Bài giảng Vật liệu Xây dựng - Chương II: Cốt liệu - TS. Nguyễn Quang Phú

Nội dung text: Bài giảng Vật liệu Xây dựng - Chương II: Cốt liệu - TS. Nguyễn Quang Phú

1. Chương II. Cốt liệu I. KHÁI NIỆM - Khái niệm cốt liệu: cát, sỏi, đá dăm, xỉ quặng, xỉ than, gạch vỡ - Lĩnh vực XD nào sử dụng nhiều cốt liệu? (XD dân dụng; Thủy lợi; Giao thông) - Cốt liệu dùng trong các công việc nào? - Theo ASTM C125 Cốt liệu thô: D>4,76 mm (sàng No.4): Sỏi, đá dăm Cốt liệu mịn: 74 mm<D<4,76 mm (No.200<D<No.4): Cát - Hiện nay, ở một số nước không phân biệt cốt liệu lớn và cốt liệu nhỏ mà gọi chung là cốt liệu. - VN sử dụng TCVN 7570-2006: cốt liệu cho bê tông và vữa - yêu cầu kỹ thuật TCVN7572-2006: cốt liệu cho bê tông và vữa - phương pháp thử
2. Mái hạ lưu đập và nhà máy tthủy điện sau đập Khớp nối đồng chữ E và Omega giữa hai tấm bản mặt phía dưới bản chân
3. Kích thước hạt theo tiêu chuẩn một số nước (mm)
4. Kích thước bộ sàng chuẩn (TC Mỹ - ASTM E11) Ký hiệu sàng Mắt sàng danh nghĩa (in.) 75 mm 3 in. 3,0 37,5 mm 1.5 in. 1,5 19 mm 0.75 in. 0,75 12,5 mm 0.5 in. 0,5 6,3 mm 0.25 in. 0,25 4,76 mm No. 4 0,187 2,36 mm No. 8 0,0937 1,18 mm No. 16 0,0469 0,6 mm No. 30 0,0234 0,3 mm No. 50 0,0117 0,15 mm No. 100 0,0059 0,074 mm No. 200 0,0029
5. II. PHƯƠNG PHÁP KHAI THÁC VÀ SẢN XUẤT KHAI THÁC DƯỚI NƯỚC: Đáy sông, đáy hồ - Cách 1: Nạo vét bằng máy đào lên xà lan, vận chuyển về bờ, rồi vận chuyển xuống thành bãi vật liệu. - Cách 2: Bơm và chuyển qua ống đến xà lan hoặc trực tiếp vào bờ. + Vật liệu không thích hợp có thể phải bóc bỏ + Vùng khai thác nói chung được quản lý bởi qui định của Chính phủ nhằm ngăn chặn những tác động đến dòng chảy tự nhiên và bảo tồn khả năng lưu thông thủy. + Nhiều khi những con kênh hay hải cảng có yêu cầu phải được khơi sâu cho tàu bè đi lại thì nguồn cốt liệu được nạo vét từ đáy có thể là nguồn rất có giá trị.
6. • KHAI THÁC DƯỚI NƯỚC
7. II. PHƯƠNG PHÁP KHAI THÁC VÀ SẢN XUẤT • KHAI THÁC TRÊN KHÔ – Khai thác từ các bãi, hố, mỏ tự nhiên bằng máy bốc xếp kiểu gàu, xích kéo hay máy cào. Đất và cây cỏ phải được bóc bỏ bằng máy ủi hoặc máy cào. – Nếu sản xuất đá nghiền phải tiến hành nổ mìn, nghiền nhỏ rồi sàng lọc thành các cỡ theo như mong muốn.
