Báo cáo khoa học: "bước đầu nghiên cứu sử dụng cát biển nam bộ làm bê tông xi măng" ppsx

bớc đầu nghiên cứu sử dụng cát biển
nam bộ lm bê tông xi măng

ThS. Lê văn bách
Liên Bộ môn Công trình
Cơ sở II - Trờng Đại học GTVT

Tóm tắt: Bi báo trình by tình hình cát biển Nam Bộ v một số kết quả nghiên cứu bớc
đầu về sử dụng cát biển Nam Bộ lm bê tông xi măng.
Summary: The Southern sea sand situation and the initial research on using Southern
sea sand to manufacture cement concrete were presented in this.
i. đặt vấn đề
Từ trớc đến nay, vật liệu dùng để chế tạo bê tông xi măng trong công tác xây dựng dân
dụng cũng nh xây dựng cầu đờng thờng dùng cát vàng có thành phần hạt đợc khống chế,
nhng do nhu cầu xây dựng ngày càng phát triển, nguồn cát vàng ngày càng khan hiếm, việc
khai thác cát vàng không theo quy hoạch làm cho nguồn cát vàng đang ngày càng cạn kiệt, làm
ảnh hởng nghiêm trọng đến môi trờng sinh thái. Trong khi nguồn cát mịn biển lại đang rất dồi
dào, cha đợc sử dụng. Vì vậy việc nghiên cứu sử dụng cát mịn biển vào chế tạo bê tông xi
măng trong xây dựng là rất cần thiết. Hiện nay, bê tông đợc sử dụng rất rộng rãi trong xây
dựng công trình ở nớc ta cũng nh trên thế giới. Tuy mang nhiều tính u việt, nhng bê tông là
sản phẩm do nhiều vật liệu không đồng nhất tạo ra, do đó cho đến nay việc dùng vật liệu để
chế tạo bê tông xi măng vẫn còn nhiều vấn đề cần phải đi sâu và tiếp tục nghiên cứu.
Hiện nay, các tỉnh vùng Nam Bộ rất khan hiếm vật liệu cát đạt yêu cầu quy chuẩn về xây
dựng. Ngoài ra việc phát triển hệ thống đờng sá phục vụ phát triển kinh tế của các tỉnh Nam
Bộ đang đặt ra những yêu cầu cấp thiết do đặc thù địa lý khu vực. Thực tế xây dựng đờng cho
thấy việc dùng bê tông xi măng để xây dựng móng mặt đờng ở khu vực này là một giải pháp kỹ
thuật có hiệu quả.
Đối với các tỉnh Nam Bộ rất hiếm cát vàng xây dựng, cát đá nhiều khi phải vận chuyển
hàng trăm km đến nơi tiêu thụ, giá thành cao. Trong khi đó với bờ biển và đảo trải dài có sẵn
hàng triệu mét khối cát biển loại cát mịn và mặn mà cho đến nay ngời ta cha hề dùng để chế

tạo bê tông xi măng. Vấn đề đạt ra là liệu có thể dùng loại cát mịn biển này nh là một loại vật
liệu tại chỗ dồi dào để chế tạo bê tông xi măng hạ giá thành xây dựng? Nếu dùng cát biển để
chế tạo bê tông xi măng thì sự ảnh hởng biểu kiến qua một số chỉ tiêu cơ lý của bê tông xi
măng nh thế nào? Và có thể sử dụng hạn chế ra sao? Một vấn đề nữa đợc đặt ra là hiện
nay để xây dựng một số công trình có sử dụng bê tông xi măng trên các đảo, do các đặc điểm
nh đã phân tích, các loại vật liệu phải chở từ đất liền ra đảo tăng lên rất cao.

