So sánh cường độ xi măng theo ASTM C109/109M của Mỹ và TCVN 6016:2011 của Việt Nam

1. Đặt vấn đề
 

Cường độ là một trong các chỉ tiêu chất lượng quan trọng nhất của xi măng. Cường độ xi măng của Việt Nam và Mỹ được xác định theo các tiêu chuẩn khác nhau [1, 2]. Kết quả thí nghiệm so sánh cường độ xi măng theo tiêu chuẩn ISO 679:2009 (tương đồng TCVN 6016:2011 [1] của Việt Nam) với tiêu chuẩn ASTM C109 [2] của Mỹ trên 6 nhóm xi măng portland của các tác giả B. E. Foster and R.L.Blaine [3] đã cho thấy, cường độ xi măng thử theo ISO 679 có cường độ cao hơn theo ASTM C109 từ 25 đến 95%, phụ thuộc vào mức cường độ, tuổi thí nghiệm và độ mịn của xi măng. Để có tương quan giữa cường độ xi măng thử theo tiêu chuẩn của Việt Nam với cường độ xi măng theo tiêu chuẩn của Mỹ và sử dụng chúng trong việc chọn thành phần bê tông theo ACI 211.1 [4] của Mỹ, đã thử nghiệm so sánh cường độ xi măng theo hai tiêu chuẩn [1,2] trên một số mẫu xi măng PC và PCB sản xuất tại Việt Nam.

2. Vật liệu, thiết bị, cấp phối và điều kiện thí nghiệm

2.1. Vật liệu

- Xi măng: gồm 13 mẫu xi măng PC và 13 mẫu xi măng PCB do một nhà máy xi măng tại thành phố Hồ Chí Minh sản xuất trong giai đoạn từ tháng 12/2018 đến tháng 6/2019.

- Cát: gồm 2 loại, được khai thác chế tạo, bao gói theo trọng lượng chuẩn từ nguồn cát trắng Cam Ranh, tỉnh Khánh Hòa. Cát để thử xi măng theo TCVN 6016 có thành phần hạt, chất lượng phù hợp TCVN 6227:1996 (còn gọi là cát ISO). Cát để thử cường độ xi măng theo ASTM C109 [2] có thành phần hạt và tính chất phù hợp ASTM C 778 (loại graded sand). Sự khác nhau chính giữa 2 loại cát là ở thành phần hạt (bảng 1), theo đó cát theo ASTM C778 có cấp phối hạt mịn nhiều hơn so với cát ISO.

2.2. Thiết bị

Gồm 2 bộ thiết bị chuẩn để thử cường độ xi măng theo TCVN 6016 : 2011 [1] và ASTM C109 [2]. Sự khác nhau cơ bản giữa 2 bộ thiết bị là vữa theo [1] được trộn và đầm bằng bàn dằn, theo [2] được trộn bằng máy, đầm bằng tay (thanh đầm).

2.3. Cấp phối vữa và mẫu thí nghiệm

Cấp phối vữa và mẫu thí nghiệm theo hai tiêu chuẩn có sự khác nhau như trên bảng 2.

2.4. Nhiệt độ phòng thí nghiệm

Tất cả các mẫu đều thí nghiệm ở 27±2°C theo tiêu chuẩn nhiệt độ phòng thí nghiệm chuẩn của Việt Nam, khác với 23±2°C theo tiêu chuẩn Mỹ [1].

3. Kết quả thí nghiệm và bình luận

3.1 Tương quan cường độ xi măng thử theo tiêu chuẩn Việt Nam và Mỹ 

Thí nghiệm thực hiện tại Quatest 3, Tổng cục Tiêu chuẩn - Đo lường - Chất lượng, được trình bày trên bảng 3 và bảng 4.

Kết quả thí nghiệm trên bảng 3 và 4 cho thấy một số đặc điểm sau:

a) Tuổi thí nghiệm (trong phạm vi 1 - 28 ngày) của xi măng, sản xuất trên dây chuyền ổn định về vật liệu và công nghệ, gây ảnh hưởng không lớn đến tương quan k = R_tcvn/R_aatm, cụ thể:

- Đối với xi măng PC: k_1ng = 1,27, k_3ng = 1,30, k_7ng = 1,26, k_28ng = 1,24, trung bình 1,27. Sai lệch k ở các tuổi so với trung bình 0 - 2,3%;

- Đối với xi măng PCB: k_3ng = 1,37, k_7ng = 1,50, k_28ng = 1,40, trung bình 1,42. Sai lệch k ở các tuổi so với trung bình 3,5 - 5,6%.

b) Giá trị k trung bình và mức dao động tính trên tập hợp 39 số liệu với xác suất 95% là:

- k = 1,27±0,13 đối với xi măng PC (phương sai s = 0,0785, 1,64s = 1,1287);

- k = 1,42±0,19 đối với xi măng PCB (s = 0,1169, 1,64 s = 0,1919).

3.2 Sự đáp ứng yêu cầu về cường độ của xi măng sản xuất tại Việt Nam so với xi măng theo tiêu chuẩn Mỹ

Cường độ xi măng thí nghiệm (tn) được đối chiếu với tiêu chuẩn ASTM C150 [5] và C595 [6] của Mỹ trên bảng 5.

Ghi chú: Trong bảng 5: Rtb và hệ số biến động v được tính toán từ số liệu thí nghiệm bảng 3 và 4; R_min,tn = R_tb (1-1,64v); R_{min,Type I}, R_{min,Type III} được dẫn từ ASTM C150 [5] và R_{min, Type IT} - từ ASTM C595 [6].

Kết quả bảng 5 cho thấy, xi măng PC đã thí nghiệm (đạt PC50 theo TCVN 2682:2009) đáp ứng yêu cầu cường độ so với xi măng C150 Type I với mức an toàn khá lớn (1,61-1,86), nhưng chưa đáp ứng C150 Type III (loại đóng rắn nhanh) vì không đủ cường độ xi măng ở tuổi 3 ngày. Xi măng PCB đã thí nghiệm (đạt PCB 50 theo TCVN 6260:2009) đáp ứng yêu cầu đối với xi măng portland hỗn hợp IT theo C595 với mức an toàn hợp lý ở tuổi 3, 7 ngày (1,14-1,15) và mức an toàn khá cao ở tuổi 28 ngày (1,49).

3.3. Cường độ xi măng cần thiết để đáp ứng cường độ bê tông theo ACI 211.1 của Mỹ

ACI 211.1 có nêu tương quan giữa tỷ lệ N/X và cường độ bê tông (bảng 6, cột 1,2). Từ đây, có thể xác định cường độ xi măng cần thiết theo tính toán (cột 6,9) để đáp ứng cường độ này.

Ghi chú: Trong bảng 6, cột (3) được tính từ cột (2) nhân với 1,2; cường độ xi măng thử theo tiêu chuẩn Việt Nam (cột 5, 8) được tính theo công thức [8]: R_X,TCVN = R_bLp/A (X/N - 0,5), trong đó R_bLp - cột 3, hệ số A (cột 4, 7) được lấy theo [8], X/N - theo cột 1 (đảo ngược); cột (6) và (9) được quy đổi từ cột (5) và (8) bằng cách nhân với 1,27 khi dùng PC và 1,42 khi dùng PCB.

Trong bảng 6, lượng nước theo ACI 211.1 (trong N/X cột 1) là nước trộn thuần, không kể đến phần nước bị cốt liệu hấp phụ; khi tính R_X,TCVN, N (trong X/N của công thức tính) là nước trộn với cốt liệu khô, vì vậy, nếu kể thêm phần nước bị hấp phụ này thì R_X,TCVN còn cao hơn.

Bảng 6 cho thấy để bê tông đạt cường độ ứng với các tỷ lệ N/X khuyến cáo trong ACI 211.1, cường độ xi măng tối thiểu ở tuổi 28 ngày theo tính toán cần đạt như sau:

 - R₂₈ = 48,9 Mpa đối với xi măng PC và 52,8 Mpa đối với PCB khi cường độ được thử theo TCVN 6016, tức tương đương PC50 và PCB50 của Việt Nam);

 - R₂₈ = 38,5 Mpa đối với PC và R₂₈ = 37,2 Mpa đối với PCB khi cường độ được thử theo ASTM C109, cao hơn mức cường độ tối thiểu quy định trong ASTM (theo C595, R_28,min = 25 Mpa) khoảng 1,5 lần.

4. Kết luận chung

Kết quả thí nghiệm so sánh cường độ xi măng thử theo TCVN 6016 và ASTM C109 có thể được dùng cho các nhà máy xi măng Việt Nam tham khảo khi cần sản xuất xi măng phù hợp ASTM C150 và C595 của Mỹ. Từ kết quả thí nghiệm, có thể rút ra một số kết luận:

- Khi xi măng được sản xuất trên dây chuyền ổn định về thành phần vật liệu và công nghệ, tương quan trung bình giữa cường độ xi măng thử theo TCVN 6016 và ASTM C109 phụ thuộc không nhiều vào tuổi mẫu thí nghiệm;

- Cường độ xi măng thử theo TCVN 6016 lớn hơn giá trị cường độ xi măng thử theo ASTM C109 như sau: k = 1,27±0,13 lần đối với xi măng PC và k = 1,42±0,19 lần đối với xi măng PCB;

 - Xi măng PC50 theo TCVN 2682:2009 và PCB 50 theo TCVN 6260:2009 của Việt Nam, về cường độ, có thể được sử dụng như xi măng Type I và Type IT theo các tiêu chuẩn ASTM C150 và ASTM C595 của Mỹ để chọn thành phần bê tông theo ACI 211.1 cho các kết cấu bê tông thiết kế theo tiêu chuẩn Mỹ ACI 318.

ximang.vn (TH/ Tạp chí KHCNXD)