Luận văn thạc sĩ nghiên cứu sử dụng cát đồi vạn ninh khánh hòa để thay thế một phần cát sông trong chế tạo bê tông

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

..

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LÊ THÀNH ĐỨC

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT ĐỒI
VẠN NINH - KHÁNH HÒA ĐỂ THAY THẾ
MỘT PHẦN CÁT SÔNG TRONG CHẾ TẠO BÊ TÔNG

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

60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: TS. LÊ KHÁNH TOÀN

Đà Nẵng, Năm 2018


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sỹ ngành Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình Dân
dụng & Cơng nghiệp với đề tài: "Nghiên cứu sử dụng cát đồi Vạn Ninh – Khánh
Hòa để thay thế một phần cát sơng trong chế tạo bê tơng" là cơng trình nghiên cứu do
tôi thực hiện.
Các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thực. Tất cả các trích dẫn

đã được ghi rõ nguồn gốc.
Người cam đoan

Lê Thành Đức


MỤC LỤC
TRANG BÌA
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
TRANG TĨM TẮT LUẬN VĂN
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ
DANH MỤC CÁC HÌNH
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1

1. Lý do chọn đề tài ...........................................................................................1
2. Mục tiêu đề tài ...............................................................................................3
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .................................................................3
4. Phƣơng pháp nghiên cứu ...............................................................................3
5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài ...........................................................................3
6. Cấu trúc của luận văn ....................................................................................3
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ CÁC VẬT LIỆU CẤU THÀNH...... 5

1.1. Tổng quan về bê tông và các vật liệu cấu thành ............................................5
1.1.1. Tổng quan về bê tông ..............................................................................5
1.1.1.1. Phân loại bê tông ..............................................................................5
1.1.1.2. Cấu trúc bê tơng ...............................................................................6
1.1.2. Tính chất cơ học của bê tơng ..................................................................7
1.1.2.1. Cƣờng độ chịu n n ...........................................................................7

1.1.2.2. Cƣờng độ chịu uốn ...........................................................................8
1.1.3. Co ngót của bê tơng.................................................................................8
1.1.4. Các vật liệu cấu thành .............................................................................9
1.1.4.1. Xi măng ............................................................................................9
1.1.4.2. Cốt liệu nhỏ (Cát) .......................................................................... 10
1.1.4.3. Cốt liệu lớn (Đá dăm, sỏi) ............................................................. 11
1.1.4.4. Nƣớc .............................................................................................. 11
1.2. Ngun lý hình thành bê tơng thơng qua phản ứng thủy hóa của xi măng 13
1.2.1. Giai đoạn hịa tan ................................................................................. 15
1.2.2. Giai đoạn hóa keo................................................................................. 15
1.2.3. Giai đoạn kết tinh ................................................................................. 15


1.3. Tổng quan một số nghiên cứu ứng dụng và khai thác sử dụng cát mịn để
chế tạo bê tông xi măng...................................................................................... 15
1.3.1. Các nghiên cứu ứng dụng cát mịn có nguồn gốc từ cát biển để chế
tạo bê tơng xi măng ........................................................................................ 15
1.3.1.1. Các nghiên cứu ứng dụng ở nƣớc ngoài ....................................... 15
1.3.1.2. Các nghiên cứu ứng dụng ở trong nƣớc ........................................ 16
1.3.2. Khai thác sử dụng cát mịn có nguồn gốc từ cát biển để chế tạo bê
tơng xi măng ................................................................................................... 17
1.3.2.1. Khai thác sử dụng cát mịn có nguồn gốc từ cát biển làm bê tơng xi
măng ở nƣớc ngoài .......................................................................................... 17
1.3.2.2. Khai thác sử dụng cát mịn có nguồn gốc từ cát biển làm bê tơng xi
măng ở Việt Nam ............................................................................................ 17
1.3.3. Ảnh hƣởng của cát hạt mịn có nguồn gốc từ cát biển trong quá trình
chế tạo, sử dụng bê tơng xi măng ................................................................... 18
1.4. Nhận x t chƣơng 1 ...................................................................................... 18
CHƢƠNG 2. ĐẶC TÍNH CƠ LÝ, HÓA HỌC CỦA CÁT ĐỒI CỠ HẠT NHỎ VÀ
CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG ................................................................. 19

2.1. Tổng quan về cát đồi miền Trung Việt Nam và cát đồi Vạn Ninh ............. 19
2.1.1. Tổng quan về cát đồi miền Trung Việt Nam ....................................... 19
2.1.2. Đặc điểm cát đồi khu vực Vạn Ninh – Khánh Hòa ............................. 20
2.2. Các chỉ tiêu cần xác định đối với cát đồi .................................................... 21
2.3. Phƣơng pháp xác định cƣờng độ n n của bê tơng ...................................... 22
2.3.1 Tiêu chuẩn và thiết bị thí nghiệm.......................................................... 22
2.3.1.1 Các tiêu chuẩn sử dụng trong thí nghiệm ...................................... 22
2.3.1.2 Thiết bị sử dụng trong thí nghiệm.................................................. 22
2.3.2 Thí nghiệm xác định cƣờng độ chịu n n của bê tơng ........................... 25
2.3.2.1. Lấy mẫu và chuẩn bị thí nghiệm ................................................... 25
2.3.2.2. Tiến hành thí nghiệm .................................................................... 25
2.3.2.3. Tính kết quả................................................................................... 26
2.4. Những yếu tố ảnh hƣởng đến cƣờng độ n n của bê tông ........................... 26
2.4.1. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng muối chứa trong cát đồi ........................... 26
2.4.2. Ảnh hƣởng của tỷ lệ cát đồi thay thế cát sông trong hỗn hợp bê tông 26


2.4.3. Mác xi măng và tỷ lệ X/N .................................................................... 27
2.4.4. Hàm lƣợng và tính chất của cốt liệu .................................................... 28
2.4.5. Cấu tạo của bê tông .............................................................................. 29
2.4.6. Phụ gia tăng dẻo ................................................................................... 29
2.4.7. Phụ gia đông kết nhanh ........................................................................ 29
2.4.8. Cƣờng độ bê tông tăng theo thời gian .................................................. 29
2.4.9. Điều kiện môi trƣờng bảo dƣỡng ......................................................... 30
2.4.10. Điều kiện thí nghiệm .......................................................................... 30
2.5. Nhận x t chƣơng 2 ...................................................................................... 30
CHƢƠNG 3. THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ
TÔNG SỬ DỤNG CÁT ĐỒI VẠN NINH ĐỂ THAY THẾ MỘT PHẦN CÁT
SÔNG TRONG THÀNH PHẦN CẤP PHỐI .............................................................. 31

3.1. Mục đích thí nghiệm ................................................................................... 31
3.2. Xác định các chỉ tiêu của các thành phần cấp phối ..................................... 31
3.2.1. Xi măng ................................................................................................ 31
3.2.2. Cốt liệu nhỏ (cát) .................................................................................. 32
3.2.2.1. Cát sông ......................................................................................... 32
3.2.2.2. Cát đồi Vạn Ninh .......................................................................... 34
3.2.2.3. Phối trộn hỗn hợp cát sông và cát đồi Vạn Ninh .......................... 39
3.2.2.4. Lựa chọn các tỷ lệ phối trộn hỗn hợp cát để sử dụng chế tạo các
cấp phối bê tơng thí nghiệm: ........................................................................... 44
3.2.3. Cốt liệu lớn (đá dăm 1x2 cm) .............................................................. 44
3.2.4. Nƣớc ..................................................................................................... 46
3.3. Tính tốn thành phần cấp phối cho các hỗn hợp bê tông cấp bền B20....... 46
3.4. Quy trình đúc mẫu ....................................................................................... 48
3.4.1. Tính tốn liều lƣợng vật liệu cho mẻ trộn ............................................ 48
3.4.2. Trộn hỗn hợp bê tông và xác định độ sụt ............................................. 49
3.4.3. Chọn khuôn đúc và tiến hành đúc mẫu ................................................ 50
3.4.4. Quy trình bảo dƣỡng mẫu .................................................................... 50
3.5. Quy trình n n mẫu và kết quả thí nghiệm ................................................... 50
3.5.1. Quy trình n n mẫu ................................................................................ 50
3.5.2. Kết quả thí nghiệm - Cƣờng độ n n ở tuổi t = 3, 7, 14, 28, 60, 90
ngày ................................................................................................................ 51


