Nghiên cứu phạm vi sử dụng của một số loại xi măng portland phổ biến ở miền nam trong các công trình xây dựng trên địa bàn tp hồ chí minh

Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-------------------

NGUYỄN THỊ HOÀNG YẾN

ĐỀ TÀI :

NGHIÊN CỨU PHẠM VI SỬ DỤNG CỦA MỘT SỐ
LOẠI XI MĂNG PORTLAND PHỔ BIẾN Ở
MIỀN NAM TRONG CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG
TRÊN ĐỊA BÀN TP HỒ CHÍ MINH
Chuyên ngành
Mã số ngành

: Vật Liệu Và Cấu Kiện Xây Dựng
: 2.15.06

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2004


LỜI CẢM ƠN
Sau khoảng thời gian 2 năm học tập và nghiên cứu. Được sự giúp đỡ rất nhiệt
tình của quý thầy cô trong quá trình giảng dạy và hướng dẫn làm luận văn, sự giúp
đỡ của những phòng thí nghiệm trong và ngòai Trường Đại Học Bách Khoa
Tp.HCM, và sự giúp đỡ của đồng nghiệp cũng như là của sinh viên chuyên ngành
vật liệu xây dựng, em đã hoàn thành luận văn Cao Học.
Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Trường Đại Học Bách Khoa, Khoa
Kỹ Thuật Xây Dựng – Bộ Môn Vật Liệu Xây Dựng, phòng thí nghiệm vật liệu xây

dựng, phòng thí nghiệm thạch học thuộc viện dầu khí Việt Nam. Đặc biệt là
GS.TSKH Võ Đình Lương – Giáo Viên hướng dẫn chính, đã tận tình hướng dẫn và
giúp đỡ trong quá trình làm luận văn Cao Học.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các bạn đồng nghiệp, và các bạn sinh viên
chuyên ngành Vật Liệu Xây Dựng đã tham gia đóng góp ý kiến và giúp đỡ trong
quá trình làm thí nghiệm phục vụ cho đề tài tốt nghiệp cao học.
Mặc dù rất cố gắng hòan thành tốt luận văn. Nhưng do thời gian và kiến thức
còn có hạn, cho nên luận văn tốt nghiệp cao học này chắc hẳn vẫn còn những thiếu
sót. Vì vậy, kính mong quý thầy cô, quý anh chị và các bạn đồng nghiệp đóng góp ý
kiến để em khắc phục và nâng cao kiến thức của mình hơn nữa.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô, các phòng thí nghiệm
trong và ngòai Trường Đại Học Bách Khoa, các bạn đồng nghịêp và sinh viên rất
nhiều !

HVTH : NGUYỄN THỊ HOÀNG YẾN


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Tên đề tài : “Nghiên cứu phạm vi sử dụng của một số loại xi măng
Portland phổ biến ở miền Nam trong các công trình xây dựng trên địa bàn TP
Hồ Chí Minh”
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong TCVN về phân loại xi măng có nhiều chủng loại : xi măng portland, xi
măng portland hỗn hợp, xi măng xỉ hạt lò cao, xi măng portland puzơlan, xi măng
bền sulphat … Tuy nhiên, hiện nay, trên thị trường ở miền Nam nói chung chỉ sử
dụng 2 loại xi măng phổ biến là xi măng portland (PC) và xi măng porltand hỗn hợp
(PCB). Trong đó phổ biến là PC30, PC40, PCB30, PCB40. TCVN cũng đã có qui
định yêu cầu kỹ thuật cụ thể về tính chất cơ lý và thành phần hóa cho hầu hết các
loại xi măng. Nhưng trong các tiêu chuẩn thiết kế, TCVN chỉ mới đề cập đến việc
phân loại các môi trường theo mức độ ăn mòn khác nhau mà chưa nêu cụ thể các

loại xi măng được phép và không được phép sử dụng trong các môi trường đặc trưng
cho từng vùng.
2. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu
Xác định phạm vi sử dụng của các loại xi măng phổ biến trên thị trường ở
miền Nam trong các công trình xây dựng ở TP Hồ Chí Minh.
3. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp đối chứng để kiểm tra độ bền của bê trong các môi trường thử
nghiệm : về các phương pháp cơ lý, hóa lý (thử độ pH), phương pháp phân tích hiện
đại (phân tích nhiệt, phân tích nhiễu xạ Rơnghen, kính hiển vi điện tử quét)
4. Những đóng góp của luận văn
Đề tài luận văn này sẽ góp phần bổ sung một phần đóng góp và việc sử dụng
các loại xi măng một cách hợp lý ở thị trường miền Nam trong các công trình xây
dựng ở TP Hồ Chí Minh.
5. Cấu trúc của luận văn
Luận văn bao gồm phần mở đầu, 4 chương, phần kết luận và tài liệu tham
khảo. Luận văn gồm 103 trang thuyết minh, 12 bảng biểu, 50 hình vẽ và đồ thị.