Hiện nay các nghiên cứu về sử dụng cát biển để làm bê tông xi măng dùng trong xây dựng
trong nớc cũng nh trên thế giới đều đã thấy có khả năng sử dụng cát biển để chế tạo bê tông
xi măng, tuy nhiên số lợng không nhiều và thiếu hệ thống. ở Việt Nam trên thực tế cha có
trờng hợp nào đợc chính thức sử dụng cát biển làm bê tông xi măng.
Trên cơ sở đó, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu khả năng sử dụng cát biển ở các tỉnh
Nam Bộ (mà chủ yếu là tỉnh Bình Thuận và Bà Rịa - Vũng tàu) nh là các loại vật liệu tại chỗ dồi
dào để chế tạo bê tông xi măng làm móng mặt đờng ôtô và các công trình phòng hộ ven biển.
Bớc đầu nghiên cứu bằng thực nghiệm xác định mức độ ảnh hởng của cát biển đến một số
chỉ tiêu chính của bê tông xi măng nh khả năng kháng nén, sự tăng trởng cờng độ
ii. một số chỉ tiêu kỹ thuật của cát biển nam bộ
Quá trình thí nghiệm đợc tiến hành tại phòng thí nghiệm Trờng Đại học Giao thông Vận
tải cơ sở II và Trung tâm kỹ thuật đờng bộ thuộc Khu quản lý đờng bộ 7.
Các thí nghiệm tiến hành với cát biển Mũi Né (Bình Thuận), cát biển Vũng Tàu và cát vàng
thông thờng của sông Đồng Nai. Các thí nghiệm về cát xây dựng theo TCVN bao gồm:
- Thí nghiệm xác định thành phần hạt và mô đun độ lớn của cát (TCVN 342 - 86).
- Thí nghiệm xác định khối lợng riêng của cát (TCVN 339 - 86).
- Thí nghiệm xác định độ ẩm của cát (TCVN 341 - 86).
- Thí nghiệm xác định hàm lợng sét có trong cát (TCVN 334 - 86).
- Thí nghiệm xác định hàm lợng mi ca có trong cát (TCVN 4376 - 86).
- Thí nghiệm xác định hàm lợng chung bụi, bùn, sét có trong cát (TCVN 343 - 86).
- Thí nghiệm xác định khối lợng thể tích và độ xốp (TCVN 340 - 86).
- Thí nghiệm xác định tổng lợng muối trong cát mịn biển (22TCN 61 - 84).
Sau đây là thống kê kết quả thí nghiệm đợc theo bảng 1.

Bảng 1. Các chỉ tiêu cơ bản của cát vng thông thờng
cát biển Vũng Tu v cát biển Bình Thuận
TT Các chỉ tiêu
Cát vàng
thông thờng
Cát biển
Vũng Tàu
Cát biển
Bình Thuận
1 Mô đun độ lớn 2,514 0,945 1,131
2 Khối lợng riêng, g/m
3
2,703 2,612 2,640
3 Độ ẩm, % 3,83 0,258 0,367
4 Hàm lợng sét, % 0,014 0,004 0,004
5 Hàm lợng mi ca, % 0,88 0,255 0,165
6 Hàm lợng bụi, bùn, sét, % 1,247 0,457 0,670
7 Khối lợng thể tích, g/m
3
1,483 1,391 1,391
8 Độ xốp X
0
, % 45,1 46,7 47,3
9 Tổng lợng muối, % 0,00 0,01 0,01

III. nghiên cứu thực nghiệm xác định một số chỉ tiêu về cờng độ của bê
tông xi măng dùng cát biển nam bộ
1. Mục đích
Đúc mẫu, xác định cờng độ chịu nén và cờng độ kéo uốn, sự tăng trởng cờng độ của
bê tông xi măng ứng với các loại cát khác nhau.

