Nghiên Cứu Thực Nghiệm Ảnh Hưởng Của Tỷ Lệ NướcXi Măng Đến Sự Phát Triển Mô Đun Đàn Hồi Của Bê Tông Sử Dụng Nước Biển Và Nước Ngọt Tại Tỉnh Khánh Hòa

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CAO THANH VŨ

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƢỞNG
CỦA TỶ LỆ NƢỚC/XI MĂNG ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN MÔ ĐUN
ĐÀN HỒI CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG NƢỚC BIỂN
VÀ NƢỚC NGỌT TẠI KHÁNH HOÀ

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng cơng trình Dân dụng và Cơng nghiệp
Mã số: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

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

Đà Nẵng - Năm 2018


LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan Luận văn thạc sỹ ngành kỹ thuật Xây dựng Cơng trình Dân dụng
& Cơng nghiệp với đề tài: "Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hƣởng của tỷ lệ nƣớc/xi
măng đến sự phát triển mô đun đàn hồi của bê tông sử dụng nƣớc biển và nƣớc
ngọt tại tỉnh Khánh Hịa" là cơng trình nghiên cứu do tôi thực hiện.
Các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.

Tác giả luận văn

Cao Thanh Vũ


MỤC LỤC
TRANG BÌA
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
TRANG TĨM TẮT LUẬN VĂN
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1
1. Lý do chọn đề tài ............................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu .......................................................................................... 1
3. Đối tƣợng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu .................................................. 2
4. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................... 2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ........................................................... 2
6. Cấu trúc luận văn ............................................................................................... 3
CHƢƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ CÁC VẬT LIỆU CẤU THÀNH....... 4
1.1. Tổng quan về bê tông và các vật liệu cấu thành ...................................................... 4
1.1.1. Tổng quan về bê tông .................................................................................. 4
1.1.2. Các vật liệu cấu thành .................................................................................. 6
1.2. Nguyên lý hình thành bê tơng thơng qua phản ứng thủy hóa của xi măng ............. 9
1.2.1. Giai đoạn hòa tan ....................................................................................... 11
1.2.2. Giai đoạn hóa keo ...................................................................................... 11
1.2.3. Giai đoạn kết tinh ....................................................................................... 11
1.3. Một số nghiên cứu trên thế giới về ảnh hƣởng của nƣớc biển đến chất lƣợng của
bê tơng .......................................................................................................................... 11
1.3.1. Tình hình nghiên cứu và sử dụng cốt liệu khai thác từ biển để chế tạo bê

tông trên thế giới và trong nƣớc ................................................................................... 11
1.3.2. Ảnh hƣởng của nƣớc biển trong quá trình chế tạo .................................... 12
1.3.3. Ảnh hƣởng của nƣớc biển trong quá trình khai thác sử dụng ................... 12
Kết luận chƣơng 1 ........................................................................................................ 13
CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM PHÂN TÍCH ĐẶC TÍNH CƠ
LÝCỦA NƢỚC NGỌT, NƢỚC BIỂN VÀ SỰ PHÁT TRIỂN MÔ ĐUN ĐÀN HỒI
CỦA BÊ TƠNG............................................................................................................ 14
2.1. Đặc điểm mơi trƣờng biển miền Trung Việt Nam ................................................ 14
2.1.1. Đặc điểm chung ......................................................................................... 14
2.1.2. Đặc điểm ở khu vực Nha Trang – Khánh Hòa .......................................... 15
2.2. Phƣơng pháp và các chỉ tiêu cần đánh giá khi sử dụng nƣớc biển ........................ 16


2.2.1. Phƣơng pháp đánh giá ............................................................................... 16
2.2.2. Các chỉ tiêu cần đánh giá ........................................................................... 16
2.3. Phƣơng pháp xác định cƣờng độ nén của bê tông bằng thực nghiệm (Theo TCVN
3118:1993). ................................................................................................................... 16
2.3.1. Thiết bị thử ................................................................................................. 16
2.3.2. Chuẩn bị mẫu thử ....................................................................................... 17
2.3.3. Tiến hành thử ............................................................................................. 19
2.3.4. Tính kết quả ............................................................................................... 19
2.4. Những yếu tố ảnh hƣởng đến cƣờng độ nén của bê tông ...................................... 20
2.4.1. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng muối chứa trong nƣớc biển ............................ 20
2.4.2. Mác xi măng và tỷ lệ X/N .......................................................................... 22
2.4.3. Hàm lƣợng và tính chất của cốt liệu .......................................................... 23
2.4.4. Cấu tạo của bê tông .................................................................................... 24
2.4.5. Phụ gia tăng dẻo ......................................................................................... 24
2.4.6. Phụ gia đông kết nhanh .............................................................................. 24
2.4.7. Cƣờng độ bê tông tăng theo thời gian ....................................................... 25
2.4.8. Điều kiện mơi trƣờng bảo dƣỡng ............................................................... 26

2.4.9. Điều kiện thí nghiệm ................................................................................. 26
2.5. Mô đun đàn hồi của bê tông: ................................................................................. 26
Kết luận chƣơng 2 ........................................................................................................ 27
CHƢƠNG 3. THÍ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH MÔ ĐUN ĐÀN HỒI
CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG NƢỚC THƢỜNG, NƢỚC BIỂN KHU VỰC NHA
TRANG – KHÁNH HỒ ............................................................................................ 29
3.1. Mục đích của thí nghiệm ................................................................................. 29
3.2. Vật liệu sử dụng để chế tạo mẫu ...................................................................... 29
3.2.1. Xi măng (Chất kết dính) ............................................................................ 29
3.2.2. Cốt liệu nhỏ (cát): ...................................................................................... 30
3.2.3. Cốt liệu lớn (đá): ........................................................................................ 31
3.3. Tính tốn thành phần cấp phối cho bê tơng cấp B20 ............................................ 32
3.3.1. Chọn độ sụt ................................................................................................ 33
3.3.2. Xác định lƣợng nƣớc (N) cho 1m3 bê tông................................................ 34
3.3.3. Xác định tỉ số chất kết dính/nƣớc (X/N).................................................... 35
3.3.4. Tính tốn hàm lƣợng xi măng .................................................................... 37
3.3.5. Tính tốn hàm lƣợng cốt liệu lớn .............................................................. 37
3.3.6. Tính tốn hàm lƣợng cốt liệu nhỏ .............................................................. 39
3.3.7. Thành phần cấp phối bê tông: .................................................................... 40
3.4. Quy trình đúc mẫu (Theo TCVN 3105:1993) ....................................................... 40
3.4.1. Tính tốn liều lƣợng vật liệu cho mẻ trộn ................................................. 40
3.4.2. Trộn hỗn hợp bê tông và xác định độ sụt .................................................. 42


