Nghiên cứu sản xuất bê tông từ các thành phần cấp phối cát biển nước biển khu vực cam ranh khánh hòa sử dụng xi măng poóc lăng bền sun phát

TRƯỜNG ĐẠI HỌ

NGUYỄN PHAN LÊ

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT BÊ TÔNG
TỪ CÁC THÀNH PHẦN CẤP PHỐI CÁT BIỂN, NƯỚC BIỂN
KHU VỰC CAM RANH - KHÁNH HỊA
SỬ DỤNG XI MĂNG PC LĂNG BỀN SUN PHÁT

Chun ngành: Kỹ thuật Xây dựng cơng trình Dân dụng và Công nghiệp
Mã số: 60.58.02.08

LUẬN VĂN T Ạ SĨ KỸ THUẬT

Ng

ih

c: PGS.TS. TRƯƠNG HỒI CHÍNH

Đà Nẵng - Năm 2019


LỜI

MĐ

N

Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa được ai

công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác./.
Tác giả

Nguyễn Phan Lê


TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN
NG IÊN ỨU SẢN XUẤT Ê TÔNG TỪ
T IỂN, NƯỚ

IỂN

U VỰ

T ÀN
MR N

P ẦN ẤP P ỐI
- KHÁNH HỊA

SỬ DỤNG XI MĂNG P Ĩ LĂNG ỀN SUN P
ọc viên: guyễn Phan Lê
Mã số: 60.58.02.08

T

huyên ngành: Xây dựng Dân dụng & ơng nghiệp

Khóa: 34.XDD.KH

Trường ại học Bách khoa -

Nội dung: Bê tông là một loại vật liệu nhân tạo được sử dụng nhiều nhất trong xây dựng.
Thành phần bê tông truyền thống gồm: cốt liệu thô (đá dăm, sỏi), cốt liệu mịn (cát) và chất kết
dính (xi măng + nước). Tuy nhiên việc khai thác và sử dụng nước, cát đạt các ch tiêu c l
cho cấp phối bê tông truyền thống tại một số v ng, địa phư ng nước ta như: v ng thường
xuyên ngập m n, v ng h i đ o n m xa đất liền
g p nhiều kh khăn. goài ra cát sông ngày
càng bị khai thác quá mức để phục vụ hoạt động xây dựng, nh hư ng đến môi trường, làm
tăng chi phí xây dựng.Vì vậy, cần c một loại hỗn hợp bê tông mới như “hỗn hợp bê tông sử
dụng cát biển, nước biển”, “hỗn hợp bê tông sử dụng cát biển, nước ngọt”, để gi i quyết các
vấn đề trên. M c khác sử dụng xi măng Po clăngbền Sun phát d ng để c i thiện sự phát triển
cường độ bê tông khi được s n xuất trong môi trường không thuận lợi như: c cát biển, nước
biển trong thành phần cấp phối. ghiên cứu s n xuất bê tông từ cát biển, nước biển khu vực
Cam Ranh - Khánh òa sử dụng xi măng Po c lăng bền Sun phát để đánh giá sự phát triển
cường độ chịu nén của bê tông theo thời gian. Mục đích nghiên cứu kh năng sử dụng cát
biển, nước biển kết hợp với xi măng Po c lăng bền Sun phát để s n xuất bê tông xi măng
không cốt thép ứng dụng trong cơng trình xây dựng.
Từ khóa: át biển; ước biển; xi măng Po c lăng bền Sun phát; Bê tông cát biển; Bê tông
nước biển; ường độ nén.
Content: Concrete is one of the most used artificial materials in construction. Traditional
concrete components include: coarse aggregate (crushed rock, gravel), fine aggregate (sand) and
binder (cement + water). However, the exploitation and use of water and sand have met
mechanical criteria for traditional grading of concrete in some areas and localities in our country
such as regularly submerged areas and offshore islands
encountered many difficulties. n
addition, river sand is being over-exploited to serve construction activities, affecting the
environment, increasing construction costs. Therefore, there should be another concrete mix
such as "concrete mix using sea sand, seawater", "concrete mix using sea sand, fresh water" to
solve the above problems. On the other hand, using Sunphate resisting Portland cement is used

to improve the strength of concrete when it is produced in unfavorable environments such as sea
sand and seawater in gravel. Research on production of concrete from sea sand and seawater in
Cam Ranh - Khanh Hoa area using Sunphate resisting Portland cement to evaluate the
development of compressive strength of concrete over time. Purpose of researching the
possibility of using sea sand and seawater combined with Sunphate resisting Portland cement to
produce non-reinforced cement concrete used in construction works.
Key words: Sea sand; Seawater; Sunphate resisting Portland cement; Concrecte using sea
sand; Concrecte using seawater; Compressive strength.


MỤ LỤ
TRANG BÌA
LỜ AM OA
TRANG TĨM TẮT LUẬ VĂ
MỤ LỤ
DA
MỤ
Á KÝ ỆU, Á
Ữ V ẾT TẮT
DA
MỤ
Á BẢ
DA
MỤ
Á
Ì
MỞ ẦU .........................................................................................................................1
1. Tính cần thiết của đề tài: ..........................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu: ..............................................................................................2
3. Mục tiêu nghiên cứu: ...............................................................................................2

4. ối tượng và phạm vi nghiên cứu: ..........................................................................2
5. Phư ng pháp và nội dung nghiên cứu: ....................................................................3
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: ................................................................3
7. Kết cấu luận văn: .....................................................................................................3
ƯƠ
1. TỔ
QUA VỀ BÊ TÔ
V
Á VẬT L ỆU ẤU T
.......4
1.1. T ng quan về bê tông ...............................................................................................4
1.1.1. ịnh nghĩa về bê tông ........................................................................................4
1.1.2. ấu tr c của bê tông ..........................................................................................4
1.1.3. Phân loại bê tông ...............................................................................................4
1.2. ường độ của bê tông: ..............................................................................................5
1.2.1. ấp độ bền chịu nén của bê tông .......................................................................5
1.2.2. Mác bê tông theo cường độ chịu nén .................................................................5
1.2.3. Tư ng quan giữa B và M ..................................................................................6
1.3. ác vật liệu cấu thành bê tông ..................................................................................7
1.3.1. Xi măng ..............................................................................................................7
1.3.2. ước...................................................................................................................7
1.3.3. ốt liệu thô (đá dăm, sỏi) ..................................................................................7
1.3.4. ốt liệu mịn (cát) ...............................................................................................8
1.4. Nguyên lý hình thành bê tơng thơng qua ph n ứng thủy h a của xi măng ..............8
1.4.1. iai đoạn hòa tan: ..............................................................................................9
1.4.2. iai đoạn h a keo: .............................................................................................9
1.4.3. iai đoạn kết tinh:..............................................................................................9
1.5. ác nhân tố quyết định đến cường độ bê tông .........................................................9
1.5.1. hất lượng và số lượng xi măng:.......................................................................9
1.5.2. ộ cứng, độ sạch và t lệ thành phần của cốt liệu (cấp phối) ............................9

1.5.3. T lệ nước - xi măng: .........................................................................................9


1.5.4. hất lượng của việc nhào trộn vữa bê tông, độ đầm chắc của bê tông khi đ
khuôn và điều kiện b o dưỡng: ....................................................................................9
1.6. Sự phát triển cường độ của bê tông theo thời gian .................................................10
1.6.1. Bê tông thông thường .....................................................................................10
1.6.2. Bê tông b o dưỡng nước biển: .........................................................................11
1.6.3. Bê tông sử dụng cát biển, nước biển: ..............................................................11
1.7. Ăn mịn h a học trong bê tơng ..............................................................................11
1.7.1. Ăn mịn hòa tan: ...............................................................................................12
1.7.2. Ăn mòn axit: ....................................................................................................12
1.7.3. Ăn mòn magie:.................................................................................................12
1.7.4. Ăn mòn sulfate: ................................................................................................12
1.7.5. Ăn mòn do kiềm: .............................................................................................13
1.8. Một số đ c điểm về cát biển, nước biển: ................................................................13
1.8.1. át biển ...........................................................................................................13
1.8.2. ước biển:........................................................................................................14
1.9. Ảnh hư ng của cát biển, nước biển, xi măng bền Sun phát đến chất lượng của bê
tông xi măng: .................................................................................................................15
1.9.1. Ảnh hư ng của cát biển, nước biển trong quá trình chế tạo bê tông ..............15
1.9.2. Ảnh hư ng của cát biển, nước biển trong quá trình khai thác sử dụng ...........16
1.9.3. Ảnh hư ng của xi măng bền Sun phát đến chất lượng của bê tông ................16
1.10. Một số nghiên cứu về bê tông sử dụng cát biển, nước biển: ................................17
1.10.1. ác nghiên cứu ngoài nước: ..........................................................................17
1.10.2. ác nghiên cứu trong nước: ...........................................................................18
Nhận xét chư ng 1.........................................................................................................19
ƯƠ
2. P ƯƠ
P ÁP T Ự

