Luận văn thạc sĩ nghiên cứu sử dụng cát nhiễm mặn sông cổ chiên tỉnh trà vinh để sản xuất bê tông

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN VĂN TÂM

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT NHIỄM MẶN
SÔNG CỔ CHIÊN TỈNH TRÀ VINH ĐỂ SẢN
XUẤT BÊ TÔNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng cơng trình dân dụng và cơng nghiệp

Mã số: 85 80 201

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

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

Đà Nẵng - Năm 2019


LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tác giả.
Các số liệu và kết quả tính tốn đưa ra trong luận văn là trung thực và chưa
từng được ai công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Tâm


TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT & TIẾNG ANH

Đề tài: NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT NHIỄM MẶN
SÔNG CỔ CHIÊN TỈNH TRÀ VINH ĐỂ SẢN XUẤT BÊ TÔNG
Học viên:
Nguyễn Văn Tâm
Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng cơng trình dân dụng và cơng nghiệp
Mã số: 85 80 201; Khóa: 35.XDD.TV; Trƣờng Đại học Bách khoa – ĐHĐN
Tóm tắt - Bê tơng là loại vật liệu phổ biến thƣờng đƣợc sử dụng cho kết cấu bê tông và bê
tông cốt thép, 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), xi măng, nƣớc và phụ
gia, thƣờng đƣợc đánh giá khả năng chịu lực bằng chỉ tiêu cƣờng độ chịu nén. Ở Việt Nam,
cát sông đƣợc dùng phổ biến làm cốt liệu nhỏ để chế tạo bê tông thông thƣờng.
Tuy nhiên, tại một số vùng, địa phƣơng ở nƣớc ta việc khai thác và sử dụng nƣớc, cát đạt các
chỉ tiêu cơ lý cho cấp phối bê tông truyền thống gặp rất nhiều khó khăn nhƣ: vùng thƣờng
xuyên ngập mặn, vùng hải đảo ngồi khơi xa… việc chế tạo bê tơng truyền thống gặp rất nhiều
khó khăn và chi phí thƣờng tăng cao hơn nhiều lần so với các vùng khác. Hiện nay tại sơng Cổ
Chiên thuộc địa bàn tỉnh Trà Vinh có nhiề u mỏ cát với trữ lƣợng tƣơng đối lớn, tuy nhiên cát
sơng Cổ Chiên có lẫn phù sa và nhiễm mặn theo mùa. Do vậy nguồn cát này từ trƣớc đến nay
địa phƣơng chỉ dùng để san lấp mặt bằng, mà chƣa có nghiên cứu sử dụng nguồn cát này sản
xuất bê tông để sử dụng cho các công trình trên địa bàn tỉnh.
Vì vậy, cần có một nghiên cứu sản xuất bê tông từ cát sông Cổ Chiên khu vực Trà Vinh, để
đánh giá sự phát triển cƣờng độ chịu nén của bê tông sản xuất ứng dụng trong cơng trình xây
dựng.
Từ khố - Cát nhiễm mặn; Nước ngọt; Bê tông thường; Bê tông cát nhiễm mặn; Cường độ
nén.

Topic: STUDY ON USING SALINE SAND OF CO CHIEN RIVER IN TRA
VINH PROVINCE TO PRODUCE CONCRETE
Summary - Concrete is a common material commonly used for concrete and reinforced
concrete structures, which account for up to 60% of all types of construction structures.
Traditional concrete with components: large aggregate (crushed stone, gravel), small aggregate

(sand), cement, water and additives, is usually assessed bearing capacity by the criteria of
compressive strength. In Vietnam, river sand is popularly used as a small aggregate to make
ordinary concrete.
However, in some regions and localities in our country, the exploitation and use of water and
sand meet the physical and mechanical criteria for traditional concrete gradients, which face
many difficulties such as: areas frequently submerged, coastal areas. offshore islands ... the
manufacture of traditional concrete faces many difficulties and costs often increase many times
higher than other regions. At present, Co Chien river in Tra Vinh province has many sand
mines with relatively large reserves, however, Co Chien river sand has mixed sediment and
seasonal salinity. Therefore, this source of sand has so far been used only for ground leveling,
but there has not been research on using this source of sand to produce concrete to use for
constructions in the province.
Therefore, it is necessary to have a study on the production of concrete from the Co Chien
sand in Tra Vinh area, to evaluate the development of compressive strength of concrete
produced in construction applications.
Key words - Saline sand; Soft drink; Normal concrete; Salty sand concrete; Compressive
strength.


MỤC LỤC
TRANG BÌA
LỜI CAM ĐOAN

TRANG TĨM TẮT TIẾNG VIỆT & TIẾNG ANH
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ
MỞ ĐẦU.................................................................................................................................................. 1

1. Tính cần thiết của đề tài........................................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu.................................................................................................................. 2
3. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài............................................................................... 2
4. Phƣơng pháp và nội dung nghiên cứu................................................................................ 2
5. Kết quả............................................................................................................................................ 3
6. Kết cấu luận văn.......................................................................................................................... 3
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ CÁC VẬT LIỆU CẤU THÀNH .. 4
1.1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ CÁC VẬT LIỆU CẤU THÀNH.......................4
1.1.1. Tổng quan về bê tông........................................................................................................ 4
1.1.2. Các loại vật liệu cấu thành.............................................................................................. 7
1.2. NGUYÊN LÝ HÌNH THÀNH BÊ TƠNG THƠNG QUA PHẢN ỨNG THỦY
HĨA XI MĂNG................................................................................................................................. 14
1.3. MỘT SỐ NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VỀ ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC
THÀNH PHẦN CẤP PHỐI ĐẾN CHẤT LƢỢNG CỦA BÊ TÔNG...........................16
1.3.1. Đƣờng cong cấp phối lý tƣởng của Fuller............................................................. 16
1.3.2. Công thức cấp phối của Talbot.................................................................................... 17
1.3.3. Các nghiên cứu của Kozul và Darwin (1997); Neville, A (2000)..................17
1.3.4. Lý thuyết cấp phối tốt nhất của B.B. Okhônina và N.N. Ivanov...................18
1.4. NHẬN XÉT CHƢƠNG 1..................................................................................................... 20
CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN
VẬT LIỆU VÀ CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG............................................ 21
2.1. ĐẶC ĐIỂM MÔI TRƢỜNG TÂY NAM BỘ VIỆT NAM...................................... 21
2.1.1. Đặc điểm chung................................................................................................................ 21
2.1.2. Đặc điểm khu vực tỉnh Trà Vinh................................................................................. 22
2.2. PHƢƠNG PHÁP VÀ CÁC CHỈ TIÊU CẦN ĐÁNH GIÁ KHI SỬ DỤNG
CÁT NHIỄM MẶN........................................................................................................................... 24
2.2.1. Phƣơng pháp đánh giá................................................................................................... 24


