Báo cáo khoa học: "NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI CƯỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG CÁT KHI SỬ DỤNG CÁC LOẠI CHẤT ĐỘN MỊN " pot

NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI CƯỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG CÁT
KHI SỬ DỤNG CÁC LOẠI CHẤT ĐỘN MỊN

ThS. NGUYỄN THANH SANG
Viện KH và CN xây dựng GT
Trường Đại học Giao thông Vận tải

Tóm tắt: Chất độn mịn (filler) trong bê tông cát là một phần cốt liệu mịn rất quan trọng
làm kéo dài dải cấp phối hạt, tăng độ đặc cho hỗn hợp cốt liệu và giảm việc sử dụng xi măng.
Nghiên cứu thực nghiệm này để kiểm tra sự thay đổi cường độ chịu nén, kéo uốn của bê tông
cát khi sử dụng các chất độn mịn là bột đá vôi, tro bay và muội silic.
Summary: Filler is an important composition for sand concrete; it elongates the grading
of aggregate and increases the density of aggregate mixes, thereby reducing cement content.
Exprerimental study inspects the changeable tensile and compressive strength of sand concrete
with limestone powder, fly ash, and silic fume.
I. GIỚI THIỆU
Ngày nay, nhiều quốc gia trên thế giới đều có chương trình khuyến khích sử dụng vật liệu
địa phương trong xây dựng, bê tông cát là một dạng vật liệu có thể tận dụng vật liệu địa phương
[1].
Ở Việt Nam có một số vùng rất giàu cát nên việc sử dụng cát trong xây dựng có tính khả
thi cao, có thể giảm ô nhiễm môi trường và tại nạn trong quá trình khai thác đá, hạ giá thành vận
chuyển. Trong bê tông cát, cát là bộ khung cốt liệu, và được kéo dài dải cấp phối bằng cách sử
dụng thêm chất độn mịn như bụi tro bay hoặc bột đá vôi. Nghiên cứu này đề cập đến sự ảnh
hưởng của các chất bộn mịn đến cường độ chịu nén và kéo uốn của bê tông cát.
TCT2
II. VẬT LIỆU CHẾ TẠO
Nguyên tắc sử chế tạo bê tông cát là giảm đường kính lớn nhất của cốt liệu (D = 5 mm) và
kéo dài dải hạt bằng cách cho thêm vào trong thành phần chất độn mịn là các loại bột khoáng
nghiền mịn [3]. Vật liệu chế tạo bê tông cát bao gồm:
2.1. Cát

Cát đ
ược sử dụng là cát thô Trị An và cát mịn Vĩnh Long được tiến hành làm thí nghiệm và
trộn với nhau theo tỷ lệ 6/4 (bảng 1).
Các chỉ tiêu cơ lý của cát đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn cốt liệu cho bê tông TCVN 7570-
2006 và ASTM.
2.2. Xi măng
Trong thí nghiệm này sử dụng xi măng Nghi S
ơn PCB40. Xi măng Nghi Sơn PCB40 đáp
ứng được đồng thời các yêu cầu như hàm lượng C
2
S cao, lượng C
3
A và C
4
AF thấp, có tỷ diện
bề mặt lớn, khả năng giữ nước tốt, hạn chế được hiện tượng phân tầng tách nước, phù hợp với
nhiều loại bê tông. Loại xi măng này có thời gian bắt đầu ninh kết từ 60 ÷ 120 phút, có các chỉ


tiêu kỹ thuật đạt theo TCVN 6260:1997 (bảng 2).
Bảng 1. Thành phần hạt của cát thô Trị An và cát mịn Vĩnh Long
Đường kính
sàng mm
Lượng lọt sàng cát
mịn Vĩnh Long
Lượng lọt sàng cát
thô Trị An
Lượng lọt sàng hỗn
hợp cát
Theo ASTM C33