3.4.3. Chọn khuôn đúc và tiến hành đúc mẫu ...................................................... 42
3.4.4. Quy trình bảo dƣỡng mẫu (Theo TCVN 3105:1993) ................................ 42
3.4.5. Mẫu thí nghiệm: ......................................................................................... 43
3.4.6. Quy trình thí nghiệm: ................................................................................. 43
3.5. Thí nghiệm xác định mơ đun đàn hồi theo TCVN 5726:1993 .............................. 44
3.5.1. Phƣơng pháp xác định cƣờng độ lăng trụ và mô đun đàn hồi khi nén tĩnh44

3.5.2. Kết quả thí nghiệm, tính tốn xác định mơ đun đàn hồi: ........................... 47
3.6. Biểu đồ thay đổi giá trị mô đun đàn hồi của bê tông theo thời gian: .....................50
3.6.1. Đối với nƣớc biển: ............................................................................... 50
3.6.2. Đối với nƣớc ngọt: ............................................................................... 52
3.6.3. Nhận xét: ............................................................................................. 54
3.6.4. So sánh kết quả thực nghiệm: ............................................................... 54
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................................... 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 59
PHỤ LỤC
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO)
BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC
PHẢN BIỆN.


TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ ẢNH HƢỞNG CỦA TỶ LỆ
NƢỚC/XI MĂNG ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN MÔ ĐUN ĐÀN HỒI CỦA BÊ TÔNG
SỬ DỤNG NƢỚC BIỂN VÀ NƢỚC NGỌT TẠI TỈNH KHÁNH HOÀ

Học viên: Cao Thanh Vũ
Mã số: 60.58.02.08
Chun ngành: Kỹ thuật Xây dựng cơng trình Dân dụng và Cơng nghiệp
Khóa: K33 (2016 – 2018) Trƣờng Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng
Tóm tắt – Bê tông là loại vật liệu đƣợc sử dụng rộng rãi và phổ biến trong xây
dựng vì có độ bền cao và đƣợc ứng dụng trong nhiều loại cơng trình khác nhau nhƣ:
Xây dựng, giao thông, thủy lợi. Thông qua chất lƣợng bê tơng có thể đánh giá chất
lƣợng của tồn bộ cơng trình. Nhƣ chúng ta đã biết thành phần cốt liệu cơ bản của bê
tông đá dăm gồm: Nƣớc, xi măng, cát, đá...., các loại vật liệu này đƣợc cấp phối theo
một tỷ lệ nhất định, khi một trong các thành phần này thay đổi sẽ làm ảnh hƣởng đến
các đặc trƣng cơ lý của bê tông đƣợc chế tạo, trong đó có mơ đun đàn hồi.

Để thấy đƣợc sự ảnh hƣởng của tỷ lệ Nƣớc/Xi măng trong thành phần cấp phối
đến giá trị mô đun đàn hồi của bê tông, đặc biệt khi sử dụng hai loại nƣớc là nƣớc biển
và nƣớc ngọt tại thành phố Nha Trang, tỉnh Khánh Hồ để sản xuất bê tơng; Đề tài
nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hƣởng của tỷ lệ Nƣớc/Xi măng đến sự phát triển mô
đun đàn hồi của bê tông theo thời gian cần đƣợc tiến hành nghiên cứu thực nghiệm để
làm rõ mối quan hệ này.
Từ khóa - bê tông nƣớc biển; tỷ lệ Nƣớc/Xi măng; cƣờng độ bê tông; mô đun
đàn hồi; sự phát triển mô đun đàn hồi của bê tông.

EXPERIMENTAL RESULTS ON THE IMPACTS OF WATER/CEMENT RATIO
TO DEVELOPMENT OF THE ELASTIC MODULUS OF CONCRETE
IN SEA WATER AND FRESH WATERIN KHANH HOA PROVINCE
Summary - Concrete is a widely used and popular material in construction
because of its high durability and is used in many different types of constructions such
as construction, traffic, irrigation. Through quality concrete can evaluate the quality of
the whole building. As we already know, the basic aggregate content of macadam


concrete is: Water, cement, sand, stone ..., these materials are graded in a certain
proportion, when one of these components changes, it will affect the mechanical
properties of the manufactured concrete, including the elastic modulus.
In order to see the influence of water/cement ratio in the composition on the
modulus of elasticity of concrete, especially when using two types of water, sea water
and fresh water in Nha Trang city, Khanh Hoa province to produce concrete;
Experimental research on the effect of water/cement ratio on the elastic modulus of
concrete over time should be conducted empirically to clarify this relationship.
Keywords - sea water concrete; water/cement ratio; concrete strength; the
elastic modulus; the development of the elastic modulus of concrete.

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

Khối lƣợng thể tích bê tơng (kg/m3)
Khối lƣợng thể tích xốp của đá (g/cm3)
Khối lƣợng thể tích của đá (g/cm3)
Khối lƣợng riêng của xi măng (g/cm3)

:

Khối lƣợng riêng của nƣớc (g/cm3)
Khối lƣợng thể tích thực tếcủa hỗn hợp bê tơng sau khi nén chặt (kg/m3)

A, A1:

Hệ số chất lƣợng vật liệu theo TCVN

Cm:

Khối lƣợng vật liệu cát cần cho một mẻ trộn (kg)

Dm:

Khối lƣợng vật liệu đá cần cho một mẻ trộn (kg)

E:

Mơ đun đàn hồi (104 daN/cm2)

F:

Diện tích chịu lực nén của viên mẫu (cm2)

fc’:

Cƣờng độ chịu nén của bê tông ở 28 ngày tuổi trong điều kiện tiêu chuẩn

K1 :

Hệ số lèn chặt

kd:

Hệ số dư vữa hợp lý

Mđl:

Mô đun độ lớn

Nm:

Khối lƣợng nƣớc cần cho một mẻ trộn (lít)

P:

Tải trọng phá hoại mẫu (daN)

PGm:

Khối lƣợng phụ gia cần cho một mẻ trộn

R:

Cƣờng độ chịu nén của từng viên mẫu (daN/cm2)

r:

Độ rỗng do lƣợng nƣớc dư thừa

RBT:

Cƣờng độ nén của bê tông (daN/cm2)

rd:

Độ rỗng giữa các cốt liệu

Rx:

Mác của xi măng (daN/cm2)

Ry:

Cƣờng độ bê tông theo ngày tuổi thứ y

Vh:

Thể tích hồ xi măng (lít/m3)

Vm:

Thể tích một mẽ trộn (dm3)

α:

Hệ số tính đổi mẫu

ω:

Lƣợng nƣớc liên kết hóa học tính bằng % khối lƣợng xi măng


CÁC CHỮ VIẾT TẮT

AAR:

Alkali-Aggregate Reaction

ACI:

America Concrete Institute

ASTM:

American Society for Testing and Materials

B:

Cấp độ bền chịu nén của bê tông

BT:

Bê tông

BTCT:

Bê tông cốt thép

C:

Cát

CP1:

Cấp phối 1

CP2:

Cấp phối 2

D:

Đá dăm

LAS:

Laboratory Accreditation Scheme

N:

Nƣớc

NB:

Nƣớc biển

NN:

Nƣớc ngọt

PCB:

Portland Cement Blended

QĐ – BXD:

Quyết định – Bộ Xây dựng

TCVN:

Tiêu chuẩn Việt Nam

X:

Xi măng


DANH MỤC CÁC BẢNG

Số hiệu

Tên bảng

Trang

2.1.

