chiều r ộng: ±4mm; theo chiều dày ±3mm (đối vớ i GD60) và ±2mm (đối vớ iGD45).

Theo cườ ng độ chịu nén và uốn mác gạch r ỗng đượ c phân ra: 50, 75, 100, 125, 150,

200.

Ngoài gạch đặc thông thườ ng còn có các loại gạch r ỗng, gạch xố p có cùng chiều

dài, chiều r ộng, nhưng chiều cao có nhiều kích thướ c khác nhau.

Kích thướ c của gạch r ỗng đất sét nung theo tiêu chuẩn TCVN 1450:1998 như Bảng

6.2.

Bảng 6.2 Kích thướ c viên gạch rỗng đất sét (mm)

Tên kiểu gạch Dài R ộng Dày

Gạch r ỗng 60 220 105 60

Gạch r ỗng 90 190 90 90

Gạch r ỗng 105 220 105 105Sai lệch về kích thướ c viên gạch không đượ c vượ t quá quy định sau: theo chiều dài:

±6mm; theo chiều r ộng: ±4mm; theo chiều dày ±3mm.

Theo cườ ng độ chịu nén và uốn mác gạch r ỗng đượ c phân ra: 35, 50, 75, 100, 125.

Gạch r ỗng phải có dạng hình hộ p chữ nhật, các khuyết tật về hình dáng bên ngoài

không đượ c vượ t quá các quy định.

Gạch r ỗng thườ ng dùng để xây tườ ng và các bộ phận công trình có trát hoặc ố p bên

ngoài.

Ngoài gạch đặc và gạch r ỗng ngườ i ta còn sản xuất gạch xố p. Đây là loại gạch nhẹ,dẫn nhiệt kém, hút nướ c lớ n và cườ ng độ thấ p.









6-3

6.3 Công nghệ sản xuất và các sản phẩm gốm xây dựng

6.3.1 Công nghệ sản xu ấ t g ạch

* Công nghệ sản xuất gạch xây gồm 5 giai đoạn:

Khai thác nguyên liệu: thườ ng thực hiện bằng máy đào hoặc thủ công. Tr ướ c khi

khai thác cần loại bỏ 30-40cm đất tr ồng tr ọt ở bên trên để loại tr ừ cỏ rác, r ễ cây và sỏi đá.

Đất thườ ng khai thác gần nơ i sản xuất để đỡ tốn công vận chuyển. Có thể vận chuyển

bằng xe goòng hoặc ô tô tự đổ.

Chuẩn bị phối liệu: đồng đều sẽ làm tăng tính dẻo, làm cho độ co ngót, màu sắc và

các tính chất cơ lí khác nhau của sản phẩm đồng đều, chất lượ ng của gạch tăng. Tuỳ theo

phươ ng pháp sản xuất gạch là khan hay dẻo mà ngườ i ta sử dụng những thiết bị khác

nhau. Trong phươ ng pháp dẻo đất đượ c nhai trong máy nhai sau đó đượ c tr ộn vào trong

máy tr ộn vớ i độ ẩm 18 – 25% cho đến khi thành khối đồng nhất

Tạo hình sản phẩm: nhằm tạo ra cho sản phẩm một hình dạng nhất định và cườ ng

độ ban đầu. Để tạo hình gạch thườ ng dùng phươ ng phá dẻo và bán khô. Trong phươ ng

pháp dẻo, đất đựơ c tr ộn vớ i độ ẩm 18-25% đượ c ép vớ i áp lực 30kG/cm2. Nhờ có buồng

hút chân không, không khí sẽ tách ra khỏi phối liệu, tăng độ chặt sít và cuối cùng tăng độ

bền sấy và cườ ng độ của sản phẩm. Trong phươ ng pháp bán khô: đất đựơ c tr ộn vớ i độ

ẩm 8-12% đượ c ép vớ i áp lực 200 - 300kG/cm2, phươ ng pháp này cho sản phẩm có hình

dạng, kích thướ c chính xác, cườ ng độ cao, có thể rút ngắn quá trình sấy và chu trình sản

xuất nói chung.

Sấy: là quá trình hạ thấ p từ từ độ ẩm của gạch đến giớ i hạn cần thiết và tạo cho gạch

mộc có cườ ng độ ban đầu để khi xế p vào thiết bị nung không bị biến dạng, tăng năng suất

của lò nung, giảm hao phí năng lượ ng. Quá trình sấy phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tính

chất của nguyên liệu, phươ ng pháp gia công nguyên liệu, tạo hình sản phẩm và các thông

số của thiết bị sấy (nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ của khí sấy). Để tăng cườ ng quá trình sấy

ngườ i ta thườ ng tr ộn thêm phụ gia gầy (tăng độ dẫn ẩm và giảm co ngót), làm ẩm phối

liệu bằng hơ i nướ c nóng hoặc hút chân không phối liệu. Phối liệu thườ ng đựơ c sấy trong

các lò phòng hoặc lò tunen. Lò phòng làm việc gián đoạn, phân bố nhiệt không đều thờ igian sấy dài (40-47 giờ ), khó cơ giớ i hoá và tự động hoá. Lò sấy tunen làm việc liên tục,

năng suất cao, sấy đều, nhanh (15-40giờ ), dễ cơ giớ i hoá.

Hình 6.1 Máy nghiền đất và máy trộn đất









6-4

Hình 6.2. Lò sấy và lò nung gạch

Nung: đây là công đoạn quan tr ọng nhất, chất lượ ng của gạch chủ yếu đựơ c quyết

định ở giai đoạn này. Chí phí trong giai đoạn nung chiếm đến 35-40%, còn phế phẩm

chiếm 10% sản phẩm. Gạch đựơ c nung trong 2 loại lò: lò gián đoạn và lò liên tục.

Trong lò gián đoạn gạch đượ c nung theo từng mẻ, loại lò này công suất bé, chất

lượ ng sản phẩm thấ p.

Trong lò liên tục gạch có chất lượ ng cao. Lò liên tục gồm có 2 loại: lò Hố pman (lò

vòng) và lò tuynen. Lò Hố pman có hình bầu dục, có nhiều buồng ngăn, mỗi buồng đều

có cửa riêng để ra vào lò, có cửa thông nhau và kênh dẫn khói ra ngoài ống khói chung.

Nguyên tắc làm việc của lò là sản phẩm đứng yên, ngọn lửa di động. Lò có ưu điểm:

không tốn thiết bị xế p sản phẩm, dễ điều chỉnh nhiệt độ. Nhưng có nhượ c điểm là khó cơ giớ i hóa, (đặc biệt là khâu ra vào cửa lò), khó đều lửa. Lò tuy nen làm việc theo nguyên

tắc sản phẩm chuyển động còn nhiệt độ phân bố ổn định theo chiều dài lò. Ư u điểm của

lò này là nung nhanh hơ n lò Hố pman, dễ dàng cơ giớ i hóa, có thể dùng nhiên liệu r ắnhoặc lỏng, nhưng tốn nhiên liệu hơ n (nung cả toa goòng).

6.3.2 Công nghệ sản xu ấ t ngói

K ỹ thuật sản xuất ngói cũng gần giống như sản xuất gạch nhưng do có hình dạng

phức tạ p và lại khá mỏng, yêu cầu cao (không sứt mẻ, nứt vỡ , ít thấm...) nên quá trình sản

xuất ngói đòi hỏi nguyên liệu đầu vào và k ỹ thuật cao hơ n.

Nguyên liệu dùng loại đất sét có độ dẻo cao, dễ chảy. Đất không chứa các tạ p chất

cacbonat. Trong sản xuất ngói có thể dùng 15-25% phụ gia cát, 10-20% phụ gia samốt.

Gia công nguyên liệu và chuẩn bị phối liệu đượ c thực hiện chủ yếu theo phươ ng pháp dẻo và cũng có thể theo phươ ng pháp bán khô và cả phươ ng pháp ướ t (khi trong









6-5

nguyên liệu có lẫn tạ p chất). Gia công chuẩn bị phối liệu k ỹ hơ n làm nhằm cho độ ẩm

đồng đều hơ n và phá vỡ tối đa cấu trúc nguyên liệu đất sét bằng cách ngâm ủ dài ngày

hơ n.

Tr ướ c khi tạo hình phải tạo ra những viên gạch trên máy ép lentô, r ồi ủ để độ ẩm

đồng đều. Sau đó mớ i tạo hình ngói từ những viên gạch đã ủ.

Ngói đượ c sấy trong các nhà sấy tự nhiên (các nhà kho sấy có giá phơ i) hay sấynhân tạo (trong các thiết bị sấy phòng, sấy tuynen, sấy băng truyền giá treo). Để tránh nứt

nẻ cho sản phẩm, ngói đượ c sấy theo chế độ sấy dịu. Khi nung ngói, nhiệt đượ c nâng lên

từ từ, nung lâu hơ n, làm nguội chậm hơ n.

Ngói đất sét có 2 loại chính như sau: Loại 22 viên/m2 có kích thướ c

340x205x15mm, loại 13 viên/m2 có kích thướ c 460x260x16mm. Theo TCVN 1452 - 73

ngói phải đạt các yêu cầu về ngoại hình, về các chỉ tiêu vật lý và cơ học : Khối lượ ng thể

tích 1800 - 2000 kG/m3, độ hút nướ c theo khối lượ ng ≤ 10%; độ thấm nướ c xác định theo

tiêu chuẩn : sau 3h nướ c không đượ c thấm qua; về cườ ng độ, ngói phải chịu đượ c lực tác

dụng tậ p trung ở giữa 2 gối tựa ít nhất là 70kG.6.4 Gạch gốm ốp lát

Gạch gốm ố p lát có độ xố p nhỏ, độ bền cơ học cao, chống mài mòn lớ n, chịu đượ ctác động của môi tr ườ ng xâm thực và có tính trang trí cao. Bề mặt gạch có phủ men, có

thể phẳng hay nhám hoặc có vân hoa, có thể có một màu hay có nhiều màu

Theo hình dáng có thể có các loại vuông, chữ nhật, tam giác, lục giác và bát giác

đều.

Các quy định về kích thướ c của sản phẩm tra bảng 6.3

Bảng 6.3 Kích thướ c cơ bản của gạch gốm ốp látHình vuông Hình chữ nhật

100x100 150x75 300x200

150x150 200x100 115x60

200x200 200x150 240x60

300x300 250x150 130x65

Kích thướ c cạnh bên

danh ngh ĩ a (axb)mm

400x400 300x150 260x65

Gạch gốm ố p lát dùng cho các công trình xây dựng như nhà công nghiệ p, nhà ở , các

công trình văn hóa, xã hội...

6.5 Sản phẩm sành dạng đáSản phẩm sành dạng đá có cườ ng độ cao, độ đặc lớ n, cấu trúc hạt bé, chống mài

mòn tốt, chịu đượ c tác dụng của axit. Chúng đượ c dùng r ộng rãi trong công trình công

nghiệ p, hóa học và nông nghiệ p. Loại sản phẩm thườ ng gặ p như: clinke, tấm lát nền, ống

nướ c và vật liệu bền axit.

* Gạch clinke

- Gạch clinke có nhiều loại: loại vuông (50x50x10, 100x100x10 và

150x150x13mm), loại chữ nhật (100x50x10;150x75x13mm), loại lục giác và bát giác.

- Gạch này có khối lượ ng thể tích lớ n hơ n gạch thườ ng, cườ ng độ chịu va đậ p và

chống mài mòn lớ n, độ hút nướ c thấ p. Gạch có 3 loại I, II, III.









6-6

- Gạch clinke dùng để lát đườ ng, làm móng, cuốn vòm và tườ ng chịu lực.

* Tấm lát nền

- ở một số nướ c đượ c sản xuất từ đất sét khó chảy và chịu lửa, chúng nhiều kích cỡ khác nhau. Độ hút nướ c và độ cọ mòn không lớ n.

- Tấm lát nền thườ ng dùng lát nền nhà và các công trình dân dụng.* Ống sành

- là các sản phẩm dạng sành đá có đườ ng kính 50-125mm (đôi khi tớ i 600mm), dài

500-1200mm.

- Ống sành phải thỏa mãn các điều kiện: thẳng, không cong vênh, miệng ống vuông

góc vớ i tr ục ống, tuyệt đối không có các vết nứt và lỗ r ỗng xuyên qua thành ống, mặt

nhẵn, không lồi lõm, cườ ng độ cao, độ hút nướ c theo khối lượ ng nhỏ hơ n 8%, độ bền axit

lớ n hơ n 90%.

* Gạch chịu đượ c axit

- Gạch chịu đượ c axit đượ c sản xuất theo 2 dạng: gạch khối và gạch tấm lát. Hình

dáng và kích thướ c của gạch như sau:

- Gạch khối: 230x113x65mm

- Gạch tấm lát: 100x100x11mm

150x450x11mm

- Gạch chịu đượ c axit chia làm 3 loại: loại A dùng cho các công trình lâu dài, khó

sủa chữa và luôn tiế p xúc vớ i hóa chất, loại B và C dùng cho các công trình dễ sửa chữa,

làm việc có tính chất liên tục.

- Gạch chịu đượ c axit đượ c dùng trong các công trình xây dựng công nghiệ p, hóa

chất, điện, y dượ c, công nghệ thực phẩm và các ngành khác có liên quan đến sự ăn mòn

của các hóa chất mang tính axit.

* Vật liệu chịu lửa

- là loại vật liệu chịu đượ c tác dụng lâu dài của các tác nhân cơ học và hóa lí ở nhiệt

độ cao. Do vậy chúng phải thỏa mãn về thành phần khoáng hóa, độ chịu lửa, độ bền

nhiệt, cườ ng độ và độ ổn định thể tích ở nhiệt độ cao. Tiêu chuẩn TCVN 5441:1991 chia

ra làm 3 loại:

- Chịu lửa (độ chịu lửa từ 15000

C đến 17000

C)

- Chịu lửa cao (độ chịu lửa từ 17700C đến 2000

0C)

- Chịu lửa r ất cao (độ chịu lửa lớ n hơ n 20000C)

- Vật liệu chịu lửa có nhiều loại và đượ c sản xuất từ nhiều nguồn nguyên liệu khác

nhau. Trong đó loại vật liệu chịu lửa từ đất sét phổ biến nhất là sản phẩm samốt.