2. Cốt liệu
- Đá dăm đợc khai thác ở Hoá An.
- Cát biển: lấy tại bãi biển Mũi Né Phan Thiết và Vũng Tàu
- Cát vàng sông Đồng Nai
Cát, đá đợc thí nghiệm trong phòng để xác định cờng độ, thành phần hạt, lợng bụi bẩn,
hàm lợng mi ca, hàm lợng muối trong cát biển
3. Nớc
Dùng nớc máy thông thờng.
4. Xi măng
Dùng xi măng Hà Tiên PC30.
5. Thành phần hỗn hợp bê tông xi măng
Đợc xác định theo quy trình của Việt Nam. Bao gồm các loại mác 250, 300 và 350.
6. Tuổi mẫu
Mẫu đợc nén để xác định cờng độ ứng với các loại ngày tuổi 2, 7, 14, 28, 45, 60, 90 và
180.
7. Kích thớc mẫu
Mẫu đợc chế bị với khuôn 7,07 trên bàn rung.
8. Nhóm nghiên cứu
- Chỉ đạo chung: ThS. Lê Văn Bách, Giảng viên Liên bộ môn Công trình cơ sở II - Đại học
Giao thông Vận tải.
- Các sinh viên thuộc lớp Cầu đờng khoá 40 làm nghiên cứu khoa học: Phan Chí Cờng,
Bùi Quang Duy, Lê Đức Công và Nguyễn Hoài ân.
9. Thời gian và địa điểm thực hiện
Từ tháng 5/2002 đến tháng 4/2003 tại phòng thí nghiệm vật liệu xây dựng của Trờng Đại
học Giao thông Vận tải cơ sở II.
10. Kết quả thí nghiệm
Từ kết quả thí nghiệm, tiến hành xử lý số liệu và tính toán cờng độ của bê tông xi măng
dùng các loại cát và cho các loại mác khác nhau theo các ngày tuổi (bao gồm từ 3 đến 180
ngày tuổi). (Xem bảng tổng hợp cờng độ BTXM sau khi chuyển đổi về mẫu chuẩn bảng 2).

Bảng 2. Bảng tổng hợp cờng độ BTXM sau khi chuyển đổi về mẫu chuẩn cho các loại mác
Cờng độ của BTXM, R (kg/cm
2
)
M.250 M.300 M.350
Ngày tuổi
(Ngày)
Cát
vàng
Cát đỏ Cát
trắng
Cát
vàng
Cát đỏ Cát
trắng
Cát
vàng
Cát đỏ Cát
trắng
0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
3 167.58 197.15 196.68 186.23 202.42 201.23 216.25 227.21 226.15
7 185.78 211.55 212.02 213.46 227.24 228.45 240.58 254.45 253.55
14 219.73 223.11 222.26 241.48 256.14 256.10 285.14 296.01 296.45
28 252.24 231.12 230.48 286.47 282.75 281.88 339.25 339.45 340.02
45 258.45 233.95 234.22 306.23 297.41 296.42 363.86 347.48 347.87
60 259.00 237.24 236.12 314.16 300.36 300.28 371.12 349.55 349.42
90 261.02 238.45 236.85 316.02 301.43 301.12 372.92 351.11 350.02
180 261.03 239.55 237.89 316.30 302.71 301.18 373.42 351.83 351.44
Nhận xét: Qua kết quả tính toán sau khi thí nghiệm ta thấy
ở những ngày đầu thì cờng độ của bê tông làm bằng cát biển tăng lên khá nhanh (ví dụ với

mẫu M.300 thì ở tuổi 7 ngày, cờng độ kháng nén của bê tông dùng cát vàng, cát đỏ và cát trắng
lần lợt là 213.46, 227.24 và 228.45 kg/cm
2
- bảng 2) nhng càng về sau thì cờng độ kháng nén
của bê tông xi măng dùng cát đỏ và cát trắng tăng rất chậm, điều này thì ngợc lại với cát vàng.
Điều này hoàn toàn phù hợp với lý thuyết về sự hình thành cờng độ của bê tông xi măng, hàm
lợng muối đóng vai trò là chất xúc tác làm tăng nhanh thời gian ninh kết của bê tông.
ở những ngày tuổi tiếp theo (sau 28 ngày) thì cờng độ của bê tông làm bằng cát vàng sẽ
lớn hơn cờng độ của bê tông làm bằng cát đỏ và trắng, càng về sau thì cờng độ của bê tông
càng ổn định. Ví dụ với M.300 sau 45 ngày tuổi thì cờng độ của bê tông làm bằng cát vàng, cát
đỏ và cát trắng lần lợt là 306.23, 297.41 và 296.42 kg/cm
2
.
Đến 180 ngày tuổi thì cờng độ của bê tông làm bằng cát vàng sẽ lớn hơn cờng độ bê
tông làm bằng cát đỏ và cát trắng lần lợt là 13.59% và 15.12% với M.300. Còn cờng độ của
bê tông dùng cát đỏ và cát trắng không sai khác nhau nhiều (1.53%) (xem bảng 2.).
Kết luận: Với bê tông đợc làm bằng cát đỏ và cát vàng thì cờng độ của nó trong thời gian
đầu vừa mới chế tạo (khoảng từ trớc 20 ngày tuổi) sẽ tăng rất nhanh, sau đó cờng độ phát
triển chậm lại và đến một thời gian nào đó sẽ phát triển không đáng kể.
Sau thời gian 28 ngày và những ngày tiếp theo thì cờng độ của bê tông làm bằng cát vàng
sẽ cao hơn cờng độ của bê tông làmbằng cát đỏ khoảng từ 10 15%.
Xác định cờng độ chịu kéo khi uốn của bê tông xi măng
Thí nghiệm cho bê tông xi măng dùng 3 loại cát khác nhau: cát vàng sông Đồng Nai, cát
đỏ biển Bình Thuận và cát trắng biển Vũng Tàu.
Mác bê tông cần thí nghiệm: 250, 300 và 350.
Mỗi tổ hợp là 3 mẫu. Tuổi bê tông cần thí nghiệm: 28 ngày tuổi.
Mẫu bê tông dùng để thí nghiệm cờng độ chịu kéo uốn là mẫu dầm 10 x 10 x 40 cm.
Kết quả thí nghiệm: Sau khi xử lý số liệu và tính toán cờng độ kéo uốn của bê tông xi
măng mác 250, 300 và 350 dùng các loại cát khác nhau sau 28 ngày tuổi, kết quả đợc trình
bày ở biểu đồ hình 1.

Nhận xét: Sau 28 ngày tuổi thì cờng độ chịu kéo khi uốn của bê tông mác 250 khi dùng
cát trắng Vũng Tàu, cát đỏ Bình Thuận sẽ đạt đợc 88,9% và 92,9% so với cát vàng Đồng Nai;
còn với mác 300 và 350 lần lợt là 93,4%, 93,8% và 90,0%, 91,7%. Nh vậy, cũng giống nh
cờng độ kháng nén, cờng độ chịu kéo khi uốn của bê tông xi măng dùng cát trắng Vũng Tàu,
cát đỏ Bình Thuận sẽ thấp hơn cờng độ chịu kéo khi uốn của bê tông xi măng dùng cát vàng
Đồng Nai khoảng 10%.

0
10
20
30
40
Cường độ, kG/cm2
Cát trắng VT
26.23 30.14 33.25
Cát đỏ BT
27.41 30.92 34.04
Cát vàng ĐN
29.5 32.28 37.1
123

H×nh 1. BiĨu ®å c−êng ®é kÐo n cđa bª t«ng xi m¨ng sau 28 ngμy ti
trong ®ã: 1, 2, 3 lÇn l−ỵt lμ BTXM M.250, 300 vμ 350
VT – Vòng Tμu, BT – B×nh Thn, §N - §μ N½ng

iv. kÕt ln
C¸c tØnh Nam Bé nãi riªng vµ c¶ n−íc nãi chung, c¸c b·i biĨn, ®¶o vµ qn ®¶o chøa mét
l−ỵng c¸t biĨn khỉng lå hÇu nh− ch−a ®−ỵc khai th¸c. §Ỉc biƯt lµ vïng bê biĨn Nam Bé rÊt hiÕm
ngn c¸t vµng dïng cho x©y dùng. Do ®ã thµnh c«ng b−íc ®Çu trong viƯc nghiªn cøu sư dơng
c¸t biĨn ®Ĩ chÕ t¹o bª t«ng xi m¨ng ®· më ra mét tiỊm n¨ng to lín cho ngµnh x©y dùng, ®Ỉc

biƯt lµ x©y dùng h¹ tÇng c¬ së nh− ®−êng s¸, c¸c c«ng tr×nh phßng hé ven biĨn…
C¸t bê biĨn, h¶i ®¶o ë ViƯt Nam cã nhiỊu lo¹i: c¸t vµng, c¸t ®en, c¸t tr¾ng, c¸t ®á,… nh−ng
do ®iỊu kiƯn h¹n chÕ nªn chóng t«i míi chØ giíi h¹n nghiªn cøu víi c¸t ®á ë vïng biĨn Mòi NÐ,
Phan ThiÕt cđa tØnh B×nh Thn vµ ë Vòng Tµu. KÕt qu¶ cho thÊy c¸t biĨn ë ®©y cã m« ®un ®é
lín kh¸ nhá b»ng 0,933; hµm l−ỵng bơi bÈn kh¸ nhá tõ 0,004 – 0,084%; hµm l−ỵng mi còng
kh«ng nhiỊu (<1%) do c¸c cån c¸t c¸ch xa bê.
ViƯc chÕ t¹o bª t«ng xi m¨ng dïng trong x©y dùng ®ßi hái mét khèi l−ỵng khỉng lå vỊ c¸t.
ViƯc khan hiÕm ngn c¸t s¹ch trë nªn mét khã kh¨n to lín trong qu¸ tr×nh vËn chun vµ cung
cÊp vËt liƯu cho x©y dùng. Nh− vËy viƯc nghiªn cøu sư dơng c¸t biĨn nh− lµ ngn vËt liƯu t¹i
chç ®Ĩ chÕ t¹o bª t«ng xi m¨ng lµ mét vÊn ®Ị cã ý nghÜa khoa häc vµ thùc tiƠn to lín.
Thùc nghiƯm ®· cho thÊy sau 28 ngµy ti, c−êng ®é cđa bª t«ng xi m¨ng dïng c¸t biĨn
vµ c¸t vµng th«ng th−êng kh«ng chªnh nhau nhiỊu (5 - 15%). Nh− vËy, kÕt qu¶ thùc nghiƯm
b−íc ®Çu ®· cho phÐp kh¼ng ®Þnh: cã thĨ sư dơng c¸t biĨn ®Ĩ chÕ t¹o bª t«ng xi m¨ng kh«ng
cèt thÐp. HiƯu qu¶ kinh tÕ - kü tht cđa gi¶i ph¸p nµy lµ to lín vµ rÊt cã triĨn väng.
Tµi liƯu tham kh¶o
[1]. Bé giao th«ng vËn t¶i – Tiªu chn kü tht c«ng tr×nh giao th«ng ®−êng bé, tËp I vµ II. Nhµ xt b¶n
giao th«ng vËn t¶i, n¨m 1998 - 1999.
[2]. TrÇn Tn HiƯp. B¸o c¸o khoa häc vỊ sư dơng vËt liƯu ®Þa ph−¬ng vïng ®ång b»ng Nam Bé lµm
BTXM. §¹i häc Giao th«ng VËn t¶i, 2000.
[3]. Lª V¨n B¸ch. Nghiªn cøu sư dơng c¸t mÞn biĨn Vòng Tµu lµm BTXM trong x©y dùng ®−êng «t«. Ln
v¨n Th¹c sü kü tht - §¹i häc Giao th«ng VËn t¶i, 2000.
[4]. Héi nghÞ bª t«ng toµn MiỊn B¾c, 1985
♦