Bảng trị số α

20

3.1.

Chỉ tiêu cơ lý

29

3.2.

Thành phần hạt

30

3.3.

Chỉ tiêu cơ lý

30

3.4.

Thành phần hạt

31

3.5.

Chỉ tiêu cơ lý

31

3.6.

Thông số của nƣớc biển

32

3.7.

Độ sụt hỗn hợp bê tông nên dùng cho các dạng kết cấu

34

3.8.

Lƣợng nƣớc trộn ban đầu cần cho 1m3 bê tơng (lít)

34

3.9.

Lƣợng nƣớc trộn ban đầu cho 1m3 bê tông ứng với từng
loại

35

3.10.

Hệ số chất lƣợng vật liệu A và A1

36

3.11.

Tỷ số X/N cho 1m3 bê tông ứng với từng loại cấp phối

36

3.12.
3.13.
3.14.
3.15.
3.16.
3.17.

Lƣợng xi măng cần cho 1m3 bê tông ứng với từng loại
cấp phối
Hệ số dƣ vữa hợp lý (Kd) dùng cho hỗn hợp bê tông dẻo
Hệ số dƣ vữa hợp lý (Kd) cho 1m3 bê tông ứng với từng

loại cấp phối
Lƣợng đá dăm cần cho 1m3 bê tông ứng với từng loại
cấp phối
Lƣợng cát cần cho 1m3 bê tông ứng với từng loại cấp
phối
Tổng hợp thành phần cốt liệu cho 1m3 bê tông ứng với
từng loại cấp phối

37
38
38
39
39
40

3.18.

Thành phần cấp phối bê tơng

40

3.19.

Kích thƣớc viên mẫu ứng với cốt liệu lớn

41

3.20.

Khối lƣợng vật liệu cho một mẻ trộn ứng với từng loại

cấp phối

42

3.21.

Kết quả thí nghiệm cƣờng độ mẫu lăng trụ - Tỷ lệ N/X=
0,45

47

3.22.

Kết quả thí nghiệm cƣờng độ mẫu lăng trụ - Tỷ lệ N/X=
0,55

47


Số hiệu
3.23.
3.24.
3.25.
3.26.
3.27.

Tên bảng
Kết quả thí nghiệm cƣờng độ mẫu lăng trụ - Tỷ lệ N/X=
0,6
Kết quả thí nghiệm mơ đun đàn hồi bê tông - Tỷ lệ N/X =

0,45
Kết quả thí nghiệm mơ đun đàn hồi bê tơng - Tỷ lệ N/X =
0,55
Kết quả thí nghiệm mơ đun đàn hồi bê tơng - Tỷ lệ N/X=
0,6
Kết quả thí nghiệm E bê tông 2 trƣờng hợp cấp phối

Trang
48
48
49
49
54


DANH MỤC CÁC HÌNH

Số hiệu

Tên hình

Trang

1.1.

Cấu trúc của bê tơng

5

2.1.

Vùng biển miền Trung – Việt Nam

15

2.2.

Biển Nha Trang – Khánh Hòa

15

2.3.

Máy nén mẫu

16

2.4.

Chuẩn bị mẫu thử nén

17

2.5.

Đúc mẫu trong phòng thí nghiệm

18

2.6.

Bảo dƣỡng mẫu

18

2.7.

Sơ đồ thí nghiệm mẫu lập phƣơng theo TCVN 3118:1993

19

2.8.

Sự phụ thuộc của cƣờng độ bê tông vào lƣợng nƣớc nhào
trộn

22

2.9.

Mối quan hệ giữa mô đun đàn hồi và cƣờng độ

26

3.1.

Biểu đồ thành phần hạt của cát

31

3.2.

Biểu đồ thành phần hạt đá

32

3.3.

Mẫu lăng trụ D15x30cm

43

3.4.

Trộn bê tông

43

3.5.

Khuôn đúc và mẫu thí nghiệm

44

3.6.

Máy nén

45

3.7.

Khung và đồng hồ đo biến dạng

45

3.8.

Chọn mẫu thí nghiệm

46

3.9.

Thí nghiệm cƣờng độ

46

3.10.

Thí nghiệm mơ đun đàn hồi

48


DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ

Số

Tên biểu đồ

hiệu

Trang

1.1.

Biểu đồ xác định phạm vi cho phép

7

1.2.

Biểu đồ xác định phạm vi cho phép đá dăm

8

3.1.

Giá trị mô đun đàn hồi theo thời gian nƣớc biển tỷ lệ N/X = 0,45

50

3.2.

Giá trị mô đun đàn hồi theo thời gian nƣớc biển tỷ lệ N/X = 0,55

50

3.3.

Giá trị mô đun đàn hồi theo thời gian nƣớc biển tỷ lệ N/X = 0,60

51

3.4.

So sánh giá trị mô đun đàn hồi (Bê tông sử dụng nƣớc biển) thay
đổi theo thời gian, với các tỷ lệ N/X = 0,45; 0,55; 0,60.

51

3.5.

Giá trị mô đun đàn hồi theo thời gian nƣớc ngọt tỷ lệ N/X = 0,45

52

3.6.

Giá trị mô đun đàn hồi theo thời gian nƣớc ngọt tỷ lệ N/X = 0,55

52

3.7.

Giá trị mô đun đàn hồi theo thời gian nƣớc ngọt tỷ lệ N/X = 0,60

53

3.8.

So sánh giá trị Mô đun đàn hồi (Bê tông sử dụng nƣớc ngọt) thay
đổi theo thời gian, với các tỷ lệ N/X = 0,45; 0,55; 0,60.

53

3.9

So sánh giá trị mô đun đàn hồi theo thời gian 2 trƣờng hợp cấp
phối tỷ lệ N/X = 0,45

55

3.10
3.11.

