Nghiên cứu sản xuất bê tông từ cát biển, nước biển khu vực nha trang khánh hòa

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRẦN VĂN CHÂU

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT
BÊ TÔNG TỪ CÁT BIỂN, NƢỚC BIỂN
KHU VỰC NHA TRANG - KHÁNH HÒA

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. TRƢƠNG HOÀI CHÍNH

Đà Nẵng - Năm 2018


LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố
trong bất kỳ công trình nào khác./.

Tác giả

Trần Văn Châu

TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN
NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT BÊ TÔNG TỪ CÁT BIỂN, NƢỚC BIỂN
KHU VỰC NHA TRANG - KHÁNH HÒA
Học viên: Trần Văn Châu

Chuyên ngành: Xây dựng dân dụng và công nghiệp

Mã số: 60.58.02.08; Khóa: 33.XDDD.KH

Trƣờng Đại học Bách khoa – ĐHĐN

Tóm tắt - Bê tông là vật liệu xây dựng phổ biến trong xây dựng. Bê tông truyền thống đƣợc
chế tạo bởi chất kết dính (xi măng), cốt liệu lớn (đá dăm, sỏi), cốt liệu nhỏ (cát tự nhiên),
nƣớc và phụ gia. Ở Việt Nam, cát sông đƣợc dùng phổ biến làm cốt liệu nhỏ để chế tạo bê
tông thông thƣờng. Do nhu cầu phát triển của xã hội, cát sông ngày càng bị khai thác quá mức
để phục vụ hoạt động xây dựng, ảnh hƣởng đến môi trƣờng, làm tăng chi phí xây dựng.
Vì vậy, cần có một loại vật liệu khác, có thể thay thế cát sông, nƣớc ngọt để chế tạo bê tông
nhƣ cát biển, nƣớc biển. Nghiên cứu sản xuất bê tông từ cát biển, nƣớc biển khu vực Nha
Trang – Khánh Hòa, để đánh giá sự phát triển cƣờng độ chịu nén của bê tông sản xuất từ cát
biển, nƣớc biển theo thời gian. Mục đích nghiên cứu khả năng sử dụng cát biển, nƣớc biển để
sản xuất bê tông xi măng, ứng dụng trong công trình xây dựng.
Từ khóa – Cát biển; Nƣớc biển; Bê tông nƣớc biển; Bê tông cát biển; Cƣờng độ nén.

A RESEARCH ONPRODUCING CONCRETE USING SEA SAND,
AND SEAWATER OF NHA TRANG BEACH, KHANH HOA PROVINCE
Summary – Concrete is a popular building material in construction. Concrete is made of
cement, coarse aggregate (crushed rock, gravel), fine aggregate (natural sand), water and
admixtures. In Vietnam, river sand is commonly used as fine aggregates to make concrete.
Due to the development needs of the society, river sand is being over - exploited to serve
construction activities, affecting the environment, increasing construction costs. Therefore,

there should be another material that can replace river sand, fresh water to make concrete such
as sea sand and seawater. A research on concrete production using sea sand, and seawater of
Nha Trang beach, Khanh Hoa provinceis to evaluate the development of compressive strength
of concrete with sea sand and seawater over time. Purpose of researching the possibility of
using sea sand and seawater is to produce concrete for construction works.
Key words – Sea sand; Seawater; Concrecte using seawater; Concrecte using sea sand;
Compressive strength.


MỤC LỤC
TRANG BÌA
LỜI CAM ĐOAN
TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài ......................................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu.................................................................................................2
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu:...........................................................................2
4. Phƣơng pháp và nội dung nghiên cứu:.....................................................................2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: ................................................................3
6. Kết cấu luận văn .......................................................................................................3
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG ..................................................................4
1.1. Định nghĩa và phân loại bê tông ...........................................................................4
1.1.1. Định nghĩa về bê tông .....................................................................................4
1.1.2. Cấu trúc bê tông ..............................................................................................4
1.1.3. Phân loại bê tông ............................................................................................4
1.2. Các vật liệu cấu thành bê tông ..............................................................................5

1.2.1. Chất kết dính ...................................................................................................5
1.2.2. Cốt liệu ............................................................................................................5
1.2.3. Nƣớc ...............................................................................................................6
1.2.4. Chất phụ gia ....................................................................................................6
1.3. Mác bê tông và cấp độ bền của bê tông ................................................................6
1.3.1. Mác bê tông theo cƣờng độ chịu nén ..............................................................6
1.3.2. Mác bê tông theo cƣờng độ chịu kéo ..............................................................7
1.3.3. Cấp độ bền chịu nén .......................................................................................7
1.3.4. Tƣơng quan giữa M và B: ...............................................................................7
1.4. Nguyên lý hình thành bê tông thông qua phản ứng thủy hóa của xi măng ...........8
1.4.1. Quá trình rắn chắc của xi măng: .....................................................................8
1.4.2. Giai đoạn hòa tan ............................................................................................8
1.4.3. Giai đoạn hóa keo ...........................................................................................8
1.4.4. Giai đoạn kết tinh............................................................................................8
1.5. Sự phát triển cƣờng độ của bê tông theo thời gian ...............................................8
1.5.1. Bê tông thông thƣờng .....................................................................................8
1.5.2. Bê tông bảo dƣỡng nƣớc biển .........................................................................9
1.5.3. Các nhân tố ảnh hƣởng đến cƣờng độ bê tông .............................................10


1.6. Ăn mòn hóa học trong bê tông ............................................................................10
1.6.1. Ăn mòn hòa tan .............................................................................................11
1.6.2. Ăn mòn axit ..................................................................................................11
1.6.3. Ăn mòn magie ...............................................................................................11
1.6.4. Ăn mòn sulphate ...........................................................................................11
1.6.5. Ăn mòn do kiềm ...........................................................................................12
1.7. Ảnh hƣởng của cát biển, nƣớc biển đến cƣờng độ bê tông xi măng...................12
1.7.1. Ảnh hƣởng của cát biển, nƣớc biển trong quá trình chế tạo .........................12
1.7.2. Ảnh hƣởng của cát biển, nƣớc biển trong quá trình khai thác sử dụng ........12
1.8. Một số nghiên cứu về bê tông sử dụng cát biển, nƣớc biển................................ 13

1.8.1. Các nghiên cứu ngoài nƣớc ..........................................................................13
1.8.2. Các nghiên cứu trong nƣớc ...........................................................................14
Nhận xét chƣơng 1 .....................................................................................................15
CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN VẬT
LIỆU VÀ XÁC ĐỊNH CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG .............................17
2.1. Một số đặc điểm về cát biển, nƣớc biển ..............................................................17
2.1.1. Cát biển .........................................................................................................17
2.1.2. Nƣớc biển......................................................................................................18
2.2. Các chỉ tiêu kỹ thuật của vật liệu để chế tạo bê tông ..........................................20
2.2.1. Xi măng.........................................................................................................20
2.2.2. Cát .................................................................................................................21
2.2.3. Đá ..................................................................................................................22
2.2.4. Nƣớc .............................................................................................................24
2.2.5. Phụ gia ..........................................................................................................25
2.3. Phƣơng pháp xác định cƣờng độ nén của bê tông ..............................................25
2.3.1. Thiết bị thử....................................................................................................25
2.3.2. Chuẩn bị mẫu thử ..........................................................................................25
2.3.3. Lấy mẫu, chế tạo, đúc mẫu ...........................................................................26
2.3.4. Tiến hành thử ................................................................................................ 27
2.3.5. Tính kết quả ..................................................................................................28
Nhận xét chƣơng 2 .....................................................................................................29
CHƢƠNG 3:THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƢỜNG ĐỘ NÉN CỦA BÊ TÔNG ......30
3.1. Mục đích thí nghiệm ...........................................................................................30
3.2. Vật liệu sử dụng ..................................................................................................30
3.2.1. Xi măng.........................................................................................................30
3.2.2. Cát .................................................................................................................31
3.2.3. Cốt liệu lớn (Đá dăm) ...................................................................................33
3.2.4. Nƣớc .............................................................................................................33
3.2.5. Chất phụ gia ..................................................................................................34

3.3. Cấp phối cho bê tông...........................................................................................35
3.4. Mẫu thí nghiệm ...................................................................................................36
3.5. Đúc mẫu, bảo dƣỡng ...........................................................................................36
3.5.1. Đúc mẫu bê tông ...........................................................................................36
3.5.2. Bảo dƣỡng mẫu .............................................................................................37
3.6. Thí nghiệm và kết quả nén mẫu bê tông .............................................................37
3.6.1. Thí nghiệm nén mẫu .....................................................................................37
3.6.2. Kết quả thí nghiệm cƣờng độ nén .................................................................37
Nhận xét chƣơng 3 .....................................................................................................47
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................49
1. Kết luận ..................................................................................................................49
2. Kiến nghị ................................................................................................................49
3. Đề xuất hƣớng nghiên cứu tiếp theo ......................................................................50
CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO)
BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC
PHẢN BIỆN.


