Ảnh hưởng của độ mịn của bột đá vôi đến một số tính chất của bê tông hạt mịn

KHOA H“C & C«NG NGHª

Ảnh hưởng của độ mịn của bột đá vôi
đến một số tính chất của bê tông hạt mịn
Effect of fineness of limestone powder on some properties of fine concrete
Lê Xuân Hậu

Tóm tắt
Bê tông hạt mịn đang ngày càng
được sử dụng rộng rãi trong xây
dựng với một số đặc tính tốt như là
cấu trúc hạt nhỏ đồng nhất, chất
lượng cao, tính công nghệ cao…
Tuy nhiên nhược điểm là sử dụng
lượng xi măng lớn, lên đến khoảng
700 – 800 kg/m3 và thiếu hụt thành
phần hạt mịn. Do đó việc cần thiết
là sử dụng cốt liệu mịn, vừa thay
thế cho xi măng, lại vừa có thể giúp
cải thiện thành phần hạt cho bê
tông. Bài báo trình bày ảnh hưởng
của độ mịn bột đá vôi đến độ chảy
của hỗn hợp bê tông hạt mịn và
cường độ bê tông hạt mịn.
Từ khóa: bê tông hạt mịn, bột đá vôi, cốt
liệu mịn, độ mịn

Abstract
Fine concrete is increasingly used
in construction because of its good
characteristics such as homogeneous

fine particle structure, high quality,
high workability... However there are
disadvantages that the cement content
is high (about 700 – 800 kg per m3 of
concrete) and it has no fine aggregate.
Therefore, the use of fine aggregate is
necessary because it replaces cement
and improves particle size distribution
of concrete. This paper presents the
effect of fineness of limestone powder
on the flow of fresh fine concrete and
compressive strength of fine concrete.
Keywords: fine concrete, limestone
powder, fine aggregate, fineness

Ths. Lê Xuân Hậu
Khoa Xây dựng
Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội
Email:

1. Giới thiệu
Trong những năm gần đây, bê tông (BT) hạt mịn ngày càng được sử dụng rộng rãi hơn
trong xây dựng, ví dụ: BT chống thấm, BT trang trí, BT cách điện, BT dẫn điện… Ngoài ra,
chúng cũng đã được nghiên cứu để sử dụng trong các công trình nhà cao tầng, các công
trình đường cao tốc, mặt đường sân bay [1] hay các công trình biển [2].
Trước kia, loại BT này bị hạn chế áp dụng do một số nhược điểm về cấu trúc và tính
chất của nó. Chỉ sử dụng cát làm cốt liệu đã làm tăng đáng kể bề mặt riêng của cốt liệu và
độ rỗng của chúng. Để thu được hỗn hợp bê tông (HHBT) có cùng độ lưu động cần tăng
đáng kể lượng nước và xi măng (XM) so với BT cốt liệu lớn. Việc sử dụng nhiều XM cũng
làm tăng độ co ngót của BT. Ngoài ra nó còn tác động lớn đến chi phí cho loại BT hạt mịn

này cũng như là làm tăng chất thải ô nhiễm môi trường.
Tuy nhiên những thay đổi về kỹ thuật và kinh tế là tiền đề làm cho việc sử dụng loại BT
hạt mịn này trong xây dựng. Cấu trúc và tính chất của BT được thay đổi đáng kể khi đưa
vào một số thành phần như các chất kết dính composite, phụ gia siêu dẻo, các phụ gia
khoáng mịn và siêu mịn… Việc đưa vào trong BT các loại phụ gia khác nhau đã giúp làm
giảm được lượng dùng nước và XM khi chế tạo BT hạt mịn, do đó khắc phục được đáng
kể sự co ngót của nó [3].
Sử dụng bột đá vôi (BĐV) làm phụ gia mịn cho BT và XM đã được phổ biến ở nhiều
nước phát triển như Mỹ, Canada, Nhật, các nước châu Âu … Có nhiều lợi ích khi sử dụng
BĐV trong XM và BT là: (1) lợi ích sinh thái, là kết quả việc giảm lượng khí thải CO2 vào
khí quyển, (2) lợi ích kinh tế, do giảm lượng clinker, dẫn đến giảm giá XM và (3) lợi ích
khoa học công nghệ, cải thiện chất lượng XM và BT.
Thêm BĐV tác động tích cực lên tính chất của HHBT do: tăng lượng hồ chất kết dính,
hiệu ứng tăng cường tiếp xúc “điểm”, giảm ma sát, tăng độ chảy [4]. BĐV cũng có thể
tăng cường độ BT do tác dụng kéo dài cấp phối hạt, tăng độ đặc chắc của BT, cải thiện
vùng chuyển tiếp giữa đá XM và cốt liệu (do tăng độ đặc chắc [5] và có hiệu ứng hóa học
[6]). Một số ảnh hưởng khác của BĐV cũng làm tăng cường độ XM và BT như: tạo mầm
kết tinh [5, 7], thúc đẩy sự thủy hóa ở tuổi sớm của XM, hình thành nhiều hơn ettringit ở
tuổi sớm [6, 8].
Nội dung bài báo trình bày một số kết quả về ảnh hưởng của độ mịn bột đá vôi đến độ
chảy của HHBT và cường độ BT.
2. Vật liệu - phương pháp nghiên cứu
2.1. Vật liệu chế tạo
XM sử dụng trong đề tài được nghiền từ hỗn hợp gồm 96% clinker Bút Sơn và 4%
thạch cao. Các tính chất của XM cho trong bảng 1, phù hợp với TCVN 2682:2009. Cát
được sử dụng là cát thô, với thành phần hạt và một số tính chất được nêu ở bảng 2,
bảng 3 (phù hợp với TCVN 7570:2006). Các tính chất của cát được xác định theo TCVN
7572:2006.
BĐV được công ty Nam Trung khai thác từ đồi con Trâu – Tân Xuân – Tân Kỳ – Nghệ
An, có thành phần hóa và thành phần hạt như trong bảng 4, bảng 5. Khối lượng riêng của

