Nghiên cứu sử dụng phụ gia khoáng kết hợp với cốt sợi chế tạo bê tông chất lượng cao

LỜI CAM ĐOAN
Kính gửi: - Ban giám hiệu Trường Đại học Thủy Lợi
- Phòng Đào tạo đại học và Sau đại học
Tên tôi là: Nguyễn Việt Hằng
Học viên lớp cao học: 25C11
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy
Mã số chuyên ngành: 8580202
Mã số học viên: 1781177
Theo quyết định số 926/QĐ-ĐHTL ngày 21 tháng 05 năm 2018 của Hiệu trưởng
Trường Đại học Thủy Lợi về việc phê duyệt danh sách học viên, đề tài luận văn và
người hướng dẫn được giao đợt 3 năm 2018 với đề tài: “Nghiên cứu sử dụng phụ gia
khoáng kết hợp với cốt sợi chế tạo bê tông chất lượng cao ứng dụng cho đê biển Nam
Đình Vũ, Hải Phòng” dưới sự hướng dẫn của TS.Nguyễn Thị Thu Hương. Tôi xin cam
đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng tôi. Nội dung trong luận
văn có tham khảo và sử dụng tài liệu của các nghị định, thông tư, tiêu chuẩn, quy
chuẩn hiện hành và các trang thông tin theo danh mục tài liệu tham khảo của luận văn.
.
Hà Nội, ngày 30 tháng 10 năm 2018
TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Việt Hằng

i


LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian nghiên cứu và được sự giúp đỡ, động viên khích lệ của các thầy cô
giáo, bạn bè học tập và người thân học viên đã hoàn thành luận văn Thạc sĩ với đề tài:
“Nghiên cứu sử dụng phụ gia khoáng kết hợp với cốt sợi chế tạo bê tông chất lượng
cao ứng dụng cho đê biển Nam Đình Vũ, Hải Phòng” theo đúng nội dung của đề
cương nghiên cứu đã được Hội đồng Khoa học và Đào tạo của Khoa Công trình phê

duyệt.
Học viên xin tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đối với các thầy cô giáo trường Đại
học Thủy Lợi, nhất là các cán bộ, giảng viên Khoa Công trình, phòng Đào tạo và Sau
đại học đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho học viên hoàn thành luận văn này. Đặc biệt, học
viên xin cảm ơn cô giáo hướng dẫn TS.Nguyễn Thị Thu Hương đã trực tiếp tận tình
hướng dẫn cũng như cung cấp tài liệu, thông tin khoa học cần thiết cho luận văn này.
Học viên xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp, đơn vị công tác đã giúp đỡ học viên trong
quá trình học tập và thực hiện Luận văn.
Trong quá trình thực hiện luận văn, học viên đã cố gắng và hết sức nỗ lực song do những
hạn chế về kiến thức, thời gian, kinh nghiệm và tài liệu tham khảo cho nên luận văn
không thể tránh khỏi những thiếu sót. Học viên rất mong nhận được sự đóng góp và tư
vấn của các thầy cô giáo.
Xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, ngày 30 tháng 10 năm 2018
HỌC VIÊN

Nguyễn Việt Hằng

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. ii
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC HÌNH ..............................................................................................vi
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU................................................................................ viii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................ix
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH BIỂN VÀ VIỆC SỬ DỤNG PHỤ

GIA, CỐT SỢI TRONG BÊ TÔNG ỨNG DỤNG CHO CÔNG TRÌNH BIỂN............4
1.1 Đặc điểm và các yêu cầu riêng của bê tông ứng dụng cho công trình biển .......4
1.1.1 Đặc điểm của môi trường biển ................................................................ 4
1.1.2 Tác động của môi trường biển đối với các kết cấu bê tông, bê tông cốt
thép

.................................................................................................................6

1.2 Tổng quan về phụ gia dùng cho bê tông ............................................................. 12
1.2.1 Khái niệm và phân loại phụ gia cho bê tông ...........................................12
1.2.2 Phụ gia hóa học dùng cho bê tông ......................................................... 17
1.3 Tình hình sử dụng phụ gia trong chế tạo bê tông chất lượng cao trên Thế giới và
ở Việt Nam ................................................................................................................18
1.3.1 Tình hình nghiên cứu và sử dụng phụ gia trong chế tạo bê tông trên thế
giới

...............................................................................................................18

1.3.2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng phụ gia trong chế tạo bê tông ở Việt
Nam
1.4

...............................................................................................................19

Tổng quan về bê tông cốt sợi.........................................................................21
1.4.1 Khái niệm và phân loại bê tông cốt sợi .................................................21
1.4.2 Những đặc trưng cơ bản của bê tông cốt sợi .........................................25
Tính năng kỹ thuật ............................................................................................. 25

1.5

Tình hình nghiên cứu và ứng dụng bê tông cốt sợi trên thế giới và ở Việt

Nam

....................................................................................................................... 26

iii


1.5.1 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới ................................... 26
1.5.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng ở Việt Nam ................................... 29
Kết luận chương 1 ......................................................................................................... 32
CHƯƠNG 2

CƠ SỞ KHOA HỌC LỰA CHỌN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU CHO BÊ TÔNG CÔNG TRÌNH BIỂN .............................................. 33
2.1

Cơ sở khoa học lựa chọn tổ hợp phụ gia kết hợp với cốt sợi để nâng cao chất

lượng bê tông trong điều kiện Việt Nam .................................................................. 33
2.1.1 Phân tích lựa chọn phụ gia khoáng ....................................................... 33
2.1.2 Phân tích lựa chọn phụ gia hóa học....................................................... 35
2.1.3 Tổ hợp phụ gia được lựa chọn sử dụng ................................................. 35
2.1.4 Lựa chọn loại sợi ................................................................................... 36
2.2

Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu ................................................................ 36

2.2.1 Xi măng ................................................................................................. 37
2.2.2 Tro bay .................................................................................................. 37
2.2.3 Silicafume.............................................................................................. 38
2.2.4 Cát ......................................................................................................... 39
2.2.5 Cát tiêu chuẩn dùng cho thí nghiệm xác định cường độ chất kết dính . 40
2.2.6 Đá .......................................................................................................... 40
2.2.7 Sợi PP .................................................................................................... 41
2.2.8 Phụ gia hóa học ..................................................................................... 41
2.2.9 Nước ...................................................................................................... 42

2.3

Các chỉ tiêu và phương pháp thí nghiệm dùng trong nghiên cứu ................. 42
2.3.1 Các tiêu chuẩn thí nghiệm vật liệu ........................................................ 42
2.3.2 Các tiêu chuẩn thí nghiệm bê tông ........................................................ 43

2.4

Tính toán thành phần bê tông có sử dụng phụ gia và cốt sợi ........................ 43
2.4.1 Các yêu cầu của bê tông ........................................................................ 43
2.4.2 Phương pháp tính toán thành phần bê tông có sử dụng phụ gia dùng
trong nghiên cứu ............................................................................................... 44
2.4.3 Kết quả tính toán thành phần bê tông.................................................... 48

Kết luận chương 2 ......................................................................................................... 51

iv


CHƯƠNG 3

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG CHẤT LƯỢNG CAO SỬ

DỤNG CỐT SỢI KẾT HỢP VỚI TỔ HỢP PHỤ GIA CHO ĐÊ BIỂN NAM ĐÌNH
VŨ, HẢI PHÒNG .........................................................................................................53
3.1

Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của việc dùng phụ gia và cốt sợi đến các chỉ

tiêu kỹ thuật của hỗn hợp bê tông và bê tông ........................................................... 53
3.1.1 Quy trình thực hiện thí nghiệm ............................................................. 53
3.1.2 Các kết quả nghiên cứu chế tạo bê tông sử dụng tổ hợp phụ gia đã được
lựa chọn và cốt sợi PP ....................................................................................... 59
3.2

Nghiên cứu ứng dụng bê tông cốt sợi kết hợp với tổ hợp phụ gia cho đê biển

Nam Đình Vũ, Hải Phòng ......................................................................................... 73
3.2.1 Tổng quan về dự án đê biển Nam Đình Vũ, Hải Phòng ........................ 73
3.2.2 Tính toán kết cấu đê biển Nam Đình Vũ, Hải Phòng ............................ 76
3.3

Biện pháp thi công bê tông sử dụng phụ gia kết hợp với cốt sợi ứng dụng

cho đê biển Nam Đình Vũ, Hải Phòng ......................................................................82
3.3.1 Chế tạo cấu kiện ....................................................................................82
3.3.2 Thi công lắp đặt cấu kiện.......................................................................83
Kết luận chương 3 .........................................................................................................84
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 86
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 89

v


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 11. Nguyên nhân phá hoại bê tông do tác động vật lý và cơ học ........................... 7
Hình 12. Nguyên nhân phá hoại bê tông do tác động ăn mòn ........................................ 8
Hình 13. Tổng hợp các dạng ăn mòn bê tông, cốt thép trong môi trường biển và định
hướng giải pháp hạn chế................................................................................................ 10
Hình 14. Cầu cảng Thị Nại (Bình Định) bị bong tróc, trơ cả khung sắt thép hoen gỉ .. 11
Hình 15.Cảng Thương Vụ-Vũng Tàu sau 15 năm sử dụng .......................................... 11
Hình 16. Cảng Cửa Cấm –Hải Phòng, cách biển 25km, sau 30 năm sử dụng .............. 11
Hình 17. Ăn mòn cốt thép dàn van cống sau 22 năm – Nam Định ............................... 11
Hình 18. Một số loại sợi dùng cho sản xuất bê tông ..................................................... 24
Hình 19. Khả năng chịu kéo của bê tông cốt sợi........................................................... 25
Hình 110. Tính dẻo dai của bê tông cốt sợi .................................................................. 25
Hình 111. Khả năng chống nứt của bê tông cốt sợi ...................................................... 26
Hình 112. Sân bay Frankfurt – Đức .............................................................................. 28
Hình 113. Cầu đi bộ Sherbrooke ở Sherbrooke, Quebec, Canada ................................ 29
Hình 114. Hầm Hải Vân sử dụng công nghệ BTCS Thép ............................................ 30
Hình 115. Đê biển Cà Mau............................................................................................ 30
Hình116. Kênh tưới Nam Gò Đậu, hệ thống tưới Tháp Mão sử dụng công nghệ BTCS
Polypropylene ................................................................................................................ 31
Hình 117. Bờ kè đê biển Thái Thụy, Thái Bình sử dụng BTCS ................................... 31
Hình 118. Bờ kè kênh Tham Lương, TP Hồ Chí Minh sử dụng sản phẩm BTCS ....... 31
Hình 21. Sơ đồ tóm tắt vai trò, tác dụng của các loại phụ gia dùng trong nghiên cứu . 36
Hình 22. Ba thành phần vật liệu trong hỗn hợp chất kết dính dùng trong nghiên cứu . 39
Hình 23. So sánh kích thước hạt của các vật liệu trong thành phần chất kết dính ........ 39
Hình 24. Sợi PP dùng trong nghiên cứu ........................................................................ 41
Hình 25. Các thành phần vật liệu kết dính và phụ gia hóa học dùng trong nghiên cứu 42

Hình 26. Sơ đồ các bước tính toán thành phần bê tông có sử dụng phụ gia ................. 47
Hình 27. Giao diện giới thiệu phần mềm ...................................................................... 49
Hình 28. Giao diện nhập dữ liệu ................................................................................... 49
Hình 29. Giao diện kết quả tính các đại lượng trung gian ............................................ 50
Hình 210. Giao diện kết quả tính toán lượng vật liệu cho 1m3 bê tông ........................ 50
Hình 31. Thí nghiệm xác định độ sụt hỗn hợp bê tông ................................................. 54
Hình 32. Đúc mẫu bê tông ............................................................................................ 54
Hình 33. Chế tạo mẫu thử cường độ nén....................................................................... 54
Hình 34. Chế tạo mẫu thử cường độ kéo khi uốn và môđun đàn hồi ........................... 55
Hình 35. Thí nghiệm kiểm tra cường độ nén của bê tông ............................................. 56
Hình 36. Mẫu thí nghiệm sau khi bị nén phá hoại ........................................................ 56
Hình 37. Sơ đồ đặt mẫu thử thí nghiệm xác định cường độ kéo khi uốn ..................... 57
Hình 38. Thí nghiệm uốn mẫu ...................................................................................... 57
Hình 39. Mẫu sau khi bị uốn gãy .................................................................................. 57

vi


Hình 310. Sơ đồ lắp khung và đồng hồ đo biến dạng ...................................................59
Hình 311. Sự thay đổi tỷ lệ N/CKD của các tổ mẫu khi lượng dùng phụ gia khác nhau
.......................................................................................................................................61
Hình 312. Sự biến đổi cường độ bê tông theo thời gian khi tỷ lệ phụ gia khoáng thay
đổi ..................................................................................................................................63
Hình 313. Hỗn hộp bê tông và mẫu bê tông có thành phần cốt sợi PP ......................... 66
Hình 314. Biến đổi cường độ nén của bê tông theo thời gian khi hàm lượng sợi thay
đổi ..................................................................................................................................67
Hình 315. Mẫu bị phá hoại sau thí nghiệm nén............................................................. 69
Hình 316. Sự thay đổi cường độ uốn theo thời gian của các tổ mẫu với hàm lượng sợi thay đổi
.......................................................................................................................................70
Hình 317. Mẫu bị phá hoại sau thí nghiệm uốn ............................................................ 71

Hình 318. Biến đổi cường độ nén và mô đun đàn hồi của các mẫu bê tông .................72
Hình 319. Sơ đồ mặt cắt ngang tuyến đê .......................................................................75
Hình 320. Sơ đồ bố trí lực lên cấu kiện kè ....................................................................76
Hình 321. Phân bố ứng suất Smax của bê tông thường ..................................................80
Hình 322. Phân bố ứng suất Smax của BT sử dụng PG .................................................80
Hình 323. Phân bố ứng suất Smax của BT sử dụng PG và cốt sợi ..................................81

vii


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 21. Các chỉ tiêu cơ lý của xi măng PC40 Bút Sơn ............................................... 37
Bảng 22. Các chỉ tiêu tính chất của tro tuyển Phả Lại .................................................. 37
Bảng 23. Các chỉ tiêu tính chất của silicafume ............................................................. 38
Bảng 24. Các chỉ tiêu vật lý của cát .............................................................................. 39
Bảng 25. Bảng thành phần hạt của cát .......................................................................... 39
Bảng 26. Các chỉ tiêu vật lý của đá dăm ....................................................................... 40
Bảng 27. Bảng thành phần hạt của đá dăm ................................................................... 41
Bảng 28. Các tiêu chuẩn thí nghiệm vật liệu ................................................................ 42
Bảng 29. Các tiêu chuẩn thí nghiệm bê tông ................................................................ 43
Bảng 210. Các cấp phối và thành phần vật liệu trong bê tông theo tính toán .............. 48
Bảng 31. Hệ số tính đổi cường độ kéo khi uốn các mẫu kích thước khác dầm chuẩn . 58
Bảng 32. Thành phần bê tông sau khi xác định lượng nước thỏa mãn độ lưu động yêu
cầu ................................................................................................................................. 59
Bảng 33. Kết quả thí nghiệm cường độ nén, độ hút nước, khối lượng thể tích của BT 63
Bảng 34. Thành phần bê tông khi sử dụng có sử dụng sợi PP ...................................... 66
Bảng 35. Kết quả thí nghiệm cường độ nén của bê tông có sợi PP .............................. 67
Bảng 36. Kết quả thí nghiệm cường độ uốn và môđun đàn hồi của bê tông ................ 70
Bảng 37. Thông số vật liệu............................................................................................ 76
Bảng 38. Thông số hình học của kè .............................................................................. 77

Bảng 39. Tổng hợp kết quả tính toán ứng suất và chuyển vị ........................................ 81

viii


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
BT

Bê tông

BTCT

Bê tông cốt thép

BTCS

Bê tông cốt sợi

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

X, XM

Xi măng

T, TB

Tro bay

S, SL

Silicafume

CKD

Chất kết dính

C

Cát

Đ

Đá

N

Nước

PP

PolyPropylene

N/CKD

Tỷ lệ khối lượng nước/chất kết dính

PG

Phụ gia

PGK

Phụ gia khoáng

PGH

Phụ gia hóa học

P, PGHD

Phụ gia hóa dẻo

KLTT

Khối lượng thể tích

TT

Thứ tự

KH

Ký hiệu

ix

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Bê tông hiện là loại vật liệu được sử dụng rất rộng rãi và đóng vai trò quan trọng trong
các lĩnh vực xây dựng bao gồm cả xây dựng dân dụng, giao thông và thủy lợi. Tỷ lệ sử
dụng bê tông hiện chiếm khoảng 40% khối lượng vật liệu và kết cấu bê tông chiếm
khoảng 60% kết cấu xây dựng. Tuy nhiên loại bê tông truyền thống có nhiều điểm hạn
chế gây ra những ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng công trình và điều dễ nhận
thấy nhất là bê tông thường phát sinh vết nứt và khả năng chịu kéo, chịu uốn rất kém.
Việc phát sinh vết nứt không chỉ làm ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của cấu kiện
mà còn là cơ hội để nước và các thành phần gây hại dễ dàng xâm nhập gây xâm thực
từ đó làm phá vỡ các liên kết và hư hỏng cấu kiện, phá hoại công trình nói chung và
đặc biệt là công trình biển nói riêng. Ngoài ra đối với bê tông công trình biển, thành
phần hóa học trong nước biển có thể gây ra những hiện tượng ăn mòn đối với cả phần
đá xi măng trong bê tông và phần cốt thép làm tuổi thọ công trình thường bị giảm sút
nhanh chóng.
Xuất phát từ nhu cầu mở rộng quy mô, nâng cao chất lượng và kéo dài tuổi thọ công
trình xây dựng nói chung và các công trình biển nói riêng, các nhà nghiên cứu trong và
ngoài nước đã không ngừng nghiên cứu thành phần, cấu trúc và tìm ra những giải pháp
tối ưu để cải thiện chất lượng bê tông. Các nghiên cứu lý thuyết cho thấy việc cải thiện
các tính năng nhằm nâng cao chất lượng bê tông có thể thực hiện được thông qua việc
tối ưu hóa cấu trúc bê tông bằng các loại phụ gia khác nhau bao gồm cả phụ gia
khoáng vật và phụ gia hóa học. Khi sử dụng các loại phụ gia phối hợp với nhau, không
những tính chất về khả năng chịu nén được tăng lên mà còn có thể làm giảm khả năng
bị phá hủy, nâng cao độ bền và kéo dài tuổi thọ cho công trình. Tuy nhiên việc sử
dụng phụ gia chưa cải thiện được nhược điểm về khả năng chịu uốn của bê tông. Giải
pháp được đưa ra ở đây là bổ sung các loại sợi vào trong thành phần bê tông có sử
dụng phụ gia giúp tăng cường cường độ chịu uốn, giảm thiểu khả năng xuất hiện vết
nứt trong bê tông từ đó nâng cao chất lượng, kéo dài tuổi thọ cho công trình.

1

Trên cơ sở phân tích trên, đề tài luận văn thạc sĩ sẽ được tiến hành với nội dung:
“Nghiên cứu sử dụng phụ gia khoáng kết hợp với cốt sợi chế tạo bê tông chất lượng
cao ứng dụng cho đê biển Nam Đình Vũ, Hải Phòng”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu giải pháp sử dụng kết hợp một số loại phụ gia sẵn có
trong điều kiện Việt Nam cùng với cốt sợi để nâng cao chất lượng bê tông bao gồm
việc cải thiện khả năng kháng nén, kháng uốn, môđun đàn hồi, cũng như khả năng hạn
chế xâm thực, nâng cao độ bền từ đó kéo dài tuổi thọ cho công trình, đặc biệt là các
công trình biển.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
-

Nghiên cứu ảnh hưởng của việc sử dụng tổ hợp phụ gia gồm phụ gia khoáng tro
bay là nguyên liệu phế thải sẵn có tại ở Việt Nam, kết hợp với silicafume là phụ gia
khoáng có kích thước siêu mịn và phụ gia hóa dẻo đến các tính chất của hỗn hợp bê
tông và bê tông đóng rắn;

-

Nghiên cứu tính chất của cốt sợi phân tán PP dùng trong bê tông có sử dụng phụ
gia để tăng khả năng kháng uốn, hạn chế các vết nứt, tăng độ bền dẻo dai, nâng cao
khả năng chống va đập từ đó cải thiện độ bền và kéo dài tuổi thọ cho công trình;

-

Nghiên cứu ứng dụng bê tông sử dụng phụ gia tro bay, silicafume kết hợp với cốt
sợi phân tán PP ứng dụng cho một kết cấu công trình cụ thể là đê biển Nam Đình
Vũ, Cát Hải, Hải Phòng.

4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
-

Tổng hợp các kết quả nghiên cứu về việc sử dụng phụ gia cho bê tông chất lượng
cao từ đó chọn tổ hợp phụ gia thích hợp trong điều kiện Việt Nam;

-

Tổng hợp một số kết quả nghiên cứu về việc sử dụng cốt sợi để cải thiện khả năng
chịu kéo cho bê tông, từ đó có cơ sở để đưa cốt sợi vào trong thành phần bê tông có
sử dụng phụ gia nhằm nâng cao chất lượng cho bê tông;

-

Nghiên cứu phương pháp tính toán thành phần bê tông có sử dụng phụ gia và cốt
sợi;

-

Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu chế tạo bê tông, các chỉ tiêu của
hỗn hợp bê tông và bê tông đã rắn chắc;

2


-

Phân tích các kết quả thí nghiệm để kiểm chứng những cơ sở lý thuyết đã được đề
cập, từ đó kết luận về hiệu quả của giải pháp đã lựa chọn;

-

Ứng dụng bê tông sử dụng phụ gia kết hợp với cốt sợi cho công trình đê biển Nam
Đình Vũ, Cát Hải, Hải Phòng.

5. Kết quả đạt đươc
-

Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu lý thuyết sẽ chọn được tổ hợp phụ gia kết hợp
với việc sử dụng cốt sợi có thể cải thiện cường độ và độ bền cho bê tông. Các vật
liệu đã được lựa chọn đảm bảo phù hợp với khả năng khai thác sẵn có ở Việt Nam
hiện nay;

-

Dựa trên các kết quả thí nghiệm có thể đánh giá được hiệu quả của việc sử dụng tổ
hợp phụ gia đã chọn với các tỷ lệ dùng khác nhau cũng như hiệu quả của việc sử
dụng cốt sợi để khắc phục nhược điểm về khả năng chịu kéo của bê tông, từ đó
chọn được tỷ lệ phụ gia và cốt sợi tối ưu để chế tạo bê tông chất lượng cao, đề xuất
ứng dụng cho đê biển Nam Đình Vũ, Hải Phòng.

6. Nội dung của luận văn
Luận văn gồm có phần mở đầu, phần kết luận và 3 chương chính được bố cục như sau:
Phần mở đầu
Chương 1: Tổng quan về công trình biển và việc sử dụng phụ gia, cốt sợi trong bê tông
ứng dụng cho công trình biển
Chương 2: Cơ sở khoa học lựa chọn vật liệu và phương pháp nghiên cứu cho bê tông
công trình biển
Chương 3: Nghiên cứu chế tạo bê tông chất lượng cao sử dụng cốt sợi kết hợp với tổ

hợp phụ gia cho đê biển Nam Đình Vũ, Hải Phòng
Kết luận và kiến nghị
Danh mục tài liệu tham khảo

3


CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH BIỂN VÀ VIỆC SỬ
DỤNG PHỤ GIA, CỐT SỢI TRONG BÊ TÔNG ỨNG DỤNG CHO CÔNG
TRÌNH BIỂN
1.1 Đặc điểm và các yêu cầu riêng của bê tông ứng dụng cho công trình biển
Biển và đại dương chiếm gần ¾ diện tích trái đất và nhu cầu hoạt động của con người
trên biển ngày càng tăng, do đó yêu cầu về việc xây dựng các công trình biển ngày
càng trở nên cần thiết và cấp bách.
Các công trình biển thường có điều kiện thi công khó khăn, lại phải gánh chịu các tác
động khắc nghiệt nên công trình thường bị xuống cấp và hư hỏng nhanh chóng. Những
đặc điểm bất lợi về điều kiện thi công và điều kiện làm việc của các công trình biển có
thế thấy được như sau:
-

Địa hình thi công phức tạp, điều kiện thi công khó khăn bị ảnh hưởng bởi chế độ
thủy văn, xa bờ, đường thi công thay đổi...;

-

Khối lượng thi công lớn, thời gian kéo dài;

-

Vật liệu rời, thi công phải dàn xếp để đạt độ khít nhất định;

-

Thường xuyên bị tác động của mực nước thay đổi, sóng biển và dòng chảy ven bờ.

Với vật liệu sử dụng là bê tông cho công trình biển, những yếu tố liên quan đến đặc
điểm của môi trường biển và các tác động của môi trường biển đối với các kết cấu bê
tông, bê tông cốt thép được phân tích cụ thể như sau:
1.1.1 Đặc điểm của môi trường biển
Các công trình được xây dựng ở vùng biển hoặc ven biển chịu tác động trực tiếp của
những thành phần của môi trường khí hậu biển liên quan đến các yếu tố về mặt hóa
học, vật lý, cơ học, và sinh học. Cụ thể về đặc trưng và tác động của các yếu tố này
được phân tích trong nội dung dưới đây.
(1) Thành phần hóa học của nước biển
Thành phần hóa học của nước tại các đại dương biến đổi trong một giới hạn không
lớn, tổng hàm lượng các muối hòa tan cỡ 33-35%o (hoặc g/l), và các ion chính có
trong thành phần gồm Na+, Mg2+, Cl- và SO42-. Trong 1 lít nước biển trung bình có
19,8g Cl- và 2,7g SO42-. Nước biển thường có độ pH = 8,2-:-8,3.

4


Như vậy có thể nói nước biển và không khí biển mang tính xâm thực mạnh đối với kết
cấu bê tông và bê tông cốt thép.
(2) Nhiệt độ
Nhiệt độ trên bề mặt nước biển biến động trong khoảng rộng, từ mức nhiệt thấp -2oC ở
những vùng lạnh, đến mức nhiệt cao 30oC ở vùng nhiệt đới. Nhiệt độ của nước biển có
ảnh hưởng đến tốc độ tăng trưởng của các sinh vật biển, từ đó tác động đến sự phá
hoại của các kết cấu bê tông do sinh vật biển gây ra. Ngoài ra nhiệt độ của nước biển
có ảnh hưởng đến tốc độ của các phản ứng hóa học và điện hóa trong bê tông. Nhiệt

độ là nguồn năng lượng dẫn động, làm gia tăng cả sự khởi nguồn và diễn biến của quá
trình phá hoại. Những nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng, khi tăng nhiệt độ thêm
10oC, tốc độ phản ứng hóa học sẽ tăng gấp đôi.
(3) Áp lực thủy tĩnh
Áp lực thủy tĩnh đóng vai trò như một lực truyền động đẩy nước biển qua những phần
vật liệu rỗng. Trong trường hợp bê tông có độ rỗng lớn, lực mao dẫn được gia tăng
thêm bởi áp lực thủy tĩnh có thể dẫn đến sự chuyển dịch của nước biển đến những
phần không ngập nước của kết cấu bê tông, nơi có sự bay hơi nước bề mặt diễn ra
nhanh, từ đó có thể tạo ra ứng suất do muối kết tinh gây phá hoại bê tông.
(4) Thủy triều
Thủy triều diễn ra gồm quá trình dâng lên và hạ xuống từ từ của nước đại dương theo
một chu kỳ xác định hai lần trong một ngày. Do hoạt động của thủy triều diễn ra nên
các kết cấu làm việc trong môi trường biển sẽ chịu tác động khô-ẩm, nóng-lạnh liên
tiếp (do chênh lệch nhiệt độ không khí và nước biển), và có thể cả đóng-tan băng (ở
vùng khí hậu lạnh) theo chu kỳ cùng với thủy triều, hai lần một ngày. Những tác động
này luôn là tác nhân thúc đẩy quá trình ăn mòn và phá hủy diễn ra nhanh chóng hơn.
(5) Sóng
Lực tạo bởi sóng biển là rất lớn và thường là mối quan tâm chính khi thiết kế các kết
cấu công trình làm việc ở biển. Sóng được tạo chủ yếu nhờ vào tác động của gió đối
với nước, thông qua lực ma sát năng lượng gió được chuyển thành năng lượng của
sóng. Những cơn bão, dông tố, sạt lở đất và động đất đều góp phần tạo nên những con
sóng cao và mạnh vì tổng năng lượng của một con sóng tỷ lệ thuận với bình phương

5


chiều cao sóng. Phần kết cấu bê tông chịu tác động của sóng mạnh rất dễ bị hư hỏng
do sự mài mòn gây ra bởi cát, sỏi, băng trôi và các vật rắn trôi nổi khác trong nước.
(6) Sương mù và bụi nước
Sương mù và bụi nước bờ biển được xem như là một phương tiện đưa nước biển vào

sâu trong đất liền. Do đó vấn đề độ bền phát sinh từ yếu tố ăn mòn của nước biển đối
với bê tông không chỉ giới hạn với các kết cấu ở bờ biển và vùng đại dương, mà cả
những kết cấu trong đất liền nằm gần vùng biển.
(7) Băng nổi
Ở những vùng biển có các tảng băng nổi, do tác động của gió và dòng chảy sẽ đưa các
tảng băng dần dịch chuyển tiếp xúc với các kết cấu công trình, va đập và lặp lại theo
chu kỳ nhiều lần. Những tác động này có thể dẫn đến sự hao mòn đáng kể khối lượng
trên bề mặt của kết cấu bê tông.
(8) Sinh vật biển
Các sinh vật biển như hàu, hà, động vật thân mềm thường được tìm thấy trên bề mặt
phần rỗng của bê tông nơi mà độ kiềm bị giảm đáng kể. Theo các nhà khoa học, hàu,
hà, nhím biển và các loài động vật thân mềm sẽ tiết ra axit, thành phần có thể gây ra
những lỗ hổng trong bê tông và tạo ra những lỗ ăn mòn trên bề mặt cốt thép. Ngoài ra,
một số động vật thân mềm còn tạo ra (NH4)2CO3 là thành phần rất nguy hiểm với bê
tông. Một số khác còn có khả năng đào sâu vào những hạt cốt liệu đá vôi cứng trong
bê tông.
Như vậy có thể kết luận rằng môi trường biển thực sự không thân thiện với những vật
liệu thường được sử dụng trong xây dựng, trong đó có bê tông và bê tông cốt thép.
Những tác động phối hợp, giao thoa của các yếu tố trên chính là nguyên nhân gây nên
sự phá hoại các kết cấu BT-BTCT trong môi trường biển. Xét về bản chất các hình
thức hư hỏng đều tuân theo một trong những cơ chế phá hoại được phân tích dưới đây.
1.1.2 Tác động của môi trường biển đối với các kết cấu bê tông, bê tông cốt thép
Dựa vào các yếu tố đặc trưng của môi trường biển có thể thấy nguyên nhân gây hư
hỏng dẫn đến phá hoại các kết cấu bê tông và bê tông cốt thép trong môi trường biển là
do sự tác động của các yếu tố vật lý, cơ học, hóa học và sinh học. Tác động phối hợp,
giao thoa của các yếu tố này làm cho bê tông và bê tông cốt thép trong môi trường
biển bị phá hoại nhanh chóng. Xét về bản chất có các hình thức phá hoại sau đây:

6

-

Phá hoại bê tông do tác động vật lý và cơ học

-

Phá hoại bê tông do tác động hóa học và sinh học

-

Phá hoại cốt thép do tác động hóa học và sinh học

Cụ thể về cơ chế phá hoại của các loại trên được phân tích trong nội dung dưới đây.
Cơ chế phá hoại bê tông do tác động vật lý và cơ học
Theo P.Kumar Mehta, nguyên nhân phá hoại kết cấu bê tông do tác động về mặt vật
lý, cơ học được tóm tắt trong sơ đồ hình 1-1 dưới đây:

Hình 11. Nguyên nhân phá hoại bê tông do tác động vật lý và cơ học
Như vậy tác động vật lý và cơ học có thể gây phá hoại dưới hai hình thức là hao mòn
khối lượng bề mặt và gây nứt cho bê tông.
Cơ chế phá hoại bê tông do tác động hóa học và sinh học
Phá hoại kết cấu bê tông do tác động hóa học và sinh học đều liên quan đến những
biến đổi về mặt hóa học, được gọi chung là phá hoại do tác động ăn mòn. Nguyên
nhân phá hoại các kết cấu bê tông do tác động ăn mòn được mô tả trong hình 1-2.
Theo đó, tác động ăn mòn bê tông có thể được phân thành 3 loại sau đây:
(a) Ăn mòn loại I, do sự hòa tan các thành phần trong đá xi măng
(b) Ăn mòn loại II, do phản ứng hóa học tạo thành các chất mới tan mạnh
(c) Ăn mòn loại III, do phản ứng hóa học tạo thành các chất kết tủa tăng thể tích

7


Hình 12. Nguyên nhân phá hoại bê tông do tác động ăn mòn
Cơ chế phá hoại cốt thép do tác động hóa học
Với các kết cấu bê tông cốt thép thông thường, cốt thép trong bê tông bị ăn mòn chủ
yếu là do ăn mòn điện hóa. Trong môi trường biển, ăn mòn cốt thép còn do tác dụng
xâm thực của ion Clo ngấm từ bên ngoài hay do lẫn trong vật liệu chế tạo bê tông.
− Ăn mòn điện hóa cốt thép trong bê tông
Ở dạng ăn mòn này, các nguyên tử sắt trong cốt thép tách khỏi mạng lưới tinh thể và
trở thành ion mạch điện trong dung dịch, dưới tác dụng của ion OH- trong môi trường
tạo ra các sản phẩm gỉ khác nhau dưới dạng công thức chung xFeO.yFe2O3.zH2O. Như
vậy, gỉ được tạo ra cần có oxy (O2) và nước hay hơi ẩm (H2O). Các sản phẩm này có
tính xốp, tích tụ trên bề mặt cốt thép với thể tích lớn gấp 4-6 lần so với các thành phần
ban đầu, gây nội ứng suất phá hoại cấu trúc bê tông dọc theo vị trí đặt thép làm cho các
tác nhân xâm thực dễ dàng xâm nhập vào bên trong, tăng nhanh quá trình ăn mòn bê
tông và cốt thép.
− Ăn mòn do hiện tượng phá vỡ sự tự bảo vệ của bê tông cốt thép
Bình thường, khi cốt thép được đặt trong bê tông đặc chắc, chưa bị cacbonat hóa thì
thép được bảo vệ hoàn toàn trong môi trường kiềm của bê tông nhờ vào hàm lượng lớn

8


của canxi oxit, natri oxit và kali oxit hoà tan. Các hợp chất kiềm trong bê tông giữ độ
pH ở mức 12-13 giúp tạo nên một lớp màng oxyt mỏng trên bề mặt cốt thép (dày từ 220 nanomét) ngăn cản quá trình gỉ thép, lớp màng mỏng này được gọi là màng “thụ
động”. Trong điều kiện thông thường, lớp màng mỏng có khả năng bảo vệ cốt thép
chống lại sự tấn công của các tác nhân ăn mòn từ môi trường. Cơ chế này được gọi là
"cơ chế bảo vệ thụ động" của bê tông cốt thép. Hiện tượng ăn mòn chỉ xảy ra khi lớp
màng “thụ động” bị xuyên thủng, khi đó việc ăn mòn cốt thép sẽ dẫn đến nở thể tích,

làm nứt vỡ lớp bê tông bảo vệ và phá hoại toàn bộ bê tông cốt thép.
Có hai cơ chế có thể phá vỡ sự tự bảo vệ của kết cấu bê tông cốt thép và được xem
như là tác nhân chính dẫn đến ăn mòn của cốt thép trong bê tông làm việc trong môi
trường biển đó là hiện tượng cacbonat hoá kết hợp rửa trôi kiềm và sự xâm nhập của
ion Clo. Tốc độ thấm ion Clo quyết định bởi khả năng cố định ion Clo (khả năng cố
định càng cao thì lượng ion clo tự do sẽ càng ít) và hệ số khuyếch tán ion Clo (hệ số
khuyếch tán càng lớn thì lượng ion clo tự do xâm nhập càng nhiều), tức là nó sẽ phụ
thuộc vào bản chất xi măng, các phụ gia khoáng và chất lượng bê tông (đặc trưng bằng
độ bền chống thấm). Khả năng thấm ion Clo tỉ lệ nghịch với hàm lượng khoáng C 3A
có trong xi măng do đó các loại phụ gia khoáng tro bay, tro xỉ hoặc muội silic đưa vào
xi măng Pooclăng làm giảm tỉ lệ thành phần C3A nên giảm khả năng cố định ion clo,
như vậy sẽ làm tăng độ thấm ion clo. Song yếu tố quan trọng hơn là bê tông có tro bay,
tro xỉ hoặc muội silic có hệ số khuyếch tán ion nhỏ hơn nhiều so với bê tông xi măng
pooclăng . Vì vậy bê tông có pha phụ gia khoáng tro bay, muội silic có khả năng bảo
vệ cốt thép cao hơn nhiều so với bê tông xi măng pooclăng.
Cơ chế ăn mòn kết cấu bê tông cốt thép do tác động hóa học
Tổng hợp cơ chế ăn mòn bê tông cốt thép trong môi trường biển và định hướng biện
pháp hạn chế cho từng thành phần được tóm tắt trên sơ đồ hình 1-3.
Từ kết quả phân tích về đặc điểm của môi trường biển và các hình thái tác động do nó
gây ra đối với kết cấu BT-BTCT có thể thấy rằng khả năng phá hoại của môi trường
biển đối với các công trình BT và BTCT là rất mãnh liệt và cần phải có giải pháp thích
hợp nâng cao độ bền cho BT-BTCT công trình biển nhằm đảm bảo chất lượng và tuổi
thọ lâu dài cho công trình.

9


Hình 13. Tổng hợp các dạng ăn mòn bê tông, cốt thép trong môi trường biển và định hướng giải pháp hạn chế
10

Dưới đây là hình ảnh một số hạng mục công trình biển bằng BT và BTCT bị ăn mòn
và phá hoại trong quá trình đưa vào sử dụng .

Hình 14. Cầu cảng Thị Nại (Bình Định) bị bong tróc, trơ cả khung sắt thép hoen gỉ

Hình 15.Cảng Thương Vụ-Vũng Tàu sau 15
năm sử dụng

Hình 16. Cảng Cửa Cấm –Hải Phòng,
cách biển 25km, sau 30 năm sử dụng

Hình 17. Ăn mòn cốt thép dàn van cống sau 22 năm – Nam Định
11


Để khắc phục sự phá hoại BT và BTCT các công trình biển có nhiều giải pháp khác
nhau, tuy nhiên tùy vào từng hạng mục công trình và điều kiện làm việc của các công
trình khác nhau, sẽ đưa ra các giải pháp hạn chế xâm thực và phá hoại các kết cấu BT.
Trước hết cần phải chế tạo loại BT có độ đặc chắc cao, cường độ nén và kháng uốn
cao, BT không bị co ngót và rạn nứt, khả năng chống xâm thực và mài mòn cao. Trong
thiết kế, người ta thường dùng giải pháp về vật liệu bằng lựa chọn các loại vật liệu chế
tạo BT một cách hợp lý, đảm bảo đầy đủ các Tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành. Ngoài
ra, để tăng độ đặc chắc cho BT, thì trong khi thiết kế thành phần BT cần pha trộn thêm
một số phụ gia khoáng vật hoạt tính như Silicafume, tro bay, tro trấu…..; hoặc thiết kế
thành phần BT có tỷ lệ nước/chất kết dính (N/CKD) thấp, đảm bảo cấu trúc BT đặc
chắc và mác chống thấm cao, làm ngăn cản khả năng thấm nước vào bên trong cấu
trúc bê tông và hạn chế xâm thực phá hoại BT.
1.2 Tổng quan về phụ gia dùng cho bê tông
1.2.1 Khái niệm và phân loại phụ gia cho bê tông

Khái niệm và sự cần thiết sử dụng phụ gia cho bê tông
Phụ gia bê tông được định nghĩa là một loại vật liệu được sử dụng như một nguyên
liệu của bê tông mà ngoài xi măng, nước và cốt liệu ra nó còn được cho vào mẻ trộn
hỗn hợp bê tông ngay trước khi trộn hoặc trong quá trình trộn
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 đông kết và rắn chắc, nâng cao cường độ và tính
chống thấm của bê tông ... Bằng việc sử dụng các phụ gia khác nhau người ta có thể
chế tạo bê tông có cường độ đặc biệt cao, có độ đặc chắc, khả năng chống thấm, độ
dẻo cao và nhiều tính năng đặc biệt khác nữa. Vì các lý do trên, việc nghiên cứu và sử
dụng phụ gia là cần thiết và nó thực sự là một cuộc cách mạng trong công nghệ sản
xuất bê tông.
Phân loại phụ gia cho bê tông
Có nhiều cách phân loại phụ gia tùy theo những căn cứ khác nhau như: Phân loại theo
thành phần, theo cơ chế phản ứng hóa học, theo công năng và theo các yêu cầu đặc
biệt. Dưới đây là các cách phân loại phụ gia khác nhau theo tiêu chuẩn một số nước:
12


 Theo tiêu chuẩn Nga (Liên Xô cũ) thì chia làm 3 loại phụ gia: Phụ gia khoáng, phụ
gia tạo bọt, phụ gia hoá học. Phụ gia hoá học được chia làm 9 nhóm.
 Tiêu chuẩn ASTM C494-17 quy định 8 loại phụ gia hoá học và tiêu chuẩn ASTM
C618-17 quy định về phụ gia khoáng cho bê tông.
 Theo sự phân loại của Viện Bê tông Mỹ (ACI), có 14 loại phụ gia cho bê tông khác
nhau. Tuy vậy, có thể phân các loại phụ gia bê tông thành 2 nhóm chính đó là: Phụ gia
khoáng và phụ gia hoá học.
 Theo phân loại của Việt Nam hiện có các tiêu chuẩn TCVN liên quan đến phụ gia
dùng cho bê tông và vữa cụ thể như sau:
- TCVN 6882-2001: Phụ gia khoáng cho xi măng
- TCVN 8826-2011: Phụ gia hóa học cho bê tông

- TCVN 8827-2011: Phụ gia khoáng hoạt tính cao dùng cho bê tông và vữa Silicafume và tro trấu nghiền mịn
- TCVN 10302-2014: Phụ gia hoạt tính tro bay dùng cho bê tông, vữa xây và xi măng
Phụ gia khoáng dùng cho bê tông
Khái niệm về phụ gia khoáng
Phụ gia khoáng là các loại vật liệu vô cơ tự nhiên hoặc nhân tạo khi sử dụng kết hợp
với xi măng pooclăng không gây ảnh hưởng xấu đến tính chất của xi măng, bê tông và
bê tông cốt thép.
Phân loại phụ gia khoáng
Phụ gia khoáng có thể được phân loại khả năng hoạt tính hoặc theo nguồn gốc.
1) Phân loại phụ gia khoáng theo khả năng hoạt tính
Theo khả năng hoạt tính, phụ gia khoáng được chia làm 2 loại:

 Phụ gia khoáng hoạt tính puzơlan: Puzơlan là các vật liệu nguồn gốc thiên nhiên
hay nhân tạo có hay không có đặc tính xi măng hóa, nhưng ở dạng nghiền mịn và
trong môi trường ẩm nó có thể phản ứng hóa học với Ca(OH)2 ở nhiệt độ thường tạo
nên các thành phần xi măng hoá.
Nguyên lý hoạt tính của phụ gia khoáng hoạt tính Puzơlan được giải thích như sau:
Trong quá trình hyđrat hoá của xi măng Pooclăng một trong các sản phẩm được tạo
13


thành là Ca(OH)2 với hàm lượng phụ thuộc vào thành phần của xi măng và thời gian
đóng rắn. Trong vữa và bê tông, Ca(OH)2 biểu hiện liên kết yếu nhất trong vùng liên
kết giữa hồ và cốt liệu, vì vậy nó ảnh hưởng xấu tới cường độ của vữa và bê tông. Hơn
nữa, sự có mặt của Ca(OH)2 có thể làm giảm độ bền của vữa và bê tông trong môi
trường ăn mòn. Do đó độ bền bê tông không thể đảm bảo khi sử dụng xi măng
Pooclăng. Khi pha phụ gia khoáng hoạt tính puzơlan vào xi măng pooclăng, phần hoạt
tính trong puzơlan sẽ có khả năng thực hiện phản ứng tạo sản phẩm Cao.SiO 2.nH2O
(CSH) bền vững ngay cả khi ẩm ướt và ở trong nước, góp phần ổn định cường độ bê
tông. Như vậy phụ gia này không chỉ làm giảm hàm lượng Ca(OH)2 mà còn làm tăng

cấu trúc của vữa và bê tông, do đó góp phần cải thiện một số tính chất của vữa và bê
tông.

 Phụ gia khoáng trơ hay còn gọi là phụ gia đầy: Có thành phần là các khoáng trơ,
tác dụng chủ yếu là cải thiện thành phần hạt của bê tông, tiết kiệm xi măng, tăng độ
đặc vi cấu trúc vữa và bê tông.
2) Phân loại phụ gia khoáng theo nguồn gốc
Theo nguồn gốc phụ gia khoáng có thể phân thành 2 loại là: Phụ gia khoáng thiên
nhiên và phụ gia khoáng nhân tạo.

 Phụ gia khoáng thiên nhiên:
Phụ gia khoáng thiên nhiên thường được gọi là Puzơlan tự nhiên (Pozzolan-Pu).
Puzơlan tự nhiên được quản lý theo tiêu chuẩn TCVN 3735:1982 có thể ở dạng
nguyên khai hoặc đã gia nhiệt để tăng hoạt tính. Loại phụ gia này thường xuất hiện
trong các tầng trầm tích dưới dạng đá bọt, sét, đá phiến sét, tro, túp núi lửa. Puzơlan
được xác định như một loại vật liệu có chứa nhiều SiO2 không kết tinh, hầu như không
có khả năng tự rắn chắc của chất kết dính thủy, nhưng trong điều kiện ẩm khi gặp
được thành phần Ca(OH)2 ở nhiệt độ thường có khả năng phản ứng để tạo hợp chất
mới có tính xi măng góp phần quan trọng với cường độ bê tông.

 Phụ gia khoáng nhân tạo:
Ngày nay phụ gia khoáng thiên nhiên ngày càng cạn kiệt, bởi vậy phụ gia khoáng nhân
tạo càng được sử dụng rộng rãi. Với sự tiến bộ của khoa học công nghệ, một số phụ
gia khoáng nhân tạo có hoạt tính Puzơlanic cao đang được sử dụng ngày càng rộng rãi,
tuy nhiên một số phụ gia khoáng nhân tạo giá thành cao.
14


Phụ gia khoáng nhân tạo được sử dụng rộng rãi tại nhiều nước trên thế giới là tro bay
(FA), Silicafume (SF), tro trấu (RHA), xỉ lò cao (BFS). Sự khác nhau về nguồn gốc và

điều kiện hình thành của các phụ gia khoáng nhân tạo dẫn đến sự khác nhau về hoạt
tính Puzơlanic, bởi vậy hiệu quả sử dụng chúng trong xi măng và bê tông sẽ khác
nhau.
+ Tro bay (Fly Ash-FA)
Tro bay là phế thải mịn thu được từ việc đốt than ở nhà máy nhiệt điện, có dạng hình
cầu, kích thước mịn nhỏ, hàm lượng SiO2 chưa kết tinh cao. Tro bay muốn sử dụng tốt
phải tuyển để giảm lượng cacbon xuống mức tối thiểu. Bởi đặc điểm dạng cầu nên tro
bay hoạt động trong hỗn hợp bê tông có thể tăng tác dụng bôi trơn và giảm lượng cần
nước trong bê tông. Tro bay hạt càng mịn càng tốt. Đường kính của phần lớn các hạt
nằm trong khoảng 1m tới 100m, tỷ diện khoảng 2500-:-6000cm2/g. Tỷ lệ pha tro
bay có thể từ 15-:-30% tổng lượng chất kết dính tùy thuộc vào loại xi măng và yêu
cầu cụ thể với bê tông. Tỷ lệ pha trộn thích hợp cần thông qua thí nghiệm.
+ Silicafume (Silica Fume-SF hay Microsilica)
Silicafume là sản phẩm phụ thu được từ công nghệ sản xuất silic hoặc hợp kim sắt silic. Silicafume là phụ gia bột khoáng hoạt tính cao với 2 đặc tính trọng yếu:
- Lý tính: Silicafume gồm các hạt rất nhỏ có đường kính từ 0,01 đến 10 m (hạt
silicafume có thể nhỏ hơn 100 lần hạt xi măng) có tác dụng nhét kẽ rất tốt các lỗ rỗng
nhỏ tới micron do các hạt xi măng để lại và ở chỗ tiếp giáp giữa xi măng với cốt liệu
do đó cải thiện đáng kể vi cấu trúc của bê tông. Các hạt silicafume siêu mịn ngoài việc
làm cho lỗ rỗng nhỏ hơn còn làm cho lỗ rỗng ít liên tục hơn do đó làm giảm sự thẩm
thấu của ion clo vào bê tông. Nhờ có hiệu ứng này nên sử dụng silicafume sẽ tăng độ
đặc chắc, tăng cường độ, kể cả cường độ ban đầu, độ bền mài mòn, độ lâu bền và tăng
khả năng chống thấm của bê tông. Như vậy, tăng chất lượng bê tông rõ rệt.
- Hóa tính: Hàm lượng Si02 ở dạng vô định hình rất cao, chiếm từ 85 đến 98% theo
trọng lượng do đó có thể tham gia quá trình phản ứng thủy hóa với xi măng tạo các sản
phẩm khoáng có lợi là các khoáng C-S-H bền vững và hạn chế bớt thành có hại là
thành phần vôi Ca(OH)2 dễ hòa tan và gây ra các loại xâm thực khác nhau. Hiệu ứng
này mạnh hơn so với các phụ gia khoáng hoạt tính khác do silicafume có độ mịn cao
hơn nhiều.
15