Nghiên cứu ảnh hưởng của việc sử dụng cát biển khu vực thừa thiên huế tới sự phát triển cường độ chịu nén của bê tông

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

PHẠM TRƢỜNG HIẾU

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA VIỆC SỬ DỤNG CÁT
BIỂN KHU VỰC THỪA THIÊN - HUẾ TỚI SỰ PHÁT TRIỂN
CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp
Mã số: 60.58.02.08

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng – Năm 2017


Công trình hoàn thành tại
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. Trƣơng Hoài Chính

Phản biện 1: PGS. TS. Phạm Thanh Tùng
Phản biện 2: TS. Nguyên Văn Chính

Luận văn sẽ đƣợc bảo vệ trƣớc hội đồng chấm Luận văn tốt
nghiệp thạc sĩ kỹ thuật xây dựng họp tại Trƣờng Đại học Bách khoa
vào ngày 07 tháng 7 năm 2017

Có thể tìm hiểu Luận văn tại:
- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại trƣờng Đại học Bách

khoa
- Thƣ viện Khoa Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp, Trƣờng Đại
học Bách khoa - ĐHĐN


-1MỞ ĐẦU
1. Tính cần thiết của đề tài
Việc dự báo tuổi thọ một cách đáng tin cậy là cơ sở quan trọng
nhất để xây dựng chiến lƣợc bảo trì và thiết kế tối ƣu các công trình
xây dựng nhằm kéo dài tuổi thọ và giảm các chi phí cho cả đời dự
án. Trong số các nguyên nhân gây hƣ hỏng các kết cấu và công trình
BTCT, sự thâm nhập của các chất clorua từ nƣớc biển, nƣớc ngầm,
nƣớc mƣa, hơi nƣớc v.v... ăn mòn cốt thép trong các kết cấu BTCT
đã đƣợc xác định là nguyên nhân phổ biến nhất gây hƣ hỏng các kết
cấu và công trình BTCT trên phạm vị toàn thế giới.
Bê tông là loại vật liệu phổ biến thƣờng đƣợc sử dụng cho kết
cấu bê tông và bê tông cốt thép, các loại kết cấu này chiếm đến 60%
các loại kết cấu xây dựng. Bê tông truyền thống với thành phần gồm:
cốt liệu lớn (đá dăm, sỏi), cốt liệu nhỏ (cát), xi măng, nƣớc và phụ
gia, thƣờng đƣợc đánh giá khả năng chịu lực bằng chỉ tiêu cƣờng độ
chịu nén. Cƣờng độ chịu nén là chỉ tiêu quan trọng nhất của hỗn hợp
bê tông, nó đánh giá khả năng chịu tải của hỗn hợp bê tông dƣới tác
dụng của trọng lƣợng bản thân hoặc sự rung động. Việc sử dụng bê
tông truyền thống cho các công trình xây dựng đã trở nên cực kỳ phổ
biến hiện nay. Tuy nhiên, tại một số vùng, địa phƣơng ở nƣớc ta việc
khai thác và sử dụng nƣớc, cát đạt các chỉ tiêu cơ lý cho cấp phối bê
tông truyền thống gặp rất nhiều khó khăn nhƣ: vùng thƣờng xuyên
ngập mặn, vùng hải đảo ngoài khơi xa…việc chế tạo bê tông truyền
thống gặp rất nhiều khó khăn và chi phí thƣờng tăng cao hơn nhiều
lần so với các vùng khác. Vì vậy, cần có một loại hỗn hợp bê tông

mới nhƣ “hỗn hợp bê tông sử dụng nƣớc, cát biển”, “hỗn hợp bê tông
sử dụng nƣớc biển, cát biển”…để giải quyết các vấn đề trên hoặc để
tận dụng nguồn vật liệu dồi dào sẵn có ở địa phƣơng nhằm giảm bớt


-2chi phí xây dựng công trình cho các vùng ven biển (đặc biệt là vùng
biển Thuận An – Tỉnh Thừa Thiên - Huế).
Khi tận dụng đƣợc các nguồn tài nguyên thiên nhiên vùng biển
Thuận An – Thừa Thiên - Huế sẵn có này sẽ mang lại hiệu quả kinh
tế rất lớn trong xây dựng công trình cho tỉnh Thừa Thiên - Huế nói
chung và huyện Phú Vang nói riêng. Với những lý do sau:
- Tiến độ nhanh nhờ vật liệu sẵn có và giảm đƣợc nhân lực
trên công trƣờng;
- Giảm chi phí làm các công trình phụ nhƣ: bãi tập kết vật liệu,
bể nƣớc,…
- Giảm giá thành thi công công trình;
- Giảm nguồn ô nhiễm bụi và tiếng ồn do vận chuyển vật liệu,
tạo môi trƣờng làm việc an toàn hơn.
Mặc dù có một số đề tài nghiên cứu chế tạo bê tông cấp phối
từ nƣớc biển, cát biển đã thực hiện tại một số trung tâm, viện nghiên
cứu, trƣờng đại học nhƣng hiện nay khái niệm bê tông cấp phối từ
nƣớc biển, cát biển vẫn còn khá mới mẻ với nhiều đơn vị tƣ vấn và
thi công ở nƣớc ta, đặc biệt là các đơn vị trên địa bàn tỉnh Thừa
Thiên - Huế. Do vậy việc tiến hành nghiên cứu sự phát triển cƣờng
độ chịu nén của bê tông B20 theo cấp phối chuẩn khi sử dụng xi
măng PCB40 với vật liệu đƣợc khai thác tại chỗ sẽ là tiền đề cho
việc thiết kế thành phần cấp phối chính xác cho bê tông B20 sử dụng
nƣớc biển, cát biển sau này, giúp cho các kỹ sƣ thiết kế có thêm lựa
chọn về phƣơng án sử dụng vật liệu tại chỗ trong một số cấu kiện bê
tông không cốt thép, các đơn vị thi công có thể sử dụng giải pháp cấp

