Nghiên cứu sử dụng tỷ lệ phụ gia hợp lý để cải thiện chất lượng bê tông sử dụng đá trên địa bàn tỉnh quảng ngãi

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐINH VĂN KHANH

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TỶ LỆ PHỤ GIA HỢP LÝ
ĐỂ CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG BÊ TÔNG SỬ DỤNG ĐÁ
TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH QUẢNG NGÃI

LUẬN VĂN THẠC S Ĩ
KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

Đà Nẵng- Năm 2019-


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐINH VĂN KHANH

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TỶ LỆ PHỤ GIA HỢP LÝ
ĐỂ CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG BÊ TÔNG SỬ DỤNG ĐÁ
TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH QUẢNG NGÃI
Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình
dân dụng và công nghiệp
Mã số
: 858 02 01

LUẬN VĂN THẠC S Ĩ
KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS. TS TRƯƠNG HOÀI CHÍNH

Đà Nẵng - Năm 2019-


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 từng
được công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận văn

Đinh Văn Khanh


LỜI CẢM ƠN
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành xây dựng dân dụng và công
nghiệp; với đề tài “NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TỶ LỆ PHỤ GIA HỢP LÝ ĐỂ CẢI
THIỆN CHẤT LƯỢNG BÊ TÔNG SỬ DỤNG ĐÁ TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH QUẢNG
NGÃI” là kết quả của quá trình cố gắng không ngừng của bản thân và được sự

giúp đỡ, động viên khích lệ của các thầy, bạn bè đồng nghiệp và người thân.
Qua trang viết này, tác giả xin gửi lời cảm ơn tới những người đã giúp đỡ tôi
trong thời gian học tập - nghiên cứu khoa học vừa qua.
Tôi xin tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đối với thầy giáo PGS.TS
Trương Hoài Chính – Giảng viên Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng đã trực
tiếp tận tình hướng dẫn cũng như cung cấp tài liệu, thông tin khoa học cần thiết
cho luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng,
Khoa Xây dựng dân dụng và Công nghiệp đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành

tốt công việc nghiên cứu khoa học của mình.
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp, đơn vị công tác đã giúp
đỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện Luận văn.
Tác giả luận văn

Đinh Văn Khanh


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ................................................................................................ 1
2. Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................................... 1
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ......................................................................2
4. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................2
5. Bố cục đề tài .......................................................................................................2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU BÊ TÔNG ...........................................3
1.1. BÊ TÔNG .................................................................................................................3
1.1.1. Khái niệm ......................................................................................................3
1.1.2. Phân loại .......................................................................................................3
1.2. CẤU TRÚC CỦA BÊ TÔNG ..................................................................................4
1.2.1. Sự hình thành cấu trúc của bê tông ............................................................... 4
1.2.2. Cấu trúc vĩ mô............................................................................................... 5
1.2.3. Cấu trúc vi mô............................................................................................... 5
1.3. CÁC THÀNH PHẦN CẤU TRÚC CỦA BÊ TÔNG ..............................................7
1.3.1. Xi măng.........................................................................................................7
1.3.2. Nước..............................................................................................................8
1.3.3. Cát .................................................................................................................8
1.3.4. Đá dăm ........................................................................................................12
1.3.5. Phụ gia bê tông ........................................................................................... 14
1.4. KẾT LUẬN ............................................................................................................17

CHƯƠNG 2. CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG .....................................18
2.1. CƯỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG ...............................................................................18
2.1.1. Khái niệm ....................................................................................................18
2.1.2. Cường độ chịu nén của bê tông (Rn) .......................................................... 18
2.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ bê tông: ............................................20
2.2. MÁC VÀ CẤP ĐỘ BỀN CỦA BÊ TÔNG ............................................................ 22
2.2.1. Mác bê tông ................................................................................................ 22
2.2.2. Cấp độ bền chịu nén.................................................................................... 23
2.3. BIẾN DẠNG CỦA BÊ TÔNG...............................................................................23
2.3.1. Biến dạng do co ngót ..................................................................................24
2.3.2. Biến dạng do tải trọng tác dụng ngắn hạn ..................................................24
2.3.3. Biến dạng do tải trọng tác dụng dài hạn – từ biến ......................................26


2.3.4. Biến dạng nhiệt ........................................................................................... 27
2.4. MÔ ĐUN ĐÀN HỒI CỦA BÊ TÔNG ..................................................................27
2.5. KẾT LUẬN ............................................................................................................28
CHUƠNG 3. THÍ NGHIỆM THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC TÍNH CHẤT
CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG KHI SỬ DỤNG PHỤ GIA ................................................29
3.1. CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA VẬT LIỆU THÍ NGHIỆM ........................... 29
3.1.1 Xi măng ........................................................................................................29
3.1.2 Cát ................................................................................................................30
3.1.3. Đá dăm đá phong hóa 1x2 cm ....................................................................31
3.1.4 . Nước...........................................................................................................33
3.1.5 . Phụ gia .......................................................................................................33
3.2. QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN:..................34
3.2.1. Thiết bị thí nghiệm ...................................................................................... 34
3.2.2 Chuẩn bị mẫu thử ......................................................................................... 34
3.2.3 Tiến hành thử ............................................................................................... 35
3.2.4 Tính kết quả .................................................................................................35