So sánh giá trị mô đun đàn hồi theo thời gian 2 trƣờng hợp cấp
phối tỷ lệ N/X = 0,55
So sánh giá trị mô đun đàn hồi theo thời gian 2 trƣờng hợp cấp
phối tỷ lệ N/X = 0,60

55
56


1

MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Khánh Hòa là một tỉnh duyên hải Nam Trung Bộ Việt Nam, giáp với tỉnh Phú
Yên về hƣớng Bắc, tỉnh Đắk Lắk về hƣớng Tây Bắc, tỉnh Lâm Đồng về hƣớng Tây
Nam, tỉnh Ninh Thuận về hƣớng Nam và Biển Đông về hƣớng Đông; có mũi Hịn Ðơi
trên bán đảo Hịn Gốm huyện Vạn Ninh, là điểm cực Ðông trên đất liền của nƣớc ta.
Diện tích tự nhiên (cả trên đất liền và hơn 200 đảo và quần đảo) là 5.197 km2. Bờ biển
dài 385 km. Dân số Khánh Hòa 1,213 triệu ngƣời (theo số liệu thống kê đến ngày 3112-2016).
Khánh Hòa hiện nay bao gồm 02 thành phố trực thuộc tỉnh (Nha Trang và Cam
Ranh), 01 thị xã (Ninh Hòa) và 06 huyện (Vạn Ninh, Diên Khánh, Khánh Vĩnh, Khánh
Sơn, Cam Lâm và huyện đảo Trƣờng Sa).
Vị trí địa lý của tỉnh Khánh Hịa cịn có ý nghĩa chiến lƣợc về mặt quốc phịng,
vì nằm gần đƣờng hàng hải quốc tế, có huyện đảo Trƣờng Sa, cảng Cam Ranh và là
cửa ngõ thông ra Biển Ðơng.
Trƣớc tình hình trên, việc đáp ứng về nhu cầu sử dụng vật liệu xây dựng cho
các công trình xây dựng cơ bản trên địa bàn là vơ cùng quan trọng. Nó là một trong
các yếu tố quyết định đến chất lƣợng, giá thành và thời gian thi cơng cơng trình.
Bê tơng là một trong những loại vật liệu đang đƣợc sử dụng rất rộng rãi trong
xây dựng dân dụng, xây dựng cầu, đƣờng. Tỷ lệ sử dụng bê tông trong xây dựng nhà
chiếm khoảng 40%, xây dựng cầu đƣờng khoảng 15% tổng khối lƣợng bê tông. Thông
qua chất lƣợng bê tơng có thể đánh giá chất lƣợng của tồn bộ cơng trình. Cùng với sự
phát triển của khoa học cơng nghệ, ngày càng có nhiều nghiên cứu chế tạo ra các loại
bê tông khác nhau, phù hợp với đặc tính của từng kết cấu cơng trình, mơi trƣờng làm
việc trong đó có việc nghiên cứu, ứng dụng vật liệu bê tơng từ nguồn nƣớc biển. Từ
đó mở ra hƣớng xây dựng mới cho các cơng trình xây dựng kè chắn sóng, đƣờng đi,
nhà tránh bão... ở huyện đảo Trƣờng Sa và các đảo khác, nhƣ vậy sẽ tiết kiệm rất nhiều
kinh phí, thời gian, vì khơng phải chuyên chở nƣớc ngọt từ đất liền ra đảo để sản xuất
bê tông.
Vấn đề đặt ra hiện nay là xác định sự phát triển mô đun đàn hồi của vật liệu này
khi sử dụng các loại nƣớc khác nhau (nƣớc biển và nƣớc ngọt), để từ đó có sự lựa chọn
sử dụng phù hợp trong thực tế xây dựng. Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu thực nghiệm về
ảnh hƣởng của tỷ lệ Nƣớc/Xi măng đến sự phát triển mô đun đàn hồi của bê tông nƣớc

biển và nƣớc thƣờng theo thời gian” là cần thiết.
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
a) Mục tiêu tổng quát:


2

Nghiên cứu ảnh hƣởng của tỷ lệ N/X đến mô đun đàn hồi của bê tông sử dụng
nƣớc biển và nƣớc ngọt (nƣớc máy).
b) Mục tiêu cụ thể:
- Nghiên cứu sử dụng xi măng pooc lăng hỗn hợp PCB40...... (thông dụng ở
Khánh Hịa), cát sơng, nƣớc biển, nƣớc ngọt (nƣớc máy), đá 1x2cm ở khu vực Nha
Trang (tỉnh Khánh Hòa) để sản xuất bê tơng có cấp độ bền B20 với thời gian khảo sát
đến 90 ngày từ ngày đúc bê tông.
- So sánh, nhận xét kết quả.
3. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
- Đối tƣợng nghiên cứu: Nghiên cứu xác định giá trị mô đun đàn hồi của bê
tông khi thay đổi các tỷ lệ N/X và thay đổi loại nƣớc trong thành phần cấp phối.
- Phạm vi nghiên cứu: Một số các tỷ lệ N/X khi chế tạo mẫu bê tông B20.
4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Sử dụng phƣơng pháp tính tốn lý thuyết kết hợp thí nghiệm thực nghiệm để
xác định mơ đun đàn hồi (E) của hỗn hợp bê tông B20 với các tỷ lệ N/X với NB (nƣớc
biển), NN (nƣớc ngọt) khác nhau.
5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Trong nƣớc biển chứa chủ yếu các ion Cl-, Na+, SO42-, K+, Mg2+, Ion Cl- chủ
yếu tham gia vào quá trình điện hóa làm ăn mịn cốt thép khi mơi trƣờng trong bê tơng
có pH<11. Ion Cl- liên kết hóa học trong bê tông chủ yếu ở dạng Canxi clorua
aluminat (3CaO.Al2O3.CaCl2.10H2O - muối Friedelt) và canxiclo ferit
(3CaO.Fe2O3.CaCl2.10H2O) hấp thụ trên thành lỗ rỗng của bê tơng, gây ra hiện tƣợng
ăn mịn bê tông và cốt thép bên trong bê tông. Ion SO42- trong nƣớc biển làm suy thối

vật liệu bê tơng do gây ra q trình muối hóa bên trong vữa bê tơng. Q trình muối
hóa hình thành tinh thể muối xảy ra trong các lỗ rỗng bên trong bê tông do muối
MgSO4 và K2SO4 phản ứng với Ca(OH)2 hình thành nên thạch cao. Ion SO42-, Cl- sẽ
phản ứng với thành phần khống sinh ra trong q trình thủy hóa của xi măng tạo
thành khoáng ettringite, friedelt, đây là một loại khống khơng ổn định (có thành phần
chính là CaSO4.2H2O và CaCl2.10H2O), có thể tích lớn hơn thể tích hợp chất ban đầu
nhiều lần, sẽ sinh ra nội lực phá vỡ cấu trúc bê tông của vật liệu bê tông đã đông cứng.
Ý nghĩa khoa học của đề tài là nghiên cứu, so sánh sự phát triển mô đun đàn hồi
của bê tông khi thay đổi các tỷ lệ N/X và thay đổi loại nƣớc trong thành phần cấp phối.
Nghiên cứu thực nghiệm là cơ sở để so sánh các đặc tính của vật liệu trong mơi
trƣờng làm việc thực tế. Từ đó rút ra kết luận kiến nghị làm cơ sở khoa học để lựa
chọn và áp dụng bê tông sử dụng nƣớc biển trong các cơng trình xây dựng.


3

6. CẤU TRÚC LUẬN VĂN
Luận văn gồm những nội dung chính nhƣ sau:
MỞ ĐẦU
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÊ TƠNG VÀ CÁC VẬT LIỆU CẤU
THÀNH
CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM PHÂN TÍCH ĐẶC TÍNH
HĨA HỌC CỦA NƢỚC NGỌT, NƢỚC BIỂN VÀ SỰ PHÁT TRIỂN MÔ ĐUN
ĐÀN HỒI CỦA BÊ TÔNG
CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO


4

CHƢƠNG 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 loại vật liệu đá nhân tạo đƣợc hình thành bằng cách tạo hình và làm
rắn chắc hỗn hợp đƣợc lựa chọn hợp lý của xi măng, nƣớc, cốt liệu (cát, sỏi hay đá
dăm), chất độn và phụ gia. Cốt liệu đóng vai trị là khung chịu lực, chiếm từ 80 đến
85% thể tích. Vữa xi măng, nƣớc bao bọc xung quanh cốt liệu đóng vai trị là chất kết
dính chiếm 10 đến 20% khối lƣợng. Sau khi đông cứng, hồ chất kết dính gắn kết các
hạt cốt liệu thành một khối tƣơng đối đồng nhất và đƣợc gọi là bê tông. Hỗn hợp
nguyên liệu mới nhào trộn gọi là hỗn hợp bê tơng hay bê tơng tƣơi. Cịn hỗn hợp bê
tông sau khi đông cứng rắn, chuyển sang trạng thái đá đƣợc gọi là bê tông. Yêu cầu cơ
bản của bê tông là phải đạt đƣợc cƣờng độ (đặc biệt là cƣờng độ chịu nén) ở tuổi quy
định hoặc đạt các yêu cầu khác nhau; độ chống thấm, ổn định với môi trƣờng và độ tin
cậy khi khai thác, giá thành khơng q đắt.
Có nhiều cách để phân ra các dạng bê tông khác nhau nhau; phân loại theo
cƣờng độ, theo chất kết dính, theo cốt liệu, theo khối lƣợng thể tích... Bê tơng truyền
thống có cƣờng độ từ 15 đến 20 (MPa). Bê tơng thƣờng có cƣờng độ nén từ 20 đến 50
(MPa), bê tông chất lƣợng cao và rất cao có cƣờng độ nén từ 50 đến 200 (MPa). Bê
tông và bê tông cốt thép đƣợc sử dụng rộng rãi trong xây dựng vì chúng có những ƣu
điểm nổi bật nhƣ: Cƣờng độ chịu lực cao, có thể chế tạo đƣợc những loại bê tơng có
cƣờng độ, hình dạng và tính chất khác nhau; giá thành rẻ, khá bền vững và ổn định đối
với mƣa nắng, nhiệt độ, độ ẩm.
Bê tông sử dụng cho đề tài Luận văn đƣợc thiết kế cho 2 loại cấp phối bê tông
sử dụng nƣớc thƣờng (cấp phối 1 – CP1), nƣớc biển (cấp phối 2 – CP2) đƣợc thiết kế
cùng cấp độ bền (B20), thành phần cấp phối và quy trình đúc mẫu, bảo dƣỡng giống
nhau và đƣợc thí nghiệm kiểm tra giá trị mô đun đàn hồi ở các ngày tuổi 3, 7, 14, 28,
60, 90.
1.1.1.1. Phân loại bê tông

Theo dạng chất kết dính: Bê tơng xi măng, bê tơng silicat, bê tông thạch cao, bê
tông polime.
Theo dạng cốt liệu: Bê tông cốt liệu đặc, bê tông cốt liệu rỗng, bê tơng cốt liệu
đặc biệt.
Theo khối lƣợng thể tích:
- Bê tơng đặc biệt nặng ( > 2500 kg/m3);


5

- Bê tơng nặng ( = 2200 ÷ 2500 kg/m3);
- Bê tơng tƣơng đối nặng ( = 1800 ÷ 2200 kg/m3);
- Bê tơng nhẹ ( = 500 ÷ 1800 kg/m3).
Theo công dụng:
- Bê tông thƣờng: dùng cho các kết cấu bê tông cốt thép;
- Bê tông thủy công: xây đập, âu thuyền, kênh, cơng trình dẫn nƣớc;
- Bê tơng mặt đƣờng, sân bay, vỉa hè
- Bê tông dùng cho kết cấu bao che (thƣờng là bê tông nhẹ)
- Bê tông có cơng dụng đặc biệt (chịu nhiệt, chịu axit, chống phóng xạ

)

Trong phạm vi Luận văn, chủ yếu nghiên cứu bê tơng nặng dùng chất kết dính
là xi măng (PCB 40).
1.1.1.2. Cấu trúc bê tơng
Sau khi tạo hình, các thành phần của hỗn hợp bê tông đƣợc sắp xếp chặt chẽ,
kết hợp với sự thủy hóa của xi măng hình thành nên cấu trúc bê tơng. Khoảng thời
gian hình thành cấu trúc, cũng nhau cƣờng độ đầu tiên của bê tông phụ thuộc vào
thành phần của bê tông, dạng chất kết dính và phụ gia hóa học. Cấu trúc vi mơ của bê
tơng có thể đƣợc biểu diễn nhau trên hình 1 gồm 3 pha cơ bản là: pha hơi, pha nƣớc và

pha rắn.

Hình 1.1. Cấu trúc của bê tơng [17]
Pha rắn gồm đá xi măng, khung cốt liệu và các liên kết giữa đá xi măng và
khung cốt liệu. Đá xi măng đƣợc cấu thành bởi các hạt xi măng thủy hóa chứa khoảng
50 % gel C-S-H, 20 % vôi liên kết Ca(OH)2, 10 % aluminates và sunfo – aluminates
của canxi hydrat hóa và 20% các thành phần khác CA2SH8, CA3). Liên kết đá xi măng
– khung cốt liệu tồn tại xung quanh khung cốt liệu và phụ thuộc vào hình dạng cũng
nhƣ thành phần hóa học các hạt cốt liệu. Các kết quả thí nghiệm cho thấy, các hạt cốt


6

liệu đá canxi khá rỗng và có liên kết chống thấm tốt hơn trong khi các cốt liệu đá silic
cho liên kết chống thấm kém hơn [1, 2].
Pha lỏng bao gồm các dạng nƣớc khác nhau cùng tồn tại trong bê tơng: Nƣớc lỗ
rỗng, nƣớc hấp phụ và nƣớc có liên kết hóa học. Nƣớc lỗ rỗng lấp đầy thể tích rỗng
nếu bê tơng hồn tồn bão hịa. Khi bê tơng khơng bão hịa, nƣớc lỗ rỗng phân cách
với pha hơi bởi các mặt cong mao dẫn (menisque). Nƣớc hấp phụ có mặt trên thành
của các lỗ rỗng, nhất là trên gel C-S-H và chịu tác động của các lực mặt qua trung gian
các lực liên phân tử Van der Waals và các lực tĩnh điện; có đến 6 lớp phân tử nƣớc có
thể bị giữ lại trên bề mặt, tuy nhiên lực hấp dẫn giảm khi mà khoảng cách giữa lớp
phân tử với bề mặt rắn tăng lên. Việc mất nƣớc hút bám là nguyên nhân chủ yếu của
sự co ngót của đá xi măng khi bị làm khơ. Nƣớc có liên kết hóa học là nƣớc cần thiết
cho các phản ứng hydrat hóa của xi măng, loại nƣớc này chỉ bị bay hơi khi nhiệt độ lên
tới trên 4000c [1, 2].
Pha khí bao gồm khí và hơi nƣớc cùng tồn tại trong các lỗ rỗng của bê tông.
Với bê tơng bão hịa hồn tồn, pha hơi bị chiếm chỗ bởi nƣớc lỗ rỗng [1, 2].
1.1.2. Các vật liệu cấu thành
1.1.2.1. Xi măng

Xi măng là thành phần chất kết dính để liên kết các hạt cốt liệu với nhau tạo ra
cƣờng độ cho bê tông. Chất lƣợng và hàm lƣợng xi măng là yếu tố quan trọng quyết
định cƣờng độ cho bê tơng. Hiện nay có rất nhiều loại xi măng để sản xuất bê tông
nhau xi măng pooc lăng, xi măng pooc lăng bền sulfat, 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 để vừa đảm bảo các yêu cầu thiết kế và vừa đảm bảo tính
kinh tế. Yêu cầu kỹ thuật của xi măng đƣợc quy định theo TCVN 2682 : 2009 [3]. Để
có loại bê tơng có chất lƣợng tốt, nên sử dụng loại xi măng có mác tỷ lệ thuận với mác
bê tông cần đạt. Lƣợng xi măng dùng phải lớn hơn lƣợng xi măng tối thiểu và nhỏ hơn
lƣợng xi măng tối đa do tiêu chuẩn quy định để sản xuất đƣợc bê tơng có độ dẻo và
tính cơng tác quy định mà khơng vượt hàm lƣợng nƣớc tối đa. Lƣợng xi măng tối
thiểu là 300 g/m3, lƣợng xi măng tối đa là 500 kg/m3.
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 (sulfat, alcali,...).


7

Thiết kế cấp phối cho bê tơng có fc’ = 25 (Mpa) dùng xi măng Hà Tiên – PCB 40 (đạt
các chỉ tiêu kỹ thuật dùng cho bê tông đƣợc quy định theo TCVN 6260: 2009 [4])
1.1.2.2. Cốt liệu nhỏ (Cát)
Cát là cốt liệu nhỏ cùng với xi măng, nƣớc 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 lƣợng tạp chất (hàm
lƣợng SiO2≥ 98%, lƣợng bụi bẩn khơng lớn hơn 1%).
Nếu cát có thành phần hạt hợp lý sẽ tiết kiệm đƣợc xi măng, cƣờng độ bê tông

sẽ cao. Thành phần hạt của cát đƣợc xác định thơng qua thí nghiệm lƣợng hạt lọt qua
các sàng tiêu chuẩn: theo TCVN 7570 : 2006 [5] là các sàng có kích thƣớc 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 đƣờng cong thực nghiệm nằm trong phạm vi cho phép ở biểu đồ cấp
phối theo quy định TCVN 7570: 2006 [5].

Biểu đồ 1.1. Biểu đồ xác định phạm vi cho phép [5]
1.1.2.3. Cốt liệu lớn (Đá dăm, sỏi)
Cốt liệu lớn có thể sử dụng là sỏi hoặc đá dăm. Sỏi là cốt liệu cần ít nƣớc, tốn xi
măng, dễ đầm, dễ đổ nhƣng lực dính bám với vữa xi măng nhỏ nên cƣờng độ bê tơng
sỏi thấp hơn bê tơng đá dăm. Do đó trong xây dựng các kết cấu cơng trình thƣờng sử
dụng cốt liệu lớn là đá dăm. Cốt liệu lớn thƣờng có kích thƣớc: 5 ÷ 70 mm (TCVN
7570 – 2006 [5]), và từ 2,36 ÷ 63 mm (theo ASTM [19]).
Chất lƣợng cốt liệu lớn đƣợc đặc trƣng bằng các yếu tố: cƣờng độ, thành phần
hạt và độ lớn, lƣợng tạp chất. Cƣờng độ của đá dăm đƣợc xác định thông qua nén mẫu
đá gốc, cịn sỏi đƣợc xác định thơng qua thí nghiệm nén trong xi lanh bằng thép và
đƣợc gọi là nén giập trong trạng thái bão hòa nƣớc. Mác của đá dăm phải tƣơng đƣơng
với mác của bê tông.


8

Chất lƣợng của đá dăm ảnh hƣởng rất lớn đến chất lƣợng của bê tơng. Do đó
u cầu hàm lƣợng hạt dẹt không đƣợc vƣợt quá 25% (theo TCVN7572-13:2006 [6]),
lƣợng hạt yếu và phong hóa khơng vƣợt q 10% theo khối lƣợng, còn lƣợng tạp chất
bên trong chủ yếu là đất sét, bụi, bùn, tạp chất hữu cơ, muối, đá silic vơ định hình và
đá diệp thạch silic thƣờng phải rất nhỏ (< 2%), theo 7572-8:2006.
Thành phần của đá dăm đƣợc xác định thơng qua thí nghiệm sàng đá trên bộ
sàng tiêu chuẩn có kích thƣớc lỗ sàng là 70 mm, 40 mm, 20 mm, 10 mm và 5 mm
(theo TCVN 7570–2006), từ đó xác định đƣờng kính hạt lớn nhất tƣơng ứng với cỡ

sàng có lƣợng sót tích lũy nhỏ hơn và gần 5% nhất và hạt nhỏ nhất của cốt liệu tƣơng
ứng với cỡ sàng có lƣợng sót tích lũy gần 95%, từ thí nghiệm này xây dựng biểu đồ
thành phần hạt, nếu nằm trong phạm vi cho phép của quy trình thì cấp phối đạt yêu
cầu.

Biểu đồ 1.2. Biểu đồ xác định phạm vi cho phép đá dăm [5]
Sau khi sàng phân tích và tính kết quả lƣợng sót tích lũy, vẽ đƣờng biểu diễn
cấp phối hạt. Nếu đƣờng biểu diễn cấp phối hạt nằm trong phạm vi cho phép thì đạt
tiêu chuẩn về thành phần hạt.


9

1.1.2.4. Nước
Nƣớc là thành phần giúp cho xi măng phản ứng tạo ra các sản phẩm thủy hóa
làm cho cƣờng độ của bê tơng tăng lên. Nƣớc cịn tạo ra độ lƣu động cần thiết để q
trình thi cơng đƣợc dễ dàng.
Nƣớc để chế tạo bê tông phải đảm bảo chất lƣợng tốt, không gây ảnh hƣởng xấu
đến thời gian đông kết và rắn chắc của xi măng và không gây ăn mòn cho cốt thép.
Nƣớc dùng đƣợc là loại nƣớc dùng cho sinh hoạt nhƣ nƣớc máy, nƣớc giếng.
Các loại nƣớc không đƣợc dùng là nƣớc đầm, ao, hồ, nƣớc cống rãnh, nƣớc chứa dầu
mỡ, đƣờng, nƣớc có độ pH < 4, nƣớc có chứa sulfat lớn hơn 0,27%.
Nƣớc biển có thể dùng để chế tạo bê tơng cho những kết cấu làm việc trong
nƣớc biển, nếu tổng các loại muối khơng vƣợt q 35g trong 1 lít nƣớc biển.
1.1.2.5. Chất phụ gia
Trong công nghệ chế tạo bê tông hiện nay, phụ gia đƣợc sử dụng khá phổ biến.
Phụ gia thƣờng sử dụng có 2 loại: Loại rắn nhanh và loại hoạt động bề mặt.
Phụ gia rắn nhanh thƣờng là các loại muối gốc clo (ví dụ,... , , 2FeCl NaCl
CaCl) hoặc là hỗn hợp của chúng. Do làm tăng nhanh q trình thủy hóa mà phụ gia
rắn nhanh có khả năng rút ngắn q trình rắn chắc của bê tông trong điều kiện tự

nhiên, cũng nhƣ nâng cao cƣờng độ bê tông sau khi bảo dƣỡng nhiệt và ở tuổi 28 ngày.
Phụ gia hoạt động bề mặt, mặc dù chỉ sử dụng một lƣợng nhỏ nhƣng có khả
năng cải thiện đáng kể tính dẻo của hỗn hợp bê tơng và tăng cƣờng nhiều tính chất
khác của bê tơng nhƣ tăng cƣờng độ chịu lực, tăng khả năng chống thấm... Trong đa số
các trƣờng hợp phụ gia dẻo và siêu dẻo là polime tổng hợp: Các dẫn xuất của nhựa
melamin hoặc của axit naftalin sunforic và các loại khác.
1.2. Ngun lý hình thành bê tơng thơng qua phản ứng thủy hóa của xi măng
Phản ứng thủy hóa của xi măng Pooc lăng:
Khi nhào trộn xi măng với nƣớc, ở giai đoạn đầu xảy ra quá trình tác dụng
nhanh của khoáng alit với nƣớc tạo ra hyđrosilicat canxi và hyđroxit canxi.
2(3CaO.SiO2) + 6H2O = 3CaO.2SiO2.3H2O + 3Ca(OH)2

(1.1)

Vì đã có hyđroxit canxi tách ra từ khoáng alit nên khoáng belit thuỷ hố chậm
hơn alit và tách ra ít Ca(OH)2 hơn:
2(2CaO.SiO2) + 4H2O = 3CaO.2SiO2.3H2O + Ca(OH)2.

(1.2)

Hyđrosilicat canxi hình thành khi thuỷ hố hồn tồn đơn khống silicat
tricanxi ở trạng thái cân bằng với dung dịch bão hoà hyđroxit canxi. Tỷ lệ CaO/SiO2


10

trong các 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. Pha chứa alumô chủ yếu trong xi măng là
aluminat tricanxi 3CaO.Al2O3, đây là pha hoạt động nhất. Ngay sau khi trộn với nƣớc,
trên bề mặt các hạt xi măng đã có lớp sản phẩm xốp, khơng 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 nƣớc của xi măng. Dạng ổn định của nó là hyđroaluminat 6 nƣớc có
tinh thể hình lập phƣơng đƣợc tạo thành từ phản ứng trong phƣơng trình (1.3):
3CaO.Al2O3 + 6H2O = 3CaO.Al2O3.6H2O

(1.3)

Để làm chậm q trình đơng kết khi nghiền clinke cần cho thêm một lƣợng đá
thạch cao (3% ÷ 5% so với khối lƣợng xi măng). Sulfat canxi sẽ đóng vai trị là chất
hoạt động hố học của xi măng, tác dụng với aluminat tricanxi ngay từ đầu để tạo
thành sulfoaluminat canxi ngậm nƣớc (khoáng etringit) nhƣ phƣơng trình (1.4):
3CaO.Al2O3 + 3 (CaSO4.2H2O) + 26H2O = 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O

(1.4)

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 đơng 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 cƣờng 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
cƣờng độ và độ ổn định của đá xi măng tăng lên. Cấu trúc của đá xi măng cũng sẽ tốt
hơn do hạn chế đƣợc những chỗ yếu của hyđroaluminat canxi. Sau đó etringit cịn tác
dụng với 3CaO.Al2O3 còn lại sau khi đã tác dụng với đá thạch cao để tạo ra muối kép
của sulfat nhƣ phƣơng trình (1.5):
2(3CaO.Al2O3)+3CaO.Al2O3.3Ca.SO4.32H2O+22H2O = (3CaO.Al2O3.CaSO4.18H2O) (1.5)

Feroaluminat tetracanxi tác dụng với nƣớc tạo ra hyđroaluminat và hyđroferit
canxi nhƣ phƣơng trình (1.6):
4CaO.Al2O3.Fe2O3 + mH2O = 3CaO.Al2O3.6H2O + CaO.Fe2O3.nH2O

(1.6)

Hyđroferit sẽ nằm lại trong thành phần của gen xi măng, còn hyđroaluminat sẽ
tác dụng với đá thạch cao nhƣ phản ứng trên.
Quá trình rắn chắc của xi măng:
Khi xi măng rắn chắc, các quá trình vật lý và hố lý phức tạp đi kèm theo các
phản ứng hố học có một ý nghĩa rất lớn và tạo ra sự biến đổi tổng hợp, khiến cho xi
măng khi nhào trộn với nƣớc, lúc đầu chỉ là hồ dẻo và sau biến thành đá cứng có
cƣờng độ. Tất cả các quá trình tác dụng tƣơng hỗ của từng khoáng với nƣớc để tạo ra
những sản phẩm mới xảy ra đồng thời, xen kẽ và ảnh hƣởng lẫn nhau. Các sản phẩm
mới cũng có thể tác dụng tƣơng hỗ với nhau và với các khoáng khác của clinke để