BĐV là 2.73 gam/cm3. Loại BĐV B44, B47 có thành phần hạt tương tự như XM nên có
thể sử dụng thay thế một phần XM. BĐV B13, B15, mịn hơn XM, giúp bổ sung thêm thành
phần hạt mịn cho BT. Ngoài ra B13, B15 còn có lượng lớn hạt nhỏ hơn 10 µm, là những
hạt có hoạt tính hóa học lớn [9].
2.2. Phương pháp nghiên cứu
Độ chảy của HHBT được xác định trên bàn dằn theo TCVN 3121-3:2003. Mẫu xác
định cường độ của BT được chế tạo theo quy trình tạo mẫu xác định cường độ xi măng
(TCVN 6016:1995) nhưng với các tỷ lệ cấp phối của BT.
2.3. Quy trình thí nghiệm
Ban đầu chế tạo các mẫu BT chưa có BĐV, bao gồm XM, cát và nước. Sau đó kiểm
tra và lựa chọn mẫu BT gốc có độ chảy cao, không bị phân tầng, tách lớp. Dựa vào kết

14

T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG


Bảng 1. Các tính chất của XM
Tính chất

Đơn vị

Cường độ

MPa

o

3 ngày

o

28 ngày

Giá trị

Quy phạm

25.87

≥ 21

45.52

≥ 40

TCVN 6016:1995

Độ dẻo tiêu chuẩn

%

29

Thời gian bắt đầu đông kết

phút

149

≥ 45

229

≤ 375

3400

≥ 2800

Thời gian kết thúc đông kết
cm2/g

Bề mặt riêng, phương pháp Blaine
Khối lượng riêng

gam/cm

Phương pháp thí nghiệm

3

TCVN 6016:1995
TCVN 4030:2003

3.10

Bảng 2. Thành phần hạt của cát
Đường kính sàng, mm

2.5

1.25

0.63

0.315

0.14

< 0.14

Lượng sót sàng tích lũy, %

17.5

38.0

49.0

65.5

94.0

6.0

Bảng 3. Một số tính chất của cát
Modul độ lớn

Khối lượng riêng, gam/cm3

Khối lượng thể tích trạng
thái khô, gam/cm3

Khối lượng thể tích trạng thái
bão hòa nước, gam/cm3

2.64

2.67

2.61

2.63

Bảng 4. Thành phần hóa của BĐV
Thành phần

CaCO3

CaO

MgO

Al2O3

Fe2O3

SiO2

MKN

% khối lượng

99.21

55.58

0.05

0.12

0.03

0.07

43.57

Bảng 5. Thành phần hạt của BĐV và XM
Vật liệu

Đường kính hạt, µm, ứng với tỉ lệ % lọt sàng
D10

D25

D50

D75

D97

BĐV B13

2.36

3.83

5.32

7.41

13.31

BĐV B15

2.80

4.03

5.88

8.77

14.93

BĐV B44

3.67

5.92

12.74

21.97

44.38

BĐV B47

3.68

6.07

13.13

22.78

47.33

XM

4.19

7.82

15.19

24.25

45.02

quả thu được lựa chọn mẫu BT gốc có tỷ lệ N/X = 0.44, C/X
= 1.6. Sau đó đưa lần lượt đưa thêm BĐV B15 và B47 vào
mẫu BT gốc với tỷ lệ ĐV/C từ 0% đến 10%. Cấp phối BT cho
trong bảng 6.
3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận
3.1. Ảnh hưởng của bột đá vôi đến độ chảy của hỗn hợp bê
tông
Theo hình 1, các mẫu đá vôi ở các độ mịn khác nhau có
ảnh hưởng khác nhau tới độ chảy của HHBT. Khi thêm 5%
BĐV (M5) chỉ có loại B13 là giữ được độ chảy tương đương
với mẫu gốc (M0), còn các loại BĐV khác đều làm giảm độ
chảy giảm đáng kể so với mẫu gốc. Khi thêm 10% BĐV
(M10) độ chảy đều giảm đáng kể so với mẫu gốc. Cũng có
thể thấy rằng loại BĐV càng thô hơn thì độ chảy của HHBT
càng giảm nhiều.
Trong hệ BT, các hạt cốt liệu thô tiếp xúc với nhau theo
các mặt, chính sự ma sát giữa các hạt cốt liệu thô là nguyên
nhân chính làm giảm độ chảy của nó. Khi đưa cốt liệu mịn
vào hệ, cốt liệu mịn sẽ nằm xen giữa các hạt cốt liệu thô, làm
giảm tiếp xúc mặt, thay thế/tăng cường bằng tiếp xúc “điểm”,
từ đó làm giảm nội ma sát của hệ. Các hạt càng nhỏ, tiếp
xúc càng gần đến “điểm”, ma sát của hệ sẽ càng giảm. Khi
số lượng các hạt tăng (tăng hàm lượng), mức thay thế tiếp