MỤC LỤC
Trang phụ bìa .................................................................................................
Nhiệm vụ luận văn Thạc Só ...........................................................................
Lời cảm ơn .....................................................................................................
Mục lục ..........................................................................................................
Danh mục các bảng ........................................................................................
Danh mục các hình vẽ và đồ thị .....................................................................
MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN ......................................................................... 3
1. Vấn đề sử dụng xi măng ở nước ta và trên thế giới .......................... 3
2. Sự phá hủy cấu trúc bê tông trong môi trường xâm thực nói chung
và ở TP Hồ Chí Minh nói riêng ......................................................... 14

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI ......................................... 35
1. Cơ sở khoa học của đề tài ................................................................. 35
2. Phương pháp nghiên cứu ................................................................... 38
CHƯƠNG 3 : NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ............................................ 43
1. Nguyên vật liệu và các môi trường thử nghiệm ................................ 43
2. Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm khả năng thích hợp của các
loại xi măng PC40, PCB30, PCB40 trong các môi trường ở TP Hồ
Chí Minh (Bình Chánh, Cần Giờ, Thủ Thiêm) .................................. 45
CHƯƠNG 4 : KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ .................................. 100
Phụ lục ........................................................................................................... 104
Tài liệu tham khảo .......................................................................................... 107


DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 1.1 : Xi măng hỗn hợp theo tiêu chuẩn ASTM C595

9

Bảng 1.2 : Các loại xi măng yêu cầu cho bê tông tiếp xúc với sulphat trong
môi trường đất hoặc nước

11

Bảng 1.3 : Ứng dụng phổ biến của các loại xi măng trong các công trình
xây dựng

11

Bảng 1.4 : Phân loại xi măng theo yêu cầu sử dụng

13

Bảng 1.5 : Sự tạo thành các sản phẩm hydrat hóa từ C3A

25

Bảng 3.1 : Các tính chất kỹ thuật của các loại xi măng thử nghiệm

43

Bảng 3.2 : Kết quả thử nghiệm nước

44

Bảng 3.3 : Kết quả cường độ nén các loại xi măng trong các môi trường
thử nghiệm

45

Bảng 3.4 : Các tính chất cơ lý của cát

47

Bảng 3.5 : Kết quả phân tích rây sàng của cát

47

Bảng 3.6 : Các tính chất cơ lý của đá dăm

48

Bảng 3.7 : Kết quả phân tích rây sàng của đá dăm

49

Bảng 3.8 : Cấp phối bê tông đúc mẫu thử nghiệm các loại xi măng

50

Bảng 3.9 : Kết quả về cường độ nén bê tông của các loại xi măng
trong các môi trường thử nghiệm

50

Bảng 3.10 : Hàm lượng Ca(OH)2 trong mẫu phân tích nhiệt

52

Bảng 3.11 : Độ pH của mẫu xi măng đã hydrat hóa

98

Bảng 3.12 : Bảng kiến nghị sử dụng các loại xi măng trong môi trường
khảo saùt

101

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1 : Xi măng Portland là bột mịn mà khi trộn với nước nó trở thành
chất keo liên kết cốt liệu trong bê tông

3

Hình 1.2 : Các ứng dụng tiêu biểu cho xi măng sử dụng với mục đích
thông thường

4

Hình 1.3 : Xi măng bền sulfat trung bình và xi măng bền sulfat cao cải
thiện độ bền sulfat của cấu kiện bê tông

5

Hình 1.4 : Xi măng phát triển cường độ cao sớm sử dụng cho bê tông
yêu cầu phát triển cường độ sớm

6

Hình 1.5 : Xi măng tỏa nhiệt trung bình và tỏa nhiệt thấp tối thiểu nhiệt
tỏa ra trong cấu kiện khối lớn hoặc công trình khối

7

Hình 1.6 : Các mẫu sử dụng trong thí nghiệm tiếp xúc với sulfat

8

Hình 1.7 : Thành phần khoáng quan trọng của xi măng là alite và belit

15

Hình 1.8 : Sơ đồ mô tả quá trình hydrat hóa của hồ xi măng

18

Hình 1.9 : Mô tả sơ đồ của quá trình hydrat hoá hạt xi măng

22

Hình 1.10 : Mô tả tốc độ nhiệt hydrat hóa tỏa ra theo thời gian trong quá
trình hydrat hóa

23

Hình 3.1 : Cường độ nén của mẫu vữa xi măng PC40 tỉ lệ 1 : 0 trong các
môi trường nước thử nghiệm

45

Hình 3.2 : Cường độ nén của mẫu vữa xi măng PCB30 tỉ lệ 1 : 0
trong các môi trường nước thử nghiệm

46

Hình 3.3 : Cường độ nén của mẫu vữa xi măng PCB40 tỉ lệ 1 : 0
trong các môi trường nước thử nghiệm

46

Hình 3.4 : Biểu đồ cấp phối thành phần hạt của cát

48

Hình 3.5 : Biểu đồ cấp phối hạt của đá dăm

49

Hình 3.6 : Cường độ nén của mẫu bê tông PC40 trong các môi trường
nước thử nghiệm

51

Hình 3.7 : Cường độ nén của mẫu bê tông PCB30 trong các môi trường
nước thử nghiệm

51

Hình 3.8 : Cường độ nén của mẫu bê tông PCB40 trong các môi trường
nước thử nghiệm
Hình 3.9 : Biểu đồ DTA của xi măng PC40 ngâm trong nước Bình Chánh

51
53


Hình 3.10 : Biểu đồ DTA của xi măng PC40 ngâm trong nước Cần Giờ

54

Hình 3.11 : Biểu đồ DTA của xi măng PC40 ngâm trong nước Thủ Thiêm

55

Hình 3.12 : So sánh các biểu đồ DTA của xi măng PC40 ngâm trong nước
Bình Chánh, Cần Giờ, Thủ Thiêm với nước thường
Hình 3.13 : Đồ thị biễu diễn hàm lượng Ca(OH)2 của xi măng PC40

