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

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 Hòa để thay thế cát s

MỘT PHẦN CÁT SÔNG TRONG CHẾ TẠO BÊ TÔNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công 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

Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sỹ ngành Kỹ thuật Xây dựng Công trình Dân

dụng & Công nghiệp với đề tài: "Nghiên cứu sử dụng cát đồi Vạn Ninh – Khánh Hòa để thay thế một phần cát sông trong chế tạo bê tông" là công 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

LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC TRANG TÓM 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 tượng và phạm vi nghiên cứu 3

4 Phương pháp nghiên cứu 3

5 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 3

6 Cấu trúc của luận văn 3

CHƯƠNG 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 tông 6

1.1.2 Tính chất cơ học của bê tông 7

1.1.2.1 Cường độ chịu n n 7

1.1.2.2 Cường độ chịu uốn 8

1.1.3 Co ngót của bê tông 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 Nước 11

1.2 Nguyên lý hình thành bê tông thông qua phản ứng thủy hóa của xi măng 13 1.2.1 Giai đoạn hòa tan 15

1.2.2 Giai đoạn hóa keo 15

1.2.3 Giai đoạn kết tinh 15

1.3.1 Các nghiên cứu ứng dụng cát mịn có nguồn gốc từ cát biển để chế tạo bê tông xi măng 15

1.3.1.1 Các nghiên cứu ứng dụng ở nước ngoài 15

1.3.1.2 Các nghiên cứu ứng dụng ở trong nước 16

1.3.2 Khai thác sử dụng cát mịn có nguồn gốc từ cát biển để chế tạo bê tông xi măng 17

1.3.2.1 Khai thác sử dụng cát mịn có nguồn gốc từ cát biển làm bê tông xi măng ở nước ngoài 17

1.3.2.2 Khai thác sử dụng cát mịn có nguồn gốc từ cát biển làm bê tông xi măng ở Việt Nam 17

1.3.3 Ảnh hưởng của cát hạt mịn có nguồn gốc từ cát biển trong quá trình chế tạo, sử dụng bê tông xi măng 18

1.4 Nhận x t chương 1 18

CHƯƠNG 2 ĐẶC TÍNH CƠ LÝ, HÓA HỌC CỦA CÁT ĐỒI CỠ HẠT NHỎ VÀ

CƯỜNG 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 Phương pháp xác định cường độ n n của bê tông 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 cường độ chịu n n của bê tông 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 hưởng đến cường độ n n của bê tông 26

2.4.1 Ảnh hưởng của hàm lượng muối chứa trong cát đồi 26

2.4.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ cát đồi thay thế cát sông trong hỗn hợp bê tông 26

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 Cường độ bê tông tăng theo thời gian 29

2.4.9 Điều kiện môi trường bảo dưỡng 30

2.4.10 Điều kiện thí nghiệm 30

2.5 Nhận x t chương 2 30

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƯỜNG 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 tông thí nghiệm: 44

3.2.3 Cốt liệu lớn (đá dăm 1x2 cm) 44

3.2.4 Nước 46

3.3 Tính toán 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 toán liều lượng 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 dưỡng 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 - Cường độ n n ở tuổi t = 3, 7, 14, 28, 60, 90 ngày 51

3.5.3.2 Đối với các cấp phối 1, 2, 3 (tương ứng tỷ lệ 15%, 20%, 25% cát đồi): 53

3.6 Nhận x t chương 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

Khóa: K33, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

Tóm tắt: Bê tông xi măng thông thường với thành phần cấp phối bao gồm xi măng, cốt

liệu lớn (đá, sỏi), cố liệu nhỏ (cát hạt thô), nước 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 hưởng đến các đặc trưng cơ lí của bê tông

Với nhu cầu sử dụng vật liệu cho các công trình xây dựng ngày càng cao như hiện nay, nguồn cát sông để chế tạo hỗn hợp bê tông theo quy định ngày càng cạn kiệt, chất lượng ngày càng k m, nhất là hàm lượng bùn, bụi bẩn; việc khai thác quá mức nguồn cát từ sông, suối đang gây ra nhiều hệ lụy về môi trường Do đó, cần tìm kiếm và nghiên cứu sử dụng thay thế nguồn cát khác với cát sông truyền thống, như 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 Hòa để thay thế một phần cát sông trong chế tạo bê tông nh m xác định cường