Hình 1. Độ chảy của hỗn hợp bê tông
xúc mặt bằng tiếp xúc “điểm” tăng làm ma sát giảm, độ chảy
tăng. Khi giảm kích thước hạt, tiết diện tiếp xúc giảm, làm ma
sát cũng giảm, độ chảy tăng. Tuy nhiên, nước cũng đóng vai

trò rất lớn trong việc giảm ma sát, việc tăng hàm lượng hạt
mịn đồng nghĩa tăng nhu cầu nước thấm ướt bề mặt để giảm
ma sát. Trong thí nghiệm này nước không tăng tương ứng,
do vậy khi tăng hàm lượng hạt mịn đồng nghĩa giảm tương
đối tỷ lệ nước, dẫn tới tăng ma sát. Khi mức giảm nước đủ
lớn, việc tăng hàm lượng hạt mịn sẽ làm giảm độ chảy của
hệ [10].
S¬ 28 - 2017

15


KHOA H“C & C«NG NGHª

Hình 2. Biến đổi cường độ BT ở các ngày tuổi khác nhau
Với cùng hàm lượng BĐV mịn B13 và B15 cải thiện tốt
cường độ sớm (1, 3, 7 ngày) tốt hơn BĐV thô B44, B47, còn
B44 và B47 cho cải thiện cường độ muộn (28 ngày) tốt hơn
so với B13, B15.

3.2. Ảnh hưởng của bột đá vôi đến cường độ bê tông
Ảnh hưởng của hàm lượng và loại BĐV đến cường độ
BT ở các tuổi 1, 3, 7, 28 ngày được thể hiện trong bảng 7
và hình 2.

Ảnh hưởng của BĐV tới cường độ bê tông có thể do khả
năng giảm nội ma sát bê tông tươi, nâng cao độ đặc chắc
cho cấu trúc BT. Loại BĐV có kích thước mịn có thể thúc đẩy
quá trình thủy hóa của XM tốt hơn so với hạt thô [5, 6], gây ra
ảnh hưởng tích cực lên cường độ tuổi sớm.

Các kết quả trong bảng 7 và 8 (tương ứng hình 3 và 4)
cho thấy khi thêm BĐV thì cường độ BT đều được cải thiện
(ngoại trừ cường độ tuổi 1 và 3 ngày khi thêm B44 hoặc
B47). Tuy vậy mức độ cải thiện tùy thuộc vào độ mịn của
BĐV và độ tuổi của BT.
Bảng 6. Cấp phối của các mẫu BT sử dụng BĐV
Tỷ lệ N/X

Tỷ lệ C/X

Tỷ lệ ĐV/C

0.44

1.6

10%

Lượng dùng vật liệu cho 1 m3 bê tông
Xi măng, kg

Nước, kg

Cát, kg

Đá vôi, kg

0%

734.3

323.1

1174.9

0.0

5%

718.8

316.3

1150.1

57.5

704.0

309.8

1126.4

112.6

Bảng 7. Ảnh hưởng của hàm lượng BĐV B15 đến cường độ BT
Tỷ lệ ĐV/C Loại đá vôi R1, MPa

R3, MPa

R7, MPa

R28, MPa

Biến đổi
R1, %

Biến đổi
R3, %

Biến đổi
R7, %

Biến đổi
R28, %

0%

32.87

45.89

52.50

0.00

0.00

0.00

0.00

5%

10%

16

10.47
B47

9.34

37.38

47.36

59.99

-10.83

13.72

3.20

14.27

B44

9.78

33.21

46.88

60.66

-6.59

1.03

2.16

15.55

B15

11.28

38.24

49.70

53.29

7.69

16.35

8.30

1.51

B13

12.20

35.47

51.35

52.57

16.56

7.91

11.90

0.13

B47

10.00

35.26

47.79

56.34

-4.46

7.28

4.14

7.32

B44

9.22

36.73

48.07

60.73

-11.98

11.73

4.75

15.67

B15

11.28

41.14

50.35

55.14

7.69

25.16

9.73

5.04

B13

13.20

37.94

51.75

54.90

26.11

15.42

12.77

4.58

(xem tiếp trang 20)

T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG