Bài giảng Vật liệu xây dựng - Cốt liệu cho bê tông

1Vật Liệu Xây Dựng 
(Construction Materials)
Bộ môn Vật liệu Silicat
Khoa Công Nghệ Vật Liệu
Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh
 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-2
CỐT LIỆU CHO BÊ-TÔNG
 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-3
Tổng quan về cốt liệu

 Nhắc lại mục đích sử dụng cốt liệu;
• Thay đổi tính chất bê-tông; độ cứng, modul E, mài mòn
• Giá thành, chi phí bê-tông; thành phần độn 
• Ổn định thể tích, hạn chế vết nứt lớn phát triển
 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-4
TỔNG QUAN VỀ CỐT LIỆU

 Trong bê tông cốt liệu chiếm từ 60-75% về thể tích (75–80% về khối
lượng)

 Cốt liệu trong bê tông THƯỜNG bao gồm cốt liệu thô và cốt liệu mịn.
- Cốt liệu mịn: là cốt liệu có kích
thước hạt nhỏ hơn 5mm (TCVN) 
hoặc kích thước hạt nhỏ hơn
4,75mm(ASTM)
- Cốt liệu thô: là cốt liệu có kích thước
lớn hơn 5mm
2 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-5
TỔNG QUAN VỀ CỐT LIỆU
- Trong bê tông cốt liệu mịn chiếm 35-45% thể tích cốt liệu

 Vai trò của 2 loại cốt liệu:
- Cốt liệu lớn là khung xương chính chịu lực
- Cốt liệu mịn có vai trò lấp đầy các lỗ trống do cốt liệu lớn để lại

 Phân loại theo hình thức tồn tại
- Dạng tự nhiên: cát, sỏi, đá núi
- Dạng nhân tạo: thường là các loại cốt liệu sử dụng cho các loại bê
tông đặc biệt như: keramzit, peclit, các loại sợi polymer tổng hợp, sợi
thủy tinh.
 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-6
Nguồn gốc

 Dạng đơn khoáng: thạch anh, fenspat, mica, amphibon, 
pyroxen, canxit, gýp, gloconnit opan, canxedoan, quặng pyrit, 
hematit, than đá

 Hay nhóm đá mác ma, trầm tích, biến chất, TCVN 7572-3:2006
 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-7
TỔNG QUAN VỀ CỐT LIỆU

 Phân loại cốt liệu theo tỉ trọng

 Cốt liệu nhẹ :
- Dùng cho các sản phẩm bê tông nhẹ có khối luợng thể tích từ
250 -1800 kg/ m3
- Cốt liệu nhẹ sử dụng phổ biến như : dolomite, đá phiến, peclit

 Cốt liệu thông thường
- Dùng cho bêtông có khối lượng thể tích từ 2200 -2400 kg/ m3
- Các hình thức tồn tại: đá dăm, cát, sỏi, đá nghiền

 Cốt liệu dùng cho bê tông nặng
- sử dụng cho các loại bê tông đặc biết có khối lượng thể tích
đến 6400 kg/ m3
- Các loại cốt liệu thông dụng là : ferit, hematite, barite, magnetite
 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-8
3 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-9
CÁC CHỈ TIÊU CỦA CỐT LiỆU

 Phân bố kích thước/ modul độ lớn.

 Hình dạng hạt

 Hàm lượng bùn, sét bụi.

 Khối lượng riêng/ Khối lượng thể tích.

 Độ bão hòa nước/ độ ẩm.

 Hàm lượng chất hữu cơ/ hạt mềm yếu.

 Hàm lượng clorua/ sunfat.

 Hàm lượng kiềm
 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-10
Kích thước tối đa Dmax
- Là kích thước lỗ
sàng bé nhất
mà >90% các 
hạt cốt liệu có
thể đi qua
- Không lớn hơn 
2/3- 3/4 
khoảng cách 
của cốt thép.
- Không lớn hơn 
1/5 -1/4 kích 
thước min của 
cấu kiện.
 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-11
Kích thước hạt yêu cầu
Cấp phối hạt
- Cấp phối hạt là sự phân bố kích thước hạt cốt liệu được
xác định bằng phương pháp sàng
- Áp dụng cho cốt liệu lớn và nhỏ
100
95 -100
80 -100
50 - 85
25 - 60
5- 30
0 -10
9,5 mm
4,75 mm
2,36 mm
1,18 mm
600 µm
300 µm
150 µm
YC % hạt qua sàngCỡ sàng
Của cốt liệu mịn theo ASTM C33
Cỡ sàng theo TCVN
2,5 mm 
1,25 mm
630 µm
315 µm
140 µm và đáy
 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-12
Kích thước hạt yêu cầu
Của cốt liệu lớn theo ASTM
100
95 -100
25 - 60
0 - 10
0 - 5
37,5 mm
25,0 mm
12,5 mm
4,75 mm
2,5 mm
YC % hạt qua sàngCỡ sàng
- Cốt liệu lớn: Xác định thành phần hạt theo tiêu chuẩn
TCVN1772: 1987 sử dụng các sàng có kích thước
(5,10,20,40,70,100mm) và ASTM C33 (2,5mm, 4,75mm, 12,5mm, 
25mm, 37,5mm)
4 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-13
Vùng YC cốt 
liệu nhỏ, CÁT
Vùng YC cốt 
liêu thô, ĐÁ, 
CÁT THÔ
 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-14
Kích thước hạt trung bình:
∑
∑
=
i
ii
tb
x
xd
d
Trong đó:
di: kích thước tb của lỗ sàng thứ i và i-1
Xi: % hạt giữa hai sàng i và i-1
Modul độ lớn cho cát (TCVN 342 – 1986)
- Là một giá trị không thứ nguyên được xác định như sau:
100
∑
=
iAM
Trong đó: Ai lượng sót sàng tích lũy trên các sàng thứ i
Modul độ lớn của cốt liệu nhỏ sử dụng cho BT thường nằm trong
khoảng từ 2,3-3,1 (ASTM C33)
 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-15
- TN xác định modul độ lớn của cát (TCVN 342 – 1986)
+ Dùng bộ sàng có kích thước 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315; 0,14mm 
+ Lấy cát đã rửa sạch và sấy khô
+ Lấy 1000g cát đã sàng qua sàng 5mm, sau đó tiến hành sàng
qua các sàng còn lại
2,2Modul cát220,93Khối lượng mẫu thí nhiệm (g)
100,00100,00100,004,2442,48<0,14
100,0090,0095,7626,39264,430,140
90,0065,0069,3731,83318,940,315
70,0035,0037,5420,20202,400,630
45,0015,0017,3414,42144,491,250
20,000,002,922,9229,262,500
0,000,000,000,000,005,000
%%%%Gmm
Giới hạn dướiGiới hạn trênLượng sót tích lũyLượng sót trên từng sàngLỗ sàng
 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-16
Đường cong tích lũy cát, 
Modun=2,2
5 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-17
Phân bố kích thước hạt

 Tại sao lại dùng nhiều kích thước
Quá sít chặt, ma sát lớn Mật độ <60%, XM và cốt liệu lấp đầy
 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-18
TN 2 thành phần
% 
độ 
đặc
% 
độ 
rỗng
% mịn
% thô
Sắp xếp tốt 
nhất 70-30
 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-19
TN 3 thành phần
Hạt mịn
Hạt trung
Hạt thô, 2/5mm
Vùng sắp xếp tốt 
nhất, ít thay đổi
Không cần quá 
nhiều hạt trung 
 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-20
Phân bố kích thước hạt
Sắp xếp hợp lý nhất cấu trúc bê-tông
THÔ = ?
TRUNG = ?
NHỎ = ?
Tuy 
nhiên 
vẫn 
phải 
lựa 
chọn 
thành 
phần 
LIÊN 
TỤC 
từ 
thô 
 
nhỏ 
6 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-21
Phân bố kích thước hạt
CÁT
CÁT + 
ĐÁ NHỎ ĐÁ LỚN
Vùng pbố liên tục 
kích thước cốt liệu
THÔ
TRUNG
NHỎ
 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-22
Ảnh hưởng của kích thước cốt liệu
Thông qua tỉ lệ W/C, 
+ Ảnh hưởng đến tính công tác của hỗn hợp bê tông
+ Ảnh hưởng đến cường độ, tính chống thấm của đá bê tông.
Lượng nước nhào trộn Lượng XM sử dụng
 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-23
Hình dạng, bề mặt
Hình cầu Thoi, dẹt Lập phương Thoi, dẹt
Hạt tròn nhẵn Hạt góc, cạnh
Y/c lượng nước sử dụng
Tính công tác, khả năng lèn chặt
TCVN 7572-13:2006, 
Kiểm tra hàm lượng % hạt thoi dẹt d/L>1/3 bằng thước kẹp
 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-24
Hình dạng, bề mặt
Nhận biết theo ASTM D4791, 
ASTM D 3398 
7 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-25
Hàm lượng thoi dẹt cốt liệu thô

 Hàm lượng hạt thoi dẹt trong cốt liệu thô được qui 
định theo TCVN không vượt quá 35%

 Theo ASTM, hàm lượng hạt thoi, dẹt không vượt quá
15% tổng khối lượng cốt liệu
 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-26
Ảnh hưởng hình dạng và bề mặt hạt
- Đến bê tông tươi:
+ Ảnh hưởng đến khả năng chảy
+ Ảnh hưởng đến khả năng tách nước phân tầng
- Đến bêtông đóng rắn
+ Ảnh hưởng đến cường độ uốn và nén của bê tông, đặc biết là
cường độ uốn.
 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-27
Hàm lượng hạt mịn (sét, bụi bẩn)
- Sét, bụi bẩn là những hạt rất mịn có kích thước < 75µm
 Tiêu chuẩn xác định hàm lượng sét bụi bẩn:
- Cát TCVN 343: 1986, ASTM C295
- Đá TCVN 1772:1987, ASTM C295, ASTM 1137
 Hàm lượng sét bụi bẩn qui định:
- Đối với cát từ 3 – 5%
- Đối với đá không vượt quá 0,25 %
 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-28
Ảnh hưởng của hàm lượng sét bụi bẩn
- Ảnh hưởng đến lượng nước sử dụng→ Ảnh hưởng đến
tính công tác và quá trình đóng rắn của bê tông tươi.
- Tăng phản ứng kiềm cốt liệu.
- Ảnh hưởng đến cường độ:
+ Làm giảm liên kết của vùng tiếp giáp giữa nền xi măng và cốt liệu
+ Phẩm chất của cốt liệu giảm
8 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-29
- Là khối lượng trên một đơn vị thể tích của cốt liệu có kể đến thể
tích của phần lỗ rỗng sau:
+ Lỗ rỗng trong bản thân của cốt liệu
+ Lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu
- Cốt liệu sử dụng cho bê tông thường có khối lượng thể tích từ
1200 – 1750kg/m3. 
- Theo TCVN khối lượng thể tích của cát không nhỏ hơn 
1200kg/m3.
- Xác định khối lượng thể tích để thiết kế cấp phối bê tông.
KL riêng, thể tích, xốp ,đổ hỗng cốt liệu
 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-30
- Phương pháp thử: TCVN 7572: 2006 cho cát hoặc đá
- Khối lượng khối cốt liệu cân khô hoàn toàn, sau sấy
- Khối lượng cốt liệu ẩm, ngâm nước lau khô mặt (đá) hay để 
phơi khô tự nhiên (khối cát) 
- Khối lượng cân ngâm trong nước
KL riêng, thể tích, xốp ,đổ hỗng cốt liệu
 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-31
Độ hút nước và lượng ẩm bề mặt
- Thường được đánh giá thông qua độ ẩm toàn phần của cốt liệu
- Độ hấp thu nước phụ thuộc vào kích thước và bản chất của cốt
liệu
- Phương pháp thử: TCVN 7572-4(40mm): 2006 
hoặc ASTM C70, ASTM C127
 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-32
Cốt liệu mịn, 
CÁT
9 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-33
 Lượng nước tối đa chứa
trong cốt liệu: là lượng nước tối
đa bao gồm cả nước hấp thụ và
lượng ẩm tự do 
- Cốt liệu thô: 1 – 6%, trong đó
lượng ẩm tự do từ 0,5 – 2%
- Cốt liệu mịn: 3-8%, trong đó
lượng ẩm tự do từ 2 – 6%
 Ảnh hưởng của độ hút nước:
- Tính công tác
- Khả năng thay đổi thể tích của đá
bê-tông theo thời gian.
Độ hút nước và lượng ẩm bề mặt
Độ co khô
 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-34
Co nứt cốt liệu
 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-35
Độ bền của cốt liêu thô
- Là cường độ nén đập của đá dăm trong xi lanh, độ mài mòn
trong tang quay và độ bền va đập trên máy va đập. Mác của cốt
liệu thô xác định ở bão hoà nước của cốt liệu
Đến 9
9 – 11
11 – 13
13 – 15
15 – 20
-
-
-
Đến 12
12 – 16
16 – 20
20 – 25
25 – 34
-
-
-
-
Đến 11
từ 11 đến 13
13 – 15
15 – 20
20 – 28
28 – 38
38 - 64
1400
1200
1000
800
600
400
300
200
Đá phún xuất
phun trào
Đá phún xuất xâm
nhập và đá biến chất
Đá trầm
tích
Độ nén đập ở trạng thái bão hòa nướcMác của đá dăm
 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-36
- Mác của cốt liệu thô sử dụng trong bê tông ít nhất phải lớn hơn
1,5 lần so với mác của bê tông
- Tùy theo mục đích sử dụng mà cốt liệu mà độ bền của cốt liệu
sử dụng cho những chỉ tiêu sau:
+ Dùng cho bê tông : độ nén đập trong xy lanh
+ Dùng cho xây dựng đường ô tô : độ nén đập trong xy lanh, độ mài
mòn trong tang quay
+ Dùng cho lớp đệm của đường sắt : độ chống va đập trên máy thử
va đập
Độ bền cơ của cốt liêu thô
10
 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-37
 Độ mài mòn của cốt liệu thô trong tang quay
Đến 20
20 – 30
30 – 45
45 – 55
Đến 25
25 – 35
35 – 45
45 – 55
Đến 30
30 – 40
40 – 50
50 – 60
Mn – I
Mn – II
Mn – III
Mn – IV
Sỏi dămĐá phún xuất biến
chất và các đá trầm
tích khác
Đá trầm tích
cacbonat
Độ mài mòn, %Mác của đá
dăm, sỏi và sỏi
dăm
 Độ chống va đập của cốt liệu trên máy thử va đập
40 – 49
49 – 74
Từ 75 trở lên
Vd 40
Vd 50
Vd 75
Độ chống va đập trên máy thử va
đập “ H.M “
Mác dăm, sỏi và sỏi
dăm
 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-38
PHẢN ỨNG ALKALI – CỐT LiỆU
Là phản ứng giữa một số thành phần trong cốt liệu với dd 
NaOH, KOH, Ca(OH)2 trong bê tông.
+ Phản ứng alkali – silicat (ASR)
 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-39
+ Xuất hiện các vết nứt
+ Các vết nứt liên thông nhau và đóng kín lại
+ Tạo thành những mảnh vỡ nhỏ trên bề mặt
+ Bong tróc trên bề mặt
Cơ chế phản ứng
+ Các hydroxit kiềm + các SiO2(gel, 
vđh)→ gel (alkali – silicate)
+ Các gel hình thành khi gặp ẩm thì
giản nở và làm xuất hiện vết nứt
 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-40
PHẢN ỨNG ALKALI – CỐT LiỆU
 Các yếu tố ảnh hưởng
- Có SiO2 vô định hình trong cốt liệu
- Độ pH trong các lỗ rỗng trong bê
tông cao.
- Độ ẩm đủ lớn
 Các biện pháp làm giảm phản
ứng alkali – silicate
- Kiểm soát hàm lượng kiềm trong xi 
măng (hàm lượng kiềm ≤0,6%)
- Sử dụng các phụ gia khoáng như : 
tro bay, xỉ lò cao, silicafume
- Thay thế cốt liệu thông thường bằng
đá vôi
Thí nghiệm TCVN 7572-14:2006
11
 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-41
PHẢN ỨNG ALKALI – CỐT LiỆU
Phản ứng alkali – cacbonat (ACR)
+ Là phản ứng giữa Hydroxyt kiềm và dolomit trong cốt liệu→
Mg(OH)2, sản phẩm có độ dãn nở thể tích cao, cường độ thấp
Các yếu tố ảnh hưởng
+ Hàm lượng sét, chất không tan khoảng 5% - 25%
+ Tỉ lệ dolomite trong cốt liệu→ sự gia tăng thể tích do sự có mặt
của dolomite
+ Tỉ lệ Calcite/dolomite gần bằng 1:1
+ Kích thước rất bé của những hạt dolomite trong hỗn hợp sét→
phản ứng dễ dàng hơn
 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-42
Sử dụng và tái chế cốt liệu
 VLXD-Cốt liệu cho bê-tông 7-43
CÁC CHỈ TIÊU PHÂN TÍCH CỦA CỐT LiỆU
0,95TCVN 7572 – 8:2006%Hàm lượng bụi, bùn sét
Bằng màu số 5ASTM C40–99 Hàm lượng tạp chất hữu cơ(Phương pháp so màu)
0,001%Hàm lượng
2,30%Độ hấp thụ nước
0,20%Hàm lượng hạt qua sàng0,075mm
0,00%Lượng hạt trên 10mm 
1628kg/m3Khối lượng thể tích xốp lèn chặt
1436kg/m3Khối lượng thể tích xốp
2,63kg/m3Khối lượng riêng
2,65Tỉ khối xốp ở trạng thái báo hòa
nước – khô bề mặt 23/230C
Kết quảPhương pháp thửĐơn vịChỉ tiêu thí nghiệm