56
57

Hình 3.14 : Biểu đồ DTA của xi măng PCB40 ngâm trong nước Bình Chánh 58
Hình 3.15 : Biểu đồ DTA của xi măng PCB40 ngâm trong nước Cần Giờ

59

Hình 3.16 : Biểu đồ DTA của xi măng PCB40 ngâm trong nước Thủ Thiêm 60
Hình 3.17 : So sánh các biểu đồ DTA của xi măng PCB40 ngâm trong nước
Bình Chánh, Cần Giờ, Thủ Thiêm với nước thường
Hình 3.18 : Đồ thị biễu diễn hàm lượng Ca(OH)2 của xi măng PCB40

61
62

Hình 3.19 : Biểu đồ DTA của xi măng PCB30 ngâm trong nước Bình Chánh 63
Hình 3.20 : Biểu đồ DTA của xi măng PCB30 ngâm trong nước Cần Giờ

64

Hình 3.21 : Biểu đồ DTA của xi măng PCB30 ngâm trong nước Thủ Thiêm 65
Hình 3.22 : So sánh các biểu đồ DTA của xi măng PCB30 ngâm trong
nước Bình Chánh, Cần Giờ, Thủ Thiêm với nước thường

66

Hình 3.23 : Đồ thị biễu diễn hàm lượng Ca(OH)2 của xi măng PCB30

67

Hình 3.24 : Biểu đồ xray xi măng PC40 trong nước thường

69

Hình 3.25 : Biểu đồ xray xi măng PC40 ngâm trong nước Bình Chánh

70

Hình 3.26 : Biểu đồ xray xi măng PC40 ngâm trong nước Cần Giờ

71

Hình 3.27 : Biểu đồ xray xi măng PC40 n ngâm trong nước Thủ Thiêm

72

Hình 3.28 : Biểu đồ xray của xi măng PC40 trong nước Bình Chánh,
Cần Giờ, Thủ Thiêm so với môi trường nước thường

Hình 3.29 : Biểu đồ xray của xi măng PCB40 ngâm trong nước thường

73
75

Hình 3.30 : Biểu đồ xray của xi măng PCB40 ngâm trong nước Bình Chánh 76
Hình 3.31 : Biểu đồ xray của xi măng PCB40 ngâm trong nước Cần Giờ

77

Hình 3.32 : Biểu đồ xray của xi măng PCB40 ngâm trong nước Thủ Thiêm 78
Hình 3.33 : Biểu đồ xray của xi măng PCB40 Holcim trong nước Bình
Chánh, Cần Giờ, Thủ Thiêm so với môi trường nước thường

79

Hình 3.34 : Biểu đồ xray của xi măng PCB30 ngâm trong nước thường

81

Hình 3.35 : Biểu đồ xray của xi măng PCB30 ngâm trong nước Cần Giơ

82

Hình 3.36 : Biểu đồ xray của xi măng PCB30 ngâm trong nước Cần Giờ

83

Hình 3.37 : Biểu đồ xray của xi măng PCB30 ngâm trong nước Thủ Thiêm 84
Hình 3.38 : Biểu đồ xray của xi măng PCB30 Hà Tiên trong nước Bình

Chánh, Cần Giờ, Thủ Thiêm so với môi trường nước thường

85

Hình 3.39 : Hình SEM của xi măng PC40 trong nước thường và Bình Chánh 87


Hình 3.40 : Hình SEM của xi măng PC40 trong nước thường và Cần Giờ

88

Hình 3.41 : Hình SEM của xi măng PC40 trong nước thường và Thủ Thiêm 89
Hình 3.42 : Hình SEM của xi măng PCB40 trong nước thường và Bình Chánh 91
Hình 3.43 : Hình SEM của xi măng PCB40 trong nước thường và Cần Giờ 92
Hình 3.44 : Hình SEM của xi măng PCB40 trong nước thường và Thủ Thiêm 93
Hình 3.45 : Hình SEM của xi măng PCB30 trong nước thường và Bình Chánh 95
Hình 3.46 : Hình SEM của xi măng PCB30 trong nước thường và Cần Giờ 96
Hình 3.47 : Hình SEM của xi măng PCB30 trong nước thường và Thủ Thiêm 97
Hình 3.48 : Đồ thị biễu diễn độ pH của xi măng PC40 theo thời gian

98

Hình 3.49 : Đồ thị biễu diễn độ pH của xi măng PCB30 theo thời gian

99

Hình 3.50 : Đồ thị biễu diễn độ pH của xi măng PCB40 theo thời gian

99

MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển của đất nước, TP Hồ Chí Minh đang ngày càng chứng
tỏ mình là một thành phố công nghiệp phát triển. Các công trình xây dựng ngày
càng nhiều để đáp ứng được nhu cầu phát triển của thành phố. Các khu công nghiệp
quan trọng dần dần phát triển ra ven thành phố. Tuy nhiên, những vùng đất ven
thành phố như : Bình Chánh, Nhà Bè, Cần Giờ … lại nằm trên vùng đất yếu và đất bị
nhiễm chua mặn rất nặng. Những công trình xây dựng trong vùng đất này qua thời
gian bê tông tiếp xúc trực tiếp với môi trường nước phèn mặn đã cho thấy nhiều kết
cấu bê tông bị ăn mòn mạnh, phá hủy mặt ngoài lẫn phần có cốt thép của bê tông
nếu dùng xi măng Portland thông thường, để giải quyết vấn đề chống ăn mòn cho
bê tông trong vùng này thường dùng xi măng bền sulfat, xi măng Portland puzolan,
xi măng puzolan.
Hiện nay, ngành sản xuất xi măng ở nước ta phát triển rất mạnh, nhiều nhà
máy trong nước : nhà máy xi măng Holcim, Hà Tiên, Hải Phòng, Nghi Sơn… đang
dần dần khẳng định vai trò của mình trong ngành xây dựng nhưng vẫn không đáp
ứng đủ nhu cầu sử dụng trong nước cho nên nước ta đã phải nhập thêm clinke từ
nước ngoài và nghiền với các phụ gia vô cơ trong nước để tạo thành xi măng đáp
ứng thêm cho thị trường. Từ đó, cho thấy xi măng ở nước ta khá phong phú nhưng
chỉ tập trung vào xi măng Portland và xi măng Portland hỗn hợp (PC và PCB) để
đáp ứng nhu cầu sản xuất hàng loạt với khối lượng lớn. Chính vì điều này cho nên
việc sử dụng xi măng ở nước ta nói chung và riêng ở TP Hồ Chí Minh chưa chuẩn
xác theo từng vùng cụ thể do chưa đưa vào tiêu chuẩn. Thêm vào đó, nguồn phụ gia
vô cơ chế tạo xi măng hỗn hợp của các nhà máy cũng khác nhau theo vùng mà nhà
máy đó khai thác càng làm cho sự khác nhau về xi măng hỗn hợp của các nhà máy


sản xuất cũng khác nhau. Vì vậy, việc khảo sát phạm vi sử dụng của các loại xi
măng phổ biến cho các công trình xây dựng trong từng vùng cụ thể là điều cần thiết.

Do điều kiện về thời gian và kinh phí thực hiện đề tài có hạn chế nên luận
văn này tôi chỉ tập trung trên một số nhãn hiệu xi măng ổn định và được sử dụng
phổ biến nhất có trên thị trường Tp Hồ Chí Minh : xi măng PC40 của Chinfon, xi
măng PCB30 của Hà Tiên, xi măng PCB40 của Sao Mai và trên địa bàn thành phố
tôi chọn các vùng có khả năng gây ăn mòn cho bê tông như vùng nước phèn ở Bình
Chánh, nước lợ ở Cần Giờ và nước ở Thủ Thiêm tiêu biểu cho nước ngầm vùng nội
thành TP Hồ Chí Minh.


1

MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển của đất nước, TP Hồ Chí Minh đang ngày càng
chứng tỏ mình là một thành phố công nghiệp phát triển. Các công trình xây dựng
ngày càng nhiều để đáp ứng được nhu cầu phát triển của thành phố. Các khu
công nghiệp quan trọng dần dần phát triển ra ven thành phố. Tuy nhiên, những
vùng đất ven thành phố như : Bình Chánh, Nhà Bè, Cần Giờ … lại nằm trên vùng
đất yếu và đất bị nhiễm chua mặn rất nặng. Những công trình xây dựng trong
vùng đất này qua thời gian bê tông tiếp xúc trực tiếp với môi trường nước phèn
mặn đã cho thấy nhiều kết cấu bê tông bị ăn mòn mạnh, phá hủy mặt ngoài lẫn
phần có cốt thép của bê tông nếu dùng xi măng Portland thông thường, để giải
quyết vấn đề chống ăn mòn cho bê tông trong vùng này thường dùng xi măng
bền sulfat, xi măng Portland puzolan, xi măng puzolan.
Hiện nay, ngành sản xuất xi măng ở nước ta phát triển rất mạnh, nhiều nhà
máy trong nước : nhà máy xi măng Holcim, Hà Tiên, Hải Phòng, Nghi Sơn… đang
dần dần khẳng định vai trò của mình trong ngành xây dựng nhưng vẫn không đáp
ứng đủ nhu cầu sử dụng trong nước cho nên nước ta đã phải nhập thêm clinke từ
nước ngoài và nghiền với các phụ gia vô cơ trong nước để tạo thành xi măng đáp
ứng thêm cho thị trường. Từ đó, cho thấy xi măng ở nước ta khá phong phú nhưng

chỉ tập trung vào xi măng Portland và xi măng Portland hỗn hợp (PC và PCB) để
đáp ứng nhu cầu sản xuất hàng loạt với khối lượng lớn. Chính vì điều này cho nên
việc sử dụng xi măng ở nước ta nói chung và riêng ở TP Hồ Chí Minh chưa chuẩn
xác theo từng vùng cụ thể do chưa đưa vào tiêu chuẩn. Thêm vào đó, nguồn phụ
gia vô cơ chế tạo xi măng hỗn hợp của các nhà máy cũng khác nhau theo vùng
mà nhà máy đó khai thác càng làm cho sự khác nhau về xi măng hỗn hợp của các
nhà máy sản xuất cũng khác nhau. Vì vậy, việc khảo sát phạm vi sử dụng của các


2
loại xi măng phổ biến cho các công trình xây dựng trong từng vùng cụ thể là điều
cần thiết.
Do điều kiện về thời gian và kinh phí thực hiện đề tài có hạn chế nên luận
văn này tôi chỉ tập trung trên một số nhãn hiệu xi măng ổn định và được sử dụng
phổ biến nhất có trên thị trường Tp Hồ Chí Minh : xi măng PC40 của Chinfon, xi
măng PCB30 của Hà Tiên, xi măng PCB40 của Sao Mai và trên địa bàn thành
phố tôi chọn các vùng có khả năng gây ăn mòn cho bê tông như vùng nước phèn
ở Bình Chánh, nước lợ ở Cần Giờ và nước ở Thủ Thiêm tiêu biểu cho nước ngầm
vùng nội thành TP Hồ Chí Minh.


