Nghiên cứu sử dụng xi măng bền sun phát và cát sông Cổ Chiên trong cấp phối để sản xuất bê tông công trình bị xâm nhập mặn tỉnh Trà Vinh

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐÀM THIÊN ÂN

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG XI MĂNG BỀN
SUN-PHÁT VÀ CÁT SÔNG CỔ CHIÊN
TRONG CẤP PHỐI ĐỂ SẢN XUẤT BÊ TÔNG
CHO CÔNG TRÌNH BỊ XÂM NHẬP MẶN
TỈNH TRÀ VINH

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình dân dụng
và công nghiệp
Mã số: 85 80 201

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2019


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. TRƢƠNG HOÀI CHÍNH

Phản biện 1: TS. TRẦN ANH THIỆN

Phản biện 2: TS. NGUYỄN THANH BÌNH

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn
tốt nghiệp thạc sĩ chuyên ngành kỹ thuật xây dựng công trình

dân dụng và công nghiệp họp tại Trường Đại học Bách khoa
Đà Nẵng vào ngày 09 tháng 11 năm 2019

* Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tâm Học liệu và Truyền thông Trường Đại học Bách khoa,
Đại học Đà Nẵng
- Thư viện Khoa Xây dựng dân dụng & Công nghiệp, Trường Đại
học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
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), xi măng, nước và phụ
gia, thường được đánh giá khả năng chịu lực bằng chỉ tiêu cường độ
chịu nén. Cường độ chịu nén là chỉ tiêu quan trọng nhất của hỗn hợp
bê tông, nó đánh giá khả năng chịu tải của hỗn hợp bê tông dưới tác
dụng của trọng lượng bản thân hoặc sự rung động. Việc sử dụng bê
tông truyền thống cho các công trình xây dựng đã trở nên cực kỳ phổ
biến hiện nay.
Tuy nhiên, tại một số vùng, địa phương ở nước ta việc khai
thác và sử dụng nước, cát đạt các chỉ tiêu cơ lý cho cấp phối bê tông
truyền thống gặp rất nhiều khó khăn như: vùng thường xuyên ngập
mặn, vùng hảo đảo ngoài khơi xa…việc chế tạo bê tông truyền thống
gặp rất nhiều khó khăn và chi phí thường tăng cao hơn nhiều lần so
với các vùng khác. Vì vậy, cần có một loại hỗn hợp bê tông mới như

“hỗn hợp bê tông sử dụng nước, cát sông”... để giải quyết các vấn đề
trên hoặc để tận dụng nguồn vật liệu dồi dào sẵn có ở địa phương
nhằm giảm bớt chi phí xây dựng công trình cho các vùng ven sông
vùng Tây Nam Bộ bị nhiễm mặn theo mùa.
Hiện nay tại sông Cổ Chiên thuộc địa bàn tỉnh Trà Vinh có
các số mỏ cát với trữ lượng tương đối lớn, tuy nhiên cát sông Cổ
Chiên có lẫn ít phù sa, cỡ hạt nhỏ và nhiễm mặn theo mùa. Hiện tại,
nguồn cát dùng làm cốt liệu trong bê tông trên địa bàn tỉnh Trà Vinh
phải vận chuyển từ các tỉnh như: huyện Tân Châu tỉnh An Giang,
tỉnh Đồng Nai, nước Cam-Pu-Chia,… Vì vậy, nếu tận dụng được các
nguồn tài nguyên thiên nhiên có sẵn, cát ven sông khu vực Trà Vinh
(Sông Cổ Chiên) sẽ mang lại hiệu quả kinh tế rất lớn trong xây dựng


2

công trình cho tỉnh Trà Vinh nói chung và khu vực thành phố Trà
Vinh nói riêng. Với những lý do sau:
- Tiến độ nhanh nhờ vật liệu sẵn có trên công trường, giảm
thời gian vận chuyển;
- Giảm nguồn ô nhiễm bụi và tiếng ồn do vận chuyển vật liệu,
tạo môi trường làm việc an toàn hơn;
- Đảm bảo chất lượng cho các công trình chịu ảnh hưởng của
nước sông bị xâm nhập mặn, nước biển.
Do vậy, việc chọn đề tài “Nghiên cứu sử dụng xi măng bền sun
phát và cát sông Cổ Chiên trong cấp phối để sản xuất bê tông
công trình bị xâm nhập mặn tỉnh Trà Vinh” là cần thiết và hợp
lý.
Giúp cho các kỹ sư thiết kế có thêm lựa chọn sử dụng vật
liệu địa phương cho phương án vật liệu cấp phối bê tông, các đơn vị

thi công có cơ hội tiếp cận với loại cấp phối vật liệu này dùng cho
công trình bị xâm nhập mặn.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu sử dụng xi măng poóc lăng hỗn hợp mác 40 - bền
sun phát trung bình, cátkhu vực tỉnh Trà Vinh, cát sông Cổ Chiên,
nước máy (Công ty Cấp thoát nước Trà Vinh), đá 1x2cm (Biên Hòa
thuộc tỉnh Đồng Nai), để sản xuất bê tông có cấp độ bền B15, B20
với thời gian khảo sát đến 90 ngày từ ngày đúc bê tông.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Là thành phần hỗn hợp bê tông B15, B20 sử dụng cốt liệu cát
không nhiễm mặn (cát sông Cổ Chiên) với thành phần xi măng poóc
lăng hỗn họp mác 40 - bền sun phát trung bình (PCB40-MS) và xi
măng PCB40 Hà Tiên. Đổ mẫu lập phương 15x15x15cm.
- Nghiên cứu bê tông cấp độ bền B15, B20.