3.3. XÁC ĐỊNH CẤP PHỐI, KẾ HOẠCH VÀ VẬT TƯ ĐÚC MẪU ........................ 36
3.3.1. Thành phần cấp phối theo Quyết định số 1329/QĐ-BXD ngày 19/12/2016
của Bộ Xây dựng về việc Công bố định mức sử dụng vật liệu [15]. ............................ 36
3.3.2. Thành phần cấp phối theo Quyết định số 1329/QĐ-BXD ngày 19/12/2016
của Bộ Xây dựng có sử dụng phụ gia [15] ....................................................................37
3.3.3. Xác định số lượng mẫu đúc thí nghiệm, chuẩn bị vật tư ............................ 37
3.4. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ SỤT BÊ TÔNG ..............................................39
3.6. TỔNG HỢP KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM NÉN MẪU CÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ ...42
3.7. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ....................................................................................... 43
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 44
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (BẢN SAO)
PHỤ LỤC


NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TỶ LỆ PHỤ GIA HỢP LÝ ĐỂ CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG
BÊ TÔNG SỬ DỤNG ĐÁ TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH QUẢNG NGÃI
Học viên: Đinh Văn Khanh.
Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình DD và CN
Mã số: : 858 02 01
Khóa: K34, Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN
Tóm tắt: Hiện nay với tốc độ xây dựng cùng với trình độ khoa học công nghệ phát triển vượt bậc
trong thành phần của hỗn hợp bê tông không chỉ là xi măng, đá, cát, nước mà còn sử dụng thêm
nhiều loại phụ gia ... Phụ gia đã trở thành thành phần quan trọng trong hỗn hợp bê tông hiện đại và
nó có tác động đến cấu trúc vi mô của bê tông. Khi cho phụ gia vào hỗn hợp thì phụ gia sẽ làm tăng
độ linh động của các hạt xi măng, chúng làm giảm diện tích tiếp xúc giữa các hạt, làm giảm lực ma
sát giữa các thành phần của hỗn hợp bê tông. Qua nghiên cứu bê tông cấp độ bền B12,5 và B15
có sử dụng phụ gia Sikament® NN (là phụ gia siêu dẻo, có tác dụng giảm nước đến 30%, tăng
cường độ) thì cường độ của bê tông tăng lên một cách rõ rệt, đồng thời tính dẻo của hổn hợp

của bê tông cũng tăng lên (bê tông có cấp độ bền B12,5 và B15 sử dụng xi măng PCB40 có độ
sụt từ 6 đến 8 cm, khi sử dụng phụ gia độ sụt tăng lên từ 13 đến 18 cm). Cường độ của bê tông
tăng khi tăng tỷ lệ phụ gia từ 0,6 đến 1%, tuy nhiên khi tăng tỷ lệ phụ gia lên đến 1,5% thì
cường độ của bê tông không có quy luật. Lý do: Sử dụng tỷ lệ phụ gia 1,5% đối với cấp độ bền
B12,5 và B15 là không phụ hợp.
Từ khóa: Bê tông, tỷ lệ phụ gia, đá phong hóa, cường độ bê tông.
RESEARCH TO USE THE REASONABLE ADOPTION RATE TO IMPROVE
CONCRETE QUALITY OF USING STONE ON THE QUANG NGAI LOCATION
Abstract: Nowadays, with the speed of construction with the scientific and technological level,
we have developed remarkably in the composition of concrete not only cement, stone, sand and
water but also many kinds of additives. Additives have become an important component in
modern concrete mix and it has an impact on the microstructure of concrete. When added to the
mixture, the additive will increase the flexibility of the cement particles, reducing the contact
area between the particles, reducing the friction between the components of the concrete
mixture. By studying the B12,5 và B15 grade of concrete using Sikament® NN (a
superabsorbent admixture that reduces water content by 30%, increases strength and modulus
of elasticity), the strength of the concrete increases markedly, while the plasticity of the
concrete mixture increases (concrete has a B12,5 và B15 rating using PCB40 cement with a
slump of 6 to 8 cm, when using sloping additive increased from 13 to 18 cm). Strength of
concrete increases with an increase in the percentage of additives from 0.6 to 1%, but when
increasing the percentage of additives up to 1.5%, the strength of the calf increases. no rules.
Reason: Using the additive rate of 1.5% for durability B12,5 và B15 is not compatible.
Key words: Concrete, additive ratio, weathered stone, concrete strength.


DANH MỤC BẢNG BIỂU

Số hiệu

Tên bảng biều

bảng biểu
1.1.

Thành phần hạt nằm trong phạm vi cho phép theo TCVN
7570 – 2006

Trang
10

1.2.

Các chỉ tiêu theo nhóm cát theo TCVN 7570 – 2006

11

1.3.

Hàm lượng các tạp chất của cát dùng cho bê tông nặng

12

1.4.

Mác của đá dăm từ đá thiên nhiên theo độ nén dập theo
TCVN 7570 – 2006

13

1.5.

Thành phần hạt của cốt liệu tích luỹ trên sàng

14

1.6.

Hàm lượng bùn, bụi, sét trong cốt liệu lớn

14

3.1.

Các chỉ tiêu yêu cầu kỹ thuật xi măng poóc lăng hỗn hợp

29

3.2.

Các chỉ tiêu yêu cầu cát trộn bê tông

30

3.3.

Kết quả phân tích thành phần hạt của đá dăm thí nghiệm

32

3.4.

Các chỉ tiêu yêu cầu kỹ thuật nước đổ bê tông

33

3.5.

Thành phần cấp phối bê tông B15, đá 1x2cm

36

3.6.