độ chịu n n theo thời gian trong các điều kiện bảo dưỡng chuẩn tại phòng 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 Hòa để thay thế cát sông 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 phương trong sản xuất bê tông nh m giảm chi phí xây dựng, giảm những hệ lụy về môi trường của việc khai thác cát từ sông, suối, góp phần đáp ứng nhu cầu vật liệu xây dựng ngày càng tăng cao của Khánh Hòa

Từ khóa – Bê tông, cấp phối, cát sông, cát đồi Vạn Ninh, cường 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

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

hiệu

1.1 Hàm lượng tối đa cho ph p của muối hòa tan, ion sunfat, ion clorua

và cặn không tan trong nước trộn vữa (mg/l) 12 1.2

Hàm lượng tối đa cho ph p của muối hòa tan, ion sunfat, ion clorua

và cặn không tan trong nước dùng để rửa cốt liệu và bảo dưỡng bê

mẫu đối chứng chỉ dùng cát sông 52

Số

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 cường độ bê tông vào lượng nước 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 Hòn 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 cường độ n n của các mẫu thí nghiệm ứng với các

ngày tuổi (3, 7, 14, 28, 60, 90) 52

1.1 Cấu trúc của bê tông 6 1.2 Sự phá hoại mẫu thử 8 1.3 Cát đồi khu vực Mũi N - Bình Thuận 19 1.4 Cát đồi khu vực Hòn Gốm - Vạn Ninh – Khánh Hòa 21 2.1 Máy trộn bê tông 300 lít 23 2.2 Dƣỡng hộ bê tông 23 2.3 Bộ côn thử độ sụt 24 2.4 Máy n n mẫu bê tông 24 3.1 Cát sông Cái Nha Trang, mỏ Diên Thọ 1 33 3.2 Lấy mẫu cát đồi Vạn Ninh tại thực địa 35 3.3 Mẫu cát đồi Vạn Ninh gửi Viện Pasteur Nha Trang 35 3.4 Mẫu cát đồi Vạn Ninh, mẫu Hòn Gầm – vị trí 1 37 3.5 Đá dăm 1x2 cm – mỏ Hòn Thị sử dụng để chế tạo mẫu 44 3.6 Khuôn đúc mẫu và mẫu đúc 50

và cả nước

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 trương xây dựng Khánh Hòa trở thành đô thị trực thuộc Trung ương [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 trương lớn của Đảng, làm tiền

đề để khu vực Bắc Vân Phong nói riêng và tỉnh Khánh Hòa nói chung khai thác tốt nhất các tiềm năng khu vực có lợi thế vượt trội, thu hút mạnh nguồn vốn đầu tư, công nghệ cao, phương thức quản lý mới tiên tiến, hình thành khu vực tăng trưởng 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 nước

Ngày 29/12/2016, UBND tỉnh Khánh Hòa đã ban hành Quyết định số UBND phê duyệt Chương trình phát triển đô thị tỉnh Khánh Hòa đến năm 2020 và định hướng đến năm 2030 [3] Theo đó, Khánh Hòa sẽ đầu tư mạnh cho phát triển đô thị, phấn đấu đến năm 2020 tỷ lệ đô thị hóa toàn tỉnh đạt 60%, đến năm 2030 đạt 70%, đưa Khánh Hòa trở thành đô thị loại I, trực thuộc Trung ương Tổng vốn đầu tư phát triển đô thị giai đoạn 2016-2020 ước khoảng 63.500 tỷ đồng

4104/QĐ-Ngày 11/8/2017, Văn phòng Chính phủ đã ban hành văn bản số QHĐP về việc chủ trương lập Quy hoạch tổng thể phát triển KTXH Đơn vị hành chính