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CÁC KÝ HIỆU
ρv

Khối lƣợng thể tích của bê tông (kg/m3)

R

Cƣờng độ chịu nén của bê tông

t

Tuổi bê tông (ngày)

P

Tải trọng phá hoại, đơn vị tính daN

F

Diện tích chịu lực nén của viên mẫu, đơn vị tính cm2

α

Hệ số tính đổi mẫu bê tông

Rn

Cƣờng độ nén của bê tông ở tuổi 28 ngày, đơn vị tính daN/cm2

CÁC TỪ VIẾT TẮT
TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TCXD

Tiêu chuẩn xây dựng

UBND Ủy ban nhân dân
PCB

Xi măng Pooclăng hỗn hợp

M

Mác bê tông

B

Cấp độ bền bê tông

CP1

Cấp phối bê tông đá 1x2, xi măng PCB40, cát vàng, nƣớc máy, mác 200

CP2

Cấp phối bê tông đá 1x2, xi măng PCB40, cát biển, nƣớc máy, mác 200

CP3

Cấp phối bê tông đá 1x2, xi măng PCB40, cát biển, nƣớc biển, mác 200

CP4

Cấp phối bê tông đá 1x2, xi măng PCB40, cát biển, nƣớc biển, phụ gia Sika
Viscocrete 3000-10 tỷ lệ 0,7%, mác 200

CP5

Cấp phối bê tông đá 1x2, xi măng PCB40, cát biển, nƣớc biển, phụ gia Sika
Viscocrete 3000-10 tỷ lệ 1%, mác 200

CP6

Cấp phối bê tông đá 1x2, xi măng PCB40, cát vàng, nƣớc máy, mác 250

CP7

Cấp phối bê tông đá 1x2, xi măng PCB40, cát biển, nƣớc máy, mác 250

CP8

Cấp phối bê tông đá 1x2, xi măng PCB40, cát biển, nƣớc biển, mác 250

CP9

Cấp phối bê tông đá 1x2, xi măng PCB40, cát biển, nƣớc biển, phụ gia Sika
Viscocrete 3000-10 tỷ lệ 0,7%, mác 250

CP10

Cấp phối bê tông đá 1x2, xi măng PCB40, cát biển, nƣớc biển, phụ gia Sika
Viscocrete 3000-10 tỷ lệ 1%, mác 25


DANH MỤC CÁC BẢNG

Số hiệu
1.1.

Tên bảng
Bảng quy đổi mác bê tông (M) tƣơng ứng với cấp độ bền
(B)

Trang
7

2.2.

Thành phần hạt của cát

21

2.3.

Thành phần hạt của cốt liệu lớn

23

2.4.

Mác đá dăm từ đá thiên nhiên theo độ nén dập

23

2.5.

Chỉ số thành phần hóa học của nƣớc dùng cho bê tông

24

2.6.

Kích thƣớc cạnh nhỏ nhất của viên mẫu

26

2.7.

Hình dáng, kích thƣớc viên mẫu

27

2.8.

Bảng trị số α

28

3.1.

Kết quả thí nghiệm thành phần hạt cát vàng Sông Cái –
Nha Trang

31

3.2.

Kết quả thí nghiệm chỉ tiêu cơ lý cát vàng Sông Cái –
Nha Trang

31

3.3.

Kết quả thí nghiệm thành phần hạt cát biển Nha Trang

32

3.4.

Kết quả kiểm nghiệm chỉ số 𝑪𝒍− và SO42- cát biển Nha
Trang

32

3.5.

Kết quả thí nghiệm chỉ tiêu cơ lý cát biển Nha Trang

32

3.6.

Thông số nƣớc biển Nha Trang

33

3.7.

Kết quả thí nghiệm đá 1x2, mỏ đá Hòn Ngang – Diên
Khánh

33

3.8.

Kết quả thí nghiệm chỉ tiêu cơ lý đá 1x2, Hòn Ngang –
Diên Khánh

34

3.9.

Tỷ lệ cấp phối chuẩn cho 1m3 bê tông sử dụng xi măng
PCB40

35

3.10.

Tỷ lệ cấp phối cho 1m3 bê tông thí nghiệm

35

3.11.

Kết quả thí nghiệm cƣờng độ nén các mẫu thử M200
(B15)

38

3.12.

Kết quả thí nghiệm cƣờng độ nén các mẫu thử M250
(B20)

41

3.13.

So sánh cƣờng nén giữa các cấp phối theo các ngày tuổi

46


DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu

Tên hình

Trang

1.1.

Thành phần chế tạo bê tông

6

1.2.

Đồ thị sự phát triển cƣờng độ của bê tông theo thời gian

9

2.1.

Cát ven biển miền Trung – Việt Nam

17

2.2.

Cát ven biển Nha Trang

18

2.3.

Thành phần nƣớc biển

19

2.4.

Vị trí điểm quan trắc môi trƣờng nƣớc biển, Vịnh Nha
Trang

19

2.5.

Kết quả quan trắc giá trị pH và chất hữu cơ nƣớc biển,
Vịnh Nha Trang

19

2.6.

Biểu đồ quy định thành phần hạt cốt liệu nhỏ

22

2.7.

Biểu đồ quy định thành phần hạt cốt liệu lớn

24

3.1.

Xi măng sử dụng đúc mẫu bê tông

30

3.2.

Phụ gia Sika Viscocrete 3000-10 dùng đúc mẫu bê tông

35

3.3.

Biểu đồ cƣờng độ nén bê tông M200 (B15)

39

3.4.

Biểu đồ so sánh cƣờng độ nén bê tông M200 (B15)

40

3.5.

Biểu đồ cƣờng độ nén bê tông M250 (B20)

42

3.6.

Biểu đồ so sánh cƣờng độ nén bê tông M250 (B20)

43

3.7.

Biểu đồ so sánh cƣờng độ nén bê tông CP1 đến CP5

44

3.8.

Biểu đồ so sánh cƣờng độ nén bê tông CP6 đến CP10

45


1

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài
Bê tông là vật liệu xây dựng phổ biến nhất trên thế giới. Bê tông chiếm đến
60% các loại kết cấu xây dựng, thƣờng đƣợc sử dụng cho kết cấu bê tông và bê tông
cốt thép. Bê tông truyền thống với thành phần gồm: chất kết dính (xi măng), cốt liệu
lớn (đá dăm, sỏi), cốt liệu nhỏ (cát), nƣớc và phụ gia.
Trên thế giới cũng nhƣ ở Việt Nam, cát sông đƣợc dùng phổ biến làm cốt liệu
nhỏ chế tạo bê tông thông thƣờng. Do nhu cầu phát triển của xã hội, cát sông ngày
càng bị khai thác quá mức để phục vụ hoạt động xây dựng, ảnh hƣởng đến môi trƣờng
và cạn kiệt nguồn tài nguyên, làm tăng chi phí xây dựng do nguồn vật liệu ngày càng
khan hiếm.
Ngoài ra, một số vùng, địa phƣơng không những gặp khó khăn về nguồn cát
xây dựng, mà còn gặp khó khăn về nguồn nƣớc ngọt để sản xuất bê tông nhƣ: khu vực
cách xa sông, suối, vùng ngập mặn, ven biển, hải đảo… làm chi phí xây dựng tăng hơn
nhiều lần so với các vùng khác.
Vì vậy, cần vật liệu có thể thay thế cát sông, nƣớc ngọt để sản xuất bê tông nhƣ

cát biển, nƣớc biển để giải quyết các vấn đề nêu trên, tận dụng nguồn vật liệu cát biển,
nƣớc biển sẵn có ở địa phƣơng ven biển, hải đảo để giảm chi phí xây dựng công trình.
Khánh Hòa là một tỉnh duyên hải, diện tích 5.217,6 km² và hơn 250 đảo và
quần đảo, bờ biển dài 385 km. Theo chƣơng trình phát triển đô thị tỉnh Khánh Hòa
đƣợc UBND tỉnh Khánh Hòa phê duyệt tại Quyết định số 4104/QĐ-UBND ngày
29/12/2016, Khánh Hòa sẽ đầu tƣ cho chƣơng trình phát triển đô thị, phấn đấu đến
năm 2020 tỷ lệ đô thị hóa toàn tỉnh đạt 60%, và đến năm 2030 đạt 70%, đƣa Khánh
Hòa trở thành đô thị loại I, trực thuộc Trung ƣơng. Tổng vốn đầu tƣ phát triển đô thị
giai đoạn 2016-2020 ƣớc khoảng 63.500 tỷ đồng.
Đáp ứng nhu cầu phát triển trên, tỉnh Khánh Hòa cần đầu tƣ xây dựng nhiều
công trình xây dựng trọng điểm, do đó, nhu cầu về vật liệu xây dựng cho xây dựng
công trình là rất lớn. Theo quy hoạch phát triển vật liệu xây dựng tỉnh Khánh Hòa đến
năm 2020, định hƣớng đến năm 2030 đƣợc UBND tỉnh Khánh Hòa phê duyệt tại
Quyết định số 4013/QĐ-UBND ngày 26/12/2016, nhu cầu cát xây dựng cho toàn tỉnh
từ 1,6 – 1,9 triệu m3/năm, trong khi tổng công suất khai thác chỉ đạt 1,45 triệu m3/năm.
Vì vậy, ngoài nguồn cát vàng theo quy hoạch, nếu tận dụng đƣợc nguồn tài
nguyên cát sẵn có nhƣ cát ven biển, cát biển trên địa bàn tỉnh Khánh Hòa, sẽ hạn chế
việc khai thác cát vàng trên các lòng sông, suối, bãi bồi quá mức, sử dụng hợp lý


2

nguồn tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ môi trƣờng sinh thái, nguồn nƣớc và đem lại hiệu
quả kinh tế - xã hội lớn cho địa phƣơng nhờ giảm giá thành công trình.
Vấn đề cần quan tâm khi sử dụng cát biển, nƣớc biển để chế tạo bê tông là ảnh
hƣởng của thành phần muối có trong cát biển, nƣớc biển đến độ bền của bê tông. Mặc
dù có một số đề tài nghiên cứu chế tạo bê tông từ nƣớc biển, cát biển đã thực hiện tại
một số trung tâm, viện nghiên cứu, trƣờng đại học trong nƣớc. Nhƣng hiện nay, khái
niệm bê tông cấp phối từ nƣớc biển, cát biển vẫn còn khá mới mẻ và chƣa đƣợc nghiên
cứu thực nghiệm đối với cát biển, nƣớc biển tại Khánh Hòa.

Đề tài “Nghiên cứu sản xuất bê tông từ cát biển, nƣớc biển khu vực Nha
Trang – Khánh Hòa” để nghiên cứu sự phát triển cƣờng độ chịu nén của bê tông sản
xuất từ cát biển, nƣớc biển theo thời gian. Qua đó, đánh giá khả năng sản xuất bê tông
từ cát biển, nƣớc biển tại Khánh Hòa, ứng dụng trong thực tế.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu sử dụng xi măng pooclăng hỗn hợp PCB40 (Công ty Xi măng Hà
Tiên 1- Trạm nghiền Cam Ranh), cát biển Nha Trang - tỉnh Khánh Hòa, cát sông
(Sông Cái Nha Trang), nƣớc biển Nha Trang - tỉnh Khánh Hòa, nƣớc máy sinh hoạt
(Công ty Cấp thoát nƣớc Khánh Hòa), đá dăm 1x2cm (tại mỏ đá Hòn Ngang), Diên
Khánh – tỉnh Khánh Hòa, để sản xuất bê tông có cấp độ bền B15, B20, so sánh đánh
giá cƣờng độ nén của bê tông với thời gian khảo sát đến 90 ngày, từ ngày đúc bê tông.
Đánh giá khả năng sử dụng cát biển, nƣớc biển Nha Trang, Khánh Hòa để sản
xuất bê tông, ứng dụng trong công trình xây dựng.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu:
Xác định các chỉ tiêu cơ lý của cát biển, nƣớc biển khu vực Nha Trang, để sản
xuất bê tông không cốt thép, ứng dụng trong xây dựng công trình.
Phạm vi nghiên cứu: sử dụng cát biển, cát sông, nƣớc biển, nƣớc máy khu vực
Nha Trang và các vật liệu thông thƣờng (xi măng, đá 1x2, phụ gia), để thiết kế thành
phần hỗn hợp bê tông cấp độ bền B15 và B20, không sử dụng phụ gia và có sử dụng
phụ gia đông kết nhanh Sika Viscocrete 3000-10 siêu hóa dẻo gốc polyme, với 02 tỷ lệ
0,7% &1% trên 100kg xi măng.
4. Phƣơng pháp và nội dung nghiên cứu:
Sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết, kết hợp thí nghiệm thực nghiệm để
thiết kế và tính toán thành phần hỗn hợp bê tông cấp độ bền B15 và B20, với các cấp
phối vật liệu khác nhau.
Tổng hợp số liệu thí nghiệm, xây dựng biểu đồ phát triển cƣờng độ nén mẫu thí
nghiệm bê tông B15, B20 sử dụng cát biển, nƣớc biển theo thời gian.
So sánh, đánh giá sự phát triển cƣờng độ nén của bê tông B15, B20 với các loại
cấp phối khác nhau, thời gian khảo sát đến 90 ngày.

3

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về bê tông sản xuất từ cát biển, nƣớc biển, một
trong những vật liệu sẵn có tại các địa phƣơng ven biển và hải đảo, ứng dụng trong
xây dựng công trình.
Từ kết quả nghiên cứu có thể áp dụng vào việc chế tạo những cấu kiện, sản
phẩm bê tông không cốt thép từ cát biển, nƣớc biển, thay thế cát sông tại địa phƣơng
ven biển và các đảo trên địa bàn Khánh Hòa.
Đáp ứng nhu cầu về cát làm vật liệu xây dựng tại địa phƣơng, nhờ sử dụng cát
biển có sẵn tại địa phƣơng, làm giảm giá thành xây lắp công trình, mang lại hiệu quả
kinh tế cao hơn.
6. Kết cấu luận văn
MỞ ĐẦU

Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG
Chƣơng 2: PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN CÁT
BIỂN, NƢỚC BIỂN VÀ XÁC ĐỊNH CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG

Chƣơng 3: THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ
PHỤ LỤC
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN


4

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG
1.1. Định nghĩa và phân loại bê tông
1.1.1. Định nghĩa về bê tông
Theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCXD 191:1996 Bê tông là hỗn hợp đóng rắn, của
các vật liệu gồm chất kết dính, cốt liệu lớn, cốt liệu nhỏ và nƣớc. Có thể có hoặc
không có phụ gia.
Bê tông xi măng (thƣờng gọi tắt là bê tông) là loại vật liệu đá nhân tạo đƣợc
hình thành bằng cách tạo hình và làm rắn chắc hỗn hợp đƣợc lựa chọn hợp lý của xi
măng, nƣớc, cốt liệu (cát, sỏi hay đá dăm) và phụ gia. Trong đó, cốt liệu chính là đá và
cát, là những thành phần chịu lực chủ yếu của bê tông; còn xi măng, sau khi trộn với
nƣớc sẽ dần đông cứng lại và trở thành một chất kết dính hỗn hợp.
Trong bê tông, cốt liệu thƣờng chiếm từ 80% - 85% thể tích, còn xi măng chiếm
từ 8% - 15% khối lƣợng.
1.1.2. Cấu trúc bê tông
Bê tông có cấu trúc không đồng nhất vì hình dáng, kích thƣớc cốt liệu khác
nhau, sự phân bố của cốt liệu và chất kết dính không thật đồng đều, trong bê tông vẫn
còn lại một ít nƣớc thừa và những lỗ rỗng li ti (do nƣớc thừa bốc hơi). Quá trình khô
cứng của bê tông là quá trình thủy hóa của xi măng, quá trình thay đổi lƣợng nƣớc cân
bằng, sự giảm keo nhớt, sự tăng mạng tinh thể của đá xi măng. Các quá trình này làm
cho bê tông trở thành vật liệu vừa có tính đàn hồi vừa có tính dẻo [1,2].
1.1.3. Phân loại bê tông
Có nhiều cách để phân loại bê tông, tùy theo yêu cầu có thể phân loại bê tông
theo các loại nhƣ sau:
Theo cƣờng độ: Bê tông thƣờng có cƣờng độ nén từ 20 đến 50 (MPa); bê tông
chất lƣợng cao và rất cao có cƣờng độ nén từ 50 đến 250 (MPa).
Theo loại chất kết dính: Bê tông xi măng, bê tông silicat (chất kết dính là vôi),
bê tông thạch cao, bê tông polime, bê tông đặc biệt (dùng chất kết dính đặc biệt).
Theo dạng cốt liệu: Bê tông cốt liệu đặc, bê tông cốt liệu rỗng, bê tông cốt liệu
đặc biệt (chống phóng xạ, chịu nhiệt, chịu a xít), bê tông cốt kim loại,...

Theo khối lƣợng thể tích: Bê tông đặc biệt nặng (ρv > 2500 kg/m3), chế tạo từ
cốt liệu đặc biệt, dùng cho những kết cấu đặc biệt; bê tông nặng (ρv = 2250 ÷ 2500
kg/m3), chế tạo từ cát, đá, sỏi thông thƣờng, dùng cho kết cấu chịu lực; bê tông tƣơng
đối nặng (ρv = 1800 ÷ 2250 kg/m3), dùng chủ yếu cho kết cấu chịu lực; bê tông nhẹ (ρv
= 500 ÷ 1800 kg/m3), gồm bê tông tổ ong (bê tông khí và bê tông bọt), bê tông cốt liệu


5

rỗng (nhân tạo hay thiên nhiên) và bê tông hốc lớn (không có cốt liệu nhỏ); bê tông
đặc biệt nhẹ, là dạng bê tông nhẹ, nhƣng có ρv < 500 kg/m3 [1,2].
1.2. Các vật liệu cấu thành bê tông
1.2.1. Chất kết dính
Theo TCXD 191:1996 Chất kết dính là vật liệu có khả năng ninh kết và đóng
rắn nhờ phản ứng tƣơng tác hóa lý với nƣớc, và gắn kết các cốt liệu tạo thành bê tông.
Có chất kết dính thủy lực nhƣ các loại xi măng, chất kết dính không khí nhƣ vôi, chất
kết dính hữu cơ nhƣ atphan, cao su epoxy,…
Xi măng là thành phần chất kết dính để liên kết các hạt cốt liệu với nhau tạo ra
cƣờng độ cho bê tông. Chất lƣợng và hàm lƣợng xi măng là yếu tố quan trọng quyết
định cƣờng độ cho bê tông. Hiện nay, có rất nhiều loại xi măng để sản xuất bê tông
nhƣ xi măng pooc lăng, xi măng pooc lăng bền sunfat, xi măng pooc lăng xỉ, xi măng
pooc lăng puzolan,...
Yêu cầu kỹ thuật của xi măng đƣợc quy định theo TCVN 2682 : 2009.
1.2.2. Cốt liệu
Theo TCVN 7570:2006 Cốt liệu là các vật liệu rời nguồn gốc tự nhiên hoặc
nhân tạo có thành phần hạt xác định, khi nhào trộn với xi măng và nƣớc, tạo thành bê
tông. Theo kích thƣớc hạt, cốt liệu đƣợc phân ra cốt liệu nhỏ và cốt liệu lớn.
1.2.2.1. Cốt liệu nhỏ
Cốt liệu nhỏ là hỗn hợp các hạt cốt liệu kích thƣớc chủ yếu từ 0,14 mm đến 5
mm. Cốt liệu nhỏ có thể là cát tự nhiên (cát sông, cát suối, cát đồi), nhân tạo (cát xỉ,

cát Keramzir), cát nghiền và hỗn hợp từ cát tự nhiên và cát nghiền.
Cát tự nhiên là hỗn hợp các hạt cốt liệu nhỏ đƣợc hình thành do quá trình phong
hóa của các đá tự nhiên.
Cát nghiền là hỗn hợp là hỗn hợp các hạt cốt liệu kích thƣớc nhỏ hơn 5 mm thu
đƣợc do đập hoặc nghiền từ đá.
Yêu cầu kỹ thuật cát dùng trong bê tông đƣợc quy định theo TCVN 7570: 2006.
1.2.2.2. Cốt liệu lớn
Cốt liệu lớn là hỗn hợp các loại cốt liệu có kích thƣớc từ 5 mm đến 70 mm. Cốt
liệu lớn có thể là đá dăm, sỏi, sỏi dăm (đập hoặc nghiền từ sỏi) và hỗn hợp từ đá dăm
và sỏi hay sỏi dăm.
Đá dăm đƣợc sản xuất bằng cách đập và nghiền đá, hoặc nghiền từ đá nhƣ đá
vôi, đá granit…
Sỏi đƣợc hình thành do quá trình phong hóa của đá tự nhiên hoặc đá kết theo
các dòng chảy, sỏi dăm đƣợc sản xuất bằng cách đập và nghiền cuội, sỏi kích thƣớc
lớn.


6

Hình 1.1. Thành phần chế tạo bê tông [7]
1.2.3. 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.
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.
1.2.4. Chất phụ gia
Trong công nghệ chế tạo bê tông hiện nay, phụ gia đƣợc sử dụng khá phổ biến.
Phụ gia thƣờng sử dụng có 2 loại, loại rắn nhanh và loại hoạt động bề mặt.
Phụ gia rắn nhanh thƣờng là các loại muối gốc clo (ví dụ CaCl2, NaCl, FeCl3),

hoặc là hỗn hợp của chúng. Do làm tăng nhanh quá trình thủy hóa mà phụ gia rắn
nhanh có khả năng rút ngắn quá trình rắn chắc của bê tông trong điều kiện tự nhiên,
cũng nhƣ nâng cao cƣờng độ bê tông sau khi bảo dƣỡng nhiệt và ở tuổi 28 ngày.
Phụ gia hoạt động bề mặt, mặc dù chỉ sử dụng một lƣợng nhỏ, nhƣng có khả
năng cải thiện đáng kể tính dẻo của hỗn hợp bê tông và tăng cƣờng nhiều tính chất
khác của bê tông nhƣ tăng cƣờng độ chịu lực, tăng khả năng chống thấm...
Trong đa số các trƣờng hợp, phụ gia dẻo và siêu dẻo là polime tổng hợp, các
dẫn xuất của nhựa melamin hoặc của axit naftalin sunforic và các loại khác.
1.3. Mác bê tông và cấp độ bền của bê tông
1.3.1. Mác bê tông theo cường độ chịu nén
Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574–2012, Mác bê tông hay mác theo
cƣờng độ chịu nén, kí hiệu bằng chữ M, lấy bằng cƣờng độ chịu nén (cƣờng độ trung
bình), tính theo đơn vị kg/cm2 của mẫu thử chuẩn khối lập phƣơng vuông, có cạnh
bằng 150mm, đƣợc dƣỡng hộ và thí nghiệm ở tuổi 28 ngày, theo điều kiện chuẩn ở
nhiệt độ 27 + 2oC, độ ẩm không nhỏ hơn 95%.


