Cốt liệu hạt mịn là gì? Định nghĩa <5mm, cát tự nhiên và nhân tạo
Cốt liệu hạt mịn là nhóm vật liệu cốt liệu (aggregate) có kích thước hạt dưới 5mm — chính xác là lọt qua rây 4,75mm (No.4) theo TCVN 7570:2006 — bao gồm cát tự nhiên (cát sông, cát biển), cát nghiền nhân tạo và đá mi. Trong bê tông, cốt liệu mịn chiếm khoảng 25–40% thể tích, lấp đầy khoảng trống giữa các hạt cốt liệu thô và đóng vai trò cải thiện tính công tác của hỗn hợp bê tông tươi.
Định nghĩa theo TCVN 7570:2006
TCVN 7570:2006 định nghĩa cốt liệu mịn là vật liệu dạng hạt rời có kích thước hạt từ 0,14mm đến 4,75mm. Hạt nhỏ hơn 0,14mm được xếp vào bụi sét và không tính vào thành phần cốt liệu. Tiêu chuẩn áp dụng cho cả cốt liệu mịn dùng trong bê tông và vữa xây dựng. Ranh giới 4,75mm là ngưỡng phân chia quốc tế (tương đương rây No.4 ASTM) để phân biệt cốt liệu mịn (fine aggregate) với cốt liệu thô (coarse aggregate).
Các loại cốt liệu mịn
1. Cát tự nhiên (cát sông):
Phổ biến nhất tại Việt Nam, khai thác từ lòng sông. Hạt tròn nhẵn đến bán góc cạnh; Mk 2,0–3,0; hàm lượng Cl⁻ rất thấp (<0,01%); chất lượng ổn định. Cát sông được chia theo màu sắc và nguồn gốc:
- Cát vàng (cát hạt trung-thô): Mk 2,0–3,0; dùng bê tông và vữa; giá 200.000–350.000 đồng/m³
- Cát đen (cát mịn từ bùn sông): Mk 1,5–2,0; chủ yếu tô trát; giá 100.000–200.000 đồng/m³
2. Cát biển:
Khai thác từ vùng ven biển và thềm lục địa; hạt tròn; Mk thường 1,5–2,5; hàm lượng Cl⁻ cao (0,1–0,5%) — phải rửa kỹ xuống <0,05% trước khi dùng bê tông cốt thép để tránh ăn mòn thép.
3. Cát nghiền (cát nhân tạo):
Nghiền từ đá cứng (granite, đá vôi, basalt); hạt góc cạnh → bám xi măng tốt hơn cát sông; Mk điều chỉnh được 2,0–3,5; hàm lượng hạt dẹt cao hơn 10–20%; ít chất hữu cơ; giá 250.000–400.000 đồng/m³.
4. Đá mi:
Phế phẩm nghiền đá, hạt <4,75mm; hàm lượng bụi đá cao hơn cát tự nhiên; giá rẻ 100.000–180.000 đồng/m³; dùng bê tông mác thấp và san lấp.
Vai trò trong bê tông và vữa
Cốt liệu mịn đảm nhiệm 3 vai trò chính trong hỗn hợp bê tông tươi và bê tông đã đóng rắn:
1. Lấp đầy khoảng trống: Hạt mịn lấp kín các khoảng rỗng giữa hạt cốt liệu thô, giảm tổng thể tích lỗ rỗng trong bê tông, tăng độ đặc và khả năng chống thấm. Tỷ lệ cốt liệu mịn/thô tối ưu phụ thuộc vào cỡ hạt của cả hai nhóm.
2. Cải thiện tính công tác: Cát (cốt liệu mịn) cùng với hồ xi măng tạo ra “vữa nền” bọc quanh hạt đá thô, giúp hỗn hợp bê tông tươi dễ chảy, dễ đổ khuôn và đầm lèn. Thiếu cát, bê tông trở nên khô cứng và khó thi công.
3. Ảnh hưởng đến cường độ: Cát có modun độ mịn Mk phù hợp (2,0–2,8 cho bê tông cột dầm) giúp cường độ bê tông đạt tối ưu. Cát quá mịn (Mk<1,5) tăng nhu cầu nước, giảm cường độ; cát quá thô (Mk>3,0) gây khó thi công và tăng độ rỗng.
Chỉ tiêu kỹ thuật
Cốt liệu mịn dùng cho bê tông cần đạt theo TCVN 7570:2006:
- Modun độ mịn Mk: ≥2,0 (bê tông cốt thép); 1,5–2,5 (vữa tô trát)
- Hàm lượng bụi bùn sét (TCVN 7572-8): ≤3% (bê tông cốt thép), ≤10% (vữa thông thường)
- Hàm lượng Cl⁻ (TCVN 7572-15): ≤0,05% (bê tông cốt thép)
- Hàm lượng SO₄²⁻: ≤1%
- Tạp chất hữu cơ (TCVN 7572-9): màu không sẫm hơn màu chuẩn
- Khối lượng thể tích lèn chặt: 1400–1700 kg/m³
Phân biệt cốt liệu mịn và cốt liệu thô
Ranh giới 4,75mm là tiêu chí duy nhất phân chia hai nhóm theo TCVN 7570:2006. Cốt liệu mịn (<4,75mm) và cốt liệu thô (≥4,75mm) cùng có mặt trong hỗn hợp bê tông với vai trò bổ sung nhau: cốt liệu thô tạo bộ khung chịu lực, cốt liệu mịn lấp đầy lỗ rỗng và cải thiện tính công tác. Trong vữa xây và tô trát, chỉ dùng cốt liệu mịn (không có cốt liệu thô) do chiều dày lớp vữa mỏng (<20mm).
Ứng dụng theo loại công trình
- Bê tông cột, dầm, sàn M200–M400: cát sông Mk 2,0–2,8 hoặc cát nhân tạo Mk 2,5–3,0
- Vữa xây gạch: cát tô trát Mk 1,5–2,5, bụi bùn sét ≤10%
- Vữa trát mặt: cát mịn Mk 1,5–2,0, hạt đều không lẫn cuội sỏi
- Bê tông đường: cát sông Mk ≥2,0, Cl⁻ ≤0,05%
- Bê tông ven biển: cát rửa sạch Cl⁻ <0,05%, hoặc cát nhân tạo