3
Chương 1 :

TỔNG QUAN
1. Vấn đề sử dụng xi măng ở nước ta và trên thế giới :
1.1 Giới thiệu :
Xi măng Portland là loại xi măng thủy lực chủ yếu bao gồm các canxi
silicat (hình 1.1). Các phản ứng hóa học với nước làm cho xi măng đông kết và
rắn chắc. Trong quá trình phản ứng này, gọi là quá trình hydrat hóa, xi măng kết

hợp nước để tạo thành khối rắn chắc như đá, gọi là hồ xi măng. Khi hồ xi măng
(gồm xi măng và nước) có thêm cốt liệu (cát và sỏi, đá nghiền, hoặc các vật liệu
dạng hạt khác) thì nó bao bọc xung quanh hạt cốt liệu đóng vai trò chất bôi trơn,
lấp đầy khoảng trống giữa các hạt cốt liệu, nó sẽ là chất kết dính và liên kết các
cốt liệu lại với nhau để tạo thành bê tông, là loại vật liệu công trình sử dụng phổ
biến và đa năng nhất.

Hình 1.1 : Xi măng Portland là bột mịn mà khi trộn với nước nó trở thành chất keo
liên kết cốt liệu trong bê tông.
1.2 Phân loại xi măng theo tiêu chuẩn ASTM (American Standard
Technology Material) [9] :
Theo tiêu chuẩn ASTM C150 của Mỹ thì xi măng được chia ra thành các
loại nhö sau :


4
Loại I : xi măng Portland thông thường
Loại IA : xi măng Portland thường, tạo khí
Loại II : xi măng bền sulfat trung bình
Loại IIA : xi măng bền sulfat trung bình, tạo khí
Loại III : xi măng phát triển cường độ cao sớm
Loại IIIA : xi măng phát triển cường độ cao sớm, tạo khí
Loại IV : xi măng tỏa nhiệt thấp
Loại V : xi măng bền sulfat cao
Loại I :
Xi măng Portland loại I là xi măng có mục đích sử dụng thông thường thích
hợp cho tất cả các ứng dụng không yêu cầu các tính chất đặc biệt của các dạng xi
măng khác. Những ứng dụng của xi măng Portland loại I này trong bê tông bao
gồm cho bê tông lề đường, bê tông sàn, các công trình bê tông cốt thép, cầu, bể
chứa, kho chứa, ống dẫn, khối xây, và các sản phẩm bê tông đúc sẵn. (hình 1.2)

Hình 1.2 : Các ứng dụng tiêu biểu cho xi măng sử dụng với mục đích thông thường
bao gồm (từ trái sang phải) lề đường, sàn bê tông, cầu và công trình xây dựng.
Loại II :
Xi măng Portland loại II sử dụng cho công trình ở những vùng có môi
trường ăn mòn sulfat trung bình là chủ yếu. Những công trình, những bộ phận
công trình tiếp xúc với đất hoặc nước ngầm có nồng độ sulfat cao hơn bình
thường nhưng không tới mức độ nguy hiểm. Xi măng loại II có những tính chất về
độ bền chống ăn mòn sulfat trung bình vì nó chứa thành phần tricanxi aluminat
(C3A) không nhiều hơn 8%. (hình 1.3)


5
Sulfat trong đất ẩm hoặc nước có thể xâm nhập vào bê tông và phản ứng
với thành phần C3A hydrat, dẫn đến sự dãn nở, tăng kích cỡ, và tạo ra những vết
nứt trong bê tông. Một vài hợp chất sulfat, như là Magne sulfat, phản ứng trức
tiếp với khoáng hydro silicat canxi.
Sử dụng xi măng loại II trong bê tông phải đi kèm với việc sử dụng tỉ lệ
nước-vật liệu kết dính thấp và có độ thấm nhỏ để ngăn chặn sự xâm nhập của
sulfat vào bê tông.
Bê tông tiếp xúc với nước biển thường sử dụng xi măng loại II. Nước biển
có chứa một số lượng lớn sulfat và chlorid. Mặc dù sulfat trong nước biển có khả
năng xâm nhập vào bê tông, nhưng sự có mặt của clorid hạn chế những phản ứng
gây dãn nở khi sulfat xâm nhập. Khi trong bê tông có cả clorid và sulfat thì cả hai
đều phản ứng với pha aluminat. Sản phẩm phản ứng của ăn mòn sulfat cũng hòa
tan nhiều trong dung dịch clorid và có thể ra khỏi bê tông. Quan sát một số công
trình bê tông trong nước biển sử dụng xi măng Portland có hàm lượng C3A cao
đến 10% cho thấy có độ bền vừa đủ, bê tông có độ thấm thấp và có lớp phủ cốt
thép an toàn.

Hình 1.3 : Xi măng bền sulfat trung bình và xi măng bền sulfat cao cải thiện độ
bền sulfat của cấu kiện bê tông, như (từ trái sang phải) đổ nền đường, ống, và trụ
bê tông tiếp xúc với đất có hàm lượng sulfat cao.


6
Loại III :
Xi măng loại III tạo cường độ ban đầu cho bê tông, thường khoảng 1 tuần
hoặc ít hơn. Tính chất hóa học và vật lý của xi măng loại III tương tự như xi măng
loại I, ngoại trừ các hạt của nó có độ mịn cao hơn. Nó được sử dụng trong trường
hợp cần yêu cầu xoay vòng khuôn nhanh trong các nhà máy bê tông đúc sẵn hoặc
khi công trình cần đưa ngay vào sử dụng. Trong thời tiết lạnh, việc sử dụng xi
măng loại III có thể giảm thời gian dưỡng hộ (hình 1.4). Mặc dù những hỗn hợp
sử dụng xi măng loại I có hàm lượng xi măng cao có thể gia tăng cường độ sớm
ban đầu, nhưng xi măng loại III có thể cung cấp tính chất này dễ dàng hơn và có
hiệu quả kinh tế cao hơn.

Hình 1.4 : Xi măng phát triển cường độ cao sớm sử dụng cho bê tông yêu cầu phát
triển cường độ sớm, như (từ trái sang phải) bê tông trong thời tiết lạnh, đường yêu
cầu tối thiểu hạn chế sự tắc nghẽn giao thông, và bê tông đúc sẵn yêu cầu cần thao
khuôn nhanh.
Loại IV :
Xi măng loại IV thường sử dụng trong những công trình yêu cầu tốc độ và
lượng nhiệt tỏa ra từ quá trình hydrat hóa phải nhỏ nhất. Nó phát triển cường độ
với tốc độ thấp hơn so với các loại xi măng khác. Xi măng loại IV sử dụng trong
những công trình khối lớn, như là các đập có trọng lượng lớn, trong những công
trình này nhiệt độ gia tăng do nhiệt hydrat trong suốt quá trình đóng rắn phải
được giới hạn nhỏ nhất (hình 1.5). Loại xi măng này hiếm khi có sẵn.

7

Hình 1.5 : Xi măng tỏa nhiệt trung bình và tỏa nhiệt thấp tối thiểu nhiệt tỏa ra trong
cấu kiện khối lớn hoặc công trình khối như (bên trái) mố trụ cầu rất dày, và (bên
phải) đập nước.
Loại V :
Xi măng loại V sử dụng trong các công trình tiếp xúc với môi trường sulfat
mạnh-điển hình là trong đất và nước ngầm có hàm lượng sulfat cao (hình1.3). Nó
gia tăng cường độ chậm hơn xi măng loại I. Bảng 1.1 liệt kê nồng độ sulfat yêu
cầu cần phải sử dụng xi măng loại V. Độ bền sulfat cao của xi măng loại V được
cho là do có hàm lượng tricanxi aluminat thấp, không được nhiều hơn 5%. Việc
sử dụng tỉ lệ nước-chất kết dính thấp và độ thấm nhỏ yêu cầu cho bất kì bê tông
nào tiếp xúc với môi trường sulfat (hình 1.6). Ngay cả bê tông xi măng loại V
không thể chịu được trong môi trường sulfat mạnh nếu bê tông có tỉ lệ nước-chất
kết dính cao. Xi măng loại V, giống như các xi măng Portland khác, không có độ
bền trong môi trường axit và các chất ăn mòn cao khác.


8

Hình 1.6 : Các mẫu sử dụng trong thí nghiệm tiếp xúc với sulfat. Mẫu trên là mẫu
bê tông thời gian từ 5 đến 12 năm chế tạo từ xi măng loại V với tỉ lệ nước-xi măng
là 0.65, còn mẫu dưới cũng là mẫu bê tông chế tạo từ xi măng loại V thời gian từ 216 năm với tỉ lệ nước-xi măng là 0.39
1.3 Xi măng hỗn hợp :
Xi măng hỗn hợp được sử dụng trong tất cả các công trình xây dựng như xi
măng Portland. Xi măng hỗn hợp có thể sử dụng như là một chất kết dính cho bê
tông hoặc có thể kết hợp với chất kết dính khác thêm và tại trạm trộn. Xi măng
hỗn hợp chế tạo bằng cách kết hợp với pozzolan và xỉ tại địa phương.
Xi măng hỗn hợp được sản xuất bằng cách nghiền và nhào trộn đều hai
hoặc nhiều loại vật liệu mịn khác. Vật liệu cơ bản là xi măng Portland, xỉ lò cao,

fly ash, silica fume, đất sét nung non, puzolan, vôi hydrat, …
Theo tiêu chuẩn ASTM C595 phân ra làm 5 loại xi măng hỗn hợp baûng 1.1


9

Loại IS : xi măng Portland xỉ (Portland blast-furnace slag cement)
Loại IP và loại P : xi măng Portland puzolan (Portland-pozzolan cement)
Loại I (PM) : xi măng Portland cải tiến (Pozzolan-modified Portland
cement)
Loại S : xi măng xỉ (slag cement)
Loại I (SM) : xi măng xỉ cải tiến (Slag-modified Portland cement)
Bảng 1.1: Xi măng hỗn hợp theo tiêu chuẩn ASTM C595 [9]
Loại xi

Đặc điểm

măng

Hàm lượng puzolan

Tương đương với tiêu

tối đa (%)

chuẩn ASTM C150

I (PM)

Xi maêng Portland

< 15

II

IP

Xi maêng Portland-

15 – 40

IV hoaëc V

< 25

II

25 – 70

IV hoaëc V

> 70

IV hoaëc V

puzolan
I(SM)

Xi măng xỉ cải
tiến

IS

Xi măng Portland
xỉ

S

Xi măng xỉ
Hiện nay xi măng được phân loại phổ biến trên thế giới theo tiêu chuẩn