Thành phần cấp phối bê tông B12,5, đá 1x2cm

36

3.7.
3.8.
3.9.
3.10.
3.11.
3.12.

Thành phần cấp phối bê tông B15, đá 1x2cm, sử dụng
phụ gia
Thành phần cấp phối bê tông B12.5, đá 1x2cm, sử dụng
phụ gia
Bảng xác định số lượng mẫu đúc thí nghiệm cho cấp phối
B12,5

Bảng xác định số lượng mẫu đúc thí nghiệm cho cấp
phối B15
Xác định khối lượng vật tư của 12 mẫu cho cấp phối
B12,5
Xác định khối lượng vật tư của 12 mẫu cho cấp phối B15

37
37
37
38
38
38


DANH MỤC HÌNH VẼ

Số hiệu hình
1.1.
1.2.

Tên hình
Mô hình cấu trúc của bê tông
Cấu trúc vùng chuyển tiếp giữa cốt liệu và đá xi
măng

Trang
5
6

1.3.

Sự lan truyền vết nứt trong bê tông

6

1.4.

Cấu trúc lỗ rỗng trong bê tông

7

1.5.

Biểu đồ xác định thành phần hạt của cát

10

1.6.

Biểu đồ xác định nhóm cát

11

2.1.

Mẫu để thí nghiệm cường độ nén

19

2.2.

Sự phá hoại mẫ u thử khối vuông

20

2.3.

Đồ thị tăng cường độ theo thời gian

21

2.4.
2.5.

Thí nghiệm và đồ thị ứng suất - biến dạng của bê
tông
Thí nghiệm và biểu đồ thể hiện biến dạng đàn hồi dẻo của bê tông

24
25

2.6.

Đồ thị biễu diễn từ biến của bê tông

26

3.1.

Cân cát

31

3.2.

Cân đá

32

3.3.

Cân nước

33

3.4.

Phụ gia Sikament® NN

34

3.5.

Nén mẫu đến phá hoại để xác định cường độ

36

3.6.

Đo độ sụt và thiết bị đo

40

3.7.

Kết quả thí nghiệm nén mẫu cấp phối B12,5

41

3.8.

Kết quả thí nghiệm nén mẫu cấp phối B15

41

3.9.
3.10.

Biểu đồ phát triển cường độ theo thời gian – Cấp
phối B12,5
Biểu đồ phát triển cường độ theo thời gian – Cấp
phối B15

42
42


1

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài
Ngày nay, với sự phát triển của công nghiệp hoá học đã làm thay đổi tính
chất công nghệ trong sản xuất và sử dụng bê tông. Hàng loạt chất đã được
nghiên cứu sử dụng làm phụ gia cho bê tông. Tại các nước phát triển hơn 80%
tổng sản lượng bê tông có sử dụng phụ gia. Việc sử dụng các loại phụ gia đã
thực sự trở thành một cuộc cách mạng trong lĩnh vực sản xuất và sử dụng bê
tông được nhiều người, nhiều ngành quan tâm nghiên cứu nhằm tìm kiếm và
phát huy những khả năng mới của phụ gia. Bằng việc sử dụng các phụ gia khác
nhau người ta có thể chế tạo ra bê tông có cường độ đặc biệt cao, có độ đặc chặt,
khả năng chống thấm và độ dẻo cao. Khi sử dụng phụ gia cho bê tông sẽ cải
thiện các tính chất của bê tông cũng như hỗn hợp bê tông, cụ thể như tăng tính
lưu động của hỗn hợp bê tông, giảm lượng dùng nước và xi măng, điều chỉnh
thời gian ninh kết và rắn chắc, nâng cao cường độ và tính chống thấm của bê
tông ...
Phụ gia đã trở thành thành phần quan trọng trong hỗn hợp bê tông hiện đại
và nó có tác động đến cấu trúc vi mô của bê tông. Khi cho phụ gia vào hỗn hợp
thì phụ gia sẽ làm tăng độ linh động của các hạt xi măng, chúng làm giảm diện
tích tiếp xúc giữa các hạt, làm giảm lực ma sát giữa các thành phần của hỗn hợp
bê tông. Mặt khác phụ gia siêu dẻo có thể cho phép giảm nước khoảng 10 ÷ 30%
vì vậy có thể tăng cường độ được khoảng 30%, giảm độ thấm, liên kết tốt hơn
với cốt liệu và cốt thép, cường độ cao hơn và nâng cao tuổi thọ của kết cấu công
trình bằng bê tông cốt thép.
Đề tài: “Nghiên cứu sử dụng tỉ lệ phụ gia hợp lý để cải thiện chất lượng
bê tông sử dụng đá trên địa bàn Tỉnh Quảng Ngãi” là phù hợp với thực tế và
có ý nghĩa khoa học.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu ảnh hưởng của các tỷ lệ phụ gia đến sự phát triển cường độ
(Rn) của bê tông theo thời gian.

2

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Cường độ của bê tông (Rn) sử dụng đá phong hóa
1x2cm với cấp phối B12,5 và B150 khi sử dụng phụ gia.
- Phạm vi nghiên cứu: Bê tông sử dụng phụ gia, các tỷ lệ phụ gia: 0,6%,
1%, 1,5% ảnh hưởng đến sự phát triển cường độ của bê tông theo thời gian.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Kết hợp nghiên cứu lý thuyết với thực hiện trong phòng thí nghiệm để
nghiên cứu đề tài.
- Khảo sát thực nghiệm.
- Tổng hợp, phân tích rút ra kết luận.
5. Bố cục đề tài
Ngoài phần mở đầu, kết luận và danh mục tài liệu tham khảo, luận văn
được kết cấu thành 3 phần, cụ thể như sau:
Chương 1. Tổng quan về vật liệu bê tông
Chương 2. Các tính chất cơ lý của bê tông
Chuơng 3. Thí nghiệm thực nghiệm xác định các tính chất cơ lý của bê
tông khi sử dụng phụ gia.