8. II. PHƯƠNG PHÁP KHAI THÁC VÀ SẢN XUẤT Nổ mìn phá đá gốc Máy khoan sử dụng ở mỏ khai thác đá dùng để khoan lỗ cho việc nổ mìn phá đá gốc, sản xuất cốt liệu
9. II. PHƯƠNG PHÁP KHAI THÁC VÀ SẢN XUẤT Sản xuất cốt liệu yêu cầu máy nghiền đá, máy sàng và băng tải để nghiền nhỏ, phân cỡ, và vận chuyển vật liệu
10. II. PHƯƠNG PHÁP KHAI THÁC VÀ SẢN XUẤT
11. III. CÁC ĐẶC TÍNH CỦA CỐT LIỆU • Trọng lượng • Khả năng chống lại sự thay đổi thời tiết, đặc biệt là sự đóng và tan băng của các hạt (Tính chất biểu thị khả năng chống lại tác động phong hóa: tính bền). • Cường độ kháng nén của toàn khối (cốt liệu được sử dụng với vai trò làm phần nền đỡ cho trọng lượng của công trình). • Khả năng chống lại tác động nứt, vỡ hay kéo đứt của các hạt rời. • Lực bám dính hay khả năng gắn kết với chất kết dính. • Khả năng chống thấm của toàn khối hay khả năng cho nước thấm qua mà không làm suy giảm cường độ hoặc dịch chuyển các hạt. • Khả năng chống lại sự hao mòn gây ra bởi ma sát và mài mòn các hạt
12. IV. CÁC BIỆN PHÁP TĂNG CƯỜNG ĐỘ CHO CỐT LIỆU • Để cải thiện cường độ cốt liệu phải tăng được khả năng kháng cắt và tăng độ chặt của cốt liệu: 1→ Cấp phối cốt liệu
13. IV. CÁC BIỆN PHÁP TĂNG CƯỜNG ĐỘ CHO CỐT LIỆU Dùng cốt liệu có cấp phối tốt để tăng độ chặt cho cốt liệu
14. IV. CÁC BIỆN PHÁP TĂNG CƯỜNG ĐỘ CHO CỐT LIỆU 2→ Đầm chặt Tác động lu rung làm chặt cốt liệu
15. IV. CÁC BIỆN PHÁP TĂNG CƯỜNG ĐỘ CHO CỐT LIỆU 3 → Kích thước lớn nhất của cốt liệu 4 → Hình dạng và bề mặt hạt của cốt liệu (Các hạt có dạng nhiều mặt vỡ, tăng lực ma sát giữa các hạt với nhau)
16. IV. CÁC BIỆN PHÁP TĂNG CƯỜNG ĐỘ CHO CỐT LIỆU • Một số chất pha trộn thêm với cốt liệu: sét, muối, vôi, xi măng pooclăng, bitum. - Sét: Cường độ tạo ra bởi sự dính kết được tăng cường thêm vào cường độ kháng cắt của cốt liệu. Đất sét trong trường hợp này đóng vai trò như dạng xi măng hay hồ dính. - Muối CaCl2 hay NaCl: Lớp màng muối bao quanh làm tăng thêm sức căng bề mặt so với trường hợp các hạt cốt liệu ở độ ẩm thông thường và do đó nó làm tăng thêm tính dính giữa các hạt. Tính dính tăng lên, tỷ trọng tăng lên chính là yếu tố làm cho cường độ tăng lên
17. IV. CÁC BIỆN PHÁP TĂNG CƯỜNG ĐỘ CHO CỐT LIỆU - Vôi: (trộn 2-4% CLiệu): - Nó phản ứng với sét làm cho các hạt kết hợp lại với nhau tạo thành những hạt lớn hơn, cho sản phẩm có cấp phối tốt hơn đối với cốt liệu có chứa quá nhiều sét. - Vôi cũng có thể làm cứng hóa một khối bằng cách phản ứng với silic và nhôm trong sét và cốt liệu (SP: CaO.SiO2 và CaO.Al2O3). - Xi măng: Xi măng pooclăng hay nhựa bitum có thể được dùng để trộn vào lớp đệm cốt liệu làm tăng thêm cường độ của nó - Sản xuất bê tông: Bê tông là dạng cốt liệu được gia cường bằng hồ xi măng pooclăng hoặc nhựa bitum
18. V. CÁC ỨNG DỤNG CỦA CỐT LIỆU • CỐT LIỆU DÙNG LÀM LỚP ĐỆM CHO ĐƯỜNG
19. V. CÁC ỨNG DỤNG CỦA CỐT LIỆU • CỐT LIỆU DÙNG LÀM VẬT LIỆU THẤM VÀ LỌC • Khả năng thấm qua một tầng lọc bằng cát có thể được xác định gần đúng bằng công thức của Hazen. Hệ số thấm được ký hiệu là k (cm/s). 2 k  (D10) • Trong đó: k- Hệ số thấm (cm/s) D10- Kích thước hiệu quả xác định dựa vào đường cong cấp phối (mm) Các hạt cốt liệu trong tầng lọc được giữ ổn định theo chiều dòng nước
20. V. CÁC ỨNG DỤNG CỦA CỐT LIỆU • CỐT LIỆU DÙNG LÀM VẬT LIỆU LÁT NỀN. • CỐT LIỆU DÙNG ĐỂ SẢN XUẤT BÊ TÔNG, VỮA XÂY DỰNG. • CỐT LIỆU DÙNG LÀM VẬT LIỆU ĐẮP ĐẬP, ĐẮP ĐÊ KÈ, VẬT LIỆU XÂY, VẬT LIỆU TRANG TRÍ .