- Vật liệu chịu lửa thườ ng đựơ c dùng để xây lò công nghiệ p, ghi đốt, các công trình

chịu nhiệt.

Chương 6: ........................................................................................................ 1

6.1. Khái niệm và phân loại.........................................................................................1

6.2 Nguyên liệu sản xuất và tính chất của nguyên liệu...............................................1









6-7

6.3 Công nghệ sản xuất và các sản phẩm gốm xây dựng............................................3

6.4 Gạch gốm ố p lát ....................................................................................................5

6.5 Sản phẩm sành dạng đá .........................................................................................5








Chương 7. Chất kết dính vô cơ

7-1

Chươ ng 7

CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ 7.1 Khái niệm chung

Chất k ết dính vô cơ là những vật liệu vô cơ thườ ng ở dạng bột, khi nhào tr ộn vớ i

dung môi thích hợ p cho hỗn hợ p dẻo có thể gắn k ết các vật liệu r ờ i và sau đó trong điềukiện thích hợ p có khả năng tự r ắn chắc tạo thành đá nhân tạo. Lợ i dụng khả năng nàyngườ i ta sử dụng chúng để gắn các loại vật liệu r ờ i r ạc (cát, đá, sỏi...) thành một khốiđồng nhất như trong công nghệ chế tạo bê tông, gạch silicát, vữa xây dựng, các sản phẩmximăng, amiăng và các loại vật liệu đá nhân tạo khác.

Tuỳ theo phạm vi sử dụng ngườ i ta chia chất k ết dính vô cơ thành 2 loại: chất k ếtdính vô cơ r ắn trong không khí - là loại chỉ dùng trong không khí và chất k ết dính vô cơ r ắn trong nướ c - là loại sử dụng trong cả môi tr ườ ng nướ c và không khí.

Về thành phần hoá học những chất k ết dính vô cơ phổ biến nhất thườ ng chứa 4

nhóm ôxit chính : CaO (có thể BaO, K2O, Na2O), SiO2, Al2O3, Fe2O3. Những ôxit nàytác dụng vớ i nhau vớ i tỷ lệ nhất định tạo ra những khoáng khác nhau. Những khoáng nàyquyết định đến tính chất chất k ết dính vô cơ . Đối vớ i chất k ết dính vô cơ r ắn trong nướ chay dùng môđun thuỷ lực (m) để đánh giá chất lượ ng:

32322 OFe%+O Al%+SiO%

CaO%=m

(7- 1)

Trong điều kiện chế tạo thích hợ p những chất k ết dính r ắn trong nướ c có m cao thìr ắn nhanh, cườ ng độ cao nhưng kém bền trong nướ c.

Trong thực tế xây dựng thườ ng gặ p nhất 3 loại chất k ết dính vô cơ : thạch cao xâydựng, vôi và xi măng poóclăng.

7.2 Vôi r ắn trong không khí

Vôi là 1 trong những chất k ết dính vô cơ lâu đờ i nhất, đượ c sản xuất từ đá vôi(thành phần chính là khoáng canxít CaCO3). Khi nung, đá vôi phân giải tạo ra vôi (thành phần chính là CaO). Để phân giải hết 1 phân tử gam CaCO3 cần 42.5kCal. Tr ướ c khi sử dụng vôi phải tôi (cho vôi tác dụng vớ i nướ c), khi đó có hiện tượ ng toả nhiệt, cứ 1 phântử gam CaCO3 tác dụng vớ i nướ c tạo ra Ca(OH)2 và toả ra 15,5kCal. Để xác định chấtlượ ng của vôi ngườ i ta dùng nhiều chỉ tiêu khác nhau, trong đó độ hoạt tính của vôi (x) là1 trong những chỉ tiêu quan tr ọng nhất.

%100.g

g=x

v

CaO

(7- 2)

Trong đó gCaO là khối lượ ng của CaO (gam) có trong khối lượ ng vôi gv (gam).

Vôi đượ c phân ra từ 2 đến 3 loại dựa vào các tính chất cơ bản của chúng.

Tôi vôi là quá trình thuỷ hoá oxit canxi

CaO + H2O = Ca(OH)2 + 211 kcal/kg

Những hạt Ca(OH)2 vô cùng mịn (hơ n cả ximăng) đượ c bọc bằng một màng nướ chấ p phụ mỏng. Chính màng nướ c này quyết định tính dẻo của hỗn hợ p vôi cát. Để giúp









7-2

ngắn thờ i gian tôi và nâng cao chất lượ ng vôi, trong các nhà máy việc tôi vôi đượ c thựchiện trong máy tôi.

Vôi đượ c sử dụng ở 2 dạng: vôi chín và bột vôi sống

7.3 Thạch cao

Thạch cao xây dựng là chất k ết dính vô cơ r ắn trong không khí đượ c sản xuất từ đáthạch cao thiên nhiên (thành phần chính là CaSO4.2H2O). K hi nung đá thạch cao ở nhiệtđộ thích hợ p đượ c thạch cao xây dựng (thành phần khoáng chính là CaSO4.1/2H2O). Khitr ộn vớ i nướ c nó sẽ tác dụng vớ i nướ c và tạo thành đá thạch cao (thành phần chính làCaSO4.2H2O).

Thạch cao xây dựng r ắn chắc nhanh (k ết thúc ninh k ết không quá 30 phút), nhưngcườ ng độ thấ p và chỉ bền trong không khí, đượ c sử dụng chủ yếu là vật trang trí trongnhà, nơ i khô ráo. Tính chất quan tr ọng của thạch cao xây dựng là độ mịn và cườ ng độ chịu nén. Thạch cao xây dựng đượ c chia thành 2 loại dựa vào 2 tính chất chính như trên(phụ lục 3 - 1).

7.4 Thuỷ tinh lỏng

Thuỷ tinh là một dung dịch r ắn ở dạng vô định hình nhận đượ c bằng cách làm nguộikhối silicát nóng chảy. Quá trình chuyển đổi từ tr ạng thái lỏng sang tr ạng thái thuỷ tinh(vật r ắn) là quá trình thuận nghịch. Đặc điểm của tr ạng thái thuỷ tinh là không có điểmchất tính đẳng hướ ng. Công nghệ luyện thuỷ tinh đượ c môt tả trong hình 7.1

7.4.1 Lò luy ện thu ỷ tinh

Trong xây dựng sử dụng hầu như thuỷ tinh silicát, cấu tử chính của nó là SiO2. Tuỳ thuộc vào dạng và công dụng , thành phần thuỷ tinh gồm các oxit sau (theo khối lượ ng):SiO2:64-73.4; Na2O:10-15.5; K2O:0-0.5; CaO:2.5-26.5; MgO:0-4.5; Al2O3:0-7.2;Fe2O3:0-0.4; SO3:0-0.5; B2O3:0-5.

Mỗi oxit có một vai trò riêng trong quá trình nấu để hình thành tính chất của thuỷ tinh. Oxit natri làm rút ngắn quá trình nấu vì nó làm nhiệt độ nóng chảy, nhưng lại giảmđộ bền hoá.; Ôxít kali tạo màu sáng và làm tốt hơ n tính xuyên sáng; ôxít canxi làm tăngđộ bền hoá; ôxít nhôm làm tăng cườ ng độ, bền nhiệt và bền hoá; ôxít bo làm tăng tốc độ nấu thuỷ tinh. Trong sản xuất thuỷ tinh và pha lê quang học để nâng cao độ chiết quang

ngườ i ta còn cho thêm ôxít chì. Nguyên liệu chính để sản xuất thuỷ tinh gồm có nguyên liệu khoáng và một số sản

phẩm công nghiệ p như cát thạch anh, sôđa, đôlômit, đá vôi, tr ườ ng thạch, sunfat natri.

Hình 7.1 Lò luyện thuỷ tinh









7-3

Ngoài ra hiện nay ngườ i ta đã bắt đầu sử dụng r ộng rãi chất thải công nghiệ p: xỉ luyệnkim, vật liệu chứa thạch anh, mảnh thuỷ tinh...

Nguyên liệu phụ (các chất làm trong, chất khử, chất tạo màu...) có tác dụng rút ngắnquá trình nấu và tạo cho thuỷ tinh có tính chất yêu cầu.

Các quá trình công nghệ: việc sản xuất thuỷ tinh xây dựng bao gồm các quá trình

chính sau: gia công nguyên vật liệu, chuẩn bị phối liệu, nấu thuỷ tinh, tạo hình sản phẩmvà ủ sản phẩm.

Gia công bao gồm đậ p và nghiền nguyên vật liệu ở dạng cục (đôlômít, đá vôi, than),sấy nguyên liệu (cát, đôlômít, đá vôi), sàng các cấu tử qua sàng có đườ ng kính cho tr ướ c.

Chuẩn bị phối liệu là làm đồng đều, cân và tr ộn phối liệu: phối liệu đựoc coi là cóchất lượ ng nếu sai số không vượ t quá 1%

Nấu thuỷ tinh đựơ c tiến hành ở các loại lò đặc biệt hoạt động liên tục hoặc giánđoạn. Để làm tăng độ trong và độ đồng nhất, khối thuỷ tinh phải đượ c nâng đến 1500 –16000C. Tại đây độ nhớ t của chất lỏng giảm xuống tạo điều kiện tách khí dễ dàng vànhận đựơ c một khối đồng nhất. Quá trình nấu thuỷ tinh đựơ c k ết thúc bằng việc làmnguội đến nhiệt độ để có một độ nhớ t thích hợ p cho việc gia công sản phẩm. Công tác tạohình sản phẩm đựoc tiến hành bằng các phươ ng pháp khác nhau: kéo , rót , cán, ép vàthổi, nổi. Việc tạo hình kính đựoc thực hiện bằng cách kéo đứng hoặc kéo ngang các

băng thuỷ tinh từ dung dịch, phươ ng pháp kéo đựoc sử dụng để chế tạo các tấm dày2,6mm. Băng đượ c kéo từ khối nóng chảy qua các thuyền (thanh chị nhiệt có rãnh dọc)

bằng các con lăn quay của máy hoặc bằng bề mặt tự do của khối thuỷ tinh. Phươ ng phápnổi là phươ ng pháp hoàn hảo nhất, có năng suất cao. Nó cho chất lượ ng bề mặt của kínhcao. Đặc biệt của phươ ng pháp này là quá trình tạo băng thuỷ tinh trên bề mặt thiếc chảylỏng do khối thuỷ tinh trào ra. Bề mặt của tấm băng thuỷ tinh phẳng và nhẵn, cũng khôngcần phải đánh bóng nữa.

Ủ: là công đoạn cuối bắt buộc khi chế tạo sản phẩm. ủ để tránh hiện tượ ng phát sinhnội ứng suất lớ n có thể gây ra sự phá hoại sản phẩm nhằm cố định hình dạng của chúng.

Tôi: là công đoạn cuối cùng để chế tạo thuỷ tinh vớ i cườ ng độ chịu nén cao hơ n 4-6lần và cườ ng độ chịu uốn cao hơ n 5-8 lần so vớ i thuỷ tinh thườ ng. ủ đựơ c thực hiện bằngcách đưa thuỷ tinh đến tr ạng thái dẻo sau đó làm lạnh sâu bề mặt của nó.

Công đoạn cuối cùng là mài nhẵn, đánh bóng và trang trí.

Các tính chất cơ bản của thuỷ tinh bao gồm: khối lượ ng riêng, độ bền hoá, đặc tính

cơ học, tính quang học , tính dẫn nhiệt, khả năng cách âm, khả năng gia công cơ học.Sản phẩm thuỷ tinh đựơ c dùng trong xây dựng bao gồm: Kính phẳng, block thuỷ

tinh r ỗng, ống thuỷ tinh, sợ i thuỷ tinh, vải thuỷ tinh....Một số sản phẩm thuỷ tinh đượ ctrình bày trên hình7.2









7-4

7.4.2 Chấ t k ế t dính hỗn hợ p

Chất k ết dính hỗn hợ p r ất đa dạng. Trong xây dựng thườ ng gặ p dạng hỗn hợ p củavôi và phụ gia vô cơ hoạt tính nghiền mịn. Chúng đượ c sản xuất bằng cách nghiền chungvôi sống và phụ gia hoạt tính hoặc tr ộn lẫn vôi nhuyễn vớ i phụ gia nghiền mịn.

Phụ gia vô cơ hoạt tính có 2 nhóm chính: loại thiên nhiên như đá có nguồn gốc núilửa, xỉ trong công nghiệ p nhiệt điện hoặc luyện kim, điatômit, trepen, hoặc cũng có thể sản xuất theo công nghệ riêng (nung đất sét có thành phần thích hợ p)

Nói chung, phụ gia vô cơ hoạt tính là những vật liệu chứa nhiều khoáng SiO2 vôđịnh hình. Độ hoạt tính của chúng đượ c đánh giá thông qua độ hút vôi.

