Giáo trình Công nghệ sản xuất vật liệu xây và cấu kiện xây không nung (Dùng cho các trường Đại học và Cao đẳng kỹ thuật)

Công nghệ sản xuất vật liệu xây và cấu kiện xây không nung (Dùng cho các trường Đại học và Cao đẳng kỹ thuật) này cung cấp cho sinh viên và bạn đọc một cách hệ thống các khái niệm cơ bản về vật liệu xây, cấu kiện xây, các kiến thức về nguyên vật liệu sử dựng cho sản xuất, phương pháp thiết kế thành phần vật liệu, những yêu cầu đối với công nghệ sản xuất và kiểm soát chất lượng sản phẩm trong quá trình sản xuất.

NHÀ XUẤT BẢN XÂY DỰNG

HÀ NỘI - 2019

DỰ ÁN TĂNG CƯỜNG SẢN XUẤT VÀ SỬ DỤNG

GẠCH KHÔNG NUNG Ở VIỆT NAM

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VẬT LIỆU XÂY

VÀ CẤU KIỆN XÂY KHÔNG NUNG

Dùng cho các trường Đại học và Cao đẳng kỹ thuật

Chủ sở hữu bản quyền tài liệu: Dự án tăng cường sản xuất và sử dụng

Bộ Khoa học và Công nghệ Chủ trì biên soạn: PGS TSKH Bạch Đình Thiên

Tham gia: TS Hoàng Vĩnh Long

TS Văn Viết Thiên Ân

TS Tống Tôn Kiên

PGS TS Lương Đức Long

PGS TS Nguyễn Duy Hiếu

PGS TS Nguyễn Thanh Sang

BỘ XÂY DỰNG

LỜI NÓI ĐẦU

Chương trình phát triển vật liệu xây không nung đến năm 2020 được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tại Quyết định số 567/QĐ-TTg ngày 28/4/2010 Để hỗ trợ Chương trình này, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Quyết định số 1686/QĐ-TTg ngày 19/9/2014 phê duyệt danh mục Dự án “Tăng cường sản xuất và sử dụng gạch không nung ở Việt Nam” do Chương trình Phát triển Liên hợp quốc (UNDP) tài trợ

từ nguồn vốn của Quỹ Môi trường toàn cầu (GEF) và giao cho Bộ Khoa học và Công nghệ chủ trì và Bộ Xây dựng đồng thực hiện

Mục tiêu của Dự án là giảm phát thải khí nhà kính thông qua việc tăng cường sản xuất và sử dụng gạch không nung (GKN) thay thế dần sản xuất gạch đất sét nung sử dụng nhiên liệu hóa thạch và đất nông nghiệp

Để đạt được mục tiêu trên, một trong những nội dung quan trọng của Dự án là nâng cao kiến thức và năng lực kỹ thuật cho các lãnh đạo doanh nghiệp sản xuất và

sử dụng GKN, các tổ chức cung cấp dịch vụ kỹ thuật, các nhà đầu tư, các tổ chức tư vấn thiết kế, tư vấn giám sát, nhà thầu thi công và cơ quan quản lý xây dựng địa phương thông qua chương trình đào tạo của Dự án

Ban Quản lý Dự án "Tăng cường sản xuất và sử dụng gạch không nung ở Việt Nam" (Ban Quản lý Dự án) đã phối hợp với các chuyên gia đầu ngành trong nước và chuyên gia quốc tế biên soạn bộ tài liệu đào tạo về gạch không nung gồm

05 mô đun: Kiến thức cơ bản về gạch không nung, chính sách và tiêu chuẩn; Thi công nghiệm thu khối xây bằng vật liệu không nung; Công nghệ sản xuất gạch

bê tông khí chưng áp (AAC); Công nghệ sản xuất gạch bê tông (CBB); Lập dự án đầu tư và hồ sơ vay vốn cho các dự án gạch không nung; và đã tổ chức được 23 khóa đào tạo cho hơn 1.680 học viên đến từ 63 tỉnh, thành phố trong cả nước

Ban Quản lý Dự án nhận thấy vấn đề cung cấp kiến thức chuyên môn: về sản phẩm, nguyên liệu, công nghệ, thiết bị sản xuất vật liệu xây và cấu kiện xây không nung cho sinh viên trong các trường đại học, cao đẳng kỹ thuật là rất cần thiết, góp phần đào tạo nguồn nhân lực có kỹ thuật, chất lượng cao, lâu dài đảm bảo cho phát triển bền vững "Chương trình phát triển vật liệu xây không nung của Chính phủ" Để

có một giáo trình đáp ứng được mục tiêu trên, Ban Quản lý Dự án đã phối hợp với nhóm chuyên gia là các cán bộ giảng dạy từ nhiều trường đại học kỹ thuật trong nước

do PGS TSKH Bạch Đình Thiên làm trưởng nhóm đã biên soạn tài liệu

“Công nghệ sản xuất vật liệu xây và cấu kiện xây không nung” để làm tài liệu đào

tạo và tham khảo chính thức trong chương trình giảng dạy vật liệu xây dựng của các trường đại học và cao đẳng kỹ thuật

Tài liệu này cung cấp cho sinh viên và bạn đọc một cách hệ thống các khái niệm

cơ bản về vật liệu xây, cấu kiện xây, các kiến thức về nguyên vật liệu sử dựng cho sản xuất, phương pháp thiết kế thành phần vật liệu, những yêu cầu đối với công nghệ sản xuất và kiểm soát chất lượng sản phẩm trong quá trình sản xuất

Tài liệu có thể có ích cho các chuyên gia, kỹ sư nghiên cứu, tư vấn, sản xuất trong lĩnh vực vật liệu xây dựng làm việc tại các Viện nghiên cứu, trường Đại học hoặc các cơ sở sản xuất vật liệu bê tông, vật liệu xây không nung

Trong quá trình biên soạn, nhóm tác giả đã nhận được nhiều ý kiến đóng góp quý báu, hiệu quả của các chuyên gia Ban Quản lý Dự án, các thầy giáo trong khoa VLXD trường Đại học Xây dựng trong xây dựng đề cương, góp ý nội dung đến hoàn thiện bản thảo để xuất bản

Ban Quản lý Dự án xin chân thành cảm ơn Hội đồng nghiệm thu giáo trình của Trường Đại học Xây dựng Hà Nội đã tổ chức đánh giá, nghiệm thu tài liệu đào tạo Công nghệ sản xuất vật liệu xây và cấu kiện xây không nung

Để giới thiệu và phổ biến rộng rãi với bạn đọc, được sự nhất trí của UNDP, Ban Quản lý Dự án phối hợp với Nhà xuất bản Xây dựng xuất bản tài liệu này

Ban Quản lý Dự án cũng khẳng định, việc xuất bản tài liệu Công nghệ sản xuất vật liệu xây và cấu kiện xây không nung không phục vụ cho mục đích thương mại mà nhằm mục đích phổ biến kiến thức và lưu hành nội bộ Bản quyền của tài liệu này thuộc Vụ Khoa học và Công nghệ các ngành kinh tế - kỹ thuật, Bộ Khoa học và Công nghệ Mọi sao chép, dưới bất kỳ hình thức nào nhằm mục đích thương mại phải được sự đồng ý của chủ sở hữu bản quyền

Ban Quản lý Dự án xin trân trọng giới thiệu cùng bạn đọc tài liệu này và mong nhận được các ý kiến đóng góp của các độc giả Các ý kiến đóng góp xin gửi về Ban Quản lý Dự án - Vụ Khoa học và Công nghệ các ngành kinh tế - kỹ thuật, Bộ Khoa học và Công nghệ, 113 Trần Duy Hưng, Hà Nội

BAN QUẢN LÝ DỰ ÁN

Chương 1

KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI

1.1 KHÁI NIỆM

1.1.1 Vật liệu và cấu kiện xây

Trong công trình xây dựng, kết cấu tường bao che và tường ngăn thường được cấu tạo bởi các loại vật liệu xây dạng viên định hình như gạch đất sét nung hoặc vật liệu xây không nung dạng viên như gạch bê tông (gạch xi măng cốt liệu) hoặc dạng tấm như gạch bê tông khí chưng áp, gạch bê tông khí không chưng áp, gạch bê tông bọt, tấm panel bê tông nhẹ, tấm tường ACOTEC xi măng cốt liệu, tấm tường thạch cao 3D,

1.1.2 Vật liệu và cấu kiện xây không nung

Vật liệu xây không nung là loại vật liệu được sản xuất từ hỗn hợp gồm chất kết dính, cốt liệu, phụ gia, nước,… được tạo hình và đóng rắn đạt các chỉ tiêu cơ lý yêu cầu mà không cần qua công đoạn nung

Vật liệu xây không nung còn có thể được sản xuất từ các loại vật nhẹ khác như tấm thạch cao, tấm nhựa xốp EPS, …

1.2 PHÂN LOẠI

Vật liệu xây không nung có rất nhiều loại sản phẩm khác nhau, tùy theo loại sản phẩm cụ thể có thể có sự phân loại khác nhau Trong giáo trình này tạm phân loại vật liệu xây không nung nói chung như sau:

1.2.1 Phân loại theo vật liệu và phương pháp chế tạo

Theo quy định ở thông tư số 13/2017/TT-BXD, có thể phân thành các loại:

- Gạch bê tông;

- Vật liệu nhẹ: Gạch hoặc tấm panel từ bê tông khí chưng áp, bê tông khí không chưng áp, bê tông bọt, các chủng loại trên có khối lượng thể tích nhỏ hơn 1000 kg/m3;

- Tấm tường thạch cao, tấm 3D, tấm panel bê tông, tấm panel nhẹ;

- Gạch khác được sản xuất từ chất thải xây dựng, chất thải công nghiệp, gạch silicát

1.2.2 Phân loại theo hình dáng, kích thước sản phẩm

Theo hình dáng, kích thước sản phẩm, có thể phân thành các loại:

- Vật liệu xây không nung dạng viên định hình: Là sản phẩm có kích thước nhỏ, thường được gọi là gạch, bao gồm gạch bê tông; gạch bê tông khí chưng áp; gạch

bê tông khí không chưng áp, gạch bê tông bọt; gạch vôi – tro bay (gạch papanh); gạch silicát; gạch bê tông đất; gạch không nung tự nhiên (đá tổ ong, đá chẻ,…) Các sản phẩm này được sử dụng để xây tường bao che, ngăn cách, tường chịu lực trong công trình xây dựng

- Vật liệu xây không nung dạng tấm: Là sản phẩm có kích thước lớn, bao gồm tấm tường ACOTEC xi măng cốt liệu, tấm panel bê tông khí chưng áp, tấm panel 3D, tấm tường thạch cao 3D, Các sản phẩm này được sử dụng để lắp ghép tường bao che, ngăn cách trong công trình xây dựng

Tấm acotec có thể sản xuất có các bề dày 68, 75, 85, 92, 100, 120 và 140 mm và

bề rộng 300, 600 mm, có chiều dài từ dưới 2500 mm và loại có kích thước từ

2500 - 3600 mm

1.2.3 Phân loại theo cấu tạo sản phẩm

Theo cấu tạo sản phẩm, có thể phân thành các loại:

- Vật liệu xây không nung đặc: Thường được chế tạo dạng viên hình hộp chữ nhật, kích thước của viên gạch tiêu chuẩn là 220×110×60 mm

- Vật liệu xây không nung có lỗ rỗng: Thường được chế tạo dạng viên hình hộp chữ nhật có hai hoặc nhiều lỗ rỗng lớn được tạo ra trong quá trình tạo hình sản phẩm Kích thước của viên gạch rỗng thường bằng và lớn hơn kích thước viên gạch tiêu chuẩn

