Cốt liệu cho bê tông và vữa

📅 Cập nhật Bài Viết “Cốt liệu cho bê tông và vữa” lần cuối ngày 30 tháng 11 năm 2022 tại Địa Điểm công ty TKT Company

Tiếp tục chuỗi bài viết về cốt liệu cho bê tông và vữa, ở bài này chúng ta sẽ tìm hiểu chuyên sâu về định nghĩa, phân loại, tiêu chuẩn, nguồn gốc, bản chất của các loại cốt liệu cho bê tông, vữa, xây dựng.

1. Định nghĩa cốt liệu cho bê tông và vữa là gì?

Các thuật ngữ khác nhau có thể được sử dụng phổ biến: Cốt liệu bê tông và vữa hay còn có các tên gọi khác nhau như cốt liệu cho bê tông, cốt liệu dùng cho bê tông, cốt liệu làm bê tông, cốt liệu bê tông xi măng… Vậy cốt liệu cho bê tông và vữa là gì?

Cốt liệu cho bê tông và vữa là các cốt liệu mịn, cốt liệu nhỏ (cát tự nhiên trộn bê tông, cát nghiền – cát nhân tạo) và cốt liệu lớn, có cấu trúc đặc chắc dùng chế tạo bê tông và vữa xi măng.

Chúng cũng có thể dùng để chế tạo bê tông và vữa từ xi măng đặc biệt (bê tông và vữa nhẹ, bê tông và vữa chống ăn mòn, bê tông khối lớn …).

2. Các chỉ tiêu cần quan tâm

• Thành phần hạt.
• Thành phần thạch học.
• Khối lượng riêng, khối lượng thể tích và độ hút nước.
• Khối lượng thể tích xốp và độ hổng.
• Độ ẩm.
• Hàm lượng bùn, bụi, sét trong cốt liệu và hàm lượng sét cục trong cốt liệu nhỏ.
• Tạp chất hữu cơ.
• Cường độ và hệ số hoá mềm của đá gốc.
• Độ nén dập và hệ số hoá mềm của cốt liệu lớn.
• Độ hao mòn khi va đập của cốt liệu lớn trong máy Los Angeles.
• Hàm lượng hạt thoi dẹt trong cốt liệu lớn.
• Khả năng phản ứng kiềm – silic.
• Hàm lượng clorua.

3. Các khái niệm định nghĩa quan trọng cần nắm rõ

3.1. Cốt liệu (aggregate)

Các vật liệu rời nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo có thành phần hạt xác định, khi nhào trộn với xi măng và nước, tạo thành bê tông hoặc vữa. Theo kích thước hạt, cốt liệu được phân ra cốt liệu nhỏ và cốt liệu lớn.

3.2. Cốt liệu nhỏ (fine aggregate)

Hỗn hợp các hạt cốt liệu kích thước chủ yếu từ 0,14 mm đến 5 mm. Cốt liệu nhỏ có thể là cát tự nhiên, cát nghiền (cát nhân tạo) và hỗn hợp từ cát tự nhiên và cát nghiền.

3.3. Cát tự nhiên (natural sand)

Hỗn hợp các hạt cốt liệu nhỏ được hình thành do quá trình phong hoá của các đá tự nhiên. Cát tự nhiên sau đây gọi là cát.

3.4. Cát nghiền (crushed rock sand)

Hỗn hợp các hạt cốt liệu kích thước nhỏ hơn 5 mm thu được do đập và hoặc nghiền từ đá.

3.5. Môđun độ lớn của cát (fineness modulus of sand)

Chỉ tiêu danh nghĩa đánh giá mức độ thô hoặc mịn của hạt cát. Mô đun độ lớn của cát được xác định bằng cách cộng các phần trăm lượng sót tích luỹ trên các sàng 2,5 mm; 1,25 mm; 0,630 mm; 0,315 mm; 0,140 mm và chia cho 100. Hoặc theo đơn vị mesh lần lượt là 8 mesh; 16 mesh; 28 mesh; 55 mesh; 110 mesh;

3.6. Cốt liệu lớn (coarse aggregate)

Hỗn hợp các hạt cốt liệu có kích thước từ 5 mm đến 70 mm. Cốt liệu lớn có thể là đá dăm, sỏi, sỏi dăm (đập hoặc nghiền từ sỏi) và hỗn hợp từ đá dăm và sỏi hay sỏi dăm.

3.7. Sỏi (gravel)

Cốt liệu lớn được hình thành do quá trình phong hoá của đá tự nhiên.

3.8. Đá dăm (crushed rock)

Cốt liệu lớn được sản xuất bằng cách đập và/hoặc nghiền đá.

3.9. Sỏi dăm (crushed gravel)

Cốt liệu lớn được sản xuất bằng cách đập và/hoặc nghiền cuội, sỏi kích thước lớn.

3.10. Kích thước hạt lớn nhất của cốt liệu lớn (Dmax) (maximum particle size)

Kích  thước  danh  nghĩa  tính  theo kích thước  mắt  sàng nhỏ nhất  mà không ít hơn 90 % khối lượng hạt cốt liệu lọt qua.

3.11. Kích thước hạt nhỏ nhất của cốt liệu lớn (Dmin) (minimum particle size)

Kích  thước  danh  nghĩa  tính  theo  kích  thước  mắt  sàng  lớn  nhất  mà không nhiều hơn 10 % khối lượng hạt cốt liệu lọt qua.

3.12. Hạt thoi dẹt của cốt liệu lớn (elongation and flakiness index of coarse aggregate)

Hạt có kích thước cạnh nhỏ nhất nhỏ hơn 1/3 cạnh dài.

3.13. Thành phần hạt của cốt liệu (particle size distribution)

Tỷ lệ phần trăm khối lượng các hạt có kích thước xác định.

3.14. Tạp chất hữu cơ (organic impurities)

Các chất hữu cơ trong cốt liệu có thể ảnh hưởng xấu đến tính chất của bê tông hoặc vữa xi măng.