7

Theo TCVN 5574–2012 có các mác bê tông M50; M75; M100; M150; M200;
M250; M300; M350; M400; M450; M500; M600,…
1.3.2. Mác bê tông theo cường độ chịu kéo
Ký hiệu bằng K, đƣợc xác định bằng cách lấy bằng cƣờng độ chịu kéo trung
bình Rm của mẫu thử chuẩn, tính theo đơn vị (kg/cm2).
Theo TCVN 5574–2012 có các mác bê tông: K10, K15, K20, K25, K30, K40
đối với bê tông nặng; và mác K10, K15, K20, K25, K30 đối với bê tông nhẹ.
1.3.3. Cấp độ bền chịu nén
Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574–2012, khái niệm cấp độ bền chịu nén của bê
tông, ký hiệu bằng chữ B, là giá trị trung bình thống kê của cƣờng độ chịu nén tức
thời, tính bằng đơn vị Mpa, với xác suất đảm bảo không dƣới 95%, xác định trên các

mẫu lập phƣơng kích thƣớc tiêu chuẩn (150x150x150) mm đƣợc chế tạo, dƣỡng hộ
trong điều kiện tiêu chuẩn và thí nghiệm ở tuổi 28 ngày.
Theo tiêu chuẩn TCVN 5574–2012, bê tông có các cấp độ bền B3.5; B5; B7.5;
B10; B12.5; B15; B20; B25; B30; B35; B40; B45; B50; B55; B60.
1.3.4. Tương quan giữa M và B:
Tƣơng quan giữa mác M và cấp độ bền B của cùng một loại bê tông đƣợc thể
hiện qua công thức:
(1.1)
Trong đó:
- : Hệ số đổi đơn vị từ kg/cm2 sang (MPa; N/mm2), lấy

= 0,1

- : Hệ số chuyển đổi từ cƣờng độ trung bình sang cƣờng độ đặc trƣng, với xác
suất đảm bảo 95%; = (1- Sv)= 0,778.
Bảng quy đổi mác bê tông (M) tƣơng ứng với cấp độ bền (B) đến M300
(B22,5) theo TCVN 5574:2012 thể hiện ở Bảng 1.1.
Bảng 1.1. Bảng quy đổi mác bê tông (M) tƣơng ứng với cấp độ bền (B)
Cấp độ bền (B)

Cƣờng độ chịu nén (Mpa)

Mác bê tông (M)

B3.5

4.50

50

B5

6.42

75

B7.5

9.63

100

B10

12.84

B12.5

16.05

150

B15

19.27

200

B20

25.69

250

B22.5

28.90

300


8

1.4. Nguyên lý hình thành bê tông thông qua phản ứng thủy hóa của xi măng
1.4.1. Quá trình rắn chắc của xi măng:
Khi xi măng rắn chắc, các quá trình vật lý và hoá lý phức tạp đi kèm theo các
phản ứng hoá học, tạo ra sự biến đổi tổng hợp, khiến cho xi măng khi nhào trộn với
nƣớc, lúc đầu chỉ là hồ dẻo và sau biến thành đá cứng có cƣờng độ. Các quá trình tác
dụng tƣơng hỗ của từng khoáng với nƣớc để tạo ra những sản phẩm mới xảy ra đồng
thời, xen kẽ và ảnh hƣởng lẫn nhau. Các sản phẩm mới cũng có thể tác dụng tƣơng hỗ
với nhau và với các khoáng khác của clinke để hình thành những liên kết mới. Do đó,
hồ xi măng là một hệ rất phức tạp cả về cấu trúc, thành phần cũng nhƣ sự biến đổi. Để
giải thích quá trình rắn chắc ngƣời ta thƣờng dùng thuyết của Baikov–Rebinder. Theo
thuyết này, quá trình rắn chắc của xi măng đƣợc chia làm 3 giai đoạn:
1.4.2. Giai đoạn hòa tan
Khi nhào trộn xi măng với nƣớc các thành phần khoáng của clinke sẽ tác dụng
với nƣớc ngay trên bề mặt hạt xi măng. Những sản phẩm mới tan đƣợc [Ca(OH) 2;
CaO.Al2O3.6H2O] sẽ tan ra. Nhƣng vì độ tan của nó không lớn và lƣợng nƣớc có hạn
nên dung dịch nhanh chóng trở nên quá bão hoà [2,3].
1.4.3. Giai đoạn hóa keo

Trong dung dịch quá bão hoà, các sản phẩm Ca(OH)2; 3CaO.Al2O3.6H2O mới
tạo thành sẽ không tan nữa mà tồn tại ở trạng thái keo. Còn các sản phẩm etringit,
CSH vốn không tan, nên vẫn tồn tại ở thể keo phân tán. Nƣớc vẫn tiếp tục mất đi (bay
hơi, phản ứng với xi măng), các sản phẩm mới tiếp tục tạo thành, tỷ lệ rắn/lỏng ngày
một tăng, hỗn hợp mất dần tính dẻo, các sản phẩm ở thể keo liên kết với nhau thành
thể ngƣng keo [2,3].
1.4.4. Giai đoạn kết tinh
Nƣớc ở thể ngƣng keo vẫn tiếp tục mất đi, các sản phẩm mới ngày càng nhiều,
chúng kết tinh lại thành tinh thể, rồi chuyển sang thể liên tinh làm cho cả hệ thống hóa
cứng và cƣờng độ tăng [2,3].
1.5. Sự phát triển cƣờng độ của bê tông theo thời gian
1.5.1. Bê tông thông thường
Tuổi của bê tông là thời gian t (tính bằng ngày) kể từ khi chế tạo đến khi thí
nghiệm mẫu. Trong quá trình khô cứng cƣờng độ tăng dần lên, thời gian đầu tăng
nhanh, sau tăng chậm dần. Hình 1.2. biểu thị quan hệ giữa cƣờng độ R và tuổi t của bê
tông dƣỡng hộ trong điều kiện bình thƣờng.
Với bê tông dùng xi măng Pooclăng chế tạo và bảo dƣỡng bình thƣờng cƣờng
độ tăng nhanh trong 28 ngày đầu.
Để biểu diễn sự tăng R theo t có thể dùng công thức thực nghiệm của B.G.
Xkramtaep theo quy luật logarit, dùng đƣợc khi t = 7 ÷ 300 ngày.


9

(1.2)
Công thức của Viện nghiên cứu bê tông Mỹ ACI:
(1.3)
a, b: hệ số phụ thuộc vào loại xi măng.
Thông thƣờng a= 4; b= 0,85; với xi măng đông cứng nhanh: a= 2,3; b= 0,92,
nếu dùng xi măng puzơlan thời gian tăng Rbđ là 90 ngày.

Hình 1.2. Đồ thị sự phát triển cƣờng độ của bê tông theo thời gian
Trong môi trƣờng thuận lợi (nhiệt độ dƣơng, độ ẩm cao) sự tăng cƣờng độ có
thể kéo dài trong nhiều năm, còn trong điều kiện khô hanh hoặc nhiệt độ thấp, sự tăng
cƣờng độ trong thời gian sau này là không đáng kể.
Trƣờng hợp dùng hơi nƣớc nóng để bảo dƣỡng bê tông cũng nhƣ dùng phụ gia
tăng cƣờng độ, có thể làm cƣờng độ tăng rất nhanh trong thời gian vài ngày đầu,
nhƣng sẽ làm cho bê tông giòn hơn và có cƣờng độ cuối cùng (sau vài năm) thấp hơn
so với bê tông đƣợc bảo dƣỡng trong điều kiện tự nhiên và không dùng phụ gia.
1.5.2. Bê tông bảo dưỡng nước biển
Akshat Dimri, (2015) Đối với bê tông thông thƣờng và bảo dƣỡng trong môi
trƣờng nƣớc biển, trong 7 ngày đầu tiên cƣờng độ không bị ảnh hƣởng. Tuy nhiên,
cƣờng độ (kéo, nén, uốn) bị giảm dần theo thời gian (28 và 90 ngày). Các yếu tố ảnh
hƣởng đến cƣờng độ của bê tông trong môi trƣờng nƣớc biển là: sự ăn mòn cốt thép
gây ra bởi ion
phản ứng ăn mòn sulphate gây nứt, phá huỷ nếu cốt liệu có hoạt
tính kiềm ở trong bê tông [4].
Vicat, (1812) và Prascal, (2006) Đã phân tích phản ứng hóa học của nƣớc biển
trên bê tông chủ yếu là do sự ăn mòn của magnesium sulphate (MgSO4). Bê tông bị ăn
mòn nhanh hơn bởi chất clorua có trong nƣớc biển làm chậm sự trƣơng nở thế tích,
đặc trƣng của ăn mòn sulphate là nƣớc biển trở nên trắng hơn, việc ăn mòn khiến bê


10

tông cốt thép bị giãn nở dẫn tới nứt. Bê tông tiếp tục bị ăn mòn và suy giảm cƣờng độ.
Trong giai đoạn đầu, cƣờng độ của bê tông có xu hƣớng gia tăng khi bị ăn mòn, nhƣng
sau đó là giảm cƣờng độ trƣớc sự gia tăng của phản ứng [4].
Tƣơng tự, kali và magnesiumsulphate (KS, MgS) có trong nƣớc muối, có thể
gây ra các phản ứng sulphate trong bê tông, do chúng dễ dàng phản ứng với hydroxit

canxi Ca(OH)2 trong xi măng thông qua quá trình hydrat hóa C3S và C2S [4].
1.5.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ bê tông
Thành phần và cách chế tạo bê tông:
Chất lƣợng và số lƣợng xi măng: Với cƣờng độ bê tông đã dự kiến, khi dùng xi
măng chất lƣợng cao hơn thì số lƣợng sẽ ít hơn. Trong một giới hạn nào đó khi tăng
lƣợng xi măng cũng sẽ tăng cƣờng độ bê tông nhƣng nói chung hiệu quả không cao và
10 thƣờng làm tăng biến dạng co ngót gây hậu quả xấu. Khi cần có bê tông cƣờng độ
cao nên dùng xi măng mác cao với số lƣợng hợp lý.
Độ cứng, độ sạch và tỉ lệ thành phần của cốt liệu (cấp phối): Khi chọn đƣợc cấp
phối hợp lí không những tăng đƣợc cƣờng độ bê tông mà còn sử dụng xi măng một
cách tiết kiệm.
Tỉ lệ nƣớc – xi măng: Khi tỉ lệ này tăng lên thì cƣờng độ và độ đặc chắc của bê
tông đều bị giảm và biến dạng do co ngót tăng.
Chất lƣợng của việc nhào trộn vữa bê tông, độ đầm chắc của bê tông khi đổ
khuôn và điều kiện bảo dƣỡng.
Tuổi bê tông (t ngày): Tuổi của bê tông là thời gian t (tính bằng ngày) kể từ khi
chế tạo đến khi thí nghiệm mẫu.
Điều kiện thí nghiệm: Phƣơng pháp nén, tốc độ gia tải có ảnh hƣởng đến giá trị
cƣờng độ thu đƣợc. Điều kiện thí nghiệm chuẩn: không bôi trơn, tốc độ gia tải
0,2MPa/giây.
1.6. Ăn mòn hóa học trong bê tông
Bê tông là loại vật liệu có cƣờng độ chịu lực cao, khá bền vững trong môi
trƣờng, tuy nhiên sau một thời gian sử dụng bê tông thƣờng bị ăn mòn. Bê tông bị ăn
mòn chủ yếu là do sự tác dụng của các chất khí và chất lỏng lên các bộ phận cấu thành
xi măng đã rắn chắc, chủ yếu là Ca(OH)2 và CaO.Al2O3.6H2O.
Nguyên nhân ăn mòn do sự phân rã các thành phần của đá xi măng, sự hòa tan
và rửa trôi hyđroxit canxi, sự tạo thành các muối dễ tan do hyđroxit canxi và các thành
phần khác của đá xi măng tác dụng với các chất xâm thực và sự rửa trôi các muối đó
(ăn mòn axit, ăn mòn magiezit), và sự hình thành những liên kết mới trong các lỗ rỗng
có thể tích lớn hơn thể tích của các chất tham gia phản ứng tạo ra ứng suất gây nứt bê

tông (ăn mòn sunphoaluminat) [5].


11

Trƣơng Hoài Chính (2008), các yếu tố gây ăn mòn tác động tƣơng hỗ lẫn nhau
trong quá trình ăn mòn phá huỷ vật liệu. Trong quá trình xâm thực, phá hủy cốt thép
trong bê tông cốt thép, thì sự thâm nhập của ion
và
là quá trình xảy ra thƣờng
xuyên và đóng vai trò chủ yếu gây phá huỷ bê tông cốt thép. Sự xâm thực của
gây ra sự thay đổi cấu trúc vi mô và làm giãn nở bê tông, sinh ra các vết nứt.
Chính các vết nứt này tăng cƣờng sự thâm nhập của các tác nhân xâm thực khác và
phá hủy cốt thép trong bê tông cốt thép. Trong trƣờng hợp ion
, ngoài sự có mặt
của nó trong quá trình sử dụng vật liệu, thi công, thì quá trình thâm nhập thông qua lớp
bê tông bảo vệ từ môi trƣờng rất mạnh. Sự tồn tại của ion
gây nên sự phá hủy
màng thụ động của cốt thép, khơi mào cho quá trình ăn mòn và phá hủy [5].
Bên cạnh đó, sự phá huỷ bê tông và bê tông cốt thép còn do sự thâm nhập của
CO2 qua các khe nứt, hoặc qua các vùng bê tông có độ đặc chắc kém. Sự có mặt của
CO2 kết hợp với Ca(OH)2 có trong bê tông tạo ra một vùng có pH thấp và đƣa đến sự
phá hoại cốt thép trong bê tông. Nƣớc biển là một trong những môi trƣờng có độ xâm
thực mạnh, do chứa nhiều tác nhân gây ăn mòn và phá hủy nhƣ
,
và O2 hòa
tan, ngoài ra còn có các khoáng chất khác [5]. Một số dạng ăn mòn hóa học:
1.6.1. Ăn mòn hòa tan
Do sự tan của Ca(OH)2 xảy ra nhanh mạnh dƣới sự tác dụng của nƣớc mềm
(chứa ít các chất tan) nhƣ nƣớc ngƣng tụ, nƣớc mƣa, nƣớc sông, nƣớc đầm lầy. Sau 3

tháng rắn chắc hàm lƣợng Ca(OH)2 vào khoảng 10% -15% (tính theo CaO). Khi hàm
lƣợng Ca(OH)2 có trong đá xi măng tới 15%-30% thì cƣờng độ của đá xi măng giảm
đến 40%-50% [3,5].
1.6.2. Ăn mòn axit
Xảy ra trong dung dịch axit, có pH<7. Axit tự do khi hòa tan vào nƣớc, bám
trên bề mặt kết cấu bê tông cốt thép sẽ tạo nên các axit, ví dụ nhƣ HCl; H2SO4 tác dụng
với Ca(OH)2 trong đá xi măng tạo ra những muối tan CaCl2, muối tăng thể tích
CaSO4.2H2O. Ngoài ra axit có thể phá hủy cả silicat canxi [3,5].
1.6.3. Ăn mòn magie
Gây ra do các loại muối chứa magie trong nƣớc biển, nƣớc ngầm, nƣớc chứa
muối khoáng tác dụng với Ca(OH)2 tạo ra các sản phẩm dễ tan CaCl2 và CaSO4.2H2O
hoặc không có khả năng dính kết Mg(OH)2 [3,5].
1.6.4. Ăn mòn sulphate
Xảy ra khi hàm lƣợng sulphate lớn hơn 250mg/l (tính theo
). Sự hình
thành trong các lỗ rỗng đá xi măng loại sản phẩm ít tan etringit, với thể tích lớn hơn
hai lần, sẽ gây áp lực tách lớp bê tông bảo vệ làm cốt thép bị ăn mòn. Ăn mòn sulphate
luôn luôn xảy ra đối với công trình ven biển, công trình tiếp xúc với nƣớc thải công
nghiệp và nƣớc ngầm [3,5].


12

1.6.5. Ăn mòn do kiềm
Ăn mòn do kiềm có trong đá xi măng xảy ra ngay trong lòng khối bê tông giữa
các cấu tử với nhau. Bản thân clinke luôn chứa một lƣợng các chất kiềm. Trong khi đó
trong cốt liệu bê tông, đặc biệt là trong cát, lại hay gặp hơn chất silic vô định hình,
chúng có thể tác dụng với kiềm của xi măng ở ngay nhiệt độ thƣờng, làm cho bề mặt
hạt cốt liệu nở ra một hệ thống vết nứt, bạc màu. Sự phá hoại này thƣờng xảy ra khi thi
công xong từ 10 - 15 năm [3,5].