1.2.4 Phân loại theo cường độ nén

Theo cường độ nén, có thể phân thành các loại:

Gạch bê tông: Gồm các mác M3,5; M5; M7,5; M10; M12,5 ; M15; M20 có các giá trị cường độ nén trung bình tương ứng là 3,5; 5; 7,5; 10; 12,5; 15; 20 (MPa) Tấm acotec có thể sản xuất với cấp độ bền bê tông B20

1.2.5 Phân loại theo chức năng sử dụng

Theo chức năng sử dụng, có thể phân thành các loại:

Vật liệu xây không nung dạng viên và vật liệu xây không nung dạng cấu kiện (tấm, khối block,…)

1.2.6 Phân loại theo nguồn gốc xuất xứ

1.2.6.1 Vật liệu và cấu kiện xây không nung nặng nhân tạo

1.2.6.1.1 Khái niệm

Vật liệu và cấu kiện xây không nung nặng nhân tạo trên cơ sở chất kết dính nhận được độ bền cần thiết nhờ quá trình đóng rắn của chất kết dính, khác với các vật liệu

gốm chỉ chuyển sang trạng thái đá sau khi nung Cốt liệu có thể sử dụng gồm cát thạch anh, xỉ, tro, vật liệu làm cốt có thể là sợi amiăng trắng, sợi gỗ, sợi giấy, cốt thép và sợi thép Chất kết dính được sử dụng gồm thạch cao, vôi và xi măng poóclăng

1.2.6.1.2 Phân loại

1.2.6.1.2.1 Vật liệu và cấu kiện trên cơ sở thạch cao

Có hai loại cấu kiện trên cơ sở thạch cao, đó là: các cấu kiện thạch cao, các cấu kiện thạch cao bê tông Các cấu kiện thạch cao được chế tạo từ hồ thạch cao cùng với cốt liệu khoáng nghiền mịn hoặc cùng với một lượng nhỏ phụ gia cốt liệu hữu cơ

Các cấu kiện thạch cao bê tông được chế tạo từ vữa thạch cao hoặc bê tông thông thường cùng với cốt liệu khoáng nhẹ và rỗng, đá thạch cao liên kết với chúng bền vững hơn khi liên kết với cát và sỏi

Nhóm vật liệu này theo công năng được phân loại ra các nhóm nhỏ gồm tấm và panel dùng cho vách ngăn, các cấu kiện dùng cho sàn nhà, dạng tấm dùng ốp tường, các viên xây tường, các cấu kiện cách nhiệt, các chi tiết trang trí kiến trúc…

1.2.6.1.2.2 Vật liệu và cấu kiện trên cơ sở vôi – các cấu kiện silicát

Nhóm vật liệu và cấu kiện dạng này tạo được độ bền trong quá trình tổng hợp hydro silicát canxi trong điều kiện ẩm bão hòa dưới áp suất 0,8 - 1,3 MPa, ở nhiệt độ cao 175 - 200oC Các vật liệu avtoclav silicát – thuộc nhóm các vật liệu và cấu kiện không xi măng, gồm: bê tông silicát, gạch silicát, gạch vôi - tro, gạch vôi – xỉ các bloc và viên xây khác

1.2.6.1.2.3 Vật liệu và cấu kiện trên cơ sở xi măng poóclăng

Nhóm vật liệu này chủ yếu dùng để xây tường và móng các công trình Yêu cầu đối với vật liệu xây móng có sự khác biệt ở chỗ những loại cấu kiện bê tông chế tạo theo công nghệ rung ép không sử dụng ở những vị trí khối xây có cao độ thấp hơn mực nước ngầm Vật liệu và cấu kiện xây tường trên cơ sở xi măng poóclăng rất đa dạng về kích thước và các tính chất cơ lý, nhưng chủ yếu là nhóm gạch bê tông, tấm panel bê tông (tấm tường ACOTEC) là đối tượng được trình bày công nghệ sản xuất trong tài liệu này

Đặc biệt trong nhóm vật liệu này ở một số nước như Liên Bang Nga có tấm panel tường từ amiăng trắng xi măng đùn ép (TY 5789-043-4812290-94), ở Mỹ có cấu kiện tường tương tự, được sử dụng rộng rãi đáp ứng yêu cầu về an toàn sức khỏe Các panel và tấm đùn ép có chiều dài đến 6m, bề rộng đến 750mm, chiều cao từ 60mm đến 180 mm được chế tạo có lớp bảo ôn hoặc không có lớp bảo ôn được sử dụng làm cấu kiện tường và vách ngăn

Các panel tường ngoài từ xi măng amiăng trắng sử dụng khung gỗ có lớp cách nhiệt dùng cho tường ngoài phần trên mặt đất của các nhà ở lắp ghép và nhà từ

bê tông toàn khối, còn trong các nhà xây gạch dùng cho tường bankon Kích thước của panel theo chiều dài 2980mm và 5980mm, bề rộng 160mm và 210mm, chiều cao 2780mm và 3280 mm

1.2.6.2 Vật liệu và cấu kiện xây không nung nhẹ nhân tạo

1.2.6.2.1 Khái niệm

Để chế tạo bê tông nhẹ người ta dùng nhiều loại cốt liệu rỗng khác nhau: nhân tạo – keramdit, aglôpôrit, perlit, xỉ bọt v.v và tự nhiên - tuf, đá bọt v.v cũng như sử dụng các loại khí chiếm một thể tích nhất định trong bê tông có vai trò của cốt liệu siêu nhẹ Trong thời gian gần đây để chế tạo bê tông đặc biệt nhẹ người ta còn dùng các hạt polystyrol nở phồng

Người ta dùng bê tông nhẹ với cốt liệu rỗng trong các kết cấu bao che để giảm khối lượng bản thân của kết cấu chịu lực Cho nên đối với các loại bê tông này bên cạnh cường độ, độ đặc của bê tông có ý nghĩa rất quan trọng Trong tài liệu này chỉ đề cập đến bê tông khí nhẹ và bê tông bọt nhẹ cũng như các cấu kiện từ các loại bê tông nhẹ này Trong các tài liệu loại bê tông này dược gọi tên chung là bê tông tổ ong

Theo độ đặc người ta phân biệt bê tông tổ ong đặc biệt nhẹ cách nhiệt với độ đặc ở trạng thái sấy khô 200 - 350kg/m3 và bê tông tổ ong nhẹ với độ đặc 400 - 1600kg/m3

Bê tông nhẹ thường được chia ra kết cấu - cách nhiệt với độ đặc 400 - 600 kg/m3 và kết cấu với độ đặc 700 - 1600 kg/m3

Theo cấu trúc người ta phân biệt bê tông nhẹ đặc hay bê tông nhẹ thường, trong

chúng vữa được chế tạo từ cát nặng hay cát nhẹ lấp đầy hoàn toàn các lỗ rỗng giữa

các hạt cốt liệu lớn (thường với độ dãn cách nào đó giữa các hạt cốt liệu), bê tông nhẹ (rỗng) hóa, phần vữa trong chúng được tạo rỗng nhờ các phụ gia tạo bọt hay tạo khí và bê tông nhẹ rỗng lớn, trong chúng không có cát và các lỗ rỗng giữa các hạt

cốt liệu được bảo tồn

Theo CTO 501-52-01-2007 Bê tông tổ ong (BTTO) – là vật liệu đá nhân tạo rỗng nhẹ trên cơ sở chất kết dính xi măng, vôi hoặc chất kết dính hỗn hợp

Lỗ rỗng của bê tông tổ ong được phân ra loại gel, mao quản và khí Loại lỗ rỗng thuộc gel được hình thành tại vị trí của nước sử dụng cho thủy hóa chất kết dính và

đi vào lưới tinh thể của đá xi măng Loại lỗ rỗng mao quản được hình thành do sự bay hơi của nước nhào trộn dư thừa Loại lỗ rỗng khí được hình thành trong bê tông khí do sự tách khí hydro từ phản ứng hóa học của bột nhôm với canxi hydroxyt (hoặc với kiềm) Loại lỗ rỗng bọt được hình thành trong bê tông bọt do kết quả của

sự cuốn khí bởi chất hoạt động bề mặt Trong BTTO các lỗ rỗng khí hình khối cầu (dạng tổ ong) chiếm đến 90% độ rỗng chung, còn tổng độ rỗng trong BTTO có thể chiếm đến 90% thể tích của vật liệu

Độ rỗng của bê tông tổ ong được tạo nên bởi:

a) Phương pháp cơ học, khi hồ gồm có chất kết dính và nước, thường có phụ gia cát nghiền mịn, được trộn với bọt trong máy trộn chuyên dụng; khi cứng rắn ta được vật liệu rỗng, được gọi là bê tông bọt;

b) Bằng phương pháp hóa học, khi người ta cho chất tạo khí vào chất kết dính; kết quả là trong hồ của chất kết dính xảy ra phản ứng tạo khí, làm cho hồ nở phồng lên và trở nên rỗng Vật liệu đã cứng rắn được gọi là bê tông khí

Trong xây dựng người ta thường sử dụng các cấu kiện bê tông tổ ong gia công nhiệt ẩm trong các avtoclav dưới áp lực của hơi nước 0,8 1,3 MPa Bê tông tổ ong gia công nhiệt trong avtoclav thường được chế tạo từ các hỗn hợp sau:

a) Xi măng với cát thạch anh, ở đây có 1 phần cát được nghiền nhỏ;

b) Hỗn hợp vôi sống với cát nghiền nhỏ; bê tông tổ ong loại này được gọi là silicát bọt hay silicát khí;

c) Chất kết dính hỗn hợp xi măng, vôi cát nghiền với tỷ lệ khác nhau Có thể thay cát bằng tro Trong trường hợp này ta có được bê tông tro bọt hay bê tông tro khí Người ta thường dùng xi măng poóclăng alit (C3S > 50%) với thời gian bắt đầu ninh kết không chậm quá 2 giờ

Theo QCVN 16:2017 [29], Bê tông bọt và bê tông khí không chưng áp là bê tông bọt và bê tông khí đóng rắn trong điều kiện không chưng áp, được chế tạo từ hệ

xi măng poóclăng, nước, chất tạo bọt hoặc tạo khí, có hay không có cốt liệu mịn, phụ gia khoáng hoạt tính và phụ gia hóa học

Sản phẩm bê tông bọt và bê tông khí không chưng áp là sản phẩm ở dạng khối hoặc dạng tấm nhỏ dùng để xây tường, vách ngăn trong công trình xây dựng, được chế tạo từ bê tông bọt hoặc bê tông khí không chưng áp

Bê tông khí chưng áp là bê tông nhẹ có cấu trúc rỗng được sản xuất từ hỗn hợp gồm chất kết dính, nguyên liệu có hàm lượng oxít silíc cao ở dạng bột mịn, chất tạo khí và nước, đóng rắn ở môi trường nhiệt ẩm áp suất cao trong avtoclav

Sản phẩm bê tông khí chưng áp là bê tông khí chưng áp được sản xuất dưới dạng dạng khối hoặc dạng tấm nhỏ không có thanh cốt gia cường, phù hợp dùng để xây lắp các kết cấu tường, vách ngăn trong công trình xây dựng

1.2.6.2.2 Phân loại

Trong tài liệu này chủ yếu nói đến bê tông nhẹ dạng BTTO

1.2.6.2.2.1 Phân loại theo phạm vi sử dụng

Theo phạm vi sử dụng, BTTO được phân thành ba loại chính, đó là:

- Bê tông tổ ong công trình được sử dụng với mục đích chịu tải trọng là chính, có khối lượng thể tích ở trạng thái khô 1600 kg/m3 ≤ γo ≥ 700 kg/m3 và yêu cầu cấp

theo cường độ nén phụ thuộc vào mác theo khối lượng thể tích, đối với bê tông khí chưng áp B≥ 2,5 ÷ 40; đối với bê tông khí không chưng áp B≥ 1,5 ÷ 25

- Bê tông tổ ong công trình cách nhiệt được dùng với mục đích chịu tải trọng và cách nhiệt, có khối lượng thể tích ở trạng thái khô 600 kg/m3 ≤ γo ≥ 400 kg/m3 và yêu cầu cấp theo cường độ nén phụ thuộc vào mác theo khối lượng thể tích, đối với

bê tông khí chưng áp B≥ 1,5 ÷ 3,5 ; đối với bê tông khí không chưng áp B≥ 0,75 ÷ 2,0

- Bê tông khí cách nhiệt được sử dụng với mục đích cách nhiệt có 350 kg/m3

≤ γo ≥ 200 kg/m3 và yêu cầu cấp theo cường độ nén phụ thuộc vào mác theo khối lượng thể tích, đối với bê tông khí chưng áp B≥ 0,35 ÷ 1,5; đối với bê tông khí không chưng áp B≥ 0,35 ÷ 0,5

1.2.6.2.2.2 Phân loại theo đặc điểm rắn chắc

- Bê tông tổ ong rắn chắc trong điều kiện chưng áp (ở môi trường hơi nước bão hòa ở áp suất cao hơn áp suất môi trường) hay chưng áp trong Autoclave

- Bê tông tổ ong rắn chắc trong điều kiện không chưng áp:

+ Rắn chắc trong điều kiện tự nhiên (áp suất thường, nhiệt độ thường);

+ Rắn chắc trong điều kiện áp suất thường ở trong bể dưỡng hộ, trong các khuôn nhiệt (đốt nóng tiếp xúc), trong các khuôn có hệ thông đốt nóng bằng điện, v.v… 1.2.6.2.2.3 Theo phương pháp tạo rỗng

Theo chất kết dính sử dụng, bê tông tổ ong được phân thành 5 loại chính, đó là:

- Bê tông tổ ong sử dụng chất kết dính xi măng Loại bê tông này có thể rắn chắc trong điều kiện tự nhiên, gia công nhiệt ẩm trong điều kiện nhiệt độ cao áp suất thường hoặc gia công nhiệt ẩm trong điều kiện nhiệt độ, áp suất cao (chưng áp)

- Bê tông tổ ong sử dụng chất kết dính vôi – silíc (chất kết dính silicát) Loại

bê tông này chỉ có thể rắn chắc trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao (gia công nhiệt trong Autoclave)

- Bê tông tổ ong sử dụng chất kết dính hỗn hợp Loại bê tông này sử dụng hỗn hợp chất kết dính nhiều dạng khác nhau:

+ Xi măng và vôi - silíc, tỷ lệ của hai loại chất kết dính có thể thay đổi trong khoảng rộng tuỳ theo mục đính và yêu cầu của người sử dụng;

+ Vôi – xi măng;

- Bê tông tổ ong sử dụng chất kết dính xỉ

- Bê tông tổ ong sử dụng chất kết dính tro than bùn

Loại bê tông này thường được gọi theo tên rút gọn, như trong Bảng 1.1

1.2.6.2.2.5 Theo dạng cốt liệu

- Sử dụng cát thạch anh thiên nhiên

- Sử dụng phế thải công nghiệp (tro bay nhà máy nhiệt điện (NMNĐ), chất thải phốt pho rít

- Sử dụng chất thải quá trình chế biến thạch anh sắt

Bảng 1.1 Các dạng chính của BTTO

Trên cơ sở chất kết dính xi măng

Trên cơ sở chất kết dính vôi (vôi silíc)

Trên cơ sở chất kết dính hỗn hợp (xi măng - vôi)

Trên cơ sở chất kết dính xỷ

Trên cơ sở chất kết dính tro than bùn (kiềm cao)

Chương 2

NGUYÊN LIỆU SỬ DỤNG TRONG SẢN XUẤT

VẬT LIỆU VÀ CẤU KIỆN XÂY KHÔNG NUNG

2.1 CHẤT KẾT DÍNH

Để chế tạo bê tông dùng trong các kết cấu xây dựng trong đó có vật liệu xây không nung nặng, nhẹ chất kết dính vô cơ được sử dụng phổ biến nhất Các vật chất này khi nhào trộn với nước dưới ảnh hưởng của các quá trình hóa lý bên trong có khả năng dính kết (chuyển từ trạng thái lỏng hoặc dẻo sang dạng đá) và đóng rắn (tăng độ bền từ từ) Phân biệt ra chất kết dính vô cơ đóng rắn thủy (xi măng) và đóng rắn trong không khí (vôi, thạch cao,…)

Theo QCVN 16:2017/BXD [29] - Xi măng được hiểu là chất kết dính thủy dạng bột mịn, khi trộn với nước tạo thành dạng hồ dẻo có khả năng đóng rắn trong không khí và trong nước nhờ phản ứng hóa lý thành vật liệu dạng đá

Xi măng Poóclăng: Đây là loại xi măng được sử dụng rộng rãi nhất trong sản xuất

bê tông trong đó kể cả vật liệu xây không nung nặng Xi măng poóclăng là chất kết dính thủy, đóng rắn trong nước (tốt nhất) hoặc trong không khí Chúng tồn tại dưới dạng bột màu xám, được chế tạo bằng cách nghiền mịn clanhke xi măng poóclăng với một lượng thạch cao cần thiết Clanhke được sản xuất bằng cách nung đồng đều đến nhiệt độ thiêu kết hỗn hợp nguyên liệu được định lượng cẩn thận, chứa gần

70 - 80% CaCO3 và 22 - 25% (CaO + Al2O3 + Fe2O3) Để sản xuất xi măng chất lượng cao, thành phần hóa học của chúng cũng như thành phần hỗn hợp nguyên liệu phải ổn định Khi nghiền có thể pha thêm vào clanhke xi măng từ 10 - 20% xỉ lò cao hoặc phụ gia khoáng hoạt tính (giàu SiO2 vô định hình)

Khi nung ở nhiệt độ 1200 - 1450oC các khoáng clanhke được hình thành gồm có: canxialumoferit thành phần biến đổi xCaO.yAl2O3.Fe2O3, aluminat ba canxi 3CaO.Al2O3, silicát hai canxi 2CaO.SiO2, silicát ba canxi 3CaO.SiO2 Bốn hợp chất này

là phần cấu thành chính của clanhke xi măng, nhưng hai hợp chất cuối cùng (canxi silicát) chiếm 70 - 80% khối lượng clanhke xi măng Hàm lượng sơ bộ của các khoáng khác nhau trong xi măng poóclăng gồm: 37 - 60% 3CaO.SiO2 hay C3S, 15 - 37% 2CaO.SiO2hay C2S, 5 - 15% 3CaO.Al2O3 hay C3A, 10 - 18% 4CaO.Al2O3.Fe2O3 hay C4AF

Hàm lượng silicát ba canxi (alit) cao hơn đảm bảo đóng rắn nhanh cho chất kết dính thủy cho cường độ cao và có ảnh hưởng quyết định đến tính chất của xi măng Silicát hai canxi (belit) - chất kết dính thủy đóng rắn rất chậm cường độ trung bình Aluminat bacanxi đóng rắn nhanh nhưng cho cường độ thấp Các tính chất của các khoáng xi măng được nêu ở Bảng 2.1 [3]

Bảng 2.1 Các tính chất của các khoáng clanhke xi măng

Mức độ thủy hóa,

% của thủy hóa

hoàn toàn,

ở tuổi, ngày

Độ sâu thủy hóa,

Nhiệt thủy hóa, J/g,

ở tuổi, ngày Khoáng

4,70,910,7

8

7,9

1 11,28,4

15 2,714,513,2

1

0 0,02

0

4,20,10,180,2

5,90,630,40,25

6,7 5,2 0,6 0,4

-

* Nhận cường độ của C3S ở tuổi 1 ngày làm 1 đơn vị

Khi thay đổi thành phần khoáng của xi măng có thể tiên đoán được chất lượng của chúng Các xi măng mác cao và đóng rắn nhanh được chế tạo với hàm lượng khoáng C3S tăng (xi măng alit) Các xi măng với hàm lượng khoáng belit cao thường đóng rắn chậm, tuy nhiên cường độ của chúng phát triển trong thời gian dài,

ở tuổi vài ba năm có thể đạt giá trị cường độ cao

Tính chất cơ bản đặc trưng cho chất lượng của các loại xi măng là cường độ của

nó (mác hay còn gọi là hoạt tính xi măng) Cường độ của xi măng khi nén dao động trong khoảng 30 - 60 MPa Tương ứng cường độ của mẫu thử uốn 4,5 - 6,5 MPa Cường độ thực chất của xi măng gọi là hoạt tính của chúng Thí dụ: nếu cường độ của các mẫu kiểm tra là 44 MPa thì hoạt tính của xi măng đó sẽ là 44 MPa, mác 40 Khi thiết kế thành phần của bê tông thì tốt nhất sử dụng hoạt tính của xi măng, bởi

vì chỉ số hoạt tính của xi măng sẽ đảm bảo cho kết quả chính xác và sát thực hơn, sẽ tiết kiệm xi măng Cứ tăng cường độ của xi măng lên 1MPa sẽ dẫn đến giảm chi phí

xi măng 2 - 5 kg/m3, trong đó sự giảm rõ rệt nhất là ở bê tông cường độ cao Giả thiết rằng hoạt tính của xi măng sử dụng trong các tính toán có cường độ 2 - 4 MPa cao hơn mác của chúng thì sẽ đảm bảo tiết kiệm được xi măng 5 - 20 kg/m3 bê tông Ngành công nghiệp xi măng sản xuất chủ yếu xi măng mác 40 - 50, còn theo đơn đặt hàng mác 60 (sau này ký hiệu PC40 - PC60) Cường độ xi măng mác cao theo

thời gian phát triển nhanh hơn so với xi măng mác thấp Thí dụ, xi măng PC50 sau

ba ngày có cường độ 20 - 25 MPa, vì vậy xi măng mác cao không những là xi măng

có cường độ cao mà ở mức độ nào đó còn là loại xi măng rắn nhanh Sử dụng các loại xi măng này đảm bảo tháo khuôn nhanh các cấu kiện và giảm thời hạn chế tạo các cấu kiện bê tông cốt thép đúc sẵn

Khi xi măng lưu kho một thời gian dài, mà điều kiện cách ẩm và khí cácbôníc từ không khí kém thì cường độ của chúng giảm Sau ba tháng bảo quản sự giảm cường

độ của xi măng có thể tới 10 - 20% so với mác của chúng Khi sử dụng loại xi măng

đã qua bảo quản lâu cần tăng thời gian trộn lên 2 - 4 lần hoặc sử dụng công nghệ nghiền lại xi măng

Song song với cường độ, yêu cầu đối với xi măng còn có độ dẻo tiêu chuẩn và thời gian đông kết

Độ dẻo tiêu chuẩn được gọi là lượng nước, (%) cần cho vào hồ xi măng để nhận

được hồ xi măng có độ dẻo nhất định, được xác định theo các yêu cầu TCVN 4031-85

sử dụng dụng cụ Vika Xi măng poóclăng có độ dẻo tiêu chuẩn 22 - 27%, xi măng puzơlan - 30% và cao hơn Độ dẻo tiêu chuẩn tăng khi cho vào xi măng khi nghiền các phụ gia nghiền mịn có lượng yêu cầu nước lớn như trêpel, opoka v.v… Độ dẻo tiêu chuẩn của xi măng là một đại lượng xác định tính lưu biến của hồ xi măng và có ảnh hưởng đến độ lưu động của hỗn hợp bê tông Độ dẻo tiêu chuẩn càng nhỏ thì lượng nước yêu cầu của hỗn hợp bê tông càng thấp, lượng nước này yêu cầu để đạt