9.5 100 100 100 100
4.75 99.9 94.50 97.74 95 ÷ 100
2.36 96.6 79 89.56 80 ÷ 100
1.18 93.0 56.5 78.4 50 ÷ 85
0.6 83.0 22 58.6 25 ÷ 60
0.3 52.0 5.5 33.4 5 ÷ 30
0.15 2.0 0 1.2 0 ÷ 10
Mk 1.73 3.33
Bảng 2. Thành phần khoáng vật của xi măng Nghi Sơn PCB40
C
3
S C
2
S C
3
A C
4
AF PGK
51.0 25.0 5.10 10.0 8.9
2.3 Các chất độn mịn
* Tro bay
ư
Tro bay là một phụ gia hoạt tính cao, còn đ
ợc gọi là puzzolan nhân tạo, có tính puzzolan
cao, thành phần của nó nó bao gồm: silic oxit, nhôm oxít, canxi oxit, mange oxit là lưu huỳnh
oxít và một lượng than chưa cháy hết (gọi là hàm lượng mất khi nung). Tro bay loại F chỉ có
tính puzzolan còn tro bay loại C có thêm đặc tính dính kết.
CT 2
Tro bay là những hạt cầu mịn, cỡ hạt 1 μm đến 1000 μm, tỉ diện 250 đến 350 m
2

/kg.
Yêu cầu về thành phần hoá học của loại tro dùng trong nghiên cứu này ghi trong bảng 3.
Bảng 3. Thành phần hóa học của tro bay Phú Mỹ
Thành phần
Tro bay loại
F
Tro bay loại
C
Tro bay Phú Mỹ
Silic dioxit (SiO
2
) + Nhôm ôxit (Al
2
O
3
) + sắt ôxit
(Fe
2
O
3
), min, %
70 50 94
Sunfua trioxit (SO
3
), max, % 5,0 5,0 0.1
Độ ẩm, max, % 3,0 3,0 3,0
Lượng mất khi nung, max, % 6,0
(1)
6,0 0.6
Độ kiềm chuyển đổi sang Na

2
O, max, %
(2)
1,5 1,5 0,1
Lượng sót trên sàng 45 μm (N
o
325), (phương pháp
sàng ướt), max, %.
34 34 34
(1)
Nếu như tro bay loại F thì cho phép lấy lên đến 12%, nếu báo cáo về phẩm chất hoặc kết qảu thí
nghiệm chấp nhận được.
(2)
Chỉ áp dụng khi bê tông dùng cốt liệu có phản ứng kiềm và xi măng có hàm lượng kiềm đạt tới
giới hạn .
Độ mịn của tro bay được biểu thị lượng sót tích lũy trên sàng 45μm (N
o
325) tính bằng %.
Tạp chí KHOA HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI Số 24 – 11/2008

19

Chỉ tiêu này không vượt quá 34% đối với cả hai loại tro bay. Các chỉ tiêu vật lý khác của tro bay
phải phù hợp với các qui định của tiêu chuẩn ASTM C618-03. Tro bay trong nghiên cứu này
thuộc loại F có tính pozzulan không có tính dính kết. Hàm lượng tro bay có thể từ 10÷25% so
với lượng xi măng sử dụng trong bê tông.
* Bột đá vôi
ơ
Bột đá vôi là sản phẩm của quá trình nghiền mịn đá vôi (h
n 90% hạt lọt qua sàng 0,075).

Hàm lượng CaCO
3
cao hơn 90%, có khi lên tới 97- 99%. Nó có ưu điểm là rắn chắc nhanh và
c
ường độ cao hơn vôi nhuyễn do tận dụng được nhiệt lượng tỏa ra khi tôi để tạo ra phản ứng
silicat. Theo tài liệu [4] cho thấy lượng bột đá vôi để đảm bảo cả về độ dẻo và cường độ của bê
tông cát nên dùng là 125 ÷ 150kg.
Bột mịn dùng trong nghiên cứu là bột đá vôi nghiền mịn có thành phần khoáng vật và các
thông số vật lý trình bày ở bảng sau.
Bảng 4. Các chỉ tiêu kỹ thuật của bột đá vôi dùng làm chất độn mịn

Chỉ tiêu kỹ thuật
Kết quả thí nghiệm Quy định tiêu chuẩn
Lượng lọt qua sàng 0.063 mm
Độ mịn Blaine
Tổng lượng khoáng (CaCO
3
+MgCO
3
)
Tổng hàm lượng CaCO
3
Hàm lượng hợp chất hữu cơ
Hàm lượng ion Cl
-
Hàm lượng SO
3
Hàm lượng lưu huỳnh S
82%
321m

2
/kg
-
98%
0.1%
0.03%
0.02%
0.1%
>70 %
>220m
2
/kg
>90%
>65%
<0.2 %
<0.1 %
<0.15 %
<0.4 %
TCT2
2.4. Phụ gia
Trong thí nghiệm này ta dùng phụ gia Sika Viscocrete V.3000-10. Định mức sử dụng phụ
gia là 0.8 - 1 lít/100 kg xi măng. Phụ gia phù hợp ASTM C494.
2.5. Nước
Nước dùng cho bê tông cát là nước sạch theo quy định của nước dùng cho bê tông xi măng
thường.
III. THỰC NGHIỆM
3.1. Thành phần bê tông cát
Bảng 5. Thành phần cho 1 m
3
bê tông cát với các loại chất độn mịn

Mẫu
Xi măng
(kg)
Nước
(lít)
Cát mịn
(kg)
Cát thô
(kg)
Bột đá vôi
(kg)
Tro bay
(kg/%XM)
Muội Silic
(kg/%XM)
Phụ gia
(lít)
CO 450 205 601.6 902.4 0 0 0 3.65
CV 450 205 601.6 902.4 125 0 0 3.65
CFA 450 205 601.6 902.4 0 90/20 0 3.65
CSF 450 205 601.6 902.4 0 0 45/10 3.65
CO: Mẫu đối chứng; CV: Mẫu có bột đá vôi; CFA: Mẫu có tro bay; CSF: Mẫu có muội silic


3.2. Chuẩn bị mẫu
Bê tông được trộn với thành phần vật liệu như đã trình bày ở trên, ban đầu trộn khô sau đó
trộn ướt, để bảm bảo độ chặt thì bê tông được đầm trên đầm rung tiêu chuẩn.
Mẫu thí nghiệm gồm: 36 mẫu trụ, kích thước 150 x 300 mm
36 mẫu dầm, kích thước 100 x 100 x 400 mm.
Mẫu thí nghiệm được bảo dưỡng ở 27°C, độ ẩm > 90%. Sau 24 giờ thì tháo khuôn và ngâm

vào bể nước đến ngày thí nghiệm.
3.3. Thí nghiệm cường độ chịu nén của mẫu thử bê tông
Máy nén 300T hãng ELE đã được kiểm định của Viện đo lường chất lượng, phòng Thí
nghiệm VLXD đại học giao thông vận tải.
Các mẫu thử được thử nghiệm theo tuổi 7, 14, 28 ngày theo ASTM C39. Mẫu thử ở trạng
thái khô và được làm phẳng bề mặt của mẫu. Tốc độ tăng tải 5.3 kN/s (tự động đặt theo máy đo
Mode 1).
3.4. Thí nghiệm cường độ chịu uốn của mẫu thử bê tông
Thử nghiệm uốn mẫu theo ASTM C78-02, mẫu dầm trạng thái uốn theo kiểu 3 điểm đặt
lực. Tốc độ tăng tải cho thí nghiệm uốn là 0.2 kN/s.
IV. KẾT QUẢ
Các kết quả thực nghiệm với các loại chất độn mịn của bê tông cát bột đá vôi và tro bay
được thống kê trong các bảng 4 và bảng 5. Và biểu đồ hình 1 và hình 2 chỉ mối quan hệ cường
độ và tuổi của bê tông.
CT 2
Bảng 4. Kết quả cường độ chịu nén của mẫu thử bê tông cát
Ngày tuổi
Mẫu đối chứng
(CO), (MPa)
Mẫu có bột đá vôi
(CV), MPa
Mẫu có tro bay
(CFA), MPa
Mẫu có muội silic
(CFA), MPa
Rn 7 ngày tuổi
Rn 14 ngày tuổi
Rn 28 ngày tuổi
25.41
28.52