3

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU BÊ TÔNG
1.1. BÊ TÔNG
1.1.1. Khái niệm
Bê tông là loại vật liệu đá nhân tạo gồm: xi măng, nước, cốt liệu (cát, sỏi
hay đá dăm) và phụ gia. Hỗn hợp nguyên liệu nhào trộn xong gọi là hỗn hợp
bê tông hay bê tông tươi.

Trong bê tông, cốt liệu đóng vai trò là bộ khung chịu lực. Chất kết dính
và nước bao bọc xung quanh hạt cốt liệu đóng vai trò như chất bôi trơn, đồng
thời lấp đầy khoảng trống giữa các hạt cốt liệu. Sau khi cứng rắn, chất kết
dính gắn kết các hạt cốt liệu thành một khối đồng nhất và được gọi là bê tông.
Bê tông có cốt thép gọi là bê tông cốt thép.
Trong bê tông cốt liệu thường chiếm 80% ÷ 85%, còn xi măng chiếm từ
8% ÷ 15%.
Bê tông và bê tông cốt thép được sử dụng rộng rãi trong công trình xây
dựng vì chúng có những ưu điểm cường độ tương đối cao, có thể tạo được
những loại bê tông có cường độ, hình dạng và tính chất khác nhau, giá thành
rẻ, bền vững và ổn định đối với mưa nắng, nhiệt độ và độ ẩm. Tuy vậy, chúng
còn có những nhược điểm: nặng v =2.200 ÷ 2.400 kG/m3, cách âm cách nhiệt
kém (hệ số dẫn nhiệt λ=1,05 ÷ 1,5 kCal/m.0C.h), khả năng chống ăn mòn yếu.
1.1.2. Phân loại
a. Theo dạng chất kết dính phân ra
Bê tông xi măng, bê tông silicat (chất kết dính là vôi), bê tông thạch cao,
bê tông chất kết dính hỗn hợp, bê tông polime, bê tông dùng chất kết dính đặc
biệt.
b. Theo dạng cốt liệu phân ra
Bê tông cốt liệu đặc, bê tông cốt liệu rỗng, bê tông cốt liệu đặc biệt
(chống phóng xạ, chịu nhiệt, chịu axít).


4

c. Theo khối lượng thể tích phân ra
Bê tông đặc biệt nặng v >2.500 kG/m3, chế tạo từ cốt liệu đặc biệt nặng,
dùng cho những kết cấu đặc biệt.
Bê tông nặng v =2.200 ÷ 2.500 kG/m3 chế tạo từ cát, đá, sỏi dùng cho
kết cấu chịu lực.

Bê tông tương đối nặng v =1.800 ÷ 2.200 kG/m3 dùng cho kết cấu chịu
lực.
Bê tông nhẹ v =500 ÷ 1.800 kG/m3 trong đó gồm bê tông nhẹ cốt liệu
rỗng (nhân tạo hay tự nhiên), bê tông tổ ong (bê tông khí và bê tông bọt) chế
tạo từ hỗn hợp chất kết dính, nước, silic nghiền mịn và chất tạo rỗng, bê tông
hốc lớn (không có cốt liệu nhỏ).
Bê tông đặc biệt nhẹ cũng là loại bê tông tổ ong và bê tông cốt liệu rỗng
nhưng có v <500 kG/m3.
Do khối lượng thể tích của bê tông biến đổi trong phạm vi rộng nên độ
rỗng của chúng cũng thay đổi đáng kể, như bê tông tổ ong dùng để cách nhiệt
có r = 70% ÷ 85%, bê tông thủy công r = 8% ÷ 10%.
d. Theo công dụng bê tông được phân ra
Bê tông thường dùng trong các kết cấu bê tông cốt thép (móng, cột, dầm,
sàn…).
Bê tông thủy công, dùng để xây đập, cầu, kênh, các công trình dẫn
nước…
Bê tông dùng cho mặt đường, sân bay, lát vỉa hè.
Bê tông dùng cho các kết cấu bao che (thường là bê tông nhẹ).
Bê tông có công dụng đặc biệt như bê tông chịu nhiệt, chịu axít, bê tông
chống phóng xạ.
1.2. CẤU TRÚC CỦA BÊ TÔNG
1.2.1. Sự hình thành cấu trúc của bê tông
Cấu trúc của bê tông được hình thành do sự sắp xếp các hạt cốt liệu
trong bê tông cùng với sự thuỷ hoá của xi măng.


5

Các sản phẩm do xi măng thuỷ hoá dần tăng lên đến một lúc nào đó cấu
trúc keo tụ chuyển sang cấu trúc tinh thể.