3

4. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Sử dụng phương pháp tính toán lý thuyết kết hợp thí
nghiệm thực nghiệm để nghiên cứu thiết kế và tính toán thành phần
hỗn hợp bê tông B15, B20 sử dụng cốt liệu cát không nhiễm mặn.
- So sánh kết quả số liệu thí nghiệm. Nhận xét và rút ra kiến
nghị.
5. Bố cục luận văn: Luận văn có bố cục như sau:
Ngoài phần mở đầu, Kết luận và Kiến nghị.
Chƣơng 1: Tổng quan về bê tông và các vật liệu cấu
thành.
Chƣơng 2: Phương pháp thực nghiệm phân tích đặc tính
hóa học của cát sông và cường độ chịu nén của Bê tông.

Chƣơng 3: Thí nghiệm và kết quả cường độ chịu nén
của bê tông sử dụng xi măng PCB 40 Hà Tiên xi măng PCB40MS với cát khu vực sông Cổ Chiên tỉnh Trà Vinh.
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
Nói một cách đơn giản về khái niệm bê tông thì vật liệu này là
một hỗn hợp gồm keo dính và nguyên liệu. Keo dính bao gồm xi măng
poóc lăng và nước, giúp liên kết các nguyên liệu thô (đá, sỏi...) và
nguyên liệu mịn (cát, đá mạt, đá xay,...). Thông qua một phương trình
hóa học gọi là hydrat hóa, các chất này sẽ đóng rắn và làm cho tất cả
kết dính với nhau thành một khối cứng như đá.
1.2. NGUYÊN LÝ HÌNH THÀNH BÊ TÔNG THÔNG QUA
PHẢN ỨNG THỦY HÓA CỦA XI MĂNG
Sự khởi đầu của hydrat hóa:
Ngay sau lúc nguyên liệu, nước và xi măng được kết hợp, bê


4

tông sẽ cứng lại. Đa số những loại xi măng poóc lăng đều là xi
măng thủy lực và sẽ cứng lên thông qua một phương trình hóa học
được gọi là hydrat hóa. Trong phản ứng này, một nút được hình
thành trên bề mặt của mỗi hạt xi măng. Nút phát triển và mở rộng
đến khi nó liên kết với các nút từ các hạt xi măng khác hoặc dính
chặt vào các nguyên liệu liền kề.
1.3. MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP SỬ DỤNG BÊ TÔNG BỀN
SUN PHÁT GIẢM THIỂU NGUY CƠ BỊ TẤN CÔNG BỞI
CÁC YẾU TỐ XÂM THỰC CHO BÊ TÔNG VÀ CỐT THÉP

Phương pháp 1: Chế tạo xi măng có hàm lượng tricalcium
aluminate thấp khi nghiền với một lượng thạch cao phù hợp gọi là
xi măng pooc lăng bền sun phát.
Phương pháp 2: Xi măng pooc lăng hỗn hợp bền sun phát,
sử dụng phụ gia khoáng hoạt tính trộn với xi măng pooc lăng (xi
măng pooc lăng có hàm lượng C3A > 8%) làm giảm hàm lượng
C3A trong xi măng.
1.4. KẾT LUẬN
- Đối với bê tông thường các đặc tính của nó phụ thuộc vào
hàm lượng và chất lượng của các vật liệu chế tạo bê tông.
- Cốt liệu nhỏ và lớn (cát và đá dăm) chiếm một khối lượng
và thể tích lớn trong hỗn hợp bê tông.
- Cỡ hạt, cấp phối hạt và những đặc trưng chất lượng khác
của chúng có ảnh hưởng lớn đến tính chất của hỗn hợp bê tông.
- Hàm lượng cát và chất lượng cát trong hỗn hợp cốt liệu,
ảnh hưởng lớn đến tính chất của hỗn hợp bê tông.
- Hỗn hợp bê tông có một hàm lượng cát tối ưu sẽ đảm bảo
cho bê tông đạt được yêu cầu về tính lưu động, độ đặc chắc, cường
độ,…
Như vậy, chất lượng của bê tông phụ thuộc vào nhiều yếu tố,
trong đó cấp phối cốt liệu, chất lượng cốt liệu và hàm lượng N/X để


5

sản xuất bê tông có ảnh hưởng lớn đến cường độ của bê tông xi
măng.
- Sản phẩm xi măng bền sun phát có ưu điểm đáp ứng được
cho xây dựng mọi công trình như: Nhà dân dụng, nhà cao tầng, cầu
đường, kè biển,...và các công trình đặc biệt dùng trong môi trường có

nước mặn như cầu cảng biển, chống xâm thực trong các môi trường,
có cường độ nén cao, cường độ uốn, độ bền hóa học cao, phù hợp
với khí hậu Việt Nam nói chung, trên địa bàn tỉnh Trà Vinh nói
riêng.
- Ưu điểm của xi măng bền sun phát: Giảm thiểu ăn mòn kết
cấu thép do ngăn chặn được ion Cl-;
; Đảm bảo tính chất bê
tông và bảo đảm an toàn cho kết cấu thép trong môi trường xâm thực
bởi sun phát và môi trường nhiễm phèn, axit.; Giảm phản ứng kiềm,
cốt liệu tăng cường độ bền của bê tông; cường độ cao, đặc biệt càng
về sau cường độ & độ bền càng tăng, làm tăng tuổi thọ công trình;
CHƯƠNG 2
PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM PHÂN TÍCH ĐẶC TÍNH
HÓA HỌC CỦA CÁT SÔNG VÀ CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA
BÊ TÔNG
2.1. ĐẶC ĐIỂM MÔI TRƢỜNG TÂY NAM BỘ VIỆT NAM
2.1.1. Đặc điểm chung
- Tây Nam Bộ trước hết là một không gian địa lý liền kề liên
tục. Đây là vùng đồng bằng (sông Cửu Long) cùng một vài dãy núi
thấp ở miền tây tỉnh An Giang, Kiên Giang; Phía Đông Bắc tiếp giáp
Vùng Đông Nam Bộ, phía tây bắc giáp Campuchia, phía tây giáp
vịnh Thái Lan, phía đông giáp Biển Đông. Tây Nam Bộ gồm 13 tỉnh
thành sau: Bến Tre, Bạc Liêu, Cà Mau, Thành phố Cần Thơ, Đồng
Tháp, Hậu Giang, Kiên Giang, Long An, Sóc Trăng, Tiền Giang, Trà
Vinh, Vĩnh Long, An Giang với diện tích khoảng 40.000 km


6

vuông, là vùng đất được hình thành từ những trầm tích phù sa và

được bồi dần qua những kỷ nguyên thay đổi của mực nước biển.
2.1.2. Đặc điểm ở khu vực tỉnh Trà Vinh
Tỉnh Trà Vinh nằm ở phía Đông Nam của vùng đồng bằng
sông Cửu Long, nằm giữa 2 con sông lớn là sông Cổ Chiên và Sông
Hậu, tọa độ địa lý từ 9031’5’’ đến 10004’5’’ vĩ độ Bắc và
105057’16’’ đến 1060 36’04’’ kinh độ Đông. Phía Bắc giáp với tỉnh
Vĩnh Long, phía Đông và Đông Bắc giáp tỉnh Bến Tre bởi sông Cổ
Chiên, phía Tây và Tây Nam giáp với tỉnh Sóc Trăng bởi sông Hậu,
phía Đông giáp biển Đông với hơn 65 km bờ biển. Tỉnh Trà Vinh có
09 đơn vị hành chính cấp huyện trực thuộc, gồm 01 thành phố Trà
Vinh, 07 huyện và 01 thị xã.
Tỉnh Trà Vinh nằm giữa 2 sông Cổ Chiên và sông Hậu, một
mặt giáp biển Đông (dài 65 km), có 2 cửa sông (Cung Hầu và Định
An) là 2 cửa sông quan trọng của vùng đồng bằng sông Cửu Long
thông thương qua biển Đông với cả nước và quốc tế; Trà Vinh còn
có hệ thống đường quốc lộ 53, 54 và 60 qua Tỉnh, nối Trà Vinh với
các tỉnh khác trong vùng và ngoài vùng.
2.2. PHƢƠNG PHÁP VÀ CÁC CHỈ TIÊU CẦN ĐÁNH GIÁ
KHI SỬ DỤNG CÁT SÔNG CỔ CHIÊN MÙA NƢỚC KHÔNG
NHIỄM MẶN
2.2.1. Phƣơng pháp đánh giá
Phương pháp đánh giá cát biển được tiến hành theo các tiêu
chuẩn sau:
- TCVN 7570:2006 “Cốt liệu cho bê tông và vữa - Yêu cầu kỹ
thuật”;
- TCVN 7572:2006 “Cốt liệu cho bê tông và vữa - Phương
pháp thử”.


7

2.2.2. Các chỉ tiêu cần đánh giá khi sử dụng cát sông Cổ
Chiên
2.3. PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CƢỜNG ĐỘ NÉN CỦA BÊ
TÔNG BẰNG THỰC NGHIỆM (Theo TCVN 3118:1993)
Để đánh giá cường độ chịu nén của các loại bê tông, tác giả đã
sử dụng phương pháp thí nghiệm theo tiêu chuẩn TCVN 3118:1993
“Bê tông nặng - Phương pháp xác định cường độ chịu nén”.
2.3.1. Thiết bị thử
Thiết bị thử bao gồm:
- Máy nénTYA-2000-China
- Thước lá kim loại;
- Cân điện tử;
2.3.2. Chuẩn bị mẫu thử
- Chuẩn bị mẫu thử nén theo nhóm mẫu, mỗi nhóm mẫu gồm
3 viên.
- Viên chuẩn để xác định cường độ nén của bê tông là viên
mẫu lập phương kích thước 15x15x15cm. Các viên mẫu khác mẫu
trên phải quy đổi khi tính toán.
- Kết cấu sản phẩm yêu cầu mẫu thử ở trạng thái nào thì phải
nén mẫu thử ở đúng tuổi và trạng thái đó.
- Kiểm tra và chọn hai mặt chịu nén của các viên mẫu thử sao
cho:
- Trong trường hợp mẫu thử không đạt yêu cầu các mẫu thử
phải được gia công lạibằng cách mài bớt hoặc làm phẳng mặt bằng
một lớp hồ xi măng cứng đanh không dày quá 2mm. Cường độ của
lớp xi măng này khi thử không được thấp hơn một nữa cường độ dự
kiến của bê tông.
- Tất cả các mẫu thử đều được đúc trước và bảo dưỡng đạt yêu
cầu kỹ thuật của các tiêu chuẩn.

8

+ Đúc mẫu được lấy theo TCVN 3015 : 1993 “Hỗn hợp bê
tông năng và bê tông nặng - Lấy mẫu chế tạo và bảo dưỡng mẫu
thử”;
+ Thử độ sụt lấy theo TCVN 3106:1993 “Hỗn hợp bê tông
nặng - Phương pháp thử độ sụt”.
2.3.3. Đúc mẫu
Đúc mẫu bằng khuôn lập phương KT 15x15x15cm: Cho hỗn
hợp bê tông đã trộn sẵn theo các thiết kế cấp phối đã nêu vào khuôn
thành 2 lớp, dung thanh thép tròn (d =16 mm) đầm 25 lần. Sau khi
đầm xong lớp thứ nhất, dùng búa gõ vào các cạnh của khuôn đến khi
hết bọt khí và hồ xi măng xuất hiện trên bề mặt bê tông thì dừng lại.
Tiếp tục đổ lớp bê tông tiếp theo rồi tiếp tục đầm 25 lần và gõ các
thành khuôn, lượng hỗn hợp bê tông lần thứ hai cho vào khuôn sao
cho sau khi đầm và gõ cho nổi các bọt khí lên hết, mặt hỗn hợp bê
tông còn cách miệng khuôn từ 1 đến 2 mm đủ để phủ một lớp hồ
ximăng làm phẳng đầu mẫu.
2.3.4. Bảo dƣỡng mẫu
Việc bảo dưỡng các mẫu bê tông cho đến trước khi thí nghiệm
được tiến hành theo quy định của TCVN 3105 : 1993.
2.3.5. Tiến hành thử
Việc tiến hành thử mẫu thí nghiệm tuân theo các quy định
của TCVN 3118:1993 “Bê tông nặng - Phương pháp xác định cường
độ chịu nén”, cụ thể
như sau:
2.3.5.1.Xác định diện tích chịu lực mẫu
2.3.5.2. Xác định tải trọng phá hoại mẫu:

2.3.6. Tính kết quả
Cường độ nén từng viên mẫu bê tông (R) được tính bằng
daN/cm2 (kg/cm2) theo công thức:


9

2.3.7. Những yếu tố ảnh hƣởng đến cƣờng độ nén của bê
tông
2.3.7.1. Ảnh hưởng của hàm lượng muối chứa trong cát
sông:
2.3.7.2. Mác xi măng và tỷ lệ X/N:
Mác xi măng và tỷ lệ X/N có ảnh hưởng lớn đến cường độ
nén của bê tông. Sự phụ thuộc của cường độ bê tông vào tỷ lệ X/N
thực chất là phụ thuộc vào thể tích rỗng tạo ra do lượng nước dư
thừa.
Độ rỗng tạo ra do lượng nước thừa có thể xác định bằng
công thức:
2.3.7.3. Hàm lượng và tính chất của cốt liệu
2.3.7.4. Cấu tạo của bê tông
Cấu tạo của bê tông biểu thị bằng độ đặc của nó. Độ đặc
càng cao thì cường độ bê tông càng lớn. Cường độ bê tông phụ thuộc
vào mức độ đầm chặt thông qua hệ số lèn K1 được xác định bằng
công thức sau:
K1= ’v / v
2.3.7.5. Phụ gia tăng dẻo
2.3.7.6. Phụ gia đông kết nhanh
2.3.7.7. Cường độ bê tông tăng theo thời gian
Trong quá trình rắn chắc cường độ bê tông không ngừng
tăng lên. Từ 7 đến 14 ngày đầu cường độ phát triển nhanh, sau 28

ngày chậm dần và có thể tăng đến vài năm gần như theo quy luật
logarit:

2.3.7.8. Điều kiện môi trường bảo dưỡng
2.3.7.9. Điều kiện thí nghiệm


10

2.4. KẾT LUẬN
Để xác định ảnh hưởng của cát sông, chủng loại xi măng đến
cường độ chịu nén của bê tông, tác giả tiến hành đúc mẫu và thí
nghiệm nén ở các ngày tuổi 3, 7, 14, 28, 60, 90 nhằm mục đích:
- Xác định sự phát triển cường độ chịu nén của các loại cấp
phối bê tông đã chọn theo thời gian;
- Vẽ biểu đồ thể hiện sự phát triển cường độ nén của các mẫu
thí nghiệm theo thời gian ứng với từng loại cấp phối đã lựa chọn, từ
đó so sánh và đánh giá được ảnh hưởng của cát sông Cổ Chiên, loại
xi măng đến sự phát triển cường độ nén của bê tông.
CHƯƠNG 3
THÍ NGHIỆM THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ
CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG
3.1. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
- Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của các loại cấp
phối bê tông làm từ cát sông Cổ Chiên không nhiễm mặn, nước máy
với xi măng PCB 40 Hà Tiên (cấp phối 1); làm từ cát sông Cổ Chiên
không nhiễm mặn, nước máy với xi măng poóc lăng hỗn hợp mác 40
- bền sun phát trung bình (cấp phối 2) theo các ngày tuổi 3, 7, 14, 28,
60, 90 nhằm mục đích so sánh sự phát triển cường độ chịu nén với
loại cấp phối bê tông được chế tạo từ các vật liệu thông thường là cát

sông, nước máy được thiết kế cùng một cấp độ bền (B15 và B20) với
cùng loại vật liệu đá dăm và một quy trình đúc mẫu, bảo dưỡng. Trên
cơ sở so sánh và đánh giá sẽ rút ra được các kết luận cần thiết về ảnh
hưởng của cát sông không nhiễm mặn, xi măng bền sun phát đến sự
phát triển cường độ nén của bê tông, với mục đích là sử dụng cát
sông Cổ Chiên có thể chế tạo bê tông đáp ứng được các yêu cầu kỹ
thuật cần thiết có cấp độ bền từ B15 đến B20 trở xuống.