3.5.3. Nhận x t kết quả thí nghiệm: ............................................................... 52
3.5.3.1. Đối với cấp phối 0 (100% cát sông): ............................................ 52
3.5.3.2. Đối với các cấp phối 1, 2, 3 (tƣơng ứng tỷ lệ 15%, 20%, 25% cát
đồi): ................................................................................................................. 53
3.6. Nhận x t chƣơng 3 ...................................................................................... 56
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................................... 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 58
PHỤ LỤC
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC S (BẢN SAO)
BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC
PHẢN BIỆN.


TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN
NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT ĐỒI VẠN NINH - KHÁNH HÒA ĐỂ THAY
THẾ MỘT PHẦN CÁT SÔNG TRONG CHẾ TẠO BÊ TÔNG
Học viên: Lê Thành Đức
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình Dân dụng và Cơng nghiệp
Mã số: 60.58.02.08
Khóa: K33, Trƣờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN
Tóm tắt: Bê tơng xi măng thơng thƣờng với thành phần cấp phối bao gồm xi măng, cốt
liệu lớn (đá, sỏi), cố liệu nhỏ (cát hạt thô), nƣớc sạch và một số phụ gia. Tiêu chuẩn Việt Nam
TCVN 7570:2006. Cốt liệu cho bê tông và vữa – Yêu cầu kỹ thuật đã quy định rất rõ thành
phần hạt và các chỉ tiêu cơ lí cơ bản của cát trong thành phần cấp phối. Việc thay đổi thành
phần, tỉ lệ của cát có thể ảnh hƣởng đến các đặc trƣng cơ lí của bê tơng.
Với nhu cầu sử dụng vật liệu cho các cơng trình xây dựng ngày càng cao nhƣ hiện nay,
nguồn cát sông để chế tạo hỗn hợp bê tông theo quy định ngày càng cạn kiệt, chất lƣợng ngày
càng k m, nhất là hàm lƣợng bùn, bụi bẩn; việc khai thác quá mức nguồn cát từ sông, suối
đang gây ra nhiều hệ lụy về môi trƣờng. Do đó, cần tìm kiếm và nghiên cứu sử dụng thay thế
nguồn cát khác với cát sông truyền thống, nhƣ cát đồi khu vực huyện Vạn Ninh – tỉnh Khánh
Hòa là cần thiết và có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Đề tài nghiên cứu sử dụng cát đồi Vạn
Ninh – Khánh Hịa để thay thế một phần cát sơng trong chế tạo bê tông nh m xác định cƣờng
độ chịu n n theo thời gian trong các điều kiện bảo dƣỡng chuẩn tại phịng thí nghiệm. Từ đó,
tìm ra tỷ lệ thay thế hợp lý của cát đồi đối với cát sông trong chế tạo bê tông; kết quả nghiên
cứu cho thấy: có thể sử dụng cát đồi ven biển Vạn Ninh, Khánh Hịa để thay thế cát sơng
trong thành phần cấp phối bê tông, đây là cơ sở để đề xuất chế tạo bê tông với tỉ lệ cát đồi

nhất định, giúp tận dụng nguồn vật liệu sẵn có tại địa phƣơng trong sản xuất bê tơng nh m
giảm chi phí xây dựng, giảm những hệ lụy về mơi trƣờng của việc khai thác cát từ sơng, suối,
góp phần đáp ứng nhu cầu vật liệu xây dựng ngày càng tăng cao của Khánh Hịa.
Từ khóa – Bê tơng, cấp phối, cát sông, cát đồi Vạn Ninh, cƣờng độ chịu n n.

STUDY ON PARTLY REPLACEMENT OF RIVER-SAND IN CONCRETE
MANUFACTURE BY USING HILL-SAND FROM VAN NINH DISTRICT –
KHANH HOA PROVINCE
Abstract: Composition of common concrete includes cement, large aggregate (stone), small
aggregate (sand), clean water and admixtures. According to Vietnamese standard TCVN
7570:2006: Aggregates for concrete and mortar – Specifications, particle size distribution and
physical, mechanical properties of sand in composition are specified. Any changes in
composition and ratio of sand may affect physical and mechanical properties of concrete.


With the rise in need of materials for construction, river-sand, which is a component in
concrete, is becoming scarce and degraded. Remarkably, the quality of sand is affected by the
excessive of mud and dust. In addition, overexploitation is causing severe damage to
environment. Thus, an alternative sand resource, such ashill-sand in Van Ninh District –
KhanhHoa province, should be found and studied. It is necessary and meaningful. Through
compressive strength tests at laboratory with standard curing concrete process, the study
focuses on partly replacement of river-sand by hill-sand in concrete manufacture and finds
reasonable substitution ratio. The result shows that hill-sand in Van Ninh District can be used
to substitute river-sand in concrete composition. It also establishes the foundation to propose
certain ratio of hill-sand in concrete manufacture. Furthermore, this will help to make use of
abundant local resource, decrease cost, satisfy the rising demand of material and mitigate
environmental iMPacts.
Key words: concrete, composition, river-sand, Van Ninh hill-sand, compressive strength.

DANH MỤC CÁC BẢNG
Số
hiệu
1.1.

1.2.

1.3.
3.1.

Tên bảng
Hàm lƣợng tối đa cho ph p của muối hòa tan, ion sunfat, ion clorua
và cặn không tan trong nƣớc trộn vữa (mg/l)
Hàm lƣợng tối đa cho ph p của muối hòa tan, ion sunfat, ion clorua
và cặn không tan trong nƣớc dùng để rửa cốt liệu và bảo dƣỡng bê
tông (mg/l)
Yêu cầu về thời gian đông kết của xi măng và cƣờng độ chịu n n
của vữa

Trang
12

13

13

So sánh chỉ tiêu chất lƣợng của xi măng Hà Tiên PCB40 với TCVN
Các tính chất cơ lý của cát sông Cái Nha Trang lấy từ mỏ Diên
Thọ 1

31

Thành phần hạt của cát sông Cái Nha Trang lấy từ mỏ Diên Thọ 1
Hàm lƣợng muối trong các mẫu cát đồi Vạn Ninh theo kết quả kiểm
nghiệm của Viện Pastuer Nha Trang

33

3.5.

Các tính chất cơ lý của cát đồi Vạn Ninh, mẫu Hịn Gầm - vị trí 1

37

3.6.

Thành phần hạt của cát đồi Vạn Ninh, mẫu Hòn Gầm - vị trí 1

38

3.7.

Các tính chất cơ lý của hỗn hợp cát 01 (85% cát sông + 15% cát đồi)

39

3.8.

Thành phần hạt của hỗn hợp cát 01 (85% cát sông + 15% cát đồi)

40

3.2.
3.3.
3.4.