1.7. Ảnh hƣởng của cát biển, nƣớc biển đến cƣờng độ bê tông xi măng
1.7.1. Ảnh hưởng của cát biển, nước biển trong quá trình chế tạo
Phạm Trƣờng Hiếu, (2017) Nƣớc biển thƣờng có 3,5% muối theo trọng lƣợng.
Nồng độ ion Na+ và
là cao nhất, điển hình là 11.000 và 20.000 mg/lít tƣơng ứng.
2+
Nó cũng chứa Mg và SO42- điển hình là 1.400 và 2.700 mg/lít tương ứng. Các pH của
nƣớc biển thay đổi từ 7,5 và 8,4. Giá trị trung bình là 8,2. Nƣớc biển cũng chứa một số
lƣợng khí CO2 [2,3].
Sự có mặt của clorua trong nƣớc biển có thể làm chậm sự giãn nở của bê tông
trong dung dịch Sulfat. Bê tông sẽ phải mất nhiều thời gian hòa tan hơn trong nƣớc
biển và điều này sẽ khuyến khích quá trình chiết lọc không có lợi trong bê tông [3].
Sự tấn công của sulphate biểu thị sự gia tăng khối lƣợng xi măng trong hồ bột
hoặc vữa do các phản ứng hóa học giữa các sản phẩm của quá trình hydrat hóa giữa xi
măng và dung dịch chứa sulfat [2,3].
Nói chung, khi sử dụng nƣớc biển, cát biển để chế tạo bê tông, diễn ra nhiều
phản ứng đồng thời. Trong đó, một số phản ứng không có lợi cho bê tông vẫn tiếp tục
diễn ra trong quá trình sử dụng, điều này gây ảnh hƣởng không nhỏ đến chất lƣợng và
tuổi thọ của bê tông sử dụng nƣớc biển, cát biển [2,3].
1.7.2. Ảnh hưởng của cát biển, nước biển trong quá trình khai thác sử dụng
Phạm Trƣờng Hiếu, (2017) Sulphates rắn sẽ tấn công bê tông một cách nặng nề
nhƣng khi các hóa chất đã hòa tan, chúng sẽ thâm nhập vào bê tông xốp và phản ứng
với các sản phẩm của xi măng đã hydrat hóa. Trong tất cả các sulphates, magnesium
sulphate gây thiệt hại tối đa cho bê tông. Sự xuất hiện màu trắng đặc trưng là dấu hiệu
của cuộc tấn công sulphate [2,3].
Trong bê tông cứng, canxi aluminate hydrate (CAH) có thể phản ứng với muối
sulfat, các sản phẩm của phản ứng là canxi sulphaoluminat hình thành trong khuôn
khổ vữa xi măng đã hydrat hóa. Vì vậy, sự gia tăng khối lƣợng của pha rắn có thể lên
đến 227%, sự tan rã dần dần của bê tông bắt đầu. Magnesiumsulphate có nhiều ảnh
hƣởng hơn các sulphates khác, bởi vì nó không chỉ phản ứng với canxi và hydroxit

canxi aluminat hydrat hóa nhau các sulphates khác nhƣng cũng phân hủy silicat canxi
ngậm nƣớc hoàn toàn và làm cho bê tông trở nên dễ vỡ [2,3].


13

Phản ứng kiềm –cốt liệu (AAR) là một phản ứng hóa học cơ bản giữa các ion
hydroxyl trong các lỗ rỗng nƣớc trong bê tông và một số loại đá khoáng chất mà đôi
khi xảy ra nhau một phần của cốt liệu (đặc biệt là phản ứng kiềm–silíc ASR), phản
ứng này đƣợc công nhận là một trong những nguyên nhân gây nứt bê tông [2,3].
Sự tấn công của clorua là một trong những khía cạnh quan trọng cần xét đến khi
xử lý độ bền của bê tông làm từ nƣớc biển, cát biển. Clorua đặc biệt cần đƣợc quan
tâm trong kết cấu bê tông cốt thép, bởi vì nó chủ yếu gây ăn mòn cốt thép [2,3].
1.8. Một số nghiên cứu về bê tông sử dụng cát biển, nƣớc biển
1.8.1. Các nghiên cứu ngoài nước
Lê Văn Bách, (2006) Đầu thế kỷ 20, nhà khoa học Anh K.Niuman giới thiệu
một số vấn đề về khai thác vật liệu biển nhƣ cát sỏi biển làm cốt liệu cho bê tông, đồng
thời Hội bê tông xi măng nƣớc Anh cũng đã ra thông báo một số chuyên đề về vật liệu
sử dụng cát sỏi biển [6].
Năm 1949, tại hội nghị quốc tế ở Lisbon, nhà khoa học Pháp A.M.Fermandes
trong báo cáo chung có đề cập đến vấn đề sử dụng cát biển để chế tạo bê tông xi măng.
Ở Mỹ năm 1956, hội quốc gia về cát đã ra thông báo về việc sử dụng cát biển để chế
tạo bê tông. Ở Liên Xô, năm 1965 F.M.Ivanov và V.C.Glabkov đã công bố kết quả
nghiên cứu dùng cát biển ở biển Đen để chế tạo bê tông thủy công [6].
Trên trang Web “The reasons why we have sea-sand houses” ngày 5/11/2003
cũng đã đề cập đến ảnh hƣởng của muối trong cát biển khi xây dựng nhà. Khi dùng cát
biển trộn với xi măng thay cho cát sông bình thƣờng làm nhà, thì lƣợng muối clorua
trong cát biển, làm ảnh hƣởng ít nhiều đến chất lƣợng của nhà ở, nhƣng ảnh hƣởng này
là không đáng kể. Nếu hàm lƣợng muối NaCl trong cát biển quá cao, những tòa nhà
làm bằng bê tông cát biển có thể chỉ kéo dài 6 – 10 năm.

Theo nghiên cứu của tác giả Falah M. Wegian về “Effect of seawater for
mixing and curing on structural concrete” đăng trên tạp chí IES (Intelligent
Engineering Services) ngày 20/10/2010 về ảnh hƣởng của nƣớc biển đến việc phối
trộn và xử lý trên kết cấu bê tông. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đã chỉ ra:
Bê tông trộn và xử lý với nƣớc biển có cƣờng độ nén, kéo cao hơn bê tông trộn
và xử lý với nƣớc ngọt ở 7 và 14 ngày tuổi. Sau 28 và 90 ngày cƣờng độ bê tông nƣớc
ngọt vẫn tăng theo thời gian; hàm lƣợng xi măng trong hỗn hợp bê tông có ảnh hƣởng
lớn đến độ bền và độ bền của bê tông (có thể tăng gấp 5 lần, đặc biệt đối với tỷ lệ xi
măng/ nƣớc thấp); cƣờng độ cũng chịu ảnh hƣởng bởi thành phần và loại xi măng, độ
tuổi và điều kiện bảo dƣỡng, nhƣng với tỷ lệ thấp hơn ảnh hƣởng của hàm lƣợng xi
măng; việc sử dụng phụ gia SRCs có thể giúp chống lại sự phá hủy của bê tông tiếp
xúc với nƣớc biển [8].


14

1.8.2. Các nghiên cứu trong nước
Lê Văn Bách, (2006) Ở Việt Nam, từ năm 1958 Viện kỹ thuật giao thông có
chú ý nghiên cứu vấn đề công trình giao thông và bê tông cốt thép bị nƣớc biển và hơi
nƣớc biển phá hoại, và đến năm 1961, có kết hợp nghiên cứu sử dụng cát, đá biển và
nƣớc biển trong bê tông. Đã có nhiều tổ chức, nhà khoa học đã nghiên cứu bê tông xi
măng sử dụng cát biển, cát mịn và đã có kết quả nhất định nhƣ đề tài “Bê tông cát đen”
của tác giả Hoàng Phủ Lan, đề tài “Vấn đề sử dụng cát, đá biển và nƣớc biển trong bê
tông” của Võ Thới Trung [6].
Từ năm 2000 đến năm 2006, tác giả Lê Văn Bách và các cộng sự đã có nhiều
đề tài, công trình nghiên cứu liên quan đến bê tông xi măng, có sử dụng cát biển, cát
nhiễm mặn, nƣớc biển làm bê tông xi măng, ứng dụng trong xây dựng đƣờng ô tô và
các công trình phòng hộ ven biển, khu vực Nam Bộ.
Đề tài “nghiên cứu sử dụng cát biển Bình Thuận và Vũng Tàu làm bê tông xi
măng trong xây dựng đƣờng ô tô” của tác giả Lê Văn Bách, kết quả nghiên cứu cho