Tỉ lệ phối hợ p của chất k ết dính hỗn hợ p là : vôi sống 15-30%, phụ gia hoạt tính 70-80% (có thể thêm cả thạch cao)

Chất k ết dính hỗn hợ p có phạm vi sử dụng rãi hơ n vôi. Nó có thể dùng để chế tạo bê

tông mác thấ p, vữa xây dựng trong môi tr ườ ng không khí và cả môi tr ườ ng ẩm ướ t.7.5 Ximăng pooclăng và ximăng đặc biệt

Xi măng pooclăng là chất k ết dính quan tr ọng nhất trong xây dựng, đượ c sản xuất từ 2 nguyên liệu chính là đá vôi và đất sét. Sau khi gia công cơ học và nung ở nhiệt độ 14500C đượ c clinke ximăng. Sau đó nghiền clinke vớ i 1 hàm lượ ng đá thạch cao thíchhợ p đượ c Xi măng pooclăng. Thành phần hoá học chính của Xi măng pooclăng như sau:

CaO : 63 - 66%

SiO2 : 21 - 24%

Fe2O3 : 2 - 4%MgO : 0.5 - 5%

Hình 7.2. Một số sản phẩm thuỷ tinh









7-5

Al2O3 : 4 - 8%

SO3 : 0.3 - 1%

Trong xi măng các ôxit này tác dụng vớ i nhau tạo ra 4 thành phần khoáng chính:

3CaO.SiO2 ( viết tắt C3S) : 42 - 64%

2CaO.SiO2 ( viết tắt C2S) : 12 - 15 %3CaO.Al2O3 ( viết tắt C3A) : 2 - 15%

4CaO. Al2O3.Fe2O3 ( viết tắt C4AF) : 10 - 25%

Để đánh giá tổng quát hơ n thành phần của xi măng thườ ng dùng các hệ số :

1. Hệ số kiềm ( môđun thủy lực):

32322 OFe%+O Al%+SiO%

CaO%=m

(m = 1,9 - 2,4) (7- 3)

2. Hệ số silicát

3232

2

OFe%+O Al%

SiO%=n

(n = 1,7 - 3,5) (7- 4)

3. Hệ số aluminat :

32

32

OFe%

O Al%=p

(p = 1 - 3) (7- 5)

4. Hệ số bão hoà :

( )2

33232

bh SiO%8,2

SO%7,0+OFe%35,0+O Al%65,1CaO%=k

(7- 6)

Khi tr ộn xi măng pooclăng vớ i nướ c chúng sẽ tác dụng vớ i nhau tạo một số khoánghyđrat chính như sau : mCaO.nSiO2.pH2O (hay gặ p ở dạng 3CaO.2SiO2.3H2O),Ca(OH)2, 3CaO.Al2O3.6H2O, nCaO.Fe2O3.mH2O (hay gặ p ở dạng 3CaO. Fe2O3.6H2O)và 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O. Các khoáng hyđrat biến đổi sẽ làm cho xi măng r ắnchắc. Để đánh giá chất lượ ng xi măng ngườ i ta dựa vào các thông số khác nhau. Nhưngthông số quan tr ọng nhất là mác xi măng. Hiện nay trên thế giớ i thườ ng dùng 2 phươ ng

pháp để xác định mác xi măng: phươ ng pháp vữa cứng và phươ ng pháp vữa dẻo.

Đôi khi trong lúc nghiền xi măng ngườ i ta còn cho thêm 1 số phụ gia hoạt tính: xỉ, puzôlan, trêpen v.v…Những phụ gia này làm tăng tính bền của xi măng pooclăng, vìthành phần hoạt tính của phụ gia (SiO2 hoạt tính) sẽ tác dụng vớ i Ca(OH)2 trong xi măng

pooclăng khi tr ộn vớ i nướ c để tạo ra silicát canxi ngậm nướ c bền hơ n trong môi tr ườ ngtự nhiên.

Ximăng đặc biệt: để chế tạo ximăng đặc biệt ngườ i ta thườ ng dùng các biện phápsau đây:

+ Điều chỉnh thành phần khoáng vật và cấu trúc của clanke ximăng

+ Dùng các phụ gia vô cơ và hữu cơ để điều chỉnh tính chất và tăng hiệu quả kinh tế + Điều chỉnh thành phần hạt và tăng độ mịn của ximăng.









7-6

Công nghệ sản xuất ximăng xem hình 7.3

Hình 7.3. Công nghệ sản xuất ximăng

Một số loại ximăng đặc biệt thườ ng gặ p là: ximăng pooclăng r ắn nhanh (C3S vàC3A chiếm khoảng 60-65% thể tích), ximăng poóclăng bền sunfat (C3S và C3A chiếm

khoảng < 50% và < 5% thể tích), ximăng có phụ gia hữu cơ (cho thêm phụ gia hoạt động bề mặt), ximăng poóclăng có phụ gia vô cơ (đá tr ầm tích diatômít, trepen, đá có nguồngốc núi lửa, tro nhiệt điện, xỉ lò cao), ximăng pooclăng tr ắng và màu (đá vôi và đất sétsạch) , ximăng aluminat (chứa thành phần CaO.Al2O3, đá vôi), ximăng nở và ximăngkhông co ngót (tổ hợ p của một số chất k ết dính, nhưng hiệu quả nhất là3CaO.Al2O3CaSO4.31H2O).








Chương 8. Chất kết dính hữu cơ và vật liệu chế tạo từ chất kết dính hữu cơ

8-1

Chươ ng 8

CHẤT KẾT DÍNH HỮU CƠ VÀ VẬT LIỆUCHẾ TẠO TỪ CHẤT KẾT DÍNH HỮU CƠ

8.1. Giới thiệu chung

Loại chất k ết dính hữu cơ đượ c sử dụng r ộng rãi là bitum dầu mỏ. Tính chất của

bitum dầu mỏ đượ c quyết định bở i thành phần và cấu trúc của nó. Ba chỉ tiêu cơ bản để đánh giá chất lượ ng của bitum dầu mỏ là: nhiệt độ hoá mềm, tính quánh (độ lún của kim),

tính dẻo (độ giãn dài). Tr ướ c đây chúng ta chủ yếu dùng bitum dầu mỏ của Liên Xô (cũ)

hiện nay có cả bitum Singapore. Các chỉ tiêu k ỹ thuật của bitum đượ c giớ i thiệu ở phụ

lục 6-1.

Những vật liệu phổ biến dùng bi tum là vật liệu lợ p, vật liệu ngăn nướ c, mattit và bê

tông atphan.

Giấy lợ p, vật liệu ngăn nướ c, chống thấm thườ ng ở dạng cuộn, đượ c sản xuất bằng

cách tẩm bitum vào lớ p cốt dạng tấm như cáctông, amiăng .v.v…

Mattit là hỗn hợ p của bitum và chất độn dạng bột, dạng sợ i , … dùng để hàn gắn,

chèn khe các công trình xây dựng.

Nhũ tươ ng: Nhũ tươ ng là 1 hệ thống keo phức tạ p gồm 2 chất lỏng không hoà tan

lẫn nhau. Trong đó 1 chất lỏng phân tán trong chất lỏng kia dướ i dạng những giọt nhỏ

liti, gọi là pha phân tán, còn chất lỏng kia gọi là môi tr ườ ng phân tán.

Nếu pha phân tán là bitum hay guđrông, còn môi tr ườ ng phân tán là nướ c thì gọi là

nhũ tươ ng dầu-nướ c (DN), hay gọi là nhũ tươ ng thuận.

Nếu pha phân tán là những giọt nuớ c, còn CKD là môi tr ườ ng phân tán, thì gọi lànhũ tươ ng nướ c-dầu (ND), hay còn gọi là nhũ tươ ng nghịch.

Chất k ết dính asfalt (CKDA) là vật liệu đựơ c chế tạo bằng cách tr ộn bitum vớ i chất

độn khoáng nghiền mịn (đá vôi, đá đôlomit, đá phấn, xỉ). Chất độn khoáng không những

làm giảm lượ ng dùng bitum, mà còn làm tăng nhiệt độ hoá mềm của bê tông. Cườ ng độ

của CKDA quyết định bở i tỷ lệ bitum – chất độn và độ r ỗng sau khi lèn chặt và r ắn chắc.

Vớ i tỷ lệ bitum – chất độn tối ưu, toàn bộ bitum sẽ đượ c dính bám trên bề mặt hạt khoáng

ở dạng màng mỏng liên tục. Vì vậy mà CKDA có cườ ng độ cao nhất.

Hỗn hợ p của cát vớ i chất k ết dính asfalt gọi là vữa asfalt. Thành phần của vữa asfalt

là thành phần mà toàn bộ lỗ r ỗng trong cát đượ c chèn đầy bằng CKDA vớ i 1 lượ ng dư thừa 10%-15% để bọc xung quanh các hạt cát.

Hỗn hợ p của vữa asfalt vớ i cốt liệu lớ n (đá dăm) gọi là bê tông asfalt. Nếu CKDHC

là guđrông ta có bê tông guđrông. Hàm lượ ng vữa asfalt sẽ đượ c tính toán sao cho nó

chèn đầy lỗ r ỗng của đá vớ i 1 lượ ng dư thừa 10%-15% để cho bê tông đượ c đặc chắc.

8.2 Vật liệu để chế tạo bê tông asfalt

8.2.1 Đá d ăm hay sỏi:

Chất lượ ng của đá dăm hay sỏi (cườ ng độ, tính đồng nhất, hình dạng, tr ạng thái bề

mặt, thành phần khoáng vật....) có ảnh hưở ng r ất lớ n đến chất lượ ng của bê tông asfalt.

Các chỉ tiêu chất lượ ng của đá dăm hay sỏi để chế tạo bê tông asfalt cũng đượ c xác

định như khi chế tạo bê tông xi măng nặng.









8-2

Đá dăm dùng để chế tạo bê tông asfalt có thể là đá dăm sản xuất từ đá thiên nhiên,

đá dăm chế tạo từ cuội, từ xỉ lò cao, nhưng phải phù hợ p vớ i yêu cầu của quy phạm.

Không cho phép đá dăm chế tạo từ đá vôi sét, sa thạch, sét và phiến thạch sét.

Thành phần hạt của đá dăm hay sỏi đượ c phân ra 3 nhóm 20-40, 12-20, 5-10mm.

Đá dăm cần phải liên k ết tốt vớ i bi tum. Về mặt này, thì các loại đá vôi, đôlômit,

điaba tốt hơ n các loại đá axit. Nếu dùng các loại đá liên k ết kém vớ i bitum phải gia côngđá bằng chất phụ gia hoạt tính như vôi, xi măng, hoặc cho thêm chất phụ gia hoạt động

bề mặt vào bitum.

Đá cần phải, lượ ng ngậm chất bần không lớ n hơ n 1% theo khối lượ ng.

8.2.2 Cát

Có thể dùng cát thiên nhiên hay cát nhân tạo vớ i các chỉ tiêu k ỹ thuật phù hợ p vớ iquy phạm như khi dùng cho bê tông xi măng.

Đối vớ i cát thiên nhiên chỉ dùng cát lớ n (Mđl ≥ 2,5) và cát vừa (Mđl = 2 – 2,5). Nếu

không có cát lớ n có thể dùng cát hạt nhỏ theo nguyên tắc cấ p phối không liên tục. Cát cầnsạch, hạm lượ ng bụi, sét không đượ c lớ n hơ n 3%.

Cát nhân tạo có thể nghiền từ các loại đá (không phải là đá vôi) có cườ ng độ, không

thấ p hơ n 1000 kG/cm2 hay xỉ k ết tinh của các xí nghiệ p luyện kim. Thành phần hạt thích

hợ p của cát đượ c giớ i thiệu ở bảng sau:

Bảng 8.1 Thành phần thích hợ p của cát

Kích thướ c lỗ sàng (mm)

2,5 1,25 0,63 0,315 0,14 <1,14Cát

Lượ ng lọt trên sàng (%)

Thiên nhiênnghiền

5 - 10>5

20 – 3015 – 30

20 – 3020 – 25

10 – 2510 – 25

10 – 2510 – 20

< 15< 15

8.2.3 Bột khoáng:

Bột khoáng do có bề mặt riêng lớ n, có khả năng dàn mỏng màng bitum trên bề mặt,

làm tăng lực tươ ng tác giữa chúng, cùng vớ i bitum nhét đầy lỗ r ỗng giữa các hạt cốt liệunên cườ ng độ của bê tông afalt tăng lên.

Bột khoáng dùng để chế tạo bê tông asfalt thườ ng sử dụng các loại bột từ đá vôi và

đá đôlômit. Cườ ng độ chịu nén của đá không nhỏ hơ n 200 daN/cm2. Vật liệu chế tạo bột

khoáng cần sạch, không chứa các chất bẩn và sét quá 5%. Bột khoáng cần phải khô, xố p

khi tr ộn vớ i bitum không đượ c vón cục, có khả năng hút bitum tốt và phải thoả mãn cácyêu cầu sau:

Độ nhỏ : lượ ng lọt qua sàng có kích thướ c lỗ sàng:

Lượ ng bột khoáng hút hết 15g bitum mác 60/70 không nhỏ hơ n 10g

Độ r ỗng khi lèn chặt dướ i tải tr ọng 400daN/cm2 đối vớ i tro, bụi xi măng, xỉ, không

đượ c lớ n hơ n 45%, còn đối vớ i loại bột đá đặc chắc thì không lớ n hơ n 40%.

Tác dụng hoá lý của bột khoáng vớ i bitum đượ c xác định một cách gần đúng bằng

hệ số ưa nướ c (K u) của các hạt khoáng kích thướ c nhỏ hơ n 1,25 mm: tỷ số giữa độ tr ươ ng

nở của bột khoáng trong nướ c (có cực) và độ tr ươ ng nở trong kêrôxin đã khử nướ c(không có cực)









8-3

8.2.4 Nhũ t ươ ng

Nhũ tươ ng là một hệ thống keo phức tạ p gồm 2 chất lỏng không hoà tan lẫn nhau.

Trong đó một chất lỏng phân tán trong chất lỏng kia dướ i dạng những hạt nhỏ li ti gọi là

pha phân tán, còn chất lỏng kia gọi là môi tr ườ ng phân tán. Nếu pha phân tán là bitum

hay guđrông, còn môi tr ườ ng phân tán là nướ c thì gọi là nhũ tươ ng dầu – nướ c, hay còn

gọi là nhũ tươ ng thuận. Nếu pha phân tán là những giọt nướ c, còn chất k ết dính là môitr ườ ng phân tán thì gọi là nhũ tươ ng nướ c dầu, hay còn gọi là nhũ tươ ng nghịch.

Để cho nhũ tươ ng đựơ c ổn định ngườ i ta thêm vào chất nhũ hoá - chất phụ gia hoạttính bề mặt. Chất nhũ hoá sẽ hấ p phụ trên bề mặt các giọt CKD làm giảm sức căng bề mặt ở mặt phân chia của CKD vớ i nướ c. Đồng thờ i nó tạo ra trên bề mặt các giọt bitum

một màng mỏng k ết cấu bền vững, có tác dụng ngăn cản sự k ết tụ của chúng, làm cho

nhũ tươ ng ổn định.

Ngoài những loại chất nhũ hoá dạng hữu cơ trên, khi chế tạo nhũ tươ ng còn dùng

chất nhũ hoá dạng bột vô cơ . Những chất nhũ hoá dạng bột vô cơ hay dùng là vôi bột, vôi

tôi, đất sét, đất hoàng thổ.Chú ý: để xác định tính ổn định của nhũ tươ ng khi vận chuyển, ngườ i ta thườ ng lấy

nhũ tươ ng đã đượ c bảo quản sau 7 ngày và 30 ngày cho chảy qua sàng có kích thướ c lỗ

sàng 0,14mm. Yêu cầu là lượ ng còn lại trên sàng không quá 0,1% theo tr ọng lượ ng và

đảm bảo các yêu cầu k ỹ thuật của quy phạm.

8.3 Thiết kế thành phần bê tông asfalt

* Mục đích của việc thiết k ế thành phần bê tông asfalt là lựa chọn đượ c một dạng

(nóng, ẩm, nguội) bê tông tươ ng ứng vớ i điều kiện làm việc (vùng khí hậu, đặc tính chịutải) vớ i loại vật liệu khoáng, loại và hướ ng bitum tối ưu, vớ i tỷ lệ giữa các thành phần

thoả mãn các yêu cầu quy định.Có nhiều phươ ng pháp thiết k ế thành phần bê tông asfalt. Song phổ biến nhất, cho

k ết quả tin cậy nhất là phươ ng pháp dựa trên cơ sở lý thuyết về đườ ng cong độ đặc hợ p lí

của hỗn hợ p vật liệu khoáng. Đó là phươ ng pháp k ết hợ p giữa tính toán vớ i thực nghiệm.

Trình tự thiết k ế thành phần bê tông asfalt như sau:

Lựa chọn và kiểm tra vật liệu, xác định tỷ lệ của các vật liệu theo thành phần cấ p phối hạt, lựa chọn thành phần bitum tối ưu và thí nghiệm kiểm tra các chỉ tiêu k ỹ thuật

trên các mẫu thử.

- Lượ ng lọt sàng của hỗn hợ p vật liệu khoáng Lx, đựợ c xác định như sau:

Lx = (Đx.Đ + Mx.M + Cx.C + Bx.B)/100 (8- 1)

Trong đó

Đx, Mx, Cx và Bx – lượ ng lọt qua sàng kích thướ c x (mm) của đá, đá mạt, cát và bột

đá.

- Xác định lượ ng đá dăm: tỷ lệ thành phần của đá dăm đượ c xác định theo công

thức sau:

Đ = (Ax/Ađ).100% (8- 2)

Trong đó









8-4

Ax, Ađ là lượ ng sót tích luỹ tại cỡ hạt x của hỗn hợ p hợ p lí theo quy phạm và của đá

dăm.

- Xác định lượ ng bột khoáng: tỷ lệ % của bột khoáng (có cỡ hạt < 0,071mm) đượ cxác định theo công thức

B = (Y0,071.100%)/B0,071 (8- 3)

- Xác định lượ ng cát và đá mạt

Tổng tỷ lệ phần tr ăm của cát và đá mạt đượ c tính như sau:

C + M = 100 – B - Đ (8- 4)

C = 100 – B – Đ (8- 5)

Từ k ết quả tính toán và thành phần vật liệu thực tế, tiến hành tính toán lại tr ị số Lx

vớ i tất cả các cỡ hạt. So sánh đườ ng biểu diễn Lx vớ i thành phần hạt khoáng vật hợ p lí.

Yêu cầu Lx phải phù hợ p vớ i giớ i hạn thành phần của hỗn hợ p hợ p lí theo quy phạm. Nếuthành phần chọn đượ c không hợ p quy phạm thì có thể điều chỉnh lại các lượ ng vật liệu để

có Lx hợ p quy phạm.

* Xác định lượ ng bitum tối ưu

Lượ ng bitum tối ưu đượ c xác định theo chỉ tiêu độ r ỗng của hỗn hợ p vật liệukhoáng của các mẫu thí nghiệm bê tông asfalt và độ r ỗng còn dư của bê tông asfalt theo

quy định ở quy phạm. Chuẩn bị các mẫu thí nghiệm từ hỗn hợ p bê tông asfalt, trong đó

lượ ng bitum dùng giảm đi 0,3-0,5% so vớ i giớ i hạn dướ i của các tr ị số trong bảng. Lượ ng

bitum tối ưu đượ c xác định theo công thức:

B

k

k k

i

V V B ρ

ρ

−=

0

(8- 6)

Trong đó: Vok - độ r ỗng vật liệu khoáng của mẫu thí nghiệm, %.

ρk - Khối lượ ng riêng của vật liệu khoáng, g/cm3

Vk - độ r ỗng của bê tông asfalt theo quy phạm ở 200C, %

ρB - Khối lượ ng riêng của bitum ở 200C, g/cm3

* Kiểm tra trên các mẫu thí nghiệm

K ết quả tính toán của lượ ng bitum sẽ dùng để chế tạo ba mẫu thử và kiểm tra lại các

tính năng cần thiểt của bê tông asfalt. Nếu chỉ tiêu độ r ỗng không đảm bảo các chỉ tiêukhác (ví dụ: cườ ng độ, độ ổn định nướ c) thì điều chỉnh lại thành phần vật liệu khoáng chủ

yếu là lượ ng bột khoáng. Sau đó tính lại lượ ng B và làm lại theo trình tự trên cho đến lúc

đạt mọi yêu cầu quy định.

8.4 Công nghệ chế tạo bê tông asfalt

Công nghệ chế tạo bê tông asfalt hoàn toàn phù hợ p vớ i các nguyên tắc của công

nghệ vật liệu nhân tạo. Tuy nhiên công nghệ này có một số điểm khác nhau khi chế tạo

các dạng bê tông asfalt khác nhau.

Nguyên tắc chung: Trong giai đoạn chuẩn bị, nguyên liệu đá dăm sỏi, cát cần đượ c

sấy khô và nung đến

nhiệt

độ phù hợ p vớ i độ nhớ t của bitum. Bitum cần đun đến nhiệt độ









8-5

thi công. Nhiệt độ nung bitum từ 140oC-200

oC tuỳ theo độ quánh của bitum và loại bê

tông asfalt (nóng, ấm...).

Tr ộn vật liệu khoáng vớ i bitum có ảnh hưở ng đáng k ể đến chất lượ ng bê tông. Việctr ộn bê tông asfalt đượ c tiến hành theo 2 giai đoạn:

Giai đoạn 1: (tr ộn khô). đá dăm nóng, cát nóng đượ c tr ộn vớ i bột khoáng (không

nung nóng). Các hạt bột khoáng sẽ bọc bề mặt cát, đá để tăng độ hoạt tính bề mặt cho cốtliệu.

Giai đoạn 2: Tr ộn hỗn hợ p khoáng vớ i bitum đến nhiệt độ thi công trong thờ i gian

quy định, vớ i máy tr ộn tự do- khoảng 450-500gy; máy tr ộn cưỡ ng bức-khoảng 50-150gy

tuỳ theo loại bê tông asfalt.

Vận chuyển và r ải bê tông asfalt tại nơ i công tác. Yêu cầu nhiệt độ bê tông asfalt

phải đảm bảo đạt nhiệt độ thi công khi bắt đầu r ải và đầm chắc. Để đảm bảo chất lượ ng

lớ p phủ mặt đườ ng cần chế tạo bê tông ở những xưở ng bê tông asfalt cố định.

Xưở ng chế tạo bê tông asfalt (Sinh viên tham khảo SGK)








CHƯƠ NG IXCHẤT K ẾT DÍNH HỮ U CƠ VÀ BÊ TÔNG ASFALT

9.1. Chất k ết dính hữu cơ 9.1.1. Khái niêm và phân loại

Khái niệmChất k ết dính hữu cơ (CKDHC) là hỗn hợ p của các chất hữu cơ có phân

tử lượ ng tươ ng đối cao, tồn tại ở thể r ắn, dẻo hay lỏng. Nguyên liệu để sản xuất chất k ết dính hữu cơ là các sản phẩm có nguồn

gốc hữu cơ như dầu mỏ, than đá, than bùn...Sau khi gia công hóa lí, ngoàicác sản phẩm chính ngườ i ta còn nhận đượ c một số loại nhựa cặn. Nhựa cặnđượ c gia công tiế p tục để thành chất k ết dính hưu cơ .

Chất k ết dính hữu cơ (nhất là bi tum và guđrông) đượ c ứng dụng r ộngrãi để xây dựng các lớ p phủ mặt đườ ng, vỉa hè, nền nhà công nghiệ p, bảo vệ

bê tông và kim loại khỏi bị ăn mòn.Chất k ết dính hữu cơ có những đặc tính k ĩ thuật sau:- Dễ liên k ết vớ i vật liệu khoáng bằng lớ p màng mỏng bền và ổn định

nướ c.- Có độ nhớ t nhất định, nhờ đó mà trong thờ i gian thi công nó bao bọc

quanh vật liệu khoáng còn trong thờ i kì làm việc nó gắn k ết những vật liệukhoáng thành một khối đồng nhất, tạo ra cườ ng độ cần thiết.

- Tươ ng đối ổn định khí quyển, ít thay đổi tính chất trong quá trình sử dụng.

- Hòa tan ít trong nướ c và trong axit vô cơ , hòa tan nhiều trong dungmôi hữu cơ .

Phân loại

Căn cứ vào các đặc điểm sau để phân loại chất k ết dính hữu cơ .Theo thành phần hóa học, chia ra : Bitum và guđrông.Theo nguồn gốc nguyên liệu chia ra:- Bitum dầu mỏ là sản phẩm cuối cùng của dầu mỏ.- Bitum đá dầu là sản phẩm khi chưng đá dầu.- Bitum thiên nhiên là loại bitum thườ ng gặ p trong thiên nhiên ở dạng

k ết tinh hay lẫn vớ i các loại đá.

- Guđrông than đá là sản phẩm khi chưng khô than đá.- Guđrông than bùn là sản phẩm khi chưng khô than bùn.- Guđrông gỗ là sản phẩm khi chưng khô gỗ.Theo tính chất xây dựng chia ra:- Bitum và guđrông r ắn: ở nhiệt độ 20 - 25 oC là một chất r ắn có tính

giòn và tính đàn hồi, ở nhiệt độ 180 - 200oC thì có tính chất của một chấtlỏng.








- Bitum và guđrông quánh: ở nhiệt độ 20 - 25oC là một chất mềm, cótính dẻo cao và độ đàn hồi không lớ n lắm.

- Bitum và guđrông lỏng : ở nhiệt độ 20 - 25oC là một chất lỏng và cóchứa thành phần hyđrôcacbon dễ bay hơ i, có khả năng đông đặc lại sau khithành phần nhẹ bay hơ i và sau đó có tính chất gần vớ i tính chất của bitum vàguđrông quánh.

- Nhũ tươ ng bitum và guđrông: là một hệ thống keo bao gồm các hạtchất k ết dính phân tán trong môi tr ườ ng nướ c và chất nhũ hóa.

9.1.2. Thành phần của CKDHCChất k ết dính hữu cơ là hệ thống phân tán của các chất hiđrôcacbon

khác nhau (thơ m CnH2n-6, naftalin CnH2n và mê tan CnH2n+2) và các mạch dị vòng của các hiđrôcacbua có tr ọng lượ ng phân tử tươ ng đối cao.

Thành phần phân tố của bi tum nằm trong giớ i hạn: C: 73-87%; H: 8-

12%; O :1-2%; S :1-5% ; N : 0,5 -1%. Những hợ p chất hiđrôcacbon có cấu tạo hóa học và tính chất vật lí

giống nhau đượ c sắ p xế p trong một nhóm cấu tạo hóa học, chúng có ảnhhưở ng lớ n đến tính chất của CKDHC. Các nhóm cấu tạo hóa học chủ yếu

bao gồm: Nhóm chấ t d ầu gồm những hợ p chất có phân tử lượ ng thấ p (300-600),

không màu, khối lượ ng riêng nhỏ (0,91-0,925). Nhóm chất dầu làm choCKDHC có tính lỏng. Nếu hàm lượ ng nhóm này trong CKDHC tăng lên sẽ làm cho tính quánh giảm.Trong bi tum nhóm chất dầu chiếm 45-60%; trongguđrông than đá 60-80%.

Nhóm chấ t nhự a gồm những hợ p chất có phân tử lượ ng cao hơ n (600-900), màu nâu sẫm, khối lượ ng riêng xấ p xỉ 1. Nó có thể hòa tan trong

benzen, etxăng, clorofooc. Nhóm chất nhựa trung tính (tỉ lệ H/C=1,6-1,8)làm cho CKDHC có tính dẻo. Nếu hàm lượ ng nhóm này trong CKDHC tănglên sẽ làm cho tính dẻo tăng. Nhóm chất nhựa axit (tỉ lệ H/C=1,3-1,4) làmtăng tính bám dính của CKDHC vớ i vật liệu khoáng. Trong bi tum dầu mỏ nhóm chất nhựa chiếm 15-30%; trong guđrông than đá 10-15%.

Nhóm asfalt r ắ n gồm những hợ p chất có phân tử lượ ng lớ n (1000-6000), màu nâu sẫm hoặc đen, khối lượ ng riêng 1,1-1,15). Nhóm này không

bị phân giải khi đốt. Ở nhiệt độ lớ n hơ n 300oC thì bị phân giải ra khí và cốc. Nhóm asfalt r ắn có tỉ lệ H/C=1,1.

Nó có thể hòa tan trong clorofooc, têtracloruacacbon (CCl4), không hòatan trong. ête, dầu hỏa và axêtôn (C3H5OH). Tính quánh và sự biến đổi tínhchất theo nhiệt độ của CKDHC phụ thuộc chủ yếu vào nhóm này. Nếu hàmlượ ng nhóm này trong CKDHC tăng lên sẽ làm cho tính quánh và nhiệt độ








hóa mềm của CKDHC cũng tăng lên.Trong CKDHC nhóm này chiếm 10-38%.

Ngoài 3 nhóm cơ bản trên, trong thành phần của CKDHC còn có cácnhóm hóa học khác như nhóm cacben và cacbôit, nhóm axit asfalt và cácanhiđrit, nhóm parafin. Các nhóm này có ảnh hưở ng nhất định đến tính chấtcủa CKDHC.

Dựa vào thành phần các nhóm cấu tạo hóa học có thể chia bi tum dầumỏ thành 3 loại. Bi tum loại 1 có nhóm asfalt > 25%, nhựa < 24% và dungdịch cacbon >50%. Bitum loại 2 có hàm lượ ng nhóm cấu tạo hóa học tươ ngứng: ≤18%; >36% và /48% và bitum loại 3 tươ ng ứng là 21- 23%; 30 - 34%;45-49%. Ba loại bi tum có độ biến dạng khác nhau. Thành phần hóa học củachúng thay đổi theo thờ i gian sử dụng k ết cấu mặt đườ ng.

9.1.3. Tính chất cơ bản của CKDHCTính chấ t cơ bản của CKDHC d ạng quánh

Tính quánhTính quánh của CKDHC thay đổi trong

phạm vi r ộng. Nó ảnh hưở ng nhiều đến cáctính chất cơ học của hỗn hợ p vật liệu khoángvớ i chất k ết dính, đồng thờ i quyết định côngnghệ chế tạo và thi công lọai vật liệu códùng CKDHC.

Độ quánh của CKDHC phụ thuộc vàohàm lượ ng các nhóm cấu tạo hóa học vànhiệt độ của môi tr ườ ng. Khi hàm lượ ngnhóm asfalt tăng lên và hàm lượ ng nhómchất dầu giảm thì độ quánh của bi tum tănglên. Khi nhiệt độ của môi tr ườ ng tăng caonhóm chất nhựa sẽ bị chảy lỏng độ quánhcủa bitum sẽ giảm xuống.

Để đánh giá độ quánh của CKDHCngườ i ta dùng chỉ tiêu độ cắm sâu của kim

(có tr ọng lượ ng 100 g, đườ ng kính 1 mm) của dụng cụ tiêu chuẩn (hình 9-1)vào CKDHC ở nhiệt độ 25oC trong 5 giây. Độ kim lún ký hiệu là P (đo bằngđộ, 1 độ bằng 0,1 mm). Tr ị số P càng nhỏ thì độ quánh của CKDHC càngcao.

Hình 9-1: Dụng cụ đ o độ quánh1. Đồng hồ đ o; 2.Kim; 3.Vít;

4. Đầu kim; 5.M ẫ u nhự a; 6.N ướ c

Tính d ẻo Tính dẻo đặc tr ưng cho khả năng biến dạng của CKDHC dướ i tác dụng

của ngoại lực.








Tính dẻo của CKDHC cũng giống như tính quánh, phụ thuộc vào nhiệtđộ và thành phần nhóm, khi nhiệt độ tăng tính dẻo cũng tăng và ngượ c lại.Trong tr ườ ng hợ p đó CKDHC dùng làm mặt đườ ng hay trong các k ết cấukhác có thể tạo thành các vết nứt. Tính dẻo của CKDHC đượ c đánh giá bằngđộ kéo dài, ký hiệu là L (cm) của mẫu tiêu chuẩn và đượ c xác định bằngdụng cụ đo độ dài (hình 9-2). Nhiệt độ thí nghiệm tính dẻo là 25oC, tốc độ kéo là 5cm/phút. Độ kéo dài càng lớ n thì độ dẻo càng cao.

Tính ổ n định nhiệt

Hình 9-2: Dụng cụ đ o độ kéo dài1. Thướ c đ o; 2,3.M ẫ u kéo; 4. Vít cố d ịnh;

Khi nhiệt độ thay đổi, tính quánh, tính dẻo của CKDHC thay đổi, sự thay đổi đó càng nhỏ thì CKDHC có tính ổn định nhiệt độ càng cao.

Tính ổn định nhiệt của CKDHC phụ thuộc vào thành phần hóa học củanó. Khi hàm lượ ng nhóm asfalt tăng thì tính ổn định nhiệt của CKDHC tăngvà ngượ c lại.

Bướ c chuyển của CKDHC từ tr ạng thái r ắn sang tr ạng thái quánh r ồihóa lỏng và ngượ c lại xảy ra trong khoảng nhiệt độ nhất định. Do đó tính ổnđịnh nhiệt của CKDHC có thể biểu thị bằng khoảng nhiệt độ đó. Khoảng

biến đổi nhiệt độ ký hiệu là T đượ c xác định bằng công thức:T = Tm - Tc

Trong đ ó : Tm - nhiệt độ hóa mềm của CKDHC.Tc - nhiệt độ hóa cứng của

CKDHC.

Hình 9-3: Dụng cụ vòng và hòn bi1.Viên bi; 2.Vòng; 3. Giá trên; 4. Giá d ướ i.

Nếu T càng lớ n thì tính ổn định nhiệt củaCKDHC càng cao.

Tr ị số nhiệt độ hóa mềm của CKDHC

ngoài việc dùng để xác định khoảng biến đổinhiệt độ T nó còn có ý ngh ĩ a thực tế quantr ọng. Trong xây dựng đườ ng ngườ i ta thườ ngdùng bitum để r ải mặt đườ ng, do đó khi gặ pnhiệt độ cao nếu Tm không thích hợ p thì bitumcó thể bị chảy làm cho mặt đườ ng có dạng lànsóng, dồn đống.








Vì vậy, nhiệt độ hóa mềm cũng là một chỉ tiêu k ỹ thuật để đánh giá chấtlượ ng của CKDHC. Nhiệt độ hóa mềm của CKDHC đượ c xác định bằngdụng cụ “vòng và bi“ (hình 9-3). Khối lượ ng của viên bi bằng 3,5g, đườ ngkính 9,53mm và vòng có kích thướ c như hình vẽ.

Để xác định nhiệt độ hóa mềm ngườ i ta đun nóng bình chứa chất lỏng(thườ ng là nướ c) vớ i tốc độ 5oC/phút. Dướ i tác dụng của nhiệt độ tăng dần,đến một lúc nào đó CKDHC bị nóng chảy lỏng ra, viên bi cùng bi tum r ơ ixuống. Nhiệt độ chất lỏng trong bình, ứng vớ i lúc viên bi tiế p xúc vớ i bảndướ i của giá đỡ đượ c xem là nhiệt độ hóa mềm của CKDHC.

Nhiệt độ hóa cứng của CKDHC có thể xác định bằng dụng cụ đo độ kim lún. Nhiệt độ hóa cứng là nhiệt độ ứng vớ i độ kim lún bằng 1 độ.

Tính hóa già

Do ảnh hưở ng của thờ i tiết mà tính chất và thành phần của CKDHCthay đổi ngh ĩ a là làm cho CKDHC bị hóa già. Sự hóa già làm cho tính

quánh, tính dòn của CKDHC tăng lên, làm xuất hiện các vết nứt trong lớ p phủ mặt đườ ng, tăng quá trình phá hoại do ăn mòn. Quá trình hoá già củalớ p phủ mặt đườ ng có thể chia làm hai giai đoạn. Giai đoạn 1 cườ ng độ vàtính ổn định biến dạng tăng. Giai đoạn 2 CKDHC bắt đầu già, cấu trúc thayđổi, làm lớ p phủ bị phá hoại. Tuy vậy sự hoá già của CKDHC phát triểnchậm, thườ ng sau 10 năm sử dụng sự hoá già mớ i ở mức độ cao. Tính hoágià có thể xác định ngay tại hiện tr ườ ng hoặc bằng mẫu thử thí nghiệm trongcác buồng khí hậu nhân tạo.

Tính ổ n định khi đ un nóng Khi dùng CKDHC ngườ i ta thườ ng phải đun nóng lên đến nhiệt độ

160oC trong thờ i gian khá dài, do đó các thành phần nhẹ có thể bốc hơ i, làmthay đổi tính chất của CKDHC.

Sau khi tiến hành thí nghiệm này các loại bi tumdầu mỏ quánh phải có hao hụt tr ọng lượ ng không đượ clớ n hơ n 1%, độ kim lún và độ kéo dài thay đổi khôngđượ c lớ n hơ n 40% so vớ i tr ị số ban đầu.

Hình 9-4: Dụng cụ xác định

nhiệt độ bố c cháy

1.Nhiệt k ế ;2. Nhự a; 3. Cát

Nhiệt độ bố c cháy








Khi đun CKDHC đến một nhiệt độ nhất định thì các chất dầu nhẹ bốchơ i hòa lẫn vào môi tr ườ ng xung quanh tạo nên một hỗn hợ p dễ cháy. Để xác định nhiệt độ bốc cháy, ngườ i ta dùng dụng cụ riêng (hình 9-4). Trongthí nghiệm, nếu ngọn lửa lan khắ p mặt CKDHC thì nhiệt độ lúc đó đượ cxem là nhiệt độ bốc cháy. Nhiệt độ bốc cháy của CKDHC thườ ng nhỏ hơ n200oC. Nhiệt độ này là một chỉ tiêu quan tr ọng về an toàn khi gia côngCKDHC.

Tính bám dính

Sự liên k ết của CKDHC vớ i bề mặt vật liệu khoáng có liên quan đếnquá trình thay đổi lý hoá khi hai chất tiế p xúc vớ i nhau. Sự liên k ết này sẽ đóng vai trò quan tr ọng trong việc tạo nên cườ ng độ và tính ổn định vớ inướ c, vớ i nhiệt độ của CKDHC và vật liệu khoáng.

Khi nhào tr ộn CKHDC vớ i vật liệu khoáng, các hạt khoáng đượ c thấmướ t bằng CKHDC và tạo thành một lớ p hấ p phụ. Khi đó các phân tử

CKHDC ở trong lớ p hấ p phụ sẽ tươ ng tác vớ i các phân tử của vật liệukhoáng ở lớ p bề mặt. Tươ ng tác đó có thể là tươ ng tác lý học hay hoá học.

Lực liên k ết hoá học lớ n hơ n r ất nhiều so vớ i lực liên k ết lý học, do đókhi CKHDC tươ ng tác hoá học vớ i vật liệu khoáng thì cườ ng độ liên k ết sẽ lớ n nhất.

Liên k ết của CKHDC vớ i vật liệu khoáng tr ướ c hết phụ thuộc vào thành phần của CKHDC. Khi nhóm chất nhựa trong CKHD càng nhiều thì sự liênk ết của nó vớ i vật liệu khoáng càng tốt.

Liên k ết của CKHDC vớ i vật liệu khoáng còn phụ thuộc vào tính chấtcủa vật liệu khoáng. Các loại đá bazơ liên k ết vớ i CKHDC tốt hơ n vớ i cácloại đá axit.

Mức độ liên k ết của CKHDC vớ i bề mặt vật liệu đá hoa có thể đánh giátheo độ bền của màng CKHDC trên bề mặt đá hoa khi nhúng trong nướ c sôi.

Nếu sau khi thí nghiệm, hơ n 2/3 bề mặt của hạt đá hoa vẫn đượ c CKHDC bao bọc thì độ liên k ết của CKHDC vớ i bề mặt đá hoa là tốt.

Thực tế khi chế tạo hỗn hợ p CKHDC và vật liệu khoáng, ngườ i ta dùngnhiều loại đá khác nhau, do đó mức độ liên k ết của nó cũng có thể khácnhau.

Tính chấ t cơ bản của CKDHC d ạng l ỏng

Độ nhớ t:Cũng như CKDHC dạng quánh, độ nhớ t của CKDHC dạng lỏng phụ

thuộc vào thành phần của các nhóm hóa học và tỉ lệ giữa lượ ng chất r ắn vàchất lỏng dùng để pha loãng. Khi trong CKDHC chứa nhiều nhóm chấtnhựa, chất r ắn và chứa ít nhóm dầu thì độ nhớ t của nó tăng lên.








Độ nhớ t của CKDHC lỏng đượ c xác định bằng nhớ t k ế (hình 9-5). Độ nhớ t của CKDHC lỏng đặc tr ưng bằng thờ i gian để 50ml CKDHC lỏng chảyqua lỗ đáy của dụng cụ có đườ ng kính 5mm, ở nhiệt độ 60oC.

Phần cấ t (thành phần d ễ bay hơ i)Số lượ ng và chất lượ ng phần cất là chỉ tiêu

gián tiế p biểu thị tốc độ đông đặc lại củaCKDHC lỏng ở mặt đườ ng. Nếu CKDHC lỏngchứa nhiều thành phần này và nó có nhiệt độ sôithấ p thì quá trình đông đặc của CKDHC sẽ nhanh. Để xác định thành phần cất của CKDHClỏng cần cất ở các nhiệt độ khác nhau: 225oC,315oC và 360oC. Tính chất của phần còn lại saukhi cất đến nhiệt độ 360oC sẽ đặc tr ưng cho loạiCKDHC lỏng và tính chất của nó trong thờ i gian

sử dụng ở mặt đườ ng. Các tính chất này đượ c xácđịnh như vớ i CKDHC đặc quánh.

Có thể xác định khả năng thi công (đặc lại)của CKDHC lỏng bằng chỉ tiêu lượ ng bay hơ i(%) khi nung CKDHC lỏng từ 60oC đến 100oC và thờ i gian 1 đến 5 giờ tùyloại CKDHC lỏng. Chỉ tiêu này gần sát thực tế hơ n chỉ tiêu phần cất nêu ở trên.

Hình 9-5: Nhớ t k ế

1.N ướ c; 2. N ắ p đậ y; 3. C ố c đ o độ nhớ t;4. Chố t nút; 5.Cánh khuấ y;

6.Vói nướ c;7.C ố i đ o độ nhớ t;8.Nút tròn; 9.Bình đ o; 10. Bế p nhiệt;

11.Bộ phận làm nóng nướ c.

