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

Để khắc phục khác biệt này, bài viết đã thực hiện việc so sánh cốt liệu bê tông theo các tiêu chuẩn, đề xuất giải pháp hoàn thiện tiêu chuẩn cốt liệu của Việt Nam theo hướng đồng thời đáp ứng tiêu chuẩn cốt liệu của Mỹ và châu Âu, tạo điều kiện để sản phẩm cốt liệu này có thể sử dụng cho kết cấu bê tông thiết kế theo cả 3 tiêu chuẩn của Việt Nam, Mỹ và châu Âu.

1. Đặt vấn đề

Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông của Mỹ ACI 318 [3] (điều 3.3.1) quy định, cốt liệu cho bê tông cần đáp ứng tiêu chuẩn Mỹ ASTM C33 [5]. Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông của châu Âu Eurocode 2 [4] (điều 3.1.2) và tiêu chuẩn bê tông của châu Âu EN 206 -1 [7] (điều 5.1) cũng quy định, cốt liệu cho bê tông kết cấu cần phù hợp tiêu chuẩn châu Âu EN 12620 [6]. Cốt liệu bê tông của Việt Nam sản xuất theo các tiêu chuẩn [1,2] có một số tính chất chưa hoàn toàn phù hợp [5,6] để chế tạo bê tông cho các kết cấu thiết kế theo ACI 318 hoặc Eurocode 2. Trong khi đó trên thực tế, cốt liệu của Việt Nam vẫn đang được dùng cho bê tông kết cấu theo cả 2 tiêu chuẩn thiết kế trên.

Để khắc phục bất cập này, có hai cách làm: Một là, bên cạnh cốt liệu theo tiêu chuẩn Việt Nam hiện nay, chế tạo cốt liệu phù hợp với [5] để dùng cho kết cấu thiết kế theo tiêu chuẩn Mỹ hoặc với [6] cho kết cấu thiết kế theo tiêu chuẩn châu Âu; Hai là hoàn thiện tiêu chuẩn cốt liệu của Việt Nam theo hướng phù hợp với cả 2 tiêu chuẩn [5,6]. Khi đó, cốt liệu sẽ được sản xuất và dùng chung cho cả 3 tiêu chuẩn thiết kế, đúng như thực tế hiện nay. Cách thứ 2 tạo được sự thống nhất từ khâu sản xuất đến tiêu thụ nên hiệu quả hơn.

Để làm được điều này, cần so sánh các chỉ tiêu chất lượng của cốt liệu bê tông theo 3 hệ tiêu chuẩn của Việt Nam, Mỹ và châu Âu để phát hiện sự khác biệt giữa chúng. Từ đó, đề xuất giải pháp khắc phục sự khác biệt này, tạo ra bộ chỉ tiêu chất lượng sản phẩm phù hợp với cả 3 tiêu chuẩn cốt liệu bê tông của Việt Nam, Mỹ và châu Âu.

2. So sánh cốt liệu bê tông theo các tiêu chuẩn Việt Nam, Mỹ, châu Âu

2.1. Về chỉ tiêu chất lượng của cốt liệu nhỏ

Kết quả so sánh chỉ tiêu chất lượng của cát thô (Mn > 2) dùng cho bê tông thể hiện trên Bảng 1.
  Ghi chú: ^a Lượng sót riêng trên sàng bất kỳ không vượt quá 45% khối lượng cát; ^b Lượng hạt qua sàng 4 mm được vượt quá 99% khi tỷ lệ (%) cát lọt qua từng sàng ghi trong bảng 1 được thông báo đầy đủ; ^c Được coi là không có hại khi lượng hạt lọt sàng 0,063mm ≤ 3%; ^d Giá trị trong ngoặc dùng cho bê tông chịu mài mòn, khi hạt mịn là bụi không lấn sét hoặc phiến sét, giá trị 5 (3); ^d theo ASTM C33 được phép tăng thêm 2%.

Qua Bảng 1 có thể thấy:

a) Cát tự nhiên theo TCVN 7570 và cát nhân tạo theo TCVN 9205 có thành phần hạt, modun độ nhỏ về cơ bản đáp ứng ASTM C33 vì kích thước các lỗ sàng và tỷ lệ lọt sàng gần tương đương nhau. So với EN 12620 của châu Âu, sự khác biệt về thành phần hạt cũng không lớn vì tuy kích thước lỗ sàng của Việt Nam lớn hơn (khoảng 20%) so với sàng châu Âu, nhưng sàng Việt Nam từ 5 tới 1,25 mm là sàng lỗ tròn nên lượng cát lọt sàng ít hơn, tỷ lệ cát lọt sàng của Việt Nam cũng được quy định cao hơn 12% (95 - 100 qua sàng 5 mm so với 85 - 100 qua sàng 4 mm), ngược lại, modun độ nhỏ của cát tính theo sàng Việt Nam cũng được lấy nhỏ hơn 20% so với châu Âu (2 - 3,3 so với 2,4 - 4,0). Riêng với cát nghiền, tỷ lệ hạt mịn lọt sàng 0,075 mm theo tiêu chuẩn Việt Nam hiện cao hơn theo tiêu chuẩn Mỹ [5] 6 - 11% và châu Âu [61] khoảng 6%.
  b) Về tạp chất (chỉ tiêu 3 - 7, Bảng 2): Cát theo tiêu chuẩn Việt Nam đáp ứng tiêu chuẩn Mỹ và châu Âu.

Như vậy sự khác nhau cơ bản giữa cốt liệu nhỏ theo các tiêu chuẩn Việt Nam, Mỹ, châu Âu là ở thành phần hạt (do được xác định trên các bộ sàng khác nhau) và hàm lượng hạt mịn (≤ 0,075 hoặc 0,063 mm) trong cát nghiền.

2.2. Về chỉ tiêu chất lượng của cốt liệu lớn

Kết quả so sánh các chỉ tiêu chất lượng của cốt liệu lớn dùng cho bê tông trên Bảng 2 và 3.
  Ghi chú: *1,5 % khi trong cốt liệu lớn không có sét, phiến sét hoặc khi cốt liệu nhỏ có cỡ hạt ≤ 0,075 mm dưới 10%.
Bảng 2 và 3 cho thấy:

a) EN 12620 quy định nhiều chỉ tiêu nhất, trong mỗi chỉ tiêu lại có nhiều mức chất lượng để tùy chọn, trong khi đó ASTM C33 quy định ít chỉ tiêu nhất và mỗi chỉ tiêu lại chỉ có một mức chất lượng.

b) Cốt liệu lớn theo tiêu chuẩn Việt Nam có độ chênh lệch về thành phần hạt không nhiều so với Mỹ và châu Âu. Có khác là thành phần hạt theo TCVN 7570 của Việt Nam quy định ít hơn tiêu chuẩn Mỹ và châu Âu một cỡ hạt kích thước nhỏ hơn d_min/2. Khi cốt liệu được sản xuất theo tiêu chuẩn của Việt Nam với d_min = 0 - 10%, thì lượng hạt < d_min/2 cũng có thể chỉ ở mức 0 - 5% như quy định của Mỹ và châu Âu, tuy nhiên, nếu xảy ra tình huống 10% lọt sàng d_min phần lớn là hạt mịn thì cốt liệu lớn sẽ có chất lượng kém hơn. Vì vậy, quy định như Mỹ và châu Âu đảm bảo chất lượng cốt liệu ổn định hơn.

c) Khác với Việt Nam và Nga [1,9] có D_max = 70 mm (sàng lỗ tròn), tiêu chuẩn của Mỹ, châu Âu (và bộ sàng ISO) chỉ có cỡ D_max = 63 mm.

d) Về các chỉ tiêu ngoài thành phần hạt (Bảng 3), chỉ tiêu 1 - 3 được quy định ở cả 3 hệ tiêu chuẩn; chỉ tiêu 4 (lượng sét cục, hạt yếu) - Mỹ, Nga có quy định nhưng Việt Nam đã bỏ từ 2006; chỉ tiêu 5 (lượng hạt thoi dẹt) và 6 (độ nén dập) - Mỹ không quy định nhưng Việt Nam, châu Âu, Nga đều có quy định; chỉ tiêu 7 (hàm lượng ion CL, có thể gặp ở cốt liệu vùng biển hoặc nước lợ) - Mỹ không quy định nhưng Việt Nam, châu Âu có quy định; chỉ tiêu 8 (tạp chất hữu cơ, có thể gặp ở cốt liệu sỏi) - Mỹ có quy định nhưng Việt Nam và châu Âu có quy định, chỉ tiêu 9 - 12 chỉ có châu Âu quy định (có thể để áp dụng theo điều kiện của từng nước trong Liên minh hoặc khi bê tông cần tính năng đặc biệt).

Như vậy, sự khác nhau cơ bản về chất lượng của cốt liệu lớn theo các tiêu chuẩn Việt Nam, Mỹ, châu Âu là ở thành phần hạt (do được xác định trên các bộ sàng khác nhau), ở số chỉ tiêu chất lượng và mức chất lượng ở một số chỉ tiêu.

Căn cứ sự khác nhau về cốt liệu như phân tích ở trên, có thể thấy nếu giữ nguyên tiêu chuẩn cốt liệu của Việt Nam như hiện nay, hoặc chuyển tiêu chuẩn cốt liệu của Việt Nam theo Mỹ hoặc châu Âu, sản phẩm tạo ra sẽ chỉ đáp ứng một tiêu chuẩn thiết kế kết cấu và xung đột với các tiêu chuẩn thiết kế còn lại. Vì vậy, sẽ hợp lý hơn nếu hoàn thiện tiêu chuẩn cốt liệu của Việt Nam theo hướng phù hợp đồng thời với tiêu chuẩn cốt liệu của Mỹ và châu Âu.
(Còn nữa)