33

36

3.9. Các tính chất cơ lý của hỗn hợp cát 02 (80% cát sông + 20% cát đồi)
3.10. Thành phần hạt của hỗn hợp cát 02 (80% cát sông + 20% cát đồi)
3.11. Các tính chất cơ lý của hỗn hợp cát 03 (75% cát sông + 25% cát đồi)

41
41
42

3.12. Thành phần hạt của hỗn hợp cát 03 (75% cát sơng + 25% cát đồi)
3.13. Các tính chất cơ lý của đá dăm 1x2 cm – mỏ đá Hòn Thị
3.14. Thành phần hạt của đá dăm 1x2cm – mỏ đá Hòn Thị
3.15. Thành phần cấp phối các hỗn hợp bê tông
3.16. Thành phần vật liệu cho một mẻ trộn ứng với từng loại cấp phối
3.17. Độ sụt của các cấp phối bê tơng thí nghiệm
3.18. Cƣờng độ n n trung bình của các mẫu thử
Tỉ lệ (%) cƣờng độ chịu n n của các mẫu có sử dụng cát đồi so với
3.19.
mẫu đối chứng chỉ dùng cát sông

43

45
45
48
49
49
51
52


DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ

Số
hiệu

Tên biểu đồ

Trang

1.1.

Độ co ngót của đá xi măng, vữa, bê tông

9

1.2.

Phạm vi thành phần hạt cho ph p của cát dùng chế tạo bê tông

10

2.1.

Sự phụ thuộc của cƣờng độ bê tông vào lƣợng nƣớc nhào trộn [6]

27

3.1.

Thành phần hạt của cát sông Cái Nha Trang, mỏ Diên Thọ 1

34

3.2.

Thành phần hạt của cát đồi Vạn Ninh (mẫu Hịn Gầm - vị trí 1)

38

3.3.

Thành phần hạt của hỗn hợp cát 01 (85% cát sông + 15% cát đồi)

40

3.4

Thành phần hạt của hỗn hợp cát 02 (80% cát sông + 20% cát đồi)

42

3.5

Thành phần hạt của hỗn hợp cát 03 (75% cát sông + 25% cát đồi)

43

3.6.

Thành phần hạt của đá dăm 1x2 cm – mỏ đá Hòn Thị

46

3.7.

Sự phát triển cƣờng độ n n của các mẫu thí nghiệm ứng với các
ngày tuổi (3, 7, 14, 28, 60, 90)

52


DANH MỤC CÁC HÌNH

Số hiệu

Tên hình

Trang

1.1.
1.2.

1.3.
1.4.
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
3.5.
3.6.

Cấu trúc của bê tơng
Sự phá hoại mẫu thử
Cát đồi khu vực Mũi N - Bình Thuận
Cát đồi khu vực Hịn Gốm - Vạn Ninh – Khánh Hịa
Máy trộn bê tơng 300 lít
Dƣỡng hộ bê tông
Bộ côn thử độ sụt
Máy n n mẫu bê tông
Cát sông Cái Nha Trang, mỏ Diên Thọ 1
Lấy mẫu cát đồi Vạn Ninh tại thực địa
Mẫu cát đồi Vạn Ninh gửi Viện Pasteur Nha Trang
Mẫu cát đồi Vạn Ninh, mẫu Hịn Gầm – vị trí 1
Đá dăm 1x2 cm – mỏ Hịn Thị sử dụng để chế tạo mẫu
Khn đúc mẫu và mẫu đúc

6
8

19
21
23
23
24
24
33
35
35
37
44
50


1

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài
Khánh Hòa ở vị trí trung tâm của các tỉnh Duyên hải Nam Trung bộ, là tỉnh có
tốc độ đơ thị hóa hàng đầu cả nƣớc, là đầu mối giao thông về đƣờng bộ, đƣờng sắt,
đƣờng biển và đƣờng hàng khơng, cửa ngõ chính ra Biển Đông của vùng Duyên hải
Nam Trung bộ và Tây Nguyên; có huyện đảo Trƣờng Sa, là nơi có vai trò quan trọng
trong phát triển kinh tế biển, đảm bảo quốc phòng, an ninh và chủ quyền biển đảo
quốc gia. Với tổng diện tích đất liền 5.217,6 km² cùng hơn 200 đảo và quần đảo, bờ
biển trải dài khoảng 385 km, Khánh Hịa có nhiều điều kiện để phát triển kinh tế - xã
hội, nhất là các ngành kinh tế, dịch vụ biển và du lịch. Xây dựng, phát triển tỉnh
Khánh Hịa có ý nghĩa quan trọng về nhiều mặt đối với Nam Trung bộ, Tây Nguyên
và cả nƣớc.
Ngày 24/12/2012, Bộ Chính trị đã ban hành Kết luận số 53-KL/TW về xây

dựng, phát triển tỉnh Khánh Hòa đến năm 2020 và tầm nhìn đến 2030, đồng ý chủ
trƣơng xây dựng Khánh Hịa trở thành đơ thị trực thuộc Trung ƣơng [1]. Gần đây
nhất, ngày 22/3/2017, Bộ Chính trị đã ban hành Kết luận số 21-KL/TW [2], theo đó,
Bộ Chính trị đồng ý cho thành lập đơn vị hành chính - kinh tế đặc biệt Bắc Vân
Phong trực thuộc tỉnh Khánh Hòa. Đây là những chủ trƣơng lớn của Đảng, làm tiền
đề để khu vực Bắc Vân Phong nói riêng và tỉnh Khánh Hịa nói chung khai thác tốt
nhất các tiềm năng khu vực có lợi thế vƣợt trội, thu hút mạnh nguồn vốn đầu tƣ, công
nghệ cao, phƣơng thức quản lý mới tiên tiến, hình thành khu vực tăng trƣởng cao, tạo
thêm nguồn lực và động lực, góp phần thúc đẩy nhanh phát triển và tái cơ cấu kinh tế
cho tỉnh, vùng và cả nƣớc.
Ngày 29/12/2016, UBND tỉnh Khánh Hòa đã ban hành Quyết định số 4104/QĐUBND phê duyệt Chƣơng trình phát triển đơ thị tỉnh Khánh Hịa đến năm 2020 và
định hƣớng đến năm 2030 [3]. Theo đó, Khánh Hịa sẽ đầu tƣ mạnh cho phát triển đơ
thị, phấn đấu đến năm 2020 tỷ lệ đơ thị hóa toàn tỉnh đạt 60%, đến năm 2030 đạt 70%,
đƣa Khánh Hịa trở thành đơ thị loại I, trực thuộc Trung ƣơng. Tổng vốn đầu tƣ phát
triển đô thị giai đoạn 2016-2020 ƣớc khoảng 63.500 tỷ đồng.
Ngày 11/8/2017, Văn phịng Chính phủ đã ban hành văn bản số 8489/VPCPQHĐP về việc chủ trƣơng lập Quy hoạch tổng thể phát triển KTXH Đơn vị hành chính
- kinh tế đặc biệt Bắc Vân Phong và điều chỉnh Quy hoạch chung xây dựng Khu kinh
tế Vân Phong, tỉnh Khánh Hịa [4]. Theo đó, Thủ tƣớng Chính phủ đồng ý về chủ
trƣơng cho ph p tỉnh Khánh Hòa tổ chức triển khai lập quy hoạch tổng thể phát triển
kinh tế - xã hội và điều chỉnh quy hoạch chung xây dựng khu vực Bắc Vân Phong theo
định hƣớng phát triển thành đơn vị hành chính - kinh tế đặc biệt Bắc Vân Phong.


2

Với vai trị, vị trí, tiềm năng, lợi thế của mình cùng những chủ trƣơng, định
hƣớng phát triển của Trung ƣơng, của tỉnh nêu trên, dễ nhận thấy trong tƣơng lai gần,
Khu vực Bắc Vân Phong nói riêng và tỉnh Khánh Hịa nói chung sẽ đột phá phát triển
mạnh mẽ và bền vững hơn. Đi đôi với yêu cầu phát triển là nhu cầu đầu tƣ xây dựng
các cơng trình sẽ càng tăng cao, đặc biệt khi hình thành Đặc khu hành chính - kinh tế

Bắc Vân Phong.
Bê tơng là loại vật liệu phổ biến thƣờng đƣợc sử dụng cho kết cấu bê tông và bê
tông cốt th p, các loại kết cấu này chiếm đến 60% các loại kết cấu xây dựng. Bê tông
truyền thống với thành phần gồm: cốt liệu lớn (đá dăm, sỏi), cốt liệu nhỏ (cát sơng,
suối), xi măng, nƣớc và có thể có phụ gia. Cƣờng độ chịu n n là chỉ tiêu đặc trƣng
đánh giá chất lƣợng của bê tông. Hiện nay, bê tông truyền thống đƣợc sử dụng phổ
biến cho các cơng trình xây dựng.
Tuy nhu cầu sử dụng bê tông truyền thống cho các cơng trình xây dựng là rất lớn,
nhƣng đang có những trở ngại cho việc đáp ứng nhu cầu số lƣợng đƣợc cung cấp, nhất
là không đáp ứng đủ nhu cầu cát sông dùng cho chế tạo bê tông. Theo quy hoạch phát
triển vật liệu xây dựng tỉnh Khánh Hòa đến năm 2020, định hƣớng đến năm 2030 đƣợc
UBND tỉnh Khánh Hòa phê duyệt tại Quyết định số 4013/QĐ-UBND ngày 26/12/2016
[5], nhu cầu cát xây dựng (kể cả cát dùng chế tạo bê tơng) cho tồn tỉnh từ 1,6 - 1,9
triệu m3/năm, trong khi tổng công suất khai thác chỉ đạt 1,45 triệu m3/năm và chỉ tập
trung tại một số địa phƣơng cũng nhƣ dần bị hạn chế, giảm về lƣợng khai thác.
Vạn Ninh là địa phƣơng khan hiếm cát sông dùng trong xây dựng, nhất là cát
dùng cho chế tạo hỗn hợp bê tông hơn bất cứ địa phƣơng nào khác trên đất liền thuộc
địa bàn Khánh Hòa. Do trữ lƣợng, sản lƣợng khai thác cát sông, suối trên địa bàn rất ít
ỏi nên nguồn cát phục vụ xây dựng chủ yếu đƣợc vận chuyển từ địa phƣơng khác, kể
cả ngoại tỉnh; chất lƣợng cát ngày càng k m, nhất là hàm lƣợng bùn, bụi bẩn trong cát
ngày càng cao. Đồng thời, việc khai thác quá mức nguồn cát từ sông, suối đang gây ra
quá nhiều hệ lụy về môi trƣờng, đặc biệt là vấn đề sạt lở dọc hai bờ sơng suối. Cần tìm
kiếm và nghiên cứu sử dụng nguồn cát khác cát truyền thống, có trữ lƣợng tƣơng đối
lớn, nhƣ cát đồi khu vực huyện Vạn Ninh - tỉnh Khánh Hòa, để thay thế một phần cát
sông (suối) dùng trong chế tạo bê tông, tận dụng nguồn vật liệu dồi dào sẵn có tại địa
phƣơng, giảm bớt chi phí xây dựng cơng trình, giảm bớt áp lực của việc phải sử dụng
tồn bộ cát sơng (suối) trong việc chế tạo bê tơng, từ đó giảm bớt những hệ lụy về môi
trƣờng của việc khai thác cát từ sông, suối.
Đề tài “Nghiên cứu sử dụng cát đồi Vạn Ninh – Khánh Hòa để thay thế một
phần cát sông trong chế tạo bê tông” nh m tiến hành nghiên cứu sự phát triển

cƣờng độ chịu n n của bê tông sử dụng xi măng PCB40 với vật liệu đƣợc khai thác
tại chỗ, sẽ là tiền đề cho việc thiết kế thành phần cấp phối chính xác cho bê tông khi


3

sử dụng cát đồi để thay thế một phần cát sơng (suối), góp phần trong việc sử dụng
tiết kiệm, hiệu quả nguồn tài nguyên cát sông, cát suối ngày càng khan hiếm, đáp
ứng nhu cầu xây dựng ngày càng lớn của khu vực Bắc Vân Phong nói riêng và của
tỉnh Khánh Hịa nói chung.

2. Mục tiêu đề tài
Nghiên cứu thực nghiệm xác định cƣờng độ chịu n n của bê tơng, sử dụng cát
đồi ven biển Vạn Ninh, Khánh Hịa thay thế một phần cát sông theo những tỉ lệ nhất
định, theo thời gian trong các điều kiện bảo dƣỡng chuẩn tại phịng thí nghiệm.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: hỗn hợp bê tông khi sử dụng cát đồi khu vực Vạn Ninh
để thay thế một phần cát sông trong thành phần cấp phối.
- Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu với bê tơng có cấp bền B20, mốc thời gian
khảo sát: 3, 7, 14, 28, 60 và 90 ngày kể từ ngày đúc mẫu. Nghiên cứu 03 cấp phối bê
tơng có thay thế cát sông b ng cát đồi Vạn Ninh với các tỷ lệ thay thế 15%, 20% và
25%. Sử dụng xi măng PCB 40 Vicem Hà Tiên; cát vàng sông Cái Nha Trang (mỏ
Diên Thọ 1 – huyện Diên Khánh); cát đồi Vạn Ninh (khu vực Hòn Gốm); đá dăm 1x2
cm (mỏ đá Hòn Thị - thành phố Nha Trang); nƣớc máy (nguồn nhà máy nƣớc Võ
Cạnh – thành phố Nha Trang).

4. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lí thuyết bê tơng, cấp phối bê tơng, thí nghiệm xác định các đặc
trƣng cơ lí của các thành phần cấp phối và của bê tơng.
- Nghiên cứu thực nghiệm: thí nghiệm xác định cƣờng độ chịu n n của bê tơng có

cấp bền B20, theo các cấp phối khác nhau.
- Phân tích, đánh giá, đề xuất, kết luận.

5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Tìm ra tỷ lệ phần trăm hợp lý để thay thế một phần cát sông dùng trong chế tạo
bê tơng b ng cát đồi Vạn Ninh. Từ đó mở ra hƣớng nghiên cứu sâu hơn nh m đề xuất
tận dụng nguồn cát đồi sẵn có; sử dụng tiết kiệm, hiệu quả nguồn tài nguyên cát sông,
cát suối ngày càng khan hiếm, đáp ứng nhu cầu xây dựng ngày càng lớn của khu vực
Bắc Vân Phong nói riêng và của tỉnh Khánh Hịa nói chung.