11

hình thành những liên kết mới. Do đó hồ xi măng là một hệ rất phức tạp cả về cấu trúc
thành phần cũng nhƣ sự biến đổi. Để giải thích quá trình rắn chắc ngƣời ta thƣờng
dùng thuyết của Baikov – Rebinder. Theo thuyết này, quá trình rắn chắc của xi măng
đƣợc chia làm 3 giai đoạn [1, 2]:
1.2.1. Giai đoạn hòa tan
Khi nhào trộn xi măng với nƣớc các thành phần khoáng của clinke sẽ tác dụng
với nƣớc ngay trên bề mặt hạt xi măng. Những sản phẩm mới tan đƣợc [Ca(OH)2;
CaO.Al2O3.6H2O] sẽ tan ra. Nhƣng vì độ tan của nó khơng lớn và lƣợng nƣớc có hạn
nên dung dịch nhanh chóng trở nên q bão hồ.
1.2.2. Giai đoạn hóa keo
Trong dung dịch q bão hồ, các sản phẩm Ca(OH)2; 3CaO.Al2O3.6H2O mới
tạo thành sẽ không tan nữa mà tồn tại ở trạng thái keo. Còn các sản phẩm etringit,
CSH vốn không tan nên vẫn tồn tại ở thể keo phân tán. Nƣớc vẫn tiếp tục mất đi (bay
hơi, phản ứng với xi măng), các sản phẩm mới tiếp tục tạo thành, tỷ lệ rắn/lỏng ngày

một tăng, hỗn hợp mất dần tính dẻo, các sản phẩm ở thể keo liên kết với nhau thành
thể ngƣng keo.
1.2.3. Giai đoạn kết tinh
Nƣớc ở thể ngƣng keo vẫn tiếp tục mất đi, các sản phẩm mới ngày càng nhiều.
Chúng kết tinh lại thành tinh thể rồi chuyển sang thể liên tinh làm cho cả hệ thống hoá
cứng và cƣờng độ tăng.
1.3. Một số nghiên cứu trên thế giới về ảnh hƣởng của nƣớc biển đến chất lƣợng
của bê tơng
1.3.1. Tình hình nghiên cứu và sử dụng cốt liệu khai thác từ biển để chế tạo bê
tơng trên thế giới và trong nƣớc
1.3.1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Năm 1949, tại hội nghị quốc tế ở Lisbon, nhà khoa học Pháp A.M.Fermandes
trong báo cáo chung có đề cập đến vấn đề sử dụng cát biển để chế tạo bê tông xi măng.
Ở Mỹ năm 1956, hội quốc gia về cát đã ra thông báo về việc sử dụng cát biển để chế
tạo bê tông. Ở Liên xô, năm 1965 F.M.Ivanov và V.C.Glabkov đã công bố kết quả
nghiên cứu dùng cát biển ở biển Đen để chế tạo bê tông thủy công.
Trên trang Web “The reasons why we have sea-sand houses” ngày 5/11/2003
cũng đã đề cập đến ảnh hƣởng của muối trong cát biển khi xây dựng nhà. Khi dùng cát
biển trộn với xi măng thay cho cát sơng bình thƣờng làm nhà thì lƣợng muối clorua
trong cát biển làm ảnh hƣởng ít nhiều đến chất lƣợng của nhà ở, nhƣng ảnh hƣởng này
là không đáng kể.


12

Trên thế giới hiện nay, việc sử dụng hỗn hợp bê tông từ nƣớc biển để bồi lấp
tạo thành các đảo nhân tạo đang ngày càng phổ biến.
1.3.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
Nhiều cơ quan, nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu bê tông xi măng sử dụng cát
biển, cát mịn và đã có kết quả nhất định nhƣ: “Vấn đề sử dụng cát, đá biển và nƣớc

biển trong bê tông” của Võ Thới Trung; “Công nghệ cải tạo đất, cát mặn, nƣớc mặn
tạo thành cốt liệu cho vữa và bê tông” của TS Nguyễn Hồng Bỉnh; “Bê tông làm từ cát
biển và nƣớc biển theo công nghệ của Công ty Thạch Anh”, ....
1.3.2. Ảnh hƣởng của nƣớc biển trong q trình chế tạo
Nƣớc biển thƣờng có 3,5% muối theo trọng lƣợng. Nồng độ ion Na+ và Cl- là
cao nhất, điển hình là 11.000 và 20.000 mg/lít tƣơng ứng. Nó cũng chứa Mg2+ và SO42điển hình là 1.400 và 2.700 mg/lít tương ứng. Các pH của nƣớc biển thay đổi từ 7,5 và
8,4. Giá trị trung bình là 8,2. Nƣớc biển cũng chứa một số lƣợng khí CO2 [1].
Magnesium sulphate phản ứng với hydroxit canxi trong xi măng pooc lăng để
hình thành sulfat canxi, đồng thời kết tủa hydroximagiê. MgSO4 cũng sẽ phản ứng với
canxi ngậm nƣớc aluminat để hình thành canxi sulphaoluminat. Những phản ứng trên
chủ yếu do sự tấn cơng hóa học của nƣớc biển khi sử dụng trong bê tơng [1].
Sự có mặt của clorua trong nƣớc biển có thể làm chậm sự giãn nở của bê tông
trong dung dịch sulfat. Bê tông sẽ phải mất nhiều thời gian hòa tan hơn trong nƣớc
biển và điều này sẽ khuyến khích q trình chiết lọc khơng có lợi trong bê tông [1].
Sự tấn công của sulphate hạn biểu thị sự gia tăng khối lƣợng xi măng trong hồ
bột hoặc vữa do các phản ứng hóa học giữa các sản phẩm của q trình hydrat hóa
giữa xi măng và dung dịch chứa sulfat [1].
Nói chung, bê tơng diễn ra nhiều phản ứng đồng thời khi sử dụng nƣớc biển để
chế tạo. Một số phản ứng khơng có lợi cho bê tông vẫn tiếp tục diễn ra trong thời gian
dài trong quá trình sử dụng, điều này gây ảnh hƣởng không nhỏ đến chất lƣợng và tuổi
thọ của bê tông khi sử dụng nƣớc biển.
1.3.3. Ảnh hưởng của nước biển trong quá trình khai thác sử dụng
Sulphates rắn sẽ tấn công bê tông một cách nặng nề nhƣng khi các hóa chất đã
hịa tan, chúng sẽ thâm nhập vào bê tông xốp và phản ứng với các sản phẩm của xi
măng đã hydrat hóa. Trong tất cả cacsulphates, magnesium sulphate gây thiệt hại tối
đa cho bê tông. Sự xuất hiện màu trắng đặc trưng là dấu hiệu của cuộc tấn công
sulphate [1].
Trong bê tông cứng, canxi aluminate hydrate (CAH) có thể phản ứng với muối
sulfat, các sản phẩm của phản ứng là canxi sulphaoluminat hình thành trong khn