phối này trong công trình thực tế.
2. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu sử dụng xi măng pooclăng hỗn hợp PCB40 - Kim
Đỉnh, cát biển, cát sông, nƣớc biển, nƣớc máy, đá 1x2cm ở khu vực


-3Thuận An (tỉnh Thừa Thiên - Huế) để sản xuất bê tông có cấp độ bền
B20 với thời gian khảo sát đến 90 ngày từ ngày đúc bê tông.
3. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài:
Trong nƣớc biển chứa chủ yếu các ion Cl  , Na  , SO42 , K  ,
Mg 2 . Ion Cl  chủ yếu tham gia vào quá trình điện hóa làm ăn mòn
cốt thép khi môi trƣờng trong bê tông có pH<11. Ion

Cl  liên

kết hóa

học trong bê tông chủ yếu ở dạng Canxi clorua aluminat (
3CaO. Al 2 O3 .CaCl 2 .10H 2 O

- muối Friedelt) và canxiclo ferit (

3CaO.Fe2 O3 .CaCl 2 .10H 2 O ) hấp thụ trên thành lỗ rỗng của bê tông, gây

ra hiện tƣợng ăn mòn bê tông và cốt thép bên trong bê tông. Ion SO42
trong nƣớc biển làm suy thoái vật liệu bê tông do gây ra quá trình
muối hóa bên trong vữa bê tông. Quá trình muối hóa hình thành tinh
thể muối xảy ra trong các lỗ rỗng bên trong bê tông do muối MgSO4
và K 2 SO4 phản ứng với Ca(OH 2 ) hình thành nên thạch cao. Ion SO42
, Cl  sẽ phản ứng với thành phần khoáng sinh ra trong quá trình

thủy hóa của xi măng tạo thành khoáng ettringite, friedelt, đây là một
loại khoáng không ổn định (có thành phần chính là CaSO4 .2H 2O và
CaCl2 .10H 2O ), có thể tích lớn hơn thể tích hợp chất ban đầu nhiều
lần, sẽ sinh ra nội lực phá vỡ cấu trúc bê tông của vật liệu bê tông đã
đông cứng.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Đề tài đã thu thập, phân tích, tổng hợp, các số liệu liên quan,
sử dụng các phƣơng pháp để nghiên cứu đánh giá nguyên liệu địa
phƣơng và chất kết dính để chế tạo bê tông.
- Sử dụng phƣơng pháp tính toán lý thuyết kết hợp thực
nghiệm để nghiên cứu thiết kế và tính toán thành phần hỗn hợp bê
tông B20 với các vật liệu khác nhau để so sánh.
5. Cấu trúc luận văn
Đề tài của luận văn đƣợc trình bày với cấu trúc nhƣ sau:


-4MỞ ĐẦU
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ CÁC VẬT
LIỆU CẤU THÀNH
CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM PHÂN
TÍCH ĐẶC TÍNH CƠ LÝ CỦA CÁT BIỂN, NƢỚC BIỂN VÀ
CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG
CHƢƠNG 3. THÍ NGHIỆM THỰC NGHIỆM
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO


-5CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ CÁC VẬT LIỆU
CẤU THÀNH
1.1. Tổng quan về bê tông và các vật liệu cấu thành

1.1.1. Tổng quan về bê tông
1.1.1.1. Phân loại bê tông
1.1.1.2. Cấu trúc bê tông
1.1.2. Các vật liệu cấu thành
1.1.2.1. Xi măng
Xi măng là thành phần chất kết dính để liên kết các hạt cốt liệu
với nhau tạo ra cƣờng độ cho bê tông. Lƣợng xi măng tối thiểu là
300 kg/m3, lƣợng xi măng tối đa là 500 kg/m3.
1.1.2.2. Cốt liệu nhỏ (Cát)
Cát là cốt liệu nhỏ cùng với xi măng, nƣớc tạo ra vữa xi măng
để lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu lớn (đá, sỏi) và bao bọc xung
quanh các hạt cốt liệu lớn tạo ra khối bê tông đặc chắc. Cát cũng là
thành phần hạt và hàm lƣợng tạp chất (hàm lƣợng SiO2 ≥ 98%,
lƣợng bụi bẩn không lớn hơn 1%). Yêu cầu kỹ thuật của cát dùng
cho bê tông đƣợc nêu trong TCVN 7570 : 2006.
1.1.2.3. Cốt liệu lớn (Đá dăm, sỏi)
Cốt liệu lớn có thể sử dụng là sỏi hoặc đá dăm. Sỏi là cốt liệu
cần ít nƣớc, tốn xi măng, dễ đầm, dễ đổ nhƣng lực dính bám với vữa
xi măng nhỏ nên cƣờng độ bê tông sỏi thấp hơn bê tông đá dăm. Do
đó trong xây dựng các kết cấu công trình thƣờng sử dụng cốt liệu lớn
là đá dăm. Yêu cầu kỹ thuật của đá dùng cho bê tông đƣợc nêu trong
TCVN 7570 : 2006.
1.1.2.4. Nước
Nƣớc là thành phần giúp cho xi măng phản ứng tạo ra các sản
phẩm thủy hóa làm cho cƣờng độ của bê tông tăng lên. Nƣớc còn tạo
ra độ lƣu động cần thiết để quá trình thi công đƣợc dễ dàng. Yêu cầu


-6kỹ thuật của nƣớc dùng cho bê tông đƣợc nêu trong TCVN 4506 :
2012.

Nƣớc biển có thể dùng để chế tạo bê tông cho những kết cấu
làm việc trong nƣớc biển, nếu tổng các loại muối không vƣợt quá
35g trong 1 lít nƣớc biển.
1.1.2.5. Chất phụ gia
1.2. Nguyên lý hình thành bê tông thông qua phản ứng thủy hóa
của xi măng
1.2.1. Giai đoạn hòa tan
1.2.2. Giai đoạn hóa keo
1.2.3. Giai đoạn kết tinh
1.3. Một số nghiên cứu trên thế giới về ảnh hƣởng của cát biển,
nƣớc biển đến chất lƣợng của bê tông
1.3.1. Tình hình nghiên cứu và sử dụng cốt liệu khai thác từ
biển để chế tạo bê tông trên thế giới và trong nước
1.3.1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
1.3.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
1.3.2. Ảnh hưởng của cát biển, nước biển trong quá trình chế
tạo
1.3.3. Ảnh hưởng của cát biển, nước biển trong quá trình khai
thác sử dụng
Nhận xét chƣơng 1
Để biết đƣợc ảnh hƣởng của việc sử dụng nƣớc biển, cát biển
Thừa Thiên Huế tới sự phát triển cƣờng độ chịu nén của bê tông. Tác
giả đề xuất chế tạo ba loại cấp phối mẫu để thí nghiệm so sánh cƣờng
độ kháng nén trong thời gian 90 ngày, với các loại cấp phối nhƣ sau:
- Cấp phối 1: B20 dùng Cát biển – Nƣớc biển – Đá Dmax =
20mm – Xi măng Kim đỉnh PCB40 – Sụt 6÷8cm;


-7- Cấp phối 2: B20 dùng Cát biển – Nƣớc sông - Đá Dmax =
20mm – Xi măng Kim đỉnh PCB40 – Sụt 6÷8cm;

- Cấp phối 3: B20 dùng Cát sông – Nƣớc sông - Đá Dmax =
20mm – Xi măng Kim đỉnh PCB40 - Sụt 6÷8cm.


-8CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM PHÂN TÍCH
ĐẶC TÍNH CƠ LÝ CỦA CÁT BIỂN, NƢỚC BIỂN VÀ CƢỜNG
ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG
2.1. Đặc điểm môi trƣờng biển miền Trung Việt Nam
2.1.1. Đặc điểm chung
2.1.2. Đặc điểm ở khu vực Thuận An
2.2. Phƣơng pháp và các chỉ tiêu cần đánh giá khi sử dụng cát
biển
2.1.1. Phương pháp đánh giá
Phƣơng pháp đánh giá cát biển đƣợc tiến hành theo các tiêu
chuẩn sau:
- TCVN 7570:2006 “Cốt liệu cho bê tông và vữa – Yêu cầu kỹ
thuật”;
- TCVN 7572:2006 “Cốt liệu cho bê tông và vữa – Phƣơng
pháp thử”.
2.1.2. Các chỉ tiêu cần đánh giá
2.3. Phƣơng pháp và các chỉ tiêu cần đánh giá khi sử dụng nƣớc
biển
2.3.1. Phương pháp đánh giá
Phƣơng pháp đánh giá nƣớc biển đƣợc tiến hành theo các tiêu
chuẩn sau:
- TCVN 4506:2012 “Nƣớc trộn bê tông và vữa – Yêu cầu kỹ
thuật”.
2.3.2. Các chỉ tiêu cần đánh giá
2.4. Phƣơng pháp xác định cƣờng độ nén của bê tông bằng thực
nghiệm (Theo TCVN 3118:1993)

Để đánh giá cƣờng độ chịu nén của các loại bê tông, tác giả đã
sử dụng phƣơng pháp thí nghiệm theo tiêu chuẩn TCVN 3118:1993
“Bê tông nặng – Phƣơng pháp xác định cƣờng độ chịu nén”.