Tính chấ t của CKDHC d ạng nhũ t ươ ng

Nhũ tươ ng là một hệ thống keo phức tạ p gồm hai chất lỏng không hoàtan lẫn nhau. Trong đó, một chất lỏng phân tán trong chất lỏng kia dướ i dạngnhững giọt nhỏ li ti, gọi là pha phân tán, còn chất lỏng kia gọi là môi tr ườ ng

phân tán. Nếu pha phân tán là bitum hay guđrông, còn môi tr ườ ng phân tán là

nướ c thì gọi là nhũ tươ ng dầu – nướ c (DN) hay còn gọi là nhũ tươ ng thuận. Nếu pha phân tán là những giọt nướ c, còn CKDHC là môi tr ườ ng phân

tán, thì gọi là nhũ tươ ng nướ c – dầu (ND) hay còn gọi là nhũ tươ ng nghịch.Để cho nhũ tươ ng đượ c ổn định ngườ i ta cho thêm vào chất nhũ hóa –

chất phụ gia hoạt tính bề mặt. Chất nhũ hóa sẽ hấ p phụ trên bề mặt các giọtCKDHC làm giảm sức căng bề mặt ở mặt phân chia của CKDHC vớ i nướ c.

Đồng thờ i nó tạo ra trên bề mặt các giọt bitum một màng mỏng k ết cấu bềnvững, có tác dụng ngăn cản sự k ết tụ của chúng, làm cho nhũ tươ ng ổn định.

Chất nhũ hóa đượ c chia ra các nhóm: anion hoạt tính, cation hoạt tínhvà không sinh ra ion.

Chất nhũ hóa anion hoạt tính gồm có: xà phòng của các axit béo, axitnhựa, axit naftalen và các axit sunfua naftalen.








Chất nhũ hóa cation hoạt tính là những muối của các hợ p chất amôniac bậc bốn; các amin bậc nhất, bậc hai và các muối của chúng; các điamin…

Nhóm không sinh ra ion bao gồm các hợ p chất không hòa tan trongnướ c, chủ yếu là các este.

Ngoài những loại chất nhũ hóa dạng hữu cơ trên, khi chế tạo nhũ tươ ngcòn dùng chất nhũ hóa dạng bột vô cơ . Những chất nhũ hóa dạng vô cơ haylà dùng vôi bột, vôi tôi, đất sét, đất hoàng thổ.÷

Nhũ tươ ng có những tính chất cơ bản sau :Tính ổ n định khi vận chuyể n và bảo quản.Tính ổn định khi bảo quản đặc tr ưng cho khả năng của nhũ tươ ng bảo

toàn đượ c các tính chất khi nhiệt độ thay đổi, ngh ĩ a là nó không lắng đọng,không tạo thành lớ p vỏ và bảo toàn tính đồng nhất trong một khoảng thờ igian nhất định, thườ ng đượ c xác định sau 7 và 30 ngày bảo quản (theo tiêuchuẩn 18659 – 81 của Liên Xô cũ). Các loại nhũ tươ ng có thành phần khác

nhau có thể ổn định trong lúc bảo quản ở nhiệt độ từ +3oC đến +4oC trong30 ngày.

Tính ổn định khi vận chuyển hay khi chịu tác dụng của ngoại lực đượ cxác định bằng khả năng của nhũ tươ ng bảo toàn tính chất khi chuyên chở vàkhi thi công.

Để xác định đượ c tính ổn định khi bảo quản và khi vận chuyển, lấy nhũ tươ ng đã đượ c bảo quản sau 7 ngày và 30 ngày cho chảy qua sàng có kíchthướ c lỗ sàng 0,14mm, yêu cầu là lượ ng còn lại trên sàng không quá 0,1%theo tr ọng lượ ng và bảo đảm các tính chất khác theo tiêu chuẩn của nhà

nướ c.Tính ổn định khi vận chuyển đượ c kiểm tra theo các tính chất của bitumsau 2 giờ vận chuyển phải đảm bảo các yêu cầu k ĩ thuật của quy phạm.

Tính dính bám của màng chấ t dính k ế t vớ i vật liệu khoáng.

Tính dính bám đượ c kiểm tra bằng tr ị số bề mặt của đá dăm vẫn cònđượ c phủ nhũ tươ ng sau khi r ửa các mẫu thử bằng nướ c ở nhiệt độ 100oC.Tr ị số bề mặt phải không nhỏ hơ n 75% (vớ i nhũ tươ ng anion) và không nhỏ hơ n 95% (vớ i nhũ tươ ng cation).

9.1.4. Yêu cầu k ĩ thuật và phạm vi sử dụng của CKDHC

Yêu cầu k ĩ thuật Bitum d ầu mỏ: là một hỗn hợ p phức tạ p của các cacbua hiđrô (metan,

naftalen, các loại mạch vòng) và một số dẫn suất phi kim loại khác, có màuđen, hòa tan đượ c trong benzen (C6H6), clorofooc (CHCl3), disunfuacacbon(CS2) và một số dung môi hữu cơ khác.

Thành phần hóa học của bitum dầu mỏ như sau: C:82 – 88%; S: 0 –6%; N :0,5 – 1%; H: 8 – 11%; : 0 – 1,5%.








4. Độ hòa tan trongtrichloroithylene, %

99+ 99+ 99+ 99+ 99+ D2402-T44

5. Thí nghiệm màngmỏng nhựa trong lò

(1/5inc, 325F, 5 giờ )

D1754-T79

6. Lượ ng tổn thất saukhi đun nóng, %

0,8- 0,8- 1,0- 1,3- 1,5- D6-T47

7. Độ kim lún củanhựa sau khi đunnóng, % so vớ i chưađun nóng

58+ 54+ 50+ 46+ 40+ D5-T49

8. Độ kéo dài củanhựa sau khi đunnóng (77F, 5

cm/phút), cm

50+ 75+ 100+ 40+

9. Nhiệt độ hóa mềmoC, (vòng và bi)

49-54 D36

Bảng 9-3Quy định theo mác

Các chỉ tiêu CΓ 40/70

CΓ 70/130

CΓ 130/200

MΓ 40/70

MΓ 70/130

1. Độ nhớ t theo nhớ t k ế

đườ ng kính lỗ 5mm, ở 60oC, giây, trong khoảng 40-70 71-130 131-200 40-70 71-130

2. Lượ ng bay hơ i sau khinung, % không nhỏ hơ n.

10 8 7 8 7

3. Nhiệt độ hóa mềm của phần còn lại sau khi nungđể xác định lượ ng bay hơ i,oC, không nhỏ hơ n.

37 39 39 28 29

4. Nhiệt độ bốc cháy, oC,

không nhỏ hơ n.

45 50 60 100 110

5. Thí nghiệm liên k ết vớ iđá hoa hoặc cát

tốt tốt tốt tốt tốt

Các chỉ tiêu k ĩ thuật của bitum dầu mỏ loại đông đặc chậm (bảng 9-4)Bảng 9-4

Các chỉ tiêu Quy định theo mác








MΓ 40/70

MΓO70/130

MΓO130/200

MΓO40/70

1. Độ nhớ t theo nhớ t k ế ở 60 oCcó d = 5 mm, ở 60oC, giây

131-200 40-70 71-130 131-200

2. Lượ ng bốc hơ i sau khi nung,%, / 5 - - -

3. Nhiệt độ hóa mềm còn lại saukhi nung để xác định lượ ng bốchơ i, oC, /

30 - - -

4. Nhiệt độ bốc cháy, oC,/ 110 120 160 1805. Thí nghiệm liên k ết vớ i đáhoa hoặc cát

tốt tốt tốt tốt

Nhũ t ươ ng: có thể chế tạo từ bitum dầu mỏ (loại đặc hoặc loại lỏng),guđrông than đá xây dựng đườ ng, nướ c và chất nhũ hóa dạng hữu cơ và cả dạng vô cơ . Nhũ tươ ng dùng chất nhũ hóa anion hoạt tính (xà phòng bột, dầugai, dầu sở ..) có thành phần sau:

- 50 % bitum số 5 + 50 % nướ c + 0,5 - 1 % xà phòng bột + 0,1 – 0,15 % NaOH, hoặc

- 50 % bitum số 5 + 50% nướ c + 0,5 ÷ 1,2 % dầu thực vật + 0,2 ÷ 0,3% NaOH

Các chỉ tiêu k ĩ thuật của nhũ tươ ng (bảng 9-5).Bảng 9-5

Cấ pPhân giải

nhanh

Phângiảivừa

Phân giải chậmCác chỉ tiêu

RS-1 RS-2 MS-2 SS-1 SS-1h

Kí hiêuthí

nghiệm

1. Bã nhựa sau khi cất,% theo khối lượ ng

54+ 62+ 57+ 57+ 57+

2. Lắng đọng 5 ngày,khác nhau giữa lớ p trên

và lớ p dướ i, %

3- 3- 3- 3- 3- D224-T59

3. Thí nghiệm rây (phầntrên rây No20), %

0,10- 0,10- 0,10- 0,10- 0,10-

4. Thí nghiệm tr ộn vớ ixi măng, %

- - - 2,0- 2,0-

5. Thí nghiệm trên bãnhựa sau khi cất nhũ








tươ ng nhựa:- Độ kim lún, 77F,100g, 5scc- Độ kéo dài, 77F, cm

100-200

40+

100-200

40+

100-200

40+

100-200

40+

40-45

40+

D5-T49

D113-T51

Phạm vi sử d ụng

Chất k ết dính hữu cơ loại bitum có tính quánh (nhớ t) càng cao thì càngtốt, nhưng tính nhớ t càng cao thì bitum càng đặc, do đó bitum sẽ giòn và khóthi công. Vì vậy phải căn cứ vào phươ ng pháp thi công, thiết bị thi công,điều kiện khí hậu để chọn mác bitum cho hợ p lí. Phạm vi sử dụng loại bitumquánh làm đườ ng có thể tham khảo ở bảng 9-6.

Bảng 9-6

Mác của bitum Phạm vi sử dụng

1-(200/300) Làm lớ p tráng mặt

2-(130/200)Gia cố đất, làm lớ p tráng mặt, làm lớ p thâm nhậ p khivật liệu đá yếu (R n=300-600kG/cm2), để chế tạo bêtông asfalt làm mặt đườ ng ôtô ở vùng khí hậu ôn hòa.

3-(90/130)Làm lớ p thâm nhậ p của đườ ng đá dăm sỏi, chế tạo bêtông asfalt xây dựng mặt đườ ng ôtô cho xe nặng chạy ở vùng khí hậu lục địa.

4-(60/90)Chế tạo bê tông asfalt xây dựng mặt đườ ng ở vùngnóng, chế tạo vật liệu lợ p và cách nướ c.

5-(40/60) Chế tạo bê tông asfalt xây dựng mặt đườ ng ôtô vùngnóng cho xe nặng chạy.

Bitum và guđrông còn đượ c dùng để chế tạo vật liệu lợ p và vật liệucách nướ c.

Nhũ tươ ng dùng chất nhũ hóa anion hoạt tính để chế tạo nhũ tươ ngthuận đượ c sử dụng r ộng rãi nhất trong xây dựng đườ ng.

Khi bảo quản chất k ết dính hữu cơ cần tránh cho chúng không bị bẩn vàlẫn nướ c, bitum lỏng và sệt bảo quản trong những thùng kín. Bitum r ắn cóth

ể để

thànhđố

ng trong kho.

9.2. Sản phẩm9.2.1. Vật liệu lợ p và vật liệu cách nướ c sử dụng CKDHCVật liệu lợ p và cách nướ c bằng bitum và guđrông là một sản phẩm hữu

cơ , thành phần của nó gồm có:-Cốt là những cuộn cactông.








-Chất tẩm và tráng mặt là bitum hay guđrông. Ngoài hai thành phần chính trên ra, tùy theo công dụng của tấm lợ p mà

ngườ i ta có thể dùng thêm loại vật liệu khoáng hạt nhỏ r ải lên bề mặt để chống cháy cho tấm lợ p. Riêng vật liệu cách nướ c ngườ i ta dùng khoángamiăng để làm cốt, còn chất tẩm và tráng thì giống vật liệu lợ p.

Các loại vật liệu lợ p và cách nướ c bằng bitum khi chịu tác dụng các yếutố khí hậu thì bền hơ n so vớ i guđrông.

Giấ y l ợ pGiấy lợ p là những cuộn vật liệu lợ p đượ c chế tạo bằng cách dùng bitum

dầu mỏ loại mềm tẩm lên các cuộn cactông, sau đó tráng một mặt hay cả haimặt bằng bitum dầu mỏ khó chảy, r ồi r ắc lên mặt của nó một lớ p bột khoánghay mica nghiền nhỏ.

Theo công dụng, giấy lợ p chia ra hai loại: giấy lợ p lớ p trên và giấy lợ pđệm.

Theo dạng r ải lớ p vật liệu khoáng trên bề mặt giấy lợ p đượ c chia ra hailoại: giấy lợ p có r ải vật liệu khoáng hạt lớ n và giấy lợ p có r ải vật liệukhoáng dạng vảy.

V ật liệu cách nướ cĐể sản xuất vật liệu cách nướ c ngườ i ta thay cốt cactông bằng giấy

amiăng sau đó dùng dầu mỏ để tẩm. Loại này không có lớ p tráng mặt. Vậtliệu cách nướ c đượ c sản xuất ở dạng cuộn. Loại vật liệu này dùng làm lớ pcách nướ c cho các công trình ngầm, làm lớ p bảo vệ chống ăn mòn cho cácống dẫn nướ c bằng thép và để chống thấm cho mái bằng, mặt cầu. Vật liệucách nướ c đượ c chia làm 2 loại mác vớ i các chỉ tiêu k ĩ thuật đượ c qui địnhnhư sau (bảng 9-7).