ASTM C1157 như sau :
Loại GU : xi măng sử dụng với mục đích thông thường (general use)
Loại HE : xi măng phát triển cường độ sớm ban đầu (high early strength)
Loại MS : xi măng bền sulfat trung bình (moderate sulfate resistance)
Loại HS : xi măng bền sulfat cao (high sulfate resistance)
Loại MH : xi măng tỏa nhiệt trung bình (moderate heat of hydration)
Loại LH : xi măng tỏa nhiệt thấp (low heat of hydration)


10

Loại GU :
Loại GU là xi măng sử dụng với mục đích thông thường thích hợp cho tất
cả mục đích sử dụng không yêu cầu có các tính chất đặc biệt của các loại xi măng
khác. Ứng dụng của nó như xi măng loại I (hình 1.2)
Loại HE :
Xi măng loại HE cung cấp cường độ ban đầu cao ở tuổi ban đầu thường
khoảng 1 tuần hoặc sớm hơn. Ứng dụng của nó như xi măng loại III (hình 1.4)
Loại MS :

Xi măng loại MS sử dụng ở nơi cần yêu cầu ngăn chặn sự ăn mòn sulfat ở
mức độ trung bình, như trong công trình chịu môi trường có nồng độ sulfat cao
hơn bình thường nhưng không gây ăn mòn mạnh (bảng 1.2). Ứng dụng của nó như
xi măng loại Portland loại II. Cũng tương tự như loại II, tỉ lệ nước – chất kết dính
phải thấp để có được độ bền sulfat (hình 1.3)
Loại HS :
Xi măng loại HS sử dụng trong công trình tiếp xúc môi trường có nồng độ
sulfat cao-trong đất hoặc nước ngầm có nồng độ sulfat cao. Ứng dụng của nó
tương tự như xi măng loại V. (hình 1.3 và hình 1.6)
Loại MH :
Xi măng loại MH sử dụng trong công trình yêu cầu cần phải có nhiệt
hydrat hóa tỏa ra trung bình và có nhiệt độ gia tăng hạn chế. Xi măng loại MH
được sử dụng tương tự như xi măng loại II. (hình 1.5)
Loại LH :
Xi măng loại LH sử dụng trong công trình cần yêu cầu tốc độ và lượng
nhiệt tỏa ra từ quá trình hydrat hóa phải tối thiểu. Xi măng loại này phát triển
cường độ chậm hơn so với các loại xi măng khác. Loại LH thường sử dụng trong
công trình bê tông khối lớn, đối với loại công trình này nhiệt độ gia tăng do nhiệt


11
hydrat hóa tỏa ra trong suốt quá trình đóng rắn phải nhỏ nhất. Ứng dụng xi măng
loại này tương tự như xi măng loại IV (hình 1.5). Bảng 1.3 cung cấp việc sử dụng
các loại xi măng trong các công trình xây dựng.
Bảng 1.2 : Các loại xi măng yêu cầu cho bê tông tiếp xúc với sulfat trong môi
trường đất hoặc nước [9].
Ăn mòn Nước-dung dịch
sulfat
sulfat
(SO42-)

trong đất, % theo
khối lượng
Không
< 0.1
đáng kể
Trung
0.1 – 0.2
bình

Mạnh

0.2 – 2

Sulfat
Loại xi măng
2(SO4 )
trong nước,
ppm
< 150
Không có yêu cầu
đặc biệt
150 – 1500 II, MS, IP(MS),IS
MS),P(MS),
PM)(MS),
I(SM)(MS)
1500 – 10 V, HS
000
> 10 000 V, HS

Tỉ lệ nướcchất kết dính

tối đa, % theo
khối lượng
0.5

0.45

Rất
>2
0.4
mạnh
Bảng 1.3 : Ứng dụng phổ biến của các loại xi măng trong các công trình xây dựng
[9].
Thông số
kỹ thuật Mục
xi măng đích sử
dụng
chung
ASTM
I
C150
ASTM
IS
C595
IP
I(PM)
I(SM)
S, P
ASTM
GU
C1157

Ứng dụng
Phát
Nhiệt
Nhiệt
hydrat hóa triển
hydrat
trung bình cường độ hóa thấp
cao sớm
II
III
IV
IS (MH)
IP(MH)
I(PM)(MH)
I(SM)(MH)
MH

P(LH)

HE

LH

Bền sulfat Bền
trung bình sulfat
cao
II

V

IS(MS)
IP(MS)
P(MS)
I(PM)(MS)
I(SM)(MS)
MS

HS


12
Qua việc phân loại xi măng trên thế giới hiện nay, (tiêu biểu là ở Mỹ theo
tiêu chuẩn ASTM), cho thấy việc sử dụng xi măng đã đi vào tiêu chuẩn cho từng
vùng môi trường cụ thể. Trên thế giới việc sản xuất xi măng tạo ra nhiều chủng
loại theo tiêu chuẩn ASTM C1157 cho nên có thể đáp ứng đầy đủ yêu cầu, riêng
ở Việt Nam vấn đề này chưa được phổ biến rộng rãi, việc sử dụng xi măng chỉ
tập trung vào 2 chủng loại cơ bản đó là xi măng Portland (PC) và xi măng
Portland hỗn hợp (PCB), riêng xi măng hỗn hợp các nhà máy lại chưa thống nhất
nguồn nguyên liệu sử dụng, chính vì vậy nhất thiết cần phải kiểm tra sự thích hợp
của loại xi măng sử dụng trong công trình xây dựng trong các môi trường cụ thể.
Các nhà nghiên cứu về xi măng ở nước ngoài cũng đã phân loại xi măng
theo các yêu cầu sử dụng rất cụ thể và rõ ràng tùy theo loại xi măng và môi
trường sử dụng như ở bảng 1.4


13

Bảng 1.4 : Phân loại xi măng theo yêu cầu sử dụng
YÊU CẦU SỬ DỤNG CÔNG TRÌNH

Loại cường độ cao, mác ≥ 25
Loại cường độ thấp, mác ≤ 25
Vữa xây dựng
Loại đóng rắn nhanh, dỡ cốt pha sớm
Loại bê tông khối, ít tỏa nhiệt
Loại bê tông ứng suất trước
Loại bền sulfat cao (6000mg/SO42-)
Loại bền sulfat trung bình (6000mg/SO42)
Loại nước chứa muối khoáng bình thường
Loại tiếp xúc dãn nở thực vật và động vật
+ rất tốt
* tốt
- không hợp lý
/ không cho phép
x không kinh tế

Xi măng Portland
PC1
PC2
PC3 PC4 PC5
40 45 40 35 35
45
55
*
+ * *
+
+
x
x *

x /
/
/
x
x x x
/
/
*
* - *
+
/
/ *
* +
/
/
* *
* *
*
+
/
/ - +
/
/
/
/ +
+ *
/
/
/
/ *

* *
/
/
/
/ /
/ /
/
/

PC6
50
*
x
*
/
/
/
/
/

PC7
35
*
x
*
/
/
/
-

PC8
35
*
x
*
/
/
/
/
-

Xi măng xỉ
CX1 CX2 CX3 CX4
25
25
25
25
+
+
+
+
+
*
*
*
/
/
/
/
+

+
+
+
/
/
/
/
*
+
+
/
/
/
*

CX5
25
+
*
/
*
/
-


14
2. Sự phá hủy cấu trúc bê tông trong môi trường xâm thực nói chung và môi
trường ở Tp Hồ Chí Minh nói riêng :
Bê tông và vữa xây dựng là hệ xốp mao quản và ưa nước, khi tiếp xúc với
môi trường nước hoặc hơi ẩm, chúng hút nước vào. Vì thế mà các tác nhân gây ăn

mòn cũng xâm nhập được vào lòng vữa và bê tông thông qua môi trường nước,
hơi ẩm và quá trình ăn mòn xảy ra.
Bản chất của vấn đề ăn mòn bê tông trong các môi trường xâm thực chính
là quá trình ăn mòn và phá hủy bản thân đá xi măng. Do đó trong phần này sẽ đề
cập sơ lược về xi măng.
2.1 Cơ sở hóa lý quá trình hydrat hóa và đóng rắn của xi măng Portland [3]:
a. Thành phần của xi măng Portland :
Xi măng Portland là chất kết dính vô cơ rắn trong nước. Thành phần hóa
của clinker xi măng dao động trong khoảng :
CaO : 63 – 67%
SiO2 : 21 – 24%
Al2O3 : 4 – 7%
Fe2O3 : 2 – 4%
Tổng các thành phần trên chiếm từ 95 – 97%. Các oxyt khác như MgO,
SO3, K2O, Na2O, TiO2, P2O5 … chiếm một tỉ lệ không lớn nhưng ít nhiều có hại
đến chất lượng xi măng.
Thành phần khoáng chính của xi măng Portland bao gồm :
-

Khoáng Alite : thành phần chủ yếu là 3CaO.SiO2 viết tắt là C3S là
khoáng cơ bản nhất trong clinker xi măng chiếm khoảng 40 – 60%

-

Khoáng Belite : β-2CaO.SiO2 (C2S) là khoáng quan trọng thứ hai
chiếm 20-30% trong clinker xi măng.


15
-

Khoáng Aluminat canxi : 3CaO.Al2O3 (C3A) chiếm khoảng 7 – 15%, là
khoáng đóng rắn nhanh, tỏa nhiều nhiệt và không bền trong môi trường
biển.

-

Khoáng Alumoferit canxi : 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (C4AF) chiếm khoảng
10 – 18%

Xi măng Portland là chất bền nước, quá trình đóng rắn của nó chỉ thực
hiện được khi tác dụng với nước, và sản phẩm của nó không chỉ bền trong môi
trường không khí, mà còn bền trong môi trường nước, ẩm. Nước đóng vai trò
quyết định trong quá trình đóng rắn và toàn bộ quá trình phát triển cường độ của
xi măng.
Hình 1.7 là hình chụp dưới kính hiển vi điện tử (scanning electron
microscopic, SEM) của thành phần khoáng quan trọng alit và belit
Tại sao xi măng chuyển thành khối đá rắn chắc khi tiếp xúc với nước ?
Lý do là nhờ vào hàng loạt chuỗi các phản ứng hóa học liên tiếp tạo ra một hệ
thống mạng lưới tinh thể liên kết các vật liệu lại với nhau. Sự đông kết và rắn
chắc của bê tông là kết quả của quá trình vật lý và hoá học xảy ra giữa xi măng
và nước. Nghiên cứu quá trình đóng rắn của xi măng rất phức tạp, mặc dù có
phương pháp phân tích hiện đại nhưng chỉ tương đối, chưa đầy đủ.

Hình 1.7 : hình chụp thành phần khoáng quan trọng của xi măng là alite và belit
b. Một số lý thuyết thể đóng rắn của xi măng Portland :
Bằng các phương pháp nghiên cứu cấu trúc : phương pháp nhiệt vi sai
(DTA); phương pháp quang phổ Rơnghen, quang phổ hồng ngoại, phương pháp