2.2.2 Các chỉ tiêu cần đánh giá................................................................................................ 25

2.3. PHƢƠNG PHÁP VÀ CÁC CHỈ TIÊU CẦN ĐÁNH GIÁ KHI SỬ DỤNG ĐÁ
DĂM....................................................................................................................................................... 25
2.3.1. Phƣơng pháp đánh giá................................................................................................... 25
2.3.2. Các chỉ tiêu cần đánh giá............................................................................................... 25
2.4. PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CƢỜNG ĐỘ NÉN CỦA BÊ TÔNG BẰNG
THỰC NGHIỆM (THEO TCVN 3118:1993)......................................................................... 25
2.4.1. Thiết bị thử.......................................................................................................................... 25
2.4.2. Chuẩn bị mẫu thử............................................................................................................. 26
2.4.3. Tiến hành thử mẫu........................................................................................................... 28
2.4.4. Tính kết quả........................................................................................................................ 29
2.5. NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN CƢỜNG ĐỘ NÉN CỦA BÊ TÔNG 30
2.5.1. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng muối chứa trong cát nhiễm mặn......................... 30
2.5.2. Đá xi măng.......................................................................................................................... 30
2.5.3. Hàm lƣợng và tính chất của cốt liệu......................................................................... 32
2.5.4. Cấu tạo của bê tông (công nghệ đầm chặt)............................................................. 32
2.5.5. Thời gian (tuổi bê tông)................................................................................................. 32
2.5.6. Phụ gia.................................................................................................................................. 33
2.5.7. Môi trƣờng bảo dƣỡng.................................................................................................. 33
2.5.8. Điều kiện thí nghiệm....................................................................................................... 34
2.6. NHẬN XÉT CHƢƠNG 2..................................................................................................... 34
CHƢƠNG 3. THÍ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ
TÔNG SỬ DỤNG CÁT KHÔNG NHIỄM MẶN VÀ CÁT NHIỄM MẶN, KHU
VỰC SÔNG CỔ CHIÊN TỈNH TRÀ VINH........................................................................... 35
3.1. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM................................................................................................... 35
3.2. VẬT LIỆU SỬ DỤNG ĐỂ CHẾ TẠO MẪU................................................................ 35
3.2.1. Xi măng (chất kết dính)................................................................................................. 36
3.2.2. Cốt liệu nhỏ (cát).............................................................................................................. 36
3.2.3. Cốt liệu lớn (đá dăm)...................................................................................................... 40
3.2.4. Nƣớc..................................................................................................................................... 42
3.2.5. Phụ gia.................................................................................................................................. 42

3.3. TÍNH TỐN THÀNH PHẦN CẤP PHỐI CHO BÊ TÔNG CẤP ĐỘ BỀN B15
VÀ B20.................................................................................................................................................. 42
3.3.1. Chọn độ sụt (SN) cho hỗn hợp bê tông.................................................................... 43
3.3.2. Xác định lƣợng nƣớc (N) cho một mét khối bê tông........................................ 44
3.3.3. Xác định tỉ số xi măng/nƣớc (X/N).......................................................................... 45
3.3.4. Tính hàm lƣợng xi măng............................................................................................... 46
3.3.5. Tính tốn hàm lƣợng cốt liệu lớn (đá dăm)........................................................... 46
3.3.6. Tính tốn hàm lƣợng cốt liệu nhỏ (cát)................................................................... 47


3.4. QUY TRÌNH ĐÚC MẪU (Theo TCVN 3105: 1993)................................................. 49
3.4.1. Tính tốn liều lƣợng vật liệu cho mẻ trộn.............................................................. 49
3.4.2. Trộn hỗn hợp bê tông và xác định độ sụt (SN, cm)............................................. 51
3.4.3. Chọn khuôn đúc và tiến hành đúc mẫu.................................................................... 52
3.4.4. Quy trình bảo dƣỡng mẫu (Theo TCVN 3105:1993)........................................ 53
3.5. QUY TRÌNH NÉN MẪU VÀ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM......................................... 53
3.5.1. Quy trình nén mẫu........................................................................................................... 53
3.5.2. Kết quả thí nghiệm - Cƣờng độ nén mẫu............................................................... 54
3.6. NHẬN XÉT CHƢƠNG 3...................................................................................................... 58
KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ.............................................................................................................. 62
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................. 64
PHỤ LỤC
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO)
BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC

PHẢN BIỆN.


