(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu thực nghiệm khả năng chống xâm thực axit của bê tông có sử dụng một số loại rác thải công nghiệp

0

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------

PHẠM CÔNG TUẤN TRUNG

C
C

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHẢ NĂNG CHỐNG
XÂM THỰC AXİT CỦA BÊ TƠNG CĨ SỬ DỤNG
MỘT SỐ LOẠİ RÁC THẢİ CƠNG NGHİỆP

R
L
T.

U
D

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

Đà Nẵng - Năm 2020


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

---------------------------------------

PHẠM CÔNG TUẤN TRUNG

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHẢ NĂNG CHỐNG
XÂM THỰC AXİT CỦA BÊ TƠNG CĨ SỬ DỤNG
MỘT SỐ LOẠİ RÁC THẢİ CƠNG NGHİỆP

C
C

R
L
T.

U
D

Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng và công nghiệp
Mã số: 8580201

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN VĂN CHÍNH

Đà Nẵng - Năm 2020


LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết

quả nêu trong luận văn là trung trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong
bất kỳ cơng trình nào khác.
Tác giả luận văn

Phạm Công Tuấn trung

C
C

U
D

R
L
T.


MỤC LỤC
1. Mở đầu: ................................................................................................................... 1
2. Mục tiêu đề tài. ........................................................................................................ 2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. ........................................................................... 2
4. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................................... 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN BÊ TƠNG VÀ CÁC ĐẶC TÍNH CƠ LÝ, ĐỘ BỀN CỦA
BÊ TƠNG.................................................................................................................... 4
1.1. Bê tơng ................................................................................................................. 4
1.1.1. Nguồn gốc của bê tơng....................................................................................... 4
1.1.2. Các loại bê tơng hiện đại điển hình .................................................................... 5
1.1.2.1. Bê tông cốt thép .............................................................................................. 5

C

C

1.1.2.2. Bê tông tiêu thấm ............................................................................................ 6
1.1.2.3. Bê tông sinh học.............................................................................................. 6

R
L
T.

1.1.2.4. Bê tơng nano ................................................................................................... 7
1.2. Các tính chất cơ lý của bê tơng.............................................................................. 7

U
D

1.2.1. Tính cơng tác ..................................................................................................... 8
1.2.2. Tính co ngót ....................................................................................................... 9
1.2.3. Cường độ chịu nén ............................................................................................. 9
1.2.4. Tính chống thấm của bê tơng ........................................................................... 10
1.2.5. Các đặc tính độ bền của bê tông ....................................................................... 10
1.2.5.1. Nguyên nhân ăn mịn kết cấu bê tơng cốt thép trong mơi trường biển. .......... 10
1.2.5.2. Q trình Carbonat hố trong bê tơng .......................................................... 11
1.2.5.3. Sự xâm nhập của ion clorua .......................................................................... 12
1.2.5.4. Nguyên nhân xâm thực hư hại bê tông trong môi trường hoá chất. ............... 13
1.2.5.5. Biện pháp bảo vệ kết cấu bê tơng cốt thép khỏi ăn mịn. ................................ 14
1.3. Kết luận Chương 1 .............................................................................................. 15
CHƯƠNG 2: MỘT SỐ LOẠI RÁC THẢI CÔNG NGHIỆP VÀ ỨNG DỤNG TRONG
XÂY DỰNG ............................................................................................................. 16
2.1. Giới thiệu ............................................................................................................ 16
2.2. Tro bay ............................................................................................................... 16

2.2.1. Khái niệm về tro bay ........................................................................................ 16
2.2.2. Các nguyên tố vi lượng trong tro bay ............................................................... 19
2.2.3. Cấu trúc hình thái của tro bay........................................................................... 19


2.2.4. Phân loại tro bay .............................................................................................. 20
2.2.5. Tính ưu việt của tro bay ................................................................................... 24
2.2.6. Các cơng trình nghiên cứu ứng dung tro bay trong lĩnh vực xây dựng .............. 26
2.2.6.1. Cơng trình trong nước .................................................................................. 26
2.2.6.2. Cơng trình ngồi nước .................................................................................. 27
2.3. Tro xỉ lò cao........................................................................................................ 28
2.3.1. Phân loại xỉ lị cao ............................................................................................ 28
2.3.2. Tính chất của xỉ lị cao và xỉ thép ..................................................................... 29
2.3.2.1. Đặc tính của xỉ lị cao ................................................................................... 29
2.3.2.2. Ảnh hưởng đến mơi trường ........................................................................... 30
2.4. Metakaolin .......................................................................................................... 35
2.4.1. Khái niệm ........................................................................................................ 35

C
C

2.4.2. Thành phần hóa học của chất Metakaolin ......................................................... 36

R
L
T.

2.4.3. Phân loại .......................................................................................................... 37
2.4.4. Ứng dụng trong lĩnh vực xây dựng ................................................................... 38
2.5. Kết luận chương 2 ............................................................................................... 39

U
D

CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHỐNG XÂM THỰC AXIT
CỦA BÊ TƠNG CĨ SỬ DỤNG TRO BAY VÀ TRO XỈ LÒ CAO .......................... 39
3.1. Giới thiệu chung. ................................................................................................ 39
3.2. Chương trình thí nghiệm ..................................................................................... 39
3.2.1. Tiêu chuẩn áp dụng. ......................................................................................... 39
3.2.2. Vật liệu thí nghiệm........................................................................................... 40
3.2.3. Thiết bị sử dụng ............................................................................................... 51
3.2.3.1. Ván khuôn ..................................................................................................... 51
3.2.3.2. Máy trộn ....................................................................................................... 51
3.2.3.3. Thiết bị đầm bê tông ..................................................................................... 52
3.2.3.4. Thiết bị đo độ sụt .......................................................................................... 52
3.2.3.5. Máy nén mẫu kiểm tra cường độ bê tông ....................................................... 53
3.2.3.6. Cân điện tử ................................................................................................... 54
3.2.4. Thành phần cấp phối các bê tơng ..................................................................... 55
3.2.5. Quy trình đúc mẫu và bão dưỡng mẫu. ............................................................. 55
3.2.6. Quy trình thực hiện khi ngâm mẫu bê tông trong dung dịch axit 10% .............. 60
3.2.7. Xác định cường độ chịu nén của bê tông .......................................................... 62


3.3. Kết quả và thảo luận ........................................................................................... 63
3.3.1. Độ sụt mẫu bê tông. ......................................................................................... 63
3.3.2. Ảnh hưởng của tro bay, xỉ lị cao đến bề mặt bê tơng do xâm thực axit. ........... 64
3.3.3. Ảnh hưởng của tro bay, xỉ lò cao đến sự giảm khối lượng do xâm thực của dung
dịch axit ..................................................................................................................... 69
3.3.4. Ảnh hưởng của tro bay và xỉ lò cao đến sự suy giảm cường độ do axit............. 72
3.4. Kết luận chương 3 ............................................................................................... 75

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................... 75
1. Kết luận ................................................................................................................. 76
2. Kiến nghị ............................................................................................................... 76
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 78

C
C

U
D

R
L
T.


TÓM TẮT LUẬN VĂN
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHẢ NĂNG CHỐNG XÂM THỰC AXİT
CỦA BÊ TƠNG CĨ SỬ DỤNG MỘT SỐ LOẠİ RÁC THẢİ CƠNG NGHİỆP
Học viên: Phạm Cơng Tuấn Trung
Chun ngành: Kỹ thuật Xây dựng cơng trình dân dụng và cơng nghiệp
Mã số: 60.58.02.08
Khóa: K36, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng
Tóm tắt
Đề tài nghiên cứu ảnh hưởng của tro bay loại F từ nhà máy nhiệt điện Vũng Án
và xỉ lò cao S95 đối với cường độ chịu nén và khả năng chống xâm thực axít của bê
tông. Tỉ lệ các thành phần cấp phối là xi măng: cát: đá
= 1 : 2 : 3 và giữ khơng đổi trong suốt thí nghiệm. Xi măng portland được thay thế bởi
tro bay loại F và xỉ lò cao S95 với các tổng tỉ lệ thay thế lần lượt là 20%, trong khi tỉ lệ
nước/chất kết dính (tổng của xi măng, tro bay và xỉ lò cao) là 0.6. Các thí nghiệm cường

độ chịu nén và chống xâm thực axit được thực hiện trên mẫu lập phương kích thước
100x100x100mm đến thời điểm sau 90 ngày ngâm trong dung dịch axit sulphuric
H2SO4 10%.

C
C

R
L
T.

U
D

Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng nằm trong giới hạn nghiên cứu của đề tài, tro
bay và xỉ lị cao đều góp phần nâng cao độ linh động của vữa bê tông. Tro bay và xỉ lò
cao đều nâng cao khả năng chống xâm thực axit của bê tông thông qua việc giảm sự hư
hại bề mặt, giảm đi sự hao hụt khối lượng và sự suy giảm cường độ chịu nén. Khả năng
chống xâm thực axit càng tăng khi hàm lượng tro bay thay thế xi măng càng lớn, tuy
nhiên khả năng chống xâm thực axit giảm dần khi hàm lượng xỉ lò cao thay thế xi măng
tăng lên. Nằm trong giới hạn nghiên cứu của đề tài, cấp phối tối ưu cho việc chống xâm
thực của dung dịch axit sulphuric H2SO4 10% khi sử dụng kết hợp giữa tro bay và xỉ lò
cao là 5% xỉ lị cao và 15% tro bay.
Từ khóa: cường độ chịu nén, xâm thực axit, tro bay, xỉ lò cao, bê tông


THE STUDY OF THE ACID ANTI – INVASIVE CAPABILITY OF
CONCRETE USING SOME TYPES OF INDUSTRIAL WASTE
Abstract
The thesis investigated the effect of GGBS, fly ash on the acid resistance of

concrete. The mix composition was cementitious material (OPC+ fly ash+ GGBS):
sand: coarse aggregate: water of 1:2:3:0.6 in which 20% by mass of total cementitious
materials of cement was replaced by class F fly ash and GGBS. The tests were
conducted on the cubes dimensions of 100x100x100mm at up to 90 days immersed in
10% H2SO4 solution.
The results show that within the range of investigation, both fly ash and GGBS
improved the workability of fresh concrete. Both fly ash and GGBS increase the acid
resistance of concrete by reduction in surafce deterioration, mass loss and compressive
strength loss. The more fly ash used the better acid resistance of concrete, however the
less improvement of acid resistance appeared when GGBS proportion is increased. The
proportion of 15% fly ash and 5% of GGBS is recommended to use to replace 20%
OPC for acid resistance.

C
C

U
D

R
L
T.

Keywords: compressive strength, acid resistance, fly ash, GGBS, concrete.


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Số hiệu
hình
Hình 1.1

Tro núi lửa pozzolana - Bê tơng thời cổ đại.

5

Hình 1.2

Đấu trường Colosseum - Rome, Italy

5

Hình 1.3

Bê tơng cốt thép

6

Hình 1.4

Bê tơng tiêu thấm

6

Hình 1.5

Bê tơng nano

7

Hình 1.6

Cơng trình bị xâm thực bởi nước biển

10

Hình 1.7

Q trình Carbonat hố trong bê tơng

12

Hình 1.8

Kết cấu cầu cảng bị xâm thực bởi nước biển

12

Hình 1.9

Quá trình xâm nhập của ion clorua

Hình 2.1

Tro bay

Hình 2.2

Sự tương phản về kích thước giữa các hạt tro bay hình cầu lớn và
các hạt nhỏ

19

Hình 2.3

Biểu diễn đặc trưng dạng

19

Hình 2.4

Cấu trúc hạt tro bay sau khi tiếp xúc ngắn với dung dịch HF

20

Hình 2.5

Cấu trúc tro bay tiếp xúc dung dịch HF trong thời gian dài

20

Hình 2.6

Biểu đồ lượng tro bay tạo thành, tro bay sử dụng và phần trăm sử
dụng tro bay ở Trung Quốc từ 2001-2008

23

Hình 2.7

Đập Puylaurent ở Pháp

27

Hình 2.8

Bê tơng asphalt sử dụng

27

Hình 2.9

Phân loại xỉ lị cao, thép

27

Tên hình

Trang

C
C

R
L
T.

U
D

13

17

Hình 2.10 Sơ đồ cơng nghệ q trình tạo ra xỉ lị cao

29

Hình 2.11 Thành phần hạt xỉ hạt lò cao của nhà máy gang thép tại Việt Nam

30

Hình 2.12 Cấu tạo chất Kaolin

35

Hình 2.13 Chất Metakaolin

36

Hình 3.1

Biểu đồ phân tích tỉ lệ hạt

42

Hình 3.2

Cốt liệu trộn bê tơng được phơi khơ hồn tồn

42

Hình 3.3

Phân tích tỉ lệ theo sàng

45

Hình 3.4

Cốt liệu trộn bê tơng được phơi khơ hồn tồn

45

Hình 3.5

Chuẩn bị ván khn

51


Số hiệu
hình
Hình 3.6

Máy trộn bê tơng

52

Hình 3.7

Cơn thử độ sụt

52

Hình 3.8

Máy nén bê tơng TYA 2000

54

Hình 3.9

Cân điện tử

55

Tên hình

Trang

Hình 3.10 Mẫu bê tơng ngâm trong nước

56

Hình 3.11 Mẫu bê tơng ngâm trong dung dịch axit

56

Hình 3.12 Quy trình thực hiện thí nghiệm

58

Hình 3.13 Đo khối lượng từng vật liệu bằng cân điện tử

59

Hình 3.14 Sử dụng bạt nilong che miệng máy trộn sau khi cho vật liệu vào máy

59

Hình 3.15 Lấy mẫu đo độ sụt

59

C
C

Hình 3.16 Đo độ sụt bê tơng

R
L
T.

Hình 3.17 Đổ bê tơng vào khn

Hình 3.18 Dán phiếu bê tơng mỗi cấp phối

59
59
60

Hình 3.19 Đặt mẫu cố định một chỗ tránh tác động mạnh

60

Hình 3.20 Dưỡng hộ mẫu bê tơng trong nước

60

Hình 3.21 Xếp mẫu bê tơng vào thùng

61

Hình 3.22 Đo khối lượng của nước

61

Hình 3.23 Đổ dung dịch axit vào ca nhựa

61

Hình 3.24 Cân khối lượng axit cần dùng

61

Hình 3.25 Tiến hành pha lỗng axit sulphuric 98% với nước

61

U
D

Hình 3.26

Ngâm mẫu bê tơng trong dung dịch axit sulphuric 10% từ 28 đến
90 ngày

62

Hình 3.27

Tiến hành phơi khô mẫu để xác định khối lượng bị hao hụt khi ngâm
dung dịch axit

62

Hình 3.28

Cân khối lượng bê tơng để xác định phần trăm hao hụt khi bị xâm
thực bởi dung dịch axit

62

Hình 3.29 Kiểm tra máy nén bê tơng

63

Hình 3.30 Nén các mẫu bê tơng

63

Hình 3.31 Biểu đồ độ sụt bê tông mỗi cấp phối

64

Bề mặt của các mẫu bê tơng sau khi ngâm trong dung dịch axit
sulphuric 10%

68

Hình 3.33 Biểu đồ chênh lệch khối lượng bê tông sau ngâm dd axit 28, 56, 90

72

Hình 3.32


Số hiệu
hình

Tên hình

Trang

ngày (%)
Hình 3.34 Biểu đồ suy giảm về cường độ bê tông (%)

73

C
C

U
D

R
L
T.


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Số hiệu
bảng
Bảng 2.1

Tên bảng

Trang

Thành phần hóa học của tro bay theo vùng miền

17

Bảng 2.2

Thành phần hóa học tro bay ở Ba Lan từ các nguồn nguyên liệu
khác nhau

18

Bảng 2.3

Tiêu chuẩn tro bay theo ASTM C618

21

Bảng 2.4

Sản lượng và phần trăm sử dụng tro bay ở một số nước

23

Bảng 2.5

Tro bay từ các nhà máy nhiệt điện trong giai đoạn 2010-2030

23

Bảng 2.6

Tổng hợp đặc tính của xỉ lị cao

30

Bảng 2.7

Tính chất cơ lý điển hình của xỉ lị cao của một số nhà máy gang
thép tại Việt Nam

32

Bảng 2.8

Thành phần hóa điển Hình của xỉ lị cao của một số nhà máy gang
thép tại Việt Nam

34

Bảng 2.9

Tổng hợp ảnh hưởng mơi trường xung quanh của xỉ lị cao, xỉ thép

34

Bảng 2.10

Kết quả đánh giá ảnh đến môi trường khi sản xuất Metakaolin theo
phương pháp đèn chớp và sản xuất xi măng

35

Bảng 2.11

Thành phần hóa học của Metakaolin

36

Bảng 3.1

Thành phần hạt của cát

40

Bảng 3.2

Hàm lượng các tạp chất trong cát

40

Bảng 3.3

Hàm lượng ion Cl- trong cát

40

Bảng 3.4

Đặc tính cơ lý của cát đúc Đại Lộc

42

Bảng 3.5

Thành phần cỡ hạt cát đúc Đại Lộc

42

Bảng 3.6

Thành phần hạt của cốt liệu lớn

44

Bảng 3.7

Hàm lượng bùn, bụi, sét trong cốt liệu lớn

44

Bảng 3.8

Mác của đá dăm từ đá thiên nhiên theo độ nén dập

44

Bảng 3.9

Đặc tính cơ lý của đá 1x2 (Phước Tường)

44

Bảng 3.10

Thành phần cỡ hạt đá 1x2

45

Bảng 3.11

Các chỉ tiêu chất lượng của xi măng porland hỗn hợp

46

Bảng 3.12

Thông số xi măng Sông Gianh PCB 40

46

Bảng 3.13

Chỉ tiêu chất lượng tro bay dùng cho bê tông và vữa xây

47

Bảng 3.14

Thông số kỹ thuật của tro bay Vũng Áng 1

49

Bảng 3.15

Thành phần hóa học trung bình của xỉ lị cao Hịa Phát S95

50

C
C

R

L
T.

U
D


Số hiệu
bảng
Bảng 3.16

Tên bảng

Trang

Một số chỉ tiêu chất lượng của hạt Xỉ lò cao Hòa Phát S95

50

Bảng 3.17

Hàm lượng tối đa cho phép của muối hòa tan, ion sunfat, ion clorua
và cặn không tan trong nước trộn vữa

51

Bảng 3.18

Thông số kỹ thuật máy trộn bê tông

52

Bảng 3.19

Thông số côn thử độ sụt

53

Bảng 3.20

Số liệu kỹ thuật máy nén bê tông

53

Bảng 3.21

Thông số cân điện tử Ohaus

54

Bảng 3.22

Thành phần cấp phối của hỗn hợp bê tơng và chi tiết mẫu thí
nghiệm

55

Bảng 3.23

Độ sụt của bê tông các loạı cấp phốı

63

Bảng 3.24

Chênh lệch khối lượng của mẫu bê tông

69

Bảng 3.25

Phần trăm suy giảm khối lượng khi ngâm dd axit sau 28, 56 và 90
ngày

72

Bảng 3.26

Suy giảm cường độ chịu nén của bê tông khi ngâm dd axit từ 28
đến 90 ngày

73

U
D

R
L
T.

C
C


CÁC TỪ VIẾT TẮT
XLC

:

Xỉ lò cao

TB

:

Tro bay

XM

:

xi măng

C
C

U
D

R

L
T.


1
1. Mở đầu:
Để cải thiện các chỉ số kinh tế kỹ thuật cơ bản trong ngành công nghiệp sản xuất
vật liệu xây dựng cần ứng dụng các công nghệ tiên tiến trong tái chế rác thải của các
ngành luyện kim, năng lượng và nhiều ngành khác. Nhờ thành phần hóa học đặc thù,
các rác thải này giúp giảm đáng kể lượng xi măng, clinker tiêu hao trong sản xuất bê
tông. Ngồi ra, thơng qua xử lý, một số loại rác thải cịn có thể thay thế các thành phần
tự nhiên của xi măng và bê tông. Trong thời gian qua, đã có nhiều cơng trình nghiên cứu
về việc sử dụng một số loại rác thải công nghiệp trộn vào bê tơng như tro bay, xỉ lị
cao,... làm giảm tỉ lệ xi măng trong bê tông. Mặt khác, giải quyết được đầu ra cho các
loại rác thải công nghiệp giảm ô nhiễm môi trường. Đồng thời, giảm tỉ lệ cốt liệu tự
nhiên thuần túy đã được sử dụng trong thời gian dài.
Tro bay là loại thải phẩm bụi mịn thu được tại bộ phận lắng bụi khí thải của nhà
máy nhiệt điện từ quá trình đốt than.

C
C

Tro bay là một loại puzzolan nhân tạo, là tro đốt của than cám nên bản thân nó đã
rất mịn, có cỡ hạt từ 1 - 10μm, trung bình 9 - 15μm. Tro bay được phân ra hai loại với
các đặc điểm khác nhau: loại C có hàm lượng CaO ≥ 10% và thường bằng 15 - 35%.
Đó là sản phẩm đốt than hoặc than chứa bitum, chứa ít than chưa cháy, thường < 2%.
Loại F có hàm lượng CaO < 10%, thu được từ việc đốt than antraxit hoặc than chứa
bitum, có hàm lượng than chưa cháy nhiều hơn, khoảng 2 - 10%.

R

L
T.

U
D

Nhờ độ mịn cao, độ hoạt tính lớn cộng với lượng silic tinh rịng (SiO 2) có rất nhiều
trong tro bay, nên khi kết hợp với ximăng portland hay các loại chất kết dính khác sẽ
tạo ra các sản phẩm bê tơng với độ cứng vượt trội (mác cao) có khả năng chống thấm
cao, tăng độ bền với thời gian, không nứt nẻ, giảm độ co gãy, có tính chống kiềm và tính
bền sulfat, dễ thao tác, rút ngắn tiến độ thi cơng do khơng phải xử lý nhiệt... Ngồi ra,
nó cịn giảm nhẹ tỉ trọng của bê tông một cách đáng kể.
Xỉ lị cao là vật liệu dạng hạt, có cấu trúc dạng thủy tinh được tạo ra từ xỉ nóng
chảy sinh ra trong q trình luyện gang trong lị cao, khi được làm lạnh nhanh bằng
nước. Đây là loại rác thải của ngành công nghiệp luyện gang thép, thải phẩm ở dạng
hạt có đường kính từ 10 ÷ 200 mm. Đây là sản phẩm phụ của quá trình luyện quặng oxit
sắt thành gang. Hiện nay, nó là vật liệu phổ biến được dùng trong sản xuất xi măng xỉ
lò cao trên thế giới. Việc tận dụng phế thải xỉ lò cao trong sản xuất xi măng đã góp phần
vào việc xử lý nguồn phế thải cơng nghiệp vì xi măng xỉ lị cao thực sự có nhiều tính
chất đặc biệt như bền trong mơi trường nước biển, bền sunfat, ít toả nhiệt, phù hợp với
bê tông khối lớn, chống thấm tốt…
Xỉ lò cao là một sản phẩm phụ của quá trình luyện quặng oxít sắt thành gang. Xỉ
lị cao thường có hàm lượng oxít canxi lớn, CaO từ 40% ÷ 48%, SiO 2 từ 35% ÷ 38%,
Al2O3 từ 6% ÷ 18%, và tổng hàm lượng CaO + MgO thường đạt 40% ÷ 50% hay cao
hơn nữa. Như vậy, có thể coi xỉ lò cao như là một loại vật liệu có tính kiềm cao, mơ-đun


2
kiềm Mk từ 0.9 ÷ 1.2 và mơ-đun hoạt tính Ma từ 0.16 ÷ 0.53. Chúng được coi là có hoạt
tính thuỷ lực cao, có khả năng tự đóng rắn như xi măng porland. Hoạt tính thuỷ lực này

được tăng lên rõ nét khi xỉ lị cao được hoạt tính hoá bằng kiềm – sun phát. Những loại
xỉ kiềm cao có mơ-đun hoạt tính Ma càng lớn và càng nhiều hàm lượng pha thuỷ tinh
(pha lỏng) thì thể hiện hoạt tính thuỷ lực càng mạnh. Đặc điểm quan trọng này là căn cứ
chủ yếu định hướng cho việc sử dụng xỉ lò cao cho sản xuất xi măng xỉ lò cao.
Sự phát triển của công nghệ sản xuất bê tông trên cơ sở các rác thải cơng nghiệp
hóa chất và luyện kim đã qua xử lý mở ra cơ hội lớn để tiết kiệm xi măng Portland và
tiết kiệm nguồn năng lượng sản xuất. Công nghệ này đạt hiệu quả kinh tế kỹ thuật to
lớn, do năng lượng tiêu hao, giá thành cũng như các chi phí cơ bản khác giảm nhiều lần.
Hơn nữa, hiệu quả xã hội, sinh thái của công nghệ cũng không nhỏ.
Tuy nhiên, hiện nay, nhiều cơng trình xây dựng sử dụng bê tơng có sử dụng nhiều
loại vật liệu mới đặc biệt là các hồ chứa nước thải cơng nghiệp (trong đó có rác thải
dung dịch axit) không quan tâm đến vấn đề chống thấm mà chỉ dựa vào cường độ bê
tông yêu cầu để thiết kế thành phần bê tơng. Vì vậy sau một thời gian nhiều cơng trình
bê tơng cốt thép ở trong nước và dưới đất trong đó có mơi trường axit bắt đầu bị ăn mòn
dẫn đến hư hỏng.

C
C

R
L
T.

Khả năng chống xâm thực axit của bê tơng có sử dụng một số rác thải công nghiệp
chịu ảnh hưởng chủ yếu từ yếu tố chất kết dính và lỗ rỗng giữa các cốt liệu liên kết với
nhau. Vấn đề được đặt ra là trong thành phần cấp phối bê tông sử dụng tỉ lệ thành phần
tro bay, xỉ lò cao và xi măng như thế nào để mang lại hiệu quả chống xâm thực axit cho
bê tông mà vẫn đạt yêu cầu về cường độ. Đây chính là lý do tác giả làm đề tài “Nghiên
cứu thực nghiệm khả năng chống xâm thực axit của bê tơng có sử dụng một số loại
rác thải công nghiệp”.

U
D

2. Mục tiêu đề tài.
Đánh giá ảnh hưởng của rác thải cơng nghiệp (xỉ lị cao và tro bay với tỉ lệ khác
nhau) đến khả năng chống xâm thực của dung dịch axit sunfuric (H 2SO4) 10% của bê
tông khi sử dụng các rác thải công nghiệp
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
- Đánh giá các cơng trình nghiên cứu trước đó về sự tác động riêng biệt của xỉ lò
cao và tro bay đến khả năng chống xâm thực axit của bê tông.
- Các loại vật liệu:
+ Xỉ lò cao S95 Hòa Phát;
+ Cát đúc Đại Lộc (huyện Đại Lộc, tỉnh Quảng Nam);
+ Đá 1x2cm tại mỏ đá Phước Tường (quận Cẩm Lệ, thành phố Đà Nẵng);
+ Xi măng Sông Gianh PCB40;
+ Tro bay từ nhà máy nhiệt điện Vũng Áng 1 (Xã Kỳ Lợi, huyện Kỳ Anh,


3
tỉnh Hà Tĩnh).
- Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng xỉ lò cao, tro bay đến khả năng chống xâm thực
dung dịch axit sunfuric (H2SO4) 10% của bê tông tại các thời điểm xâm thực từ 28 đến
90 ngày sau khi dưỡng hộ bê tơng có sử dụng rác thải cơng nghiệp.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Thực hiện các thí nghiệm dựa trên tiêu chuẩn Việt Nam:
+ TCVN 3105:1993 - Hỗn hợp bê tông nặng và bê tông nặng - lấy mẫu, chế tạo và
bão dưỡng mẫu;
+ TCVN 3106:1993 - Hỗn hợp bê tông nặng - Phương pháp thử độ sụt;
+ TCVN 3115:1993 - Bê tông nặng - Phương pháp xác định khối lượng thể tích;

+ TCVN 3118:1993 - Bê tơng nặng - Phương pháp xác định cường độ nén.
- Thí nghiệm xác định sự hư hại bề mặt, sự suy giảm khối lượng và sự suy giảm
cường độ chịu nén của bê tơng có thành phần tỷ lệ xỉ lị cao, tro bay và thế xi măng với
tỉ lệ khác nhau được ngâm trong dung dịch axit sunfuric (H 2SO4) 10% với thời gian khác
nhau.

R
L
T.

- Phân tích và thảo luận các kết quả thí nghiệm.
- Kết luận
5. Bố cục luận văn

C
C

U
D

Chương 1: Tổng quan bê tơng và các đặc tính cơ lý, độ bền của bê tông
Chương 2: Một số loạı rác thảı công nghıệp và ứng dụng trong xây dựng
Chương 3: Thı́ nghıệm xác đınh
̣ khả năng chống xâm thực axıt của bê tơng có sử
dụng tro bay và tro xỉ lò cao
Kết luận và kiến nghị


4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN BÊ TƠNG VÀ CÁC ĐẶC TÍNH CƠ LÝ, ĐỘ BỀN

CỦA BÊ TƠNG
1.1. Bê tơng
Bê tơng là đá nhân tạo được chế tạo từ các vật liệu rời (cát, đá, sỏi) và chất kết dính
(thường là xi măng), nước và có thể thêm phụ gia. Vật liệu rời cịn gọi là cốt liệu, cốt
liệu có 2 loại nhỏ và lớn. Loại nhỏ là cát có kích thước từ 1-5 mm, loại lớn là sỏi hoặc
đá dăm có kích thước từ 5-40 mm. Chất kết dính là xi măng trộn với nước hoặc các chất
dẻo khác.
Phụ gia nhằm cải thiện một số tính chất của bê tơng trong lúc thi cơng cũng như
trong q trình sử dụng. Có nhiều loại phụ gia như phụ gia nâng cao độ dẻo của hỗn hợp
bê tông, tăng nhanh hoặc kéo dài thời gian đông kết của bê tông, nâng cao cường độ của
bê tông trong thời gian đầu, chống thấm. Nguyên lý tạo nên bê tông là dùng các cốt liệu
lớn làm thành bộ khung, cốt liệu nhỏ lấp đầy các khoảng trống và dùng xi măng làm
chất kết dính liên kết chúng lại thành một thể đặc chắc có khả năng chịu lực và chống
lại các biến dạng.

C
C

R
L
T.

Bê tơng có cấu trúc khơng 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 hơi). Q trình khơ cứng của
bê tơng là q trình thủy hóa của xi măng, quá trình thay đổi lượng nước cân bằng, sự
giảm keo nhớt, sự tăng mạng tinh thể của đá xi măng. Các q trình này làm cho bê tơng
trở thành vật liệu vừa có tính đàn hồi vừa có tính dẻo.

U

D

1.1.1. Nguồn gốc của bê tông
Bê tông là vật liệu nhân tạo được hình thành từ vật liệu rời (cát, đá, sỏi) và chất kết
dính (thường là xi măng), nước và có thể thêm phụ gia. Mặc dù vậy, nó chỉ đúng với
dạng bê tơng hiện đại, trong khi đó, bê tơng lại có nguồn gốc từ rất lâu rồi. Theo các
nghiên cứu khảo cổ khoảng 2 ngàn năm trước, người dân La Mã đã biết sửa dụng tro
núi lửa trộn với nước như một loại "bê tông đặc biệt" trong việc tạo nên những cơng
trình thế kỷ sau này, điển hình là đấu trường Colosseum tại thủ đơ Rome, (Hình 1.1) [35].
Cụ thể, những thợ thủ cơng cổ đại của thành phố cảng Pozzuoli (nay là thủ phủ
tỉnh Naples, Italy) trở nên cực kỳ nổi tiếng nhờ một loạt vật liệu có tên pozzolana - thành
phần chính là tro núi lửa của ngọn núi Campi Flegrei gần đó (Hình 1.2). Theo những
ghi chép khảo cổ, pozzolana được mệnh danh là "vật liệu thần thánh" khi chỉ cần trộn
nó với nước là được một loại đất dẻo có thể tạo hình theo ý muốn và khi để khơ nó sẽ
cùng với đá khối tạo ra những bức tường thành bất khả xâm phạm với kẻ thù. Đây chính
là dạng "bê tông" đầu tiên của nhân loại [35].
Các nhà khảo cổ đã phát hiện ra pozzolana là hỗn hợp của Silic dioxit (SiO 2), có
nhiều trong cát, và vơi sống (CaO) - hai trong ba thành phần chính của bê tơng trước khi
xi măng xuất hiện. Ngay lập tức, đội ngũ khảo cổ đã nhờ đến sự trợ giúp của các chuyên


5
gia địa chất của đại học Stanford để nghiên cứu khu vực miệng núi lửa Campi Flegrei
[35]
.

Hình 1.1: Tro núi lửa pozzolana - Bê
tơng thời cổ đại.

Hình 1.2: Đấu trường Colosseum Rome, Italy

C
C

Đội ngũ nghiên cứu sau khi thu thập đủ dữ liệu đã phát hiện ra khu vực miệng núi
lửa có rất nhiều đá vơi (CaCO3), dưới nhiệt cực cao của khu vực này thì một phản ứng
hóa học cơ bản đã xảy ra:

R
L
T.

CaCO3 → CaO + CO2

U
D

Khi núi lửa phun trào, lớp CaO tích tụ lâu ngày sẽ bắn lên khơng trung và bay xa.
Khơng ít mảng lớn sẽ bay về phía bờ biển cách đó khơng xa và lẫn với cát biển, những
người thợ thủ công tại Pozzuoli đã phát hiện ra chúng và họ tình cờ nhận thấy những
mảng bị ẩm ướt có thể trở nên cực kỳ rắn chắc khi chúng bị phơi khô dưới ánh nắng. Bê
tơng có nguồn gốc từ đây.
1.1.2. Các loại bê tơng hiện đại điển hình
Sau khi đế chế La Mã sụp đổ, năm 1824, Joseph Aspdin chính thức sáng tạo ra xi
măng Portland - đặt nền móng cho bê tông hiện đại. Với việc nung đá vôi và đất sét giàu
silic dưới điều kiện 600oC, Joseph Aspdin đã tạo canxi silicat (Ca2SiO4) giống như cách
núi lửa Campi Flegrei đã từng làm.
Với sự xuất hiện của xi măng Portland, ngành xây dựng thực sự đã thay đổi sau
những năm 40 của thế kỷ 19. Thậm chí, các chuyên gia đã tạo ra nhiều loại bê tông khác
nhau để phù hợp với những mục đích sử dụng cụ thể.

1.1.2.1. Bê tơng cốt thép
Bê tông cốt thép là một loại vật liệu xây dựng kết hợp của hai loại vật liệu là bê
tông và thép. Sự kết hợp này đem lại nhiều ưu điểm nổi bật cho bê tông cốt thép. Thép
và bê tơng có hệ số giãn nở nhiệt gần giống nhau, do đó tránh được sự ảnh hưởng của
nhiệt độ môi trường.
Bê tông bảo vệ cốt thép khỏi sự xâm thực của môi trường, thép định vị bê tông
nhằm tránh nứt vỡ. Bê tơng có đặc tính chịu kéo và uốn kém, khi có cốt thép nhược điểm


6
này sẽ được khắc phục do thép là vật liệu chịu kéo khá tốt. Trong hầu hết các cơng trình
hiện nay, bê tơng cốt thép đóng vai trị là kết cấu chịu lực chính cho cả cơng trình, (Hình
1.3).

Hình 1.3: Bê tông cốt thép

C
C

1.1.2.2. Bê tông tiêu thấm

Bê tông tiêu thấm nước với những ưu điểm vượt trội như làm giảm thiểu ô nhiễm
nước mưa, bảo vệ nguồn nước ngầm là một hướng mới về công nghệ bê tông thân thiện
với môi trường. Công nghệ bê tông mới này đang được các nước trên thế giới chú trọng
phát triển đặc biệt là với những nước mà vấn đề ô nhiễm nguồn nước và ô nhiễm môi
trường mang tới những hậu quả nghiêm trọng [35].

R
L
T.

U
D

Khả năng cho nước thấm qua bê tông mà vẫn đảm bảo về cường độ và tuổi thọ
giúp cho loại bê tông này vượt trội hơn các loại bê tơng truyền thống. Trên thế giới, đã
có một số nước áp dụng bê tông thấm nước vào trong các cơng trình xây dựng như
đường giao thơng, vỉa hè, bãi đỗ xe,… và đã đạt được hiệu quả cao về mặt mơi trường,
kinh tế, kết cấu, thẩm mỹ,…(Hình 1.4).

Hình 1.4: Bê tông tiêu thấm
1.1.2.3. Bê tông sinh học
Những công trình làm từ bê tơng theo thời gian sẽ xuất hiện những vết nứt không


7
thể chữa lành. Giáo sư sinh vật Jonkers đã đề xuất loại một loại bê tơng có thể tự "hàn
gắn" các vết nứt chỉ nhờ vào vi khuẩn và nước mưa [35].
Những loại vi khuẩn Bacillus hoặc Sporosarcina sẽ được cho ngủ đơng và đóng
gói trong những hạt rất nhỏ, tương tự như bột trắng, mịn và bổ sung vào kết cấu bê tơng
trong q trình xây dựng. Chúng sẽ được đóng gói cùng với thức ăn là canxi lactat.
Khi các vết nứt xuất hiện trên kết cấu cơng trình, những viên siêu nhỏ sẽ vỡ ra,
nước xâm nhập vào và vi khuẩn bị đánh thức. Khi đó chúng bắt đầu "ăn thức ăn" đã dự
trữ sẵn. Kết quả là chúng sẽ thải ra hợp chất đá vôi cứng, lấp vào các vết nứt và ngăn
chặn nước tiếp cận phá hủy cấu trúc cơng trình [35].
Theo giáo sư Jonkers, phần lớn các cơng trình có tuổi thọ vào khoảng 20 - 30 năm
thì chủng vi khuẩn này có thể ngủ yên trong 200 năm mà không cần thức ăn. Do đó,
cách làm này có thể kéo dài tuổi thọ của cơng trình xây dựng thêm nhiều thập kỷ so với
bình thường.

C
C

1.1.2.4. Bê tông nano

Hiện nay, bê tông trên cơ sở chất kết dính xi măng là loại vật liệu xây dựng được
sản xuất nhiều nhất trên thế giới. Trong đó quá trình sản xuất xi măng tiêu thụ rất nhiều
năng lượng, với lượng sản xuất hàng năm trên thế giới khoảng 2.1 tỉ tấn xi măng tương
đương phát thải khoảng 5% lượng khí trên tồn cầu [35].

R
L
T.

U
D

Những năm gần đây, các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng việc sử dụng vật liệu
nano như là phụ gia đối với vật liệu xây dựng trên cơ sở chất kết dính xi măng đã tạo ra
độ bền chắc ở những vùng chuyển tiếp làm cho các tính chất của chúng được cải thiện
rõ rệt. Với việc sử dụng bột nano và sợi nano như là phụ gia trong sản xuất bê tông
không chỉ làm cho cường độ của bê tơng tính năng siêu việt, có thể tăng lên gấp hàng
chục lần, mà cịn nhiều tính chất khác như độ chảy và bám dính, bền ăn mịn hoặc ngăn
cản từ trường có thể đạt được tối ưu nhất, (Hình 1.5) [35].

Hình 1.5: Bê tơng nano
1.2. Các tính chất cơ lý của bê tơng


8

Các tính chất cơ lý của bê tơng bao gồm: Tính cơ học và tính vật lý. Tính chất cơ
lý của bê tông phụ thuộc vào: Chất lượng, đặc trưng của vật liệu, thành phần cấp phối,
tỷ lệ nước/xi măng, biện pháp thi cơng. Tính cơ học bao gồm cường độ (kéo, nén,...),
biến dạng. Tính vật lý bao gồm tính cơng tác, co ngót, từ biến, khả năng chống thấm
nước, chống mài mịn,... [34]
1.2.1. Tính cơng tác
Tính cơng tác hay cịn gọi là tính dễ tạo hình, là tính chất kỹ thuật cơ bản của hỗn
hợp bê tơng, nó biểu thị khả năng lấp đầy khuôn nhưng vẫn đảm bảo được độ đồng nhất
trong một điều kiện đầm nén nhất định. Để đánh giá tính cơng tác của hỗn hợp bê tơng
người ta thường dùng hai chỉ tiêu đó là độ lưu động và độ cứng [34].
Độ lưu động là chỉ tiêu quan trọng nhất của hỗn hợp bê tông, nó đánh giá khả năng
dễ chảy của hỗn hợp bê tông dưới tác dụng của trọng lượng bản thân hoặc rung động.
Độ lưu động được xác định bằng độ sụt (SN, cm) của khối hỗn hợp bê tơng trong khn
hình nón cụt có kích thước tùy thuộc vào cỡ hạt lớn nhất của cốt liệu. Độ cứng của hỗn
hợp bê tông là thời gian rung động cần thiết (s) để san bằng và lèn chặt hỗn hợp bê tông
trong bộ khn hình nón cụt và hình lập phương.

C
C

R
L
T.

Khả năng giữ nước là tính chất nhằm để đảm bảo độ đồng nhất của hỗn hợp bê
tơng trong q trình vận chuyển, đổ khuôn và đầm nén. Khi đầm nén hỗn hợp bê tơng
dẻo, các hạt cốt liệu có khuynh hướng chìm xuống và xích lại gần nhau, nước bị ép tách
ra khỏi cốt liệu và cốt thép, nổi lên phía trên cùng với xi măng chui qua kẽ hở của cốp
pha ra ngoài, tạo thành những lỗ rỗng, làm khả năng chống thấm nước của bê tông giảm.
Một phần nước thừa đọng lại bên trong hỗn hợp tạo thành những hốc rỗng, ảnh hưởng

xấu đến cấu trúc và tính chất của bêtông. Việc giảm lượng nước nhào trộn và nâng cao
khả năng giữ nước của hỗn hợp bê tơng có thể thực hiện bằng sử dụng phụ gia hoạt động
bề mặt và lựa chọn thành phần hạt cốt liệu một cách hợp lý. Các yếu tố ảnh hưởng đến
tính cơng tác của hỗn hợp bê tông [34]:

U
D

- Lượng nước nhào trộn: Là yếu tố quan trọng quyết định tính cơng tác của hỗn
hợp bê tông. Lượng nước nhào trộn bao gồm lượng nước tạo ra hồ xi măng và lượng
nước dùng cho cốt liệu để tạo ra độ dẻo cần thiết cho q trình thi cơng. Khả năng hấp
thụ nước của cốt liệu là một đặc tính cơng nghệ quan trọng của nó. Khi diện tích bề mặt
các hạt cốt liệu thay đổi, hay nói cách khác tỷ lệ các cấp hạt của cốt liệu, độ lớn của nó
và đặc trưng bề mặt của cốt liệu thay đổi thì độ cần nước cũng thay đổi. Vì vậy, khi xác
định thành phần bê tơng thì việc xác định tỷ lệ cốt liệu nhỏ-cốt liệu lớn tối ưu để đảm
bảo cho hồ xi măng nhỏ nhất là rất quan trọng. Để đảm bảo cho bê tơng có cường độ
u cầu thì tỷ lệ nước - xi măng phải giữ ở giá trị không đổi và do đó khi độ cần nước
của cốt liệu tăng thì dẫn đến chi phí q nhiều xi măng. Việc xây dựng lượng nước nhào
trộn phải thông qua các chỉ tiêu về tính cơng tác có tính đến loại và độ lớn của cốt liệu.
Khi lượng nước còn quá ít, dưới tác dụng của lực hút phân tử, nước chỉ đủ để hấp phụ


9
trên bề mặt vật rắn mà chưa tạo ra độ lưu động của hỗn hợp. Lượng nước tăng lên đến
một giới hạn nào đó sẽ xuất hiện nước tự do, màng nước trên bề mặt vật rắn dày thêm,
nội ma sát giữa chúng giảm xuống, độ lưu động tăng lên. Lượng nước ứng với lúc hỗn
hợp bê tơng có độ lưu động tốt nhất mà không bị phân tầng gọi là khả năng giữ nước
của hỗn hợp bê tông. Đối với hỗn hợp bê tông dùng xi măng.
- Loại và lượng xi măng: Nếu hỗn hợp bê tơng có đủ xi măng để cùng với nước
lấp đầy lỗ rỗng của cốt liệu, bọc và bôi trơn bề mặt của chúng thì độ dẻo sẽ tăng. Độ lưu

động cịn phụ thuộc vào loại xi măng và phụ gia vô cơ nghiền mịn, vì bản thân mỗi loại
xi măng sẽ có đặc tính riêng về các chỉ tiêu lượng nước tiêu chuẩn, độ mịn, thời gian
đông kết và rắn chắc. Lượng hỗn hợp xi măng: Nếu vữa xi măng (hồ xi măng + cốt liệu
nhỏ) chỉ đủ để lấp đầy lỗ rỗng của cốt liệu lớn thì hỗn hợp bê tơng rất cứng, thi cơng sẽ
khó khăn. Để tạo cho hỗn hợp có độ dẻo cần thiết thì phải đẩy xa các hạt cốt liệu lớn và
bọc xung quanh chúng một lớp hỗn hợp xi măng, do đó thể tích phần hỗn hợp sẽ bằng
thể tích phần rỗng trong cốt liệu lớn nhân với hệ số trượt. Phụ gia hoạt động bề mặt (phụ
gia dẻo hoặc siêu dẻo) mặc dù cho vào hỗn hợp bê tông với một lượng nhỏ (0.15 - 1.2%
khối lượng ximăng) nhưng có tác dụng pha lỗng hỗn hợp bê tông. Phụ gia siêu dẻo cho
phép sử dụng để chế tạo các sản phẩm bê tông khi thi công bằng bơm và vận chuyển bê
tông trong các đường ống, đồng thời giảm đáng kể tỉ lệ N/X mà vẫn đảm bảo độ lưu
động và có thể tạo ra các loại bê tơng mác cao.

C
C

1.2.2. Tính co ngót

R
L
T.

U
D

Trong q trình rắn chắc, bê tơng thường phát sinh biến dạng thể tích, nở ra
trong nước và co lại trong khơng khí. Về giá trị tuyệt đối độ co lớn hơn nở 10 lần. Ở
một giới hạn nhất định độ nở có thể làm tốt hơn cấu trúc của bê tơng, cịn hiện tượng co
ngót ln ln kéo theo hậu quả xấu. Bê tơng bị co ngót do nhiều ngun nhân, trước
hết là sự mất nước trong các gel đá xi măng. Khi mất nước các mầm tinh thể xích lại

gần nhau và đồng thời các gel cùng dịch chuyển làm cho bê tơng bị co. Q trình
cacbonat hóa hyđrơxi can xi trong đá xi măng cũng là nguyên nhân gây ra co ngót, co
ngót cịn là hậu quả của việc giảm thể tích tuyệt đối của hệ xi măng - nước. Do bị co
ngót nên bê tơng bị nứt, giảm cường độ, độ chống thấm, độ ổn định của bê tông và bê
tông cốt thép trong môi trường xâm thực. Vì vậy, đối với những kết cấu bê tơng có chiều
dài và diện tích lớn, để tránh nứt người ta phân đoạn để tạo thành các khe co giãn. Độ
co ngót phát triển mạnh trong thời kỳ đầu và giảm dần theo thời gian sau đó tắt hẳn [34].
1.2.3. Cường độ chịu nén
Cường đô chịu nén của bê tông là khả năng chịu ứng suất nén của mẫu bê tông.
Mẫu có thể chế tạo bằng các cách khác nhau: Lấy hỗn hợp bê tông đã được nhào trộn
để đúc mẫu hoặc dùng thiết bị chuyên dùng khoan lấy mẫu từ kết cấu có sẵn. Mẫu để đo
cường độ có kích thước 150x150x150(mm), được thực hiện theo điều kiện tiêu chuẩn
trong thời gian 28 ngày.


10
1.2.4. Tính chống thấm của bê tơng
Dưới áp lực thuỷ tĩnh nước có thể thấm qua những lỗ rỗng mao quản. Thực tế nước
chỉ thấm qua những lỗ rỗng có đường kính lớn hơn 1μm, vì màng nước hấp phụ trong
các mao quản đã có chiều dày đến 0.5μm. Đối với các cơng trình có u cầu về độ chống
thấm nước thì cần phải xác định độ chống thấm theo áp lực thuỷ tĩnh thực dụng. Căn cứ
vào chỉ tiêu này chia bê tông thành các loại mác chống thấm: CT-2, CT-4, CT-6, CT-8,
CT-10, CT-12 (hoặc B2, B4, B6, B8, B10, B12). Tính chống thấm của bê tơng được xác
định theo TCVN 3116:1993.
1.2.5. Các đặc tính độ bền của bê tơng
Hiện tượng ăn mịn kết cấu bê tơng là một vấn đề rất nghiêm trọng, nó ảnh hưởng
lớn đến độ an tồn của cơng trình, đến sức khỏe và tính mạng của người thi công xây
dựng. Vấn đề này đã và đang được xem là một trong những thách thức lớn với ngành
xây dựng dân dụng ngày nay. Môi trường không ngừng tác động đến các kết cấu của bê
tông. Làm thế nào để ngăn chặn sự ăn mòn kết cấu bê tơng cốt thép, góp phần vào việc

bảo vệ an tồn kết cấu cơng trình. Một trong những ngun nhân chính dẫn đến sự hư
hỏng trong kết cấu của bê tơng chính là sự ăn mịn cốt thép trong mơi trường biển, mơi
trường trong các nhà máy hố chất [38].

C
C

R
L
T.

U
D

1.2.5.1. Ngun nhân ăn mịn kết cấu bê tơng cốt thép trong mơi trường biển.

Hình 1.6: Cơng trình bị xâm thực bởi nước biển
Có thể nói rằng Bê tơng cốt thép là vật liệu phổ biến và thành công nhất trong lịch
sử ngành xây dựng với xấp xỉ 12 tỉ tấn bê tông được sản xuất hằng năm, nhiều hơn bất
kỳ vật liệu nhân tạo nào trên thế giới. Thông thường, khi kết cấu bê tông được thiết kế
phù hợp và được đúc cẩn thận, kết cấu luôn bền vững trong suốt tuổi thọ làm việc. Bình
thường, cốt thép được bảo vệ hồn tồn trong mơi trường kiềm của bê tông nhờ vào hàm
lượng lớn của canxi oxit, natri oxit và kali oxit hoà tan. Các hợp chất kiềm trong bê tông
giữ độ pH ở mức 12-13 giúp tạo nên một lớp màng bảo vệ mỏng trên bề mặt cốt thép.
Trong điều kiện thơng thường, lớp màng mỏng có khả năng bảo vệ cốt thép chống lại


11
sự tấn cơng của các tác nhân ăn mịn từ môi trường. Cơ chế này được gọi là “cơ chế bảo
vệ thụ động” của cốt thép, có hai cơ chế có thể phá vỡ sự tự bảo vệ của kết cấu bê tông

cốt thép và được xem như là tác nhân chính dẫn đến ăn mịn của cốt thép trong bê tơng.
Đó là hiện tượng cacbonat hố và sự xâm nhập của ion clorua (Hình 1.6) [40].
1.2.5.2. Quá trình Carbonat hố trong bê tơng
Sự tập trung hàm lượng dung dịch Canxi hydroxit hoà tan (Ca(OH)2) trong các lỗ
hổng của kế cấu bê tơng là kết quả của q trình thuỷ hố xi măng giúp giữ độ pH ở
ngưỡng an tồn 12-13. Như đã nói, trong mơi trường kiềm, cốt thép hồn tồn được bảo
vệ khỏi các tác nhân ăn mịn nhờ vào lớp màng mỏng trên bề mặt (dày từ 2-20 nanomét).
Tuy nhiên, q trình carbonat hố với sự hiện diện của CO2, nước và Ca(OH)2 tạo nên
canxi carbonat và trung hồ mơi trường kiềm trong bê tơng theo phản ứng dưới đây [40]:
CO2 + H2O + Ca(OH)2 + CaCO3 (calcium carbonate) + 2H2O
Sau q trình trung hồ, khi độ pH trong bê tông giảm xuống dưới mức 9, cơ chế
“tự bảo vệ thụ động” của bê tơng khơng cịn tồn tại và cốt thép bắt đầu bị ăn mòn.
Quá trình ăn mịn bắt đầu khi gỉ thép xuất hiện và phát triển trên bề mặt cốt thép và gây
nứt tại những vị trí tiếp giáp với bê tơng. Sự phát triển của vết nứt phát triển dần dưới
sự tấn cơng của các tác nhân ăn mịn cho đến khi phá vỡ hồn tồn sự kết dính giữa bê
tơng và cốt thép (spalling) (Hình 1.8).

C
C

U
D

R
L
T.

Tốc độ của quá trình carbonat hoá phụ thuộc vào tác động của các tác nhân từ mơi
trường như độ ẩm khơng khí, nhiệt độ, hàm lượng CO2 và tính chất cơ lý của bê tơng
như độ kiềm và độ thẩm thấu. Điều kiện lý tưởng thúc đẩy q trình carbonat hố hoạt

động mạnh là khi độ ẩm khơng khí ở mức 60-75%. Hơn nữa, tốc độ q trình carbonat
hố tăng dần khi hàm lượng CO2 trong khơng khí và nhiệt độ tăng dần. Mặt khác, hàm
lượng xi măng là một yếu tố quan trọng để tăng độ kiềm và làm chậm q trình carbonat
hố. Ngồi ra, bề dày lớp bê tơng bảo vệ cũng đóng vai trị quan trọng giảm q trình
ăn mịn Carbonat hố là một quá trình chậm, đặc biệt khi nhiệt độ mơi trường ở mức
bình thường. Tuy nhiên, nó lại là vấn đề nghiêm trọng đối với những cơng trình có tuổi
thọ cao (≥ 30 năm) [40].