3.15. Màu chuẩn (standard colors)

Màu qui ước dùng để xác định định tính tạp chất hữu cơ trong cốt liệu.

3.16. Cấp bê tông theo cường độ chịu nén (grade of concrete)

Giá trị cường độ với xác suất bảo đảm 0,95 khi nén các mẫu bê tông lập phương chuẩn.

4. Yêu cầu kỹ thuật đối với cốt liệu cho bê tông và vữa

4.1. Cát

4.1.1. Phân loại cát sử dụng theo modul độ lớn

Theo giá trị môđun độ lớn, cát dùng cho bê tông và vữa được phân ra hai nhóm chính:

• cát thô khi môđun độ lớn trong khoảng từ lớn hơn 2,0 đến 3,3;
• cát mịn khi môđun độ lớn trong khoảng từ 0,7 đến 2,0.

Thành phần hạt của cát, biểu thị qua lượng sót tích luỹ trên sàng, nằm trong phạm vi quy định trong  bảng 1.

Cát thô có thành phần hạt như quy định trong Bảng 1 được sử dụng để chế tạo bê tông và vữa tất cả các cấp bê tông và mác vữa.

Bảng 1 – Thành phần hạt của cát

Cát mịn được sử dụng chế tạo bê tông và vữa như sau:

Đối với bê tông:

• cát có môđun độ lớn từ 0,7 đến 1 (thành phần hạt như Bảng 1) có thể được sử dụng chế tạo bê tông cấp thấp hơn B15;
• cát có môđun độ lớn từ 1 đến 2 (thành phần hạt như Bảng 1) có thể được sử dụng chế tạo bê tông cấp từ B15 đến B25.

Đối với vữa:

• cát có môđun độ lớn từ 0,7 đến 1,5 có thể được sử dụng chế tạo vữa mác nhỏ hơn và bằng M5;
• cát có môđun độ lớn từ 1,5 đến 2 được sử dụng chế tạo vữa mác M7,5.

CHÚ THÍCH: TCXD 127 : 1985 hướng dẫn cụ thể việc sử dụng từng loại cát mịn trên cơ sở tính toán hiệu quả kinh tế – kỹ thuật.

Cát dùng chế tạo vữa không được lẫn quá 5 % khối lượng các hạt có kích thước lớn hơn 5 mm.

4.1.2. Hàm lượng tạp chất

Hàm lượng các tạp chất (sét cục và các tạp chất dạng cục; bùn, bụi và sét) trong cát được quy định trong Bảng 2.

Tạp chất hữu cơ trong cát khi xác định theo phương pháp so màu, không được thẫm hơn màu chuẩn.

CHÚ THÍCH Cát không thoả mãn tiêu chí này có thể được sử dụng nếu kết quả thí nghiệm kiểm chứng trong bê tông cho thấy lượng tạp chất hữu cơ này không làm giảm tính chất cơ lý yêu cầu đối với bê tông.

Bảng 2 – Hàm lượng các tạp chất trong cát

4.1.3. Hàm lượng clorua trong cát

Tính theo ion Cl-  tan trong axit, quy định trong Bảng 3.

Bảng 3 – Hàm lượng ion Cl- trong cát

CHÚ THÍCH: Cát có hàm lượng ion Cl- lớn hơn các giá trị quy định ở Bảng 3 có thể được sử dụng nếu tổng hàm lượng ion Cl- trong 1 m3 bê tông từ tất cả các nguồn vật liệu chế tạo, không vượt quá 0,6 kg.

Cát được sử dụng khi khả năng phản ứng kiềm – silic của cát kiểm tra theo phương pháp hoá học (TCVN 7572-14 : 2006) phải nằm trong vùng cốt liệu vô hại. Khi khả năng phản ứng kiềm – silic của cốt liệu kiểm tra nằm trong vùng có khả năng gây hại thì cần thí nghiệm kiểm tra bổ xung theo phương pháp thanh vữa (TCVN 7572-14 : 2006) để đảm bảo chắc chắn vô hại.

Cát được coi là không có khả năng xảy ra phản ứng kiềm – silic nếu biến dạng (e) ở tuổi 6 tháng xác định theo phương pháp thanh vữa nhỏ hơn 0,1

4.2. Cốt liệu lớn

4.2.1. Kích thước cốt liệu lớn

Cốt liệu lớn có thể được cung cấp dưới dạng hỗn hợp nhiều cỡ hạt hoặc các cỡ hạt riêng biệt. Thành phần hạt của cốt liệu lớn, biểu thị bằng lượng sót tích luỹ trên các sàng, được quy định trong Bảng 4.

Bảng 4 – Thành phần hạt của cốt liệu lớn

Lượng sót tích lũy trên sàng, % khối lượng, ứng với kích thước hạt liệu nhỏ nhất và lớn nhất, mm

CHÚ THÍCH: Có thể sử dụng cốt liệu lớn với kích thước cỡ hạt nhỏ nhất đến 3 mm, theo thoả thuận.

4.2.2. Hàm lượng tạp chất

Hàm lượng bùn, bụi, sét trong cốt liệu lớn tuỳ theo cấp bê tông không vượt quá giá trị quy định trong Bảng 5.

Bảng 5 – Hàm lượng bùn, bụi, sét trong cốt liệu lớn

4.2.3. Cường đồ nén cốt liệu lớn

Đá làm cốt liệu lớn cho bê tông phải có cường độ thử trên mẫu đá nguyên khai hoặc mác xác định thông qua giá trị độ nén dập trong xi lanh lớn hơn 2 lần cấp cường độ chịu nén của bê tông khi dùng đá gốc phún xuất, biến chất; lớn hơn 1,5 lần cấp cường độ chịu nén của bê tông khi dùng đá gốc trầm tích.

Mác đá dăm xác định theo giá trị độ nén dập trong xi lanh được quy định trong Bảng 6.

Có thể bạn chưa biết

Đá mácma

Đá mácma là do khối silicat nóng chảy từ lòng trái đất xâm nhập lên phần trên của vỏ hoặc phun ra ngoài mặt đất, nguội đi tạo thành. Do vị trí và điều kiện nguội của khối mácma nên cấu tạo và tính chất của chúng cũng khác nhau. Đá mácma được phân ra hai loại: xâm nhập và phún xuất.

• Đá xâm nhập thì ở sâu hơn trong vỏ trái đất, chịu áp lực lớn hơn của các lớp bên trên và nguội dần đi mà thành. Nó có cấu trúc tinh thể lớn, đặc chắc, cường độ cao, ít hút nước. Đá xâm nhập chủ yếu sử dụng trong xây dựng là granit, điôrit, grabô…
• Đá phún xuất được tạo ra từ mácma phun lên trên mặt đất. Do nguội nhanh trong điều kiện nhiệt độ và áp suất thấp, các khoáng không kịp kết tinh, hoặc chỉ là kết tinh được một bộ phận với kích thước tinh thể bé, chưa hoàn chỉnh, đại bộ phận còn tồn tại ở dạng vô định hình. Mặt khác, các chất khí và hơi nước không kịp thoát ra, để lại nhiều lỗ rỗng, làm cho đá nhẹ, có loại nổi trên mặt nước.

Căn cứ vào hàm lượng xuyt silic đá mácma còn được chia ra các loại: mácma axit Si2O > 65%, mácma trung tính Si2O: 65 – 55%, mácma bazơ SiO2: 55 – 45% và mácma siêu bazơ SiO2 < 45%.

Bảng 6 – Mác của đá dăm từ đá thiên nhiên theo độ nén dập

*  Chỉ số mác đá dăm xác định theo cường độ chịu nén, tính bằng MPa tương đương với các giá trị 1 400; 1 200; …; 200 khi cường độ chịu nén tính bằng kG/cm2.

Sỏi và sỏi dăm dùng làm cốt liệu cho bê tông các cấp phải có độ nén dập trong xi lanh phù hợp với yêu cầu trong Bảng 7.

Bảng 7 – Yêu cầu về độ nén dập đối với sỏi và sỏi dăm

4.2.4. Độ hao mòn

Độ hao mòn khi va đập của cốt liệu lớn thí nghiệm trong máy Los Angeles, không lớn hơn 50 % khối lượng.

4.2.5. Hàm lượng thoi dẹt

Hàm lượng hạt thoi dẹt trong cốt liệu lớn không vượt quá 15 % đối với bê tông cấp cao hơn B30 và không vượt quá 35 % đối với cấp B30 và thấp hơn.

Tạp chất hữu cơ trong sỏi xác định theo phương pháp so màu, không thẫm hơn màu chuẩn.

CHÚ THÍCH: Sỏi chứa lượng tạp chất hữu cơ không phù hợp với quy định trên vẫn có thể sử dụng nếu kết quả thí nghiệm kiểm chứng trong bê tông cho thấy lượng tạp chất hữu cơ này không làm giảm các tính chất cơ lý yêu cầu đối với bê tông cụ thể.

Hàm lượng ion Cl- (tan trong axit) trong cốt liệu lớn, không vượt quá 0,01 %.

CHÚ THÍCH: Có thể được sử dụng cốt liệu lớn có hàm lượng ion Cl- lớn hơn 0,01 % nếu tổng hàm lượng ion Cl- trong 1 m3 bê tông không vượt quá 0,6 kg.

Khả năng phản ứng kiềm – silic đối với cốt liệu lớn được quy định như đối với cốt liệu nhỏ

5. Nguồn gốc đá tự nhiên sử dụng để làm cốt liệu cho bê tông và vữa

Từ các loại đá tự nhiên chúng ta có thể sản xuất cốt liệu cho bê tông và vữa bao gồm: cốt liệu mịn, cát nghiền (đá nghiền), cốt liệu thô. Riêng Cát đổ bê tông từ khai thác tự nhiên thì ở phạm vi khác, không đề cập ở phần 5 của bài viết này.

Trong các bài trước chúng tôi đã giới thiệu các bài viết chi tiết về cốt liệu cho bê tông có nguồn gốc từ đá tự nhiên bao gồm:

• Cốt liệu mịn cho bê tông
• Cát nghiền hay cát nhân tạo cho bê tông

Ở bài này chúng ta tìm hiểu sâu về các loại đá là nguồn để sản xuất cốt liệu thô cho bê tông và vữa.

Ở bài trước chúng ta đã tìm hiểu tổng quan về đá tự nhiên. Trong bài này ta sẽ tìm hiểu chuyên sâu loại đá tự nhiên nào dùng làm cốt liệu thô đổ bê tông và các tính chất, đặc điểm cũng như tiêu chuẩn cho các loại đá này.

Căn cứ vào lịch sử, môi trường tạo thành và tình trạng địa chất có thể chia cốt liệu cho bê tông từ thiên nhiên làm 3 loại:

• Đá mácma: granit, xienit, diorit, gabrro, andezits, bazan, riolit
• Đá trầm tích: đá vôi, dolomit
• Đá biến chất: đá phiến, quăczit.

5.1. Cốt liệu cho bê tông từ đá mácma

Đá mácma là do khối silicat nóng chảy từ lòng trái đất xâm nhập lên phần trên của vỏ hoặc phun ra ngoài mặt đất, nguội đi tạo thành. Do vị trí và điều kiện nguội của khối mácma nên cấu tạo và tính chất của chúng cũng khác nhau. Đá mácma được phân ra hai loại: xâm nhập và phún xuất.

• Đá xâm nhập thì ở sâu hơn trong vỏ trái đất, chịu áp lực lớn hơn của các lớp bên trên và nguội dần đi mà thành. Nó có cấu trúc tinh thể lớn, đặc chắc, cường độ cao, ít hút nước. Đá xâm nhập chủ yếu sử dụng trong xây dựng là granit, điôrit, grabô…
• Đá phún xuất được tạo ra từ mácma phun lên trên mặt đất. Do nguội nhanh trong điều kiện nhiệt độ và áp suất thấp, các khoáng không kịp kết tinh, hoặc chỉ là kết tinh được một bộ phận với kích thước tinh thể bé, chưa hoàn chỉnh, đại bộ phận còn tồn tại ở dạng vô định hình. Mặt khác, các chất khí và hơi nước không kịp thoát ra, để lại nhiều lỗ rỗng, làm cho đá nhẹ, có loại nổi trên mặt nước.

Căn cứ vào hàm lượng xuyt silic đá mácma còn được chia ra các loại: mácma axit Si2O > 65%, mácma trung tính Si2O: 65 – 55%, mácma bazơ SiO2: 55 – 45% và mácma siêu bazơ SiO2 < 45%.

Các khoáng vật tạo đá mácma chủ yếu: Thạch anh, fenspat, mica và khoáng vật mầu xẫm.

Các khoáng vật có các tính chất khác nhau, nên sự có mặt của chúng tạo ra cho đá có những tính chất xây dựng khác nhau cường độ, độ bền vững, khả năng gia công…

5.1.1. Khoáng vật thạch anh SiO2

SiO2 Ở dạng kết tinh thể hình lăng trụ 6 cạnh:

• Ít khi trong suốt mà thường có màu trắng và trắng sữa
• Độ cứng 7
• Khối lượng riêng 2,65 g/cm3
• Cường độ cao khoảng 20.000 kg/cm2
• Chống mài mòn tốt
• Ổn định đối với axit trừ axit fluhidric và fotforic.

Ở nhiệt độ thường, thạch anh không tác dụng với vôi, nhưng ở trong môi trường hơi nước bão hoà và nhiệt độ 175 – 200⁰C có thể sinh ra phản ứng silicat.

5.1.2. Fenspat

Fenspat có hai loại: cát khai thẳng góc-octola K2O.Al2O3.6SiO2 – fenspáts kali, cát xiên góc – plagiocla Na2O.Al2O3.6SiO2 – fenspáts natri và CaO.Al2O3.2SiO2 – fenspáts canxi.

Tính chất cơ bản của fenspat:

• Màu biến đổi từ trắng, trắng xám, vàng đến hồng và đỏ
• Độ cứng 6 – 6,5
• Khối lượng riêng: 2,55 – 2,76 g/cm3
• Cường độ 1200 – 1700 kg/cm2.
• Khả năng chống phong hoá của fenspat kém, kém ổn định đối với nước và đặc biệt là nước có chứa CO2:

K2O.Al2O3.6SiO2 + CO2 +2H2O = K2CO3 + 4SiO2 + Al2O3.2SiO2.2H2O
Al2O3.2SiO2.2H2O là caolonit – thành phần chủ yếu của đất sét.

5.1.3. Mica

Mica là những alumôsilicat ngậm nước rất phức tạp. Phổ biến nhất là hai loại biotit và muscovit.

Biotit thường chứa oxyt manhê và oxuyt sắt, công thức:  K Mg, Fe3.Si3.AlO10 . OHF2
có màu nâu đen mica đen.

Muscovit K2O. Al2O3.6SiO2 .2H2O thì trong suốt mica trắng.

Mica có tính chất vật lý như sau:

• Độ cứng 2-3
• Khối lượng riêng 2,76 – 3,2 g/cm3.

Ngoài hai loại trên còn gặp vecmiculit được tạo thành do sự oxy hoá và thuỷ hoá biotit. Khi nung ở 900 – 10000C nước sẽ mất đi, thể tích vecmiculit tăng 18 – 25 lần.

Khoáng vật màu sẫm chủ yếu gồm có amfibôn, piroxen, olivin. Các khoáng vật này có màu xẫm từ màu lục đến màu đen cường độ cao, dai và bền, khó gia công.

5.1.4. Các loại đá mácma thường dùng làm cốt liệu cho bê tông và vữa

Đá mácma xâm nhập:

Đá Granite

Granit đá hoa cương là loại đá axit có ở nhiều nơi, chủ yếu do thạch anh, fenspat và một ít mica, có khi còn tạo thành cả amfibon và piroxen. Granit có màu tro nhạt, hồng nhạt hoặc vàng, phần lớn có kết tinh hạt lớn.

Granit rất đặc chắc:

• Một số loại có màu sắc đẹp
• Khối lượng thể tích 2600 – 2700 kg/m3
• Cường độ nén rất lớn 1200 – 2500kg/cm2
• Độ hút nước nhỏ dưới 1%
• khả năng chống phong hoá rất cao
• Độ chịu lửa kém

Đá granit được sử dụng rộng rãi trong xây dựng ốp mặt ngoài nhà và các công trình đặc biệt, nhà công cộng, làm nền móng cầu, cống, đập

Đá granite phế phẩm của các mỏ sản xuất đá ốp lát được nghiền để làm cốt liệu đổ bê tông mịn và thô khá phổ biến ở Việt Nam.

Đá Sienit

Sienit là loại đá trung tính, thành phần khoáng vật chủ yếu là octola, plagiocla, axit, các khoáng vật mầu xẫm amfibôn, pryroxen, biotit, một ít mica, rất ít thạch anh:

• Sienit màu tro hồng, có cấu trúc toàn tinh đều đặn
• Khối lượng riêng 2,7 -2,9 g/cm3
• Khối lượng thể tích 2400 – 2800 kg/m3
• Cường độ chịu nén 1500 – 2000kg/cm2.

Sienit cũng được ứng dụng khá rộng rãi trong xây dựng và làm cốt liệu cho bê tông và vữa.

Đá Diorit

Diorit là loại đá trung tính, thành phần chủ yếu là plagiocla trung tính chiếm khoảng ¾, hocblen, augit, biotit, amffibôn và một ít mica và pyroxen.

Diorit thường có:

• Màu xám, xám lục có xen các vết xẫm và trắng
• Khối lượng thể tích 2900 – 3300 kg/m3
• Cường độ chịu nén 2000 – 3500kg/cm2
• Diorit dai, chống va chạm tốt, chống phong hoá cao, dễ đánh bóng, nên được sử dụng để làm mặt đường, tấm ốp.

Đá Gabro

Gabrô là loại đá bazơ, thành phần gồm có plagiocla bazơ khoảng 50% và các khoáng vật màu xẫm như pyroxen, amfibon và olivin.

Gabro có:

• Màu tro xẫm hoặc từ lục thẫm đến đen
• Khối lượng thể tích 2900 – 3300 kg/m3
• Cường độ chịu nén 2000 – 3500kg/cm2.
• Đẹp, có thể mài nhẵn
• Grabô được sử dụng làm đá dăm, đá tấm để lát mặt đường và ốp trang trí các công trình kiến trúc.

Đá mácma phún xuất

Đá Diaba

Diaba có thành phần tương tự garbô, là loại đá trung tính, có kết cấu hạt nhỏ, hạt vừa xen lẫn với kết cấu toàn tinh. Thành phần khoáng vật gồm có fenspat, pyroxen, olivin

• Màu tro sẫm hoặc lục nhạt
• Cường độ nén 3000 – 4000 kg/cm2.
• Đá điaba rất dai, khó mài mòn, được sử dụng chủ yếu làm đá rải đường và làm nguyên liệu đá đúc.

Đá Bazan (Basalt)

Bazan là loại đá bazơ, thành phần khoáng vật giống đá grabô. Chúng có cấu trúc ban tinh hoặc cấu trúc poocfica. Đá bazan là loại đá nặng nhất trong các loại đá mácma:

• Khối lượng thể tích 2900 – 3500 kg/cm3
• Cường độ chịu nén 1000 – 5000kg/cm2 có loại cường độ đến 8000kg/cm2
• Rất cứng, giòn, khả năng chống phong hoá cao, rất khó gia công.

Đá bazan là loại đá phổ biến nhất trong xây dựng, được sử dụng để lát đường làm cốt liệu bê tông, tấm ốp chống ăn mòn…

Đá Andesit

Andesit là loại đá trung tính. Thành phần của nó gồm plagiocla trung tính, các khoáng vật sẫm mầu ambrifon, pyroxenvà mica; có cấu tạo ẩn tinh và cấu tạo dạng poocfia

• Có màu tro vàng, hồng, lục.
• Đá andesit có khả năng hút nước lớn
• Khối lượng thể tích 2200 ÷ 2700 kg/m3
• Cường độ chịu nén 1200 – 2400kg/cm2
• Chịu được axit nên được dùng để làm vật liệu chống axit.

Ngoài các loại đá đặc chắc ở trên, trong đá mácma phún xuất còn có đá bọt, tup phún xuất, tro và tup dung nham.

Tro núi lửa

Tro núi lửa: thưởng ở dạng bột, giống nhau màu xám. Những hạt lớn gọi là cát núi lửa. Đá bọt, là loại thuỷ tinh núi lửa, rất rỗng độ rỗng đến 80% được tạo thành khi dung nham nguội lạnh nhanh trong không khí.

• Đá bọt có kích thước 5-30mm
• Khối lượng thể tích 500 kg/m3
• Độ hút nước thấp vì các lỗ rỗng lớn và kín
• Hệ số truyền nhiệt nhỏ 0,12 – 0,2 kCal/m.0C.h
• Cường độ chịu nén 20 – 30kg/cm2.

Cát núi lửa, đá bọt được dùng làm cốt liệu cho bê tông nhẹ, còn bột thì làm vật liệu cách nhiệt và bột mài.

Tup núi lửa

là loại đá rỗng, được tạo thành do quá trình tự lèn chặt tro núi lửa. Loại tip núi lửa chặt nhất gọi là tơrat.
Tup núi lửa đá bọt cũng như tro núi lửa thường dùng làm phụ gia hoạt tính chịu nước cho chất kết dính vô cơ.

Tup dung nham

do trọ và cát núi lửa rơi vào trong dung nham nóng chảy sinh ra. Nó là loại đá thuỷ tinh rỗng:

• Có màu hồng, tím…
• Khối lượng thể tích 750 ÷ 1400 kg/m3
• Cường độ chịu nén 60 – 100kg/cm2
• Hệ số dẫn nhiệt trung bình là 0,3 kCal/m.0C.h.

Trong xây dựng, tup dung nham được xẻ thành bloc để xây tường, sản xuất đá dăm cho bê tông nhẹ.

5.2. Đá trầm tích

Được tạo thành trong điều kiện nhiệt động của vỏ trái đất thay đổi. Các loại đất đá khác nhau do sự tác động của các yếu tố nhiệt độ nước và các tác dụng hoá học mà bị phong hoá, vỡ vụn. Sau đó chúng được gió và nước cuốn đi rồi lắng đọng lại thành từng lớp. Dưới áp lực và trải qua các thời kỳ địa chất chúng được gắn kết lại bằng các chất keo thiên nhiên tạo thành đá trầm tích.

Do điều kiện tạo thành như vậy nên đá trầm tích có các đặc tính chung là: Có tính phân lớp rõ rệt, chiều dày, màu sắc, thành phần, độ lớn của hạt, độ cứng… của các lớp cũng khác nhau. Cường độ nén theo phương vuông góc với các lớp luôn luôn cao hơn cường độ nén theo phương song song với thớ.

Đá trầm tích không đặc chắc bằng đá mácma do các chất keo kết thiên nhiên không chèn đầy giữa các hạt hoặc do bản thân các chất keo kết co lại. Vì thế cường độ của đá trầm tích thấp hơn, độ hút nước cao hơn. Một số loại đá trầm tích khi bị hút nước cường độ giảm đi rõ rệt, có khi bị tan rã trong nước.

Đá trầm tích rất phổ biến, dễ gia công nên được sử dụng khá rộng rãi. Căn cứ vào điều kiện tạo thành đá trầm tích được chia làm 3 loại:

• Đá trầm tích cơ học: là sản phẩm phong hoá của nhiều loại đá, thành phần khoáng vật rất phức tạp. Có loại hạt rời phân tán như cát sỏi, đất sét; có loại các hạt rời bị gắn với nhau bằng chất gắn kết thiên nhiên như sa thạch, cuội kết.
• Đá trầm tích hoá học: được tạo thành do các chất hoà tan trong nước lắng đọng xuống rồi kết lại. Đặc điểm là hạt rất nhỏ, thành phần khoáng vật tương đối đơn giản và đều hơn đá trầm tích cơ học. Loại này phổ biến nhất là đôlômit, manhezit, túp đá vôi, thạch cao, anhydrit và muối mỏ.
• Đá trầm tích hữu cơ: được tạo thành do sự tích tụ xác vô cơ của các loại động vật và thực vật sống trong nước biển, nước ngọt. Đó là những loại đá cacbonat và silic khác nhau như đá vôi, đá vôi vỏ sò, đá phấn, đá điatômit và trepen.

Các khoáng vật tạo đá chủ yếu:

5.2.1. Nhóm oxyt silic

Các khoáng phổ biến nhất của nhóm này là opan, chanxedon và thạch anh trầm tích.

Opan SiO2.2H3O

Là khoáng vô định hình, chứa 2- 14% nước đôi khi đến 34%. Khi nung nóng, một phần nước bị mất đi. Opan thường không màu hoặc màu trắng sữa, nhưng nếu lẫn tạp chất có thể có:

• Màu vàng xanh hoặc đen
• Khối lượng riêng 1,9 ÷ 2,5 g/cm3
• Độ cứng 5 ÷
• Giòn.

Chanxedon SiO2

Là họ hàng của thạch anh, cấu tạo ẩn tinh dạng sợi. Chanxedon được tạo thành từ sự tái kết tinh opan hoặc lắng đọng trực tiếp từ dung dịch cùng với opan và thạch anh.

• Màu trắng, xám, vàng sáng, tro, xanh
• Khối lượng riêng 2,6 g/cm3
• Độ cứng 6.

Thạch anh trầm tích

Được lắng đọng trực tiếp từ dung dịch và cũng có thể do tái kết tinh từ opan và chanxendon. Trong các loại đá trầm tích tồn tại cả thạch anh mácma và thạch anh trầm tích.

5.2.2. Nhóm cacbonat

Các khoáng vật của nhóm cacbonat rất phổ biến trong các loại đá trầm tích. Quan trọng nhất là các khoáng vật canxi, đôlômit và manhezit.

Canxi [CaCO3] (Calcite hay gọi là caxit)

Là khoáng không màu hoặc màu trắng. Chúng dễ tan trong nước và tan mạnh trong nước có chứa CO2; sủi bọt mạnh trong axit clohydric nồng độ 10%. Khi có lẫn tạp chất thì có:

• Màu xám vàng, hồng hoặc xanh
• Khối lượng riêng 2,7 g/cm3
• Độ cứng 3
• Cường độ trung bình

Đôlômit [CaMgCO32]

Là khoáng vật có:

• Màu hoặc trắng
• Khối lượng riêng 2,8g/cm3
• Độ cứng 3-4
• Cường độ lớn hơn canxit.

Khi ở dạng bột và bị nung nóng cũng sủi bọt trong dung dịch axit clohydric nồng độ 10%. Đôlômit được dùng làm nguyên liệu để sản xuất chất kết dính manhezi và đôlômi; làm vật liệu chịu lửa đôlômi, cũng như các loại cây đá xây, đá dăm cho bê tông.

Manzehit [MgCO3] là khoáng có:

• Không màu hoặc màu trắng, xám, vàng hoặc nâu
• Khối lượng riêng 3,0 g/cm3
• Độ cứng 3,5 – 4,5, có cường độ khá cao.

Khi nung nóng thì tan trong được HCl. Manhezit nung ở nhiệt độ 1500 – 16500 C sẽ cho loại vật liệu chịu nhiệt cao, còn khi nung ở nhiệt độ 750 – 8000C sẽ cho MgO. Khi nhào trộn manhezit với dung dịch clorua hoặc sunfat axit manhê sẽ nhận được chất kết dính manhê.

5.2.3. Nhóm các khoáng sét

Các khoáng sét đóng vai trò rất quan trọng trong đá trầm tích, chúng là thành phần chính của đất sét và tạp chất trong nhiều loại đá khác. Alumosilicat ngậm nước là các khoáng vật của nhóm này. Các khoáng phổ biến nhất là kaolimit, montmorilônit và mica ngậm nước.

Caolinit: Al4 [Si4O10] OH8 hay Al2O3.2SiO2.2H2O, được hình thành do kết quả phân huỷ fensat, mica và một số loại silicat khác. Caolinit là thành phần chủ yếu của cao lanh và các loại đất sét đa khoáng:

• Khoáng màu trắng, đôi khi có màu xám hoặc màu xanh;
• Khối lượng riêng 2,6g/cm3
• Độ cứng 1..

Mica ngậm nước được hình thành do sự phân huỷ mica và một số silicat.

Môntmôrilônit là khoáng sét được tạo thành trong môi trường kiềm, tại các vùng biển hoặc trên các lớp đất đá bị phong hoá. Nó là thành phần chính của đất bentonit và đôi khi là chất xi măng gắn kết trong sa thạch. Các khoáng của nhóm môntmôrilônit thường thấy trong các loại đá trầm tích.
Các tạp chất sét làm cho độ bền nước của đá vôi và sa thạch giảm đi.

5.2.4. Nhóm sunfat

Phổ biến nhất trong nhóm này là thạch cao và anhydrit.

Thạch cao: CaSO4.2H2O

Là khoáng:

• Màu trắng hoặc không màu, đôi khi lẫn tạp chất thì có màu xanh, vàng hoặc màu đỏ; tinh thể dạng bản, đôi khi dạng sợi
• Độ cứng 2
• Khối lượng riêng 2,3 g/cm3, dễ hoà tan trong nước độ hoà tan lớn hơn canxit 75 lần.

Thạch cao được tạo thành do trầm tích hoá học, do thuỷ hoá anhyđrit và do nước chứa H2SO4 tác dụng với đá vôi.

Anhydrit CaSO4

Là loại khoáng trần tích hoá học, kết tinh dạng tấm dày hoặc lăng trụ:

• Màu trắng, đôi khi có màu xanh da trời
• Độ cứng 3 – 3,5
• Khối lượng riêng 3g/cm3.

Anhydrit thường gặp trong các tầng đá hoặc các mảnh nhỏ cùng với thạch cao và muối mỏ. Khi tác dụng với nước ở áp lực thấp anhydrit chuyển thành thạch cao và tăng thế tích 30%.

5.2.5. Các loại đá trầm tích thường dùng trong xây dựng, cốt liệu bê tông và vữa

Đá vôi

Thành phần khoáng vật chủ yếu của đá vôi là canxit, ít khi ở dạng tinh khiết, mà thường bị lẫn các tạp chất như silic, đất sét, bitum… Nên nó có màu sắc từ trắng đến màu tro, xanh nhạt, vàng và cả màu hồng xẫm, màu đen.

• Độ cứng 3
• Khối lượng thể tích 1700 ÷ 2600 kg/m3
• Cường độ chịu nén 1700 ÷ 2600kg/cm2
• Độ hút nước 0,2 ÷ 0,5%.

Đá vôi nhiều silic có cường độ cao hơn, nhưng giòn và cứng. Đá vôi đôlômit có tính năng cơ học tốt hơn đá vôi thường. Đá vôi chứa nhiều sét lớn hơn 3% thì độ bền nước kém.

Đá vôi không rắn bằng đá granit, nhưng phổ biến hơn, khai thác và gia công dễ dàng hơn, nên được dùng rộng rãi hơn.

Đá vôi thường được dùng làm cốt liệu cho bê tông, dùng rải mặt đường ô tô, đường xe lửa, và dùng trong các công trình thuỷ lợi nói chung, cũng như để chế tạo tấm ốp, tấm lát và các cấu kiện kiến trúc khác. Đá vôi là nguyên liệu để sản xuất vôi và xi măng.

Sa thạch (sandstone)

Phần lớn do cát thạch anh keo kết bằng chất keo kết thiên nhiên đất sét, oxyt silic, oxyt sắt, cacbonat canxi mà thành. Trong sa thạch có khi còn chứa fenspat, mica và các hạt khoáng vật khác.

Tuỳ loại keo kết mà sa thạch có các tên gọi tương ứng. Sự keo kết các hạt cát để tạo thành sa thạch trừ sa thạch sét cuội kết hay dăm kết xảy ra do quá trình kết tủa oxyt silic hydroxyt sắt và cacbonat canxi trong các lỗ rỗng giữa các hạt cát, sỏi, là tăng độ chặt. Cường độ của sa thạch phụ thuộc vào chất lượng chất gắn kết sa thạch silic có cường độ cao nhất, khoảng 3000 kg/cm2.

Chất keo kết cũng quyết định màu sắc của sa thạch: sa thạch silic và sa thạch vôi có màu tro nhạt; sa thạch sắt có màu hồng, vàng, nâu, sa thạch sét có màu vàng sẫm.

Trong xây dựng thường dùng sa thạch silic để làm đá dăm cho bê tông và để rải mặt đường.

5.3. Đá biến chất

Được hình thành từ sự biến tính của đá mácma, đá trầm tích, thậm chí cát từ đá biến chất trẻ, do sự tác động của áp lực, áp suất cao và các chất có hoạt tính hoá học.

Các chất có hoạt tính hoá học thường gặp nhất là nước và axit cacbonic thường xuyên có trong tất cả các loại đất, đá. Tính chất của đá biến chất do tình trạng biến chất và thành phần của đá trước khi biến chất quyết định. Dưới sự tác động của các tác nhân biến chất, các thành phần của đá có thể tái kết tinh ở trạng thái rắn và sắp xếp lại. Tác dụng biến chất không những có thể cải biến cấu trúc của đá mà còn làm thay đổi thành phấn khoáng vật của nó.

Trong quá trình biến chất do tác động của áp lực và sự tải kết tinh nên đá biến chất thường rắn chắc hơn đá trầm tích; nhưng đá biến chất từ đá mácma thì do cấu tạo dạng phiến mà tính chất cơ học của nó kém đá mácma. Đặc điểm nổi bật của phần lớn đá biến chất trừ đá hoa và đá quăczit là quá nửa khoáng vật của nó có cấu tạo dạng lớp song song nhau, dễ tách thành những phiến mỏng.

Các khoáng vật tạo đá biến chất chủ yếu là những khoáng vật nằm trong đá mácma, đá trầm tích và cũng có thể là các khoáng vật đặc biệt chỉ có ở trong các loại đá biến chất dưới sâu.

Các loại đá biến chất thường dùng trong xây dựng:

5.3.1. Đá gơnai

Là một dạng đá phiến ma: Đá gơnai là do đá granit tái kết tinh và biến chất dưới tác dụng của áp lực cao. Đó là đá biến chất khu vực, tinh thể hạt thô, cấu tạo dạng phân lớp – trong đó những khoáng vật như thạch anh màu nhạt, fenspat và các khoáng vật màu sẫm, mica xếp lớp xen kẽ nhau trông rất đẹp.

Do cấu tạo dạng phân lớp nên cường độ theo các phương khác cũng khác nhau, dễ bị phong hoá và tách lớp. Đá gơnai dùng chủ yếu để làm tấm ốp lòng bờ kênh, lát vỉa hè.

5.3.2. Đá hoa

Là loại đá biến chất tiếp hay khu vực, do tái kết tinh đá vôi và đá đôlômit dưới tác dụng của nhiệt độ và áp suất cao mà thành. Đá hoa bao gồm những tinh thể lớn hay nhỏ của canxit, thỉnh thoảng có xen các hạt đôlômit liên kết với nhau rất chặt tạo nên.

Đá hoa có:

• Nhiều màu sắc như trắng, vàng, hồng, đỏ, đen… xen lẫn những mảnh nhỏ và vân hoa.
• Cường độ chịu nén 1200 kg/cm2, đôi khi đến 3000kg/cm2,
• Dễ gia công cơ học, dễ mài nhắn và đánh bóng.

Đá hoa được dùng làm đá tấm ốp trang trí mặt chính, làm bậc cầu thang, lát sàn nhà, làm cốt liệu cho bê tông, granito.

Đá quăczit là đá sa thạch tái kết tinh tạo thành. Đá màu trắng đỏ hay tím, chịu phong hoá tốt, cường độ chịu nén khá cao 4000kg/cm2, độ cứng lớn. Đá quăczit được sử dụng để xây trụ cầu, chế tạo tấm ốp, làm đá dăm, đá hộc cho cầu đường, làm nguyên liệu sản xuất vật liệu chịu lửa.

Diệp thạch sét: có cấu tạo dạng phiến, tạo thành từ sự biến chất của đất sét dưới áp lực cao. Đá màu xám sẫm, ổn định đối với không khí, không bị nước phá hoại và dễ tách thành lớp mỏng. Diệp thạch sét dùng làm vật liệu lợp rất đẹp.

6. Phân loại và ứng dụng vật liệu đá thiên nhiên làm cốt liệu bê tông

Vật liệu đá thiên nhiên rất khác nhau về tính chất mặc dù là cùng một loại đá, khai thác cùng một nơi. Vì vậy trước khi sử dụng người ta thường tiến hành phân loại chúng.

6.1. Phân loại dựa vào cường độ nén

Đá nhẹ khối lượng thể tích < 1800 kg/m3 được phân ra sáu loại: 5, 10, 15, 75, 100 và 150 kg/cm2.

Đá nặng Khối lượng thể tích > 1800kg/m3 được phân ra bảy loại: 100, 150, 200, 400, 600, 800 và 1000 kg/cm2.

Đá nhẹ dùng để xây tường giữ nhiệt độ trong công trình kiến trúc.

Đá nặng dùng trong các công trình thủy công: móng, cống, đê, lớp hủ, bờ đập, lát kè…

6.2. Phân loại dựa vào hệ số mềm

Vật liệu đá thiên nhiên được phân ra bốn cấp: < 0,6; 0,6 ÷ 0,75 ÷ 0,90 và > 0,90.

6.3. Dựa vào yêu cầu sử dụng và mức độ gia công

Vật liệu đá thiên nhiên được chia thành các loại sau:

6.3.1. Đá hộc

Nhận được bằng phương pháp nổ mìn, không qua gia công gọt đẽo. Viên đá phải đạt yêu cầu: chiều dày 10 cm, dài 25 cm, rộng < 2 lần chiều dày; mặt đá không được lòi lõm quá 3cm.

Đá hộc được dùng để xây móng, tường nhà, tường chắn, giếng của mạng lưới thoát nước, móng cầu, trụ cầu, nền đường ô tô và đường xe lửa, ngoài ra còn dùng cho bê tông đá hộc.

6.3.2. Đá đẽo thô

Là loại đá hộc được gia công thô để cho mặt ngoài, tương đối bằng phẳng độ lồi lõm > 10mm, vuông vắn.; cạnh dài nhỏ nhất là 15 cm và không có góc nhọn nhỏ hơn 600.

6.3.3. Đá đẽo vừa

Dùng để xây tường nhà tường trong và tường ngoài và tường ngăn. Chúng thường được sản xuất từ các loại đá vôi vỏ sò, đá vôi mềm, túp núi lửa và các loại đá nhẹ khác.

6.3.4. Đá đẽo kỹ

Là loại đá hộc được gia công tinh kỹ mặt ngoài, chiều dày và dài của đá nhỏ nhất 15 và 30 cm, chiều rộng của lớp mặt phô ra ngoài ít nhất phải gấp rưỡi chiều dày và không nhỏ hơn 25 cm. Mặt đá phải bằng phẳng vuông vắn. Đá đẽo kỹ dùng để xây tường, vòm cuốn và một số bộ phận khác của công trình.

6.4. Đá kiểu

Được chọc lọc rất cẩn thận và phải là loại đá tốt, rất thuần chất, tuyệt đối không có nứt nẻ, gân, hà, phong hoá. Đá phải có cấu trúc đồng nhất, có đủ các tính chất đảm bảo sau khi xẻ ra thành sản phẩm đạt yêu cầu thẩm mỹ cao.

Đá phiến: được dùng để ốp trang trí hoặc ốp cho các công trình đặc biệt khác.

Đá dăm: là loại đá vụn có cỡ hạt 0,5 ÷ 40 cm, được dùng làm cốt liệu cho bê tông.

Trên đây chúng ta đã tìm hiểu chi tiết về cốt liệu cho bê tông và vữa về tất cả các mặt: thành phần, nguồn gốc, tiêu chuẩn, khái niệm…

Ở bài tiếp theo chúng ta tìm hiểu chi tiết về đơn vị xác định hạt cốt liệu và công thức chuyển đổi giữa các đơn vị, tiêu chuẩn: mesh, micromet, milimete, sieve… Các bạn đón đọc nhé.

7. Kiến thức có thể bạn quan tâm

• Cát nhân tạo là gì?
• Tiêu chuẩn cát trộn bê tông
• Đá tự nhiên là gì? Phân loại
• Xi măng là gì? Đặc tính? Phân loại
• Cốt liệu mịn đổ bê tông
• Thiết kế cấp phối bê tông tự lèn

Nguồn: công ty TKT Company