9.2.2. Bê tông asfalt Khái niệmĐể chế tạo vữa và bê tông asfalt ngườ i ta sử dụng chất k ết dính asfalt

(CKDA) – vật liệu đượ c chế tạo bằng cách tr ộn bitum vớ i chất độn khoángnghiền mịn (đá vôi, đá đôlômit, đá phấn, xỉ). Chất độn khoáng không nhữnglàm giảm lượ ng dùng bitum mà còn làm tăng nhiệt độ hóa mềm của bê tông.Cườ ng độ của CKDA quyết định bở i tỉ lệ bitum - chất độn tối ưu, toàn bộ

bitum sẽ đượ c dính bám trên bề mặt khoáng ở dạng màng mỏng liên tục. Vìvậy CKDA có cườ ng độ cao nhất.

Các chỉ tiêu k ĩ thuật của vật liệu cách nướ cBảng 9-7

MácCác chỉ tiêu

1 21. Nhiệt độ hóa mềm của bi tum làm chất tẩm theo 50 60








phươ ng pháp vòng và bi 2. Tỉ lệ khối lượ ng của chất tẩm so vớ i khối lươ ngcủa giấy khô, không nhỏ hơ n

0,6 : 1 0,55 : 1

3. Tải tr ọng làm đứt khi kéo dải vật liệu cách nướ c

r ộng 50mm, kG, không nhỏ hơ n

30 30

4. Độ phân lớ p của vật liệu cách nướ c ở tr ạng thái bão hòa nướ c theo diện tích lớ p, cm2, không lớ n hơ n

10 15

5. Độ chống thấm dướ i áp lực của cột nướ c cao 5,ngày đêm, cm, không nhỏ hơ n

30 20

6. Độ dẻo ở nhiệt độ 18 ⎪ 2oC, xác định bằng số lầnuốn của mẫu đến 180o tr ướ c khi xuất hiện vết nứtxuyên suốt, không nhỏ hơ n

10 10

7. Độ bão hòa nướ c sau 24 giờ , % theo khối lượ ng,không lớ n hơ n

10 10

8. Hao hụt cườ ng độ của mẫu bão hòa nướ c, %không lớ n hơ n

25 32

Hỗn hợ p của cát vớ i CKDA gọi là vữa asfalt. Thành phần của vữa asfaltlà thành phần mà toàn bộ lỗ r ỗng trong cát đượ c chèn đầy bằng CKDA vớ imột lượ ng dư thừa 10 - 15% để bọc xung quanh các hạt cát.

Hỗn hợ p của vữa asfalt vớ i cốt liệu lớ n (đá dăm), gọi là bê tông asfalt. Nếu CKDHC là guđrông ta có bê tông guđrông. Hàm lượ ng vữa asfalt sẽ đượ c tính toán sao cho nó chèn đầy lỗ r ỗng của đá vớ i một lượ ng dư thừa 10

- 15% để cho bê tông đượ c đặc chắc.Hỗn hợ p vữa asfalt và bê tông asfalt đượ c phân loại theo các đặc điểmsau:

Theo công dụng bê tông asfalt đượ c chia ra: bê tông thủy công, bê tôngđườ ng và bê tông sân bay, bê tông để làm nền cho nhà công nghiệ p và nhàkho, bê tông cho lớ p mái phẳng. Ngoài ra còn có những loại bê tông đặc

biệt: bê tông cho lớ p phủ bền axit và bền kiềm (chế tạo từ cốt liệu bền hóa), bê tông trang trí.

Theo nhiệt độ thi công: hỗn hợ p bê tông asfalt trong lớ p phủ mặt đườ ngchia ra loại nóng, ấm và lạnh. Hỗn hợ p nóng đượ c r ải và bắt đầu làm đặc khinhiệt độ không nhỏ hơ n 120oC. Hỗn hợ p ấm đượ c r ải và bắt đầu làm đặc ở nhiệt độ không nhỏ hơ n 100oC. Hỗn hợ p lạnh dùng bitum lỏng đượ c r ải ở nhiệt độ không khí nhỏ hơ n 5oC và đượ c giữ ở nhiệt độ thườ ng.

Theo độ đặc quánh (hoặc độ r ỗng), theo chỉ tiêu độ r ỗng còn dư chia ra: bê tông asfalt r ỗng (nếu độ r ỗng 6 -12%) và loại r ất r ỗng (nếu độ r ỗng 12-18%).








Khác vớ i bê tông xi măng, cườ ng độ của bê tông asfalt chịu ảnh hưở nglớ n của nhiệt độ. Chẳng hạn nếu cườ ng độ chịu nén của bê tông asfalt ở 20oC là 2,2- 2,4 Mpa thì ở 50oC chỉ còn 0,8 -1,2 Mpa. Song bê tông asfalt lạichống ăn mòn tốt hơ n bê tông xi măng.

V ật liệu để chế t ạo bê tông asfalt

Đá d ăm hay sỏi

Chất lượ ng của đá dăm hay sỏi (cườ ng độ, tính đồng nhất, hình dạng,tr ạng thái bề mặt, thành phần khoáng vật,…) có ảnh hưở ng r ất lớ n đến chấtlượ ng của bê tông asfalt.

Các chỉ tiêu chất lượ ng của đá dăm hay sỏi để chế tạo bê tông asfaltcũng đượ c xác định như khi chế tạo bê tông xi măng nặng.

Đá dăm dùng để chế tạo bê tông asfalt có thể là đá dăm sản xuất từ đáthiên nhiên, đá dăm chế tạo từ cuội, cũng như đá dăm chế tạo từ xỉ lò cao,nhưng phải phù hợ p vớ i các yêu cầu của quy phạm. Không cho phép dùng

đá dăm chế tạo từ đá vôi sét, sa thạch sét và phiến thạch sét.Thành phần hạt của đá dăm hay sỏi đượ c phân ra ba nhóm 20- 4; 10-20

và 5- 10mm.Đá dăm cần phải liên k ết tốt vớ i bitum. Về mặt này thì các loại đá vôi,

đôlômit, điaba tốt hơ n các loại đá axit. Nếu dùng loại đá liên k ết kém vớ i bitum phải gia công đá bằng chất phụ gia hoạt tính như vôi, xi măng hoặccho thêm chất phụ gia hoạt động bề mặt vào bitum.

Đá cần phải, sạch lượ ng ngậm chất bẩn không đượ c lớ n hơ n 1% theokhối lượ ng.

Cát

Có thể dùng cát thiên nhiên hay cát nhân tạo vớ i các chỉ tiêu k ỹ thuật phù hợ p vớ i quy phạm như khi dùng cho bê tông xi măng.

Đối vớ i cát thiên nhiên chỉ dùng cát lớ n ( Mđl/2,5 ) và cát vừa ( Mđl = 242,5). Nếu không có cát lớ n có thể dùng cát hạt nhỏ theo nguyên tắc cấ p

phối không liên tục. Cát cần sạch, hàm lượ ng bụi, sét không đượ c lớ n hơ n3%.

Cát nhân tạo có thể đượ c nghiền từ các loại đá (không phải là đá vôi) cócườ ng độ không thấ p hơ n 1000kG/cm2 hay xỉ k ết tinh của các xí nghiệ pluyện kim. Thành phần hạt thích hợ p của cát đượ c giớ i thiệu ở bảng 9-8.

Bảng 9-8Kích thướ c lỗ sàng, mm

2,5 1,25 0,63 0,315 0,14 < 0,14Lượ ng lọt trên sàng, %

Cátthiên nhiên

nghiền 5 – 10>5

20 – 3015 – 30

20 – 3020 – 25

10 – 2510 – 25

10 – 2510 – 20

<15<15








Bột khoáng

Bột khoáng do có bề mặt riêng lớ n, có khả năng dàn mỏng màng bitumtrên bề mặt, làm tăng lực tươ ng tác giữa chúng, cùng vớ i bitum nhét đầy lỗ r ỗng giữa các hạt cốt liệu nên cườ ng độ của bê tông asfalt tăng lên. Bộtkhoáng để chế tạo bê tông asfalt thườ ng sử dụng các loại bột mịn từ đá vôivà đá đôlômit. Cườ ng độ chịu nén của đá không nhỏ hơ n 200 daN/cm2. Vậtliệu chế tạo bột khoáng cần sạch, không chứa các chất bẩn và sét quá 5%.Bột khoáng cần phải khô, xố p khi tr ộn vớ i bitum không đượ c vón cục, cókhả năng hút bitum tốt và phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

Độ r ỗng khi lèn chặt dướ i tải tr ọng 400daN/cm2 đối vớ i tro, bụi ximăng, xỉ, không đượ c lớ n hơ n 45%, còn đối vớ i loại bột đá đặc chắc thìkhông lớ n hơ n 40%.

Bitum

Trong xây dựng đườ ng thườ ng dùng loại bitum dầu mỏ loại quánh vàloại lỏng. Trong điều kiện Việt Nam thông thườ ng chọn bitum đặc số 3 hoặcsố 4 có các chỉ tiêu k ỹ thuật phù hợ p vớ i quy định của 22 TCN 227 : 1995.Cách chọn loại bitum có thể tham khảo quy phạm Nga 9128 : 84 hoặcAASHTO. Để tăng tính ổn định nhiệt cho bê tông có thể dùng hỗn hợ p

bitum - cao su, bitum - polyme. Các loại phụ gia hiện có trên thị tr ườ ngnướ c ta làm cho bê tông tăng độ ổn định nướ c và chóng khô bề mặt, đảm

bảo tốc độ khai thác.Tính chấ t của bê tông asfaltBê tông asfalt vớ i cấu trúc vi mô thuận nghịch, tùy theo nhiệt độ nó có

thể tồn tại ở những tr ạng thái sau đây: đàn hồi – dòn, đàn hồi – dẻo, nhớ t –dẻo.

Ngoài nhiệt độ, bê tông asfalt còn còn chịu tác động của hơ i nướ c vànướ c. Nướ c xâm nhậ p vào lỗ r ỗng của bê tông asfalt và làm yếu sự liên k ếtcủa vật liệu khoáng vớ i màng chất k ết dính.

C ườ ng độ biểu thị giớ i hạn của ứng suất phát sinh trong quá trình sử dụng. Thực tế bề mặt vỡ khi phá hủy bê tông asfalt luôn luôn đi qua bitum.Do đó cườ ng độ lý thuyết của bê tông asfalt đượ c xác định bằng cườ ng độ của màng bitum. Việc phá hủy bê tông asfalt dướ i tác động của tải tr ọng là

một quá trình động, nó luôn phát triển theo thờ i gian. Tải tr ọng càng lớ n, quátrình phá hủy xảy ra càng nhanh.

Cườ ng độ của bê tông asfalt đượ c xác định ở nhiệt độ 50oC, 20oC và0oC. Cườ ng độ ở 50oC biểu thị tính ổn định động của vật liệu chế tạo bêtông,ở 0oC – tính chống nứt. Còn ở 20oC đượ c coi là nhiệt độ chuẩn để tiến hànhthí nghiệm. Nhiệt độ thí nghiệm chuẩn của M ĩ là 25oC, của Pháp là 18oC.








Ngoài cườ ng độ chịu nén, cườ ng độ chịu kéo của bê tông asfalt cũng là chỉ tiêu quan tr ọng để xác định khả năng chống nứt của bê tông.

Chỉ tiêu cườ ng độ nén (kG/cm2), cườ ng độ kéo (kG/cm2) của bê tôngasfalt chế tạo từ các loại bitum khác nhau, ở những nhiệt độ khác nhau đượ cgiớ i thiệu ở bảng 9-9.

Bảng 9-9 Nhiệt độ phòng thí nghiệm, oC

+50 +20 0 -20Mác

bitumR n R k R n R k R n R k R n R k

90/130130/200200/300

14,011,58,5

1,51,10,8

63,528,021,0

12,05,33,6

1528445

503515

280200160

746955

Cườ ng độ bê tông asfalt đượ c xác định trên thiết bị Marshall và nó phụ

thuộc vào thành phần vật liệu, vào công nghệ làm đặc bê tông, nhiệt độ vàtốc độ biến dạng. Hàm lượ ng bitum nhỏ hơ n hoặc lớ n hơ n hàm lượ ng hợ p lýđều làm giảm cườ ng độ bê tông. Cườ ng độ bê tông phát triển tỉ lệ thuận vớ iđộ quánh của bê tông.

Độ mài mòn của bê tông asfalt xảy ra do tác dụng của lực ma sát. Độ chống mài mòn càng cao khi độ đặc của bê tông, độ cứng của cốt liệu và sự dính bám của đá vớ i bitum càng lớ n. Loại bê tông dùng đá granit (độ cứng 6

– 7 Morh) chống mài mòn tốt hơ n dùng đá vôi.Tính ổ n định nướ c: Bê tông asfalt bị ẩm lâu ngày có thể bị phá hoại do

liên k ết cấu trúc bị yếu đi. Tính ổn định nướ c phụ thuộc vào độ đặc và sự ổnđịnh của độ dính bám.Độ r ỗng của bê tông asfalt (thườ ng là 3-7%) có ảnh hưở ng lớ n đến độ

ổn định nướ c. Lỗ r ỗng trong bê tông có thể là lỗ r ỗng hở hoặc lỗ r ỗng kín.Giảm kích thướ c hạt thì số lượ ng lỗ r ỗng kín không thấm nướ c tăng lên.

Trong bê tông hạt lớ n thực tế chỉ chứa lỗ r ỗng hở , còn trong bê tông hạtnhỏ lỗ r ỗng hở chỉ chiếm 30 – 40%.

Độ ổn định nướ c của bê tông asfalt đượ c xác định thông qua độ bão hòanướ c độ tr ươ ng phồng và hệ số mềm (K m). Hệ số mềm yêu cầu không đượ cthấ p hơ n 0,9 còn khi ngâm dài ngày trong nướ c (14ngày) yêu cầu không nhỏ

hơ n 0,8.Yêu cầu k ĩ thuật của bê tông asfalt

Qui định các chỉ tiêu k ĩ thuật của bê tông asfalt (bảng 9-10).Bảng 9-10

Yêu cầu đối vớ i bêtông asfaltCác chỉ tiêu

I II

Phươ ng phápthí nghiệm








1.Độ r ỗng của côt liệu khoáng chất 15-19 15-212.Độ r ỗng còn dư, % 3-6 3-63.Độ ngậm nướ c, % 1,5-3,5 1,5-4,54.Độ nở ,%, không lớ n hơ n 0,5 1,0

5.Cườ ng độ chịu nén, daN/cm

2

, ở nhiệt độ +20oC, không nhỏ hơ n 35 25+50oC, không nhỏ hơ n 14 126.Hệ số ổn định nướ c, không nhỏ hơ n 0,90 0,857.Hệ số ổn định nướ c, khi ngâm nướ ctrong 15 ngày đêm, không nhỏ hơ n

0,85 0,75

8.Độ nở , %, khi cho ngâm nướ c trong 15ngày đêm, không lớ n hơ n

1,5 1,8

Quy trình thí

nghiệm bêtông asfalt

theo mẫuhình tr ụ.

Thiế t k ế thành phần bê tông asfalt

Mục đích của việc thiết k ế thành phần bê tông là lựa chọn một dạng(nóng, ẩm, nguội) và loại (A, B, …) bê tông tươ ng ứng vớ i điều kiện làmviệc (vùng khí hậu, đặc tính chịu tải) vớ i loại vật liệu khoáng, loại và lượ ng

bitum tối ưu, vớ i tỉ lệ giữa các thành phần thỏa mãn vớ i các yêu cầu quyđịnh.

Có nhiều phươ ng pháp thiết k ế thành phần bê tông asfalt. Song phổ

biến nhất, cho k ết quả tin cậy nhất là phươ ng pháp dựa trên cơ sở lý thuyết

về đườ ng cong độ đặc hợ p lý của hỗnhợ p vật liệu khoáng, đó là phươ ng pháptính toán k ết hợ p vớ i thực nghiệm.

Hình 9-6: Thành phần hạt liên t ục

của bê tông nhự a nóng.

Trình tự thiết k ế thành phần bêtông asfalt như sau: lựa chọn và kiểmtra vật liệu, xác định tỉ lệ của các vậtliệu theo thành phần cấ p phối hạt, lựa

chọn thành phần bitum tối ưu và thínghiệm kiểm tra các chỉ tiêu k ỹ thuật

trên các mẫu thử.

Hình 9-7: Thành phần hạt gián đ oạn

của bê tông nhự a nóng.

Lự a chọn thành phần vật liệu

khoáng để chế t ạo bê tông asfalt

Vật liệu sử dụng phải phù hợ pvớ i loại, dạng bê tông và đạt các yêucầu về tính chất cơ học, tính ổn địnhnhiệt và tính chống ăn mòn, đồng thờ i








thớ i phải phù hợ p vớ i yêu cầu của quy phạm.Thành phần cấ p phối hạt theo quy phạm đượ c giớ i thiệu trên hình 9-6,

9-7 và bảng 9-11, bảng 9-12Thành phần hạt của hỗn hợ p bê tông asfalt nóng và ẩm (bảng 9-11)

Bảng 9-11Lượ ng lọt qua sàng, % ở các cỡ hạt, mmDạng và

loại hỗnhợ p

20 15 10 5 2,5 1,25 0,63 0,315 0.14 0,07

Lượ ng bi tum

%Thành phần hạt liên tục

Hạt nhỏ loạiA 95-

10078-100

60-100

35-50 24-38 17-28 12-20 9-15 6-11 4-10 5,0-6,0

B 95-

100

85-

100

70-

100

50-65 38-52 28-39 20-29 14-22 9-16 6-12 5,5-

6,5C 95-

10088-100

80-100

65-80 52-66 39-53 29-40 20-28 12-20 8-14 6,0-7,0

BT cátloạiD - - - 95-

10068-83 45-67 28-50 18-35 11-24 8-16 7,0-

9,0E - - - 95-

10074-93 53-86 37-75 27-55 17-33 10-16 7,0-

9,9

Thành phần hạt không liên tụcHạt nhỏ loạiA 95-

10078-100

60-100

35-50 28-50 22-50 18-50 14-28 8-15 4-10 5,0-6,5

B 95-100

85-100

70-100

50-65 40-65 34-65 27-65 20-40 14-23 6-12 5,5-7,0

Thành phần hạt của hỗn hợ p bê tông nguội (bảng 9-12)Bảng 9-12

Lượ ng lọt qua sàng, % ở các cỡ hạt, mmDạng vàloại hỗn

hợ p20 15 10 5 2,5 1,25 0,63 0,315 0.14 0,07

Lượ ng bi tum

%Hạt nhỏ

loạiBBx 95-10085-100 70-100 50-65 33-5021-3914-2960-22 9-16 8-12 3,5-








8,5

Cx 95-10088-100 80-100 50-60 39-4929-3822-3122-3116-2212-174,0-6,0

BT cátloại

Dx, Ex - - - 95-10066-8246-6826-5418-434,5-6,5

14-3012-20

Thành phần vật liệu khoáng trong bê tông asfalt thông thườ ng gồm 3

loại: đá dăm, cát, bột khoáng vớ i tỉ lệ là Đ, C, B%.Trong một số tr ườ ng hợ p để tăng chất lượ ng có thể cho thêm một phần

đá mạt (M%).Hỗn hợ p vật liệu khoáng đượ c lựa chọn có tổng tỉ lệ thành phần như

sau:

Đ + C + B + M = 100%hoặc Đ + C + B = 100% (không có đá mạt)

Lượ ng l ọt qua sàng của hỗn hợ p vật liệu khoáng Lx đượ c xác định theo

công thức sau: B100

B+C

100

C +M

100

M+§

100

§=L

xxxx

x

Trong đó: Đx, Mx, Cx và Bx – lượ ng lọt qua sàng kích thướ c x (mm) củađá, đá mạt, cát và bột đá.

Xác định l ượ ng đ á d ăm: Tỉ lệ thành phần của đá dăm đượ c xác định

theo công thức sau: %100.

A

AÐ

d

x=

Trong đó: Ax, Ad là lượ ng sót tích lũy tại cỡ hạt x của hỗn hợ p hợ p lýtheo quy phạm và của đá dăm.

Xác định l ượ ng bột khoáng : Tỉ lệ phần tr ăm của bột khoáng (có cỡ hạt< 0,071mm) đượ c xác định theo công thức sau (phần cát và đá mạt có cỡ hạt

< 0,071mm cũng đượ c coi là bột khoáng): %100.B

YB

071,0

071,0=

Trong đó: Y0,071 và B0,071 là lượ ng hạt nhỏ hơ n 0,071 của hỗn hợ p vậtliệu hợ p lý và của bột khoáng.

Xác định l ượ ng cát và đ á mạt:Tổng tỉ lệ phần tr ăm của cát và đá mạt đượ c tính như sau:

C + M = 100 – B – Đ Hoặc C = 100 – B – Đ

Từ k ết quả tính toán và thành phần vật liệu thực tế, tiến hành tính toánlại tr ị số Lx vớ i tất cả các cỡ hạt. So sánh đườ ng biểu diễn Lx vớ i thành phầnhạt khoáng vật hợ p lý. Yêu cầu Lx phải phù hợ p vớ i giớ i hạn thành phần của








hỗn hợ p hợ p lý theo quy phạm. Nếu thành phần chọn đượ c không hợ p quy phạm thì có thể điều chỉnh lại các lượ ng vật liệu để có Lx hợ p quy phạm.

Xác định l ượ ng bitum t ố i ư u:Lượ ng bitum tối ưu đượ c tính toán theo chỉ tiêu độ r ỗng của hỗn hợ p

vật liệu khoáng của các mẫu thí nghiệm bê tông asfalt và độ r ỗng còn dư của bê tông asfalt theo quy định ở quy phạm.

Chuẩn bị các mẫu thí nghiệm từ hỗn hợ p bê tông asfalt, trong đó lượ ng bitum dùng giảm đi 0,3-0,5% so vớ i giớ i hạn dướ i của các tr ị số trong bảng9-11. Lượ ng bitum tối ưu đượ c xác định theo công thức sau:

k

bk ok )V-V(

Bρ

ρ=

Trong đó: – độ r ỗng vật liệu khoáng của mẫu thí nghiệm, %;o

kV

ρk – khối lượ ng riêng của vật liệu khoáng, g/cm3

Vk – tr ị số độ r ỗng của bê tông asfalt theo quy phạm ở 20

o

C, %;ρ b – khối luợ ng riêng của bitum ở 20oC, g/cm3. Kiể m tra trên các mẫ u thí nghiệmK ết quả tính toán lượ ng bitum sẽ dùng để chế tạo ba mẫu thử và kiểm

tra lại các tính năng cần thiết của bê tông asfalt. Nếu chỉ tiêu độ r ỗng khôngđảm bảo các chỉ tiêu khác (ví dụ cườ ng độ, độ ổn định nướ c) thì điều chỉnhlại thành phần vật liệu khoáng, chủ yếu là lượ ng bột khoáng. Sau đó tính lạilượ ng B và làm lại theo trình tự trên cho đến lúc đạt các yêu cầu quy định.

Công nghệ chế t ạo bê tông atfalt

Nguyên t ắ c chung

Trong giai đoạn chuẩn bị, nguyên liệu đá dăm hay sỏi, cát cần đượ c sấykhô và nung đến nhiệt độ phù hợ p vớ i độ nhớ t của bi tum. Bi tum cần phảiđun đến nhiệt độ thi công từ 140-200oC tùy theo độ quánh của bi tum và loại

bê tông asfalt (nóng, ấm...).Việc tr ộn bê tông asfalt đượ c tiến hành theo 2 giai đoạn:Giai đoạn 1 (tr ộn khô). Đá dăm và cát nóng đượ c tr ộn vớ i bột khoáng

(không nung nóng). Các hạt bột khoáng sẽ bọc bề mặt cát, đá để tăng độ hoạt tính bề mặt cho cốt liệu.

Giai đoạn 2. Tr ộn hỗn hợ p khoáng vớ i bi tum đến nhiệt độ thi công

trong thờ i gian qui định, vớ i máy tr ộn tự do thờ i gian tr ộn khoảng 450-500giây, vớ i máy tr ộn cưỡ ng bức khoảng 150-150 giây tùy theo loại bê tôngasfalt.

Việc vận chuyển và r ải bê tông asfalt tại nơ i thi công phải yêu cầu hỗnhơ p có nhiệt độ thích hợ p khi bắt đầu r ải và đầm chắc. Để đảm bảo chấtlượ ng lớ p phủ bề mặt đườ ng cần chế tạo bê tông ở những xưở ng bê tôngasfalt cố định.








X ưở ng chế t ạo bê tông asfaltXưở ng chế tạo bê tông asfalt bao gồm 4 bộ phận: phân xưở ng đá dăm

(sỏi) và cát, phân xưở ng chế tạo bột đá, phân xưở ng bitum và phân xưở ngnhào tr ộn. Trong đó bộ phận nhào tr ộn là quan tr ọng nhất. Công việc nhàotr ộn đượ c tiến hành tại các tr ạm tr ộn nóng (hình 9-8)

Cát và đá dăm đã đượ c chuẩn bị tr ướ c (1) theo các số liệu và qui phạmđượ c đưa vào thùng sấy (3) nhờ các máy vận chuyển vật liệu (2), trongthùng sấy nhiệt độ từ 200-220oC. Máy chuyển nóng (4) chuyển đá dăm vàcát vào sàng chấn động (5). Những hạt đá và cát phù hợ p vớ i thành phần hạtqui định đượ c chuyển vào thùng chứa (6). Bột khoáng đượ c đưa vào thùngchứa nhờ thiết bị vận chuyển (7). Vật liệu khoáng đượ c chuyển qua thiết bị định lượ ng (8) để xác định lượ ng vật liệu cho mẻ tr ộn và chuyển vào máytr ộn (9). Hỗn hợ p vật liệu khoáng đượ c tr ộn khô trong thờ i gian 10-20 giây.Sau đó đưa bi tum đã đun ở nhiệt độ cần thiết vào. Nâng nhiệt độ của toàn

bộ hỗn hợ p lên 150-170oC và tr ộn trong thờ i gian 60-80 giây cho đến khinhận đượ c hỗn hợ p bê tông asfalt. Dùng ôtô chuyên dụng vận chuyển hỗn

hợ p bê tông asfalt đến địa điểm thi công. Việc r ải và đầm chắc bê tông asfalttuỳ theo loại bê tông, yêu cầu lớ p phủ mặt đườ ng và thiết bị mà có những

qui trình công nghệ riêng.

Hình 9-8: Tr ạm tr ộn nóng.

Ở Việt Nam hiện nay thườ ng dùng các tr ạm tr ộn của Nga, Nhật, Mỹ.Các tr ạm tr ộn thườ ng dùng máy tr ộn làm việc theo nguyên tắc tr ộn cưỡ ng

bức và tự động điều khiển quá trình tr ộn.








Danh mục chỉ nh sửa

DMCS-1

DANH MỤC CHỈNH SỬA

Thay toàn bộ nội dung Chươ ng 8








Tài liệu tham khảo

TLTK-1

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1) Vật liệu và sản phẩm dùng trong xây dựng (GS. TS. Phùng Văn Lự, 2002, Nhà xuất

bản xây dựng).

2) Giáo trình Vật li

ệu xây d

ựng (Lê

Đỗ Ch

ươ ng, Phan Xuân Hoàng, Bùi S

ĩ Th

ạnh, 1997,

Nhà xuất bản đại học và THCN)

3) Bài tậ p vật liệu xây dựng (Phùng Văn Lự, Nguyễn Anh Đức, Phạm Hữu Hanh, Tr ịnh

Hồng Tùng, 1998, Nhà xuất bản giáo dục).

4) Sổ tay thực hành k ết cấu (PGS.TS.Vũ Mạnh Hùng, 1999, Nhà xuất bản xây dựng)





vật liệu xây dựng - trần long giang

Documents