11

3.2. VẬT LIỆU SỬ DỤNG ĐỂ CHẾ TẠO MẪU
3.2.1. Xi măng (Chất kết dính)
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 lăngpuzolan.. .Việc lựa chọn mác xi măng là rất quan trọng khi
thiết kế thành phần cấp phối của bê tông để vừa đảm bảo các yêu cầu
thiết kế và vừa đảm bảo tính kinh tế. 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.
3.2.2. Cốt liệu nhỏ (cát)
Cát dùng cho thí nghiệm là: Cát sông Cổ Chiên được lấy từ
đầu nguồn Sông Cổ Chiên (hướng từ cầu Cổ Chiên ngược lên Càng

Long mang về phòng thí nghiệm LAS-XD 817.
Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của cát được trình bày
như sau:
Chỉ tiêu cơ lý của cát sông Cổ Chiên thuộc mỏ tại xã Đức
Mỹ, huyện Càng Long, tỉnh Trà Vinh :


12

Hình 3.3. Biểu đồ thành phần hạt của cát sông Cổ Chiên
- Nhận xét: Cát sông Cổ Chiên là cát mịn có các chỉ tiêu cơ
lý, cơ bản đáp ứng yêu cầu để sản xuất bê tông theo TCVN
7570:2006. Tuy nhiên, về thành phần hạt (lượng tích lũy trên sàng,
%) chưa hoàn toàn phù hợp.
Bảng 3.3. Bảng Tính chất cơ lý cát sông Cổ Chiên mùa nƣớc
không nhiễm mặn
Kết quả
Yêu cầu
Đơn
Phƣơng pháp
Tên chỉ tiêu
thử
theo TCVN
vị
thí nghiệm
nghiệm
7572:2006
Hàm lượng
TCVN 7572ion clorua
%

0,01
<0,05
15:06
(Cl-)
Hàm lượng
anhydric
TCVN 7572%
<0,01
<1,0
sunfuric
16:06
(SO3)
3.2.3. Cốt liệu lớn (đá dăm)
Đá dùng thí nghiệm để đúc mẫu bê tông là đá dăm (1x2 cm)
Biên Hòa thuộc tỉnh Đồng Nai.


13

- Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của đá 1x2 cm Biên
Hòa.

TT

1

2

3

4

Bảng 3.4. Tính chất cơ lý của đá 1x2 cm Biên Hòa
Yêu cầu
Phƣơng
Chỉ tiêu thí
Đơn
Kết
theo
pháp thí
nghiệm
vị
quả
TCVN
nghiệm
7570:2006
Khối lượng thể
tích xốp

3

g/cm

Khối lượng
riêng
Hàm lượng
thỏi dẹt
Hàm lượng
bụi, bùn, sét

3

TCVN

1.43

7572-6:06
TCVN

g/cm

2.64

%

8.68

35 %

%

0.62

2%

5

Độ ẩm

%

1.07

6

Độ hút nước

%

0.91

%

7.88

7572-5:06

trong xi lanh –
bảo hòa

8

7572-13:06
TCVN
7572-8:06
TCVN
7572-7:06
TCVN
7572-5:06

Độ nén đập
7

TCVN

14 %

TCVN
7572-11:06

Thành phần

TCVN

hạt

7572-2:06


14

Bảng 3.5. Thành phần hạt của đá Biên Hòa
Đƣờng kính
Khối lƣợng
Yêu cầu kỹ thuật
Lƣợng sót
mắt sàn
trên từng
(%) TCVN
tích lũy (%)

(mm)
sàng (g)
7570:2006
70.0

0.00

0.00

0

40.0

0.00

0.00

0

20.0

317

6.33

0 ÷15

10.0

3258

65.11

40÷70

5.0

4999

99.90

90÷100

đáy sàn

5004

100

Hình 3.5. Biểu đồ thành phần hạt của đá dăm 1x2 cm Biên Hòa.
3.2.4. Nƣớc
Dùng nước sinh hoạt do nhà máy thuộc Công ty cấp thoát
nước thành phố Trà Vinh cung cấp, để sản xuất và bảo dưỡng mẫu bê
tông, nên đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật (thoả mãn TCVN 4506:2012
về Nước cho bê tông và vữa - Yêu cầu kỹ thuật)