6. Cấu trúc của luận văn
Ngồi phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo trong luận văn gồm có các


4

chƣơng nhƣ sau:
Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ CÁC VẬT LIỆU CẤU THÀNH
Chƣơng 2: ĐẶC TÍNH CƠ LÝ, HÓA HỌC CỦA CÁT ĐỒI CỠ HẠT NHỎ VÀ
CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG
Chƣơng 3: THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ
TÔNG SỬ DỤNG CÁT ĐỒI VẠN NINH ĐỂ THAY THẾ MỘT PHẦN CÁT SÔNG
TRONG THÀNH PHẦN CẤP PHỐI


5

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ CÁC VẬT LIỆU CẤU THÀNH
1.1. Tổng quan về bê tông và các vật liệu cấu thành

1.1.1. Tổng quan về bê tông
Bê tông là loại vật liệu đá nhân tạo đƣợc hình thành sau q trình đóng rắn của
hỗn hợp đƣợc phối trộn hợp lý của xi măng, nƣớc, cốt liệu (cát, sỏi hay đá dăm), chất
độn và phụ gia. Cốt liệu đóng vai trò là khung chịu lực, chiếm từ 80 đến 85% thể tích.
Hồ xi măng gồm xi măng, cát và nƣớc bao bọc xung quanh cốt liệu đóng vai trị là
chất kết dính chiếm 10 đến 20% khối lƣợng. Sau khi đơng cứng, hồ chất kết dính gắn
kết các hạt cốt liệu thành một khối tƣơng đối đồng nhất và đƣợc gọi là bê tông. Hỗn
hợp nguyên liệu mới nhào trộn gọi là hỗn hợp bê tông hay bê tông tƣơi; hỗn hợp bê
tông sau khi đông cứng, rắn chắc, chuyển sang trạng thái đá đƣợc gọi là bê tông. Yêu
cầu cơ bản của bê tông là phải đạt đƣợc cƣờng độ (đặc biệt là cƣờng độ chịu n n) ở
tuổi quy định hoặc đạt các yêu cầu khác nhau: độ chống thấm, ổn định với môi trƣờng
và độ tin cậy khi khai thác, giá thành khơng q đắt [6].
Có nhiều cách để phân ra các dạng bê tông khác nhau nhƣ: phân loại theo cƣờng
độ, theo chất kết dính, theo cốt liệu, theo khối lƣợng thể tích... Bê tơng truyền thống có
cƣờng độ từ 15 đến 20 (MPa). Bê tơng thƣờng có cƣờng độ n n từ 20 đến 50 (MPa),
bê tơng chất lƣợng cao và rất cao có cƣờng độ n n từ 50 đến 200 (MPa). Bê tông và bê
tông cốt th p đƣợc sử dụng rộng rãi trong xây dựng vì chúng có những ƣu điểm nổi
bật sau: cƣờng độ chịu lực cao, có thể chế tạo đƣợc những loại bê tơng có cƣờng độ,
hình dạng và tính chất khác nhau giá thành rẻ, khá bền vững và ổn định đối với mƣa
nắng, nhiệt độ, độ ẩm [6].
1.1.1.1. Phân loại bê tơng
Theo [6], có thể phân loại bê tơng nhƣ sau:
- Theo dạng chất kết dính: Bê tông xi măng, bê tông silicat, bê tông thạch cao, bê
tông polime.
- Theo dạng cốt liệu: Bê tông cốt liệu đặc, bê tông cốt liệu rỗng, bê tông cốt liệu
đặc biệt.
- Theo khối lượng thể tích:
- Bê tơng đặc biệt nặng (γ > 2500 kg/m3);
- Bê tông nặng (γ = 2200 ÷ 2500 kg/m3);
- Bê tơng tƣơng đối nặng (γ = 1800 ÷ 2200 kg/m3);

6

- Bê tơng nhẹ (γ= 500 ÷ 1800 kg/m3).
- Theo công dụng:
- Bê tông thƣờng: dùng cho các kết cấu bê tông cốt th p;
- Bê tông thủy công: xây đập, âu thuyền, kênh, cơng trình dẫn nƣớc;
- Bê tơng mặt đƣờng, sân bay, vỉa hè…;
- Bê tông dùng cho kết cấu bao che (thƣờng là bê tông nhẹ);
- Bê tơng có cơng dụng đặc biệt (chịu nhiệt, chịu axit, chống phóng xạ…).
1.1.1.2. Cấu trúc bê tơng
Sau khi tạo hình, các thành phần của hỗn hợp bê tông đƣợc sắp xếp chặt chẽ, kết
hợp với sự thủy hóa củaxi măng hình thành nên cấu trúc bê tơng. Khoảng thời gian hình
thành cấu trúc, cũng nhƣ cƣờng độ đầu tiên của bê tông phụ thuộc vào thành phần của
bê tông, dạng chất kết dính và phụ gia hóa học. Cấu trúc vi mơ của bê tơng có thể đƣợc
biểu diễn nhƣ trên hình 1 gồm 3 phần cơ bản là: phần hơi, phần nƣớc và phần rắn [6].

Hình 1.1. Cấu trúc của bê tông
Phần rắn gồm đá xi măng, khung cốt liệu và các liên kết giữa đá xi măng và
khung cốt liệu. Đá xi măng đƣợc cấu thành bởi các hạt xi măng thủy hóa chứa khoảng
50% gel C-S-H, 20% vơi liên kết Ca(OH)2, 10% aluminates và sunfo–aluminates của
canxihydrat hóa và 20% các thành phần khác (CA2SH8, CA3). Liên kết đá xi măng –
khung cốt liệu tồn tại xung quanh khung cốt liệu và phụ thuộc vào hình dạng cũng nhƣ
thành phần hóa học các hạt cốt liệu. Các kết quả thí nghiệm cho thấy, các hạt cốt liệu
đá canxi khá rỗng và có liên kết chống thấm tốt hơn trong khi các cốt liệu đá silic cho
liên kết chống thấm k m hơn [6].


7

Phần lỏng bao gồm các dạng nƣớc khác nhau cùng tồn tại trong bê tông: nƣớc lỗ
rỗng, nƣớc hấp phụ và nƣớc có liên kết hóa học. Nƣớc lỗ rỗng lấp đầy thể tích rỗng
nếu bê tơng hồn tồn bão hịa. Khi bê tơng khơng bão hịa, nƣớc lỗ rỗng phân cách
với phần hơi bởi các mặt cong mao dẫn (menisque). Nƣớc hấp phụ có mặt trên thành
của các lỗ rỗng, nhất là trên gel C-S-H và chịu tác động của các lực mặt qua trung gian
các lực liên phân tử Van der Waals và các lực tĩnh điện; có đến 6 lớp phân tử nƣớc có
thể bị giữ lại trên bề mặt, tuy nhiên lực hấp dẫn giảm khi mà khoảng cách giữa lớp
phân tử với bề mặt rắn tăng lên. Việc mất nƣớc hút bám là nguyên nhân chủ yếu của
sự co ngót của đá xi măng khi bị làm khơ. Nƣớc có liên kết hóa học là nƣớc cần thiết
cho các phản ứng hydrat hóa của xi măng, loại nƣớc này chỉ bị bay hơi khi nhiệt độ lên
tới trên 4000C [6].
Phần khí bao gồm khí và hơi nƣớc cùng tồn tại trong các lỗ rỗng của bê tơng. Với bê
tơng bão hịa hồn tồn, phần hơi bị chiếm chỗ bởi nƣớc lỗ rỗng [6].
1.1.2. Tính chất cơ học của bê tông
Theo [7], cƣờng độ của bê tông là chỉ tiêu quan trọng thể hiện khả năng chịu lực
của vật liệu. Cƣờng độ của bê tông phụ thuộc vào thành phần và cấu trúc của nó. Với
bê tông, cần xác định cƣờng độ chịu n n và cƣờng độ chịu kéo.
1.1.2.1. Cư ng đ ch u n n
Cƣờng độ chịu n n của bê tông là khả năng chịu ứng suất n n của mẫu bê tông.
Mẫu có thể chế tạo b ng các cách khác nhau: lấy hỗn hợp bê tông đã đƣợc nhào trộn
để đúc mẫu hoặc dùng thiết bị chuyên dùng khoan lấy mẫu từ kết cấu có sẵn. Mẫu để
đo cƣờng độ có kích thƣớc 150x150x150 mm, đƣợc thực hiện theo điều kiện chuẩn
trong thời gian 28 ngày.
Bê tơng thơng thƣờng có R = 5÷30 MPa. Bê tơng có R > 40MPa là loại cƣờng độ
cao. Hiện nay, ngƣời ta đã chế tạo đƣợc các loại bê tơng đặc biệt có R ≥ 80MPa.
Khi bị n n, ngoài biến dạng co ngắn theo phƣơng tác dụng lực, bê tơng cịn bị nở
ngang. Thơng thƣờng chính sự nở ngang quá mức làm cho bê tông bị nứt và bị phá vỡ.
Nếu hạn chế đƣợc mức độ nở ngang của bê tơng có thể làm tăng khả năng chịu n n
của nó. Trong thí nghiệm nếu không bôi trơn mặt tiếp xúc giữa mẫu thử và bàn n n thì

tại đó sẽ xuất hiện lực ma sát có tác dụng cản trở sự nở ngang, kết quả mẫu bị phá hoại
theo hình tháp đối đỉnh nhƣ hình 1.2b. Nếu bơi trơn mặt tiếp xúc để bê tơng tự do nở
ngang thì khi biến dạng ngang quá mức trong mẫu sẽ xuất hiện các vết nứt dọc và sự
phá hoại xảy ra nhƣ trên hình 1.2c. Cƣờng độ của mẫu đƣợc bôi trơn thấp hơn cƣờng
độ của mẫu khối vng có ma sát. Điều này có thể giải thích là do ma sát làm cản trở
biến dạng ngang, với mẫu khối khi cạnh a tăng thì R giảm và cƣờng độ của mẫu hình
trụ thấp hơn cƣờng độ của mẫu khối vuông.


8

a)

b)

c)

3

2

1
3
2

Hình 1.2. Sự phá hoại mẫu thử
1 – Mẫu; 3 – Ma sát; 5 – Hình tháp phá hoại
2 – Bàn máy nén; 4 – Bê tông bị p vụn;
6 – Vết nứt dọc trong mẫu.

1.1.2.2. Cư ng đ ch u uốn
Cƣờng độ chịu uốn là một thông số đo cƣờng độ chịu k o của bê tơng. Nó đƣợc
đo trên cơ sở uốn dầm bê tông. Thông thƣờng cƣờng độ chịu uốn b ng khoảng 10-20
phần trăm cƣờng độ chịu n n của bê tơng, tùy thuộc vào kích thƣớc, hình dạng của các
loại cốt liệu.
Tuy nhiên việc xác định mối quan hệ giữa cƣờng độ chịu uốn và cƣờng độ chịu
n n của bê tơng một cách chính xác nhất là thơng qua việc thực hiện thí nghiệm mẫu.
1.1.3. Co ngót của bê tơng
Co ngót là hiện tƣợng bê tơng giảm thể tích khi khơ cứng trong khơng khí. Hiện
tƣợng co ngót liên quan đến q trình thủy hóa xi măng, đến sự bốc hơi lƣợng hơi
nƣớc thừa khi bê tơng khơ cứng. Co ngót xảy ra chủ yếu trong giai đoạn khô cứng đầu
tiên của bê tông. Trong điều kiện bình thƣờng, sau vài năm thì biến dạng tỉ đối do co
ngót có thể đạt đến (3÷5)10-4. Độ co ngót phát triển mạnh trong thời kỳ đầu và giảm
dần theo thời gian sau đó tắt hẳn [7].
Co ngót của bê tơng có mấy dạng cơ bản sau:
- Hiện tƣợng tự co (Autogenous shrinkage): xảy ra do quá trình hydrat hóa của
xi măng;
- Co khơ (Drying shrinkage): xảy ra do sự thiếu hụt độ ẩm trong bê tông trong
q trình bê tơng cứng hóa;
- Co ngót do q trình các bơ nát (Carbonation shrinkage): xảy ra do một vài sản
phẩm của q trình hydrat hóa tác dụng với CO2.
Bê tơng bị co ngót do nhiều ngun nhân, trƣớc hết là sự mất nƣớc trong các gel
đá xi măng. Khi mất nƣớc 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


9

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 - nƣớc. Ngồi ra độ co ngót cịn phụ thuộc vào chế

độ bảo dƣỡng. Khi bảo dƣỡng nhiệt ẩm độ co ngót xảy ra mạnh và nhanh chóng hơn
trong điều kiện thƣờng nhƣng trị số cuối cùng lại nhỏ hơn 10 - 15%. Nhiệt độ chƣng
hấp càng cao, độ co ngót cuối cùng càng nhỏ.
Sự co của mạng tinh thể bị cốt liệu cản trở gây ra ứng suất k o ban đầu trong đá
xi măng. Sự co không đều trong khối bê tơng hoặc co ngót bị ngăn trở làm phát sinh
ứng suất k o và có thể làm bê tơng bị nứt. Bê tông bị nứt làm giảm cƣờng độ, độ
chống thấm trong mơi trƣờng xâm thực.Vì vậy đối với những kết cấu bê tơng có chiều
dài và diện tích lớn, để tránh nứt ngƣời ta phân đoạn để tạo thành các khe co giãn.
Để giảm co ngót cần chọn thành phần thích hợp, hạn chế lƣợng nƣớc trộn, đầm
chặt bê tông, giữ cho bê tông thƣờng xuyên ẩm trong giai đoạn đầu (dƣỡng hộ). Để
khắc phục ảnh hƣởng xấu của co ngót cần dùng những biện pháp cấu tạo thích hợp, đặt
cốt th p ở những nơi cần thiết, làm các khe co giãn trong kết cấu và tạo mạch ngừng
khi thi cơng [7].

Ghi chú:
1- Co ngót của đá xi măng
2- Co ngót của vữa
3- Co ngót của bê tơng.

Biểu đồ 1.1. Đ co ngót của đá xi măng, vữa, bê tơng
Trị số co ngót phụ thuộc vào lƣợng, loại xi măng, lƣợng nƣớc, tỷ lệ cát trong hỗn
hợp cốt liệu và chế độ bảo dƣỡng. Độ co ngót trong đá xi măng lớn hơn trong hỗn hợp
và bê tông (Biểu đồ 1.1).
1.1.4. Các vật liệu cấu thành
1.1.4.1. Xi măng
Xi măng là thành phần chất kết dính để liên kết các hạt cốt liệu với nhau tạo ra
cƣờng độ cho bê tông. Chất lƣợng và hàm lƣợng xi măng là yếu tố quan trọng quyết
định cƣờng độ cho bê tông. Hiện nay có rất nhiều loại xi măng để sản xuất bê tông nhƣ
xi măng pooc lăng, xi măng pooc lăng bền sunfat, xi măng pooc lăng xỉ, xi măng pooc
lăng puzolan... Việc lựa chọn mác xi măng là rất quan trọng khi thiết kế thành phần