-92.4.1. Thiết bị thử

Hình 2.3. Máy nén mẫu
2.4.2. Chuẩn bị mẫu thử
- Tất cả các mẫu thử đều đƣợc đúc trƣớc và bảo dƣỡng đạt yêu
cầu kỹ thuật của các tiêu chuẩn sau:
+ Đúc mẫu đƣợc lấy theo TCVN 3105 : 1993 “Hỗn hợp bê
tông năng và bê tông nặng – Lấy mẫu chế tạo và bảo dƣỡng mẫu
thử”;
+ Thử độ sụt lấy theo TCVN 3106:1993 “Hỗn hợp bê tông
nặng – Phƣơng pháp thử độ sụt”.

a) Mẫu thử trước khi nén 60 ngày

b) Mẫu thử sau khi nén 60

tuổi

ngày tuổi
Hình 2.4. Chuẩn bị mẫu thử nén


- 10 2.4.2.1. Đúc mẫu

a) Trộn vữa

b) Thử độ sụt

c) Đo độ sụt

d) Đúc mẫu

Hình 2.5. Đúc mẫu trong phòng thí nghiệm
2.4.2.2. Bảo dưỡng mẫu
Việc bảo dƣỡng các mẫu bê tông cho đến trƣớc khi thí nghiệm
đƣợc tiến hành theo quy định của TCVN 3105 : 1993.

Hình 1. Bảo dƣỡng mẫu


- 11 2.4.3. Tiến hành thử
2.4.3.1.Xác định diện tích chịu lực mẫu
2.4.3.2. Xác định tải trọng phá hoại mẫu
2.4.4. Tính kết quả
Cƣờng độ nén từng viên mẫu bê tông (R) đƣợc tính bằng
daN/cm2 theo công thức 2.1:
R 

P
F

(2.1)

2.5. Những yếu tố ảnh hƣởng đến cƣờng độ nén của bê tông
2.5.1. Ảnh hưởng của hàm lượng muối chứa trong cát biển

Hàm lƣợng muối có trong cát biển sẽ đóng vai trò là chất xúc
tác làm tăng nhanh thời gian ninh kết của bê tông trong khoảng thời
gian ngắn ban đầu và làm giảm sự phát triển cƣờng độ chịu nén tối
đa của bê tông.
2.5.2. Ảnh hưởng của hàm lượng muối chứa trong nước biển
Quá trình tấn công của nƣớc biển đổi với cƣờng độ chịu nén
của bê tông có thể khái quát hóa nhƣ sau:
Nƣớc biển chứa các thành phần hóa học tấn công làm tổn hại
đến độ bền của bê tông. Cụ thể, Mg 2 , SO42 , Cl  ...CO2 tấn công sản
phẩm hydrate của xi măng (Ca(OH)2, CaO.Al2O3.CaSO4.18H2O, CS-H) đƣợc diễn giải theo các phản ứng dƣới đây:
- MgSO4 phản ứng với Ca(OH)2 hình thành các brucite
Mg(OH)2 và thạch cao CaSO4.2H2O theo phƣơng trình (2.1):
MgSO4  Ca(OH ) 2  Mg (OH ) 2  CaSO4 .2H 2 O

(Pt 2.1)

và phản ứng với monosulfoaluminate hydrate tạo thành
ettringite theo phƣơng trình (2.2):


- 12 MgSO4  Ca(OH ) 2  CaO. Al 2O3 .CaSO4 .18H 2O
(Pt 2.2)
 Mg (OH ) 2  3CaO. Al 2O3 .3CaSO4 .32 H 2O
- MgCl2 phản ứng với Ca(OH)2 hình thành brucite và calcium
chloride CaCl2 theo phƣơng trình (2.3):
MgCl 2  Ca(OH ) 2  Mg (OH ) 2  CaCl 2

(Pt 2.3)

- Carbon dioxide CO2 hòa tan trong nƣớc biển tác dụng với

Ca(OH)2 tạo thành aragonite CaCO3 theo phƣơng trình (2.4), calcium
bicarbonate theo phƣơng trình (2.5) và thạch cao theo phƣơng trình
(2.6):
CO 2 Ca(OH ) 2  CaCO3  H 2 O

(Pt 2.4)

CaCO3  H 2 O  CO2  Ca(HCO) 2

(Pt 2.5)

CO2  Ca(OH ) 2  CaO. Al 2 O3 .CaSO4 .18H 2 O
 3CaO. Al 2 O3 .CaCO3 .  H 2 O  CaSO4 .2 H 2 O

(Pt 2.6)

Thạch cao, calcium chloride và calcium bicarbonatetan tan
trong nƣớc biển, do đó dễ dàng dẫn đến sự chiết tách từ bê tông dẫn
đến tăng độ rỗng, thấm và giảm cƣờng độ. Mặc dù nồng độ sun phát
trong nƣớc biển đủ lớn để hình thành ettringite nhƣng do có sự hiện
diện của ion Cl  nên bản chất trƣơng nở của etringite giảm đáng kể.
MgSO4 và MgCl2 tác dụng với sản phẩm hyđrat của xi măng theo
các phƣơng trình (2.1), (2.2) và (2.3) cho đến khi Ca(OH)2 cạn kiệt,
sau đó MgSO4 khử canxi (decalcify) từ các gen C-S-H (chất tạo nên
dính kết chủ yếu của hồ xi măng) chuyển thành magnesium silicate
hydrate MgO.SiO2.H2O kém bền theo phƣơng trình (2.7):
 CaO.SiO2 .aq  4Mg 2  4SiO42  (4  )Ca(OH ) 2 .nH 2 O
(Pt 2.7)
 4MgO.SiO2 .8H 2 O  4CaSO4 .2 H 2 O
Đây là tác nhân chính dẫn đến sự mềm hóa của hồ xi măng và

giảm cƣờng độ chịu nén của bê tông đƣợc chế tạo từ nƣớc biển.