35.78
29.05
33.65
38.73
31.02
40.71
41.91
33.80
43.11
46.34

Hình 1. Biểu đồ so sánh cường độ chịu nén theo ngày tuổi
Tạp chí KHOA HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI Số 24 – 11/2008

21

Bảng 5. Kết quả cường độ chịu kéo uốn của mẫu thử bê tông cát
Ngày tuổi
Mẫu đối chứng (CO),
(MPa)
Mẫu có bột đá vôi
(CV), MPa
Mẫu có tro bay
(CFA), MPa
Mẫu có muội
(CSF), MPa
Rn 7 ngày tuổi
Rn 14 ngày tuổi
Rn 28 ngày tuổi
3.30

3.74
3.89
3.76
4.22
4.35
3.82
4.87
4.49
3.74
4.73
4.56

Hình 2. Biểu đồ so sánh cường độ kéo theo ngày tuổi
V. KẾT LUẬN
Cường độ chịu nén của mẫu bê tông cát khi sử dụng muội silic (CSF) với hàm lượng 45kg
(10% XM); tro bay (CFA) với hàm lượng 90 kg (20% XM); bột đá vôi (CV) cao hơn cường độ
chịu nén của mẫu đối chứng không sử dụng chất độn mịn (CO) lần lượt là: 30%; 17%; 8%.
TCT2
Cường độ mẫu bê tông cát CSF và CFA phát triển nhanh hơn so với mẫu CV và CO ở giai
đoạn từ 7 đến 14 ngày. Nhưng giai đoạn từ 14 đến 28 ngày lại chậm hơn so với tốc độ phát triển
cường độ khi sử dụng bột đá vôi CV. Vì vậy khi cần tăng cường độ sớm có thể dùng chất độn
tro bay hoặc muội silic thay thế cho chất độn bột đá vôi.
Cường độ chịu kéo uốn của mẫu bê tông cát khi sử dụng muội silic (CSF) với hàm lượng
45kg (10% XM); tro bay (CFA) với hàm lượng 90kg (20% XM); bột đá vôi (CV) cao hơn
cường độ kéo uốn của mẫu chứng không sử dụng bột đá vôi (CO) lần lượt là: 17%; 15%; 11%.
Các thí nghiệm trên đang được tiến hành thí nghiệm nhiều hơn nữa để xác định hệ số
pozzulan của muội silic, tro bay và khả năng hoạt tính của bột đá vôi nghiền mịn. Nghiên cứu
cần làm thêm các thí nghiệm về sự kết hợp làm việc của các loại chất độn mịn để nâng cao khả
năng kết hợp các chất độn mịn.
Tài liệu tham khảo

[1] Béton de sable, caractéristiques et pratiques d’utilisation, Synthése du Projet National de Recherche
et Développement SABLOCRETE, vol. 237, Presses de l’Ecole Nationale des Ponts et Chaussées, Paris,
ISBN: 2-85978-221-4, 1994, (in French).
[2] AFNOR Standard NF P 18-500, Bétons de sables, 12 p, Juin 1995.
[3] ThS Nguyễn Thanh Sang; Nghiên cứu thành phần, cường độ của bê tông cát sử dụng bột cát
nghiền ; Tạp chí KHGTVT số 12 tháng 11/2005; trường ĐH GTVT; trang 106.
[4] NCS. ThS Nguyễn Thanh Sang, GS.TS Phạm Duy Hữu; Nghiên cứu ảnh hưởng của bột đá vôi đến
tính dẻo và cường độ bê tông cát ở Việt nam; Tạp chí GTVT 07/2007; trang 30♦