ỆM Ể XÁ
Ị
ƯỜ
Ộ
ỊU
É
ỦA BÊ TÔ
SẢ XUẤT TỪ ÁT B Ể , ƯỚ B Ể SỬ DỤ
X
MĂ
POÓ LĂ
BỀ SU P ÁT ......................................................................20
2.1. ác ch tiêu kỹ thuật của vật liệu để chế tạo bê tông: ............................................20
2.1.1. ốt liệu thô ( á dăm) .....................................................................................20
2.1.2. ốt liệu mịn ( át biển) ...................................................................................22
2.1.3. ước ................................................................................................................23
2.1.4. Xi măng: ..........................................................................................................24
2.2. Phư ng pháp xác định cường độ nén của bê tông .................................................25
2.2.1. Thiết bị thử:......................................................................................................25
2.2.2. huẩn bị mẫu thử:............................................................................................25
2.2.3. Lấy mẫu, chế tạo và b o dưỡng mẫu thử .......................................................26
2.2.4. Tiến hành thử: ..................................................................................................27
2.2.5. Tính kết qu : ....................................................................................................28
Nhận xét chư ng 2.........................................................................................................29


ƯƠ
3. T Í
ỆM THỰ
ỆM Ể XÁ

Ị
ƯỜ
Ộ
ỊU
NÉN ỦA BÊ TƠ
SẢ XUẤT TỪ ÁT B Ể , ƯỚ B Ể SỬ DỤ
X
MĂ
POÓ LĂ
BỀ SU P ÁT ......................................................................30
3.1. Mục đích thí nghiệm: ..............................................................................................30
3.2. Vật liệu sử dụng cho thí nghiệm: ...........................................................................31
3.2.1. ốt liệu thô ( á dăm) ......................................................................................31
3.2.2. ốt liệu mịn ( át biển) ....................................................................................32
3.2.3. ước: ...............................................................................................................33
3.2.4. Xi măng: ..........................................................................................................34
3.3. ấp phối bê tơng sử dụng cho thí nghiệm: .............................................................35
3.4. c mẫu thí nghiệm: ..............................................................................................35
3.4.1. Mẫu thí nghiệm ................................................................................................35
3.4.2. hế tạo mẫu thí nghiệm ...................................................................................36
3.5. Thí nghiệm nén mẫu bê tơng: .................................................................................37
3.5.1. huẩn bị mẫu thử:............................................................................................37
3.5.2. Tiến hành thử: ..................................................................................................37
3.6. Kết qu thí nghiệm: ................................................................................................37
3.6.1. Kết qu thí nghiệm:..........................................................................................38
3.6.2. Biểu đồ quan hệ ường độ nén trung bình theo ngày tu i: .............................42
3.6.3. Biểu đồ so sánh ường độ nén trung bình theo ngày tu i khi sử dụng xi măng
bền Sun phát với khi sử dụng xi măng thông thường: ...............................................46
Nhận xét chư ng 3.........................................................................................................50
KẾT LUẬ V K Ế

Ị .......................................................................................51
T L ỆU T AM K ẢO .............................................................................................52
P Ụ LỤ ......................................................................................................................54
QUYẾT Ị
AO Ề T LUẬ VĂ T
SĨ (BẢ SAO)
BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘ
ỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC
PHẢN BIỆN.


D N

Ý

MỤ

Ý

IỆU,

Ữ VIẾT TẮT

IỆU
Khối lượng thể tích của bê tơng (kg/m3)

ρv

ường độ chịu nén của bê tông

R
t

Tu i bê tông (ngày)

P

T i trọng phá hoại, đ n vị tính daN

F

Diện tích chịu lực nén của viên mẫu, đ n vị tính cm2

α

ệ số tính đ i mẫu bê tơng

Rn

ường độ nén của bê tông

tu i 28 ngày, đ n vị tính daN/cm2

TỪ VIẾT TẮT
TCVN

Tiêu chuẩn Việt am

TCXD

Tiêu chuẩn xây dựng

UBND

Ủy ban nhân dân

PCB

Xi măng Poóclăng hỗn hợp

PCB-MS

Xi măng Po clăng hỗn hợp bền Sun Phát

B

ấp độ bền bê tông

M

Mác bê tông

S1

Mẫu bê tông đá 1x2, cát biển, nước máy, xi măng P B40, B15

S2

Mẫu bê tông đá 1x2, cát biển, nước máy, xi măng PCB40-MS, B15

S3

Mẫu bê tông đá 1x2, cát biển, nước biển, xi măng P B40, B15

S4

Mẫu bê tông đá 1x2, cát biển, nước biển, xi măng P B40-MS, B15

S5

Mẫu bê tông đá 1x2, cát biển, nước máy, xi măng P B40, B20

S6

Mẫu bê tông đá 1x2, cát biển, nước máy, xi măng P B40-MS, B20

S7

Mẫu bê tông đá 1x2, cát biển, nước biển, xi măng P B40, B20

S8

Mẫu bê tông đá 1x2, cát biển, nước biển, xi măng P B40-MS, B20

PTN-1059 Phịng thí nghiệm của ơng ty

phần SD (LAS-XD 1059)


D N

B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B

MỤ

ẢNG

ng 1.1. B ng tư ng quan giữa cấp độ bền B và mác M ..............................................6
ng 2.1. Thành phần hạt của cốt liệu lớn ....................................................................20
ng 2.2. Mác đá dăm từ đá thiên nhiên theo độ nén dập ............................................21
ng 2.3. Thành phần hạt của cát..................................................................................22
ng 2.4. ác ch tiêu chất lượng của xi măng Po c lăng hỗn hợp .............................24
ng 2.5. Yêu cầu độ bền sun phát ..............................................................................25
ng 2.6. Kích thước cạnh nhỏ nhất của viên mẫu .......................................................26
ng 2.7. ình dáng, kích thước viên mẫu ...................................................................27
ng 2.8. B ng trị số α ..................................................................................................28

ng 3.1. ấp phối chuẩn cho 1m3 vữa bê tơng thí nghiệm .........................................35
ng 3.2. B ng t ng hợp kết qu thí nghiệm cường độ nén bê tơng theo ngày tu i ....38
ng 3.3. B ng số liệu thí nghiệm ................................................................................39
ng 3.4. B ng so sánh cường độ nén bê tông theo ngày tu i mẫu S2 với S1 .............46
ng 3.5. B ng so sánh cường độ nén bê tông theo ngày tu i mẫu S3 với S4 .............47
ng 3.6. B ng so sánh cường độ nén bê tông theo ngày tu i mẫu S5 với S6 .............48
ng 3.7. B ng so sánh cường độ nén bê tông theo ngày tu i mẫu S7 với S8 .............49


D N

MỤ

ÌN

ình 1.1. ồ thị sự phát triển cường độ của bê tơng theo thời gian .............................10
ình 1.2. át ven biển miền Trung – Việt am ..........................................................14
ình 1.3. át ven biển Bãi Dài – Cam Ranh ...............................................................14
ình 1.4. Thành phần nước biển ..................................................................................15
ình 2.1. Biểu đồ quy định thành phần hạt cốt liệu lớn ................................................21
Hình 2.2. Biểu đồ quy định thành phần hạt cốt liệu nhỏ ...............................................22
Hình 3.1. Kết qu thí nghiệm đá 1x2 mỏ đá ịn Thị ...................................................31
Hình 3.2. Kết qu thí nghiệm cát biển Bãi Dài – Cam Ranh ........................................32
Hình 3.3. Kết qu thí nghiệm nước máy .......................................................................33
Hình 3.4. Kết qu thí nghiệm nước biển am Ranh .....................................................33
ình 3.5. Kết qu thí nghiệm xi măng P B40 à Tiên ................................................34
ình 3.6. Kết qu thí nghiệm xi măng P B40-MS à Tiên.........................................34
Hình 3.7. Biểu đồ ường độ nén bê tông theo ngày tu i các mẫu cấp độ bền B15......43
Hình 3.8. Biểu đồ ường độ nén bê tơng theo ngày tu i các mẫu cấp độ bền B20......45
Hình 3.9. Biểu đồ so sánh ường độ nén bê tông theo ngày tu i c p mẫu S1-S2 ........46

Hình 3.10. Biểu đồ so sánh ường độ nén bê tông theo ngày tu i c p mẫu S3-S4 ......47
Hình 3.11. Biểu đồ so sánh ường độ nén bê tông theo ngày tu i c p mẫu S5-S6 ......48
Hình 3.12. Biểu đồ so sánh ường độ nén bê tông theo ngày tu i c p mẫu S7-S8 ......49


1

MỞ ĐẦU
1. Tí

cầ t iết củ đề tài:

Bê tơng là một loại vật liệu nhân tạo được sử dụng nhiều nhất trên thế giới.
iện nay bê tông vẫn đang là sự lựa chọn số một cho những cơng trình xây dựng.
Trong kết cấu xây dựng, bê tông chịu nhiều tác động khác nhau: chịu nén, uốn, kéo,
trượt, trong đ chịu nén là ưu thế lớn nhất của bê tông. Do đ , người ta thường lấy
cường độ chịu nén là ch tiêu đ c trưng để đánh giá chất lượng bê tông, gọi là cấp độ
bền bê tông.
Thành phần bê tông truyền thống gồm: cốt liệu thô (đá dăm, sỏi), cốt liệu mịn
(cát) và chất kết dính (xi măng+ nước). ác loại vật liệu để chế tạo bê tông như đá, cát,
nước thường c sẵn và được khai thác tại các địa phư ng để s n xuất bê tông.
Tuy nhiên việc khai thác và sử dụng nước, cát đạt các ch tiêu c l cho cấp
phối bê tông truyền thống tại một số v ng, địa phư ng nước ta như: v ng thường
xuyên ngập m n, v ng h i đ o n m xa đất liền
g p nhiều kh khăn do đ , việc chế
tạo bê tông truyền thống c ng s kh khăn và chi phí thường tăng cao nhiều lần so với
thơng thường. gồi ra, cát sông bị khai thác ngày càng quá mức để phục vụ hoạt
động xây dựng, nh hư ng đến môi trường và cạn kiệt nguồn tài nguyên, làm tăng chi
phí xây dựng do nguồn vật liệu ngày càng khan hiếm. Vì vậy, cần c một loại hỗn hợp
bê tơng mới như “hỗn hợp bê tông sử dụng cát biển, nước ngọt”, “hỗn hợp bê tông sử

dụng cát biển,nước biển” để gi i quyết các vấn đề trên, đồng thời để tận dụng nguồn
vật liệu dồi dào sẵn c
địa phư ng nh m gi m bớt chi phí xây dựng cơng trình cho
các v ng ven biển với nhu cầu ph hợp về cường độ bê tơng.
Khánh Hịa là một t nh duyên h i am Trung bộ c diện tích tự nhiên là:
5.218 km². ường bờ biển kéo dài kho ng 385 km c ng với kho ng 200 đ o lớn nhỏ
ven bờ và quần đ o Trường Sa. Theo “ hư ng trình phát triển đơ thị t nh Khánh òa
đến năm 2020 và định hướng đến năm 2030” được UB D t nh Khánh òa phê duyệt
tại Quyết định số 4104/Q -UB D ngày 29/12/2016, t nh Khánh ịa s đầu tư cho
chư ng trình phát triển đô thị, phấn đấu đến năm 2020 tỷ lệ đô thị h a toàn t nh đạt
60%, và đến năm 2030 đạt 70%, đưa Khánh ịa tr thành đơ thị loại , trực thuộc
Trung ư ng. Song song c ng với sự phát triển của Khánh òa, thành phố am Ranh
c ng không ngừng phát triển đ c biệt rất nhiều dự án đầu tư đã, đang và sắp triển khai
khu vực Bãi Dài ven biển.
ể đáp ứng nhu cầu phát triển trên, t nh Khánh òa cần ph i đầu tư nhiều trong
lĩnh vực xây dựng. Do đ , nhu cầu về vật liệu n i chung và vật liệu cát xây dựng n i
riêng là rất lớn. Theo quy hoạch phát triển vật liệu xây dựng t nh Khánh òa đến năm
2020, định hướng đến năm 2030 được UB D t nh Khánh òa phê duyệt tại Quyết
định số 4013/Q -UB D ngày 26/12/2016, nhu cầu cát xây dựng cho tồn t nh từ 1,6÷


2

1,9 triệu m3/năm, trong khi t ng công suất khai thác ch đạt 1,45 triệu m3/năm và trữ
lượng ngày càng gi m. Vì vậy, nếu tận dụng được các nguồn tài nguyên thiên nhiên c
sẵn là cát ven biển khu vực am Ranh và các đ o, quần đ o trên địa bàn t nh Khánh
òa, s đem lại hiệu qu kinh tế - xã hội trong đầu tư xây dựng cơng trình tại t nh
Khánh ịa n i chung và khu vực am Ranh n i riêng, với những lý do sau:
- Tiến độ đẩy nhanh nhờ vật liệu sẵn c trên công trường, gi m thời gian vận
chuyển;

- i m nguồn ô nhiễm bụi và tiếng ồn do vận chuyển vật liệu, tạo mơi trường
làm việc an tồn h n;
p phần hạn chế việc khai thác cát nước ngọt trên các lịng sơng, suối, bãi
bồi q mức, gây sạt l bờ sông, bờ suối gây thiệt hại đến diện tích đất th cư, đất
canh tác lâm, nơng nghiệp, nuôi trồng thủy s n...
M c khác qua các nghiên cứu và thực tế, sử dụng xi măng Po c lăng bền Sun
phát d ng để c i thiện sự phát triển cường độ bê tông khi được s n xuất trong môi
trường không thuận lợi như: c cát biển, nước biển trong thành phần cấp phối.
Do vậy, đề tài “Nghiên cứu sản xuất bê tông từ các thành phần cấp phối cát
biển, nước biển khu vực am Ranh - hánh ịa sử dụng xi măng Pc lăng bền
Sun phát” cần được nghiên cứu thực nghiệm, qua đ đánh giá kh năng s n xuất bê
tông từ cát biển, nước biển kết hợp với xi măng Po c lăng bền Sun phát để s n xuất bê
tông xi măng không cốt thép ứng dụng trong cơng trình xây dựng thực tế.
2. Mục đíc

iê cứu:

ghiên cứu kh năng sử dụng cát biển, nước biển kết hợp xi măng Po c lăng
bền Sun phát làm cấu kiện bê tông xi măng không cốt thép trong cơng trình xây dựng.
3. Mục tiêu

iê cứu:

ghiên cứu sử dụng xi măng Po c lăng hỗn hợp P B40, xi măng Po c lăng
hỗn hợp bền Sun phát P B40-MS ( ông ty Xi măng à Tiên 1 - Trạm nghiền am
Ranh), cát ven biển khu vực Bãi Dài - thành phố am Ranh - t nh Khánh òa, nước
biển ven bờ khu vực Bãi Dài - thành phố am Ranh - t nh Khánh òa, nước máy sinh
hoạt ( ơng ty ấp thốt nước Khánh ịa), đá dăm 1x2cm (mỏ đá òn Thị xã Phước
ồng - thành phố ha Trang - t nh Khánh òa) để s n xuất bê tông c cấp độ bền
B15, B20, so sánh đánh giá cường độ chịu nén của bê tông với thời gian kh o sát đến

90 ngày từ ngày đ c bê tông.
4. Đối t ợ

và p ạm vi

iê cứu:

- Đối tượng nghiên cứu: ghiên cứu thực nghiệm chế tạo bê tông từ các thành
phần cát biển, nước biển khu vực am Ranh sử dụng xi măng Po c lăng bền Sun phát.
- Phạm vi nghiên cứu:
tông cấp độ bền B15, B20.

ường độ chịu nén trên mẫu thử lập phư ng với bê


3

5. P

ơ

p áp và ội u

iê cứu:

Sử dụng phư ng pháp nghiên cứu l thuyết, kết hợp thí nghiệm thực nghiệm để
nghiên cứu thiết kế và tính tốn thành phần hỗn hợp bê tông B15, B20 với các vật liệu
khác nhau.
T ng hợp số liệu thu thập được từ các thí nghiệm, xây dựng biểu đồ phát triển
cường độ theo thời gian của bê tông B15, B20 với các loại cấp phối khác nhau. So

sánh, đánh giá sự phát triển cường độ nén của bê tông B15, B20 khi sử dụng cát biển,
nước biển và nước máy địa phư ng với xi măng thông thường và xi măng Po c lăng
bền Sun phát, thời gian kh o sát đến 90 ngày.
6. Ý

ĩ

c và t ực tiễ củ đề tài:

ng g p vào c s l luận việc hình thành loại bê tông không cốt thép, s n
xuất từ cát biển, nước biển, một trong những vật liệu sẵn c tại các địa phư ng ven
biển và h i đ o, kết hợp với xi măng Po c lăng bền Sun phát ứng dụng trong xây dựng
cơng trình.
Từ kết qu nghiên cứu c thể áp dụng vào việc chế tạo những cấu kiện, s n phẩm
bê tông không cốt thép từ cát biển, nước biển thay cho cát sông tại các địa phư ng ven
biển và các đ o xa bờ trên địa bàn Khánh òa, g p phần gi m giá thành xây lắp cơng
trình do sử dụng vật liệu c sẵn, tại chỗ mang lại hiệu qu kinh tế cao h n.
7. Kết cấu luậ vă :
MỞ ẦU
ƯƠ
THÀNH

1: TỔ

QUA

VỀ BÊ TÔ

V

Á

VẬT L ỆU

ẤU

ƯƠ
2: P ƯƠ
P ÁP T Ự
ỆM Ể XÁ
Ị
ƯỜ
Ộ
ỊU É
ỦA BÊ TÔ
SẢ XUẤT TỪ ÁT B Ể , ƯỚ B Ể
SỬ DỤ
X MĂ
POÓ LĂ
BỀ SU P ÁT
ƯƠ
3: T Í
ỆM T Ự
ỆM Ể XÁ
Ị
ƯỜ
ỊU É
ỦA BÊ TÔ
SẢ XUẤT TỪ ÁT B Ể , ƯỚ B Ể
DỤ

X MĂ
POÓ LĂ
BỀ SU P ÁT
KẾT LUẬ V K Ế
T

Ị

L ỆU T AM K ẢO

P Ụ LỤ
QUYẾT Ị

AO Ề T

LUẬ VĂ

Ộ
SỬ


4

ƯƠNG 1
TỔNG QU N VỀ Ê TÔNG VÀ

VẬT LIỆU ẤU THÀNH

1.1. T ng quan về bê tông:

1.1.1. Đị

ĩ về bê tô

:

Theo Tiêu chuẩn Xây dựng T XD 191:1996, bê tông là hỗn hợp đ ng rắn của
các vật liệu gồm chất kết dính, cốt liệu lớn, cốt liệu nhỏ và nước.
thể c ho c
không c phụ gia.
Bê tông xi măng (loại bê tông hiện nay thông dụng nhất thường gọi tắt là bê
tông) là một loại vật liệu đá nhân tạo được chế tạo từ các vật liệu rời (cát, đá, sỏi) và
chất kết dính (xi măng + nước). guyên l tạo nên bê tông là d ng các cốt liệu thô (đá,
sỏi) làm thành bộ xư ng, cốt liệu mịn (cát) lấp đầy kho ng trống và d ng chất kết dính
để liên kết ch ng lại thành một thể đ c chắc c kh năng chịu lực và chống lại các biến
dạng 1 .

1.1.2. Cấu t c củ bê tô

:

Bê tông c cấu tr c không đồng nhất vì hình dáng, kích thước cốt liệu khác
nhau, sự phân bố của cốt liệu và chất kết dính khơng thật đồng đều, trong bê tơng vẫn
cịn lại một ít nước thừa và những lỗ rỗng li ti (do nước thừa bốc h i). Q trình khơ
cứng của bê tơng xãy ra lâu dài, đ là quá trình thủy h a xi măng, quá trình thay đ i sự
cân b ng nước, sự gi m chất keo nhớt, sự tăng mạng tinh thể của đá xi măng. Quá
trình đ làm cho bê tơng tr thành vật liệu vừa c tính đàn hồi vừa c tính d o, thể
hiện ra đ c tính biến dạng khi chịu lực và chịu tác dụng nhiệt, ẩm của môi trường
[1].

1.1.3. P â l ại bê tô

[1,2]:

nhiều cách phân loại bê tông, thông thường theo 3 cách:
. . . . Th o khối lượng th t ch

ung tr ng

- Bê tông đ c biệt n ng: ρv> 2500 kg/m3, chế tạo từ cốt liệu đ c chắc, d ng cho
những kết cấu đ c biệt (ngăn được tia X, tia ɤ ).
- Bê tông n ng (bê tơng thường): ρv = 1800 ÷ 2500 kg/m3, chế tạo từ cát, đá, sỏi
thông thường, d ng cho kết cấu chịu lực sử dụng ph biến trong xây dựng c b n.
- Bê tơng nhẹ: ρv = 500 ÷ 1800 kg/m3, gồm bê tông chế tạo từ cốt liệu rỗng
thiên nhiên hay nhân tạo và bê tông t ong khơng cốt liệu thơ (bê tơng bọt khí) c cấu
tr c chứa một lượng lớn lỗ rỗng kín giống dạng t ong.
- Bê tông đ c biệt nhẹ: ρv< 500 kg/m3, giống như bê tông nhẹ nhưng chế tạo từ
cốt liệu nhẹ c độ rỗng lớn (không c cát) và bê tông t ong với mức độ rỗng lớn.


5

. . .2. Th o chất kết

nh

- Bê tông xi măng: chủ yếu là xi măng Po c lăng và các dạng khác của n .
- Bê tông silicat: chất kết dính là vơi và cốt liệu mịn là cát silic nghiền.
- Bê tơng thạch cao: chất kết dính là thạch cao ho c xi măng thạch cao.
- Bê tông x : chất kết dính là các loại x lị cao.

- Bê tơng polime: chất kết dính là chất d o h a học và phụ gia.
. . . . Th o h m vi s

ng

- Bê tông thường: được sử dụng trong các kết cấu chịu lực (nền m ng, cột,
vách, dầm, sàn).
- Bê tông thủy công: d ng để xây dựng đập, mái kênh, cơng trình nước ... ngồi
u cầu chịu lực cịn địi hỏi tính chống thấm và chống xâm thực của môi trường nước.
- Bê tông làm đường: d ng cho m t đường, sân bay. Loại bê tơng này cần c
tính chịu mài mịn lớn và chịu được sự biến đ i lớn về nhiệt độ và độ ẩm.
- Bê tông chuyên dụng: Bê tông n định h a học d ng trong môi trường nồng
độ muối, a xít, kiềm cao; Bê tơng chịu lửa; Bê tơng chịu bức xạ ...
gồi ra cịn c cách phân loại bê tông theo cường độ, theo cấu tr c, theo thành
phần cốt liệu.
1.2. C

độ củ bê tô

:

ường độ là một ch tiêu quan trọng thể hiện kh năng chịu lực của vật liệu. Bê
tông c thể chịu nhiều tác động khác nhau: chịu nén, uốn, kéo, trượt
trong đ bê
tông làm việc trạng thái chịu nén là tốt nhất. Do đ , người ta thường lấy cường độ
chịu nén là ch tiêu đ c trưng để đánh giá chất lượng bê tông. ể biểu thị cường độ
chịu nén của bê tông, người ta d ng khái niệm cấp độ bền chịu nén của bê tông ho c
mác bê tông theo cường độ chịu nén 1 .

1.2.1. Cấp độ bề c ịu

củ bê tô

:

ấp độ bền chịu nén của bê tông, k hiệu b ng chữ B, là giá trị trung bình
thống kê của cường độ chịu nén tức thời, tính b ng đ n vị Mpa, với xác suất đ m b o
không dưới 95%, xác định trên các mẫu lập phư ng kích thước tiêu chuẩn
(150x150x150) mm được chế tạo, dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn và thí nghiệm
nén tu i 28 ngày.
Bê tơng c các cấp độ bền: B3.5; B5; B7.5; B10; B12.5; B15; B20; B22,5; B25;
B27,5; B30; B35; B40; B45; B50; B55; B60 [11].

1.2.2. Mác bê tô

t e c

độ c ịu

:

Mác bê tông theo cường độ chịu nén, kí hiệu b ng chữ M, lấy b ng giá trị trung
bình thống kê của cường độ chịu nén tức thời, tính theo đ n vị da /cm2, xác định trên


6

các mẫu lập phư ng kích thước tiêu chuẩn (150x150x150) mm được chế tạo, dưỡng
hộ trong điều kiện tiêu chuẩn và thí nghiệm nén tu i 28 ngày.
Bê tơng c các mác: M50; M75; M100; M150; M200; M250; M300; M350;

M400; M450; M500; M600; M700; M800; M900; M1000 [11].

1.2.3. T ơ

qu

iữ B và M [11]:

Tư ng quan giữa B và M của c ng một loại bê tông được thể hiện qua biểu
thức:
(1.1)
Trong đ :
ệ số đ i đ n vị từ kg/cm2 sang MPa, c thể lấy

= 0,1;

ệ số chuyển đ i từ cường độ trung bình sang cường độ đ c trưng, với xác
suất đ m b o 95% thì = 0,778.
B
ấp độ
bền

1.1. B
ường độ
chịu nén
(Mpa)

t ơ

qu

Mác M

iữ cấp độ bề B và mác M
ấp độ
bền

ường độ
chịu nén
(Mpa)

Mác M

B3,5

4,50

M50

B35

44,95

M450

B5

6,42

M75

B40

51,37

M500

B7,5

9,63

M100

B45

57,80

M600

B10

12,84

M150

B50

64,22

M700

B12,5

16,05

M150

B55

70,64

M700

B15

19,27

M200

B60

77,06

M800

B20

25,69

M250

B65

83,48

M900

B22,5

28,90

M300

B70

89,90

M900

B25

32,11

M350

B75

96,33

M1000

B27,5

35,32

M350

B80

102,75

M1000

B30

38,53

M400


7

1.3. Các vật liệu cấu t à

1.3.1. Xi mă

bê tô

:

[2]:

Xi măng là thành phần chất kết dính rắn trong nước để liên kết các hạt cốt liệu
với nhau tạo ra cường độ cho bê tông. hất lượng và hàm lượng xi măng là yếu tố
quan trọng quyết định cường độ cho bê tơng.
. T y theo mục đích sử dụng, để s n xuất bê tông c thể sử dụng các loại xi măng
khác nhau như: xi măng Po c lăng hỗn hợp, xi măng Po c lăng bền Sun phát, xi măng
Po c lăng x hạt lò cao, xi măng Po c lăng Pu lan ...
Yêu cầu kỹ thuật của xi măng Po c lăng được quy định theo T V
2682:2009.Yêu cầu kỹ thuật của xi măng Po c lăng hỗn hợp được quy định theo
TCVN6260:2009.
Xi măng Po c lăng bền Sun phát là loại xi măng Po c lăng mà các thành phần
khoáng vật được quy định ch c ch , đ c biệt là thành phần tri canxi aluminat ( 3A),
tỏa nhiệt ít h n và chống ăn mòn Sun phát (SO42-) tốt h n so với xi măng thơng
thường vì vậy được sử dụng để c i thiện sự suy gi m cường độ xi măng trong môi
trường Sun phát và c thể sử dụng để s n xuất bê tông trong môi trường không thuận
lợi như: c cát biển, nước biển trong thành phần cấp phối.
Yêu cầu kỹ thuật của Xi măng Po c lăng bền Sun phát được quy định theo
TCVN 6067:2004. Yêu cầu kỹ thuật của Xi măng Po c lăng hỗn hợp bền Sun phát
được quy định theo T V 7711:2013.

1.3.2. N

c [2]:

ước là thành phần ph n ứng với các khoáng vật của xi măng tạo ra các s n
phẩm thủy h a làm bê tơng c cường độ. ước cịn tạo ra độ lưu động cần thiết để quá
trình thi công được dễ dàng.
Yêu cầu kỹ thuật của nước trộn cho bê tông và vữa được quy định theo T V
4506:2012.

ước biển c thể d ng để chế tạo bê tông cho những kết cấu làm việc trong
nước biển, nếu t ng các loại muối không vượt quá 35g trong 1 lít nước biển.
Khi lượng nước quá ít, dưới tác dụng của lực h t phân tử, nước ch đủ để hấp
phụ trên bề m t vật rắn mà chưa tạo ra độ lưu động của hỗn hợp. Lượng nước quá
nhiều s tạo ra nhiều lỗ rỗng trong quá trình đông kết của bê tông. ể đ m b o cho bê
tơng c cường độ theo u cầu, ít lỗ rỗng h n thì t lệ ước/Xi măng ( /X) khơng nên
vượt q 0,6. Bất kì sự thay đ i nào của tỷ lệ /X đều tác động lên độ bền và các tính
năng khác của bê tơng.

1.3.3. Cốt liệu t ô đá ăm,

i [2]:

ốt liệu thô (cốt liệu lớn) là đá dăm, sỏi c cỡ hạt từ 5 ÷ 70mm, ch ng tạo ra bộ
khung chịu lực cho bê tơng. gồi đá dăm và sỏi khi chế tạo bê tơng cịn c thể d ng


8

sỏi dăm. á dăm được s n xuất b ng cách đập và nghiền đá, ho c nghiền từ đá như đá
vơi, đá granit Sỏi được hình thành do q trình phong h a của đá tự nhiên ho c đá
kết theo các dòng ch y, sỏi dăm được s n xuất b ng cách đập và nghiền cuội, sỏi kích
thước lớn.
Yêu cầu kỹ thuật của đá dăm, sỏi d ng cho bê tông được quy định theo TCVN
7570:2006.

1.3.4. Cốt liệu mị

cát [2]:

ốt liệu mịn (cốt liệu nhỏ) là cát c cỡ hạt từ 0,14 ÷ 5 mm, c ng với xi măng,

nước tạo ra vữa xi măng để lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu thô (đá, sỏi) và
bao bọc xung quanh các hạt cốt liệu lớn tạo ra khối bê tông đ c chắc. át c ng
là thành phần c ng với cốt liệu lớn tạo ra bộ khung chịu lực cho bê tông.
át sử dụng cho bê tông c thể là cát tự nhiên (cát sông, cát suối, cát đồi), cát
nhân tạo (cát x , cát Keram ir), cát nghiền và hỗn hợp từ cát tự nhiên và cát nghiền.Cát
tự nhiên là hỗn hợp các hạt cốt liệu nhỏ được hình thành do quá trình phong h a của
các đá tự nhiên. át nghiền là hỗn hợp là hỗn hợp các hạt cốt liệu kích thước nhỏ h n 5
mm thu được do đập ho c nghiền từ đá.
Yêu cầu kỹ thuật của cát d ng trong bê tông được quy định theo T V
7570:2006.
1.4. N u lý ì

t à

bê tơ

t ơ

qu p

ứ

t ủy ó củ xi mă

[2]:

Khi ximăng rắn chắc, các quá trình vật lí và h a lí phức tạp đi kèm theo các
ph n ứng h a học c một nghĩa rất lớn và tạo ra sự biến đ i t ng hợp, khiến cho

ximăng khi nhào trộn với nước, l c đầu ch là hồ d o và sau biến thành đá cứng c
cường độ. Tất c các quá trình tác dụng tư ng hỗ của từng khoáng với nước để tạo ra
những s n phẩm mới x y ra đồng thời, xen k và nh hư ng lẫn nhau. ác s n phẩm
mới c ng c thể tác dụng tư ng hỗ với nhau và với các khoáng khác của clinke để
hình thành những liên kết mới. Do đ hồ ximăng là một hệ rất phức tạp c về cấu tr c
thành phần c ng như sự biến đ i.
Lí thuyết rắn chắc của ximăng Po c lăng được phát triển trên c s những cơng
trình nghiên cứu của L Satalie, Mikhai lix, Baikov, Rebinder và nhiều nhà bác học
khác. Theo thuyết của Baikov – Rebinder, quá trình rắn chắc của xi măng được chia
làm 3 giai đoạn: ầu tiên trong kho ng 1-3 giờ sau khi nhào trộn n d o và dễ tạo
hình. Sau đ , n bắt đầu đông kết. ỗn hợp đ c sệt dần lại và mất dần tính d o, nhưng
cường độ khơng lớn. iai đoạn này kết th c trong 5-10 giờ sau khi nhào trộn. ỗn hợp
chuyển từ trạng thái đ c sệt sang trạng thái rắn chắc, c nghĩa là kết th c đông kết và
bắt đầu rắn chắc. iai đoạn rắn chắc đ c trưng b ng sự tăng nhanh cường độ.


9

1.4.1. Gi i đ ạ

ò t

:

Khi nhào trộn xi măng với nước các thành phần khoáng của clinke s tác dụng
với nước ngay trên bề m t hạt xi măng. hững s n phẩm mới tan được a(O ) 2,
CaO.Al2O3.6H2O s tan ra. hưng vì độ tan của n khơng lớn và lượng nước c hạn
nên dung dịch nhanh ch ng tr nên q bão hồ.

1.4.2. Gi i đ ạ

ó

e :

Trong dung dịch quá bão hoà, các s n phẩm a(O )2, 3CaO.Al2O3.6H2O mới
tạo thành s không tan nữa mà tồn tại
trạng thái keo. òn các s n phẩm
etringit(3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O), S vốn không tan, nên vẫn tồn tại thể keo
phân tán. ước vẫn tiếp tục mất đi (bay h i, ph n ứng với xi măng), các s n phẩm mới
tiếp tục tạo thành, tỷ lệ rắn/lỏng ngày một tăng, hỗn hợp mất dần tính d o, các s n
phẩm thể keo liên kết với nhau thành thể ngưng keo.

1.4.3. Gi i đ ạ

ết ti

:

ước thể ngưng keo vẫn tiếp tục mất đi, các s n phẩm mới ngày càng nhiều,
ch ng kết tinh lại thành tinh thể, rồi chuyển sang thể liên tinh làm cho c hệ thống h a
cứng và cường độ tăng .
1.5. Các

â tố quyết đị

đế c

độ bê tô

[1]:

ường độ của bê tông do thành phần và công nghệ chế tạo bê tông quyết định.

1.5.1. C ất l ợ

và ố l ợ

xi mă

:

Với cường độ bê tông đã dự kiến, khi d ng xi măng chất lượng cao h n thì số
lượng s ít h n. Trong một giới hạn nào đ khi tăng lượng xi măng c ng s tăng cường
độ bê tông nhưng n i chung hiệu qu không cao và thường làm tăng biến dạng co ng t
gây hậu qu xấu. Khi cần c bê tông cường độ cao nên d ng xi măng mác cao với số
lượng hợp l .

1.5.2. Độ cứ

, độ ạc và tỉ lệ t à

p ầ củ cốt liệu cấp p ối :

ác yếu tố này đ ng vai trị quan trọng trong việc chế tạo bê tơng. Khi chọn
được cấp phối hợp lí khơng những tăng được cường độ bê tơng mà cịn sử dụng xi
măng một cách tiết kiệm.

1.5.3. Tỉ lệ

c - xi mă

:

ây là yếu tố nh hư ng lớn đến cường độ và tính chất biến dạng của bê tông.
Khi t lệ này tăng lên thì cường độ và độ đ c chắc của bê tông đều bị gi m và biến
dạng do co ng t tăng.

1.5.4. C ất l ợ củ việc à t ộ vữ bê tô
iđ
uô và điều iệ b
ỡ :

, độ đầm c ắc củ bê tô

Các yếu tố này đều hư ng lớn đến cường độ bê tông.


10

1.6. Sự p át t iể c

1.6.1. Bê tô

độ củ bê tô

t ô

t

t e t

i i

:

[1]:

ọi tu i của bê tơng là thời gian t (tính b ng ngày) kể từ khi chế tạo đến khi thí
nghiệm mẫu. Quan hệ giữa cường độ R và tu i t của bê tơng dưỡng hộ trong điều kiện
bình thường biểu thị
ình 1.1. Trong q trình khơ cứng cường độ tăng dần lên, thời
gian đầu tăng nhanh, sau tăng chậm dần. Với bê tông d ng xi măng Po clăng chế tạo
và b o dưỡng bình thường cường độ tăng nhanh trong 28 ngày đầu.
ể biểu diễn sự tăng R theo t c thể d ng công thức thực nghiệm:
ông thức của B. . Xkramtaep theo quy luật logarit, d ng được khi t=7 ÷ 300
ngày:
(1.2)
ơng thức của Viện nghiên cứu bê tơng Mỹ A

theo quy luật hyperbol:
(1.3)

a, b: hệ số phụ thuộc vào loại xi măng.
Thông thường a= 4; b= 0,85; với xi măng đông cứng nhanh: a= 2,3; b= 0,92;
nếu d ng xi măng pu lan thời gian tăng Rbđ là 90 ngày.

Hình 1.1. Đồ thị sự phát triển cường độ của bê tông theo thời gian
Trong môi trường thuận lợi (nhiệt độ dư ng, độ ẩm cao) sự tăng cường độ c
thể kéo dài trong nhiều năm, còn trong điều kiện khô hanh ho c nhiệt độ thấp, sự tăng

cường độ trong thời gian sau này là không đáng kể.
Trường hợp d ng h i nước n ng để b o dưỡng bê tông c ng như d ng phụ gia
tăng cường độ, c thể làm cường độ tăng rất nhanh trong thời gian vài ngày đầu,
nhưng s làm cho bê tơng giịn h n và c cường độ cuối c ng (sau vài năm) thấp h n
so với bê tông được b o dưỡng trong điều kiện tự nhiên và không d ng phụ gia.


11

1.6.2. Bê tô

b

ỡ

c biể :

ối với bê tông thông thường và b o dưỡng trong môi trường nước biển, trong
7 ngày đầu tiên cường độ không bị nh hư ng. Tuy nhiên, cường độ (kéo, nén, uốn) bị
gi m dần theo thời gian (28 và 90 ngày). ác yếu tố nh hư ng đến cường độ của bê
tông trong môi trường nước biển là: sự ăn mòn cốt thép gây ra b i ion
ph n ứng
ăn mòn sulphategây ra b i ion
gây nứt, phá huỷ nếu cốt liệu c hoạt tính kiềm
trong bê tơng [24].
Phân tích ph n ứng h a học của nước biển trên bê tông chủ yếu là do sự ăn mịn
của magnesium sulphate (MgSO4). Bê tơng bị ăn mòn nhanh h n b i chất clorua c
trong nước biển làm chậm sự trư ng n thế tích, đ c trưng của ăn mịn sulphate là bê
tơng tr nên trắng h n, việc ăn mòn khiến bê tông cốt thép bị giãn n dẫn tới nứt. Bê
tông tiếp tục bị ăn mòn và suy gi m cường độ. Trong giai đoạn đầu, cường độ của bê

tông c xu hướng gia tăng khi bị ăn mòn, nhưng sau đ là gi m cường độ trước sự gia
tăng của ph n ứng.Tư ng tự, kali và magnesiumsulphate (KS, MgS) c trong nước
muối, c thể gây ra các ph n ứng sulphate trong bê tông, do ch ng dễ dàng ph n ứng
với hydroxit canxi a(O )2 trong xi măng thơng qua q trình hydrat h a 3S và C2S
[25].

1.6.3. Bê tô

ử ụ

cát biể ,

c biể :

Một số thành phần chứa trong cát biển, nước biển (như độ p , các muối chứa
ion
,
, ), c nh hư ng đến sự phát triển cường độ chịu nén theo ngày tu i
của bê tông. át biển, nước biển tác động làm tăng nhanh q trình ninh kết của bê
tơng cát biển, nước biển, làm cho cường độ nén bê tông tăng nhanh trong 7 ngày đầu,
sau đ phát triển chậm lại 7 .
Trong giai đoạn ban đầu từ 3-14 ngày tu i, bê tông sử dụng nước biển c giá trị
cường độ chịu nén và mô đun đàn hồi tăng nhanh so với bê tông sử dụng nước ngọt
khi c ng tỷ lệ /X nhưng c xu hướng gi m nhanh sau 28 ngày tu i 8 .
1.7. Ă mị

ó

ct

bê tơ

[6]:

Bê tơng là loại vật liệu c cường độ chịu lực cao, khá bền vững trong môi
trường, tuy nhiên sau một thời gian sử dụng bê tơng thường bị ăn mịn. Bê tơng bị ăn
mịn chủ yếu là do sự tác dụng của các chất khí và chất lỏng lên các bộ phận cấu thành
xi măng đã rắn chắc, chủ yếu là a(O )2 và CaO.Al2O3.6H2O.
guyên nhân ăn mòn do sự phân rã các thành phần của đá xi măng, sự hòa tan
và rửa trôi hyđroxit canxi, sự tạo thành các muối dễ tan do hyđroxit canxi và các thành
phần khác của đá xi măng tác dụng với các chất xâm thực và sự rửa trơi các muối đ
(ăn mịn axit, ăn mịn magie it), và sự hình thành những liên kết mới trong các lỗ rỗng
c thể tích lớn h n thể tích của các chất tham gia ph n ứng tạo ra ứng suất gây nứt bê
tơng (ăn mịn sunphoaluminat).


12

ác yếu tố gây ăn mòn tác động tư ng hỗ lẫn nhau trong q trình ăn mịn phá
huỷ vật liệu. Trong quá trình xâm thực, phá hủy cốt thép trong bê tơng cốt thép, thì sự
thâm nhập của ion
và
là quá trình x y ra thường xuyên và đ ng vai trị chủ
yếu gây phá huỷ bê tơng cốt thép. Sự xâm thực của
gây ra sự thay đ i cấu tr c vi
mô và làm giãn n bê tông, sinh ra các vết nứt. hính các vết nứt này tăng cường sự
thâm nhập của các tác nhân xâm thực khác và phá hủy cốt thép trong bê tông cốt thép.
Trong trường hợp ion
, ngoài sự c m t của n trong q trình sử dụng vật liệu, thi
cơng, thì q trình thâm nhập thơng qua lớp bê tơng b o vệ từ môi trường rất mạnh. Sự

tồn tại của ion
gây nên sự phá hủy màng thụ động của cốt thép, kh i mào cho q
trình ăn mịn và phá hủy.
Bên cạnh đ , sự phá huỷ bê tông và bê tơng cốt thép cịn do sự thâm nhập của
CO2 qua các khe nứt, ho c qua các v ng bê tông c độ đ c chắc kém. Sự c m t của
CO2 kết hợp với a(O )2 c trong bê tông tạo ra một v ng c p thấp và đưa đến sự
phá hoại cốt thép trong bê tông. ước biển là một trong những môi trường c độ xâm
thực mạnh, do chứa nhiều tác nhân gây ăn mòn và phá hủy như
,
và O2 hịa
tan, ngồi ra cịn c các khống chất khác.
Một số dạng ăn mịn h a học:

1.7.1. Ă mò

ò t

:

Do sự tan của a(O )2 x y ra nhanh mạnh dưới sự tác dụng của nước mềm
(chứa ít các chất tan) như nước ngưng tụ, nước mưa, nước sông, nước đầm lầy. Sau 3
tháng rắn chắc hàm lượng a(O )2 vào kho ng 10% -15% (tính theo CaO). Khi hàm
lượng a(O )2 c trong đá xi măng tới 15%-30% thì cường độ của đá xi măng gi m
đến 40%-50%.

1.7.2. Ă mò

xit:

X y ra trong dung dịch axit, c p 7. Axit tự do khi hòa tan vào nước, bám

trên bề m t kết cấu bê tông cốt thép s tạo nên các axit, ví dụ như
l, 2SO4 tác dụng
với a(O )2 trong đá xi măng tạo ra những muối tan a l2, muối tăng thể tích
CaSO4.2H2O. gồi ra axit c thể phá hủy c silicat canxi.

1.7.3. Ă mò m ie:
ây ra do các loại muối chứa magie trong nước biển, nước ngầm, nước chứa
muối khoáng tác dụng với a(O )2 tạo ra các s n phẩm dễ tan a l2 và CaSO4.2H2O
ho c không c kh năng dính kết Mg(O )2.

1.7.4. Ă mị

ulf te:

X y ra khi hàm lượng sulfate lớn h n 250mg/l (tính theo
). Sự hình thành
trong các lỗ rỗng đá xi măng loại s n phẩm ít tan etringit, với thể tích lớn h n hai lần,
s gây áp lực tách lớp bê tông b o vệ làm cốt thép bị ăn mòn. Ăn mịn sulfate ln


13

ln x y ra đối với cơng trình ven biển, cơng trình tiếp x c với nước th i cơng nghiệp
và nước ngầm.

1.7.5. Ă mò

iềm:

Ăn mòn do kiềm c trong đá xi măng x y ra ngay trong lòng khối bê tông giữa

các cấu tử với nhau. B n thân clinke luôn chứa một lượng các chất kiềm. Trong khi đ
trong cốt liệu bê tông, đ c biệt là trong cát, lại hay g p h n chất silic vô định hình,
ch ng c thể tác dụng với kiềm của xi măng ngay nhiệt độ thường, làm cho bề m t
hạt cốt liệu n ra một hệ thống vết nứt, bạc màu. Sự phá hoại này thường x y ra khi thi
công xong từ 10 - 15 năm.
1.8. Một ố đặc điểm về cát biể ,

c biể :

1.8.1. Cát biể [4]:
Bờ biển nước ta c nhiều v ng cát, là s n phẩm của các trầm tích dạng sa thạch.
á này chịu tác dụng của ngoại lực đến một thời gian nhất định bị hủy hoại và bị s ng
cuốn vào bờ biển. Trầm tích do các vật liệu từ lục địa trơi ra gọi là trầm tích lục
ngun, trầm tích do những chất h a học kết tụ lại thành một loại đá khác gọi là trầm
tích h a học, cuối c ng những di tích sinh vật, những phần cứng của các sinh vật cấu
tạo từ cacbonat và oxit silic c ng lắng đọng thành trầm tích hữu c . Tất c các loại đá
này là nguyên nhân tạo nên những v ng cát không tinh khiết (lẫn tạp chất, muối
khoáng, ) ven biển.
Bờ biển nước ta dài h n 3.250 km, t y theo độ dốc của bãi biển, trữ lượng vật
liệu vụn vỡ, và điều kiện thủy động học, các v ng cát được hình thành dọc bãi biển.
Tuy nhiên, t y theo từng n i, mỗi v ng cát ven biển, cát biển c những tỷ trọng thành
phần như muối a l, thành phần hạt, lượng tạp chất, khác nhau.
át biển ngậm nhiều muối vì tiếp x c với nước biển. Theo một số tài liệu, trong
một lít cát sỏi biển chứa một lượng muối ít h n nhiều so với nước biển. Thông thường
trong 1 kg cát biển, c kho ng 10 -20 mg NaCl.
Dung trọng cát biển thay đ i từ 1,4 – 1,7 g/cm3, tỷ trọng 2,6 – 2,7 g/cm3, độ xốp
thay đ i trong kho ng 35% - 45%. Thành phần h a học của cát biển c hàm lượng silic
rất cao, từ 57% - 90%, hàm lượng Fe2O3 là 1,2% - 9,7%, Al2O3 là 0,95% - 18,2%, MnO là
0,008% - 0,13%, Na2O dưới 0,9%,

14

Hình 1.2. Cát ven biển miền Trung – Việt Nam [27]

Hình 1.3. Cát ven biển Bãi Dài – Cam Ranh [27]

1.8.2. N

c biể :

ước biển là nước từ các biển hay đại dư ng, nước biển của các đại dư ng trên
thế giới c độ m n kho ng 3,5%, hay cứ mỗi lít nước biển chứa kho ng 35 gam muối,
phần lớn (nhưng khơng ph i tồn bộ) là Clorua Natri ( a l) hòa tan trong đ dưới
dạng các ion a+ và
[27].
ước biển c độ m n không đồng đều trên toàn thế giới, m c d phần lớn c độ
m n n m trong kho ng từ 3,1% tới 3,8%. Khi sự pha trộn với nước ngọt đ ra từ các
con sông hay gần các sông băng đang tan ch y thì nước biển nhạt h n một cách đáng
kể. Tỷ trọng của nước biển n m trong kho ng 1.020 - 1.030 kg/m³ tại bề m t, còn sâu
trong lòng đại dư ng, dưới áp suất cao, nước biển c thể đạt tỷ trọng riêng tới
1.050 kg/m³ hay cao h n [27].
ộ m n của nước biển đã n định trong nhiều triệu năm, phần lớn c l là do hệ
qu của các hệ thống h a học, kiến tạo làm cho muối bị trầm lắng, chẳng hạn các trầm
lắng natri và clorua bao gồm các trầm tích evaporit và các ph n ứng với bazan đáy


15

biển. Kể từ khi các đại dư ng hình thành thì natri khơng cịn được lọc ra từ đáy đại

dư ng mà n bị giữ lại trong các lớp trầm tích che phủ lên trên đáy đại dư ng [27].
ác hợp chất clorur tồn tại trong nước biển dưới dạng ion

, nếu

mức nồng

độ cho phép thì các hợp chất clor không gây độc hại, nhưng với hàm lượng lớn h n
250 mg/l làm cho nước c vị m n. ước c nhiều
c tính xâm thực xi măng.
ác hợp chất sulfate đưới dạng on SO42- c trong nước do khoáng chất ho c c
nguồn gốc hữu c . Với hàm lượng lớn h n 250 mg/l gây t n hại cho sức khỏe con
người. Ở điều kiện yếm khí, SO42- ph n ứng với chất hữu c tạo thành khí 2Sc độc
tính cao [27].

Hình 1.4. Thành phần nước biển [27]
Theo số liệu thống kê của Viện i dư ng học ha Trang và S Tài ngun –
Mơi trường Khánh ịa, tại khu vực Vịnh am Ranh trong kho ng thời gian từ năm
2010 - 2014 cho thấy: giá trị p , các muối dinh dưỡng (nitrite-N, nitrate-N, phosphateP), chất hữu c ( t ng, P t ng), các kim loại n ng (Pb, As, d, g) c phạm vi dao
động hẹp ho c ít biến đ i. ầu hết các thơng số môi trường trong nước biển tại khu vực
Vịnh am Ranh như: p , TSS, độ đục, DO, BOD5, chlorophyll-a, các muối dinh
dưỡng, các chất hữu c và các kim loại n ng c giá trị đạt tiêu chuẩn chất lượng nước
biển ven bờ áp được quy định trong các quy chuẩn 27 .
1.9. Ả
ở củ cát biể ,
củ bê tông xi mă :

1.9.1. Ả

ở

c biể , xi mă

củ cát biể ,

c biể t

bề Su p át đế c ất l ợ

q t ì

c ế tạ bê tơng [5]:

ước biển thường c 3,5% lượng muối theo trọng lượng. ồng độ ion a+ và
là cao nhất, điển hình là 11.000 và 20.000 mg/lít tư ng ứng.
c ng chứa Mg2+ và
SO42- điển hình là 1.400 và 2.700 mg/lít tư ng ứng. ộ p của nước biển thay đ i từ
7,5 đến 8,4. ước biển c ng chứa một số lượng khí O2.


16

Sự c m t của clorua trong nước biển c thể làm chậm sự giãn n của bê tông
trong dung dịch sulfate. Bê tông s ph i mất nhiều thời gian hòa tan h n trong nước
biển và điều này s khuyến khích q trình chiết lọc khơng c lợi trong bê tông.
Sự tấn công của sulphate biểu thị sự gia tăng khối lượng xi măng trong hồ bột
ho c vữa do các ph n ứng h a học giữa các s n phẩm của quá trình hydrat h a giữa xi
măng và dung dịch chứa sulfate.
Nói chung, khi sử dụng cát biển, nước biển để chế tạo bê tông, diễn ra nhiều
ph n ứng đồng thời. Trong đ , một số ph n ứng không c lợi cho bê tơng vẫn tiếp tục

diễn ra trong q trình sử dụng, điều này gây nh hư ng không nhỏ đến chất lượng và
tu i thọ của bê tông sử dụng nước biển, cát biển.

ụ

1.9.2. Ả
[5]:

ở

củ cát biể ,

c biể trong quá trình khai thác ử

Sulphates rắn s tấn cơng bê tơng một cách n ng nề nhưng khi các h a chất đã
hòa tan, ch ng s thâm nhập vào bê tông xốp và ph n ứng với các s n phẩm của xi
măng đã hydrat h a. Trong tất c các sulphates, magnesium sulphate gây thiệt hại tối
đa cho bê tông. Sự xuất hiện màu trắng đ c trưng là dấu hiệu của cuộc tấn công
sulphate.
Trong bê tông cứng, canxi aluminate hydrate ( A ) c thể ph n ứng với muối
sulfate, các s n phẩm của ph n ứng là canxi sulphaoluminat hình thành trong khn
kh vữa xi măng đã hydrat h a. Vì vậy, sự gia tăng khối lượng của pha rắn c thể lên
đến 227%, sự tan rã dần dần của bê tông bắt đầu. Magnesiumsulphate c nhiều nh
hư ng h n các sulphates khác, b i vì n khơng ch ph n ứng với canxi và hydroxit
canxi aluminat hydrat h a nhau các sulphates khác nhưng c ng phân hủy silicat canxi
ngậm nước hoàn toàn và làm cho bê tông tr nên dễ vỡ.
Ph n ứng kiềm –cốt liệu (AAR) là một ph n ứng h a học c b n giữa các ion
hydroxyl trong các lỗ rỗng nước trong bê tông và một số loại đá khống chất mà đơi
khi x y ra nhau một phần của cốt liệu (đ c biệt là ph n ứng kiềm–silic (ASR)), ph n
ứng này được công nhận là một trong những nguyên nhân gây nứt bê tông.

Sự tấn cơng của clorua là một trong những khía cạnh quan trọng cần xét đến khi
xử l độ bền của bê tông làm từ nước biển, cát biển. lorua đ c biệt cần được quan
tâm trong kết cấu bê tông cốt thép, b i vì n chủ yếu gây ăn mịn cốt thép.

1.9.3. Ả

ở

củ xi mă

bề Su p át đế c ất l ợ

củ bê tơ

[9]:

ác cơng trình nghiên cứu đã xác định được các yếu tố chủ yếu nh hư ng đến
độ bền của xi măng đối với sự xâm thực hoá học. c biệt là đã xác định được độ bền
của xi măng Po c lăng đối với sự tác dụng của các dung dịch nước Sun phát khác nhau
như a2SO4, MgSO4, CaSO4 chủ yếu phụ thuộc vào hàm lượng của các khoáng
aluminat canxi trước hết là 3A. Khoáng C3A tham gia vào ph n ứng với thạch cao tạo