21. VI. Cốt liệu cho bê tông và vữa 1. Các tiêu chuẩn: • Cốt liệu cho bê tông và vữa phải thoả mãn những điều qui định trong TCVN 7570-2006 và TCVN 7572 (1-20)-2006. (Ngoài ra, tham khảo TCVN 1770-1986 và TCVN 1771-1987). • Ngoài ra, cát dùng cho bê tông Thủy công: 14 TCN 68-2002; đá dăm và sỏi dùng cho bê tông Thủy công: 14 TCN 70-2002. • Khi sử dụng cát mịn làm bê tông thì cần tuân thủ các yêu cầu qui định riêng trong TCXD 127-1985.
22. 2. Phương pháp thử, TCVN 7572-2006 – Phương pháp lấy mẫu: TCVN 7572-1: 2006. – XĐ thành phần hạt: TCVN 7572-2: 2006 – XĐ thành phần khoáng: TCVN 7572-3: 2006 – XĐ khối lượng riêng, khối lượng thể tích và độ hút nước: TCVN 7572-4: 2006 – XĐ khối lượng riêng, khối lượng thể tích và độ hút nước của đá gốc và hạt cốt liệu lớn: TCVN 7572-5: 2006 – XĐ khối lượng thể tích xốp và độ hổng: TCVN 7572-6: 2006 – XĐ độ ẩm: TCVN 7572-7: 2006 – XĐ hàm lượng bùn, bụi, sét và hàm lượng sét cục trong cát: TCVN 7572-8: 2006 – XĐ hàm lượng tạp chất hữu cơ: TCVN 7572-9: 2006
23. 2. Phương pháp thử, TCVN 7572-2006 – XĐ cường độ và hệ số mềm hóa của đá gốc: TCVN 7572-10: 2006 – XĐ độ nén dập và hệ số mềm hóa của cốt liệu lớn: TCVN 7572-11: 2006 – XĐ độ hao mòn khi va đập của cốt liệu lớn trong mát Los Angeles: TCVN 7572-12: 2006 – XĐ hàm lượng hạt thoi dẹt trong cốt liệu lớn: TCVN 7572-13: 2006 – XĐ khả năng phản ứng kiềm-silic: TCXD 238-99; TCVN 7572- 14:2006 "Xác định khả năng phản ứng kiềm - silic" của cốt liệu. – XĐ hàm lượng clorua: TCVN 7572-15: 2006
24. 2. Phương pháp thử, TCVN 7572-2006 – XĐ hàm lượng sunfat và sunfit trong cát: TCVN 7572-16: 2006 – XĐ hàm lượng hạt mềm yếu, phong hóa: TCVN 7572-17: 2006 – XĐ hàm lượng hạt bị đập vỡ: TCVN 7572-18: 2006 – XĐ hàm lượng silic oxit vô định hình: TCVN 7572-19: 2006 – XĐ hàm lượng mica trong cát: TCVN 7572-20: 2006
25. 3. Quy định các chỉ tiêu của cát Bê tông Bê tông ở dưới Bê tông ở trên Tạp chất vùng nước nước và bên mặt nước biến đổi trong công trình Sét, á sét, các tạp chất ở dạng hạt 0 0 0 Hàm lượng bùn, bụi, sét được xác định bằng phương pháp rửa, tính 1 2 3 bằng % khối lượng mẫu cát, không được lớn hơn Hàm lượng sét, tính bằng % khối 0,5 1 2 lượng mẫu cát, không được lớn hơn Tạp chất hữu cơ Mầu dung dịch không thẫm hơn mầu chuẩn. Khi mầu thẫm hơn, phải thi nghiệm cát đó trong vữa xi măng-cát Các hợp chất sunfat và sunfit (tính đổi ra SO3), tính bằng % khối lượng 1 1 1 mẫu cát, không được lớn hơn Đá Ôpan và các biến thể vô định Thông qua thí nghiệm xác định khả năng phản ứng kiềm- hình khác của silic ôxit silic Hàm lượng mica, tính bằng % khối 1 1 1 lượng mẫu cát, không được lớn hơn
26. 4. Phân loại cát Tên các chỉ tiêu Nhóm cát Mô đun độ lớn 2,5<Ml<3,3 2,0<Ml<2,5 1,5<Ml<2,0 1,0<Ml<1,5 Khối lượng thể tích xốp, kg/m3, không 1400 1300 1200 1150 nhỏ hơn Lượng hạt <0,14mm tính theo % khối 10 10 20 30 lượng cát, không lớn hơn
27. Mô đun độ lớn, Ml • Công thức: AAAAA+ + + + M = 2,5 1,25 0,63 0,315 0,14 l 100 • Lượng sót riêng biệt: G a = i .100% i G • Lượng sót tích lũy: Ai = a2,5 + a1,25 + + ai