- 13 2.5.3. Mác xi măng và tỷ lệ X/N
2.5.4. Hàm lượng và tính chất của cốt liệu
2.5.5. Cấu tạo của bê tông
2.5.6. Phụ gia tăng dẻo
2.5.7. Phụ gia đông kết nhanh
2.5.8. Cường độ bê tông tăng theo thời gian
2.5.9. Điều kiện môi trường bảo dưỡng
2.5.10. Điều kiện thí nghiệm
Nhận xét chƣơng 2
Để xác định ảnh hƣởng của nƣớc biển, cát biển đến cƣờng độ
chịu nén của bê tông, tác giả tiến hành đúc mẫu và thí nghiệm nén ở
các ngày tuổi 3, 7, 14, 28, 56, 84 nhằm mục đích:
- Xác định sự phát triển cƣờng độ chịu nén của các loại cấp
phối bê tông đã chọn theo thời gian;
- Vẽ biểu đồ thể hiện sự phát triển cƣờng độ nén của các mẫu
thí nghiệm theo thời gian ứng với từng loại cấp phối đã lựa chọn, từ
đó so sánh và đánh giá đƣợc ảnh hƣởng của nƣớc biển, cát biển đến
sự phát triển cƣờng độ nén của bê tông.


- 14 CHƢƠNG 3. THÍ NGHIỆM THỰC NGHIỆM
3.1. Mục đích thí nghiệm
Thí nghiệm xác định cƣờng độ chịu nén của các loại cấp phối
bê tông làm từ nƣớc biển, cát biển (cấp phối 1), làm từ cát biển, nƣớc
sông (cấp phối 2) theo các ngày tuổi 3, 7, 14, 28, 56, 84 nhằm mục
đích so sánh sự phát triển cƣờng độ chịu nén với loại cấp phối bê
tông đƣợc chế tạo từ các vật liệu thông thƣờng là cát sông, nƣớc sông

(cấp phối 3) đƣợc thiết kế cùng một cấp độ bền (B20) với các loại
vật liệu xi măng, đá dăm là nhƣ nhau và trong cùng một quy trình
đúc mẫu, bảo dƣỡng nhƣ nhau. Trên cơ sở so sánh và đánh giá sẽ rút
ra đƣợc các kết luận cần thiết.
3.2.Vật liệu sử dụng để chế tạo mẫu
3.2.1. Xi măng (Chất kết dính)
Thiết kế cấp phối cho bê tông có fc’ = 25 (MPa) dùng xi măng
Kim đỉnh – PCB 40 (đạt các chỉ tiêu kỹ thuật dùng cho bê tông đƣợc
quy định theo TCVN 6260: 2009 “Xi măng poóc lăng hỗn hợp – Yêu
cầu kỹ thuật).
3.2.2. Cốt liệu nhỏ (cát)
Cát dùng cho thí nghiệm gồm 2 loại là: Cát sông đƣợc lấy từ
mỏ An Lỗ và cát biển đƣợc lấy ở biển Thuận An, tỉnh Thừa Thiên
Huế mang về phòng thí nghiệm LAS 1216. Kết quả thí nghiệm các
chỉ tiêu cơ lý của cát đƣợc trình bày nhƣ sau:
Chỉ tiêu cơ lý của cát sông thuộc mỏ An Lỗ:
Kết quả thu đƣợc thể hiện ở các bảng 3.1 & 3.2 và biểu đồ 3.1:
Bảng 3.1. Các tính chất cơ lý của cát sông thuộc mỏ An Lỗ
STT
1
2
3
4
5
6

Tính chất cơ lý
Khối lƣợng thể tích xốp
Khối lƣợng riêng
Độ hút nƣớc

Hàm lƣợng bụi bùn sét
Mô đun độ lớn
Lƣợng hạt trên sàng 5mm

Đơn vị
kg/m3
g/cm3
%
%
%

Kết quả
1354
2,64
0,98
1,09
2,55
0,00

PP thí nghiệm
TCVN 7572-6: 2006
TCVN 7572-4: 2006
TCVN 7572-4: 2006
TCVN 7572-8: 2006
TCVN 7572-2: 2006
TCVN 7572-8: 2006


- 15 Bảng 3.2. Thành phần hạt của cát sông An Lỗ
Kích thƣớc mắt

sàng (mm)

Khối lƣợng trên
sàng (g)

2,5
1,25
0,63
0,315
0,14
<0,14

203
876
908
1231
779
112

Lƣợng sót
riêng
(%)
4,94
21,32
22,10
29,96
18,96
2,73

Lƣợng sót tích

luỹ (%)
4,94
26,26
48,36
78,32
97,27
-

YCKT (%)
TCVN
7570:2006
0 - 20
15- 45
35 - 70
65 - 90
90 - 100
≤10

Biểu đồ 1.1: Thành phần hạt cát sông An Lỗ
Nhận xét: Cát sông mỏ An Lỗ có các chỉ tiêu đạt yêu cầu dùng
cho bê tông theo TCVN 7570 : 2006.
Chỉ tiêu cơ lý của cát biển Thuận An:
Kết quả thí nghiệm thu đƣợc thể hiện ở các bảng 3.3 & 3.4 và
biểu đồ 3.2 nhƣ sau:
Bảng 3.3. Các tính chất cơ lý của cát biển thuộc mỏ Thuận An
STT
1
2
3
4