Khoảng thời gian hình thành cấu trúc cũng như cường độ ban đầu của bê
tông phụ thuộc vào thành phần bê tông, loại xi măng và loại phụ gia.
1.2.2. Cấu trúc vĩ mô
Bê tông là một loại vật liệu có cấu trúc vĩ mô phức tạp. Xét trong một
đơn vị thể tích hỗn hợp bê tông đã lèn chặt bao gồm: thể tích cốt liệu V cl, thể
tích hồ xi măng Vhx, thể tích các lỗ rỗng khí Vk.
Vcl + Vhx + Vk= 1, khi đầm nén hợp lý có thể coi Vk = 0
1.2.3. Cấu trúc vi mô
a. Cấu trúc khung cốt liệu (Vùng 1):
Được hình thành do sự chèn lấp các hạt cốt liệu nhỏ vào lỗ rỗng giữa các
hạt cốt liệu lớn. Khi bê tông có cấu trúc khung cốt liệu tối ưu: bê tông có độ
đặc cao; lượng xi măng và nước sẽ ít nhất.

Hình 1.1: Mô hình cấu trúc của bê tông
Trong đó: a: Cấu trúc có khung; b: Cấu trúc không có khung
b. Cấu trúc vùng chuyển tiếp giữa cốt liệu và đá xi măng (Vùng 2)
Vùng này có ảnh hưởng đến tính toàn khối và độ ổn định của bê tông.
Chiều dày δ = 30 ÷ 50 µm.
Vùng này gồm: các lỗ rỗng do nước bay hơi để lại, Ca(OH)2 tự do.
Đối với bê tông thường: vùng này là vùng yếu nhất trong cấu trúc, khi bê
tông bị phá hoại các vết nứt sẽ phát triển từ vùng này.


6

Đối với bê tông cường độ cao: vùng này sẽ được cải thiện bằng các chất
phụ gia khoáng siêu mịn, phụ gia giảm nước, khả năng chịu lực sẽ tương
đương với cốt liệu, khi bê tông bị phá hoại, các vết nứt sẽ đi xuyên qua cốt
liệu.

Hình 1.2. Cấu trúc vùng chuyển tiếp giữa cốt liệu và đá xi măng

Hình 1.3. Sự lan truyền vết nứt trong bê tông


7

c. Cấu trúc của đá xi măng (Vùng 3)
Vùng này chứa chủ yếu: chất kết tinh; lỗ rỗng gel, lỗ rỗng mao quản; hạt
xi măng khan.
d. Lỗ rỗng trong bê tông xi măng
Lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu;
Lỗ rỗng trong hạt cốt liệu;
Lỗ rỗng trong đá xi măng (lỗ rỗng gel, lỗ rỗng mao quản)

Hình 1.4. Cấu trúc lỗ rỗng trong bê tông
1.3. CÁC THÀNH PHẦN CẤU TRÚC CỦA BÊ TÔNG
1.3.1. Xi măng
Là một loại chất kết dính thủy lực, được dùng làm vật liệu xây dựng. Xi
măng được tạo thành bằng cách nghiền mịn clinker, thạch cao thiên nhiên và
phụ gia. Khi tiếp xúc với nước thì xảy ra các phản ứng thủy hóa và tạo thành
một dạng hồ gọi là hồ xi măng. Tiếp đó, do sự hình thành của các sản phẩm
thủy hóa, hồ xi măng bắt đầu quá trình ninh kết sau đó là quá trình hóa
cứng để cuối cùng nhận được một dạng vật liệu có cường độ và độ ổn định
nhất định.
Vì tính chất kết dính khi tác dụng với nước, xi măng được xếp vào
loại chất kết dính thủy lực. Thật ra xi măng trong xây dựng có thể là thủy
lực hoặc không thủy lực. Các loại xi măng thủy lực tỉ như xi măng

8

Portland cứng lại dưới tác động của nước do quá trình hydrat hóa khoáng vật,
ở đây các phản ứng hóa học diễn ra không phụ thuộc vào lượng nước trong
hỗn hợp nước-xi măng; loại xi măng này có thể giữ được độ cứng khi đặt
chìm trong nước hoặc thường xuyên tiếp xúc với nước. Phản ứng hóa học xảy
ra khi các xi măng khan được trộn với nước và sinh ra các hydrat không tan
trong nước. Trong khi đó các xi măng không thủy lực như vữa thạch cao buộc
phải để khô mới giữ được độ bền vật lý.
Công dụng quan trọng nhất của xi măng chính là sản xuất vữa và bê
tông, chất kết dính của các kết tủa tự nhiên hoặc nhân tạo để hình thành nên
vật liệu xây dựng vững chắc, chịu được tác động thường thấy của môi trường.
1.3.2. Nước
a. Vai trò của nước
Nước là thành phần phản ứng với các khoáng vật của xi măng tạo ra các
sản phẩm thủy hóa làm bê tông có cường độ. Nước còn tạo ra độ lưu động cần
thiết để việc thi công được dễ dàng.
b. Yêu cầu đối với nước
Nước để chế tạo bê tông phải đảm bảo chất lượng, không gây ảnh hưởng
đến sự đông kết và rắn chắc của xi măng và không gây ăn mòn thép.
Nước dùng được là loại nước dùng cho sinh hoạt như nước máy, nước
giếng. Các loại nước không được dùng là nước đầm, ao, hồ, nước cống rãnh,
nước chứa dầu mỡ, nước có pH<4, nước có chứa muối khoáng sunfat lớn hơn
0,27% (tính theo lượng ion SO4--).
Tuỳ theo mục đích sử dụng hàm lượng các tạp chất khác phải thoả mãn
TCVN 302:2004. Ngoài ra, về mặt định tính cũng có thể đánh giá bằng so
sánh cường độ của bê tông chế tạo bằng nước sạch và nước cần kiểm tra.
1.3.3. Cát
a. Vai trò của cát
Cát là cốt liệu nhỏ cùng với xi măng, nước 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 lộ lưu động của hỗn hợp bê tông và làm cho khối bê tông đặc


9

chắc. Cát cũng là thành phần cùng với cốt liệu lớn tạo ra bộ khung chịu lực
cho bê tông.
b. Yêu cầu đối với cát
Cát dùng để chế tạo bê tông có thể là cát tự nhiên hay cát nhân tạo có cỡ
hạt từ 0,14mm ÷ 5mm. Chất lượng của cát phụ thuộc vào thành phần khoáng,
thành phần hạt và lượng tạp chất.
b.1. Thành phần hạt
Cát có thành phần hạt hợp lý thì độ rỗng của nó nhỏ, lượng xi măng sẽ ít,
cường độ bê tông cao.
Thành phần hạt của cát được xác định bằng cách lấy 1.000g cát (đã sấy
khô) lọt dưới sàng có kích thước mắt sàng 5 mm để sàng qua bộ lưới sàng có
kích thước mắt sàng lần lượt là 2,5; 1,25; 0,63; 0,315; 0,14 mm.
Sau khi sàng cát trên từng lưới sàng có kích thước mắt sàng từ lớn đến
nhỏ ta xác định lượng sót riêng biệt và lượng sót tích lũy trên mỗi sàng.
Lượng sót riêng biệt a1(%), là tỷ số lượng sót trên mỗi sàng so với toàn
bộ lượng cát đem thí nghiệm:
ai =

mi
100%
m

Trong đó:
mi: lượng cát còn sót lại trên sàng i, g.

m: lượng cát đem sàng, 1000g.
Lượng sót tính lũy: Ai(%) trên mỗi sàng, tức là tổng lượng sót riêng biệt
kể từ sàng lớn nhất a2,5 đến sàng cần xác định ai:

Ai = a2,5 + a1,25 + ... + ai ,%


10

Bảng 1.1. Thành phần hạt nằm trong phạm vi cho phép theo
TCVN 7570 – 2006 [8].
Kích thước lỗ sàng

Lượng sót tích luỹ trên sàng, % khối lượng
Cát thô

Cát mịn

2,5 mm

Từ 0 đến 20

0

1,25 mm

Từ 15 đến 45

Từ 0 đến 15

630 mm

Từ 35 đến 70

Từ 0 đến 35

315 mm

Từ 65 đến 90

Từ 5 đến 65

140 mm

Từ 90 đến100

Từ 65 đến 90

Lượng qua sàng 140
mm, không lớn hơn

10

35

Sau khi sàng phân tích và tính kết quả lượng sót tích lũy ta vẽ đường
biểu diễn cấp phối hạt.
Nếu đường biểu diễn cấp phối hạt nằm trong phạm vi cho phép thì loại
cát đó có đủ tiêu chuẩn về thành phần hạt để chế tạo bê tông.

Hình 1.5. Biểu đồ xác định thành phần hạt của cát
b.2. Độ lớn
Độ lớn của cát có ảnh hưởng đến lượng dùng xi măng và được xác định
bằng mô đun độ lớn Mđl theo công thức sau:
M đl =

A2,5 + A1,25 + A0,63 + A0,315 + A0,14
100


11

Trong đó:

A2,5 + A1,25 + A0,63 + A0,315 + A0,14 : Lượng sót tích lũy trên các sàng kích
thước mắt sàng tương ứng là 2,5; 1,25; 0,63; 0,315 và 0,14mm.
Theo môđun độ lớn, khối lượng thể tích xốp, lượng hạt nhỏ hơn 0,14
mm và đường biểu diễn thành phần hạt, cát dùng cho bê tông nặng được chia
ra làm 4 nhóm: to, vừa, nhỏ và rất nhỏ.
Bảng 1.2. Các chỉ tiêu theo nhóm cát theo TCVN 7570 – 2006 [8]
Tên các chỉ tiêu
- Mô đun độ lớn
-Khối lượng thể tích xốp,
kG/m3, không nhỏ hơn
- Lượng hạt nhỏ hơn 0,14
mm tính bằng % khối lượng
cát, không lớn hơn

Mức theo nhóm cát
To

Vừa
Nhỏ
Rất nhỏ
Lớn hơn 2,5 2 đến 1 đến nhỏ 0,7 đến nhỏ
đến 3,3
2,5
hơn 2
hơn 1
1.400

1.300

1.200

1.150

10

10

20

35

Cát đảm bảo chỉ tiêu ở Bảng 1.2 thuộc nhóm to và vừa cho phép sử dụng
cho bê tông tất cả các mác, cát nhóm nhỏ được phép sử dụng cho bê tông mác
tới 300, còn cát nhóm rất nhỏ được phép sử dụng cho bê tông mác tới 100.

Hình 1.6. Biểu đồ xác định nhóm cát

12

Trong đó: 1: Vùng cát to và vừa; 2: Vùng cát nhỏ; 3: Vùng cát rất nhỏ
b.3. Lượng tạp chất:
Cát càng sạch thì chất lượng của bê tông càng tốt. Theo TCVN 7570 2006 [8] hàm lượng các tạp chất của cát dùng cho bê tông nặng như sau:
Bảng 1.3. Hàm lượng các tạp chất của cát dùng cho bê tông nặng
Hàm lượng tạp chất, % khối lượng, không lớn
hơn
Tạp chất

Bê tông cấp
cao hơn B30

Bê tông cấp
thấp hơn và
bằng B30

- Sét cục và các tạp chất Không được
dạng cục
- Hàm lượng bùn, bụi, sét

có
1,50

Vữa

0,25

0,50

3,00

10,00

Khi cát ẩm thể tích của nó bị biến đổi, ở độ ẩm 5% ÷ 7% thể tích của cát
có thể tăng lên 20% ÷ 30%. Vì vậy nếu định lượng cát theo thể tích thì cần
hiệu chỉnh lại thể tích của nó theo độ ẩm thực tế.
1.3.4. Đá dăm
a. Vai trò của đá dăm
Đá dăm là cốt liệu có cở hạt từ 5mm ÷ 70mm, chúng tạo ra bộ khung
chịu lực cho bê tông.
b. Yêu cầu đối với đá dăm
Chất lượng cốt liệu lớn được đặc trưng bởi các chỉ tiêu cường độ, thành
phần hạt và độ lớn, lượng tạp chất.
b.1. Cường độ của đá dăm
Cường độ của đá dăm được xác định thông qua thí nghiệm nén một
lượng đá trong xi lanh bằng thép và được gọi là độ nén dập.
Đá làm cốt liệu lớn cho bê tông phải có cường độ thử trên mẫu đá
nguyên khai hoặc mác xác định thông qua giá trị độ nén dập trong xi lanh lớn


13

hơn 2 lần cường độ chịu nén của bê tông khi dùng đá gốc phún xuất, biến
chất; lớn hơn 1,5 lần cấp cường độ chịu nén của bê tông khi dùng đá gốc
trầm tích. Mác đá dăm xác định theo giá trị độ nén dập trong xi lanh.
Bảng 1.4. Mác của đá dăm từ đá thiên nhiên theo độ nén dập theo
TCVN 7570 – 2006 [8]
Độ nén dập trong xi lanh ở trạng thái bão hoà nước, % khối

lượng

Mác
đá

Đá trầm tích

dăm

Đá phún xuất xâm nhập

Đá phún xuất

và đá biến chất

phun trào

140

-

Đến 12

Đến 9

120

Đến 11

Lớn hơn 12 đến 16

Lớn hơn 9 đến 11

100

Lớn hơn 11 đến 13

Lớn hơn 16 đến 20

Lớn hơn 11 đến 13

80

Lớn hơn 13 đến 15

Lớn hơn 20 đến 25

Lớn hơn 13 đến 15

60

Lớn hơn 15 đến 20

Lớn hơn 25 đến 34

-

40

Lớn hơn 20 đến 28

-

-

30

Lớn hơn 28 đến 38

-

-

20

Lớn hơn 38 đến 54

-

-

* Chỉ số mác đá dăm xác định theo cường độ chịu nén, tính bằng MPa tương
đương với các giá trị 1400; 1200; ...; 200 khi cường độ chịu nén tính bằng
kG/cm2.
b.2. Thành phần hạt của cốt liệu lớn
Cốt liệu lớn có thể được cung cấp dưới dạng hỗn hợp nhiều cỡ hạt hoặc
các cỡ hạt riêng biệt. Thành phần hạt của cốt liệu lớn biểu thị bằng lượng sót
tích luỹ trên các sàng, được quy định trong TCVN 7570 – 2006 [8].

14

Bảng 1.5. Thành phần hạt của cốt liệu tích luỹ trên sàng
Kích thước lỗ
sàng mm

Lượng sót tích lũy trên sàng, % khối lượng,
ứng với kích thước hạt liệu nhỏ nhất và lớn nhất, mm
5-10

5-20

5-40

5-70

10-40

10-70

20-70

100

-

-

-

0

-

0

0

70

-

-

0

0-10

0

0-10

0-10

40

-

0

0-10

40-70

0-10

40-70

40-70

20

0

0-10

40-70

…

40-70

…

90-100

10

0-10

40-70

…

…

90-100 90-100

5

90-100 90-100 90-100 90-100

-

-

-

b.3 Hàm lượng bùn, bụi, sét trong cốt liệu:
Hàm lượng bùn, bụi, sét trong cốt liệu lớn tuỳ theo cấp bê tông không
vượt quá giá trị quy định.
Bảng 1.6. Hàm lượng bùn, bụi, sét trong cốt liệu lớn
Cấp bê tông

Hàm lượng bùn, bụi, sét, % khối lượng, không lớn hơn

Cao hơn B30

1,0

Từ B15 đến B30

2,0

Thấp hơn B15

3,0

Hàm lượng hạt thoi dẹt trong cốt liệu lớn không vượt quá 15% đối với bê
tông cấp cao hơn B30 và không vượt quá 35 % đối với cấp B30 và thấp hơn.
1.3.5. Phụ gia bê tông
a. Khái niệm phụ gia bê tông
Là những hợp chất hay hỗn hợp các hợp chất vô cơ, hữu cơ có nguồn
gốc tự nhiên hay tổng hợp mà khi cho một lượng nhỏ vào hỗn hợp bê tông sẽ
làm thay đổi tính chất công nghệ của bê tông hay tính chất sử dụng của bê
tông đã hóa rắn theo ý muốn.
Ngày nay, sự ra đời của xi măng và bê tông xi măng cùng với sự phát
triển của công nghiệp hoá học đã làm thay đổi tính chất công nghệ trong sản


15

xuất và sử dụng bê tông. Hàng loạt chất đã được nghiên cứu sử dụng làm phụ
gia cho bê tông. Tại các nước phát triển hơn 80% tổng sản lượng bê tông có
sử dụng phụ gia. Việc sử dụng các loại phụ gia đã thực sự trở thành một cuộc
cách mạng trong lĩnh vực sản xuất và sử dụng bê tông được nhiều người,
nhiều ngành quan tâm nghiên cứu nhằm tìm kiếm và phát huy những khả
năng mới của phụ gia. Bằng việc sử dụng các phụ gia khác nhau người ta có
thể chế tạo ra bê tông có cường độ đặc biệt cao, có độ đặc chặt, khả năng
chống thấm và độ dẻo cao.

Khi sử dụng phụ gia cho bê tông sẽ cải thiện các tính chất của bê tông
cũng như hỗn hợp bê tông, cụ thể như tăng tính lưu động của hỗn hợp bê
tông, giảm lượng dùng nước và xi măng, điều chỉnh thời gian ninh kết và rắn
chắc, nâng cao cường độ và tính chống thấm của bê tông ...
b. Lịch sử nghiên cứu và sử dụng phụ gia bê tông trên thế giới
Cnadlt đã nghiên cứu từ năm 1891 tác dụng của các chất làm chậm đông
kết nhanh và làm chậm sự đông kết. Việc sử dụng chất đường làm một chất
làm chậm đông kết đã được biết tới vào năm 1909.
Những nhà sản xuất đầu tiên bán các sản phẩm thích hợp đối với bê tông
để cải thiện một vài tính chất của chúng xuất hiện vào năm 1910.
Một bước tiến quan trong nghiên cứu và sử dụng phụ gia hóa học cho bê
tông là sự ra đời của phụ gia siêu dẻo - là phụ gia hóa dẻo thế hệ hai, đến nay
có hai loại phụ gia siêu dẻo (theo ASTM C494 type F & G) được sử dụng phổ
biến trên cơ sở Naphtalen sunphonat foocmandehit (NSF) do Nhật bản tổng
hợp đầu tiên năm 1964 và Melamin foocmanđehit sunfonat (MSF) do Cộng
hòa liên bang Đức chế tạo năm 1972, hơn hai mươi năm nay do sử dụng phụ
gia siêu dẻo kết hợp với xi măng mac cao và cốt liệu chọn lọc chế tạo bê tông
chất lượng cao (High perfommance concrete - HPC) có cường độ và độ bền
đặc chắc cao (độ thấm nhỏ).
Trong những năm gần đây thế giới đang tập trung nghiên cứu chế tạo, sử
dụng phụ gia siêu dẻo thế hệ mới có tên gọi chung là nhóm
POLYCACBOXYLAT có khả năng giảm nước nhiều hơn, đóng vai trò rất


16

quan trọng đối với tương lai bê tông chất lượng cao và công nghệ bê tông tự
đầm cũng như phát triển các loại phụ gia polyme để biến tính xi măng, nâng
cao chất lượng vữa làm vật liệu chống thấm bảo vệ và hoàn thiện công trình
đạt chất lượng và hiệu quả cao trong xây dựng.

c. Lịch sử nghiên cứu và sử dụng phụ gia cho bê tông ở Việt Nam
Ở nước ta việc nghiên cứu và sử dụng phụ gia hóa học cho bê tông xây
dựng mới được thực hiện từ những năm 60 của thế kỷ này, đánh dấu bằng
việc nghiên cứu sử dụng phụ gia CCB cho công trình thủy điện Thác Bà với
sự giúp đỡ của Liên Xô cũ.
Năm 1971, tại hội nghị bê tông toàn miền Bắc đã có báo cáo kết quả
nghiên cứu sản xuất PGHH cho bê tông từ nguyên liệu trong nước, tiếp đó
nhiều cơ quan khoa học đã tiến hành nghiên cứu xong kết quả dừng lại trong
phạm vi PTN.
Năm 1977 Viện KHKT Xây dựng nghiên cứu chế tạo phụ gia hóa dẻo
từ dịch kiềm đen của nhà máy giấy, sản phẩm ở dạng bột, dẻo, lỏng với tên
thương phẩm là LHD (K,D,L). Tiếp đó nghiên cứu phụ gia hóa dẻo LK-1 trên
cơ sở biến tính dịch kiềm đen và phụ gia siêu dẻo COSU nhằm nâng cao
cường độ và khả năng chống thấm của bê tông. Các loại phụ gia trên được sử
dụng rộng rãi vào các công trình xây dựng.
Tháng 4/1996 Công ty trách nhiệm hữu hạn MBT Việt Nam (Master
Builder Technologies) xin được phép đầu tư xây dựng nhà máy sản xuất phụ
gia bê tông và hóa chất xây dựng tại khu Công nghiệp Thuận An, tỉnh Bình
Dương với 100% vốn nước ngoài (Thụy Sĩ).
Tháng 6/1996 Công ty TNHH Sika Việt Nam được phép đầu tư nhà máy
sản xuất phụ gia bê tông và hóa chất xây dựng tại khu Công nghiệp Nhơn
Trạch, Đồng Nai với 100% vốn nước ngoài là 4,7 triệu USD có công suất
15.400 tấn/năm.
d. Phân loại phụ gia bê tông
Phụ gia được phân loại theo thành phần, theo công năng và theo các yêu
cầu đặc biệt. Theo phân loại của Hiệp hội quốc gia về phụ gia (SYNAD) của