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

TCXD Tiêu chuẩn xây dựng
ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu Long
Rb

B Cấp độ bền bê tông (MPa)
Cƣờng độ bê tông (daN/cm2)

Rx

Cƣờng độ xi măng (daN/cm2)

Rn

Cƣờng độ mẫu nén (daN/cm2)

Rc

Cƣờng độ xi măng xác định trên vữa tiêu chuẩn (daN/cm2)

ρv

Khối lƣợng thể tích của bê tơng (kg/m3)
Khối lƣợng thể tích thực tế hỗn hợp bê tông khi lèn chặt (kg/m3)
0

λ Hệ số dẫn nhiệt của bê tông (kcal/m. C.h)
rĐộ rỗng trong bê tông (%)
ai
Ai

Lƣợng sót riêng biệt cốt liệu trên sàng i (%)
Lƣợng sót tích lũy trên sàng i (%)

Mđl

Mơđun độ lớn của cốt liệu

Nyc

Lƣợng nƣớc yêu cầu (%)

N/X
Ntc
Dmax
Dmin

Tỉ lệ nƣớc trên xi măng (%)
Lƣợng nƣớc tiêu chuẩn (%)
Đƣờng kính lớn nhất của cốt liệu (mm)
Đƣờng kính nhỏ nhất của cốt liệu (mm)
α Hệ số tính đổi kết quả nén của loại viên mẫu

ωLƣợng nƣớc liên kết hóa học (%)
KHệ số cấp phối hạt
K1
A,A1
Kl

R28
lg

n Tuổi mẫu bê tông (ngày)
Vc ,Ve ,Vv Tỉ lệ thể tích của xi măng, nƣớc và lỗ rỗng trong bê tông (%)
RD
SN

Độ rỗng của đá dăm (%)

Độ sụt của hỗn hợp bê tông (cm)


Khối lƣ

ρvD

Khối lƣ

ρvC
⍴

⍴

aX,

⍴ Khối lƣợng riêng của xi măng, cá

aC,

aD

3

X, C, Đ, N Khối lƣợng xi măng, cát, đá, nƣớc cần cho 1m bê tông (kg)
Xm ,Cm ,Dm ,Nm Khối lƣợng xi măng, cát, đá, nƣớc cho một mẻ trộn (kg)
Vm
Thể tích một mẻ trộn bê tơng (dm3)
N1,N2 Cơn dùng thử độ sụt của hỗn hợp bê tơng
Đƣờng kính cốt thép (mm)
2

F Diện tích ép mặt của mẫu thí nghiệm (cm )


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Lƣợng xi măng tối thiểu cho một mét khối bê tông (kg).................................. 8
Bảng 1.2. Thành phần hạt của cát................................................................................................ 10
Bảng 1.3. Hàm lƣợng các tạp chất trong cát........................................................................... 11
-

Bảng 1.4. Hàm lƣợng ion Cl trong cát..................................................................................... 11
Bảng 1.5. Mác của đá dăm từ đá thiên nhiên theo độ nén dập.......................................... 12
Bảng 1.6. Lƣợng sót tích lũy trên các sàng (TCVN 7570:2006)..................................... 13
Bảng 1.7. Thành phần hạt của cốt liệu lớn............................................................................... 13
Bảng 2.1. Bảng giá trị α (hệ số tính đổi)................................................................................... 29
Bảng 2.2. Hệ số chất lƣợng cốt liệu........................................................................................... 31
Bảng 3.1. Các tính chất cơ lý cát sông Cổ Chiên mùa không nhiễm mặn.................... 37
Bảng 3.2. Thành phần hạt của cát sông Cổ Chiên................................................................. 38
Bảng 3.3. Các tính chất cơ lý cát sơng Cổ Chiên mùa nhiễm mặn................................. 39
Bảng 3.4. Cát tính chất cơ lý của đá dăm 1x2 Biên Hòa..................................................... 41
Bảng 3.5. Thành phần hạt của đá dăm 1x2 Biên Hòa.......................................................... 41

Bảng 3.6. Độ sụt của hỗn hợp bê tông dùng cho các loại kết cấu................................... 43
3

Bảng 3.7. Bảng tra lƣợng dùng nƣớc cho 1m hỗn hợp bê tông..................................... 44
3

Bảng 3.8. Lƣợng nƣớc nhào trộn 1m bê tông ứng với từng loại cấp phối................45
3

Bảng 3.9. Tỷ số X/N dùng cho 1m bê tông ứng với từng loại cấp phối...................... 46
Bảng 3.10. Bảng tra hệ số trƣợt ( )............................................................................................ 47
3

Bảng 3.11. Lƣợng đá dăm cần cho 1m bê tông ứng với mỗi loại cấp phối...............47
3

Bảng 3.12. Lƣợng cát cần cho 1m bê tông ứng với từng loại cấp phối...................... 48
3

Bảng 3.13. Vật liệu cho 1m bê tông ứng với từng loại cấp phối.................................... 48
3

Bảng 3.14. Lƣợng vật liệu thực tế cho 1m bê tông ứng với từng loại cấp phối......49
Bảng 3.15. Kích thƣớc viên mẫu ứng với cốt liệu lớn........................................................ 50
Bảng 3.16. Khối lƣợng vật liệu cho một mẻ trộn ứng với từng cấp phối....................51
Bảng 3.17. Thời gian trộn bê tông tối thiểu bằng máy (giây)........................................... 51
Bảng 3.18. Các thông số quy định của côn thử độ sụt hỗn hợp bê tông.......................51
Bảng 3.19. Cƣờng độ kháng nén các viên trong tổ mẫu, cấp phối 1............................. 54
Bảng 3.20. Cƣờng độ kháng nén trung bình các mẫu thử của cấp phối 1...................55

Bảng 3.21. Cƣờng độ kháng nén các viên trong tổ mẫu, cấp phối 2............................. 56
Bảng 3.22. Cƣờng độ kháng nén trung bình các mẫu thử của cấp phối 2...................57
Bảng 3.23. So sánh cƣờng độ nén mẫu cấp phối 1 với cấp phối chuẩn........................ 59
Bảng 3.24. So sánh cƣờng độ nén mẫu cấp phối 2 với cấp phối chuẩn........................ 60
Bảng 3.25. So sánh cƣờng độ nén mẫu cấp phối 1a và 1b; 2a và 2b............................. 61