5
6

Tính chất cơ lý
Khối lƣợng thể tích xốp
Khối lƣợng riêng
Độ hút nƣớc
Hàm lƣợng bụi bùn sét
Mô đun độ lớn
Lƣợng hạt trên sàng 5mm

Đơn vị
kg/m3
g/cm3
%
%
%

Kết quả
1424
2,69
0,77
0,67
1,91
0,00

PP thí nghiệm
TCVN 7572-6: 2006
TCVN 7572-4: 2006
TCVN 7572-4: 2006

TCVN 7572-8: 2006
TCVN 7572-2: 2006
TCVN 7572-8: 2006


- 16 Bảng 3.4. Thành phần hạt của cát biển thuộc mỏ Thuận An
Kích thƣớc mắt
sàng (mm)

Khối lƣợng trên
sàng (g)

Lƣợng sót
riêng (%)

Lƣợng sót
tích luỹ (%)

YCKT (%)
TCVN 7570:2006

2.5
1.25
0.63
0.315
0.14
<0.14

0
1

16
1067
125
3

0
0,08
1,32
88,04
10,31
0,25

0,00
0,08
1,40
89,44
99,75
-

0 - 20
15- 45
35 - 70
65 - 90
90 - 100
≤10

Biểu đồ 3.2: Thành phần hạt của cát biển Thuận An
Nhận xét: Cát biển Thuận An có các chỉ tiêu không đạt yêu
cầu dùng cho bê tông theo TCVN 7570 : 2006.
3.2.3. Cốt liệu lớn (Đá dăm)

Kết quả thí nghiệm thu đƣợc thể hiện ở các bảng 3.5 & 3.6 và
biểu đồ 3.3 nhƣ sau:
Bảng 3.5. Các tính chất cơ lý của đá dăm 1x2cm thuộc mỏ Ga Lôi
STT
1
2
3
4
5
6

Tính chất cơ lý
Khối lƣợng thể tích xốp
Khối lƣợng riêng
Độ hút nƣớc
Độ nén đập
Hàm lƣợng hạt thoi dẹt
Hàm lƣợng bụi, bùn, sét
chung

Đơn vị
kg/m3
g/cm3
%
%
%

Kết quả
1368
2,65

1,01
15,7
15,78

PP thí nghiệm
TCVN 7572-6: 2006
TCVN 7572-4: 2006
TCVN 7572-4: 2006
TCVN 7572-11:2006
TCVN 7572-13:2006

%

0,87

TCVN 7572-8: 2006


- 17 Bảng 3.6. Thành phần hạt của đá
Kích thƣớc mắt
sàng (mm)

Khối lƣợng trên
sàng (g)

Lƣợng sót
riêng (%)

Lƣợng sót
tích luỹ (%)

YCKT (%)
TCVN 7570:2006

40
20
10
5
<5

0
2187
17988
17650
154

0,00
5,8
47,4
46,5
0,4

0,00
5,8
53,1
99,6
-

0.00
0-10

40-70
90-100
-

Biểu đồ 3.3: Thành phần hạt của đá dăm 1x2cm thuộc mỏ Ga Lôi
Nhận xét: Đá dùng để chế tạo bê tông có các chỉ tiêu đạt yêu
cầu dùng cho bê tông theo TCVN 7570 : 2006.
3.2.4. Nước
Nƣớc sông: Dùng nƣớc sinh hoạt (nhà máy nƣớc Vạn Niên –
Huế) để sản xuất và bảo dƣỡng bê tông.
Nƣớc biển: Lấy nƣớc biển Thuận An – H. Phú Vang – Thừa
Thiên Huế.


- 18 3.2.5. Chất phụ gia:
Đề tài nghiên cứu sự phát triển cƣờng độ chịu nén của các hỗn
hợp cấp phối bê tông một cách tự nhiên, để đánh giá kết quả. Nên
trong đề tài không sử dụng đến phụ gia.
3.3. Tính toán thành phần cấp phối cho bê tông cấp B20
Trong nội dung giới hạn của đề tài, tác giả sử dụng phƣơng
pháp tính toán kết hợp với thực nghiệm để thiết kế thành phần cấp
phối cho các loại hỗn hợp bê tông đã chọn và quy trình tính toán
theo phƣơng pháp của Bôlomy – Ckramkaep (Nga) – TCVN (Chỉ
dẫn kỹ thuật 778/1998/QĐ – BXD). Phƣơng pháp này có tính đến
những điều kiện thích hợp với Việt Nam.
3.3.1. Chọn độ sụt:
Trong phạm vi của đề tài tác giả lựa chọn độ sụt chung cho tất
cả các loại cấp phối bê tông là 6 ÷ 8cm.
3.3.2. Xác định lượng nước (N) cho 1m3 bê tông
Căn cứ vào chỉ tiêu tính công tác đã lựa chọn, loại cốt liệu lớn,

cỡ hạt lớn nhất của cốt liệu (Dmax), mô đun độ lớn của cát tra bảng để
tìm lƣợng nƣớc cho 1m3 bê tông theo bảng 3.8:
Bảng 3.8. Lƣợng nƣớc trộn ban đầu cần cho 1m3 bê tông (lít)


- 19 3.3.3. Xác định tỉ số chất kết dính/nước (X/N)
Tỉ số chất kết dính/nƣớc đƣợc xác định theo công thức 2.3:
RBT  A.R x (

R
X
X
 0,5)   BT  0,5
N
N A.R x

(2.3)

3.3.4. Tính toán hàm lượng xi măng
Hàm lƣợng xi măng cho 1m3 bê tông đƣợc xác định theo công
thức 3.2:
X 

X
N (kg)
N

(3.2)

3.3.5. Tính toán hàm lượng cốt liệu lớn

Hàm lƣợng cốt liệu lớn (đá dăm) cho 1m3 bê tông đƣợc xác
định trên cơ sở đảm bảo mật độ cốt liệu lớn và vữa hợp lý trong bê
tông. Đƣợc xác định bằng công thức 3.3:
D

1000
(kg)
rd .k d
1


 vd

(3.3)

d

3.3.6. Tính toán hàm lượng cốt liệu nhỏ
Hàm lƣợng cốt liệu nhỏ (cát) cho 1m3 bê tông đƣợc xác định
trên cơ sở tổng thể tích tuyệt đối của các vật liệu thành phần bảo đảm
sau khi hình thành cho 1m3 hay 1000 lít. Không kể thể tích các bọt
khí chiếm khoảng 0,3 ÷ 2,5% đối với bê tông thông thƣờng. Hàm
lƣợng cát đƣợc xác định bằng công thức 3.5:

X
D N 
. c
C  1000  



  x  d  n 


(3.5)

Bảng 3.17. Tổng hợp thành phần cốt liệu cho 1m3 bê tông ứng với
từng loại cấp phối.
Cấp phối

Hàm lƣợng xi
măng X (kg)

Cốt liệu lớn (đá
dăm) D (kg)

Cốt liệu nhỏ
(cát) C (kg)

Cấp phối 1
Cấp phối 2
Cấp phối 3

396,76
396,76
358,75

1145,32
1145,32
1122,99

618,29
618,29
677,09

Kiểm tra
N C X D
  
n c  x d

1000 (lít)
1000 (lít)
1000 (lít)


- 20 3.4. Quy trình đúc mẫu (Theo TCVN 3105:1993)
3.4.1. Tính toán liều lượng vật liệu cho mẻ trộn
Khối lƣợng vật liệu một mẻ trộn cho 18 viên mẫu lập phƣơng
(KT: 15x15x15cm) đƣợc xác định theo bảng 3.19:
Bảng 3.19. Khối lƣợng vật liệu cho một mẻ trộn ứng với từng loại
cấp phối.
Cấp phối

Thể tích mẻ
trộn Vm (dm3)

Cấp phối 1
Cấp phối 2
Cấp phối 3

91,13

91,13
91,13

Hàm lƣợng
xi măng Xm
(kg)
36,15
36,15
32,69

Cốt liệu lớn
(đá dăm) Dm
(kg)
104,37
104,37
102,33

Cốt liệu nhỏ
(cát) Cm (kg)

Nƣớc
Nm (lít)

56,34
56,34
61,70

19,14
19,14
18,68

3.4.2. Trộn hỗn hợp bê tông và xác định độ sụt
3.4.3. Chọn khuôn đúc và tiến hành đúc mẫu
3.4.4. Quy trình bảo dưỡng mẫu (Theo TCVN 3105:1993 )
3.5. Quy trình nén mẫu và kết quả thí nghiệm
3.5.1. Quy trình nén mẫu
3.5.2. Kết quả thí ngiệm - Cường độ nén ở tuổi t = 3, 7, 14, 28,
56, 84... ngày
Kết quả nén mẫu thu đƣợc bằng máy nén bê tông 2000KN –
LUDA – TQ, Model: TYE – 2000(code: TN204) tại Trung tâm thí
nghiệm và kiểm định xây dựng “LAS 1216” của Trƣờng Cao đẳng
giao thông Huế. Thể hiện ở bảng 3.20:
Bảng 3.20. Cƣờng độ kháng nén trung bình của các mẫu thử.
Mẫu thí nghiệm

Cƣờng độ nén trung bình mẫu thử theo ngày tuổi (MPa)
3
7
14
28
56
84

Cấp phối 1
18,23
24,20
25,57
25,73
25,73
25,73

(Cát biển – Nƣớc biển)
Cấp phối 2
19,53
25,74
26,63
27,23
27,27
27,45
(Cát biển – Nƣớc sông)
Cấp phối 3
16,34
21,51
26,31
28,54
28,62
28,97
(Cát sông – Nƣớc sông)
* Ghi chú:
- Mẫu chuẩn 150x150x150mm có diện tích ép mẫu F=150x150 mm2.
- Kết quả trên là giá trị tính toán của 3 viên ép mẫu theo từng ngày tuổi ứng với từng loại cấp
phối theo TCVN 3118:1993.


- 21 Kết quả đƣợc biểu thị trên biểu đồ 3.4:

Biểu đồ 3.4: Sự phát triển cƣờng độ nén của các mẫu thí nghiệm ứng
với các ngày tuổi (3, 7, 14, 28, 56, 84)
Nhận xét chƣơng 3
Từ kết quả thí nghiệm ta nhận thấy:
- Các chỉ tiêu cơ lý cho thấy cát ở biển Thuận An: mô đun độ

lớn gần bằng với cát vàng tiêu chuẩn (xấp xỉ bằng 2); khối lƣợng
riêng lớn (2,69 g/cm3); hàm lƣợng bụi sét khá nhỏ (0,67%); độ ăn
mòn sunphat đạt yêu cầu (9 ÷ 15%); lƣợng muối NaCl trong cát biển
dao động trong khoảng 0,06 ÷ 0,1%.
- Cấp phối 1 (cát biển, nƣớc biển) & 2 (cát biển, nƣớc sông) có
sự phát triển cƣờng độ nén rất mạnh trong 7 ngày đầu nhƣng càng về
sau cƣờng độ nén tăng rất chậm so với cấp phối 3 (cát sông, nƣớc
sông). Điều này là do lƣợng muối có trong cát biển và nƣớc biển
đóng vai trò là chất xúc tác làm tăng nhanh sự ninh kết của bê tông
trong giai đoạn đầu, kết quả này phù hợp với nghiên cứu của Lê Văn
Bách (2006);


- 22 - Cấp phối 1 gần nhƣ đạt cƣờng độ tối đa sau 14 ngày tuổi và
cƣờng độ nén tối đa sau 28 ngày tuổi đạt giới hạn min so với cƣờng
độ yêu cầu. Điều này là do các phản ứng hóa học nhƣ đã nên ở các
phƣơng trình (2.1-2.7) khi MgSO4 và MgCl2 tác dụng với sản phẩm
hyđrat của xi măng cho đến khi Ca(OH)2 cạn kiệt, sau đó MgSO4
khử canxi (decalcify) từ các gen C-S-H (chất tạo nên dính kết chủ
yếu của hồ xi măng) chuyển thành magnesium silicate hydrate
MgO.SiO2.H2O kém bền. Loại khoáng kém bền này chính là tác
nhân dẫn đến sự mềm hóa của hồ xi măng từ đó làm giảm nhanh sự
phát triển cƣờng độ nén của cấp phối 1 trong một thời gian ngắn;
- Cấp phối 2 đạt cƣờng độ tối đa sau 28 ngày tuổi và vẫn tăng
nhẹ trong thời gian sau đó. Điều này là do lƣợng muối trong cát biển
là rất ít (0,063%) nên số lƣợng khoáng kém bền magnesium silicate
hydrate MgO.SiO2.H2O tạo ra cũng ít, tác nhân gây ra sự mềm hóa
hồ xi măng cũng không đáng kể. Tuy nhiên trong cấp phối 2 vẫn tồn
tại các khoáng MgO.SiO2.H2O gây hại và mô đun độ lớn hạt cát biển
nhỏ hơn cát sông nên cƣờng độ nén cuối cùng vẫn nhỏ hơn cấp phối

3;
- Cấp phối 3 có sự phát triển cƣờng độ nén tăng đều trong 28
ngày (mạnh nhất trong giai đoạn từ 3 đến 14 ngày tuổi). Sau 28 ngày
cƣờng độ nén vẫn tăng nhƣng lƣợng tăng không đáng kể;
- Mẫu đúc bằng cát biển, nƣớc biển (cấp phối 1) có cƣờng độ
chịu nén thấp hơn so với mẫu đúc bằng cát sông, nƣớc sông (cấp
phối 3) từ 11 ÷ 12% ở 28 ngày tuổi;
- Mẫu đúc bằng cát biển, nƣớc sông (cấp phối 2) có cƣờng độ
chịu nén thấp hơn so với mẫu đúc bằng cát sông, nƣớc sông từ 5 ÷
6% ở 28 ngày tuổi;
- Cả ba loại cấp phối đều cho cƣờng độ chịu nén của các mẫu
thử lớn hơn 25 (MPa) ở 28 ngày tuổi


- 23 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
Từ các kết quả nghiên cứu, tác giả kết luận nhƣ sau:
- Hàm lƣợng muối chứa trong cát biển, nƣớc biển ảnh hƣởng
đến sự phát triển cƣờng độ chịu nén theo ngày tuổi của bê tông cụ
thể:
+ Muối trong cát biển, nƣớc biển tác động làm đẩy nhanh sự
phát triển cƣờng độ chịu nén của bê tông trong 7 ngày tuổi đầu.
+ Muối trong cát biển, nƣớc biển tác động làm suy giảm nhanh
sự phát triển cƣờng độ chịu nén của bê tông thông qua các phản ứng
hóa học để hình thành các khoáng kém bền gây mềm hóa bê tông
theo thời gian.
- Bê tông chế tạo từ cát biển có mô đun độ lớn hạt cát nhỏ nên
cƣờng độ chịu nén cuối cùng (28 ngày tuổi) nhỏ hơn bê tông đƣợc
chế tạo từ cát sông xét trên cùng một thiết kế cấp phối.
- Việc sự dụng cát biển để chế tạo bê tông cho các kết cấu

không cốt thép hoặc kết cấu làm bằng vật liệu composite là hoàn
toàn có thể thực hiện đƣợc trong thực tế.
2. Kiến nghị
3. Hƣớng nghiên cứu tiếp theo

TÀI LIỆU THAM KHẢO