Định nghĩa
Cát bê tông là cát xây dựng đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật đặc thù dùng làm cốt liệu mịn trong hỗn hợp bê tông xi măng. Đây không phải loại cát riêng biệt về nguồn gốc, mà là tiêu chí chất lượng — bất kỳ loại cát nào (cát sông, cát nghiền nhân tạo) đều có thể là “cát bê tông” nếu đáp ứng đầy đủ các chỉ tiêu quy định trong TCVN 7570:2006.
Yêu cầu modun độ mịn
Theo TCVN 7570:2006, cát dùng cho bê tông phải có modun độ mịn Mk ≥ 2,0. Công thức tính: Mk = (tổng % tích lũy giữ trên các rây 0,14; 0,3; 0,6; 1,18; 2,36; 4,75 mm) ÷ 100. Yêu cầu Mk ≥ 2,0 nhằm đảm bảo cát có độ thô đủ để không làm tăng quá mức lượng nước và xi măng cần thiết trong thiết kế cấp phối.
Cát mịn (Mk < 2,0) khi dùng cho bê tông sẽ làm tăng diện tích bề mặt cốt liệu, đòi hỏi nhiều nước nhào trộn hơn và nhiều xi măng hơn để đạt cường độ thiết kế — dẫn đến tăng co ngót và giảm hiệu quả kinh tế. Trong trường hợp bắt buộc dùng cát mịn (Mk 1,5–2,0), phải điều chỉnh lại cấp phối và tăng xi măng bù.
Yêu cầu hàm lượng bụi, bùn, sét
TCVN 7570:2006 quy định hàm lượng bụi, bùn, sét trong cát bê tông không được vượt quá 3% khối lượng. Bùn sét gây hại cho bê tông theo hai cơ chế: lớp bùn sét bao bọc hạt cát làm yếu liên kết giữa hồ xi măng và cốt liệu, và bùn sét mịn hút nước mạnh làm tăng nhu cầu nước nhào trộn vượt quá thiết kế, dẫn đến tỷ lệ N/X tăng và cường độ giảm.
Kiểm tra hàm lượng bùn sét theo TCVN 7572-8:2006 bằng phương pháp rửa: cân chính xác mẫu cát, rửa qua rây 0,075 mm đến nước trong, sấy khô và cân lại — hiệu khối lượng trước sau là hàm lượng bùn sét. Ngoài ra có thể dùng phương pháp ống đong nhanh tại công trường để sơ bộ đánh giá.
Yêu cầu hàm lượng ion clorua và sulfat
Hàm lượng ion clorua (Cl⁻) trong cát bê tông phải ≤ 0,05% khối lượng cát theo TCVN 7570:2006. Ion Cl⁻ vượt ngưỡng này sẽ khuếch tán vào bê tông, phá vỡ lớp màng thụ động bảo vệ thép, gây ăn mòn cốt thép trong điều kiện có độ ẩm và oxy. Yêu cầu này đặc biệt quan trọng với cát biển (Cl⁻ thường 0,1–0,5%) — bắt buộc phải rửa trước khi dùng.
Hàm lượng SO₄²⁻ trong cát bê tông phải ≤ 1% khối lượng. Sulfat phản ứng với aluminat trong xi măng tạo ettringite thứ cấp (thạch cao ngậm nước mở rộng thể tích), gây nứt nở bê tông từ bên trong theo thời gian, đặc biệt nguy hiểm trong điều kiện ẩm ướt và nhiệt độ thay đổi.
Đặc tính vật lý của cát bê tông
Khối lượng thể tích xốp của cát bê tông thông thường đạt 1400–1700 kg/m³, khối lượng riêng hạt 2600–2680 kg/m³ (thạch anh thuần túy 2650 kg/m³). Độ hổng (voidage) của cát khoảng 35–45% thể tích xốp, ảnh hưởng trực tiếp đến lượng hồ xi măng cần thiết để lấp đầy khoảng trống giữa các hạt.
Hàm lượng hạt dẹt và hạt thoi (elongated particles) trong cát bê tông nên thấp — hạt dẹt làm giảm tính dễ đổ và tạo ra mặt yếu trong bê tông. Cát sông tự nhiên thường có hình dạng hạt tốt hơn cát nghiền nhân tạo về mặt tỷ lệ kích thước hạt.
Vai trò trong cấp phối bê tông
Trong thiết kế cấp phối bê tông tham khảo, lượng cát thường chiếm 600–800 kg/m³ hỗn hợp. Cụ thể: bê tông M150 dùng 750–800 kg cát/m³; M200 dùng 700–750 kg/m³; M250 dùng 650–700 kg/m³; M300 dùng 600–650 kg/m³. Lượng cát giảm dần khi mác bê tông tăng do phải tăng lượng xi măng và tối ưu tỷ lệ đá/cát.
Tỷ lệ cát trong hỗn hợp ảnh hưởng đến: tính dễ đổ (workability), bề mặt bê tông (surface finish), khả năng bơm bê tông và co ngót khô. Thiếu cát gây phân tầng và chảy vữa; thừa cát tăng co ngót và giảm cường độ khi tỷ lệ N/X không điều chỉnh kịp.
Tiêu chuẩn và phương pháp thử
Tiêu chuẩn chính áp dụng là TCVN 7570:2006 — Cốt liệu cho bê tông và vữa — Yêu cầu kỹ thuật. Phương pháp thử nghiệm theo TCVN 7572:2006 bao gồm: phần 2 (thành phần hạt và Mk), phần 4 (khối lượng riêng và hút nước), phần 8 (bùn sét), phần 9 (tạp chất hữu cơ), phần 15 (hàm lượng Cl⁻). Tần suất lấy mẫu kiểm tra khuyến nghị ít nhất mỗi 200 m³ cát nhập kho hoặc mỗi khi thay đổi nguồn cung.