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1. Một số hình ảnh dùng cát sơng Cổ Chiên san lấp mặt bằng cơng trình...........2
Hình 1.1. Đấu trƣờng Colosseum Roma của Italia................................................................. 4
Hình 1.2. Dây chuyền trạm trộn bê tơng..................................................................................... 5
Hình 1.3. Bê tơng sử dụng cho cơng trình dân dụng............................................................... 5
Hình 1.4. Bê tơng sử dụng cho cơng trình thủy lợi................................................................. 7
Hình 1.5. Bê tơng sử dụng cho cơng trình giao thơng............................................................ 7
Hình 1.6. Biểu đồ xác định thành phần hạt của cát............................................................... 10
Hình 1.7. Biểu đồ xác định thành phần hạt của đá (sỏi)...................................................... 13
Hình 1.8. Đƣờng cong cấp phối tốt nhất có Dmax = 19,1mm......................................... 17
Hình 1.9. Đƣờng cong cấp phối tốt nhất................................................................................... 19
Hình 2.1. Bản đồ các tỉnh Tây Nam Bộ (ĐBSCL)................................................................ 21
Hình 2.2. Bản đồ tỉnh Trà Vinh..................................................................................................... 22
Hình 2.3. Khai thác cát trên sơng Cổ Chiên............................................................................. 24
Hình 2.4. Máy nén mẫu bê tơng, phịng Las 817 (Duy Thành)........................................ 25
Hình 2.5. Chuẩn bị mẫu thử nén................................................................................................... 26
Hình 2.6. Đúc mẫu ở phịng thí nghiệm.................................................................................... 27
Hình 2.7. Bảo dƣỡng mẫu.............................................................................................................. 28
Hình 2.8. Sơ đồ thí nghiệm mẫu lập phƣơng theo TCVN 3118:1993...........................28
Hình 2.9. Sự phụ thuộc của cƣờng độ bê tơng vào lƣợng nƣớc nhào trộn.................30
Hình 2.10. Quan hệ giữa Rb và tỉ lệ X/N.................................................................................. 31
Hình 2.11. Sự phát triển cƣờng độ bê tơng rắn chắc trong điều kiện tiêu chuẩn......33

Hình 3.1. Xi măng sử dụng để chế tạo mẫu............................................................................. 36
Hình 3.2. Hình ảnh thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý cát sơng Cổ Chiên..........37
Hình 3.3. Hình ảnh thí nghiệm xác định chỉ tiêu cơ lý đá dăm 1x2 Biên Hịa...........40
3

Hình 3.4. Biểu đồ lƣợng nƣớc dùng cho 1m hỗn hợp bê tơng...................................... 44
Hình 3.5. Biểu đồ để xác định hệ số trƣợt α............................................................................ 47
Hình 3.6. Cơn hình nón cụt dùng thử độ sụt của hỗn hợp bê tông.................................. 52
Hình 3.7. Khn đúc mẫu thí nghiệm........................................................................................ 53
Hình 3.8. Mẫu bê tông đúc xong đã đông rắn......................................................................... 53


DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ

Biểu đồ 3.1. Thành phần hạt của cát sông Cổ Chiên............................................................ 39
Biểu đồ 3.2. Thành phần hạt của đá dăm 1x2 mỏ đá Biên Hòa........................................ 42
Biểu đồ 3.3. Sự phát triển cƣờng độ của mẫu thí nghiệm cấp phối 1 (B15)...............56
Biểu đồ 3.4. Sự phát triển cƣờng độ của mẫu thí nghiệm cấp phối 2 (B20)...............58
Biểu đồ 3.5 .So sánh cƣờng độ mẫu cấp phối 1a và 1b...................................................... 60
Biểu đồ 3.6 .So sánh cƣờng độ mẫu cấp phối 2a và 2b...................................................... 61


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cần thiết của đề tài
Bê tơng là loại vật liệu phổ biến thƣờng đƣợc sử dụng cho kết cấu bê tông và bê
tông cốt thép, 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), xi
măng, nƣớc và phụ gia, thƣờng đƣợc đánh giá khả năng chịu lực bằng chỉ tiêu cƣờng