độ lưu động nhất định (độ cứng) của hỗn hợp bê tông Tính trung bình phụ thuộc vào thành phần của bê tông khi giảm lượng nước tiêu chuẩn của xi măng xuống 1% làm giảm lượng nước yêu cầu của hỗn hợp bê tông tới 2 - 5 lít/m3, trong đó sự giảm lớn lượng nước yêu cầu xuất hiện ở bê tông cường độ cao Giảm lượng tiêu hao nước sẽ dẫn đến giảm lượng chi phí xi măng Trong bê tông yêu cầu sử dụng

xi măng có độ dẻo tiêu chuẩn thấp

Thời gian đông kết của xi măng được xác định theo TCVN 4031 - 85 trên dụng

cụ Vika theo độ lún kim vào hồ xi măng được đặc trưng bằng thời gian bắt đầu và kết thúc của quá trình biến đổi của vật liệu sang vật thể rắn Theo yêu cầu tiêu chuẩn

để bắt đầu đông kết của xi măng ở nhiệt độ 27oC không sớm hơn 45 phút, còn kết thúc đông kết không chậm hơn sau 10 giờ kể từ thời điểm trộn nước vào xi măng Trong thực tế bắt đầu đông kết của xi măng sau 1 - 2 giờ còn kết thúc sau 5 - 8 giờ Thời hạn này đủ để bảo đảm cho công tác bê tông trong thi công công trình bởi vì trong thời gian này đảm bảo kịp việc vận chuyển, đổ hỗn hợp bê tông và vữa trước khi chúng đông kết Để điều chỉnh thời gian đông kết cần đưa phụ gia thạch cao và các hóa phẩm khác vào xi măng khi sản xuất chúng Thời gian đông kết của xi măng

có thể được điều chỉnh bằng cách cho vào hỗn hợp bê tông khi chế tạo chúng các phụ gia hóa học khác nhau Thí dụ như canxi clorua - CaCl2 thúc đẩy quá trình thủy hóa và đông kết của xi măng; chất hoạt động bề mặt như bã rượu sunphát, dịch kiềm đen v.v… hoặc các chất hoá học chuyên dụng làm chậm thời gian đông kết Khi tăng nhiệt độ và giảm tỷ lệ N/X của hồ xi măng, thời gian đông kết giảm Tại một số nhà máy xi măng khi nghiền clanhke xi măng đang nóng, nhiệt độ của xi măng có thể lên đến 150oC và lớn hơn Điều này sẽ làm đá thạch cao - CaSO4.2H2O bị mất nước biến thành CaSO4.0,5H2O và một phần biến thành CaSO4 khan Khi nhào trộn nước với xi măng, CaSO4.0,5H2O và CaSO4 sẽ thủy hóa nhanh và làm quánh nhanh

hồ xi măng hoặc hỗn hợp bê tông, hỗn hợp này khi tiếp tục trộn lại sẽ hóa dẻo trở lại Hiện tượng này gọi là đông kết giả của xi măng Xi măng chất lượng cao không

có hiện tượng đông kết giả Nếu hiện tượng này xảy ra thì cần cho vào hỗn hợp

bê tông một lượng nhỏ bã rượu sunphát hoặc chất hoạt động bề mặt khác và tăng thời gian trộn hỗn hợp bê tông

Xi măng poóclăng cần được nghiền mịn Theo TCVN 2682 - 2009 độ nghiền mịn xác định qua sàng N0009 (gần 4900 lỗ trên 1 cm2 với mắt sàng 0,09 mm) cần lọt qua không nhỏ hơn 90% khối lượng mẫu xi măng sàng Kích thước trung bình của các hạt

xi măng khoảng 15 - 20 μm Độ nghiền mịn của xi măng được đặc trưng bằng tỷ diện của các hạt chứa trong 1 gam xi măng Bề mặt riêng của xi măng được xác định bằng thiết bị chuyên dụng theo TCVN 4030 - 2003 Xi măng có chất lượng trung bình có

bề mặt riêng gần 2500 cm2/g, chất lượng cao - 3500 cm2/g và lớn hơn

Khối lượng riêng của xi măng poóclăng không có phụ gia khoảng 3,05 - 3,15 g/cm3 Khối lượng thể tích của xi măng poóclăng khi tính cấp phối bê tông có thể nhận ở trạng thái lèn chặt 1,3kg/l

Đông cứng và rắn chắc của xi măng là quá trình tỏa nhiệt Thực tế 1 kg xi măng PC30 toả ra trong bê tông sau 7 ngày từ thời điểm nhào trộn xi măng với nước không nhỏ hơn 170 kJ, một kg xi măng PC40 - không nhỏ hơn 210 kJ Sự toả nhiệt của xi măng phụ thuộc vào thành phần khoáng của clanhke xi măng, dạng phụ gia cho vào và độ nghiền mịn của chúng Trong số các khoáng clanhke có trong thành phần xi măng toả nhiệt lớn nhất là C3A, sau đó là C3S, các khoáng còn lại C2S và

C4AF có giá trị thấp hơn Lượng nhiệt cơ bản được toả ra ở 3 - 7 ngày đầu tiên

xi măng đóng rắn (Bảng 2.1) [3]

Các loại xi măng Gốc của đa số xi măng là clanhke xi măng poóclăng Khi đưa

các phụ gia khoáng hoặc phụ gia hữu cơ vào clanke xi măng để chúng có thành phần khoáng nằm trong quy định của chúng, ta nhận được các loại xi măng khác nhau, khác một ít về các tính chất và được sử dụng trong các lĩnh vực xây dựng khác nhau (Bảng 2.2)[3]

Bảng 2.2 Các yêu cầu đối với xi măng

Hàm lượng phụ gia, %

Khoáng hoạt tính

vê viên Trêpen, opoka,

Không cho phép

Xi măng dùng trong xây dựng chung:

Xi măng poóclăng

Xi măng có phụ gia khoáng

Xi măng đông kết nhanh

Không cho phép

Xi măng bền sun phát:

Xi măng poóclăng bền sun phát

Xi măng poóclăng bền sun phát có

Xi măng poóclăng (PC) được gọi là xi măng, không chứa trong thành phần của

mình các phụ gia khoáng, ngoài thạch cao Xi măng poóclăng được sản xuất ở nước

ta phù hợp với TCVN 2682 - 2009 Theo TCVN 2682 - 2009 xi măng poóclăng sản xuất có các mác PC30, PC40, PC50, trong đó PC là ký hiệu quy ước cho xi măng poóclăng, các trị số 30, 40, 50 là cường độ chịu nén của mẫu vữa chuẩn sau 28 ngày đóng rắn tính bằng N/mm2 (MPa), xác định theo TCVN 6016 - 2011 (ISO 679 - 1989) Các chỉ tiêu chất lượng của xi măng poóclăng ở nước ta quy định theo Bảng 2.3

Bảng 2.3 Các chỉ tiêu chất lượng của xi măng poóclăng

Bảng 2.3 (tiếp theo)

Mác

PC30 PC40 PC50

2 Thời gian đông kết, phút

Bắt đầu, không nhỏ hơn

độ bền khi nén của đá xi măng không nhỏ hơn 25 MPa, đối với mác 40, 50 Để đảm bảo đóng rắn nhanh clanhke cần chứa C3S > 50% (C3S + C3A) > 60%, còn xi măng

có độ nghiền mịn với bề mặt riêng không dưới 3500 cm2/g

Xi măng poóclăng xỉ hạt lò cao được sản xuất phù hợp với TCVN 4316:2007 -

Xi măng poóclăng xỉ lò cao Theo tiêu chuẩn này xi măng xỉ hạt lò cao được chế tạo bằng cách cùng nghiền mịn hỗn hợp clanhke xi măng poóclăng với 20 - 60% xỉ hạt

lò cao hạng 1 hoặc 20 - 50% xỉ hạt lò cao hạng 2 và một lượng phụ gia thạch cao cần thiết Xỉ hạt lò cao dùng để sản xuất xi măng được quy định trong TCVN 4315:2007

Xi măng poóclăng xỉ khác với xi măng poóclăng (ở cùng một thành phần clanhke) là đóng rắn chậm hơn (bắt đầu sau 4 - 6 giờ, kết thúc sau 10 - 12 giờ) và đóng rắn trong

7 - 10 ngày đầu tiên Khối lượng riêng của chúng thấp hơn (2,9 - 3,0 g/cm3) và có tỷ trọng trung bình nhỏ hơn Loại xi măng này khi có trong thành phần clanhke khoáng

C3A dưới 8% có thể sử dụng chế tạo bê tông bền chống lại nước khoáng (nước sunphát và nước biển) Khi dưỡng hộ nhiệt ẩm xi măng poóclăng xỉ đóng rắn nhanh hơn so với xi măng poóclăng thường nên sử dụng chúng có hiệu quả cao trong sản xuất

bê tông cốt thép đúc sẵn Các loại xi măng này khi có đặt hàng của người sử dụng có thể sản xuất chúng với phụ gia hoá dẻo và phụ gia kỵ nước Theo TCVN 4316 - 2007

xi măng poóclăng xỉ hạt lò cao được chia làm 5 mác: PC20, PC25, PC30, PC35 và PC40 và phải đảm bảo các yêu cầu quy định trong Bảng 2.4

Bảng 2.4 Các yêu cầu chất lượng đối với xi măng poóclăng xỉ hạt lò cao

Kết thúc, tính bằng giờ, không muộn hơn

Xi măng bền sunphát được phân ra thành một nhóm riêng (Bảng 2.5) Độ bền

sunphát của xi măng được đảm bảo bằng định mức thành phần khoáng của nó, trong

đó hạn chế hàm lượng các khoáng kém bền trong môi trường xâm thực sunphát

Loại xi măng này chứa 50 % C3S, 5% C3A, 10 - 22% (C3A+C4AF) Ở nước ta

xi măng bền sunphát (viết tắt là PCS) được phân ra làm hai nhóm: bền sunphát

thường (PCS) với mác PCS30, PCS40 và bền sunphát cao (PCHS) với hai mác

PCHS30, PCHS40 Chất lượng của xi măng poóclăng bền sunphát đối với từng nhóm,

từng mác được ghi ở Bảng 2.5 và 2.6

Bảng 2.5 Thành phần khoáng của xi măng poóclăng bền sunphát

theo TCVN 6067 - 2018

Mức, % Bền sunphát thường Bền sunphát cao

Xi măng poóclăng bền sunphát với phụ gia được chế tạo bằng cách nghiền chung

clanhke xi măng thành phần chuyên dụng (C3A < 5%, C4AF + C3A <22%) và phụ

gia khoáng hoạt tính nghiền mịn: trêpen, opoka, điatômít (5 - 10%) hoặc xỉ lò cao

tạo hạt (10 - 20 %) Phụ gia kết hợp với Ca(OH)2 được tách ra khi thủy hóa khoáng

C3A, nên làm tăng độ bền sunphát của xi măng Bởi vì trong trường hợp này có thể

sử dụng clanhke với hàm lượng C3A cao, xi măng bền sunphát với phụ gia có thể đạt

mác 40, 50 (PCS30, PCS40)

Bảng 2.6 Tính chất cơ lý của PC S theo TCVN 6067 - 2018

- Bề mặt riêng xác định theo phương pháp

- Phần còn lại trên sàng 0,08, %, không

Thời gian đông kết

- Bắt đầu, phút, không sớm hơn

- Kết thúc, phút, không muộn hơn

Xi măng poóclăng xỉ bền sunphát được sản xuất bằng cách hạn chế hàm lượng

trong clanhke C3A < 8%, HAPI, ở nước ta sản xuất có các loại mác 30, 40 Xi măng bền sunphát dùng để chế tạo các cấu kiện bê tông cốt thép và bê tông làm việc ở các điều kiện thay đổi mực nước, cũng như ở các công trình chịu tác động của xâm thực khi đồng thời chịu đóng băng và tan băng nhiều lần hoặc làm ẩm và khô nhiều lần

Xi măng poóclăng puzơlan (PCPUZ) phù hợp với TCVN 4033 - 1995 Loại xi măng này được sản xuất bằng cách nghiền chung clanhke xi măng poóclăng, chứa C3A < 8%, với phụ gia khoáng hoạt tính, được đưa vào với hàm lượng lớn hơn so với lượng phụ gia cho vào xi măng poóclăng thường với phụ gia Hàm lượng phụ gia phụ thuộc vào loại sử dụng và đối với trêpen, opoka, điatômít 20 - 30 %, đối với các loại khoáng hoạt tính khác, thường gặp nhất là phụ gia chứa SiO2, như tup, đá traxơ, penza - 25 - 40% Trêpen, opoka, điatomít được đưa vào xi măng với hàm lượng nhỏ bởi vì chúng không những có hoạt tính thủy cao mà nhu cầu nước cũng tăng Vì vậy khi cho vào xi măng lượng phụ gia đó dư thừa sẽ tăng nhanh độ dẻo tiêu chuẩn Điều này cần thiết phải tránh Xi măng poóclăng puzơlan có màu sáng hơn xi măng poóclăng thường và có

khối lượng riêng bé hơn (2,8 - 2,9 g/cm3), so với xi măng thường Khi cùng liều lượng

định lượng theo khối lượng xi măng poóclăng puzơlan cho sản lượng hỗn hợp cao hơn

và mật độ của vữa và bê tông vì vậy bê tông thu được có độ không xuyên nước cao

hơn Để nhận được hồ có độ dẻo tiêu chuẩn cần cho vào xi măng puzơlan một lượng

nước cao hơn (đến 30 - 40%), ở đây tạo thành hỗn hợp dẻo hơn, so với khi sử dụng

xi măng thông dụng Do vậy độ lưu động của hỗn hợp bê tông giảm Để tránh hiện

tượng này cần phải tăng chi phí xi măng lên 5 - 10% trong bê tông hoặc đưa vào thành

phần của chúng phụ gia hóa dẻo Vào những ngày và tuần đầu tiên sau khi nhào trộn

với nước xi măng poóclăng puzơlan đóng rắn chậm hơn, so với xi măng không có phụ

gia thủy Sau 6 tháng đóng rắn trong nước loại xi măng này có được cường độ như ở

xi măng (từ cùng một loại clanhke) không dùng phụ gia

Do liên kết một phần lớn Ca(OH)2 tự do mà xi măng poóclăng puzơlan đóng rắn tốt

không bị rửa trôi kiềm ở trong nước ngọt và không bị phá vỡ dưới tác động của nước

biển và các nước khoáng khác Xi măng poóclăng puzơlan sử dụng hợp lý trong các

trường hợp, khi cần tăng độ bền lý hóa của bê tông và đảm bảo điều kiện đóng rắn của

chúng ở trong môi trường ẩm Phụ gia hoạt tính puzơlan dùng để chế tạo xi măng

poóclăng puzơlan cần thoả mãn các yêu cầu theo TCVN 3735 - 82 Xi măng poóclăng

puzơlan phải đảm bảo các yêu cầu ghi trong Bảng 2.7

Bảng 2.7 Các yêu cầu chất lượng xi măng poóclăng puzơlan

theo TCVN 4033-1995

Mác xi măng

- Sau 7 ngày đêm

- Sau 28 ngày đêm

- Bề mặt riêng xác định theo phương pháp

- Phần còn lại trên sàng 0,08, %, không lớn hơn

2600

15

3 Thời gian đông kết

- Bắt đầu, phút, không sớm hơn

- Kết thúc, giờ, không lớn hơn

45

10

4 Độ ổn định thể tích: xác định theo phương pháp

lớn hơn

3

6 Lượng mất khi nung %, không lớn hơn 7

Xi măng poóclăng hỗn hợp (PCB) Loại xi măng này được sản xuất ở nước ta phù

hợp với TCVN 6260 - 2009 Theo tiêu chuẩn này PCB được sản xuất bằng cách nghiền clanhke xi măng poóclăng với lượng các phụ gia khoáng tới 40% (trong đó lượng phụ gia hoạt tính không quá 20%) trọng lượng xi măng và một lượng thạch cao thích hợp Mác của xi măng poóclăng hỗn hợp có PCB30 và PCB40 Các chỉ tiêu chất lượng của xi măng poóclăng hỗn hợp được quy định trong Bảng 2.8

Bảng 2.8 Các yêu cầu chất lượng xi măng poóclăng hỗn hợp

Thời gian đông kết

- Bắt đầu, phút, không sớm hơn

- Kết thúc, giờ, không lớn hơn

45

10

4 Độ ổn định thể tích: xác định theo phương pháp Le chatelier, tính bằng mm, không lớn hơn

10

Vôi Để sản xuất bê tông silicát, bê tông khí chưng áp sử dụng chất kết dính vôi

rắn trong không khí

Vôi rắn trong không khí - là chất kết dính đơn giản nhất, được sử dụng bằng cách nung từ các đá cacbonát (đá vôi, đá phấn, đá vôi vỏ sò, các phế thải sản xuất hóa chất v.v…) Chúng chứa không lớn hơn 8% tạp chất sét Trong xây dựng thường sử dụng vôi không tôi, thành phần cơ bản của chúng là CaO khan Vôi tôi được chế tạo bằng cách cho vôi khô tác dụng với nước để được Ca(OH)2

Có thể đưa phụ gia khoáng vào vôi rắn trong không khí như khoáng nghiền mịn hoặc các phế thải sản xuất công nghiệp (xỉ lò cao, xỉ buồng đốt và tro, tup núi lửa và pemza, opoka, cát thạch anh, đá thạch cao) Theo chất lượng vôi canxi xây dựng ở nước ta được phân loại theo hàm lượng CaO và MgO và tốc độ tôi vôi như nêu trong Bảng 2.9

Bảng 2.9 Các chỉ tiêu chất lượng đối với vôi canxi trong xây dựng

tôi nhanh, không lớn hơn

tôi trung bình, không lớn hơn

tôi chậm, không lớn hơn

Hàm lượng MKN, %, không lớn hơn

Độ nhuyễn của vôi tôi, l/kg, không

nhỏ hơn

Hàm lượng hạt không tôi được của

vôi cục, %, không lớn hơn

Độ mịn của vôi bột, %, không lớn hơn

Ỏ Việt Nam trước đây đã đầu tư nhà máy silicát Đông Triều - Quảng Ninh và nhà máy silicát Lĩnh Nam - Thanh Trì, Hà Nội nhưng do thị hiếu người tiêu dùng mà hai nhà máy này sản xuất ra gạch silicát có chất lượng tốt nhưng vẫn không tiêu thụ được trên thị trường Hiện nay nhà máy silicát Lĩnh Nam thuộc Công ty bê tông và xây dựng Thịnh Liệt đang chuyển đổi chủng loại sản phẩm, sản xuất bê tông silicát khí và các sản phẩm vữa khô thương phẩm

Đối với vôi sử dụng trong chế tạo bê tông khí chưng áp cần có yêu cầu riêng

Nguyên liệu chứa canxi ôxit – CaO gồm có:

- Xi măng, theo Wehrhahn G mbH [2] sử dụng xi măng poóclăng có hàm lượng

C3S > 50%, C3A khoảng 7 – 10%, C2(A,F) < 10%; tỷ diện 3000 – 4500 cm²/g,

Na2O + K2O < 1% Trong khi đó Hotten anlagentechnik GmbH [2] yêu cầu xi măng poóclăng không pha tro hoặc xỉ, có hàm lượng CaOtd < 1,5%, SO3 < 3%; độ nở autoclave khoảng 0,25 – 1,0%; tỷ diện khoảng 3000 – 4000 cm²/g Hầu hết các nhà công nghệ đều khuyến cáo sử dụng xi măng poóclăng không pha phụ gia (PC) Theo CTO 501-52-01-2007 xi măng sử dụng loại PC không chứa phụ gia có SiO2

vô định hình như trepel, ôpoka, đất sét, tro…, chứa hàm lượng C3A không lớn hơn 6%

- Vôi, nên sử dụng vôi sống dạng bột có tổng lượng CaO tối thiểu 90%, hàm lượng CaO hoạt tính tối thiểu 85%, hàm lượng SiO2 tối đa 5%, hàm lượng vôi quá lửa ≤ 2%; tốc độ tôi T60 khoảng 8 – 15 phút [2]

Theo CTO 501-52-01-2007 vôi chưa tôi có thời gian tôi từ 5-25 phút, chứa CaO + MgO trên 70%, hàm lượng già lửa dưới 2% Vôi dùng cho công nghệ phân rã (thanh) cho bê tông silicát canxit khí, silicát canxit bọt cần có hoạt tính không dưới 50%, tốc độ tôi không dưới 40 phút, hàm lượng MgO dưới 20%

Bê tông trên cơ sở xi măng vôi (Bê tông silicát khí, bê tông silicát bọt, bê tông silicát tro khí, bê tông silicát tro bọt sử dụng chất kết dính là xi măng và vôi chưa tôi, với tỷ lệ cần xác định theo thực nghiệm

Bảng 2.10 Yêu cầu đối với vôi nghiền

Chất kết dính sử dụng trong chế tạo bê tông xỉ như bê tông xỉ khí, bê tông xỉ bọt,

bê tông tro xỉ khí, bê tông tro xỉ bọt cần có xỉ hạt trên 50%, kết hợp cùng vôi, thạch cao hoặc kiềm Cốt liệu có thể sử dụng tro bay NMNĐ, cát

Bê tông trên cơ sở chất kết dính tro than bùn - bê tông tro than bùn khí, bê tông tro than bùn bọt, chất kết dính sử dụng loại tro kiềm cao có hoạt tính không dưới 20%, cùng cốt liệu là cát thạch anh, đuôi phốt phát

Loại vôi thường được dùng để chế tạo bê tông khí chưng áp là vôi bột chưa tôi Vôi bột chưa tôi là sản phẩm nghiền mịn từ vôi cục Để sản xuất bê tông khí chưng

áp, yêu cầu nguyên liệu vôi không được hoạt hóa mạnh Vì vậy cần nung vôi ở một nhiệt độ tương đối cao Sẽ là ưu thế khi đá vôi có chứa một ít tạp chất và chúng có thể phối hợp với vôi và khống chế mức độ hoạt hóa của nó

Tuy nhiên trên thực tế không phải mọi nơi đều có các nguyên liệu đáp ứng theo yêu cầu kỹ thuật, do vậy cần có nghiên cứu phối hợp các vật liệu cùng chức năng thay thế hoặc tổ hợp của chúng Bằng thực nghiệm sẽ xác định được hàm lượng các nguyên liệu thành phần trong bài toán phối liệu

- Thạch cao, sử dụng thạch cao hai

nước (thiên nhiên hoặc nhân tạo FGD),

có thể sử dụng thạch cao nửa nước hoặc

anhydrite Hàm lượng CaSO4.2H2O (nếu

sử dụng anhydrite hàm lượng CaSO4)

phải > 90% Để làm giảm tốc độ của bột

vôi sống người ta cho thêm thạch cao

ngậm hai phân tử nước (đá thạch cao tự

nhiên); Nó phải có độ nghiền mịn, được

đặc trưng bởi lượng sót trên sàng N0 02

không quá 3% Cho phép dùng phụ gia

thạch cao cao ngậm 0,5 phân tử nước

cùng với kalicacbonát Thạch cao là loại

phụ gia không thể thiếu trong sản xuất bê

tông khí, chúng được cung cấp từ nhiều

nguồn khác nhau, nhập khẩu từ Lào,

Thái Lan, thạch cao nhân tạo trong nước (thạch cao FGD, thạch cao cao phụ phẩm

từ sản xuất muối); thạch cao hai nước hoặc thạch cao nửa nước Nhìn chung các thạch cao sử dụng cơ bản đáp ứng yêu cầu chất lượng cho sản xuất AAC; tuy nhiên khi sử dụng thạch cao nhân tạo trong nước cần chú ý đến độ ổn định chất lượng Các nhà máy cần phân tích đầy đủ các chỉ tiêu chất lượng của thạch cao

ρ bt ,kg/m3

400 600 800 1000 2

4 6 8 10 12 14 16 18

R bt ,MPa

Hình 2.1 Quan hệ của cường độ bê tông

tổ ong R b.t với độ đặc của nó ρbt

2.2 CỐT LIỆU

2.2.1 Khái niệm cốt liệu dùng trong sản xuất bê tông

Cốt liệu sử dụng trong bê tông chiếm đến 80% thể tích và có ảnh hưởng đến các tính chất của bê tông, đến độ bền lâu và giá thành của chúng Khi đưa cốt liệu vào

bê tông cho phép giảm lượng chi phí xi măng - là thành phần quý hiếm và giá thành cao Ngoài ra cốt liệu làm tăng các tính chất kỹ thuật của bê tông Một bộ khung cứng từ cốt liệu có cường độ cao sẽ làm tăng cường độ và môđun biến dạng của

bê tông, giảm sự biến dạng của cấu kiện dưới tải trọng, cũng như từ biến của bê tông (biến dạng không hoàn lại, xuất hiện dưới tác động lâu dài của tải trọng) Cốt liệu làm giảm độ co của bê tông, tạo điều kiện sản xuất được loại vật liệu bền lâu hơn Độ

co của đá xi măng khi chúng đóng rắn đạt 1-2 mm/m Do các biến dạng co không đồng đều, nên nội ứng suất và cả các vết nứt nhỏ sẽ xuất hiện Cốt liệu nhận các ứng suất co và làm giảm đi nhiều lần độ co của bê tông so với độ co của đá xi măng

Cốt liệu sử dụng trong sản xuất bê tông nhẹ - bê tông tổ ong chủ yếu là thành phần nguyên liệu chứa SiO2 Loại vật liệu đáp ứng yêu cầu về hàm lượng SiO2 có nhiều loại như cát thạch anh, tro xỉ nhà máy nhiệt điện v.v

Thành phần silic

Thành phần silíc trong bê tông tổ ong thường dùng là cát thạch anh và các loại tro

xỉ nghiền mịn Lượng dùng, loại và độ mịn của thành phần silíc có ảnh hưởng đáng

kể đến cường độ và các tính chất khác nhau của bê tông tổ ong nhất là đối với

bê tông dùng chất kết dính vôi - silic

Khi dùng cát thạch anh nghiền mịn thì lượng dùng tốt nhất là 30 ÷ 50% với chất kết dính là xi măng, 50 ÷ 65% với chất kết dính hỗn hợp 65 ÷ 80% với chất kết dính vôi - silic Thành phần chứa SiO2 không nhỏ hơn 90%, trong đó thạch anh không dưới 75%, mica không lớn hơn 0,5%, các tạp chất chứa khoáng sét không lớn hơn 3%, trong đó khoáng montmorilonhit không lớn hơn 1% Các phế thải làm giàu quặng chứa SiO2 không dưới 60%

Với bê tông tổ ong có khối lượng thể tích γo ≥ 1000 kg/m3 cho phép thay thế khoảng 50% cát nghiền mịn bằng cát tự nhiên chứa không dưới 50% lượng hạt lọt sàng 1,2 mm nếu sự thay thế này không làm phân tầng hỗn hợp bê tông và đảm bảo được yêu cầu về khối lượng thể tích và cường độ của bê tông

Độ nghiền mịn của cát cũng như các thành phần silíc khác ảnh hưởng đến cường

độ vách ngăn của lỗ rỗng dạng tổ ong và khả năng phản ứng giữa Ca(OH)2 và SiO2

vì vậy với cát thạch anh nghiền mịn cần đạt tới độ mịn 2000 ÷ 3500 cm2/g Tuy nhiên

để giảm độ co ngót và hạn chế nứt do ứng suất nhiệt, với các sản phẩm có độ dày hơn

30 cm và chiều dài lớn nên dùng cát có độ nghiền mịn thô hơn (1500 ÷ 2000 cm2/g)

Khi dùng các loại tro xỉ làm cấu tử silíc trong bê tông tổ ong cần xét đến các chỉ tiêu về hàm lượng SiO2, độ nghiền mịn và lượng than chưa cháy Tro bay NMNĐ cần có tỷ diện trên 4000 cm2/g nếu thu từ đốt than nâu, trên 5000 cm2/g nếu thu từ đốt than đá và có hàm lượng SiO2 trên 50%

Tro xỉ nhiệt điện có hàm lượng silíc dao động từ 40 ÷ 65 % có thể dùng chế tạo

bê tông tổ ong nhưng cần đạt đến độ nghiền mịn cao 3000 ÷ 4500 cm2/g và phải khống chế lượng than chưa cháy trong tro xỉ nhiệt điện càng thấp càng tốt, vì nhiều nghiên cứu cho rằng ngoài nhược điểm khí trơ và thành phần than chưa cháy có thể

là một trong những nguyên nhân gây ăn mòn cốt thép trong bê tông Nói chung hàm lượng than chưa cháy trong vật liệu tro xỉ dùng làm cấu tử silíc cho bê tông tổ ong cần phải hạn chế không vượt quá 10 ÷ 15 % Các loại xỉ, đặc biệt là loại xỉ thải lỏng,

có hàm lượng than chưa cháy thấp hơn nhiều và có chất lượng cao hơn so với các loại tro và hỗn hợp tro xỉ

Ngoài ra khi sử dụng các loại vật liệu tro xỉ axit (hàm lượng CaO + MgO thấp hơn 5 ÷ 10 %) thường làm cho chất kết dính đông kết chậm ở thời kỳ đầu, vì vậy đối với các loại bê tông tổ ong không gia công nhiệt trong autoclave cần khắc phục hiện tượng trên bằng cách sử dụng các loại phụ gia rắn nhanh

Tro bay có độ mịn lớn do đó được sử dụng như một loại cốt liệu mịn thay thế cho silíc nghiền mịn trong sản xuất bê tông khí

- Các hạt tro có dạng hình cầu có tác dụng giảm ma sát khô do hiệu ứng ổ bi Mặt khác tro bay mịn hơn xi măng do đó nó có tác dụng phân tán các hạt xi măng giúp cho xi măng thủy hóa tốt hơn

- Tổng hàm lượng các oxít SiO2, Al2O3 và Fe2O3 trong tro bay khoảng 90% (đáp ứng yêu cầu phụ gia khoáng sử dụng trong bê tông theo ASTM C618) Các oxít này còn có hoạt tính puzơlaníc có thể phản ứng với Ca(OH)2 tạo ra các sản phẩm tương đương sản phẩm thủy hóa xi măng làm tăng cường độ Phản ứng này xảy ra ở nhiệt độ thường

- Do khối lượng riêng của tro nhỏ hơn nhiều so với cát nghiền do đó cho phép giảm khối lượng thể tích của bê tông tổ ong, hoặc tăng cường độ khi có cùng khối lượng thể tích

- Việc sử dụng tro bay giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường

Đối với các phế thải khai khoáng, tuyển quặng hàm lượng SiO2 nhỏhơn vẫn có thể sử dụng, nếu phần còn lại chủ yếu là các ôxit kim loại, có thể tham gia phản ứng tạo pha liên kết Hàm lượng tạp chất sét không lớn hơn 3% (đối với dạng khoáng caolinit) và không lớn hơn 1% (đối với dạng khoáng montmorilonit)

- Tro bay các nhà máy nhiệt điện đốt than, để sản xuất AAC, tro phải có hàm lượng pha thủy tinh tối thiểu 50%; hàm lượng SiO2 tối thiểu 45%, Al2O3 khoảng (10 - 30)%, MKN ≤ 6%, độ mịn 4000 – 5000 cm²/g

- Các nguyên liệu khác chứa SiO2 ≥ 60 % với chất lượng đáp ứng yêu cầu (phế thải tuyển quặng, phế thải khai thác khoáng sản, )

Đối với nước ta, hiện nay hàng năm theo số liệu do 23 nhà máy NĐT đang vận hành, lượng than tiêu thụ khoảng 41 triệu tấn/năm; lượng tro, xỉ phát sinh thực tế hàng năm khoảng 12,2 triệu tấn, lượng tro xỉ tồn trữ tại các bãi chứa của 23 nhà máy NĐT khoảng 25,2 triệu tấn (Hội thảo “Quản lý, vận chuyển, xử lý và tiêu thụ tro,

xỉ của các nhà máy nhiệt điện một cách bền vững và thân thiện với môi trường, Quảng Ninh 20/4/2018)

Lượng phát thải này tập trung chủ yếu tại tại khu vực miền Bắc (chiếm khoảng 60% tổng lượng thải) Trong năm 2017 lượng tro, xỷ tiêu thụ đạt gần 4 triệu tấn, chiếm khoảng 30% lượng phát sinh Như vậy đây là nguồn nguyên liệu chứa SiO2tiềm năng có thể sử dụng để chế tạo bê tông khí và bê tông bọt

Trong bê tông silicát cốt liệu ngoài vai trò thông dụng của mình còn đóng vai trò quan trọng đặc biệt, bởi vì các hạt của chúng từ bề mặt tham gia tác dụng với chất kết dính và các tính chất của bê tông được chế tạo ra sẽ phụ thuộc vào thành phần khoáng và diện tích bề mặt riêng của chúng

Giá trị của cốt liệu chiếm 30 - 50% (có lúc lớn hơn) so với giá thành của các kết cấu bê tông và bê tông cốt thép, vì vậy sử dụng các cốt liệu tại chỗ, rẻ và dễ kiếm trong nhiều trường hợp cho phép giảm giá thành công trình xây dựng, giảm khối lượng vật liệu cần vận chuyển, giảm thời hạn xây dựng công trình

Chọn đúng cốt liệu cho bê tông, sử dụng hợp lý chúng là một trong những nhiệm

vụ quan trọng của công nghệ bê tông Trong bê tông sử dụng cốt liệu lớn và nhỏ Cốt liệu lớn (lớn hơn 5mm) được phân loại ra đá dăm và sỏi Cốt liệu bé trong

bê tông là cát tự nhiên hoặc nhân tạo

Đối với cốt liệu dùng cho bê tông đòi hỏi các yêu cầu, có tính đến các đặc điểm ảnh hưởng của cốt liệu đến các tính chất của bê tông Cốt liệu là tập hợp các hạt riêng biệt, nghĩa là vật liệu hạt, đối với chúng cùng tồn tại một số các quy luật chung Thành phần hạt, cường độ và độ sạch của cốt liệu có ảnh hưởng rất đáng kể đến các tính chất của bê tông

Thành phần hạt cho ta thấy hàm lượng trong cốt liệu của các hạt có độ lớn khác

nhau Chỉ tiêu này được xác định bằng cách sàng mẫu cốt liệu qua bộ sàng tiêu chuẩn với các mắt sàng từ 0,14 đến 70mm và lớn hơn Phân biệt ra cốt liệu chưa gia công, chứa các hạt có kích thước khác nhau và cốt liệu đã sàng tuyển, khi các hạt cốt liệu được phân ra các cỡ hạt riêng biệt, gồm các hạt có kích thước ở miền gần lân cận, thí dụ 5 10mm hoặc 10 40mm Cốt liệu được đặc trưng bằng độ lớn nhất và

bé nhất Khái niệm này được hiểu là kích thước của các hạt cốt liệu lớn nhất và bé nhất Trong cốt liệu có thể gặp các hạt riêng biệt lớn hơn hoặc bé hơn kích thước

giới hạn, tuy nhiên hàm lượng của chúng cần nhỏ hơn 5% Thành phần hạt gọi là liên tục, nếu như trong đó gặp các hạt của tất cả các kích thước - từ nhỏ nhất đến lớn nhất Nếu như trong cốt liệu thiếu các hạt của một kích thước trung gian nào đó, thì thành phần hạt này gọi là gián đoạn

Tồn tại nhiều giả thiết về chọn thành phần hạt tối ưu của cốt liệu Đa số các nhà nghiên cứu cho rằng hiệu quả hơn là thành phần hạt liên tục của cốt liệu bởi vì mặc

dù hỗn hợp với thành phần gián đoạn khi loại bỏ các cỡ hạt kích thước trung bình và đảm bảo hỗn hợp có độ rỗng bé hơn, tuy nhiên trong chúng độ lưu động của các hạt nhỏ chiếm chỗ giữa các hạt lớn còn hạn chế và để nhận được độ lưu động nhất định của hỗn hợp bê tông bề dày lớp bao bọc các hạt hồ xi măng cần phải dày hơn so với trong hỗn hợp có thành phần hạt liên tục, khi đó điều này chỉ xảy ra với điều kiện, khi thể tích của các cỡ hạt nhỏ tăng, kéo theo sự gia tăng bề mặt riêng của cốt liệu Kết quả là tăng chi phí xi măng để bao bọc đầy các hạt và giảm khả năng tiết kiệm

xi măng do giảm độ rỗng của cốt liệu Ngoài ra, hỗn hợp với thành phần hạt gián đoạn

có thiên hướng phân lớp, điều này có ảnh hưởng xấu đến độ đồng nhất của bê tông

Để chọn thành phần hạt liên tục của cốt liệu, nhiều nhà nghiên cứu đã đưa ra các đường cong lý tưởng sàng khác nhau Do không thể nhận được hỗn hợp đồng thời

có thể tích lỗ rỗng nhỏ nhất và có diện tích bề mặt riêng của các hạt nhỏ nhất (cực tiểu hoá chỉ thực hiện được theo một thông số), đường cong lý tưởng cần chọn từ điều kiện để số lượng lỗ rỗng trong hỗn hợp và tổng bề mặt các hạt yêu cầu có chi phí xi măng nhỏ nhất và như vậy mới nhận được hỗn hợp bê tông có độ lưu động nhất định và cường độ của loại bê tông đặc này Khi chọn tỷ lệ các hạt có các kích thước khác nhau theo đường cong lý tưởng chọn các hỗn hợp có độ lưu động lớn hơn với cùng một chi phí xi măng, ít bị phân lớp hơn

Thí dụ các đường cong lý tưởng như vậy có thể nhận đường cong sàng do Phunler và Bôlômây đề xuất, phương trình của chúng có dạng:

Khd = 8…14, x- kích thước hạt của cỡ hạt cho trước;

Dgh- độ lớn giới hạn của cốt liệu

Trong thực tế để chọn được thành phần cốt liệu chính xác theo đường cong lý tưởng đòi hỏi bố trí thêm các công đoạn bổ sung như sàng cát và đá dăm Một phần của vật liệu của các cỡ hạt riêng có thể thừa, còn để nhận được các cỡ hạt khác thông thường cần đập, nghiền bổ sung Vì vậy trên thực tế phương pháp tương tự chỉ

được sử dụng phổ biến khi tại đó sử dụng cốt liệu theo thành phần hạt đã tuyển chọn, nơi đó có công nghệ và thiết bị của tổ hợp nghiền sàng

Trên các công trường xây dựng hoặc tại các nhà máy bê tông cốt thép đúc sẵn thành phần hạt của cốt liệu được chọn khi sử dụng cát và đá thực tế và cần thiết lập

tỷ lệ giữa chúng để sao cho đường cong thành phần hạt có thể tiến tới gần với đường cong lý tưởng, tuy nhiên cũng phải chấp nhận một số sai lệch Thành phần hạt của cốt liệu trong trường hợp này xấu hơn nhưng được bù trừ bằng lượng xi măng gia tăng không đáng kể, hoặc sử dụng phương pháp lèn chặt có hiệu quả hỗn hợp

bê tông, trong đó cần lưu ý lựa chọn công nghệ đơn giản nhằm giảm giá thành của bê tông

bê tông cường độ cao với chi phí xi măng tăng và trong các hỗn hợp bê tông cứng phần cát hoặc các cỡ hạt nhỏ của cốt liệu trong thể tích hỗn hợp cần giảm một ít, phụ thuộc vào các tính chất cụ thể của cốt liệu và của thành phần bê tông

Độ rỗng của cốt liệu có liên quan trực tiếp với thành phần hạt, chúng được xác định bằng khả năng lèn chặt Hình dạng hạt của cốt liệu có ảnh hưởng đến độ rỗng của chúng Độ rỗng của cốt liệu là đặc trưng quan trọng, bởi vì trong một mức độ nhất định chúng quyết định chi phí xi măng (độ rỗng càng lớn, càng đòi hỏi chi phí

xi măng nhiều để lấp đầy chúng) và các thành phần khác của bê tông

Theo lý thuyết thể tích lỗ rỗng trong cốt liệu không phụ thuộc vào độ lớn các hạt

của chúng Chúng ta thấy rằng tất cả các hạt của cốt liệu có cùng kích thước và bố

trí trong khối lập phương của một đơn vị thể tích hoặc theo hàng, hoặc ở dạng bàn

cờ (Hình 2.2) Trong trường hợp đầu tiên số khối cầu sắp xếp vào được trên một

cạnh của khối lập phương, là n = 1/d, số lượng khối cầu trong cả thể tích khối lập

phương N= n3 = 1/d3, còn thể tích của tất cả khối cầu là Vkc = Nπd3/6 = π/6

Như vậy, thể tích các lỗ rỗng không phụ thuộc vào đường kính của khối cầu và bằng

Vr = 1- π/6 = 1- 3,14/6 = 0,476 Ở cách bố trí bàn cờ các khối hình cầu (sẽ chặt hơn)

n1 = 1/h = 2/(d 3); N1 = n.n21 = 3

2

d

43

d

2d

Hình dạng hạt có ảnh hưởng đến thể tích rỗng của cốt liệu (Bảng 2.11)

Bảng 2.11 Độ rỗng (%) của vật liệu hạt phụ thuộc vào hình dạng của hạt

Khối xếp Hình dạng hạt

Khối tám mặt 12,2 83,9 48,05

Trong thực tế khối xếp đặc lớn nhất và bé nhất có xác suất ít và thực tế có một

cách xếp trung gian vì vậy độ rỗng trung bình xác định bằng mức độ lèn chặt Khi

tăng số góc cạnh của hạt xác suất giá trị độ rỗng tăng Đặc biệt độ rỗng sẽ tăng khi

sử dụng các hạt hình dạng dài (hình kim, thoi dẹt)

Nếu cốt liệu là hỗn hợp các hạt có hình dạng khác nhau, thì khi tăng các hạt đá

mặt nhẵn độ rỗng của chúng giảm Khi quy chung các hạt có các độ lớn khác nhau

thành các hạt nhỏ hơn, chúng sẽ nằm trong độ rỗng giữa các hạt lớn hơn và độ rỗng

của cốt liệu giảm

Nếu có các hạt của hai cỡ hạt, khác nhau đáng kể về kích thước, thì sự biến đổi

độ rỗng của hỗn hợp khi trộn chúng tương ứng với Hình 2.4

Nhận ký hiệu: Vr- thể tích rỗng; Vhcl- thể tích tuyệt đối của hạt cốt liệu;

V = Vr + Vhcl - thể tích toàn phần của hỗn hợp; Rtgđ = Vr/V độ rỗng đo bằng đơn vị

tương đối;

Rtđ = Vr/Vhcl độ rỗng so với thể tích tuyệt đối của cốt liệu Khi lấp độ rỗng của cốt

liệu lớn bằng các hạt của cỡ hạt bé độ rỗng sẽ giảm:

Vr1 = Rtđ.l.Vhcl.l - Vhcl.n = Rtgđ.lV - Vhcl.n (2.2)

Ở đây:

Rtđ.l - độ rỗng tương đối của cốt liệu lớn;

Vhcl.l - thể tích tuyệt đối của hạt cốt liệu lớn;

Vhcl.n - thể tích tuyệt đối của hạt cốt liệu nhỏ

Khi cho thêm các hạt lớn vào cỡ hạt bé do thay đổi một phần thể tích bằng các hạt

lớn, không có lỗ rỗng, độ rỗng của cốt liệu cũng sẽ giảm:

Công thức (2.2) sử dụng ở điều kiện Vn < Rtđ.lVhcl.l nghĩa là khi đó thể tích của cỡ

hạt nhỏ chưa vượt thể tích của lỗ rỗng cỡ hạt lớn Công thức (2.3) đúng với điều

kiện Vn > Rtđ.l Vhcl.l nghĩa là ở trong trường hợp này lượng cát dư so với thể tích

lỗ rỗng cỡ hạt lớn Thể tích lỗ rỗng nhỏ nhất theo lý thuyết có thể xác định theo

công thức:

Trong thực tế thể tích của các lỗ rỗng bé nhất Vrmin thường lớn hơn một ít bởi vì

trong mọi trường hợp không thể đạt được sự phân bố các hạt cốt liệu lý tưởng

Nếu như các hạt của các cỡ hạt trộn lẫn không có sự khác biệt lớn về kích thước thì

kích thước của các hạt nhỏ sẽ lớn hơn so với kích thước lỗ rỗng giữa các hạt lớn, và

các hạt nhỏ, khi chúng không giảm trong các lỗ rỗng sẽ chuyển dịch các cốt liệu lớn

Kết quả là lỗ rỗng của cả hệ có thể không những không giảm mà còn tăng Để nhận được hỗn hợp đặc chắc nhất của hai cỡ hạt cần thiết để kích thước hạt của một cỡ hạt nhỏ hơn tới 6,5 lần kích thước hạt của cỡ hạt khác (trộn cốt liệu lớn với cát) Tuy nhiên cốt liệu có thành phần hạt liên tục được phổ biến rộng rãi hơn, mặc dầu chúng có độ rỗng tăng một ít, nhưng ít phân tầng hơn và gặp thường xuyên trong thực tế hơn

Độ rỗng của cốt liệu dao động trong khoảng từ 20 - 50% Trong bê tông cần thiết

sử dụng cốt liệu chứa một vài cỡ hạt và có độ rỗng nhỏ nhất

Tỷ lệ giữa cát và đá dăm (sỏi), với tỷ lệ này nhận được độ rỗng nhỏ nhất, có thể

sơ bộ xác định, cho rằng cát hoàn toàn lấp đầy các chỗ trống giữa các hạt của cốt liệu lớn có tính đến sự xê dịch các hạt cát, khi đó:

C/ρc = Rtgđ.đ(Đ/ρđ)kd

Ở đây:

C, Đ - chi phí cát và đá;

ρc, ρđ - tương ứng là khối lượng riêng của cát và đá;

Rtgđ.đ - độ rỗng tương đối của đá;

kd - hệ số dư vữa (hệ số xê dịch các hạt cát)

Độ rỗng của cát hoặc đá dăm dễ dàng xác định được khi biết tỷ trọng biểu kiến của vật liệu ρ đối với đá dăm rỗng hoặc sỏi, tỷ trọng biểu kiến ở dạng cục ρđc và dạng đổ vồn rời ρ':

′ρMặt khác hỗn hợp với độ rỗng bé nhất không phải lúc nào cũng tối ưu trong

bê tông, bởi vì khi chọn tỷ lệ giữa cát và đá dăm đúng cần lưu ý chi phí xi măng và nước Khi chi phí xi măng lớn, xi măng không những dùng để lấp đầy các lỗ rỗng trong cát, mà còn dùng một thể tích phụ để bù cho lượng giảm cát, nhằm tăng độ lưu động của hỗn hợp bê tông

Ở các tính toán công nghệ có lúc cần xác định không những độ rỗng của đá, mà còn độ rỗng chung Rch của vật liệu, khi thể tích của lỗ rỗng giữa các hạt được cộng chung với thể tích lỗ rỗng trong đá dăm hoặc sỏi

Độ rỗng của hạt cốt liệu tìm được từ biểu thức

Đặc tính rất quan trọng của cốt liệu, liên quan tới thành phần hạt của chúng và

quyết định ảnh hưởng của nó đến các tính chất của bê tông và hỗn hợp bê tông là

bề mặt riêng của các hạt cốt liệu

Áp dụng tính cho phương án bố trí theo hàng của các khối cầu (xem Hình 2.2) tổng

bề mặt của các hạt nằm trong một đơn vị thể tích là: S = Nπd2 = (1/d3)πd2 = π/d

Từ đây suy ra rằng diện tích bề mặt của các hạt tỷ lệ nghịch với đường kính của

hạt Khi tăng kích thước hạt, diện tích bề mặt của chúng tăng Bề mặt riêng sẽ tăng

một ít khi có các hạt dẹt có nhiều góc Ở Bảng 2.12 nêu các số liệu về sự thay đổi bề

mặt riêng tính toán của các hạt (hình khối cầu) khi giảm kích thước của chúng

Bề mặt riêng tăng đáng kể khi kích thước hạt nhỏ hơn 1 mm

Bề mặt riêng của cốt liệu có thể được xác định sơ bộ theo công thức của Lađinski

1000 (a + 2b + 4c + 8d + 16e + 32f) (2.7)

Ở đây:

Rhd - hệ số tính đến hình dạng của hạt và các đặc điểm khác của cốt liệu; theo

số liệu của V.M.Moskvin, Rhd = 1,5…2,5;

a, b, c, d, e, f - tương ứng là lượng sót riêng trên sàng với kích thước lỗ sàng

2,5; 1,25; 0,63; 0,315; 0,14 mm

Khi xác định bề mặt riêng của đá dăm lượng sót riêng được phân chia ra các hệ số

theo mức độ tăng kích thước hạt: lượng sót riêng trên sàng 5 mm - là hệ số 2, trên

các sàng 10, 20, 40 mm - tương ứng hệ số 4, 8, 16

Bảng 2.12 Bề mặt riêng tính toán của các cỡ hạt riêng của cốt liệu

Bề mặt riêng của cát tự nhiên hạt trung bình dao động trong khoảng từ 50 - 100 cm2/g

Để chế tạo bê tông toàn khối cần thiết để hồ xi măng không những lấp đầy các lỗ rỗng giữa các hạt cát mà còn dịch chuyển các hạt cát với mục đích tạo ra giữa chúng một lớp xi măng Chi phí xi măng để có được lớp màng như vậy phụ thuộc vào bề mặt riêng của cốt liệu, khi kích thước hạt giảm chi phí xi măng tăng

Kết quả là khi tăng bề mặt riêng của cốt liệu sẽ tăng độ nhớt kỹ thuật của hỗn hợp

bê tông, hoặc để đạt được độ cứng nhất định hoặc độ lưu động của hỗn hợp bê tông bắt buộc tăng lượng nước và tương ứng là tăng chi phí xi măng để nhận được

bê tông có cường độ cho trước

Khi pha thêm vào cốt liệu lớn các cỡ hạt bé làm giảm độ rỗng của chúng, nhưng đồng thời tăng bề mặt riêng, vì vậy sự ảnh hưởng cuối cùng của cốt liệu đến bê tông tốt nhất xác định trực tiếp bằng thí nghiệm cốt liệu trong bê tông

Độ bền của cốt liệu được xác định không những bằng cường độ của đá gốc, từ đá

đó cốt liệu được tạo ra, mà còn bằng độ lớn của hạt Khi bào mòn thiên nhiên hoặc đập đá gốc sự phá vỡ xảy ra theo vị trí yếu nhất của cấu trúc và khi giảm kích thước hạt độ bền của chúng tăng Cát tự nhiên có độ bền khi nén và kéo, theo quy luật khá cao, so với độ bền của vữa hoặc đá xi măng Cường độ của cốt liệu lớn từ đá gốc chắc bền (granhit, điabaz v.v ) cao hơn cường độ của vữa Cường độ của cốt liệu rỗng có thể bằng hoặc thấp hơn cường độ của vữa Sự phụ thuộc cường độ của

bê tông Rbt vào cường độ của vữa Rv được nêu trên Hình 2.5

Cường độ của bê tông dùng đá granit

cao hơn cường độ của vữa một ít

Rv > Rbt Khi sử dụng cốt liệu lớn có độ

bền kém hơn cường độ của bê tông khi

cường độ của vữa tăng đến một giá trị

nhất định thì cường độ của bê tông tăng

và khi tiếp tục tăng cường độ của vữa

cường độ của bê tông không tiếp tục tăng

Giới hạn cường độ của bê tông đạt được

càng thấp, khi độ bền của cốt liệu lớn

càng bé, trong đó giá trị của cường độ

bê tông phụ thuộc vào hàm lượng cốt

liệu, từ từ tăng khi giảm hàm lượng của

cốt liệu Ảnh hưởng của cốt liệu lớn đến

cường độ của bê tông cần lưu ý khi thiết kế cấp phối của bê tông nhẹ cốt liệu rỗng Trong trường hợp này để nhận được tỷ trọng phù hợp cần đưa vào bê tông loại cốt liệu rỗng Cần lưu ý rằng miền cao hơn đường ON (Hình 2.5) là vùng có chi phí

xi măng tương đối kinh tế cho các cấp phối cần sử dụng trong sản xuất

Mức độ sạch của cốt liệu cũng có ảnh hưởng lớn đến cường độ của bê tông Thành phần bụi và đặc biệt là tạp chất sét tạo ra trên bề mặt hạt cốt liệu lớp màng cản trở liên kết chúng với đá xi măng Kết quả là cường độ của bê tông giảm đáng kể (có khi đến

30 - 40%) Không cho phép để tăng lượng dùng xi măng để hiệu chỉnh ảnh hưởng có hại của cốt liệu bẩn, không có chất lượng đến các tính chất của bê tông

Cát thiên nhiên được sử dụng để sản xuất bê tông thường, chúng là hỗn hợp hạt

được tạo thành do kết quả phong hóa khoáng vật của các tinh thể khác nhau cấu thành thành phần của đá phun trào, khi thiếu cát thiên nhiên cần sử dụng cát nhân tạo, chúng được chế tạo bằng cách đập từ các đá gốc cứng

Độ lớn của hạt cát được xác định bằng cách sàng cát qua bộ sàng tiêu chuẩn với các kích thước mắt sàng 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315; 0,14 Không cho phép có các hạt

có kích thước lớn hơn 10 mm, hạt kích thước 5 - 10 mm không được lớn hơn 5% (theo khối lượng) Mẫu trung bình của cát khô có khối lượng 1 kg được sàng bắt đầu

từ sàng lớn nhất Lượng sót trên mỗi sàng (%), được gọi là riêng đặc trưng cho sự phân bố các hạt cát theo mức độ độ lớn, nghĩa là thành phần hạt của cát Cộng các lượng sót trên sàng đang tính với tổng các lượng sót trên các sàng trước đó được tổng lượng sót tích luỹ (%) trên các sàng kể từ sàng lớn nhất đến sàng cần xác định

Để biểu diễn quy ước độ lớn của cát sử dụng (ký hiệu Ai) trên các lưới sàng của bộ sàng tiêu chuẩn, chia cho 100:

Để xác định thành phần hạt, trước tiên người ta tính lượng sót riêng biệt ai - tỷ số %

lượng sót trên từng sàng mi so với toàn bộ lượng cát đem thí nghiệm m:

i i

1,25

0,63 0,315 0,014

Hình 2.6 Thành phần hạt của cát:

A - lượng sót tích luỹ; D - kích thước lỗ sàng kiểm tra

Bảng 2.13 Các đặc trưng của cát theo độ lớn theo TCVN 1770-1986

Mức độ nhóm cát Các chỉ tiêu

Kết quả sàng cát có thể được biểu diễn bằng đồ thị Trên Hình 2.6 ở vùng có các

đường gạch chéo là miền giới hạn cấp phối hạt cho phép của cát trong bê tông Khi

đánh giá thành phần hạt của cát chỉ xem xét các hạt, lọt qua sàng 5 mm Đường cong

sàng cát thu được theo kết quả phân tích cát trên sàng cần nằm trong vùng gạch chéo

Môđun độ lớn của cát - Mn cho phép đánh giá ảnh hưởng của cốt liệu đến các tính

chất của hỗn hợp bê tông và bê tông chỉ gần đúng Hỗn hợp có các thành phần hạt

khác nhau có thể có cùng môđun độ lớn, nhưng lại có bề mặt riêng và độ rỗng khác

D, mm

nhau và do vậy chúng có ảnh hưởng khác nhau đến độ lưu động và các tính chất khác của hỗn hợp bê tông và bê tông Theo độ lớn cát được chia ra loại cát to, cát vừa, cát nhỏ và cát rất nhỏ (Bảng 2.13)

Thành phần hạt theo nhóm của cát theo TCVN 1770-1986 được biểu diễn trên Hình 2.7

Hình 2.7 Thành phần hạt của cát

1- cát vừa; 2- cát nhỏ; 3- cát rất nhỏ

Nếu cát to, thì chưa có nghĩa là nó hoàn

toàn phù hợp cho bê tông Cát to có thể có độ

rỗng lớn, cần phải lấp đầy chúng bằng hồ

xi măng, vì vậy sẽ tăng giá thành của bê tông

Để đặc trưng đầy đủ hơn về cát dùng đại

lượng độ rỗng Cát được sàng trên các lưới

sàng của hai số gần nhau, nghĩa là gồm các

hạt hầu như cùng độ lớn, có độ rỗng lớn

(40 - 47%) Khi phối hợp tốt nhất các thành

phần hạt to, vừa, nhỏ và rất nhỏ của cát độ

rỗng có thể giảm xuống còn 30% Đối với

cát đạt yêu cầu chất lượng có độ rỗng không

quá 38% Đối với bê tông tốt nhất dùng cát

to, ở trong chúng chứa một lượng vừa đủ hạt

nhỏ và vừa Với sự phối hợp như vậy của các

cỡ hạt thể tích rỗng sẽ nhỏ, còn diện tích bề mặt hạt sẽ lớn nhất Thành phần tối ưu này của cát tương ứng với vùng gạch chéo trên Hình 2.7

Tỷ trọng của cát phụ thuộc vào khối lượng biểu kiến, độ rỗng và độ ẩm của chúng được xác định ở trạng thái khô xốp Cát dùng cho bê tông trong các kết cấu chịu

Hình 2.8 Sự phụ thuộc độ tăng thể tích

của cát ΔV vào độ ẩm của chúng W

1- cát to; 2- cát mịn