thấy nếu dùng cát biển tự nhiên có hàm lƣợng muối NaCl khoảng 0,01% tại các cồn
cát ở Bình Thuận và Vũng Tàu để làm bê tông xi măng thì cƣờng độ kháng nén và
cƣờng độ chịu kéo khi uốn của nó đạt từ 90%-92% so với bê tông xi măng dùng cát
vàng thông thƣờng; khi dùng xi măng bền sunfat để chế tạo bê tông xi măng cát biển
sẽ cải thiện đƣợc cƣờng độ sau cùng của bê tông (tăng lên từ 0,6%-2,3%); có thể dụng
phụ gia Platimen 96 cho bê tông để cải thiện một số tính chất của bê tông dùng cát
biển nhƣ giảm nƣớc và kéo dài thời gian ninh kết cho bê tông, tăng đƣợc cƣờng độ sau
cùng của bê tông lên từ 5,2%-6,4% khi giữ nguyên lƣợng xi măng.
Từ những năm 1999, Tiến sỹ Nguyễn Hồng Bỉnh đã có những nghiên cứu bƣớc
đầu về vữa bê tông từ cát biển, nƣớc biển. Đến năm 2000, đã tạo đƣợc sản phẩm bê
tông từ đất cát, nƣớc biển đầu tiên. Năm 2004, tại thành phố Hồ Chí Minh, dự án
“Công nghệ cải tạo đất, cát mặn, nƣớc biển làm cốt liệu cho vữa bê tông (công nghệ
Miclayco)” do Tiến sỹ Nguyễn Hồng Bỉnh làm chủ nhiệm cùng các cộng sự đã đƣợc
nghiệm thu.
Miclayco là công nghệ sử dụng vật liệu phi chuẩn, kết hợp với chất phụ gia
CSSB chế tạo sản phẩm vữa bê tông để xây dựng các công trình cơ sở hạ tầng trong
môi trƣờng xâm thực ở các vùng ven biển, hải đảo.
Nguyên lý hoạt động của Miclayco là kết dính các lớp đất và đẩy muối có trong
đất đá ra bề mặt bằng phƣơng pháp điện lý hóa, biến hỗn hợp đất cát đá đó thành một
khối trơ không còn tính trƣơng nở hay co lại. Vật liệu tại chỗ thƣờng là vật liệu phi
chuẩn, ví dụ nhƣ nƣớc phèn/nƣớc mặn, cát đen/cát biển/cát bùn, đá mi/đá bụi/sành sứ
bể là vật liệu phi chuẩn.
So với công nghệ bê tông xi măng truyền thống có cùng tính năng chịu lực,
công nghệ Miclayco chỉ cần vật tƣ bằng 80% - 85%, kết hợp với độ bền ƣớc tính trung


15

bình là 25 năm (gấp 10 lần bê tông truyền thống trong vùng biển bị xâm thực). Chi phí
tiết kiệm đƣợc lên đến 250% [7].

So sánh công nghệ Miclayco và bê tông truyền thống trong xây dựng công trình
vùng biển theo bảng sau:
1 m3 Bê tông truyền thống
- Đá 1x2: 0,913m3
- Cát xây dựng: 0,505m3
- Xi măng: 288 – 293 kg

1 m3 Bê tông Miclayco
- Đá (đá bụi, đá mi, gạch, sành sứ bể…): 0,75m3
- Cát (đất cát từ mịn đến thô, độ ẩm 0–70%):
0,55m3

- Nƣớc ngọt: 185 lít

- Xi măng: 288 kg

Độ bền: 1 – 2 năm

- Nƣớc (nƣớc biển, nƣớc lợ, nƣớc phèn): 185 lít

(bị xâm thực do môi trƣờng biển)

- Phụ gia CSSB: 0,33 lít (330 ml)
Độ bền theo nghiên cứu: 20 – 30 năm
(không bị xâm thực do môi trƣờng biển)

Theo tài liệu hội thảo chuyên đề về bê tông làm từ cát biển, nƣớc biển tháng
6/2013, tại thành phố Hồ Chí Minh do Công ty Cổ phần đầu tƣ xây dựng Thạch Anh tổ
chức, đã báo cáo kết quả nghiên cứu và sản xuất thử nghiệm bê tông từ cát biển và
nƣớc biển, do tác giả Nguyễn Minh Luân, chủ nhiệm đề tài, đã sử dụng sỏi, cát biển,

san hô, xi măng P40, nƣớc biển và phụ gia tạo dính. So với bê tông thông thƣờng, để
sản xuất 1m3 bê tông có cƣờng độ nén 30MPa cần sử dụng 472kg xi măng P40, nhƣng
với cát biển và nƣớc biển sẽ chỉ tốn 350kg xi măng với cƣờng độ nén 50MPa. Với phụ
gia tạo dính do Thạch Anh sử dụng, sản phẩm bê tông ngoài cƣờng độ nén cao, độ hút
nƣớc và độ mài mòn rất thấp nên nƣớc không thấm vào bên trong, dẫn đến tuổi thọ của
bê tông cao hơn.
Theo trang Wed “saigondautu.com.vn” ngày 03/8/2017, gần đây Viện vật liệu
xây dựng đã nghiên cứu chất kết dính hỗn hợp trong bê tông sử dụng nƣớc biển và cát
biển nhiễm mặn và đã có kết quả, nhƣng mới chỉ là nghiên cứu bƣớc đầu. Bên cạnh
đó, có doanh nghiệp nghiên cứu loại phụ gia khử muối để sử dụng trong bê tông cốt
thép có nƣớc biển và cát biển, đã làm thí điểm thành công khi xây dựng bờ kè biển
Cần Giờ, thành phố Hồ Chí Minh từ năm 2014, đang nghiên cứu công nghệ có thể
chuyển cát nhiễm mặn thành cát xây dựng để sử dụng bình thƣờng.
Nhận xét chƣơng 1
Trên cơ sở lý thuyết về bê tông và các vật liệu cấu thành của nó, nguyên lý hình
thành bê tông qua quá trình thủy hóa của xi măng cho thấy bê tông là loại vật liệu đá


16

nhân tạo, có cấu trúc không đồng nhất vì hình dáng, kích thƣớc cốt liệu khác nhau, sự
phân bố của cốt liệu và chất kết dính không thật đồng đều.
Cƣờng độ chịu nén là một trong những chỉ tiêu quan trọng, đặc trƣng cơ bản thể
hiện khả năng chịu lực của bê tông. Cƣờng độ của bê tông phụ thuộc vào nhiều yếu tố
khác nhau nhƣ thành phần cốt liệu, phụ gia và môi trƣờng làm việc.
Ảnh hƣởng của cát biển, nƣớc biển đến chất lƣợng và cƣờng độ của bê tông là
vấn đề cần quan tâm, khi sử dụng cát biển, nƣớc biển để chế tạo bê tông không cốt
thép. Một số nghiên cứu trong và ngoài nƣớc về bê tông sử dụng thành phần cốt liệu
có nguồn gốc từ cát biển, nƣớc biển cho thấy có thể sử dụng cát biển và nƣớc biển để
sản xuất bê tông không cốt thép. Tuy nhiên, cần lƣu ý ảnh hƣởng của các hợp chất có

chứa
và SO42- trong cát biển, nƣớc biển đến sự phát triển cƣờng độ của bê tông.
Việc hoàn hoàn thiện công nghệ sản xuất bê tông có sử dụng cát biển, nƣớc
biển, phối trộn với các thành phần cấp phối khác nhau, các thành phần cốt liệu khác
nhau, các loại phụ gia khác nhau trong nƣớc vẫn đang ở giai đoạn nghiên cứu thực
nghiệm, ở các vùng có nguồn cát biển, nƣớc biển khác nhau.
Chƣơng 2 sẽ trình bày phƣơng pháp thực nghiệm phân tích thành phần cốt liệu
sử dụng để chế tạo bê tông, phƣơng pháp xác định cƣờng độ chịu nén của bê tông. Vật
liệu sử dụng chế tạo bê tông cấp độ bền B15 (M200) và B20 (M250): xi măng PCB
40; đá dăm 1x2; cát vàng, cát biển; nƣớc máy, nƣớc biển và phụ gia hóa dẻo.