độ chịu nén. Cƣờng độ chịu nén là chỉ tiêu quan trọng nhất của hỗn hợp bê tơng, nó
đánh giá khả năng chịu tải của hỗn hợp bê tông dƣới tác dụng của trọng lƣợng bản
thân hoặc sự rung động. Việc sử dụng bê tông truyền thống cho các cơng trình xây
dựng đã trở nên cực kỳ phổ biến hiện nay.
Tuy nhiên, tại một số vùng, địa phƣơng ở nƣớc ta việc khai thác và sử dụng
nƣớc, cát đạt các chỉ tiêu cơ lý cho cấp phối bê tơng truyền thống gặp rất nhiều khó
khăn nhƣ: vùng thƣờng xuyên ngập mặn, vùng hải đảo ngoài khơi xa…việc chế tạo bê
tông truyền thống gặp rất nhiều khó khăn và chi phí thƣờng tăng cao hơn nhiều lần so
với các vùng khác. Vì vậy, cần có một loại hỗn hợp bê tông mới nhƣ “hỗn hợp bê tông
sử dụng nƣớc ngọt, cát nhiễm mặn”....để giải quyết các vấn đề trên hoặc để tận dụng
nguồn vật liệu dồi dào sẵn có ở địa phƣơng nhằm giảm bớt chi phí xây dựng cơng
trình cho các vùng ven sơng Tây nam bộ bị nhiễm mặn theo mùa.
Hiện nay tại sông Cổ Chiên thuộc địa bàn tỉnh Trà Vinh có các mỏ cát với trữ
lƣợng tƣơng đối lớn, tuy nhiên cát sơng Cổ Chiên có lẫn phù sa và nhiễm mặn theo
mùa. Do vậy nguồn cát này từ trƣớc đến nay địa phƣơng chỉ dùng để san lấp mặt
bằng, mà chƣa có nghiên cứu sử dùng nguồn cát này sản xuất bê tơng để sử dụng cho
các cơng trình trên địa bàn tỉnh. Hiện tại, nguồn cát dùng làm cốt liệu trong bê tông ở
địa phƣơng phải nhập từ các tỉnh nhƣ: An Giang, Đồng Nai, Cam-Pu-Chia… Vì vậy,
nếu tận dụng đƣợc nguồn tài ngun thiên nhiên có sẵn, cát sơng Cổ Chiên khu vực
tỉnh Trà Vinh, sẽ mang lại hiệu quả kinh tế rất lớn trong xây dựng cơng trình cho tỉnh
Trà Vinh nói chung và khu vực Tây Nam bộ nói riêng. Với những lý do sau:
Tiến độ thi cơng cơng trình nhanh nhờ vật liệu sẵn có ở địa phƣơng, giảm thời
gian vận chuyển;
Giảm nguồn ô nhiễm bụi và tiếng ồn do vận chuyển vật liệu, tạo môi trƣờng
làm việc an tồn hơn.
Chính vì lý do nêu trên, nên nội dung “Nghiên cứu sử dụng cát nhiễm mặn
sông Cổ Chiên tỉnh Trà Vinh để sản xuất bê tông” đƣợc tác giả lựa chọn làm đề tài
luận văn của học viên. Để tiến hành nghiên cứu sự phát triển cƣờng độ chịu nén của
bê tông B15, B20 theo cấp phối chuẩn, khi sử dụng xi măng PCB40 với vật liệu đƣợc

2

khai thác tại chỗ, sẽ là tiền đề cho việc thiết kế thành phần cấp phối chính xác cho bê
tơng B15, B20 sử dụng cát sông Cổ Chiên làm cốt liệu sau này. Giúp cho các kỹ sƣ
thiết kế có thêm lựa chọn sử dụng vật liệu địa phƣơng cho phƣơng án kết cấu, các đơn
vị thi cơng có cơ hội tiếp cận với loại cấp phối vật liệu này.

Hình 1. Một số hình ảnh dùng cát sơng Cổ Chiên san lấp mặt bằng cơng trình
2. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu sử dụng xi măng pooclăng hỗn hợp PCB40 (nhà máy xi măng Hà
Tiên), cát sông (sông Cổ Chiên tỉnh Trà Vinh), nƣớc máy (do Cơng ty Cấp thốt nƣớc
tỉnh Trà Vinh cung cấp), đá 1x2cm (Biên Hòa thuộc tỉnh Đồng Nai), để sản xuất bê
tơng có cấp độ bền B15, B20 với thời gian khảo sát đến 90 ngày từ ngày đúc bê tông.
3.Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài
Đóng góp vào cơ sở lý luận việc hình thành loại bê tơng khơng cốt thép, sản xuất
từ cát sông nhiễm mặn, một trong những vật liệu sẵn có tại các địa phƣơng ven biển
nhƣ là tỉnh Trà Vinh, để ứng dụng trong xây dựng cơng trình dân dụng và giao thơng.
Từ kết quả nghiên cứu có thể áp dụng vào việc chế tạo những cấu kiện, sản phẩm
bê tông không cốt thép từ cát sông Cổ Chiên bị nhiễm mặn, thay cho nguồn cát dùng
sản xuất bê tông tại tỉnh Trà Vinh phải nhập từ các tỉnh khác trong cả nƣớc. Góp phần
giảm giá thành xây lắp cơng trình, khi sử dụng vật liệu có sẵn, tại chỗ mang lại hiệu
quả kinh tế cao hơn.
4.Phƣơng pháp và nội dung nghiên cứu
Phƣơng pháp nghiên cứu: Sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu tính tốn lý thuyết
kết hợp thí nghiệm thực nghiệm.
- Nội dung nghiên cứu:
+
Nghiên cứu thiết kế và tính tốn thành phần hỗn hợp bê tơng cấp độ bền B15,
B20 với thành phần cốt liệu cát có nhiễm mặn và không nhiễm mặn sông Cổ Chiên

tỉnh Trà Vinh.
+ So sánh kết quả số liệu thí nghiệm.


3

5. Kết quả
Tổng hợp số liệu thu thập đƣợc từ các thí nghiệm, tiến hành phân tích khoa học
để xây dựng biểu đồ phát triển cƣờng độ theo thời gian của bê tông B15, B20 khi sử
dụng cát sông Cổ Chiên nhiễm mặn và nƣớc máy địa phƣơng.
6. Kết cấu luận
văn Mở đầu
1. Tính cần thiết của đề tài.
2. Mục tiêu nghiên cứu.
3. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài.
4. Phƣơng pháp và nội dung nghiên cứu.
5. Kết quả.
Chƣơng 1: Tổng quan về bê tông và các loại vật liệu cấu thành.
Chƣơng 2: Phƣơng pháp thực nghiệm phân tích thành phần vật liệu và cƣờng
độ chịu nén của bê tơng.
Chƣơng 3: Thí nghiệm và kết quả cƣờng độ chịu nén của bê tông sử dụng cát
thƣờng và cát nhiễm mặn, khu vực sông Cổ Chiên tỉnh Trà Vinh.
Kết luận và kiến nghị.


4

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
Theo nghiên cứu của các nhà khoa học thì bê tơng đã có từ rất lâu trong lịch sử.
Cách đây khoảng 2 ngàn năm, những ngƣời dân La Mã đã biết sử dụng tro núi lửa trộn
với nƣớc nhào nặn sẽ đƣợc một khối đất dẻo và cứng nhƣ đá sau khi khô, đây đƣợc
coi là dạng bê tông đầu tiên của nhân loại, để tạo nên những cơng trình nổi tiếng nhƣ:
những bến cảng, các con đê chắn sóng, đấu trƣờng Colosseum ở thủ đơ Rome…

Hình 1.1. Đấu trƣờng Colosseum Roma của Italia.
Tuy nhiên, theo khái niệm dành cho bê tông “hiện đại”, bê tông bắt nguồn từ
béton trong tiếng Pháp là một loại đá nhân tạo đƣợc hình thành bởi việc nhào trộn hỗn
hợp của các chất kết dính vơ cơ (xi măng, vơi silíc, thạch cao…) nƣớc và các hạt rời
rạc của cát, sỏi, đá dăm…(gọi là cốt liệu) theo một tỉ lệ thích hợp rắn chắc lại mà
thành. Cũng có thể dùng chất kết dính hữu cơ nhƣ bi tum guđrông chế tạo nên bê tông
Asphalt hoặc chất dẽo Polime để chế tạo bê tơng Polime.
Trong bê tơng ngồi các thành phần cơ bản nêu trên (chất kết dính, nƣớc, cốt
liệu) có thể thêm vào những chất phụ gia nhằm cải thiện các tính chất của bê tơng nhƣ
tăng tính lƣu động của hỗn hợp bê tơng, giảm lƣợng dùng nƣớc và xi măng, điều
chỉnh thời gian ninh kết và rắn chắc, nâng cao tính chống thấm của bê tơng…
Trong bê tơng cốt liệu đóng vai trị là bộ khung chịu lực, hồ chất kết dính và nƣớc
bao bọc xung quanh hạt cốt liệu đóng vai trị là chất bôi trơn, đồng thời lấp đầy khoảng
trống giữa các hạt cốt liệu tạo ra độ dẻo cho hỗn hợp bê tơng. Sau khi cứng rắn, hồ chất
kết dính gắn kết với hạt cốt liệu thành một khối đồng nhất đƣợc gọi là bê tông. Trong bê
tông xi măng, cốt liệu thƣờng chiếm 80 85%, xi măng chiếm 8


5

15% còn lại là khối lƣợng của nƣớc và phụ gia (nếu có).

Hình 1.2. Dây chuyền trạm trộn bê tơng.
*
Bê tông là loại vật liệu rất quan trọng đƣợc sử dụng trong xây dựng cơ bản
phục vụ cho mọi ngành kinh tế quốc dân nhƣ trong xây dựng dân dụng, cơng nghiệp,
thủy lợi, cầu đƣờng…vì có nhiều ƣu điểm, cụ thể nhƣ:
-

Có cƣờng độ nén biến đổi trong phạm vi rộng và có thể đạt giá trị từ 100; 200
2.

đến 900…1000 daN/cm .
- Có thể tạo mọi hình dáng cơng trình khác nhau.
-

Tính chịu lửa tốt.

- Giá thành tƣơng đối hạ vì sử dụng rộng rãi nguồn nguyên liệu địa
phƣơng…

Hình 1.3. Bê tơng sử dụng cho cơng trình dân dụng.
Tuy vậy bê tông vẫn tồn tại những nhƣợc điểm nhƣ: nặng (ρv = 2200 2500
3

0

kg/m ); cách âm, cách nhiệt kém ( λ = 1,05 1,5 kcal/m. C.h); khả năng chống ăn mịn
yếu.
* Phân loại bê tơng: thƣờng dựa vào những đặc điểm
sau. - Phân loại theo khối lƣợng thể tích (dung lƣợng).
Đây là cách phân loại thƣờng đƣợc dùng nhất vì khối lƣợng riêng của các

thành phần tạo nên bê tơng gần nhƣ nhau (đều là các khống chất vơ cơ) nên khối
lƣợng thể tích của bê tơng phản ánh độ đặc chắc của nó. Theo cách phân loại này có
thể chia bê tơng thành 4 loại:
3

+ Bê tơng đặc biệt nặng: ρv > 2500 kg/m , chế tạo bằng các cốt liệu đặc chắc và


6

từ các loại đá chứa quặng. Bê tông này ngăn đƣợc tia X và tia .
3

+ Bê tơng nặng: (cịn gọi là bê tông thƣờng) ρv = 1800 2500 kg/ m chế tạo từ
các loại đá đặc chắc và các loại đá chứa quặng. Loại bê tông này đƣợc sử dụng phổ
biến trong xây dựng cơ bản và dùng sản xuất các cấu kiện chịu lực.
3

+
Bê tông nhẹ: ρv = 500 1800 kg/ m , gồm bê tông chế tạo từ cốt liệu rỗng thiên
nhiên, nhân tạo và bê tông tổ ong không cốt liệu, chứa một lƣợng lớn lỗ rỗng kín
giống dạng tổ ong.
3

+
Bê tơng đặc biệt nhẹ: bê tơng cách nhiệt có ρv < 500 kg/m có cấu tạo tổ ong
với mức độ rỗng lớn, hoặc chế tạo từ cốt liệu rỗng nhẹ có độ rỗng lớn (khơng có cát).
Do khối lƣợng thể tích của bê tơng biến đổi trong phạm vi rộng nên độ rỗng của
chúng cũng thay đổi đáng kể, nhƣ bê tông tổ ong dùng để cách nhiệt có r = 70 - 85%,
bê tơng thủy công r = 8 - 10%.

- Phân loại theo chất kết dính dùng trong bê tơng.
+
Bê tơng xi măng: Chất kết dính là xi măng và chủ yếu là xi măng pooclăng và
các dạng khác của nó.
+
Bê tơng silicát: Chế tạo từ ngun liệu vơi và cát silíc nghiền, qua xử lý chƣng
hấp ở nhiệt độ và áp suất cao.
+ Bê tơng thạch cao: Chất kết dính là thạch cao hoặc xi măng thạch cao.
+
Bê tông xỉ: Chất kết dính là các loại xỉ lị cao trong cơng nghiệp luyện thép
hoặc xỉ nhiệt điện, có thể khơng dùng clachke xi măng, phải qua xử lý nhiệt ẩm ở áp
suất thƣờng hay áp suất cao.
+ Bê tông pôlime: Chất kết dính là chất dẻo hóa học và phụ gia vơ cơ.
- Phân theo dạng cốt liệu.
Gồm bê tông cốt liệu đặc, bê tông cốt liệu rỗng, bê tông cốt liệu đặc biệt (chống
phóng xạ, chịu nhiệt, chịu axit).
-

Phân theo phạm vi sử dụng.

+
Bê tơng cơng trình: Sử dụng ở các kết cấu và cơng trình chịu lực, u cầu có
cƣờng độ thích hợp và tính chống biến dạng.
+
Bê tơng cơng trình cách nhiệt: Vừa yêu cầu chịu đƣợc tải trọng vừa cách nhiệt,
dùng ở các kết cấu bao che nhƣ tƣờng ngồi, tấm mái.
+
Bê tơng cách nhiệt: Bảo đảm u cầu cách nhiệt của các kết cấu bao che có độ
dày khơng lớn.
+

Bê tơng thủy cơng: Ngồi u cầu chịu lực và chống biến dạng, cần có độ đặc
chắc cao, tính chống thấm và bền vững dƣới tác dụng xâm thực của nƣớc môi trƣờng.


7

Hình 1.4. Bê tơng sử dụng cho cơng trình thủy lợi.
+
Bê tông làm đƣờng: Dùng làm tấm lát mặt đƣờng, đƣờng băng sân bay…, loại
bê tơng này cần có cƣờng độ cao, tính chống cọ mịn lớn và chịu đƣợc sự biến đổi lớn
về nhiệt độ và độ ẩm.

Hình 1.5. Bê tơng sử dụng cho cơng trình giao thơng.
+
Bê tơng ổn định hóa học: Ngồi u cầu thỏa mãn các chỉ tiêu kỹ thuật khác,
cần chịu đƣợng đƣợc tác dụng xâm thực của các dung dịch muối, axit, kiềm và hơi
của các chất này mà không bị phá hoạt hay giảm chất lƣợng sử dụng.
+ Bê tông chịu lửa: Chịu tác dụng lâu dài của nhiệt độ cao trong quá trình sử
dụng.
+
Bê tơng trang trí: Dùng trang trí bề mặt cơng trình, có màu sắc u cầu và chịu
đƣợc tác dụng thƣờng xuyên của thời tiết.
+ Bê tông nặng chịu bức xạ: Dùng ở các cơng trình đặc biệt, hút đƣợc bức xạ
của
tia hay bức xạ nơtrôn.
1.1.2. Các loại vật liệu cấu thành.
* Xi măng
Vai trò của xi măng: Xi măng là chất kết dính, cùng với nƣớc tạo ra độ dẻo cho
hỗn hợp bê tơng, khi cứng rắn thì liên kết các hạt cốt liệu với nhau thành một khối có
cƣờng độ. Chất lƣợng và hàm lƣợng xi măng là yếu tố quan trọng quyết định cƣờng

độ chịu lực của bê tông.


8

Yêu cầu đối với xi măng: Để sản xuất bê tơng ta có thể dùng xi măng
pooclăng, xi măng pooclăng bền sunfat, xi măng pooclăng xỉ hạt lò cao, xi măng
pooclăng puzolan, xi măng pooclăng hỗn hợp, xi măng ít tỏa nhiệt và các loại xi măng
khác thỏa mãn các yêu cầu quy phạm.
Khi sử dụng xi măng để chế tạo bê tông, việc lựa chọn mác xi măng là đặc biệt
quan trọng vì nó vừa phải đảm bảo cho bê tông đạt mác thiết kế, vừa phải đảm bảo yêu
cầu kinh tế. Nếu dùng xi măng mác thấp để chế tạo bê tơng mác cao thì lƣợng xi măng
3

sử dụng cho 1m bê tông sẽ nhiều nên không đảm bảo kinh tế. Nếu dùng xi măng mác
3

cao để chế tạo bê tơng mác thấp thì lƣợng xi măng tính tốn ra để sử dụng cho 1m bê
tơng sẽ rất ít khơng đủ để liên kết tồn bộ các hạt cốt liệu với nhau, do đó khơng đảm
bảo mác bê tông cần thiết kế. Mặt khác hiện tƣợng phân tầng của hỗn hợp bê tông dễ
xảy ra, gây nhiều tác hại xấu cho bê tơng.
Vì vậy cần phải tránh dùng xi măng mác thấp để chế tạo bê tông mác cao và
ngƣợc lại cũng không dùng xi măng mác cao để chế tạo bê tông mác thấp. Để tránh
3

trƣờng hợp thứ hai, thì lƣợng xi măng tối thiểu cho 1m bê tông phải phù hợp với quy
định ở bảng 1.1.
Bảng 1.1. Lượng xi măng tối thiểu cho một mét khối bê tông (kg)

Điều kiện làm việc của kết cấu công trình

- Trực tiếp tiếp xúc với nƣớc
- Bị ảnh hƣởng của mƣa gió khơng có phƣơng
tiện bảo vệ
- Khơng bị ảnh hƣởng của mƣa gió
* Nƣớc
Vai trị của nƣớc: Nƣớc là thành phần phản ứng với các khoán vật của xi
măng tạo ra các sản phẩm thủy hóa làm cho bê tơng có cƣờng độ. Nƣớc cịn tạo ra độ
lƣu động cần thiết để q trình thi cơng đƣợc dễ dàng.
Yêu cầu đối với nƣớc: Nƣớc để chế tạo bê tông phải đảm bảo chất lƣợng tốt,
không gây ảnh hƣởng xấu đến sự đông kết và rắn chắc của xi măng và khơng gây ăn
mịn cho cốt thép.


Nƣớc dùng đƣợc là loại nƣớc dùng cho sinh hoạt nhƣ nƣớc máy, nƣớc giếng.
Các loại nƣớc không đƣợc dùng là nƣớc đầm, ao, hồ, nƣớc cống rãnh, nƣớc chứa dầu
mỡ, đƣờng, nƣớc có độ pH < 4, nƣớc có chứa sunfat lớn hơn 0,72% (tính theo hàm


9
-

lƣợng ion SO4 ). Tuỳ theo mục đích sử dụng hàm lƣợng các tạp chất khác phải thoả
mãn TCVN 4506:2012.
*

Cát

Vai trò của 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 tạo ra độ lƣu động của hỗn hợp bê tông và làm cho khối bê tông đặc chắc.

Cát cũng là thành phần cùng với cốt liệu lớn tạo ra bộ khung chịu lực cho bê tông.
Yêu cầu đối với cát: Cát dùng để chế tạo bê tơng có thể là cát thiên nhiên hay
cát nhân tạo có cỡ hạt từ 0,14 đến 5 mm. Chất lƣợng của cát để chế tạo bê tông nặng
phụ thuộc chủ yếu vào thành phần hạt, độ lớn và hàm lƣợng tạp chất, đó cũng là
những yêu cầu kỹ thuật đối với cát.
+ Thành phần hạt: Cát có thành phần hạt hợp lý thì độ rỗng của nó nhỏ,
lƣợng
xi măng sẽ ít, cƣờng độ bê tông sẽ cao. Thành phần hạt của cát đƣợc xác định bằng cách
lấy 1000g cát (đã sấy khô) đã lọt dƣới sàng có kích thƣớc mắt sàng 5 mm để sàng qua bộ
lƣới sàng có kích thƣớc mắt sàng lần lƣợt là 2,5; 1,25; 0,63; 0,315; 0,14 mm.

Sau khi sàng cát trên từng lƣới sàng có kích thƣớc mắt sàng từ lớn đến nhỏ ta
xác định lƣợng sót riêng biệt và lƣợng sót tích lũy trên mỗi sàng.
•
Lƣợng sót riêng biệt: ai (%) là tỷ số giữa lƣợng sót trên mỗi sàng so với tồn
bộ lƣợng cát đem thí nghiệm.
ai =

. 100%

m : lƣợng cát đem sàng, 1000g.
•
Lƣợng sót tích lũy: A (%) trên mỗi sàn là tổng lƣợng sót riêng biệt kể từ sàng
lớn nhất a2,5 đến sàng cần xác định i.
Ai = a2,5 + a1,25 +….+ai , (%)
Thành phần hạt của cát cần phải thỏa mãn TCVN 7570: 2006. Sau khi sàng phân
tích và tính kết quả lƣợng sót tích lũy ta vẽ đƣờng biểu diễn cấp phối hạt. Nếu đƣờng
biểu diễn cấp phối hạt nằm trong phạm vi cho phép thì loại cát đó có đủ tiêu chuẩn về
thành phần hạt.

Lƣợng sót tích lũy, %

10

Kích thƣớc lỗ sàng, mm

Hình 1.6. Biểu đồ xác định thành phần hạt của cát
+
Độ lớn của cát: Độ lớn của cát có ảnh hƣởng đến lƣợng dùng xi măng và đƣợc
xác định bằng môđun độ lớn (Mđl) theo cơng thức sau:

Trong đó A2,5, A1,25, A0,63, A0,315, A0,14 - Lƣợng sót tích lũy trên các sàng có
kích thƣớc mắt sàng tƣơng ứng là 2,5 ; 1,25 ; 0,63 ; 0,315 ; 0,14 mm.
Theo giá trị môđun độ lớn (TCVN 7570:2006), cát dùng cho bê tông và vữa
đƣợc phân ra hai nhóm chính:
Cát thơ có mơ đun độ lớn trong khoảng từ lớn hơn 2,0 đến 3,3;
Cát mịn có mơ đun độ lớn trong khoảng từ 0,7 đến 2,0.
•
Cát thơ có thành phần hạt nhƣ qui định trong bảng 1.2, đƣợc sử dụng chế tạo
tất cả các cấp bê tơng.
•
Cát mịn có thành phần hạt nhƣ bảng 1.2, đƣợc sử dụng để chế tạo bê tông nhƣ
sau: Cát có mơ đun độ lớn từ 0,7 1,0 có thể sử dụng chế tạo bê tông cấp thấp hơn B15;
Cát có mơ đun độ lớn từ 1,0 2,0 có thể sử dụng chế tạo bê tông từ cấp B15 đến cấp
B25.
Thành phần hạt của cát biểu thị qua lƣợng sót tích lũy trên sàng, xem bảng 1.2.
Bảng 1.2. Thành phần hạt của cát
Kích thƣớc lỗ sàng

11

+
Hàm lƣợng tạp chất: Cát càng sạch thì chất lƣợng bê tông càng tốt. Hàm
lƣợng các tạp chất trong cát đƣợc quy định trong bảng 1.3.

Tạp chất

- Sét cục và các tạp
chất dạng cục
- Hàm

lƣợng

bụi, sét
- Hàm lƣợng
sunphat,
ra SO3

sunfit

-

+

Hàm lƣợng clorua trong cát, tính theo ion Cl tan

trong axit, nhƣ bảng 1.4. Bảng 1.4. Hàm lượng ion Cl

trong cát.

-

-

Cát có hàm lƣợng ion Cl lớn hơn các giá trị quy định ở bảng trên, có thể đƣợc
-

3

sử dụng nếu tổng hàm lƣợng ion Cl trong 1m bê tông từ tất cả các nguồn vật liệu chế
tạo, không vƣợt quá 0,6 kg.
*

Đá (sỏi)