15

3.2.5. Phụ gia (nếu có): Không sử dụng phụ gia.

3.3. TÍNH TOÁN THÀNH PHẦN CẤP PHỐI CHO BÊ TÔNG
CẤP PHỐI B15, B20
- Xác định cấp phối bê tông là tìm ra tỷ lệ hợp lý để phối hợp các
loại nguyên vật liệu như: nước, xi măng, cát, đá (hoặc sỏi) để có
được một hỗn hợp bê tông và bê tông đạt các yêu cầu về mặt kỹ thuật
và kinh tế.
- Để tính toán thành phần hỗn hợp bê tông cần phải biết trước
những điều sau: Yêu cầu về bê tông; Yêu cầu về nguyên vật liệu;
Tính chất của công trình; Đặc điểm của kết cấu công trình; Điều kiện
thi công
Trong nội dung giới hạn của đề tài, tác giả sử dụng phƣơng
pháp tra bảng để xác định cấp phối bê tông có cấp độ bền B15 và
B20 (theo Quyết định số 1329/QĐ-BXD ngày 19/12/2016 của Bộ
trưởng Bộ Xây dựng).
3.3.1. Chọn độ sụt (SN) cho hỗn hợp bê tông
Lựa chọn độ sụt của hỗn hợp bê tông (SN, cm) căn cứ vào
đặc điểm của loại kết cấu, mật độ cốt thép và phương pháp thi công.
Trong phạm vi của đề tài, tác giả lựa chọn độ sụt chung cho hỗn hợp
bê tông có cấp độ bền B15, B20 là: SN = 6 ÷ 8 cm.
3.3.2. Xác định lƣợng nƣớc (N) cho một mét khối bê tông
- Căn cứ vào chỉ tiêu tính công tác của hỗn hợp bê tông đã
lựa chọn và đặc tính cơ bản của cốt liệu như: loại cốt liệu lớn, cỡ hạt
lớn nhất của cốt liệu,…
- Sử dụng bảng tra hoặc biểu đồ cho sẳn, ta xác định được sơ
bộ lượng dùng nước nhào trộn cho 1m3 hỗn hợp bê tông.
Trong phạm vi của đề tài, tác giả lựa chọn lượng nước dùng
cho cho 1m3 vữa bê tông theo Quyết định số 1329/QĐ-BXD
3.3.3. Xác định tỉ số xi măng/nƣớc (X/N).
- Xác định tỉ số X/N đối với bê tông thông thường, theo công
thức được tính toán như sau:

16

Rb =A.Rx.

=

+ 0,5.

+ Rb : Mác của bê tông yêu cầu; với Rb = 200 daN/cm2 cho
cấp phối 1 và Rb = 250 daN/cm2 cho cấp phối 2;
+ Rx : Mác của xi măng; xi măng PCB40 và PCB40-MS có Rx
= 400 daN/cm2; A, A1 : Hệ số thực nghiệm, xác định theo chất lượng
cốt liệu.
- Trong phạm vi đề tài, khối lượng dùng xi măng và nước cho
3
1m vữa bê tông áp dụng theo Quyết định số 1329/QĐ-BXD của Bộ
Xây dựng
3.3.4. Tính hàm lƣợng xi măng
Trong đề tài, hàm lượng xi măng dùng cho 1m3 vữa bê tông
đối với cấp phối 1 và cấp phối 2 được tra bảng theo Quyết định số
1329/QĐ-BXD của Bộ Xây dựng.
3.3.5. Tính toán hàm lƣợng cốt liệu lớn (đá dăm)
- Hàm lượng cốt liệu lớn (đá dăm) cho 1m3 bê tông được xác
định trên cơ sở đảm bảo mật độ cốt liệu lớn và vữa hợp lý trong bê
tông. Các bước tính toán như sau:
Đ=

, kg

- Trong đề tài, hàm lượng cốt liệu lớn (đá dăm) dùng cho
1m3 bê tông được tra theo Quyết định số 1329/QĐ-BXD của Bộ Xây
dựng.
3.3.6. Tính toán hàm lƣợng cốt liệu nhỏ (cát).
- Hàm lượng cốt liệu nhỏ (cát) cho 1m3 bê tông được xác định
trên cơ sở tổng thể tích tuyệt đối của các vật liệu thành phần, được
xác định bằng công thức sau:
C = [ 1000 -

-

-

].

(kg)

- Trong đề tài, hàm lượng cốt liệu nhỏ (cát) dùng cho 1m3 bê
tông được tra theo Quyết định số 1329/QĐ-BXD của Bộ Xây dựng.


17

* Từ các kết quả có được ở các bước tính toán trên ta sẽ thành lập
được bảng thành phần cấp phối chuẩn cho 1m3 bê tông tương ứng
với các loại cấp phối đã chọn.
Trong giới hạn của đề tài này, thành phần cấp phối cho 1m3 bê
tông được tra theo định mức ban hành kèm theo Quyết định số
1329/QĐ-BXD

* Với khối lượng thể tích xốp của cốt liệu đá và cát đã thí nghiệm,
như sau:
- Đá dăm 1x2 Biên Hòa, có
= 1,432 g/cm3 = 1432 kg/m3.
- Cát sông Cổ Chiên, có
= 1,373 g/cm3 = 1373 kg/m3.
Ta có lượng vật liệu cụ thể cần cho 1m3 vữa bê tông của từng
loại cấp phối như sau:
3.4. QUY TRÌNH ĐÚC MẪU (Theo TCVN 3015:1993)
3.4.1. Tính toán liều lƣợng vật liệu cho mẻ trộn
- Xác định số viên mẫu cần đúc:
+ Tổ mẫu bê tông đúc cho chỉ tiêu thí nghiệm cường độ chịu
nén gồm 03 viên.
+ Đề tài đánh giá cường độ chịu nén của hai loại cấp phối ở
các ngày tuổi 3, 7, 14, 28, 60, 90 ngày. Vậy số viên cần đúc ứng với
mỗi loại cấp phối là: 3x6=18 viên.
Bảng 3.6. Bảng Kích thƣớc viên mẫu ứng với cốt liệu lớn
Kích thƣớc cạnh nhỏ nhất của viên
Cỡ hạt lớn nhất của cốt
mẫu (cạnh mẫu lập phƣơng, cạnh
liệu
thiết diện mẫu lăng trụ, đƣờng kính
mẫu trụ)
10 và 20
100
40
150
70
200
100

300


18

Trong giới hạn đề tài, tác giả chọn kích thước khuôn viên mẫu
là: 15x15x15cm.
- Xác định thể tích mẻ trộn Vm (dm3):
+ Thể tích của một mẻ trộn lấy bằng 1,2÷1,5 lần thể tích tổng
số viên cần đúc, nhưng không nhỏ hơn 8 lít (thể tích tối thiểu cần cho
thử độ sụt).
+ Như vậy với số viên cần đúc ứng với một loại cấp phối là18
viên, ta chọn thể tích của một mẻ trộn là 21 viên (Vm=
1,5x1,5x1,5x21= 70,875 dm3).
- Xác định khối lượng vật liệu cho một mẻ trộn:
Tùy thuộc vào số lượng mẫu, kích thước mẫu bê tông cần đúc
để thí nghiệm xác định cường độ mà ta xác định khối lượng xi măng
(Xm), cát (Cm), đá (Đm), nước (Nm) cho một mẻ trộn tính bằng kg.
Xm =

Vm;

Đm =

Vm;

Cm =

Vmb ;

Nm =

Vm

- Chuẩn vật liệu: Trong đề tài, tác giả lựa chọn phương án sấy
khô cát, đá bằng tủ sấy chuyên dụng trước khi đưa và trộn bê tông.
Khối lượng vật liệu cho một mẻ trộn được xác định theo bảng sau:
3.4.2. Trộn hỗn hợp bê tông và xác định độ sụt
- Vật liệu được cân đong rồi trộn thành hỗn hợp bê tông theo
TCVN 3105:1993.
- Thí nghiệm độ sụt được thực hiện theo TCVN 3106:1993.
Độ sai lệch cho phépso với yêu cầu ±1cm. Nếu không đạt có thể hiệu
chỉnh như sau:
+ Nếu độ sụt thực tế đo được thấp hơn độ sụt yêu cầu 2÷3cm
thì cho thêm 5 lítnước cho 1m3 bê tông. Nếu độ sụt thấp hơn 4÷5cm
trở lên thì tăng thêm cả nước lẫn ximăng, giữ nguyên tỉ lệ X/N. Để
tăng một cấp độ sụt khoảng 2÷3cm cần 5 lít nước.


19

+ Nếu độ sụt vượt quá so với yêu cầu khoảng 2÷3cm thì tăng
thêm cả cát và đá khoảng 2÷3% so với khối lượng ban đầu. Nếu độ
sụt vượt quá 4÷5cm trở lên thì tăng đồng thời 5% X, C và D.
Khối lượng tăng thêm được ghi vào nhật ký tương ứng bằng
các ký hiệu Xt, Ct,Dt, Nt.Sau đó hỗn hợp được trộn lại bằng xẻng
cho tới đồng màu rồi thử lại độ sụt. Thời gian thực hiện điều chỉnh
và thí nghiệm độ sụt không nên kéo dài quá 5 phút.
3.4.3. Chọn khuôn đúc và tiến hành đúc mẫu
- Chọn khuôn đúc: Các viên mẫu bê tông được đúc trong các

khuôn kín, khôngthấm nước, không gây phản ứng với xi măng và có
bôi chất chống dính lên các bề mặttiếp xúc với hỗn hợp. Khuôn đúc
mẫu phải đảm bảo độ cứng, ghép chắc chắn để khônglàm sai lệch
kích thước, hình dáng viên đúc vượt quá qui định ở điều 3.6
“TCVN3015:1993”. Mặt trong của khuôn phải nhẵn phẳng và không
có các vết lồi lõm sâu quá 8micrômét. Độ không phẳng của các mặt
trong khuôn hình lập phương, khuôn trụ và độcong vênh của các
đường sinh khuôn trụ không được vượt quá 0,05mm trên 100mm
độdài.Độ lệch góc vuông tạo bởi các mặt kề nhau không vượt quá
±50.
- Đúc mẫu: Hỗn hợp bê tông sau khi chuẩn độ sụt được trộn
đều lại và đúc thànhcác tổ mẫu theo chỉ dẫn của TCVN 3015:1993.
3.4.4. Quy trình bảo dƣỡng mẫu (Theo TCVN 3015:1993)
Các mẫu đúc dùng để kiểm tra chất lượng bê tông thí nghiệm
phải được bảo dưỡng và được đóng rắn kể từ khi đúc xong đến ngày
thử mẫu.
Thời gian giữ mẫu trong khuôn từ 16÷24 giờ đối với bê tông có mác
100 trở lên,
hoăc 2÷3 ngày đối với bê tông có phụ gia chậm đông rắn hoặc có
mác 75 trở xuống. Trong quá trình vận chuyển mẫu về phòng thí
nghiệm các mẫu phải được giữ không để mất ẩm bằng cách phủ cát


20

ẩm, mùn cưa ẩm hoặc đóng trong túi ni lông.Tất cả các viên mẫu
được ghi ký hiệu rõ ở mặt không chịu tải.
3.5. QUY TRÌNH NÉN MẪU VÀ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
3.5.1. Quy trình nén mẫu
Mẫu thử được chế tạo theo tỷ lệ cấp phối đã xác định và

nghiên cứu, tiến hành đúcmẫu tiêu chuẩn và bảo dưỡng theo tiêu
chuẩn TCVN 3015:1993.
Mẫu thử được thí nghiệm cường độ chịu nén theo từng độ
tuổi t ngày, áp dụngtheo tiêu chuẩn TCVN 3118:1993.
Mẫu thử chuẩn đã đạt các yêu cầu trên, cần được thử nén
theo các quy trình sau:
- Công tác chuẩn bị mẫu thử theo số hiệu và độ tuổi thí
nghiệm, các thiết bị vàdụng cụ hỗ trợ cho thiết bị nén;
- Kiểm tra và chọn hai mặt chịu nén của các viên mẫu thử
theo TCVN 3118:1993;
- Xác định các số liệu đầu vào: xác định diện tích mặt chịu
lực các viên mẫu thử, đo đến độ chính xác tới 1mm các cặp cạnh
song song của hai mặt chịu nén;
- Chọn thang lực thích hợp của máy để khi nén tải trọng phá
hoại nằm trongkhoảng 20-80% tải trọng cực đại của thanh lực nén đã
chọn;
- Đặt mẫu vào máy nén sao cho một mặt chịu nén đã chọn
nằm đúng tâm thớt dướicủa máy. Vận hành máy cho mặt trên của
mẫu nhẹ nhàng tiếp cận với thớt trên của máy.Tiếp đó tăng tải liên
tục với vận tốc không đổi bằng 4±6daN/cm2 trong một giây cho
tớikhi mẫu bị phá hoại;
- Xác định tải trọng phá hoại mẫu trên máy nén;
- Tính kết quả và ghi vào biên bản thử cường độ nén cho các
viên mẫu.


21

3.5.2. Kết quả thí ngiệm
- Cường độ nén ở tuổi t=3; 7; 14; 28; 60; 90 ngày, kết quả

nén mẫu thu được bằng máy nén bê tông TYA-2000– China, tại
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng và Môi trường Duy Thành
“LAS-XD817” Phòng thí nghiệm Địa kỹ thuật và kiểm định xây
dựng. Địa chỉ:Ấp Đầu Bờ, xã Hòa Thuận, huyện Châu Thành, tỉnh
Trà Vinh. Thể hiện ở bảng sau:
Kết quả được biểu thị trên biểu đồ sau:
40
Cƣờng độ kháng nén (MPa)

35
30
25

Cấp phối bê tông
theo tiêu chuẩn,
cấp bền B15

20
15
10
5
0
0 3 7

14

28
90…

60

Hình 3.6. Biểu đồ sự phát triển cường độ nén của bê tông cấp độ
bền B15 các mẫu thí nghiệm ứng với các ngày tuổi (3; 7; 14; 28;
60; 90)


22

40

35

Cƣờng độ kháng nén (MPa)

30

25

Cấp phối bê tông
theo tiêu chuẩn,
cấp bền B20

20

Cấp phối cát sông
Cổ Chiên dùng Xi
măng PCB40

15

Cấp phối cát sông
Cổ Chiên dùng Xi
măng PCB40-MS

10

5

0

0 3 7

14

28
90

60

Tuổi mẫu, (ngày)

Hình 3.7. Sự phát triển cường độ nén của bê tông cấp độ bền B20
các mẫu thí nghiệm ứng với các ngày tuổi (3; 7; 14; 28; 60; 90)
KẾT LUẬN:
Từ kết quả thí nghiệm ta nhận thấy:
- Các chỉ tiêu cơ lý cho thấy cát ở Sông Cổ Chiên: Mô đun độ
lớn tương đối nhỏ nằm trong vùng 1 - Nhóm hạt mịn; hàm lượng bụi,
bùn, sét khá lớn (1,13); hàm lượng ion clorua (Cl-) đạt yêu cầu
(0,04%); hàm lượng anhudric sunfuric (SO3) đạt yêu cầu <0,01%;

23

- Cấp phối 1 (xi măng PCB40, cát sông) và (xi măng PCB40MS, cát sông) và cấp phối 2 có sự phát triển cường độ nén rất mạnh
trong 7 ngày đầu, nhưng càng về sau cường độ nén của cấp phối 1 (xi
măng PCB40, cát sông) phát triển cường độ nén thấp hơn nhiều so
với cấp phối 1 (xi măng PCB40-MS, cát sông).
- Theo biểu đồ Hình 3.7 ta thấy Cấp phối 2 (xi măng PCB40,
cát sông) và (xi măng PCB40-MS, cát sông) tại tuổi mẫu 28 ngày có
sự phát triển cường độ nén bê tông không đồng nhất. Nguyên nhân
do mẫu nén của cấp phối 2 (xi măng PCB40-MS, cát sông) bị ẩm so
với Cấp phối 2 (xi măng PCB40, cát sông) dẫn đến cường độ nén
trung bình của cấp phối 2 (xi măng PCB40-MS, cát sông) phát triển
chậm lại.
- Cả hai loại cấp phối 1 và cấp phối 2 đều cho cường độ chịu
nén của các mẫu thử lớn hơn 25 (Mpa) ở 28 ngày tuổi và tăng khá
cao cường độ nén bê tông ở 90 ngày tuổi (từ 27,2% đến 37%).
- Cấp phối 1 (bê tông có cấp độ bền B15) có cường độ chịu
nén cao hơn 9,8% với cấp phối 2 (bê tông có cấp độ bền B20). Ta
thấy bê tông chế tạo từ cát sông có mô đun độ lớn hạt cát nhỏ chỉ
phát triển cao ở bê tông có cấp độ bền B15, phát triển tương đối ổn
định ở bê tông có cấp độ bền B20.
-Sự phát triển cường độ nến của bê tông dùng xi măng PCB40MS cao hơn khoảng 23% so với dùng xi măng PCB40 độ tuổi mẫu
nén ở 90 ngày tuổi.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. KẾT LUẬN
Từ các kết quả nghiên cứu thực nghiệm, tác giả có những kết
luận như sau:
- Cát sông Cổ Chiên mùa nước không nhiễm mặn đạt được các
yêu cầu của Tiêu chuẩn và có thể sử dụng để chế tạo bê tông có cấp

độ bền B15 và B20.