10

cấp phối của bê tông đểvừa đảm bảo các yêu cầu thiết kế, vừa đảm bảo tính kinh tế.
Yêu cầu kỹthuật của xi măng đƣợc quy định theo TCVN 2682 : 2009 [8]. Để có loại
bê tơng có chất lƣợng tốt, nên sử dụng loại xi măng có mác tỷ lệ thuận với mác bê tông
cần đạt. Lƣợng xi măng dùng phải lớn hơn lƣợng xi măng tối thiểu và nhỏ hơn lƣợng
xi măng tối đa do tiêu chuẩn quy định để sản xuất đƣợc bê tơng có độ dẻo và tính cơng
tác quy định mà khơng vƣợt hàm lƣợng nƣớc tối đa. Lƣợng xi măng tối thiểu là 300
kg/m3, lƣợng xi măng tối đa là 500 kg/m3.
Thành phần chính của xi măng pooc lăng bao gồm:
- C3S: 3CaO.SiO2(35%÷ 65%);
- C2S: 2CaO.SiO2(10%÷ 40%);
- C3A: 3CaO.Al2O3;
- C4AF: 4CaO. Al2O3Fe2O3;
- Thành phần khác (sunfat, alcali,...).
Xi măng PCB 40 dùng để thiết kế cấp phối bê tông cần đạt các chỉ tiêu kỹ thuật
dùng cho bê tông đƣợc quy định theo TCVN6260: 2009 [9].
1.1.4.2. Cốt liệu nhỏ (Cát)
Cát là cốt liệu nhỏ cùng với xi măng, nƣớc tạo ra vữa xi măng để lấp đầy lỗ rỗng
giữa các hạt cốt liệu lớn (đá, sỏi) và bao bọc xung quanh các hạt cốt liệu lớn tạo ra
khối bê tông đặc chắc. Cát cũng là thành phần hạt và hàm lƣợng tạp chất (hàm lƣợng
SiO2≥ 98%, lƣợng bụi bẩn không lớn hơn 1%).

Biểu đồ 1.2. Phạm vi thành phần hạt cho phép của cát dùng chế tạo bê tông


11

Nếu cát có thành phần hạt hợp lý sẽ tiết kiệm đƣợc xi măng, cƣờng độ bê tông sẽ
cao. Thành phần hạt của cát đƣợc xác định thơng qua thí nghiệm lƣợng hạt lọt qua các
sàng tiêu chuẩn: theo TCVN 7570:2006 [10] là các sàng có kích thƣớc lỗ 5 mm, 2,5
mm, 1,25 mm, 0,63 mm, 0,315 mm, 0,14 mm. Khi thiết kế cấp phối, cỡ hạt của cát
phải thỏa mãn đƣờng cong thực nghiệm n m trong phạm vi cho ph p ở biểu đồ thành
phần hạt theo quy định TCVN 7570:2006 (Biểu đồ 1.2).
1.1.4.3. Cốt liệu lớn (Đá dăm, sỏi)
Cốt liệu lớn có thể sử dụng là sỏi hoặc đá dăm. Sỏi là cốt liệu cần nhiều nƣớc, tốn
xi măng, dễ đầm, dễ đổ nhƣng lực dính bám với vữa xi măng nhỏ nên cƣờng độ bê
tông sỏi thấp hơn bê tơng đá dăm. Do đó trong xây dựng các kết cấu cơng trình thƣờng
sử dụng cốt liệu lớn là đá dăm. Cốt liệu lớn thƣờng có kích thƣớc: 5 ÷ 70 mm (TCVN
7570 – 2006) [10] và từ 2,36 ÷ 63 mm (theo ASTM) [11].
Chất lƣợng cốt liệu lớn đƣợc đặc trƣng b ng các yếu tố: cƣờng độ, thành phần
hạt và độ lớn, lƣợng tạp chất. Cƣờng độ của đá dăm đƣợc xác định thông qua n n mẫu
đá gốc, cịn sỏi đƣợc xác định thơng qua thí nghiệm n n trong xi lanh b ng th p và
đƣợc gọi là n n dập trong trạng thái bão hòa nƣớc. Mác của đá dăm phải tƣơng đƣơng
với mác của bê tông.
Chất lƣợng của đá dăm ảnh hƣởng rất lớn đến chất lƣợng của bê tông. Do đó u
cầu hàm lƣợng hạt dẹt khơng đƣợc vƣợt q 25%, lƣợng hạt yếu và phong hóa khơng
vƣợt q 10% theo khối lƣợng, còn lƣợng tạp chất bên trong chủ yếu là đất s t, bụi,
bùn, tạp chất hữu cơ, muối, đá silic vơ định hình và đá diệp thạch silic thƣờng phải rất
nhỏ (< 2%), theo TCVN 7572:2006 [12].
Thành phần của đá dăm đƣợc xác định thơng qua thí nghiệm sàng đá trên bộ sàng tiêu
chuẩn có kích thƣớc lỗ sàng là 70 mm, 40 mm, 20 mm, 10 mm và 5 mm (theo TCVN
7570:2006 [10]), từ đó xác định đƣờng kính hạt lớn nhất tƣơng ứng với cỡ sàng có
lƣợng sót tích lũy nhỏ hơn và gần 5% nhất và hạt nhỏ nhất của cốt liệu tƣơng ứng với
cỡ sàng có lƣợng sót tích lũy gần 95%, từ thí nghiệm này xây dựng biểu đồ thành phần
hạt, nếu n m trong phạm vi cho ph p thì cấp phối đạt yêu cầu.
Sau khi sàng phân tích và tính kết quả lƣợng sót tích lũy, vẽ đƣờng biểu diễn cấp
phối hạt. Nếu đƣờng biểu diễn cấp phối hạt n m trong phạm vi cho ph p thì đạt tiêu

chuẩn về thành phần hạt.
1.1.4.4. Nước
Tiêu chuẩn TCVN 4506:2012 [13] yêu cầu nƣớc trộn bê tông, rửa cốt liệu và bảo
dƣỡng bê tơng cần có chất lƣợng thỏa mãn các u cầu sau:


12

- Không chứa váng dầu hoặc váng mỡ;
- Lƣợng tạp chất hữu cơ không lớn hơn 15 mg/l;
- Độ pH không nhỏ hơn 4 và không lớn hơn 12,5;
- Không có màu.
Theo mục đích sử dụng, hàm lƣợng muối hịa tan, lƣợng ion sunfat, lƣợng ion clo
và cặn không tan không đƣợc lớn hơn các giá trị quy định trong Mục 1, Bảng 1.1 (đối
với nƣớc trộn bê tông) và Mục 2, Bảng 1.1 (đối với nƣớc dùng để rửa cốt liệu và bảo
dƣỡng bê tông).
Bảng 1.1. Hàm lượng tối đa cho ph p của muối h a tan, ion sunfat, ion clorua và c n
không tan trong nước tr n vữa (mg/l)
Hàm ượng tối đa cho ph p
Mục đích sử dụng
Muối
hịa tan

Ion
Sunfat
(SO42-)

Ion
Clo
(Cl-)

Cặn
khơng tan

1. Nƣớc trộn bê tơng và nƣớc trộn
vữa bơm bảo vệ cốt th p cho các kết
cấu bê tông cốt th p ứng lực trƣớc.

2.000

600

350

200

2. Nƣớc trộn bê tông và nƣớc trộn
vữa chèn mối nối cho các kết cấu bê
tông cốt th p.

5.000

2.000

1.000

200

3. Nƣớc trộn bê tông cho các kết cấu
bê tông không cốt th p. Nƣớc trộn

vữa xây dựng và trát.

10.000

2.700

3.500

300

Chú thích 1: Khi sử dụng xi măng cao nhơm làm chất kết dính cho bê tông, nƣớc dùng
cho tất cả các phạm vi sử dụng đều phải theo quy định của Mục 1, Bảng 1.1.
Chú thích 2: Trong trƣờng hợp cần thiết, có thể sử dụng nƣớc có hàm lƣợng ion clo
vƣợt quá qui định của Mục 2, Bảng 1.1 để trộn bê tông cho kết cấu bê tông cốt th p,
nếu tổng hàm lƣợng ion clo trong bê tông không vƣợt quá 0,6 kg/m3.
Chú thích 3: Trong trƣờng hợp nƣớc dùng để trộn vữa xây, trát các kết cấu có u cầu
trang trí bề mặt hoặc ở phần kết cấu thƣờng xuyên tiếp xúc ẩm thì hàm lƣợng ion clo
đƣợc khống chế khơng q 1.200 mg/L.


13

Bảng 1.2. Hàm lượng tối đa cho ph p của muối h a tan, ion sunfat, ion clorua và c n
không tan trong nước dùng để rửa cốt liệu và bảo dư ng bê tông (mg/l)
Hàm ượng tối đa cho ph p
Mục đích sử dụng

Ion
Muối
Sunfat

hịa tan
(SO42-)

1. Nƣớc bảo dƣỡng bê tơng các kết cấu có u
cầu trang trí bề mặt. Nƣớc rửa, tƣới ƣớt và
5 000
sàng ƣớt cốt liệu.
2. Nƣớc bảo dƣỡng bê tơng các kết cấu khơng
có u cầu trang trí bề mặt (trừ cơng trình xả
30 000
nƣớc)
3. Nƣớc tƣới ƣớt mạch ngừng trƣớc khi đổ
tiếp bê tông tƣới ƣớt các bề mặt bê tông trƣớc
khi chèn khe nối. Nƣớc bảo dƣỡng bê tơng
trong các cơng trình xả nƣớc và làm nguội bê 1 000
tông trong các ống xả nhiệt của khối lớn

Ion
Clo
(Cl-)

Cặn
khơng tan

2 700

1 200

500

2 700

20 000

500

500

350

500

Chú thích: Khi sử dụng xi măng cao nhôm làm chất kết dính cho bê tơng và vữa, nƣớc
dùng để rửa cốt liệu và bảo dƣỡng bê tông phải theo quy định của Mục 1, Bảng 1.2.
Bảng 1.3. Yêu cầu về th i gian đông kết của xi măng và cư ng đ ch u n n của vữa
Chỉ tiêu
Thời gian đông kết của xi măng, min
- Bắt đầu, không nhỏ hơn
- Kết thúc, không lớn hơn
Cƣờng độ chịu n n của vữa tại tuổi 7 ngày không nhỏ
hơn, % (tỷ lệ so với mẫu đối chứng)

Giá trị giới hạn

45
420
90

Chú thích: Mẫu đối chứng sử dụng nƣớc sinh hoạt (đạt yêu cầu QCVN 02:2009/BYT)
đƣợc tiến hành song song và dùng cùng loại xi măng với mẫu thử.

1.2. Nguyên lý hình thành bê tơng thơng qua phản ứng thủy hóa của xi măng
Khi nhào trộn xi măng với nƣớc sẽ xảy ra phản ứng thủy hóa của xi măng Pooc
lăng [6], ở giai đoạn đầu xảy ra quá trình tác dụng nhanh của khoáng alit với nƣớc tạo
ra hyđrosilicat canxi và hyđroxit canxi. Vì đã có hyđroxit canxi tách ra từ khống alit


14

nên khoáng belit thuỷ hoá chậm hơn alit và tách ra ít Ca(OH)2 hơn:
Hyđrosilicat canxi hình thành khi thuỷ hố hồn tồn đơn khống silicat tri canxi
ở trạng thái cân b ng với dung dịch bão hoà hyđroxit canxi. Tỷ lệ CaO/SiO2 trong các
hyđrosilicat trong hồ xi măng có thể thay đổi phụ thuộc vào thành phần vật liệu, điều
kiện rắn chắc và các yếu tố khác. Phần chứa alu mô chủ yếu trong xi măng là aluminat
tricanxi 3CaO.Al2O3, đây là phần hoạt động nhất. Ngay sau khi trộn với nƣớc, trên bề
mặt các hạt xi măng đã có lớp sản phẩm xốp, khơng bền có tinh thể dạng tấm mỏng
lục giác của 4CaO.Al2O3.9H2O và 2CaO.Al2O3.8H2O. Cấu trúc dạng tơi xốp này làm
giảm độ bền nƣớc của xi măng. Dạng ổn định của nó là hyđro aluminat 6 nƣớc có tinh
thể hình lập phƣơng (3CaO.Al2O3.6H2O).
Để làm chậm q trình đơng kết khi nghiền clinke cần cho thêm một lƣợng đá
thạch cao (3% ÷ 5% so với khối lƣợng xi măng). Sunfat canxi sẽ đóng vai trị là chất
hoạt động hóa học của xi măng, tác dụng với aluminattricanxi ngay từ đầu để tạo thành
sunfoaluminat canxi ngậm nƣớc (khoáng etringit), 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O.
Trong dung dịch bão hoà Ca(OH)2, ngay từ đầu etringit sẽ tách ra ở dạng keo
phân tán mịn đọng lại trên bề mặt 3CaO.Al2O3 làm chậm sự thuỷ hố của nó và k o
dài thời gian đông kết của xi măng. Sự kết tinh của Ca(OH)2 từ dung dịch quá bão hoà
sẽ làm giảm nồng độ hyđroxit canxi trong dung dịch và etringit chuyển sang tinh thể
dạng sợi, tạo ra cƣờng độ ban đầu cho xi măng. Etringit có thể tích lớn gấp 2 lần so với
thể tích các chất tham gia phản ứng, có tác dụng chèn lấp lỗ rỗng của đá xi măng, làm
cƣờng độ và độ ổn định của đá xi măng tăng lên. Cấu trúc của đá xi măng cũng sẽ tốt
hơn do hạn chế đƣợc những chỗ yếu của hyđroaluminat canxi. Sau đó etringit cịn tác

dụng với 3CaO.Al2O3 còn lại sau khi đã tác dụng với đá thạch cao để tạo ra muối k p
của sunfat, 3CaO.Al2O3.CaSO4.18H2O.
Feroaluminat tetracanxi tác dụng với nƣớc tạo ra hyđroaluminat và hyđroferit
canxi 3CaO.Al2O3.6H2O, CaO.Fe2O3.nH2O.
Quá trình rắn chắc của xi măng: khi xi măng rắn chắc, các quá trình vật lý và hoá
lý phức tạp đi kèm theo các phản ứng hoá học có một ý nghĩa rất lớn và tạo ra sự biến
đổi tổng hợp, khiến cho xi măng khi nhào trộn với nƣớc, lúc đầu chỉ là hồ dẻo và sau
biến thành đá cứng có cƣờng độ. Tất cả các q trình tác dụng tƣơng hỗ của từng
khống với nƣớc để tạo ra những sản phẩm mới xảy ra đồng thời, xen kẽ và ảnh hƣởng
lẫn nhau. Các sản phẩm mới cũng có thể tác dụng tƣơng hỗ với nhau và với các
khống khác của clinke để hình thành những liên kết mới. Do đó, hồ xi măng là một
hệ rất phức tạp cả về cấu trúc thành phần cũng nhƣ sự biến đổi. Để giải thích q trình
rắn chắc ngƣời ta thƣờng dùng thuyết của Baikov–Rebinder. Theo thuyết này, quá
trình rắn chắc của xi măng đƣợc chia làm 3 giai đoạn [6]: