Nghiên cứu sử dụng cát đồi tại các xã vùng đông, thành phố tam kỳ, tỉnh quảng nam để thay thế một phần cát sông trong chế tạo bê tông

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN THÀNH ĐỨC

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT ĐỒI TẠI CÁC XÃ VÙNG
ĐÔNG - TAM KỲ, TỈNH QUẢNG NAM ĐỂ THAY THẾ MỘT
PHẦN CÁT SÔNG TRONG CHẾ TẠO BÊ TÔNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Đà Nẵng, Năm 2019


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN THÀNH ĐỨC

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT ĐỒI TẠI CÁC XÃ VÙNG
ĐÔNG - TAM KỲ, TỈNH QUẢNG NAM ĐỂ THAY THẾ MỘT
PHẦN CÁT SÔNG TRONG CHẾ TẠO BÊ TÔNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD và CN
Mã ngành: 85.80.201

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Người hướng dẫn: PGS.TS. ĐẶNG CÔNG THUẬT

Đà Nẵng, Năm 2019


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sỹ ngành Kỹ thuật Xây dựng Công trình Dân
dụng & Công nghiệp với đề tài: "Nghiên cứu sử dụng cát đồi tại các xã vùng Đông
– Tam Kỳ, tỉnh Quảng Nam để thay thế một phần cát sông trong chế tạo bê tông" là
công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thực. Tất cả các trích dẫn
đã được ghi rõ nguồn gốc.
Học viên

Nguyễn Thành Đức


TÓM TẮT LUẬN VĂN
NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT ĐỒI TẠI CÁC XÃ VÙNG ĐÔNG, THÀNH
PHỐ TAM KỲ,TỈNH QUẢNG NAM ĐỂ THAY THẾ MỘT PHẦN CÁT SÔNG
TRONG CHẾ TẠO BÊ TÔNG
Học viên: Nguyễn Thành Đức
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình Dân dụng và Công nghiệp
Mã số: 85.80.201
Khóa: K35.XDD.ĐN, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN
Tóm tắt:
Bê tông là loại vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới hiện nay. Sau
nước, bê tông được đặt ở vị trí thứ hai. Việc sử dụng cát sông là rất cần thiết trong chế
tạo bê tông. Cát là vật liệu xây dựng bê tông cơ bản cần thiết với số lượng lớn. Trong
luận văn này, tác giả sử dụng cát ở các cồn (trong luận văn gọi là cát đồi) để thay thế
cát sông có thể được sử dụng làm cốt liệu mịn thay thế trong vữa và bê tông. Tác giả

đã khảo sát, thí nghiệm các tính chất của bê tông như cường độ nén của bê tông bằng
cách thay thế cát sông bởi cát đồi ở các mức khác nhau (15%, 25% và 35%). Kết quả
đã chứng minh rằng, chúng ta có thể thay thế cát sông bằng cát cồn đến tỷ lệ 25%
(75% cát sông) sẽ tạo ra bê tông có cường độ nén phù hợp.
RESEARCH ON THE USING OF DUNE SAND IN EASTERN
COMMUNES, TAM KY CITY, QUANG NAM PROVINCE TO REPLACE A
PART OF RIVER SAND IN CONCRETE MANUFACTURING
Summary:
The most widely used material in this world is concrete. After water, concrete is
placed in second position. The use of natural sand in conventional concrete has
become of vital importance which is scarce to obtain. Sand is basic concrete making
construction material required in large quantities. Dune sand is one among such
materials to replace river sand which can be used as an alternative fine aggregate in
mortars and concrete. An attempt had been made in the present investigation to discuss
the properties of concrete such as compressive strength of concrete which is prepared
by replacing natural sand with dune sand at different replacement levels (15%, 25%
and 35%). The results have predicted that replacement of river sand with dune sand in
order of 25% will produce concrete of satisfactory compressive strength.


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .........................................................................................................
TÓM TẮT LUẬN VĂN................................................................................................
MỤC LỤC ....................................................................................................................
DANH MỤC BẢNG .....................................................................................................
DANH MỤC HÌNH ......................................................................................................
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1
1. Lý do chọn đề tài........................................................................................................ 1
2. Mục tiêu đề tài............................................................................................................ 2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................................. 3

4. Nội dung nghiên cứu .................................................................................................. 3
5. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................... 3
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ................................................................................... 4
7. Cấu trúc của luận văn ................................................................................................. 4
CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ CÁC VẬT LIỆU CẤU THÀNH....... 5
1.1. Tổng quan về bê tông và các vật liệu cấu thành ...................................................... 5
1.1.1. Tổng quan về bê tông .................................................................................. 5
1.1.2. Tính chất cơ học của bê tông ....................................................................... 7
1.1.3. Co ngót của bê tông ..................................................................................... 8
1.1.4. Các vật liệu cấu thành .................................................................................. 9
1.2. Nguyên lý hình thành bê tông thông qua phản ứng thủy hóa của xi măng ........... 13
1.2.1. Giai đoạn hòa tan ....................................................................................... 14
1.2.2. Giai đoạn hóa keo ...................................................................................... 15
1.2.3. Giai đoạn kết tinh ....................................................................................... 15
1.3. Tổng quan một số nghiên cứu ứng dụng và khai thác sử dụng cát mịn để chế tạo
bê tông xi măng ............................................................................................................ 15
1.3.1. Các nghiên cứu ứng dụng cát mịn có nguồn gốc từ cát biển để chế tạo bê
tông xi măng ................................................................................................................. 15
1.3.2. Khai thác sử dụng cát mịn có nguồn gốc từ cát biển để chế tạo bê tông
xi măng ......................................................................................................................... 18
1.3.3. Ảnh hưởng của cát hạt mịn có nguồn gốc từ cát biển trong quá trình chế
tạo, sử dụng bê tông xi măng ........................................................................................ 19
1.4. Nhận xét chương 1................................................................................................. 20


CHƯƠNG 2. ĐẶC TÍNH CƠ LÝ, HÓA HỌC CỦA CÁT ĐỒI CỠ HẠT NHỎ
VÀ CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG .......................................................... 21
2.1. Tổng quan về cát đồi ven biển miền Trung và cát đồi vùng Đông, Tam Kỳ ........ 21
2.1.1. Tổng quan về cát đồi ven biển miền Trung Việt Nam .............................. 21
2.1.2. Đặc điểm cát đồi khu vực vùng Đông Tam Kỳ ......................................... 21

2.2. Các chỉ tiêu cần xác định đối với cát đồi ............................................................... 22
2.3. Phương pháp xác định cường độ nén của bê tông ................................................. 22
2.3.1 Tiêu chuẩn và thiết bị thí nghiệm ............................................................... 22
2.3.2 Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của bê tông ................................. 25
2.4. Những yếu tố ảnh hưởng đến cường độ nén của bê tông ...................................... 27
2.4.1. Ảnh hưởng của hàm lượng muối chứa trong cát đồi ................................. 27
2.4.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ cát đồi thay thế cát sông trong hỗn hợp bê tông ...... 27
2.4.3. Mác xi măng và tỷ lệ X/N .......................................................................... 27
2.4.4. Hàm lượng và tính chất của cốt liệu .......................................................... 29
2.4.5. Cấu tạo của bê tông .................................................................................... 30
2.4.6. Phụ gia tăng dẻo ......................................................................................... 30
2.4.7. Phụ gia đông kết nhanh .............................................................................. 30
2.4.8. Cường độ bê tông tăng theo thời gian ....................................................... 30
2.4.9. Điều kiện môi trường bảo dưỡng ............................................................... 31
2.4.10. Điều kiện thí nghiệm ............................................................................... 31
2.5. Nhận xét chương 2................................................................................................. 31
CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ
TÔNG SỬ DỤNG CÁT ĐỒI VÙNG ĐÔNG, TAM KỲ ĐỂ THAY THẾ MỘT PHẦN
CÁT SÔNG TRONG THÀNH PHẦN CẤP PHỐI ..................................................... 32
3.1. Mục đích thí nghiệm .............................................................................................. 32
3.2. Xác định các chỉ tiêu của các thành phần cấp phối ............................................... 32
3.2.1. Xi măng...................................................................................................... 32
3.2.2. Cốt liệu nhỏ (cát) ....................................................................................... 33
3.3. Tính toán thành phần cấp phối cho các hỗn hợp bê tông cấp bền B20 ................. 46
3.4. Quy trình đúc mẫu ................................................................................................. 47
3.4.1. Tính toán liều lượng vật liệu cho mẻ trộn ................................................. 47
3.4.2. Trộn hỗn hợp bê tông và xác định độ sụt .................................................. 48
3.4.3. Chọn khuôn đúc và tiến hành đúc mẫu ...................................................... 48

3.4.4. Quy trình bảo dưỡng mẫu .......................................................................... 49
3.5. Quy trình nén mẫu và kết quả thí nghiệm ............................................................. 49
3.5.1. Quy trình nén mẫu ..................................................................................... 49
3.5.2. Kết quả thí nghiệm - Cường độ nén ở tuổi t = 3, 7, 14, 28, 60 ngày ......... 50
3.6. So sánh kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén của mẫu bê tông ......................... 52
3.6.1. Đối với cát đồi Vạn Ninh, Khánh Hòa ...................................................... 52
3.6.2. Đối với cát đụn ven biển Đà Nẵng ............................................................ 53
3.7. Nhận xét chương 3................................................................................................. 57
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................................... 58
1. Kết luận..................................................................................................................... 58
2. Kiến nghị .................................................................................................................. 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 60


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Hàm lượng tối đa cho phép của muối hòa tan, ion sunfat, ion clorua và cặn
không tan trong nước trộn vữa (mg/l) .......................................................................... 12
Bảng 1.2. Hàm lượng tối đa cho phép của muối hòa tan, ion sunfat, ion clorua và cặn
không tan trong nước dùng để rửa cốt liệu và bảo dưỡng bê tông (mg/l) .................... 13
Bảng 1.3. Yêu cầu về thời gian đông kết của xi măng và cường độ chịu nén của vữa 13
Bảng 3.1 So sánh chỉ tiêu chất lượng của xi măng Sông Gianh PCB40 với TCVN.32
Bảng 3.2 Các tính chất cơ lý của cát sông Tam Kỳ ..................................................... 34
Bảng 3.3 Thành phần hạt của cát sông Tam Kỳ ........................................................... 33
Bảng 3.4. Hàm lượng muối trong các mẫu cát đồi vùng Đông - Tam Kỳ theo kết quả
kiểm nghiệm của Phòng Thí nghiệm thuộc Đài Khí tượng - thủy văn Khu vực Trung
Trung Bộ...............................................................................................................36
Bảng 3.5. Các tính chất cơ lý của cát đồi Tam Phú, mẫu M1 - vị trí 1 ........................ 37
Bảng 3.6. Thành phần hạt của cát đồi Tam Phú, mẫu M3 - vị trí 3 ............................. 37
Bảng 3.7. Các tính chất cơ lý của hỗn hợp cát 01 (85% cát sông + 15% cát đồi) ....... 39
Bảng 3.8. Thành phần hạt của hỗn hợp cát 01 (85% cát sông + 15% cát đồi) ............. 39

Bảng 3.9. Các tính chất cơ lý của hỗn hợp cát 02 (75% cát sông + 25% cát đồi) ....... 40
Bảng 3.10. Thành phần hạt của hỗn hợp cát 02 (75% cát sông + 25% cát đồi)........ ..41
Bảng 3.11. Các tính chất cơ lý của hỗn hợp cát 03 (65% cát sông + 35% cát đồi) ..... 40
Bảng 3.12. Thành phần hạt của hỗn hợp cát 03 (65% cát sông + 35% cát đồi) ........... 41
Bảng 3.13. Các tính chất cơ lý của đá dăm 1x2 cm – mỏ đá Chu Lai ......................... 44
Bảng 3.14. Thành phần hạt của đá dăm 1x2cm - mỏ đá Chu Lai ................................ 45
Bảng 3.15. Thành phần cấp phối các hỗn hợp bê tông................................................. 47
Bảng 3.16. Thành phần vật liệu cho một mẻ trộn ứng với từng loại cấp phối ............. 47
Bảng 3.17. Độ sụt của các cấp phối bê tông thí nghiệm .............................................. 48
Bảng 3.18. Cường độ nén trung bình của các mẫu thử ................................................ 50
Bảng 3.19. Tỉ lệ (%) cường độ chịu nén của các mẫu có sử dụng cát đồi so với mẫu đối
chứng chỉ dùng cát sông ............................................................................................... 50
Bảng 3.20. Cường độ nén trung bình của các mẫu thử sử dụng cát đồi Vạn Ninh.......50
Bảng 3.21. Cường độ nén trung bình của các mẫu thử sử dụng cát đụn ven biển Đà
Nẵng..............................................................................................................................51


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Sự phá hoại mẫu thử ........................................................................................ 7
Hình 1.2. Độ co ngót của đá xi măng, vữa, bê tông ........................................................ 9
Hình 1.3. Phạm vi thành phần hạt cho phép của cát dùng chế tạo bê tông ................... 10
Hình 2.1. Cát đồi khu ven biển Miền Trung ................................................................. 20
Hình 2.2. Cát đồi khu vực Tam Phú - Tam Kỳ- Quảng Nam ....................................... 22
Hình 2.3. Máy trộn bê tông 300 lít ................................................................................ 23
Hình 2.4. Dưỡng hộ bê tông .......................................................................................... 24
Hình 2.5. Bộ côn thử độ sụt ........................................................................................... 24
Hình 2.6. Máy nén mẫu bê tông .................................................................................... 25
Hình 2.7. Sự phụ thuộc của cường độ bê tông vào lượng nước nhào trộn [6] .............. 28
Hình 3.1. Cát sông Tam Kỳ ........................................................................................... 34
Hình 3.2. Thành phần hạt của cát sông Tam Kỳ ........................................................... 35

Hình 3.3. Lấy mẫu cát đồi Tam Phú tại thực địa ........................................................... 35
Hình 3.4. Mẫu cát đồi vùng Đông, Tam Kỳ gửi Phòng Thí nghiệm thuộc Đài Khí
tượng - Thủy văn Khu vực Trung Trung Bộ ................................................................. 36
Hình 3.5. Mẫu cát đồi vùng Đông Tam Kỳ – vị trí 3 ................................................... 37
Hình 3.6. Thành phần hạt của cát đồi vùng Đông, Tam Kỳ ( vị trí 3)..................... ... ..38
Hình 3.7. Thành phần hạt của hỗn hợp cát 01 (85% cát sông + 15% cát đồi ............... 40
Hình 3.8. Thành phần hạt của hỗn hợp cát 02 (75% cát sông + 25% cát đồi) .............. 40
Hình 3.9. Thành phần hạt của hỗn hợp cát 03 (65% cát sông + 35% cát đồi) .............. 41
Hình 3.10. Đá dăm 1x2 cm – mỏ Chu lai sử dụng để chế tạo mẫu ............................... 44
Hình 3.11. Thành phần hạt của đá dăm 1x2 cm – mỏ đá Chu Lai........................... ... ..45
Hình 3.12. Khuôn đúc mẫu và mẫu đúc ........................................................................ 49
Hình 3.13. Sự phát triển cường độ theo thời gian khi thay thế cát sông bằng cát đồi
Tam Kỳ, Quảng Nam ................................................................................................... .49
Hình 3.14. Sự phát triển cường độ theo thời gian khi thay thế cát sông bằng cát đồi
Vạn Ninh, Khánh Hòa...................................................................................................51
Hình 3.15. Sự phát triển cường độ theo thời gian khi thay thế cát sông bằng cát ven
biển Đà Nẵng ................................................................................................................52
Hình 3.16. So sánh cường độ bê tông ở 28 ngày tuối ở các nghiên cứu khác nhau .....53


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Tỉnh Quảng Nam nằm ở khu vực Duyên hải miền Trung, có tổng diện tích tự
nhiên 10.438 km², dân số 1.802.000 người, toàn tỉnh có 18 huyện, thị xã, thành phố.
Theo Quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Quảng Nam đến năm 2020,
tầm nhìn đến năm 2030 được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tại Quyết định số
553/QĐ-TTg ngày 15/5/2018 [1], Quảng Nam đặt mục tiêu phấn đấu tốc độ tăng
trưởng GRDP bình quân giai đoạn 2021 - 2025 đạt khoảng 9 - 10%/năm.

Đến năm 2030, Quảng Nam trở thành một trong những tỉnh phát triển của vùng
và cả nước, hội tụ những yếu tố của nền kinh tế tri thức với các ngành định hướng
phát triển mạnh về công nghệ tiên tiến, dịch vụ chất lượng cao, nông nghiệp công
nghệ cao và môi trường an toàn, bền vững; hình thành được một hệ thống kết cấu hạ
tầng kinh tế - xã hội đồng bộ, hoàn thiện và hiện đại.
Để đạt mục tiêu đề ra, thời gian tới, Quảng Nam sẽ tập trung phát triển công
nghiệp - xây dựng; Trong đó, tập trung phát triển cụm ngành động lực lợi thế của
tỉnh, đảm bảo năng lực cạnh tranh và tăng trưởng kinh tế bền vững gắn liền với các
trung tâm đô thị. Khai thác tối đa các cơ hội từ sự liên kết phát triển của vùng Kinh
tế trọng điểm miền Trung và các xu hướng phát triển kinh tế trong nước, thế giới;
đầu tư hoàn chỉnh mạng lưới hạ tầng khung với đầy đủ các hạ tầng sân bay, cảng
biển; kết nối đồng bộ giữa các cụm công nghiệp, các trung tâm đô thị và vùng
nguyên liệu để hướng tới phát triển công nghiệp bền vững; Tiếp tục xây dựng Khu
kinh tế mở Chu Lai theo mô hình khu kinh tế tổng hợp, bao gồm các khu công
nghiệp, khu chế xuất...Như vậy, có thể nhận thấy trong thời gian tới trên địa bàn tỉnh
Quảng Nam việc đầu tư xây dựng các công trình hạ tầng sẽ càng tăng cao, nhu cầu
về vật liệu xây dựng là rất lớn.
Bê tông là loại vật liệu phổ biến thường được sử dụng cho kết cấu bê tông và bê
tông cốt thép, các loại kết cấu này chiếm đến 60% các loại kết cấu xây dựng. Bê tông
truyền thống với thành phần gồm: cốt liệu lớn (đá dăm, sỏi), cốt liệu nhỏ (cát sông,
suối), xi măng, nước và có thể có phụ gia. Cường độ chịu nén là chỉ tiêu đặc trưng
đánh giá chất lượng của bê tông. Hiện nay, bê tông truyền thống được phổ biến cho
các công trình xây dựng. Tuy nhu cầu sử dụng bê tông truyền thống cho các công
trình xây dựng là rất lớn, nhưng hiện nay đang có những trở ngại cho việc đáp ứng
nhu cầu số lượng được cung cấp, nhất là không đáp ứng đủ nhu cầu cát sông dùng
cho chế tạo bê tông. Theo quy hoạch phát triển vật liệu xây dựng tỉnh Quảng Nam


2

đến năm 2020, định hướng đến năm 2030 được UBND tỉnh Quảng Nam phê duyệt
tại Quyết định số 400/QĐ-UBND ngày 27/01/2014, nhu cầu cát xây dựng (kể cả cát
dùng chế tạo bê tông) cho toàn tỉnh từ 2,55 - 3,94 triệu m3/năm [2], chỉ tập trung tại
một số địa phương và dần bị hạn chế, giảm về lượng khai thác.
Tam Kỳ là thành phố trung tâm tỉnh lỵ của tỉnh Quảng Nam, thành phố đạt tiêu
chuẩn đô thị loại 2 vào năm 2016, với tốc độ đô thị hóa nhanh, công trình xây dựng
nhiều, nhưng là địa phương khan hiếm nguồn cát sông dùng trong xây dựng, nhất là
cát dùng cho chế tạo hỗn hợp bê tông. Do trữ lượng, sản lượng khai thác cát sông,
suối trên địa bàn rất ít ỏi nên nguồn cát phục vụ xây dựng chủ yếu được vận chuyển
từ địa phương khác, kể cả ngoại tỉnh; chất lượng cát ngày càng kém, nhất là hàm
lượng bùn, bụi bẩn trong cát ngày càng cao, bên cạnh đó, việc khai thác quá mức từ
nguồn cát từ sông, suối đang gây ra quá nhiều hệ lụy về môi trường, đặc biệt là vấn
đề sạt lở hai bên bờ sông suối. Vì vậy, cần thiết phải tìm kiếm và nghiên cứu sử dụng
nguồn cát khác cát truyền thống, như cát đồi tại khu vực các xã vùng Đông của thành
phố (Tam Phú, Tam Thăng, Tam Thanh) để thay thế một phần cát sông (suối) dùng
trong chế tạo bê tông, nhằm tận dụng nguồn vật liệu dồi dào sẵn có tại địa phương,
giảm bớt chi phí xây dựng công trình, giảm bớt áp lực của việc phải sử dụng toàn bộ
cát sông (suối) trong việc chế tạo bê tông, từ đó giảm bớt những hệ lụy về môi
trường của việc khai thác cát từ sông, suối.
Do đó, đề tài “Nghiên cứu sử dụng cát đồi tại các xã vùng Đông - Tam Kỳ, tỉnh
Quảng Nam để thay thế một phần cát sông trong chế tạo bê tông” nhằm tiến hành
nghiên cứu sự phát triển cường độ chịu nén của bê tông sử dụng xi măng PCB40 với
vật liệu được khai thác tại chỗ, sẽ là tiền đề cho việc thiết kế thành phần cấp phối
chính xác cho bê tông khi sử dụng cát đồi để thay thế một phần cát sông (suối), góp
phần trong việc sử dụng tiết kiệm, hiệu quả nguồn tài nguyên cát sông, cát suối ngày
càng khan hiếm, đáp ứng nhu cầu xây dựng ngày càng lớn của khu vực thành phố
Tam Kỳ nói riêng và tỉnh Quảng Nam nói chung.

2. Mục tiêu đề tài
Nghiên cứu cường độ của bê tông khi sử dụng cát đồi tại các xã vùng Đông Tam Kỳ (gồm Tam Phú, Tam Thăng, Tam Thanh) để thay thế một phần cát sông

trong chế tạo bê tông theo những tỉ lệ nhất định. Thông qua các nghiên cứu thực
nghiệm nhằm xác định cường độ chịu nén theo thời gian trong điều kiện bảo dưỡng
chuẩn tại phòng thí nghiệm.


3

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Hỗn hợp bê tông khi sử dụng cát đồi tại các xã vùng
Đông - Tam Kỳ để thay thế một phần cát sông trong chế tạo bê tông.
- Phạm vi nghiên cứu: Xác định cường độ chịu nén theo thời gian trong các điều
kiện bảo dưỡng chuẩn tại phòng thí nghiệm của bê tông khi sử dụng cát đồi tại các xã
vùng Đông - Tam Kỳ để thay thế một phần cát sông với những hàm lượng thay thế
nhất định để chế tạo bê tông có cấp độ bền B20, với mốc thời gian khảo sát: 3, 7, 14,
28, 60 ngày kể từ ngày đúc mẫu bê tông. Nghiên cứu 03 cấp phối bê tông có thay thế
cát sông bằng cát đồi tại các xã vùng Đông - Tam Kỳ với các tỷ lệ thay thế 15%,
25% và 35%. Sử dụng xi măng PCB 40 Sông Gianh; cát vàng sông Tam Kỳ; cát đồi
vùng Đông - Tam Kỳ (khu vực xã Tam Phú); đá dăm 1x2 cm (mỏ đá Chu Lai, Núi
Thành – Quảng Nam); nước máy (nguồn nhà máy nước Tam Kỳ).
4. Nội dung nghiên cứu
- Tổng quan về bê tông.
- Tổng quan về nguồn cát đồi tại các xã vùng Đông - Tam Kỳ.
- Nghiên cứu tận dụng nguồn cát đồi tại các xã vùng Đông - Tam Kỳ để thay
thế một phần cát sông với những hàm lượng nhất định trong việc chế tạo hỗn hợp bê
tông.
- Thí nghiệm tính chất cơ lý, hóa học của cát đồi tại các xã vùng Đông - Tam
Kỳ.
- Đánh giá tính khả thi của việc sử dụng cát đồi tại các xã vùng Đông - Tam
Kỳ để thay thế cát sông với những hàm lượng nhất định trong việc chế tạo hỗn hợp
bê tông.

5. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết.
- Khảo sát thực nghiệm bằng cách dần thay thế cát sông bằng cát đồi khu vực
các xã Vùng Đông - Tam Kỳ với những hàm lượng nhất định trong việc chế tạo hỗn
hợp bê tông.
- Tổng hợp, phân tích đánh giá, rút ra kết luận.


4

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Từ kết quả nghiên cứu có thể áp dụng vào việc chế tạo những cấu kiện, sản
phẩm bê tông sử dụng cát đồi thay thế một phần cát sông, góp phần giảm giá thành,
đẩy nhanh tiến độ thi công xây dựng công trình; đồng thời, việc thay thế thành công
một phần cát sông bằng cát đồi trong chế tạo bê tông sẽ góp phần vào việc sử dụng
cát sông có hiệu quả, tiết kiệm, giảm thiểu tác động xấu đến môi trường do việc khai
thác quá mức nguồn cát sông đang ngày càng cạn kiệt.

7. Cấu trúc của luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo trong luận văn gồm có các
chương như sau:
Chương 1: Tổng quan về bê tông và các vật lıệu cấu thành
Chương 2: Đặc tính cơ lý, hóa học của cát đồı cỡ hạt nhỏ và cường độ chịu nén
của bê tông
Chương 3: Thực nghıệm xác định cường độ chịu nén của bê tông sử dụng cát đồı
tạı các xã vùng đông- tam kỳ để thay thế một phần cát sông trong thành phần cấp phốı


5

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ CÁC VẬT LIỆU CẤU THÀNH
1.1. Tổng quan về bê tông và các vật liệu cấu thành
1.1.1. Tổng quan về bê tông
Bê tông là một hỗn hợp được tạo thành từ cát, đá, xi măng, nước… Trong đó cát
và đá chiếm 80% - 85%, xi măng chiếm 8% - 15%, còn lại là khối lượng của nước,
ngoài ra còn có chất phụ gia thêm vào để đáp ứng yêu cầu cần thiết. Có nhiều loại bê
tông tùy thuộc vào thành phần của hỗn hợp trên. Mỗi thành phần cát, đá, xi măng …
khác nhau sẽ tạo thành nhiều Mác bê tông khác nhau [3].
1.1.1.1. Phân loại bê tông
a). Phân loại theo dạng chất kết dính:
Bê tông xi măng, bê tông silicat (chất kết dính là vôi), bê tông thạch cao, bê tông
chất kết dính hỗn hợp, bêtông polime, bê tông dùng chất kết dính đặc biệt.
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%.
Phân loại theo công dụng:
Bê tông thường dùng trong các kết cấu bê tông cốt thép (móng, cột, dầm, sàn).
Bê tông thủy công, dùng để xây đập, âu thuyền, phủ lớp mái kênh, các công trình
dẫn nước...
Bê tông dùng cho mặt đường, sân bay, lát vỉa hè.
Bê tông dùng cho kết cấu bao che (thường là bê tông nhẹ).
Bê tông có công dụng đặc biệt như bê tông chịu nhiệt, chịu axit, bê tông chống
phóng xạ.
Trong phạm vi chương trình ta chỉ chủ yếu nghiên cứu về bê tông nặng dùng chất
kết dính xi măng.
b)Phân loại 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 axit).
c) Phân loại theo khối lượng thể tích:

6

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 = 2200 ÷ 2500 kg/m3), chế tạo từ cát, đá, sỏi thông thường
dùng cho kết cấu chịu lực.
Bê tông tương đối nặng (ρv = 1800 ÷ 2200 kg/m3), dùng chủ yếu cho kết cấu
chịu lực
Bê tông nhẹ (ρv = 500 ÷ 1800 kg/m3), trong đó gồm có bê tông nhẹ cốt liệu rỗng
(nhân tạo hay thiên nhiên), bê tông tổ ong (bê tông khí và bê tông bọt), chế tạo từ hỗn
hợp chất kết dính, nước, cấu tử silic nghiền mịn và chất tạo rỗng, và 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 ρv< 500 kg/m3.
1.1.1.2. Cấu tạo và cấu trúc
Hỗn hợp bê tông là hỗn hợp chứa các thành phần chủ yếu là xi măng, nước, cát,
cốt liệu lớn (đá, sỏi). Ngày nay khi đa số bê tông tươi đều có sử dụng các chất phụ gia
thì phụ gia trở thành thành phần quan trọng trong hỗn hợp bê tông, có tác động đến
cấu trúc của hỗn hợp bê tông.
Khi nhào trộn các thành phần khoáng vật của xi măng sẽ xảy ra phản ứng thủy
hóa, các chất cấu thành trên xi măng và trở thành hỗn hợp chất kết dính gốc trong hỗn
hợp bê tông và Ca(OH)2 và trở thành hỗn hợp chất kết dính gốc trong hỗn hợp bê
tông. Dung dịch liên kết các cốt liệu nhỏ (cát) tạo nên dung dịch hồ kết dính vữa xi
măng (đây là chất kết dính thứ cấp). Cuối cùng dung dịch hồ kết dính vữa xi măng
chui vào kẽ hở của các hạt cốt liệu này và chúng tạo ra cấu trúc hỗn hợp bê tông hoàn
chỉnh.
- Có thể phân cấu trúc hỗn hợp bê tông thành các cấu trúc con.
- Cấu trúc xương của cốt liệu lớn.

- Cấu trúc vi mô của hồ kết dính vữa xi măng (như là môi trường liên kết các hạt
cốt liệu lớn trong cấu trúc bộ xương khung).
Cấu trúc tiếp giáp giữa hồ xi măng và bề mặt cốt liệu lớn (vùng tiếp giáp cốt liệu):
Với các khung xương cốt liệu lớn được biểu hiện qua lực dính vữa xi măng lên bề mặt
các hạt cốt liệu lớn (lực dính này chỉ hình thành khi kết thúc quá trình ninh kết hỗn
hợp bê tông có cấu trúc ổn định và mất hoàn toàn tính dẻo).
Vùng tiếp giáp này tồn tại các lỗ rỗng do nước tách ra để lại và là vùng yếu nhất
trong cấu trúc bê tông. Tại đây có thể xuất hiện các vết nứt và các vùng ứng suất cục


7

bộ đầu tiên trong bê tông khi chịu lực và chịu tác động của các yếu tố môi trường gây
ăn mòn với bê tông.
1.1.2. Tính chất cơ học của bê tông
Cường độ của bê tông là chỉ tiêu quan trọng thể hiện khả năng chịu lực của vật
liệu. Cường độ của bê tông phụ thuộc vào thành phần và cấu trúc của nó. Với bê tông,
cần xác định cường độ chịu nén và cường độ chịu kéo [4].
1.1.2.1. Cường độ chịu nén
Cường độ chịu nén của bê tông là khả năng chịu ứng suất nén của mẫu bê tông.
Mẫu có thể chế tạo bằng các cách khác nhau: lấy hỗn hợp bê tông đã được nhào trộn
để đúc mẫu hoặc dùng thiết bị chuyên dùng khoan lấy mẫu từ kết cấu có sẵn. Mẫu để
đo cường độ có kích thước 150x150x150 mm, được thực hiện theo điều kiện chuẩn
trong thời gian 28 ngày.
Bê tông thông thường có R = 5÷30 MPa. Bê tông có R > 40MPa là loại cường độ
cao. Hiện nay, người ta đã chế tạo được các loại bê tông đặc biệt có R ≥ 80MPa.
Khi bị nén, ngoài biến dạng co ngắn theo phương tác dụng lực, bê tông còn bị nở
ngang. Thông thường chính sự nở ngang quá mức làm cho bê tông bị nứt và bị phá vỡ.
Nếu hạn chế được mức độ nở ngang của bê tông có thể làm tăng khả năng chịu nén
của nó. Trong thí nghiệm nếu không bôi trơn mặt tiếp xúc giữa mẫu thử và bàn nén thì

tại đó sẽ xuất hiện lực ma sát có tác dụng cản trở sự nở ngang, kết quả mẫu bị phá hoại
theo hình tháp đối đỉnh như hình 1.2b. Nếu bôi trơn mặt tiếp xúc để bê tông tự do nở
ngang thì khi biến dạng ngang quá mức trong mẫu sẽ xuất hiện các vết nứt dọc và sự
phá hoại xảy ra như trên hình 1.2c. Cường độ của mẫu được bôi trơn thấp hơn cường
độ của mẫu khối vuông có ma sát. Điều này có thể giải thích là do ma sát làm cản trở
biến dạng ngang, với mẫu khối khi cạnh a tăng thì R giảm và cường độ của mẫu hình
trụ thấp hơn cường độ của mẫu khối vuông.
a)

b)
2

c)

3

1
3
2

Hình 1.1. Sự phá hoại mẫu thử
1 - Mẫu; 2 - Bàn máy nén; 3 - Ma sát; 4 - Bê tông bị ép vụn;
5 - Hình tháp phá hoại 6 - Vết nứt dọc trong mẫu.


8

1.1.2.2. Cường độ chịu uốn
Cường độ chịu uốn là một thông số đo cường độ chịu kéo của bê tông. Nó được
đo trên cơ sở uốn dầm bê tông. Thông thường cường độ chịu uốn bằng khoảng 10-20

phần trăm cường độ chịu nén của bê tông, tùy thuộc vào kích thước, hình dạng của các
loại cốt liệu.
Tuy nhiên việc xác định mối quan hệ giữa cường độ chịu uốn và cường độ chịu
nén của bê tông một cách chính xác nhất là thông qua việc thực hiện thí nghiệm mẫu.
1.1.3. Co ngót của bê tông
Co ngót là hiện tượng bê tông giảm thể tích khi khô cứng trong không khí. Hiện
tượng co ngót liên quan đến quá trình thủy hóa xi măng, đến sự bốc hơi lượng hơi
nước thừa khi bê tông khô cứng. Co ngót xảy ra chủ yếu trong giai đoạn khô cứng đầu
tiên của bê tông. Trong điều kiện bình thường, sau vài năm thì biến dạng tỉ đối do co
ngót có thể đạt đến (3÷5)10-4. Độ co ngót phát triển mạnh trong thời kỳ đầu và giảm
dần theo thời gian sau đó tắt hẳn [4].
Co ngót của bê tông có mấy dạng cơ bản sau:
- Hiện tượng tự co (Autogenous shrinkage): Xảy ra do quá trình hydrat hóa của
xi măng;
- Co khô (Drying shrinkage): xảy ra do sự thiếu hụt độ ẩm trong bê tông trong
quá trình bê tông cứng hóa;
- Co ngót do quá trình các bô nát (Carbonation shrinkage): xảy ra do một vài sản
phẩm của quá trình hydrat hóa tác dụng với CO2.
Bê tông bị co ngót do nhiều nguyên nhân, trước hết là sự mất nước trong các gel
đá xi măng. Khi mất nước các mầm tinh thể xích lại gần nhau và đồng thời các gel
cùng dịch chuyển làm cho bê tông bị co. Quá trình cacbonat hóa hyđrôxi can xi trong
đá xi măng cũng là nguyên nhân gây ra co ngót, co ngót còn là hậu quả của việc giảm
thể tích tuyệt đối của hệ xi măng - nước. Ngoài ra, độ co ngót còn phụ thuộc vào chế
độ bảo dưỡng, khi bảo dưỡng nhiệt ẩm độ co ngót xảy ra mạnh và nhanh chóng hơn
trong điều kiện thường nhưng trị số cuối cùng lại nhỏ hơn 10 - 15%; nhiệt độ chưng
hấp càng cao, độ co ngót cuối cùng càng nhỏ.
Sự co của mạng tinh thể bị cốt liệu cản trở gây ra ứng suất kéo ban đầu trong đá
xi măng. Sự co không đều trong khối bê tông hoặc co ngót bị ngăn trở làm phát sinh
ứng suất kéo và có thể làm bê tông bị nứt. Bê tông bị nứt làm giảm cường độ, độ

9

chống thấm trong môi trường xâm thực.Vì vậy đối với những kết cấu bê tông có chiều
dài và diện tích lớn, để tránh nứt người ta phân đoạn để tạo thành các khe co giãn.
Để giảm co ngót cần chọn thành phần thích hợp, hạn chế lượng nước trộn, đầm
chặt bê tông, giữ cho bê tông thường xuyên ẩm trong giai đoạn đầu (dưỡng hộ). Để
khắc phục ảnh hưởng xấu của co ngót cần dùng những biện pháp cấu tạo thích hợp, đặt
cốt thép ở những nơi cần thiết, làm các khe co giãn trong kết cấu và tạo mạch ngừng
khi thi công [4].

Ghi chú:
1- Co ngót của đá xi măng
2- Co ngót của vữa
3- Co ngót của bê tông.

Hình 1.2. Độ co ngót của đá xi măng, vữa, bê tông
Trị số co ngót phụ thuộc vào lượng, loại xi măng, lượng nước, tỷ lệ cát trong hỗn
hợp cốt liệu và chế độ bảo dưỡng. Độ co ngót trong đá xi măng lớn hơn trong hỗn hợp
và bê tông (Biểu đồ 1.1).
1.1.4. Các vật liệu cấu thành
1.1.4.1. Xi măng
Xi măng là thành phần chất kết dính để liên kết các hạt cốt liệu với nhau tạo ra
cường độ cho bê tông. Chất lượng và hàm lượng xi măng là yếu tố quan trọng quyết
định cường độ cho bê tông. Hiện nay có rất nhiều loại xi măng để sản xuất bê tông như
xi măng pooc lăng, xi măng pooc lăng bền sunfat, xi măng pooc lăng xỉ, xi măng pooc
lăng puzolan... Việc lựa chọn mác xi măng là rất quan trọng khi thiết kế thành phần
cấp phối của bê tông đểvừa đảm bảo các yêu cầu thiết kế, vừa đảm bảo tính kinh tế.
Yêu cầu kỹthuật của xi măng được quy định theo TCVN 2682 : 2009 [5]. Để có loại
bê tông có chất lượng tốt, nên sử dụng loại xi măng có mác tỷ lệ thuận với mác bê tông

cần đạt. Lượng xi măng dùng phải lớn hơn lượng xi măng tối thiểu và nhỏ hơn lượng
xi măng tối đa do tiêu chuẩn quy định để sản xuất được bê tông có độ dẻo và tính công
tác quy định mà không vượt hàm lượng nước tối đa. Lượng xi măng tối thiểu là 300
kg/m3, lượng xi măng tối đa là 500 kg/m3.


10

Thành phần chính của xi măng pooc lăng bao gồm:
- C3S: 3CaO.SiO2(35%÷ 65%);
- C2S: 2CaO.SiO2(10%÷ 40%);
- C3A: 3CaO.Al2O3;
- C4AF: 4CaO. Al2O3Fe2O3;
- Thành phần khác (sunfat, alcali,...).
Xi măng PCB 40 dùng để thiết kế cấp phối bê tông cần đạt các chỉ tiêu kỹ thuật
dùng cho bê tông được quy định theo TCVN6260: 2009 [6].
1.1.4.2. Cốt liệu nhỏ (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
khối bê tông đặc chắc. Cát cũng là thành phần hạt và hàm lượng tạp chất (hàm lượng
SiO2≥ 98%, lượng bụi bẩn không lớn hơn 1%).

Hình 1.3. Phạm vi thành phần hạt cho phép của cát dùng chế tạo bê tông
Nếu cát có thành phần hạt hợp lý sẽ tiết kiệm được xi măng, cường độ bê tông sẽ
cao. Thành phần hạt của cát được xác định thông qua thí nghiệm lượng hạt lọt qua các
sàng tiêu chuẩn: theo TCVN 7570:2006 [7] là các sàng có kích thước lỗ 5 mm, 2,5
mm, 1,25 mm, 0,63 mm, 0,315 mm, 0,14 mm. Khi thiết kế cấp phối, cỡ hạt của cát
phải thỏa mãn đường cong thực nghiệm nằm trong phạm vi cho phép ở biểu đồ thành

11

phần hạt theo quy định TCVN 7570:2006 (Biểu đồ 1.2).
1.1.4.3. Cốt liệu lớn (Đá dăm, sỏi)
Cốt liệu lớn có thể sử dụng là sỏi hoặc đá dăm. Sỏi là cốt liệu cần nhiều nước, tốn
xi măng, dễ đầm, dễ đổ nhưng lực dính bám với vữa xi măng nhỏ nên cường độ bê
tông sỏi thấp hơn bê tông đá dăm. Do đó trong xây dựng các kết cấu công trình thường
sử dụng cốt liệu lớn là đá dăm. Cốt liệu lớn thường có kích thước: 5 ÷ 70 mm (TCVN
7570 – 2006) [10] và từ 2,36 ÷ 63 mm (theo ASTM) [8].
Chất lượng cốt liệu lớn được đặc trưng bằng các yếu tố: cường độ, thành phần
hạt và độ lớn, lượng tạp chất. Cường độ của đá dăm được xác định thông qua nén mẫu
đá gốc, còn sỏi được xác định thông qua thí nghiệm nén trong xi lanh bằng thép và
được gọi là nén dập trong trạng thái bão hòa nước. Mác của đá dăm phải tương đương
với mác của bê tông.
Chất lượng của đá dăm ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của bê tông. Do đó yêu
cầu hàm lượng hạt dẹt không được vượt quá 25%, lượng hạt yếu và phong hóa không
vượt quá 10% theo khối lượng, còn lượng tạp chất bên trong chủ yếu là đất sét, bụi,
bùn, tạp chất hữu cơ, muối, đá silic vô định hình và đá diệp thạch silic thường phải rất
nhỏ (< 2%), theo TCVN 7572:2006 [9].
Thành phần của đá dăm được xác định thông qua thí nghiệm sàng đá trên bộ sàng
tiêu chuẩn có kích thước lỗ sàng là 70 mm, 40 mm, 20 mm, 10 mm và 5 mm (theo
TCVN 7570:2006 [10]), từ đó xác định đường kính hạt lớn nhất tương ứng với cỡ sàng
có lượng sót tích lũy nhỏ hơn và gần 5% nhất và hạt nhỏ nhất của cốt liệu tương ứng
với cỡ sàng có lượng sót tích lũy gần 95%, từ thí nghiệm này xây dựng biểu đồ thành
phần hạt, nếu nằm trong phạm vi cho phép thì cấp phối đạt yêu cầu.
Sau khi sàng phân tích và tính kết quả lượng sót tích lũy, vẽ đường biểu diễn cấp
phối hạt. Nếu đường biểu diễn cấp phối hạt nằm trong phạm vi cho phép thì đạt tiêu
chuẩn về thành phần hạt.
1.1.4.4. Nước
Tiêu chuẩn TCVN 4506:2012 [10] yêu cầu nước trộn bê tông, rửa cốt liệu và bảo

dưỡng bê tông cần có chất lượng thỏa mãn các yêu cầu sau:
- Không chứa váng dầu hoặc váng mỡ;
- Lượng tạp chất hữu cơ không lớn hơn 15 mg/l;
- Độ pH không nhỏ hơn 4 và không lớn hơn 12,5;


12

- Không có màu.
Theo mục đích sử dụng, hàm lượng muối hòa tan, lượng ion sunfat, lượng ion clo
và cặn không tan không được lớn hơn các giá trị quy định trong Mục 1, Bảng 1.1 (đối
với nước trộn bê tông) và Mục 2, Bảng 1.1 (đối với nước dùng để rửa cốt liệu và bảo
dưỡng bê tông).
Bảng 1.1. Hàm lượng tối đa cho phép của muối hòa tan, ion sunfat, ion clorua và cặn
không tan trong nước trộn vữa (mg/l)
Hàm lượng tối đa cho phép

Mục đích sử dụng
Muối
hòa tan

Ion
Sunfat
(SO42-)

Ion
Clo
(Cl-)

Cặn

không tan

1. Nước trộn bê tông và nước trộn
vữa bơm bảo vệ cốt thép cho các kết
cấu bê tông cốt thép ứng lực trước.

2.000

600

350

200

2. Nước trộn bê tông và nước trộn
vữa chèn mối nối cho các kết cấu bê
tông cốt thép.

5.000

2.000

1.000

200

3. Nước trộn bê tông cho các kết cấu
bê tông không cốt thép. Nước trộn
vữa xây dựng và trát.

10.000

2.700

3.500

300

+ Chú thích 1: Khi sử dụng xi măng cao nhôm làm chất kết dính cho bê tông, nước
dùng cho tất cả các phạm vi sử dụng đều phải theo quy định của Mục 1, Bảng 1.1.
+ Chú thích 2: Trong trường hợp cần thiết, có thể sử dụng nước có hàm lượng ion clo
vượt quá qui định của Mục 2, Bảng 1.1 để trộn bê tông cho kết cấu bê tông cốt thép,
nếu tổng hàm lượng ion clo trong bê tông không vượt quá 0,6 kg/m3.
+ Chú thích 3: Trong trường hợp nước dùng để trộn vữa xây, trát các kết cấu có yêu
cầu trang trí bề mặt hoặc ở phần kết cấu thường xuyên tiếp xúc ẩm thì hàm lượng ion
clo được khống chế không quá 1.200 mg/L.


13

Bảng 1.2. Hàm lượng tối đa cho phép của muối hòa tan, ion sunfat, ion clorua và cặn
không tan trong nước dùng để rửa cốt liệu và bảo dưỡng bê tông (mg/l)
Hàm lượng tối đa cho phép
Mục đích sử dụng

Ion
Muối
Sunfat
hòa tan
(SO42-)

Ion
Clo
(Cl-)

Cặn
không tan

1. Nước bảo dưỡng bê tông các kết cấu có yêu
cầu trang trí bề mặt. Nước rửa, tưới ướt và
5 000
2 700
1 200
500
sàng ướt cốt liệu.
2. Nước bảo dưỡng bê tông các kết cấu không
có yêu cầu trang trí bề mặt (trừ công trình xả
30 000 2 700 20 000
500
nước)
3. Nước tưới ướt mạch ngừng trước khi đổ
tiếp bê tông tưới ướt các bề mặt bê tông trước
khi chèn khe nối. Nước bảo dưỡng bê tông
trong các công trình xả nước và làm nguội bê 1 000
500
350
500
tông trong các ống xả nhiệt của khối lớn
Chú thích: Khi sử dụng xi măng cao nhôm làm chất kết dính cho bê tông và vữa, nước
dùng để rửa cốt liệu và bảo dưỡng bê tông phải theo quy định của Mục 1, Bảng 1.2.

Bảng 1.3. Yêu cầu về thời gian đông kết của xi măng và cường độ chịu nén của vữa
Chỉ tiêu
Giá trị giới hạn
Thời gian đông kết của xi măng, min
- Bắt đầu, không nhỏ hơn
- Kết thúc, không lớn hơn
Cường độ chịu nén của vữa tại tuổi 7 ngày không nhỏ
hơn, % (tỷ lệ so với mẫu đối chứng)

45
420
90

Chú thích: Mẫu đối chứng sử dụng nước sinh hoạt (đạt yêu cầu QCVN 02:2009/BYT)
được tiến hành song song và dùng cùng loại xi măng với mẫu thử.
1.2. Nguyên lý hình thành bê tông thông qua phản ứng thủy hóa của xi măng
Khi nhào trộn xi măng với nước sẽ xảy ra phản ứng thủy hóa của xi măng Pooc
lăng, ở giai đoạn đầu xảy ra quá trình tác dụng nhanh của khoáng alit với nước tạo ra
hyđrosilicat canxi và hyđroxit canxi. Vì đã có hyđroxit canxi tách ra từ khoáng alit nên
khoáng belit thuỷ hoá chậm hơn alit và tách ra ít Ca(OH)2 hơn:
Hyđrosilicat canxi hình thành khi thuỷ hoá hoàn toàn đơn khoáng silicat tri canxi
ở trạng thái cân bằng với dung dịch bão hoà hyđroxit canxi. Tỷ lệ CaO/SiO2 trong các


14

hyđrosilicat trong hồ xi măng có thể thay đổi phụ thuộc vào thành phần vật liệu, điều
kiện rắn chắc và các yếu tố khác. Phần chứa alu mô chủ yếu trong xi măng là aluminat
tricanxi 3CaO.Al2O3, đây là phần hoạt động nhất. Ngay sau khi trộn với nước, trên bề
mặt các hạt xi măng đã có lớp sản phẩm xốp, không bền có tinh thể dạng tấm mỏng

lục giác của 4CaO.Al2O3.9H2O và 2CaO.Al2O3.8H2O. Cấu trúc dạng tơi xốp này làm
giảm độ bền nước của xi măng. Dạng ổn định của nó là hyđro aluminat 6 nước có tinh
thể hình lập phương (3CaO.Al2O3.6H2O).
Để làm chậm quá trình đông kết khi nghiền clinke cần cho thêm một lượng đá
thạch cao (3% ÷ 5% so với khối lượng xi măng). Sunfat canxi sẽ đóng vai trò là chất
hoạt động hóa học của xi măng, tác dụng với aluminattricanxi ngay từ đầu để tạo thành
sunfoaluminat canxi ngậm nước (khoáng etringit), 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O.
Trong dung dịch bão hoà Ca(OH)2, ngay từ đầu etringit sẽ tách ra ở dạng keo
phân tán mịn đọng lại trên bề mặt 3CaO.Al2O3 làm chậm sự thuỷ hoá của nó và kéo
dài thời gian đông kết của xi măng. Sự kết tinh của Ca(OH)2 từ dung dịch quá bão hoà
sẽ làm giảm nồng độ hyđroxit canxi trong dung dịch và etringit chuyển sang tinh thể
dạng sợi, tạo ra cường độ ban đầu cho xi măng. Etringit có thể tích lớn gấp 2 lần so với
thể tích các chất tham gia phản ứng, có tác dụng chèn lấp lỗ rỗng của đá xi măng, làm
cường độ và độ ổn định của đá xi măng tăng lên. Cấu trúc của đá xi măng cũng sẽ tốt
hơn do hạn chế được những chỗ yếu của hyđroaluminat canxi. Sau đó etringit còn tác
dụng với 3CaO.Al2O3 còn lại sau khi đã tác dụng với đá thạch cao để tạo ra muối kép
của sunfat, 3CaO.Al2O3.CaSO4.18H2O.
Feroaluminat tetracanxi tác dụng với nước tạo ra hyđroaluminat và hyđroferit
canxi 3CaO.Al2O3.6H2O, CaO.Fe2O3.nH2O.
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 có một ý nghĩa rất lớn và tạo ra sự biến
đổi tổng hợp, khiến cho xi măng khi nhào trộn với nước, lúc đầu chỉ là hồ dẻo và sau
biến thành đá cứng có cường độ. Tất cả các quá trình tác dụng tương hỗ của từng
khoáng với nước để tạo ra những sản phẩm mới xảy ra đồng thời, xen kẽ và ảnh hưởng
lẫn nhau. Các sản phẩm mới cũng có thể tác dụng tương 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 như sự biến đổi. Để giải thích quá trình
rắn chắc người ta thường dùng thuyết của Baikov–Rebinder. Theo thuyết này, quá
trình rắn chắc của xi măng được chia làm 3 giai đoạn:
1.2.1. Giai đoạn hòa tan

15

Khi nhào trộn xi măng với nước, các thành phần khoáng của clinke sẽ tác dụng
với nước ngay trên bề mặt hạt xi măng. Những sản phẩm mới tạo được như Ca(OH)2,
CaO.Al2O3.6H2O sẽ tan ra nhưng vì độ tan của chúng không lớn và lượng nước có hạn
nên dung dịch nhanh chóng trở nên quá bão hòa.
1.2.2. 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. Nước 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 ngưng keo.
1.2.3. Giai đoạn kết tinh
Nước ở thể ngưng 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 hoá
cứng và cường độ tăng.
1.3. Tổng quan một số nghiên cứu ứng dụng và khai thác sử dụng cát mịn để chế
tạo bê tông xi măng
Các nghiên cứu về địa chất và tiến hóa cổ địa lý cho thấy rằng cát đồi có cỡ hạt
nhỏ có nguồn gốc từ cát biển, thành tạo do quá trình biển thoái, cách xa bờ biển ngày
nay và đã được rửa mặn theo thời gian từ rất lâu. Cát đồi có cỡ hạt nhỏ là cát mịn, có
cỡ hạt hầu hết lọt qua sàng 1,25 mm, thành phần hạt thường tập trung chủ yếu ở một
cỡ hạt đồng đều nhau, hàm lượng bùn bụi sét rất thấp [11].
1.3.1. Các nghiên cứu ứng dụng cát mịn có nguồn gốc từ cát biển để chế tạo
bê tông xi măng
1.3.1.1. Các nghiên cứu ứng dụng ở nước ngoài
Đầu thế kỷ 20, nhà khoa học người Anh K.Niuman giới thiệu một số vấn đề về khai

thác vật liệu từ biển (cát, sỏi biển) làm cốt liệu cho bê tông, đồng thời Hội bê tông xi
măng nước Anh cũng đã ra thông báo một chuyên đề về vật liệu cát sỏi khai thác ở
biển [12].
Năm 1946, tại Hội nghị khoa học quốc tế ở Lisbone - Bồ Đào Nha, nhà khoa học
Pháp A.M.Fernades đã đề cập tới vấn đề sử dụng cát sỏi biển để chế tạo bê tông xi
măng. Năm 1954, ở Anh, nhà khoa học D.Narvar đã công bố kết quả bê tông phẩm
chất tốt chế tạo bằng san hô, cát, nước biển trong tạp chí xây dựng công trình dân


16

dụng. Năm 1956, Hội quốc gia về cát sỏi nước Mỹ đã ra thông báo về sử dụng cát sỏi
biển để chế tạo bê tông. Năm 1964, ở Ấn Độ, trong tạp chí bê tông đã có bài báo khoa
học tập hợp và phân tích nhiều ý kiến khác nhau về việc dùng cát, sỏi biển, nước biển
để chế tạo bê tông xi măng. Năm 1965, ở Liên Xô cũ, hai nhà khoa học F.M. Ivanov
và V.C. Glabkov đã công bố kết quả nghiên cứu dùng cát biển ở Hắc Hải để đổ bê
tông thủy công, đặc biệt đã nghiên cứu về ảnh hưởng của hàm lượng vỏ sò hến trong
cát biển đối với tính chất của vữa và bê tông xi măng. Năm 1973, ở Hà Lan đã công bố
tài liệu nghiên cứu dùng cát sỏi biển để chế tạo bê tông xi măng. Trong chiến tranh thế
giới lần thứ II, Mỹ đã xây dựng nhiều công trình bằng bê tông xi măng sử dụng cát
biển ở các vùng ven biển và vùng đảo cho mục đích quân sự [12].
1.3.1.2. Các nghiên cứu ứng dụng ở trong nước
Với đường bờ biển dài, trữ lượng cát mịn sông, biển ở Việt Nam là rất dồi dào và
đa dạng, nhu cầu xây dựng các công trình ven biển sử dụng bê tông xi măng cũng ngày
càng tăng, vì vậy các đề tài nghiên cứu sử dụng cát đen, cát mịn sông đã được nhiều
trường Đại học như Bách Khoa, Xây dựng, Giao thông, Thuỷ lợi nghiên cứu, riêng các
nghiên cứu về cát hạt mịn có nguồn gốc từ cát biển đến nay vẫn còn ít. Từ năm 1962,
Viện Kỹ thuật Giao thông Vận tải (nay là Viện khoa học công nghệ Giao thông Vận
tải) đã tổng quan một số tài liệu nghiên cứu chủ yếu của Pháp về sử dụng cát hạt mịn
có nguồn gốc từ cát biển để làm bê tông xi măng. Sau đó, đã tiến hành thí nghiệm đúc

mẫu bê tông xi măng sử dụng cát hạt mịn có nguồn gốc từ cát biển và nước biển để
kiểm tra cường độ của bê tông xi măng ở các độ tuổi từ 7 ngày cho đến 6 tháng. Một
số kết luận và kiến nghị bước đầu về sử dụng vật liệu này để chế tạo bê tông xi măng
đã được giới thiệu ở thông tin khoa học kỹ thuật ở Bộ Thuỷ Lợi và được báo cáo trong
Hội nghị Bê tông và bê tông cốt thép miền Bắc lần thứ nhất (năm 1970) [12].
Trong các năm 1968 - 1969, Viện nghiên cứu khoa học thuỷ lợi và trường Đại
học Thuỷ lợi kết hợp với Cục Hải quân nghiên cứu dùng cát hạt mịn có nguồn gốc từ
cát biển Quảng Ninh để chế tạo bê tông và vữa. Do hoàn cảnh chiến tranh, thiết bị
phân tán, việc thí nghiệm gặp nhiều khó khăn nên chưa đạt được kết quả yêu cầu [15].
Trong vài năm gần đây, nhiều cơ quan, tổ chức, nhà khoa học đã nghiên cứu bê
tông xi măng sử dụng cát hạt mịn và đã có kết quả nhất định, điển hình như các đề tài:
- Đề tài “Nghiên cứu chế tạo bê tông cường độ cao sử dụng cát mịn và phụ gia
khoáng hỗn hợp từ xỉ lò cao hoạt hóa và tro trấu” của tác giả Ngọ Văn Toản (Viện
Khoa học Công nghệ xây dựng) đăng trên Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng - số
4/2014 [11].