Trọng lượng riêng của cát chỉ là một chỉ số vật lý đơn giản nhưng lại có ảnh hưởng rất sâu sắc đến chi phí và chất lượng của hàng trăm công trình xây dựng. Vậy bí mật của cát xây dựng là gì khiến cho nhiều người tò mò muốn tìm hiểu sâu hơn đến vậy? Hãy cùng với MRA Group tìm hiểu từ khái niệm cho đến phân biệt về nền móng của vật liệu xây dựng quan trọng này.
Nội dung chính
- 1 Trọng lượng riêng của cát là gì?
- 2 Phân biệt các loại trọng lượng riêng của cát
- 3 Phương pháp thí nghiệm xác định trọng lượng riêng của cát
- 4 Phân biệt trọng lượng riêng của cát và các khái niệm liên quan
- 5 Vai trò của trọng lượng riêng cát trong xây dựng
- 6 Trọng lượng riêng của cát ảnh hưởng đến chi phí và chất lượng công trình ra sao?
Trọng lượng riêng của cát là gì?
Trong lĩnh vực xây dựng các là một trong những vật liệu thô quan trọng để sản xuất bê tông, vữa xây dựng và nhiều ứng dụng khác. Các đặt tính vật lý của các có ảnh hưởng sâu sắc đến chất lượng và tính kinh tế của công trình. Một trong những chỉ tiêu vật lý thường xuyên được nhắc đến đó là trọng lượng riêng của cát.
Trọng lượng riêng (specific gravity) hay còn gọi là tỷ trọng của một vật liệu trong xây dựng là tỷ lệ giữa khối lượng riêng so với khối lượng riêng của một chất chuẩn đối với các vật liệu rắn và lỏng trong xây dựng thì chất chuẩn được sử dụng là nước cất ở nhiệt độ 4° C.
Trọng lượng riêng của một đại lượng không có đơn vị. Cho nên trọng lượng riêng của các phản ánh khối lượng riêng của các hạt cát rắn không tính đến các khoảng trống hay bọt khí giữa chúng. Những chỉ tiêu này giúp phân biệt các loại cát có nguồn gốc khoáng vật khác nhau.
Phân biệt các loại trọng lượng riêng của cát
Trong thực tế và trong phòng thí nghiệm người ta sẽ phân biệt ba loại trọng lượng riêng của cát dựa trên trạng thái độ ẩm của các hạt.
Trọng lượng riêng tuyệt đối (Absolute Specific Gravity – ký hiệu Gs)
Đây là tỉ số giữa khối lượng của các hạt rắn hoàn toàn khô và thể tích (không tính các lỗ rộng hay mao quản bên trong). Chỉ số này thể hiện khối lượng riêng của vật liệu cát cần phải sấy khô ở nhiệt độ cao để loại bỏ hoàn toàn độ ẩm trong và ngoài hạt trước khi xác định.
Trọng lượng riêng biểu kiến (Apparent Specific Gravity – ký hiệu Gsa)
Chỉ số này là tỉ số giữa khối lượng của hạt khô và thể tích bao gồm các lỗ rỗng kín và không thấm nước bên trong hạt. Gsa (trọng lượng riêng biểu kiến) luôn nhỏ hơn GS (trọng lượng riêng tuyệt đối) vì thể tích tính toán lớn hơn.
Trọng lượng riêng bão hòa khô bề mặt ((Saturated Surface-Dry Specific Gravity – ký hiệu Gssd)
Loại trọng lượng riêng được sử dụng rộng rãi và có ý nghĩa thực tế nhất trong thiết kế cấp phối bê tông. Ở trạng thái bão hòa khô bề mặt các hạt cát đã khô nhưng các lỗ rộng bên trong hạt đã bão hòa hoàn toàn nước.
Gssd là tỷ số giữa khối lượng của các hạt ở trạng thái bão hòa khô bề mặt và thể tích bao gồm các lỗ rỗng đã ngấm nước.
Thông thường, Gssd≈Gs≈Gsa đối với các loại cốt liệu có độ rỗng thấp, nhưng với các loại cát có độ rỗng cao, sự khác biệt giữa các chỉ số này là đáng kể.
Phương pháp thí nghiệm xác định trọng lượng riêng của cát
Việc xác định trọng lượng riêng của cát phải tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn để đảm bảo độ chính xác. Phương pháp này được quy định trong tiêu chuẩn TCVN 7572-7:2006, tương đương với tiêu chuẩn quốc tế ASTM C128.
Các dụng cụ thí nghiệm
Bình tỷ trọng (Pycnometer): có thể tích chuẩn (thường 500ml hoặc 1000ml), có nút đậy kín và ống mao quản để xác định thể tích chính xác.
Cân điện tử có độ chính xác cao (đến 0.1g).
Lò sấy (Drying oven): Để sấy cát đến trạng thái khô ráo hoàn toàn.
Các dụng cụ khác: Phễu kim loại, chày đầm, chảo đựng mẫu, khăn khô, v.v.
Cách thực hiện xác định Gssd
Bước 1: Chuẩn bị mẫu bằng cách lấy một lượng các thí nghiệm khoảng 500g rửa sạch để loại bỏ bụi bẩn. Tiếp theo ngâm cát trong nước suốt 24 giờ để cắt lỗ rỗng bên trong hạt bão hòa hoàn toàn.
Bước 2: Tiến hành đưa mẫu về trạng thái bão hòa khô bề mặt bằng cách vớt mẫu cát ra, trải đều trên khăn hoặc chảo để khô tự nhiên. Có thể sử dụng máy sấy tóc hoặc quạt để làm khô bề mặt.
Trạng thái SSD được kiểm tra bằng cách dùng phễu kim loại nén cát và nhấc phễu ra. Nếu cát giữ được hình dạng phễu có nghĩa là bề mặt còn ẩm. Ngược lại nhất phễu lên mà cát bị sụp xuống có nghĩa là bề mặt đã khô, đạt trạng thái SSD.
Bước 3: Cân mẫu ở trạng thái SSD đảm bảo độ chính xác ký hiệu là mssd.
Bước 4: đo thể tích bằng cách cho mẫu cát SSD vào bình tỷ trọng đã biết khối lượng. Tiến hành đổ nước cất vào bình cho đến khi ngập hết cát. Lắc đều để loại bỏ bọt khí rồi cho thêm nước đến vật chuẩn và cân tổng khối lượng ký hiệu là m3.
Bước 4: tiến hành đo thể tích nước bằng cấp độ hết cát và nước ra khỏi bình. Tiếp tục rửa sạch và lau khô Bình rồi đổ nước cất vào bình đến vạch chuẩn và cân khối lượng bình và nước ký hiệu là m4.
Bước 5: tính toán trọng lượng riêng bão hòa khô bề mặt Gssd theo công thức: Gssd=mssd/(m4+mssd−m3)
Trong đó:
- mssd: Khối lượng mẫu cát ở trạng thái SSD.
- m3: Khối lượng bình + cát + nước.
- m4: Khối lượng bình + nước.
👉 “Bạn có thể xem thêm Chiều cao thông thủy là gì? Cách tính chiều cao thông thủy
Phân biệt trọng lượng riêng của cát và các khái niệm liên quan
Việc hiểu đúng và phân biệt được các khái niệm của trọng lượng riêng của các và các khái niệm liên quan giúp bạn tránh nhầm lẫn trong khi tính toán.
Trọng lượng riêng và khối lượng thể tích
- Trọng lượng riêng (Specific Gravity – Gs) là chỉ tiêu vật lý của hạt vật liệu rắn không có đơn vị không tính đến khoảng trống giữa các hạt và ổn định đối với cùng một loại vật liệu.
- Khối lượng thể tích (Bulk Density – γ) là khối lượng toàn bộ một thể tích vật liệu bao gồm các lỗ rộng giữa các hạt thay đổi tùy theo độ ẩm và mức độ đầm nén. Đơn vị của khối lượng thể tích là kg/m³ hoặc T/m³. Ví dụ hạt cát ẩm có thể nặng hơn hạt cát khô do thêm khối lượng của nước.
Trọng lượng riêng và độ ẩm
- Trọng lượng riêng của cát là thuộc tính cố hữu của bản thân vật liệu.
- Độ ẩm là một biến số có tỉ lệ phần trăm khối lượng nước trong cát so với khối lượng cát khô. Độ ẩm là chỉ tiêu cần được xác định riêng biệt và sử dụng cùng với trọng lượng riêng để hiệu chỉnh khối lượng vật liệu trong cách tính toán cấp phối bê tông.
Vai trò của trọng lượng riêng cát trong xây dựng
Bởi vì trọng lượng riêng của cát không phải là một con số vật lý mà là một chỉ tiêu kỹ thuật thiết yếu có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và hiệu quả kinh tế của công trình.
Tính toán cấp phối bê tông và vữa
Cấp phối bê tông được tính toán dựa trên khối lượng riêng của từng thành phần (xi măng, cát, đá, nước, phụ gia). Nhằm đảm bảo hỗn hợp đạt được cường độ và độ sụt yêu cầu Tuy nhiên người ta không thể đong đếm khối lượng vật liệu thực tế bằng thể tích.
Cho nên các kỹ sư đã chuyển đổi chính xác trọng lượng riêng từ thể tích sang khối lượng và ngược lại. Bởi vì việc sử dụng giá trị trọng lượng riêng công chính xác sẽ dẫn đến nhiều sai lệch về tỉ lệ pha trộn ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng bê tông thành phẩm.
Kiểm soát chất lượng vật liệu
Dựa vào trọng lượng riêng của cát để kiểm tra chất lượng vật liệu bằng cách xác định nguồn gốc khoáng vật và tính chất của cát. Ví dụ cát thạch anh có trọng lượng riêng khoảng 2.65 so với cát nguồn gốc núi lửa hay khoáng chất sẽ nhẹ hơn và trọng lượng riêng thấp hơn. Nếu giá trị trọng lượng riêng thực tế quá thấp so với giá trị tiêu chuẩn, có thể cát có chứa nhiều tạp chất hữu cơ hoặc các hạt rỗng kém chất lượng.
Tính toán khối lượng vận chuyển
Trong quá trình vận chuyển và mua bán vật liệu khối lượng và thể tích của cát cần phải được tính toán chính xác để tối ưu chi phí. Khối lượng thể tích của các thay đổi tùy thuộc vào độ ẩm và mức độ đầm nén trong khi trọng lượng riêng của cát là một đặc tính vật lý ổn định. Các nhà thầu sẽ sử dụng trọng lượng riêng để tính toán khối lượng vật liệu cần thiết cho dự án và kiểm tra khối lượng cát đã được vận chuyển đến công trình.
👉 “Bạn có thể xem thêm Cường độ chịu nén của bê tông là gì? Định nghĩa và 5 yếu tố tối ưu nhất
Trọng lượng riêng của cát ảnh hưởng đến chi phí và chất lượng công trình ra sao?
Bởi vì trọng lượng riêng của Các là một chỉ số vật lý tưởng chừng đơn giản nhưng vô cùng ảnh hưởng sâu sắc đến chi phí và chất lượng của công trình. Mối liên kết này nằm ở vai trò cốt lõi của các trong các khối bê tông và vữa quyết định sự thành bại.
Ảnh hưởng đến chi phí xây dựng
Trọng lượng riêng của các ảnh hưởng trực tiếp đến chi phí vật liệu thông qua quá trình tính toán cấp đổi bê tông và vữa.
- Các kỹ sư thiết kế cấp phối bê tông dựa trên tỷ lệ khối lượng của từng thành phần xi măng, cát, đá và nước. Tuy nhiên trên thực tế các được đong đếm bằng thể tích như xe tải, bao thằng khùng nên sử dụng trọng lượng riêng để chuyển đổi chính xác từ thể tích sang khối lượng.
- Nếu trọng lượng riêng của Các không được xác định đúng thì việc chuyển đổi sẽ dẫn đến sai số lớn bởi vì các có trọng lượng riêng thấp hơn so với tiêu chuẩn. Vì thế, các nhà thầu phải mua nhiều hơn theo thể tích để đạt được khối lượng cần thiết gây lãng phí vật liệu và đội chi phí lên cao.
- Khi xác định chính xác trọng lượng riêng sẽ giúp nhà thầu tính toán được lượng cát cần thiết một cách tối ưu. Họ sẽ không thể mua thừa hoặc thiếu nên sẽ giảm chi phí vật liệu và quản lý tài nguyên hiệu quả.
Ảnh hưởng đến độ bền và an toàn của công trình
Chất lượng của bê tông và vữa phụ thuộc vào sự cân bằng giữa các thành phần trong đó trọng lượng riêng của cát là yếu tố then chốt đảm bảo sự cân bằng này.
- Kiểm soát tỷ lệ nước/ xi măng là những yếu tố quan trọng quyết định cường độ chịu nén của bê tông. Cát luôn chứa một lượng độ ẩm nhất định nên trọng lượng riêng và độ ẩm của các được sử dụng để tính toán chính xác lượng nước có trong cát. Từ đó chúng ta có thể điều chỉnh lượng nước thêm vào khi trộn chuẩn xác hơn. Nếu không tính toán đúng thì tỉ lệ nước/xi măng sẽ sai lệch nên cường độ bê tông thấp hơn thiết kế.
- Trọng lượng riêng của cát phản ánh mật độ của các hạt cát có trọng lượng riêng thấp do chứa các tạp chất nhẹ và hữu cơ sẽ làm tăng độ rỗng trong hỗn hợp bê tông. Từ đó kéo theo cường độ chịu nén cũng giảm do nước và các tác nhân gây hại xâm nhập dẫn đến tuổi thọ và độ bền của công trình kém chất lượng.
- Kiểm soát chất lượng đầu vào bằng cách sử dụng trọng lượng riêng để tìm thấy sự chênh lệch so với giá trị tiêu chuẩn. Việc sử dụng các kém chất lượng sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng vữa. Gây ra hậu quả rạn nứt và giảm khả năng liên kết giữa cốt thép và bê tông nên không đảm bảo sự an toàn cho công trình.
Như vậy, trọng lượng riêng của cát là một con số kỹ thuật then chốt giúp các kỹ sư chuyển đổi chính xác từ lý thuyết sang thực tế. Nhằm đảm bảo hạn chế tối đa hậu quả kép là lãng phí kinh tế và giảm sút chất lượng công trình. Cho nên việc xác định trọng lượng riêng chính xác sẽ giúp các kỹ sư kiểm soát được chất lượng cốt liệu, tính toán cấp phối và tối ưu hóa chi phí để đảm bảo sự an toàn cho các công trình xây dựng.
Nếu quý vị cần thêm thông tin hoặc đề xuất, đừng ngần ngại liên hệ với Mra để được hỗ trợ chi tiết nhé!
"*" indicates required fields
