>> Hoàn thiện tiêu chuẩn cốt liệu dùng cho bê tông (P1)

3. Hoàn thiện tiêu chuẩn cốt liệu của Việt Nam

Kiến nghị hoàn thiện tiêu chuẩn về cốt liệu cho bê tông của Việt Nam như sau:

3.1. Về phạm vi áp dụng

a) Cốt liệu cho bê tông theo tiêu chuẩn Mỹ [5] và châu Âu [6] được chia thành 2 loại: cốt liệu nhỏ và cốt liệu lớn. Cốt liệu nhỏ gồm cát tự nhiên, cát nghiền từ đá tự nhiên đặc chắc và hỗn hợp giữa chúng. Cốt liệu lớn gồm: đá dăm, sỏi, sỏi dăm từ đá tự nhiên đặc chắc, xỉ lò cao nguội trong không khí (blastfunace air cooled), dăm từ bê tông xi măng tái chế và hỗn hợp giữa chúng. Ngoài ra, tiêu chuẩn cốt liệu của châu Âu còn bao gồm: cốt liệu tự nhiên cỡ 0 - 8 mm, cốt liệu lớn-nhỏ trong 1 (all - in) cỡ 0 - 40 mm và cốt độn mịn cỡ 0 - 2 mm.

b) Cốt liệu bê tông của Việt Nam cũng được phân thành 2 loại nhỏ và lớn. Chất lượng được qui định trong 2 tiêu chuẩn: TCVN 7570 cho cát tự nhiên, dăm, sỏi, sỏi dăm đặc chắc và TCVN 9205 cho riêng cát nghiền. Chưa có quy định cho hỗn hợp cát tự nhiên - cát nghiền đang được dùng hiện nay.

c) Kiến nghị: Ghép 2 tiêu chuẩn cốt liệu thành 1, giữ nguyên đối tượng áp dụng gồm 2 loại cốt liệu lớn và nhỏ có nguồn gốc đặc chắc. Cốt liệu lớn bao gồm đá dăm, sỏi, sỏi dăm và hỗn hợp giữa chúng, cốt liệu nhỏ bao gồm cát tự nhiên, cát nghiền và hỗn hợp giữa chúng.

3.2. Về bộ sàng cốt liệu

a) Tiêu chuẩn châu Âu [6] cho phép sử dụng 3 bộ sàng: sàng cơ bản, sàng mở rộng Set 1 và sàng mở rộng Set 2. Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho các nước trong Liên minh lựa chọn bộ sàng phù hợp điều kiện riêng của mình, tạo thuận lợi cho sản phẩm cốt liệu cung cấp ra thị trường phù hợp với nhiều nước trong Liên minh hơn.

b) Trong tiêu chuẩn hoàn thiện, kiến nghị cho phép sử dụng một hoặc nhiều bộ sàng sau:

- Sàng Việt Nam (S_vn) với các sàng: 63. 40, 20, 10, 5, 2,5, 1,25, 0,63, 0,315, 0,14, 0,075 mm;

- Sàng Mỹ (S_astm) với các sàng: 63, 50, 37,5, 25,19, 12,5, 9,5, 4,75, 2,36, 1,18, 0,6, 0,3, 0,15, 0,075 mm;

- Sàng châu Âu (S_en) với các sàng: 63, 40, 20, 8, 4, 2, 1, 0,5, 0,25, 0,125, 0,063 mm.

3.3. Về bộ chỉ tiêu chất lượng cát

Kiến nghị bộ chỉ tiêu chất lượng cát cho bê tông (cát thô) như Bảng 4.
  Bảng 4 được xây dựng trên các căn cứ sau:

a) Tham khảo tiêu chuẩn Nga [9] và cách làm của tiêu chuẩn châu Âu [6] cát được phân thành 2 loại. Loại 1 chất lượng cao, phù hợp với cả 3 tiêu chuẩn cốt liệu của Việt Nam, Mỹ và châu Âu, loại 2 chất lượng thấp hơn, phù hợp với tiêu chuẩn Việt Nam và châu Âu.

b) Thành phần hạt, modun độ nhỏ được tham khảo từ tiêu chuẩn cốt liệu của Việt Nam, Mỹ, châu Âu với 3 bộ sàng tương ứng 3 nước đang dùng hiện nay S_vn, S_astm và S_en.

c) Lượng hạt mịn/lượng bùn, sét

Hạt mịn (≤ 0,075 hoặc 0,063 mm) và bùn, sét (kích thước tương ứng 0,0039 - 0,063 và ≤ 0,0039 mm) thực chất cùng cỡ hạt. Vì vậy, ASTM C33 quy chung hai loại này vào 1 chỉ tiêu là lượng hạt nhỏ hơn 0,075 mm với giá trị max 5% cho bê tông thường và 3% cho bê tông chịu thêm mài mòn. Ngoài ra, nếu các hạt ≤ 0,075 mm không chứa sét, tỷ lệ hạt này có thể tăng thêm 2%. Tuy nhiên nếu xét về tác động tới các tính chất của bê tông, bùn sét (đặc trưng cho cát tự nhiên) ảnh hưởng tiêu cực hơn nhiều so với hạt mịn là bụi đá trong cát nghiền. Vì vậy lượng bùn, sét cho cát tự nhiên được TCVN 7570 giới hạn là ≤ 1.5% đối với bê tông B > 30 và ≤ 3% với bê tông B ≤ 30, được tiêu chuẩn Nga [9] giới hạn ≤ 2% cho cát loại 1 và ≤ 3% cho cát loại 2. Theo tiêu chuẩn châu Âu [6], lượng hạt ≤ 0,063 mm ở mức ≤ 3% mới được coi là không có hại.

Căn cứ thực tế sản xuất - sử dụng cát tại Việt Nam và các phân tích trên, kiến nghị:

- Chỉ tiêu lượng hạt mịn được quy định riêng cho cát nghiền, lượng bùn sét được quy định riêng cho cát tự nhiên;

- Đối với cát nghiền loại 1, giá trị lượng hạt mịn được tham khảo từ ASTM C33 (cỡ ≤ 0,075 mm, mức 5 % cho bê tông thường và 3% cho bê tông chịu mài mòn và theo EN 12620 (cỡ ≤ 0,063 mm, mức 1 : 3%). Đối với cát nghiền loại 2 - theo EN 12620 (cỡ ≤ 0,063 mm, mức 2 : 10 %), khi đó để phù hợp tiêu chuẩn châu Âu, cát nghiền theo tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành kiến nghị hạ từ 16% xuống còn 12%;

- Đối với cát tự nhiên, giá trị lượng bùn, sét cho cát loại 1 được lấy theo TCVN 7570 là 1,5% và loại 2 được lấy theo tiêu chuẩn Việt Nam và Nga [1,9] bằng 3 %.

d) Lượng sét cục, hạt yếu trong cát được ASTM C33 quy định ≤ 3%; Lượng hạt sét cho cát nghiền được TCVN 9205 quy định ≤ 2%; Lượng sét cục trong cát tự nhiên được TCVN 7570 quy định “không có” đối với bê tông B > 30 và ≤ 0,25% đối với bê tông B ≤ 30, được tiêu chuẩn Nga [9] quy định ≤ 0,25 và ≤ 0,5 đối với cát loại 1 và loại 2. Hạt sét thường là các hạt vỡ từ đá phiến sét xen kẹp trong các tầng đá đặc chắc được tạo ra trong cát nghiền ít tác động xấu như sét cục (thường từ bùn, sét, phù sa) trong cát tự nhiên, kiến nghị cũng quy định hạt sét, hạt yếu cho riêng cát nghiền theo các giới hạn 2% và 3 % như trong TCVN 9205 và sét cục cho riêng cát tự nhiên với các giới hạn 0,25 và 0,5% cho cát loại 1 và 2 theo tiêu chuẩn Nga [9].

e) Chỉ tiêu phản ứng kiềm - silíc được lấy theo quy định của 3 tiêu chuẩn điều kiện Việt Nam, được lấy theo tiêu chuẩn Việt Nam [1,2].

3.4. Về bộ chỉ tiêu chất lượng cốt liệu lớn
  Kiến nghị bộ chỉ tiêu chất lượng cốt liệu lớn như trên Bảng 5 và 6.

a) Chỉ tiêu thành phần hạt của một số cỡ cốt liệu lớn trên Bảng 5 được lấy từ các tiêu chuẩn (với bộ sàng tương ứng) của Việt Nam, Mỹ và châu Âu [1,5,6].

b) Các chỉ tiêu ngoài thành phần hạt trên Bảng 6.

- Cốt liệu lớn được phân thành 3 loại theo chỉ tiêu chính là độ nén dập, tham khảo từ tiêu chuẩn Nga [8], để áp dụng cho 3 cấp độ bền nén của bê tông: Loại 1 cho bê tông B> 50, loại 2 – B ≤ 50 và loại 3 – B ≤ 30. Chỉ tiêu này cũng nằm trong giới hạn các mức về độ nén dập theo tiêu chuẩn châu Âu và không vi phạm ASTM C33.

Ghi chú:

*Lượng sét cục trong chỉ tiêu 5 không quá 0,25%,

**Được lấy bằng 1,5 - khi cốt liệu lớn không có sét, phiến sét hoặc khi cốt liệu nhỏ có hạt ≤ 0,075 mm dưới 10%. Các chỉ tiêu khác - theo đặt hàng.

- Chỉ tiêu hao mòn Los Angeles được giới hạn theo ASTM C33 và TCVN 7570 là 50%. Giá trị chỉ tiêu này được lấy theo phân cấp của Nga và châu Âu [8,6] tương ứng 25, 35 và 50% đối với cốt liệu lớn loại 1,2 và 3;

- Chỉ tiêu hàm lượng thoi dẹt được giới hạn theo TCVN 7570 là 15 và 35% cho cốt liệu bê tông B>30 và B≤30 Mpa), hàm lượng này được lấy theo phân cấp của Nga và châu Âu [8,6], tương ứng 15, 25 và 35% cho cốt liệu lớn loại 1, 2 và 3;

- Chỉ tiêu lượng hạt yếu được lấy theo tiêu chuẩn Mỹ, mức 10% cho cốt liệu loại 3, 5% cho cốt liệu loại 1, 2. Tiêu chuẩn châu Âu không có chỉ tiêu gọi là hạt yếu, nhưng có quy định về hàm lượng vỏ sò là một trong các dạng hạt yếu (mức 10/>10%).

- Chỉ tiêu lượng hạt ≤ 0,075 (hoặc 0,063) mm, bao gồm cả bùn, sét cho cốt liệu lớn loại 1 và 2 được lấy theo [1,5] là 1 (hoặc 1,5) %. Đối với cốt liệu lớn loại 3, lấy theo tiêu chuẩn Việt Nam và Nga là 2% [1,8]. Giá trị này cũng phù hợp với các mức quy định trong [6] (mức ≤1,5/4%);

- Chỉ tiêu phản ứng kiềm = silic được quy định là vô hại, như trong 3 tiêu chuẩn;

- Chỉ tiêu lượng ion CL đặc thù của Việt Nam, được lấy theo [1].

3.5. Sử dụng cốt liệu cho bê tông

Căn cứ yêu cầu đối với cốt liệu theo các tiêu chuẩn Việt Nam, Mỹ, châu Âu hiện hành (bảng 1,2,3), cốt liệu có chất lượng như đề xuất ở Bảng 4,5,6 được kiến nghị sử dụng trong bê tông như sau:

a) Cát loại 1 (có thành phần hạt đáp ứng cả 3 bộ sàng) được áp dụng cho bê tông kết cấu thiết kế theo cả 3 tiêu chuẩn Việt Nam, Mỹ, châu Âu với mọi cấp độ bền.

b) Cát loại 2 có thành phần hạt đáp ứng sàng Svn hoặc Sen hoặc cả hai được áp dụng cho bê tông kết cấu thiết kế theo tiêu chuẩn Việt Nam hoặc châu Âu hoặc cả hai, với cấp độ bền B≤ 30.

c) Cốt liệu lớn loại 1 (có thành phần hạt đáp ứng cả 3 bộ sàng) được áp dụng cho bê tông kết cấu thiết kế theo cả 3 tiêu chuẩn Việt Nam, Mỹ, châu Âu với mọi cấp độ bền.

d) Cốt liệu lớn loại 2 (có thành phần hạt đáp ứng cả 3 bộ sàng) được áp dụng cho bê tông thiết kế theo cả 3 tiêu chuẩn Việt Nam, Mỹ và châu Âu với cấp độ bền B≤ 50.

e) Cốt liệu lớn loại 3 (có thành phần hạt đáp ứng 2 bộ sàng S_vn và S_en) được áp dụng cho bê tông thiết kế theo tiêu chuẩn Việt Nam và châu Âu với cấp độ bền B ≤ 30.

3.6. Hoàn thiện tiêu chuẩn phương pháp thử

Tiêu chuẩn TCVN 7572:2006, TCVN 344:1986 và TCVN 9205:2012 về cơ bản đã có đủ phương pháp thử các chỉ tiêu chất lượng của cốt liệu kiến nghị trong các Bảng 4,5,6. Tuy nhiên chúng cần được đối chiếu thêm với các tiêu chuẩn phương pháp thử của Mỹ (ASTM C26, C40, C117, C131, C136...) và châu Âu (EN 933, EN 1097) để hoàn thiện một số nội dung khác tiêu chuẩn Việt Nam (ví dụ: Bộ sàng sử dụng, công thức tính mudun độ nhỏ…)

4. Tác động của tiêu chuẩn hoàn thiện tới công tác sản xuất và thương mại sản phẩm cốt liệu

4.1. Tác động của tiêu chuẩn tới công tác sản xuất cốt liệu

Việc sản xuất cốt liệu về cơ bản vẫn giữ nguyên như hiện nay, trên cơ sở bộ sàng Việt Nam và tiêu chuẩn Việt Nam [1]. Khi sản xuất, nên thí nghiệm thành phần hạt theo 3 bộ sàng để điều chỉnh thông số nghiền - sàng vào khung thành phần hạt theo 3 tiêu chuẩn, Lưu ý rằng sàng Việt Nam từ cỡ hạt 1,25 mm trở lên là sàng lỗ tròn, nên lượng cốt liệu lọt sàng có thể nhỏ hơn sàng vuông cùng cỡ.

- Đối với cát nghiền, nên điều chỉnh như giảm lượng hạt ≤ 0,075 mm (lắp thêm máy hút phân ly) để tách các hạt quá mịn khỏi cốt liệu nhỏ;

- Đối với cốt liệu lớn, thành phần hạt của cốt liệu lớn có thể sản xuất căn cứ bảng 5. Thành phần hạt của 3 tiêu chuẩn cốt liệu đều tuân thủ nguyên tắc 90 - 100% ≤ D_max, 0 - 10% ≤ dmin, (D_max + d_min)/2 = (30 ± 5) - 70%, lượng hạt lọt qua từng cỡ sàng được lấy trong phạm vi khá rộng, nên không khó tạo ra thành phần hạt đáp ứng yêu cầu của cả 3 tiêu chuẩn [1.5.6]. Đối với cốt liệu một cỡ, nếu được cung cấp theo nguyên tắc: 100% ≤ 1,4 D_max; 90 - 100% ≤ D_max, 0 - 10% ≤ d_min, 0-5 ≤ d_min/2, thì việc phối hợp thành các cấp phối theo tiêu chuẩn Việt Nam, Mỹ, châu Âu tại trạm trộn bê tông sẽ thuận lợi hơn.

4.2. Thương mại hóa sản phẩm

Mỗi lô sản phẩm cốt liệu theo tiêu chuẩn hoàn thiện có thể được công bố thỏa mãn đồng thời 3 tiêu chuẩn. Ví dụ: Cát loại 1, Mn 2,4 TCVN 7570:xxxx/ Mn 2,5 ASTM C33/ Mn2,7 EN 12620; Đá dăm loại 1, cỡ 5 - 20 mm TCVN 7570/cỡ 4,75 - 19 mm ASTM C33/cỡ 4 - 20 mm EN 12620. Việc phân cốt liệu thành nhiều loại với chất lượng khác nhau giúp cho người sản xuất chúng bán giá hợp lý hơn, người sử dụng chúng phù hợp tiêu chuẩn thiết kế và hiệu quả hơn.

5. Kết luận

- Cốt liệu cho bê tông theo các tiêu chuẩn Việt Nam, Mỹ, châu Âu có chất lượng về cơ bản giống nhau. Sự khác nhau chính của cốt liệu nhỏ và cốt liệu lớn giữa các tiêu chuẩn là ở thành phần hạt do được xác định trên các bộ sàng khác nhau, ở hàm lượng hạt mịn (≤ 0,075 hoặc 0,063 mm) của cát nghiền, ở số chỉ tiêu chất lượng và mức chất lượng tại một số chỉ tiêu của cốt liệu lớn;

- Trên cơ sở so sánh cốt liệu theo các tiêu chuẩn, đã đề xuất việc hoàn thiện tiêu chuẩn cốt liệu bê tông theo hướng hợp nhất 2 tiêu chuẩn TCVN 7570 và TCVN 9205 thành một để mở rộng phạm vi áp dụng cho cát hỗn hợp tự nhiên - nghiền, sử dụng 3 bộ sàng phù hợp tiêu chuẩn cốt liệu của Việt Nam, Mỹ, châu Âu, phân cát thành 2 loại, cốt liệu lớn thành 3 loại với số chỉ tiêu chất lượng và mức chất lượng trong mỗi chỉ tiêu đáp ứng được đồng thời 2 hoặc 3 tiêu chuẩn. Cốt liệu đáp ứng bộ chỉ tiêu chất lượng đề xuất được áp dụng cho bê tông kết cấu theo cả 3 (hoặc 2) tiêu chuẩn thiết kế của Việt Nam, Mỹ, châu Âu với các cấp độ bền B ≤ 30, B ≤ 50 và B > 50 theo mẫu lập phương hoặc 25, 40, > 40 theo mấu trụ;

- Tiêu chuẩn hoàn thiện về cơ bản không làm thay đổi công nghệ sản xuất và khai thác cốt liệu hiện tại, cung cấp cơ sở cho việc đổi mới công nghệ giảm bớt hàm lượng hạt ≤ 0,075 mm trong cát nghiền, nâng tính thương mại của sản phẩm cốt liệu, cho phép sử dụng một loại cốt liệu cho bê tông kết cấu theo nhiều tiêu chuẩn thiết kế khác nhau và với các cấp độ bền thích hợp.
(Hết)

Tài liệu tham khảo

1. TCVN 7570:2006, Cốt liệu cho bê tông và vữa – Yêu cầu kỹ thuật.

2. TCVN 9205:2012, Cát nghiền cho bê tông và vữa.

3. ACI 318-11, Building Code Requirements for Structural Concrete.

4. EN 1992-1-1, Design of concrete structures – Part 1- 1: General rules and rules for buildings.

5. ASTM C33, Standard Specification for Concrete Aggregates.

6. BS EN 12620:2002+A12008 Aggregates for concrete

7. EN 206-1 Concrete – Part 1: Specification, peformance, production and comformity.

8. ГОСТ 8267-93. Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия (с Изменениями N 1-4, 2009).

9. ГОСТ 8736-2014 Песок для строительных работ. Технические условия (с Поправкой).