Vật Liệu Bê Tông Nặng-nhẹ | Công Ty Phương Đông

1. Vật liệu bê tông 
   1. I/ Bê tông
   2. Phân loại bê tông 
   3. II/ Vật liệu chế tạo bê tông nặng 
      1. – Xi măng
      2. – Nước
      3. – Cát
      4. – Đá (sỏi)
      5. – Phụ gia

Vật liệu bê tông 

I/ Bê tông

Thành phần hỗn hợp bê tông phải đảm bảo sao cho sau một thời gian rắn chắc phải đạt được những tính chất cho trước như cường độ, độ chống thấm v.v…Hỗn hợp nguyên liệu mới nhào trộn gọi là hỗn hợp bê tông hay bê tông tươi.Hỗn hợp bê tông sau khi cứng rắn, chuyển sang trạng thái đá được gọi là bê tông Trong bê tông, cốt liệu đóng vai trò là bộ khung chịu lực. Hồ chất kết dính bao bọc xung quanh hạt cốt liệu, chúng là chất bôi trơn, đồng thời lấp đầy khoảng trống và liên kết giữa các hạt cốt liệu. Sau khi cứng rắn, hồ chất kết dính gắn kết các hạt cốt liệu thành một khối tương đối đồng nhất và được gọi là bê tông. Bê tông có cốt thép gọi là bê tông cốt thép. Bê tông là loại vật liệu giòn, cường độ chịu nén lớn, cường độ chịu kéo thấp. Để khắc phục nhược điểm này, người ta thường đặt cốt thép vào để tăng cường khả năng chịu kéo của bê tông trong các kết cấu chịu uốn, chịu kéo. Loại bê tông này gọi là bê tông cốt thép.

Vì bê tông và cốt thép có lực bám dính tốt, có hệ số dãn nở nhiệt xấp xỉ nhau, nên chúng có thể làm việc đồng thời. Nếu cốt thép được bảo vệ chống gỉ tốt thì sẽ cùng với bê tông tạo nên loại vật liệu có tuổi thọ cao. Cốt thép đặt trong bê tông có thể ở trạng thái thường, hoặc ở trạng thái ứng suất trước (dự ứng lực). Chất kết dính có thể là xi măng các loại, thạch cao, vôi và cũng có thể là chất kết dính hữu cơ (polime). Trong bê tông xi măng cốt liệu thường chiếm 80 – 85%, còn xi măng chiếm 10 – 20% khối lượng. Bê tông và bê tông cốt thép được sử dụng rộng rãi trong xây dựng vì chúng có những ưu điểm sau: Cường độ chịu lực cao, có thể chế tạo được những loại bê tông có cường độ, hình dạng và tính chất khác nhau. Giá thành rẻ, khá bền vững và ổn định đối với mưa nắng, nhiệt độ, độ ẩm. Tuy vậy chúng còn tồn tại những nhược điểm: Nặng (ρv=2200-2400kg/m3), cách âm, cách nhiệt kém (λ=1,05-1,5kCal/m.0C.h), khả năng chống ăn mòn yếu.

Phân loại bê tông 

Theo dạng chất kết dính phân ra: Bê tông xi măng, bê tông silicat (chất kết dính là vôi), bê tông thạch cao, bê tông chất kết dính hỗn hợp, bêtông polime, bê tông dùng chất kết dính đặc biệt. Theo dạng cốt liệu phân ra: Bê tông cốt liệu đặc, bê tông cốt liệu rỗng, bê tông cốt liệu đặc biệt (chống phóng xạ, chịu nhiệt, chịu axit). Theo khối lượng thể tích phân ra:

• Bê tông đặc biệt nặng (ρv > 2500kg/m3), chế tạo từ cốt liệu đặc biệt, dùng cho những kết cấu đặc biệt.
• Bê tông nặng ( ρv = 2200 – 2500 kg/m3), chế tạo từ cát, đá, sỏi thông thường dùng cho kết cấu chịu lực.
• Bê tông tương đối nặng (ρv = 1800 – 2200 kg/m3), dùng chủ yếu cho kết cấu chịu lực.
• Bê tông nhẹ ( ρv = 500 – 1800 kg/m3), trong đó gồm có bê tông nhẹ cốt liệu rỗng (nhân tạo hay thiên nhiên), bê tông tổ ong (bê tông khí và bê tông bọt), chế tạo từ hỗn hợp chất kết dính, nước, cấu tử silic nghiền mịn và chất tạo rỗng, và bê tông hốc lớn (không có cốt liệu nhỏ).
• Bê tông đặc biệt nhẹ cũng là loại bê tông tổ ong và bê tông cốt liệu rỗng nhưng có ρv < 500 kg/m3.

Do khối lượng thể tích của bê tông biến đổi trong phạm vi rộng nên độ rỗng của chúng cũng thay đổi đáng kể, như bê tông tổ ong dùng để cách nhiệt có r = 70 – 85%, bê tông thủy công r = 8 – 10%.

Theo công dụng phân ra :

• Bê tông thường dùng trong các kết cấu bê tông cốt thép (móng, cột, dầm, sàn).
• Bê tông thủy công, dùng để xây đập, âu thuyền, phủ lớp mái kênh, các công trình dẫn nước…
• Bê tông dùng cho mặt đường, sân bay, lát vỉa hè.
• Bê tông dùng cho kết cấu bao che (thường là bê tông nhẹ).
• Bê tông có công dụng đặc biệt như bê tông chịu nhiệt, chịu axit, bê tông chống phóng xạ.

II/ Vật liệu chế tạo bê tông nặng 

– Xi măng

Xi măng là thành phần chất kết dính để liên kết các hạt cốt liệu với nhau tạo ra cường độ cho bê tông. Chất lượng và hàm lượng xi măng là yếu tố quan trọng quyết định cường độ chịu lực của bê tông. Để chế tạo bê tông ta có thể dùng xi măng pooclăng, xi măng pooclăng bền sunfat, xi măng pooclăng xỉ hạt lò cao, xi măng pooclăng puzolan, xi măng pooclăng hỗn hợp, xi măng ít tỏa nhiệt và các loại xi măng khác thỏa mãn các yêu cầu quy phạm. Khi sử dụng xi măng để chế tạo bê tông, việc lựa chọn mác xi măng là đặc biệt quan trọng vì nó vừa phải đảm bảo cho bê tông đạt mác thiết kế, vừa phải đảm bảo yêu cầu kinh tế. Nếu dùng xi măng mác thấp để chế tạo bê tông mác cao thì lượng xi măng sử dụng cho 1m3 bê tông sẽ nhiều nên không đảm bảo kinh tế.

Nếu dùng xi măng mác cao để chế tạo bê tông mác thấp thì lượng xi măng tính toán ra để sử dụng cho 1m3 bê tông sẽ rất ít không đủ để liên kết toàn bộ các hạt cốt liệu với nhau, mặt khác hiện tượng phân tầng của hỗn hợp bê tông dễ xảy ra, gây nhiều tác hại xấu cho bê tông. Vì vậy cần phải tránh dùng xi măng mác thấp để chế tạo bê tông mác cao và ngược lại cũng không dùng xi măng mác cao để chế tạo bê tông mác thấp.

– Nước

Nước là thành phần giúp cho xi măng phản ứng tạo ra các sản phẩm thủy hóa làm cho cường độ của bê tông tăng lên. Nước còn tạo ra độ lưu động cần thiết để quá trình thi công được dễ dàng. Nước để chế tạo bê tông phải đảm bảo chất lượng tốt, không gây ảnh hưởng xấu đến thời gian đông kết và rắn chắc của xi măng và không gây ăn mòn cho cốt thép. Nước dùng được là loại nước dùng cho sinh hoạt như nước máy, nước giếng. Các loại nước không được dùng là nước đầm, ao, hồ, nước cống rãnh, nước chứa dầu mỡ, đường, nước có độ pH < 4, nước có chứa sunfat lớn hơn 0,27% (tính theo hàm lượng ion ), lượng hợp chất hữu cơ vượt quá 15mg/l, độ pH nhỏ hơn 4 và lớn hơn 12,5. -24SO Tuỳ theo mục đích sử dụng hàm lượng các tạp chất khác phải thoả mãn TCVN 4506 :1987.

Nước biển có thể dùng để chế tạo bê tông cho những kết cấu làm việc trong nước biển, nếu tổng các loại muối không vượt quá 35g trong 1 lít nước biển. Tuỳ theo mục đích sử dụng hàm lượng các tạp chất khác phải thoả mãn TCVN 4506 : 1987. Chất lượng của nước được đánh giá bằng phân tích hóa học, ngoài ra về mặt định tính cũng có thể đánh giá sơ bộ bằng cách so sánh cuowngf độ của bê tông chế tạo bằng nước sạch và nước cần kiểm tra.

– Cát

Cát là cốt liệu nhỏ cùng với xi măng, nước tạo ra vữa xi măng để lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu lớn (đá, sỏi) và bao bọc xung quanh các hạt cốt liệu lớn tạo ra khối bê tông đặc chắc. Cát cũng là thành phần cùng với cốt liệu lớn tạo ra bộ khung chịu lực cho bê tông. Cát dùng để chế tạo bê tông có thể là cát thiên nhiên hay cát nhân tạo có cỡ hạt từ 0,14 đến 5 mm. Chất lượng của cát để chế tạo bê tông nặng phụ thuộc chủ yếu vào thành phần hạt, độ lớn và hàm lượng tạp chất, đó cũng là những yêu cầu kỹ thuật đối với cát.

Thành phần hạt: Cát có thành phần hạt hợp lý thì độ rỗng của nó nhỏ, lượng xi măng sẽ ít, cường độ bê tông sẽ cao. Thành phần hạt của cát được xác định bằng cách lấy 1000g cát (đã sấy khô) lọt dưới sàng có kích thước mắt sàng 5 mm để sàng qua bộ lưới sàng có kích thước mắt sàng lần lượt là 2,5; 1,25; 0,63; 0,315; 0,14 mm. Sau khi sàng cát trên từng lưới sàng có kích thước mắt sàng từ lớn đến nhỏ ta xác định lượng sót riêng biệt và lượng sót tích lũy trên mỗi sàng. Sau khi sàng phân tích và tính kết quả lượng sót tích lũy ta vẽ đường biểu diễn cấp phối hạt. Nếu đường biểu diễn cấp phối hạt nằm trong phạm vi cho phép thì loại cát đó có đủ tiêu chuẩn về thành phần hạt.

Hình 1: Biểu đồ xác định thành phần hạt của cát

– Đá (sỏi)

Đá, sỏi là cốt liệu lớn có cỡ hạt từ 5 – 70mm, chúng tạo ra bộ khung chịu lực cho bê tông. Sỏi có đặc điểm là do hạt tròn nhẵn, độ rỗng và diện tích mặt ngoài nhỏ nên cần ít nước, tốn ít xi măng mà vẫn dễ đầm, dễ đổ, nhưng lực dính kết với vữa xi măng nhỏ nên cường độ của bê tông thấp hơn bê tông dùng đá dăm. Ngoài đá dăm và sỏi khi chế tạo bê tông còn có thể dùng sỏi dăm (dăm đập từ sỏi). Chất lượng hay yêu cầu kỹ thuật của cốt liệu lớn được đặc trưng bởi các chỉ tiêu cường độ, thành phần hạt, độ lớn và hàm lượng tạp chất.

Cường độ của đá dăm và sỏi dùng cho bê tông được xác định thông qua thí nghiệm nén một lượng đá (hoặc sỏi) trong xi lanh bằng thép và được gọi là độ nén đập. Tùy theo độ nén đập trong xi lanh, mác của đá dăm từ đá thiên nhiên được chia thành 8 mác và xác định theo TCVN 1771-1987 (bảng 5-7). Mác của đá dăm thiên nhiên xác định theo độ nén đập trong xi lanh (105 N/m2) phải cao hơn mác bê tông, không dưới 1,5 lần đối với bê tông mác dưới 300, không dưới 2 lần đối với bê tông mác 300 và trên 300. Thành phần hạt của cốt liệu lớn được xác định thông qua thí nghiệm sàng 3 kg đá (sỏi) khô trên bộ sàng tiêu chuẩn có kích thước lỗ sàng lần lượt là 70; 40; 20; 10; 5 mm. Sau khi sàng người ta xác định lượng sót riêng biệt (ai ) và lượng sót tích lũy (Ai), đồng thời cũng xác định đường kính lớn nhất Dmax và đường kính nhỏ nhất Dmin của cốt liệu. Dmax là đường kính lớn nhất của cốt liệu tương ứng với cỡ sàng có lượng sót tích lũy nhỏ hơn và gần 10% nhất. Dmin là đường kính nhỏ nhất của cốt liệu tương ứng với cỡ sàng có lượng sót tích lũy lớn hơn và gần 90 nhất. Sau khi sàng phân tích và tính kết quả lượng sót tích lũy, ta vẽ đường biểu diễn cấp phối hạt nếu đường biểu diễn cấp phối hạt nằm trong phạm vi cho phép thì loại đá (sỏi) đó có đủ tiêu chuẩn về thành phần hạt để chế tạo bê tông. Đường kính cỡ hạt lớn nhất của đá (sỏi, sỏi dăm) được chọn để sử dụng phải đảm bảo đồng thời các yêu cầu sau đây:

• Không vượt quá 1/5 kích thước nhỏ nhất giữa các mặt trong của ván khuôn.
• Không vượt quá 3/4 kích thước thông thuỷ giữa hai thanh cốt thép kề nhau.
• Không vượt quá 1/3 chiều dày tấm, bản.
• Không vượt quá 1/3 đường kính trong của ống bơm bê tông (với bê tông sử dụng công nghệ bơm).

Trong thực tế đá dăm, sỏi được phân ra các cỡ hạt sau :

• Từ 5 đến 10 mm.
• Lớn hơn 10 đến 20 mm .
• Lớn hơn 20 đến 40 mm .
• Lớn hơn 40 đến 70 mm .

     Hình 2:Biểu đồ thành phần hạt của cốt liệu lớn

Trong thành phần hạt của cốt liệu lớn hàm lượng hạt thoi, dẹt không vượt quá 35% theo khối lượng, hàm lượng hạt mềm yếu và phong hóa không được lớn hơn 10% theo khối lượng.

Hàm lượng tạp chất:

Theo quy phạm hàm lượng tạp chất sunfat và sunfit (tính theo SO3) trong đá dăm, sỏi và sỏi dăm không được vượt quá 1% theo khối lượng. Hàm lượng hạt sét, bùn, bụi xác định bằng cách rửa không vượt quá trị số ở bảng 5-10. Trong đó cục sét không vượt qúa 0,25%. Không cho phép có màng sét bao phủ các hạt đá dăm, sỏi và những tạp chất bẩn khác như gỗ mục, lá cây, rác… lẫn vào. * Ghi chú : Hạt thoi dẹt là hạt có chiều rộng hoặc chiều dày nhỏ hơn hay bằng 1/3 chiều dài. Hạt mềm yếu là các hạt đá dăm có giới hạn bền khi nén ở trạng thái bão hòa nước nhỏ hơn 200.105 N/mm2 . Hạt phong hóa là các hạt đá dăm nguồn gốc mácma có giới hạn bền khi nén ở trạng thái bão hòa nước nhỏ hơn 800.105 N/mm2, hoặc các hạt đá dăm nguồn gốc biến chất có giới hạn bền nén ở trạng thái bão hòa nước nhỏ hơn 400.105 N/mm2.

– Phụ gia

Trong công nghệ chế tạo bê tông hiện nay, phụ gia được sử dụng khá phổ biến. Phụ gia thường sử dụng có 2 loại: Loại rắn nhanh và loại hoạt động bề mặt. Phụ gia rắn nhanh thường là các loại muối gốc clo (ví dụ CaCl2, NaCl, FeCl3…) hoặc là hỗn hợp của chúng. Do làm tăng nhanh quá trình thủy hóa mà phụ gia rắn nhanh có khả năng rút ngắn quá trình rắn chắc của bê tông trong điều kiện của bê tông trong điều kiện tự nhiên cũng như nâng cao cường độ bê tông sau khi bảo dưỡng nhiệt và ở tuổi 28 ngày. Phụ gia hoạt động bề mặt mặc dù chỉ sử dụng một lượng nhỏ nhưng có khả năng cải thiện đáng kể tính dẻo của hỗn hợp bê tông và tăng cường nhiều tính chất khác của bê tông như tăng cường độ chịu lực, tăng khả năng chống thấm v.v…

Trong đa số các trường hợp phụ gia dẻo và siêu dẻo là polime tổng hợp: các dẫn xuất của nhựa melamin hoặc của axit naftalin sunforic và các loại khác. Chúng nhận được trên cơ sở của sản phẩm phụ của quá trình tổng hợp hoá học.

Ngoài ra trong công nghệ bê tông người ta còn sử dụng phụ gia đa chức năng-hỗn hợp của phụ gia rắn nhanh và phụ gia hoạt động bề mặt.