28. 5. Thành phần hạt của cát • Định nghĩa: Cấp phối hạt là tỷ lệ tính theo phần trăm về khối lượng của các cỡ hạt có đường kính khác nhau chiếm trong cát • Chú ý: Nếu thành phần hạt của cát không đạt yêu cầu, cần xử lý bằng các cách sau: – Thêm một tỉ lệ thích hợp các cỡ hạt cần thiết. – Trộn thêm một hoặc hai loại cát khác với tỉ lệ thích hợp để đạt được cát hỗn hợp có thành phần hạt đạt yêu cầu. (Tham khảo phụ lục 1: 14 TCN 69-2002 hoặc GTr VLXD trang 154) Phạm vi cho phép của cấp phối cát KTMS (mm) 5 2,5 1,25 0,63 0,31 0,14 LSTL (%) 0 0-20 15-45 35-70 70-90 90-100
29. Biểu đồ thành phần hạt của cát
30. 6. Yêu cầu chung của đá dăm, sỏi, sỏi dăm • Tùy theo độ lớn của hạt, đá dăm, sỏi, sỏi dăm được phân ra các cỡ hạt: 5-10mm; 10-20mm; 20-40mm; 40-70mm; > 70mm Theo sự thỏa thuận giữa các bên, cho phép cung cấp đá dăm sỏi, sỏi dăm ở dạng hỗn hợp 2 hoặc hơn 2 cỡ hạt liên tiếp nhau. • Hàm lượng hạt thoi, dẹt trong đá dăm, sỏi, sỏi dăm ≤ 35% theo khối lượng • Hàm lượng hạt mềm yếu và phong hóa < 10% theo khối lượng
31. 7. Hàm lượng tạp chất quy định trong đá dăm, sỏi, sỏi dăm Bê tông ở vùng mực nước bê tông ở dưới nước Hàm lượng tạp chất thay đổi và bê tông ở trên thường xuyên và bê tông ở vùng mực nước thay đổi bên trong công trình Hàm lượng bùn, bụi, sét, % theo khối lượng, không 1 2 được lớn hơn Tạp chất hữu cơ Mầu dung dịch không thẫm hơn mầu chuẩn Các hợp chất sunfat và sunfit (tính đổi ra SO ), 3 0,5 0,5 tính bằng % khối lượng mẫu cát, không được lớn hơn Hàm lượng silic vô định hình, mmol/1000ml 50 50 NaOH, không lớn hơn
32. 8. Thành phần hạt của đá • Đường kính lớn nhất (Dmax): Ai nhỏ hơn và gần 5% nhất – Dmax 0,8 m : Dmax ≤ 12 cm 3 Vo ≤ 0,8 m : Dmax ≤ 8 cm – Tấm panen mỏng cho phép gần bằng ½ chiều dày tấm – Vận chuyển BT bơm: • <0,4 ĐK trong của vòi bơm: sỏi • <0,33 “ “ “ : đá dăm • Đường kính nhỏ nhất (Dmin): Ai lớn hơn và gần 95% nhất
33. Khối lượng mẫu thử tùy thuộc vào Dmax của hạt cốt liệu KT danh nghĩa lớn nhất của hạt KL mẫu, không nhỏ hơn (kg) cốt liệu: Dmax, mm 10 5 20 5 40 10 70 30 >70 50
34. Biểu đồ thành phần hạt của đá KT (mm) Ai (%) Dmin 90-100 0,5(Dmax+ Dmin) 40-70 Dmax 0-10 1,25. Dmax 0
35. 9.Cốt liệu đặc biệt • Cốt liệu nhẹ: là loại có khối lượng đơn vị không lớn hơn 1120kg/m3 đối với loại cốt liệu mịn, không lớn hơn 880kg/m3 đối với cốt liệu thô và không lớn hớn 1040kg/m3 cho loại cốt liệu kết hợp giữa mịn và thô. Các loại cốt liệu nhẹ sử dụng cho việc sản xuất bê tông mà yếu tố cường độ giữ vai trò quan trọng nhất: Sản phẩm thu được từ núi lửa ví dụ như đá bọt, tro, hay túp núi lửa, tất cả đều có chứa một lượng lớn các bọt khí. Những sản phẩm nhân tạo sản xuất bằng cách làm trương nở các loại vật liệu như xỉ lò cao, diatomit, tro bay, phiến sét thủy tinh hay khoáng mica. • Cốt liệu nặng: là loại có khối lượng riêng lớn hơn so với cốt liệu thông thường, mặc dù chưa có một định nghĩa nào đưa ra ranh giới giữa cốt liệu nặng và cốt liệu thường. Chúng được sử dụng chủ yếu để sản xuất bê tông nặng. Bê tông nặng cần thiết trong các trường hợp đặc biệt ví dụ như chống lại tác dụng của dòng nước chảy hay để cân bằng một đối trọng lớn trên một cầu nâng. Bê tông nặng cũng được sử dụng trong trường hợp chắn phóng xạ, hạt nhân, với loại này độ đặc càng lớn thì khả năng chặn càng cao.