8489/VPCP kinh tế đặc biệt Bắc Vân Phong và điều chỉnh Quy hoạch chung xây dựng Khu kinh

tế Vân Phong, tỉnh Khánh Hòa [4] Theo đó, Thủ tướng Chính phủ đồng ý về chủ trương 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 hướng phát triển thành đơn vị hành chính - kinh tế đặc biệt Bắc Vân Phong

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

Bê tông là loại vật liệu phổ biến thường được 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 sông, suối), xi măng, nước và có thể có phụ gia Cường độ chịu n n là chỉ tiêu đặc trưng đánh giá chất lượng của bê tông Hiện nay, bê tông truyền thống được sử dụng phổ biến cho các công trình xây dựng

Tuy nhu cầu sử dụng bê tông truyền thống cho các công trình xây dựng là rất lớn, nhưng đang có những trở ngại cho việc đáp ứng nhu cầu số lượng được 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 hướng đến năm 2030 được 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 tông) cho toàn 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 phương cũng như dần bị hạn chế, giảm về lượng khai thác

Vạn Ninh là địa phương khan hiếm cát sông dùng trong xây dựng, nhất là cát dùng cho chế tạo hỗn hợp bê tông hơn bất cứ địa phương nào khác trên đất liền thuộc địa bàn Khánh Hòa Do trữ lượng, sản lượng khai thác cát sông, suối trên địa bàn rất ít

ỏi nên nguồn cát phục vụ xây dựng chủ yếu được vận chuyển từ địa phương khác, kể

cả ngoại tỉnh; chất lượng cát ngày càng k m, nhất là hàm lượng 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 trường, đặc biệt là vấn đề sạt lở dọc hai bờ sông suối Cần tìm kiếm và nghiên cứu sử dụng nguồn cát khác cát truyền thống, có trữ lượng tương đối lớn, như 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 phương, giảm bớt chi phí xây dựng công trình, giảm bớt áp lực của việc phải sử dụng toàn bộ cát sông (suối) trong việc chế tạo bê tông, từ đó giảm bớt những hệ lụy về môi trường 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

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

sử dụng cát đồi để thay thế một phần cát sông (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 Hòa nói chung

2 Mục tiêu đề tài

Nghiên cứu thực nghiệm xác định cường độ chịu n n của bê tông, sử dụng cát đồi ven biển Vạn Ninh, Khánh Hòa thay thế một phần cát sông theo những tỉ lệ nhất định, theo thời gian trong các điều kiện bảo dưỡng chuẩn tại phòng 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 tông 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 tông 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); nước máy (nguồn nhà máy nước Võ Cạnh – thành phố Nha Trang)

4 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lí thuyết bê tông, cấp phối bê tông, thí nghiệm xác định các đặc trưng cơ lí của các thành phần cấp phối và của bê tông

- Nghiên cứu thực nghiệm: thí nghiệm xác định cường độ chịu n n của bê tông 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 tông b ng cát đồi Vạn Ninh Từ đó mở ra hướng 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 Hòa nói chung

6 Cấu trúc của luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo trong luận văn gồm có các

chương như sau:

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ CÁC VẬT LIỆU CẤU THÀNH Chương 2: ĐẶC TÍNH CƠ LÝ, HÓA HỌC CỦA CÁT ĐỒI CỠ HẠT NHỎ VÀ CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG

Chương 3: THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG CÁT ĐỒI VẠN NINH ĐỂ THAY THẾ MỘT PHẦN CÁT SÔNG TRONG THÀNH PHẦN CẤP PHỐI

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 được hình thành sau quá trình đóng rắn của hỗn hợp được phối trộn hợp lý của xi măng, nước, 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 nước bao bọc xung quanh cốt liệu đóng vai trò là chất kết dính chiếm 10 đến 20% khối lượng Sau khi đông cứng, hồ chất kết dính gắn kết các hạt cốt liệu thành một khối tương đối đồng nhất và được gọi là bê tông Hỗn hợp nguyên liệu mới nhào trộn gọi là hỗn hợp bê tông hay bê tông tươi; hỗn hợp bê tông sau khi đông cứng, rắn chắc, chuyển sang trạng thái đá được gọi là bê tông Yêu cầu cơ bản của bê tông là phải đạt được cường độ (đặc biệt là cường độ chịu n n) ở tuổi quy định hoặc đạt các yêu cầu khác nhau: độ chống thấm, ổn định với môi trường

và độ tin cậy khi khai thác, giá thành không quá đắt [6]

Có nhiều cách để phân ra các dạng bê tông khác nhau như: phân loại theo cường

độ, theo chất kết dính, theo cốt liệu, theo khối lượng thể tích Bê tông truyền thống có cường độ từ 15 đến 20 (MPa) Bê tông thường có cường độ n n từ 20 đến 50 (MPa),

bê tông chất lượng cao và rất cao có cường độ n n từ 50 đến 200 (MPa) Bê tông và bê tông cốt th p được sử dụng rộng rãi trong xây dựng vì chúng có những ưu điểm nổi bật sau: cường độ chịu lực cao, có thể chế tạo được những loại bê tông có cường độ, hình dạng và tính chất khác nhau giá thành rẻ, khá bền vững và ổn định đối với mưa nắng, nhiệt độ, độ ẩm [6]

1.1.1.1 Phân loại bê tông

Theo [6], có thể phân loại bê tông như 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 tông đặc biệt nặng (γ > 2500 kg/m3);

- Bê tông nặng (γ = 2200 ÷ 2500 kg/m3);

- Bê tông tương đối nặng (γ = 1800 ÷ 2200 kg/m3);

- Bê tông nhẹ (γ= 500 ÷ 1800 kg/m3)

- Theo công dụng:

- Bê tông thường: dùng cho các kết cấu bê tông cốt th p;

- Bê tông thủy công: xây đập, âu thuyền, kênh, công trình dẫn nước;

- Bê tông mặt đường, sân bay, vỉa hè…;

- Bê tông dùng cho kết cấu bao che (thường là bê tông nhẹ);

- Bê tông có công dụng đặc biệt (chịu nhiệt, chịu axit, chống phóng xạ…)

1.1.1.2 Cấu trúc bê tông

Sau khi tạo hình, các thành phần của hỗn hợp bê tông được sắp xếp chặt chẽ, kết hợp với sự thủy hóa củaxi măng hình thành nên cấu trúc bê tông Khoảng thời gian hình thành cấu trúc, cũng như cường 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 mô của bê tông có thể được biểu diễn như trên hình 1 gồm 3 phần cơ bản là: phần hơi, phần nước 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 được cấu thành bởi các hạt xi măng thủy hóa chứa khoảng 50% gel C-S-H, 20% vôi 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 như 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]

Phần lỏng bao gồm các dạng nước khác nhau cùng tồn tại trong bê tông: nước lỗ rỗng, nước hấp phụ và nước có liên kết hóa học Nước lỗ rỗng lấp đầy thể tích rỗng nếu bê tông hoàn toàn bão hòa Khi bê tông không bão hòa, nước lỗ rỗng phân cách với phần hơi bởi các mặt cong mao dẫn (menisque) Nước 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 nước 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 nước hút bám là nguyên nhân chủ yếu của

sự co ngót của đá xi măng khi bị làm khô Nước có liên kết hóa học là nước cần thiết cho các phản ứng hydrat hóa của xi măng, loại nước này chỉ bị bay hơi khi nhiệt độ lên tới trên 4000

C [6]

Phần khí bao gồm khí và hơi nước cùng tồn tại trong các lỗ rỗng của bê tông Với bê tông bão hòa hoàn toàn, phần hơi bị chiếm chỗ bởi nước lỗ rỗng [6]

1.1.2 Tính chất cơ học của bê tông

Theo [7], cường độ của bê tông là chỉ tiêu quan trọng thể hiện khả năng chịu lực của vật liệu Cường độ của bê tông phụ thuộc vào thành phần và cấu trúc của nó Với

bê tông, cần xác định cường độ chịu n n và cường độ chịu kéo

1.1.2.1 Cư ng đ ch u n n

Cường 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 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 chuẩn trong thời gian 28 ngày

Bê tông thông thường có R = 5÷30 MPa Bê tông có R > 40MPa là loại cường độ cao Hiện nay, người ta đã chế tạo được các loại bê tông đặc biệt có R ≥ 80MPa Khi bị n n, ngoài biến dạng co ngắn theo phương tác dụng lực, bê tông còn bị nở ngang Thông thường chính sự nở ngang quá mức làm cho bê tông bị nứt và bị phá vỡ Nếu hạn chế được mức độ nở ngang của bê tông 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 như hình 1.2b Nếu bôi trơn mặt tiếp xúc để bê tông 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 như trên hình 1.2c Cường độ của mẫu được bôi trơn thấp hơn cường

độ của mẫu khối vuông 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 cường độ của mẫu hình trụ thấp hơn cường độ của mẫu khối vuông

Cường độ chịu uốn là một thông số đo cường độ chịu k o của bê tông Nó được

đo trên cơ sở uốn dầm bê tông Thông thường cường độ chịu uốn b ng khoảng 10-20 phần trăm cường độ chịu n n của bê tông, tùy thuộc vào kích thước, hình dạng của các loại cốt liệu

Tuy nhiên việc xác định mối quan hệ giữa cường độ chịu uốn và cường độ chịu

n n của bê tông một cách chính xác nhất là thông qua việc thực hiện thí nghiệm mẫu

1.1.3 Co ngót của bê tông

Co ngót là hiện tượng bê tông giảm thể tích khi khô cứng trong không khí Hiện tượng co ngót liên quan đến quá trình thủy hóa xi măng, đến sự bốc hơi lượng hơi nước thừa khi bê tông khô cứng Co ngót xảy ra chủ yếu trong giai đoạn khô cứng đầu tiên của bê tông Trong điều kiện bình thường, 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 tông có mấy dạng cơ bản sau:

- Hiện tượng tự co (Autogenous shrinkage): xảy ra do quá trình hydrat hóa của

Bê tông bị co ngót do nhiều nguyên 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 tông bị co Quá trình cacbonat hóa hyđrôxi can xi trong

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 tông hoặc co ngót bị ngăn trở làm phát sinh ứng suất k o và có thể làm bê tông bị nứt Bê tông bị nứt làm giảm cường độ, độ chống thấm trong môi trường xâm thực.Vì vậy đối với những kết cấu bê tông có chiều dài và diện tích lớn, để tránh nứt người ta phân đoạn để tạo thành các khe co giãn

Để giảm co ngót cần chọn thành phần thích hợp, hạn chế lượng nước trộn, đầm chặt bê tông, giữ cho bê tông thường xuyên ẩm trong giai đoạn đầu (dưỡng hộ) Để khắc phục ảnh hưởng 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 công [7]

Ghi chú:

1- Co ngót của đá xi măng 2- Co ngót của vữa 3- Co ngót của bê tông

Biểu đồ 1.1 Đ co ngót của đá xi măng, vữa, bê tông

Trị số co ngót phụ thuộc vào lượng, loại xi măng, lượng nước, tỷ lệ cát trong hỗn hợp cốt liệu và chế độ bảo dưỡng 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 cường độ cho bê tông Chất lượng và hàm lượng xi măng là yếu tố quan trọng quyết định cường độ cho bê tông Hiện nay có rất nhiều loại xi măng để sản xuất bê tông như

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

Thành phần chính của xi măng pooc lăng bao gồm:

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

Nếu cát có thành phần hạt hợp lý sẽ tiết kiệm được xi măng, cường độ bê tông sẽ cao Thành phần hạt của cát được xác định thông qua thí nghiệm lượng hạt lọt qua các sàng tiêu chuẩn: theo TCVN 7570:2006 [10] là các sàng có kích thước 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 đường 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 nước, tốn

xi măng, dễ đầm, dễ đổ nhưng lực dính bám với vữa xi măng nhỏ nên cường độ bê tông sỏi thấp hơn bê tông đá dăm Do đó trong xây dựng các kết cấu công trình thường

sử dụng cốt liệu lớn là đá dăm Cốt liệu lớn thường có kích thước: 5 ÷ 70 mm (TCVN

7570 – 2006) [10] và từ 2,36 ÷ 63 mm (theo ASTM) [11]

Chất lượng cốt liệu lớn được đặc trưng b ng các yếu tố: cường độ, thành phần hạt và độ lớn, lượng tạp chất Cường độ của đá dăm được xác định thông qua n n mẫu

đá gốc, còn sỏi được xác định thông qua thí nghiệm n n trong xi lanh b ng th p và được gọi là n n dập trong trạng thái bão hòa nước Mác của đá dăm phải tương đương với mác của bê tông

Chất lượng của đá dăm ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của bê tông Do đó yêu cầu hàm lượng hạt dẹt không được vượt quá 25%, lượng hạt yếu và phong hóa không vượt quá 10% theo khối lượng, còn lượng tạp chất bên trong chủ yếu là đất s t, bụi, bùn, tạp chất hữu cơ, muối, đá silic vô định hình và đá diệp thạch silic thường phải rất nhỏ (< 2%), theo TCVN 7572:2006 [12]

Thành phần của đá dăm được xác định thông qua thí nghiệm sàng đá trên bộ sàng tiêu chuẩn có kích thước lỗ sàng là 70 mm, 40 mm, 20 mm, 10 mm và 5 mm (theo TCVN 7570:2006 [10]), từ đó xác định đường kính hạt lớn nhất tương ứng với cỡ sàng có lượng sót tích lũy nhỏ hơn và gần 5% nhất và hạt nhỏ nhất của cốt liệu tương ứng với

cỡ sàng có lượng 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 lượng sót tích lũy, vẽ đường biểu diễn cấp phối hạt Nếu đường 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 nước trộn bê tông, rửa cốt liệu và bảo dưỡng bê tông cần có chất lượng thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Không chứa váng dầu hoặc váng mỡ;

- Lượng 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 lượng muối hòa tan, lượng ion sunfat, lượng ion clo

và cặn không tan không được lớn hơn các giá trị quy định trong Mục 1, Bảng 1.1 (đối với nước trộn bê tông) và Mục 2, Bảng 1.1 (đối với nước dùng để rửa cốt liệu và bảo dưỡng 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)

Ion Clo (Cl-)

Cặn không tan

1 Nước trộn bê tông và nước trộn

vữa bơm bảo vệ cốt th p cho các kết

cấu bê tông cốt th p ứng lực trước

3 Nước trộn bê tông cho các kết cấu

bê tông không cốt th p Nước trộn

Chú thích 3: Trong trường hợp nước dùng để trộn vữa xây, trát các kết cấu có yêu cầu trang trí bề mặt hoặc ở phần kết cấu thường xuyên tiếp xúc ẩm thì hàm lượng ion clo được khống chế không quá 1.200 mg/L

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)

Mục đích sử dụng

Hàm ượng tối đa cho ph p

Muối hòa tan

Ion Sunfat (SO42-)

Ion Clo (Cl-)

Cặn không tan

1 Nước bảo dưỡng bê tông các kết cấu có yêu

cầu trang trí bề mặt Nước rửa, tưới ướt và

sàng ướt cốt liệu 5 000 2 700 1 200 500

2 Nước bảo dưỡng bê tông các kết cấu không

có yêu cầu trang trí bề mặt (trừ công trình xả

nước) 30 000 2 700 20 000 500

3 Nước tưới ướt mạch ngừng trước khi đổ

tiếp bê tông tưới ướt các bề mặt bê tông trước

khi chèn khe nối Nước bảo dưỡng bê tông

trong các công trình xả nước và làm nguội bê

tông trong các ống xả nhiệt của khối lớn

1 000 500 350 500

Chú thích: Khi sử dụng xi măng cao nhôm làm chất kết dính cho bê tông và vữa, nước dùng để rửa cốt liệu và bảo dưỡng 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

Thời gian đông kết của xi măng, min

- Bắt đầu, không nhỏ hơn

- Kết thúc, không lớn hơn

45

420 Cường độ chịu n n của vữa tại tuổi 7 ngày không nhỏ

hơn, % (tỷ lệ so với mẫu đối chứng) 90

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

1.2 Nguyên lý hình thành bê tông thông qua phản ứng thủy hóa của xi măng

Khi nhào trộn xi măng với nước 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 nước tạo

ra hyđrosilicat canxi và hyđroxit canxi Vì đã có hyđroxit canxi tách ra từ khoáng alit

nên khoáng belit thuỷ hoá chậm hơn alit và tách ra ít Ca(OH)2 hơn:

Hyđrosilicat canxi hình thành khi thuỷ hoá hoàn toàn đơn khoáng 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 nước, trên bề mặt các hạt xi măng đã có lớp sản phẩm xốp, không 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 nước của xi măng Dạng ổn định của nó là hyđro aluminat 6 nước có tinh thể hình lập phương (3CaO.Al2O3.6H2O)

Để làm chậm quá trình đông kết khi nghiền clinke cần cho thêm một lượng đá thạch cao (3% ÷ 5% so với khối lượng xi măng) Sunfat canxi sẽ đóng vai trò là chất hoạt động hóa học của xi măng, tác dụng với aluminattricanxi ngay từ đầu để tạo thành sunfoaluminat canxi ngậm nước (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 hoá 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 cường 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 cường độ và độ ổn định của đá xi măng tăng lên Cấu trúc của đá xi măng cũng sẽ tốt hơn do hạn chế được những chỗ yếu của hyđroaluminat canxi Sau đó etringit còn 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 nước 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 nước, lúc đầu chỉ là hồ dẻo và sau biến thành đá cứng có cường độ Tất cả các quá trình tác dụng tương hỗ của từng khoáng với nước để tạo ra những sản phẩm mới xảy ra đồng thời, xen kẽ và ảnh hưởng lẫn nhau Các sản phẩm mới cũng có thể tác dụng tương hỗ với nhau và với các khoáng 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 như sự biến đổi Để giải thích quá trình rắn chắc người ta thường dùng thuyết của Baikov–Rebinder Theo thuyết này, quá trình rắn chắc của xi măng được chia làm 3 giai đoạn [6]:

1.2.1 Giai đoạn hòa tan

Khi nhào trộn xi măng với nước, các thành phần khoáng của clinke sẽ tác dụng với nước ngay trên bề mặt hạt xi măng Những sản phẩm mới tạo được như Ca(OH)2, CaO.Al2O3.6H2O sẽ tan ra nhưng vì độ tan của chúng không lớn và lượng nước có hạn nên dung dịch nhanh chóng trở nên quá bão hòa

1.2.2 Giai đoạn hóa keo

Trong dung dịch quá bão hoà, các sản phẩm Ca(OH)2, 3CaO.Al2O3.6H2O mới tạo thành sẽ không tan nữa mà tồn tại ở trạng thái keo Còn các sản phẩm etringit, CSH vốn không tan nên vẫn tồn tại ở thể keo phân tán Nước vẫn tiếp tục mất đi (bay hơi, phản ứng với xi măng), các sản phẩm mới tiếp tục tạo thành, tỷ lệ rắn/lỏng ngày một tăng, hỗn hợp mất dần tính dẻo, các sản phẩm ở thể keo liên kết với nhau thành thể ngưng keo

1.2.3 Giai đoạn kết tinh

Nước ở thể ngưng keo vẫn tiếp tục mất đi, các sản phẩm mới ngày càng nhiều Chúng kết tinh lại thành tinh thể rồi chuyển sang thể liên tinh làm cho cả hệ thống hoá cứng và cường độ tăng

1.3 Tổng quan một số nghiên cứu ứng dụng và khai thác sử dụng cát mịn để chế tạo bê tông xi măng

Các nghiên cứu về địa chất và tiến hóa cổ địa lý cho thấy r ng cát đồi có cỡ hạt nhỏ có nguồn gốc từ cát biển, thành tạo do quá trình biển thoái, cách xa bờ biển ngày nay và đã được rửa mặn theo thời gian từ rất lâu Cát đồi có cỡ hạt nhỏ là cát mịn, có

cỡ hạt hầu hết lọt qua sàng 1,25 mm, thành phần hạt thường tập trung chủ yếu ở một

cỡ hạt đồng đều nhau, hàm lượng bùn bụi s t rất thấp [14]

1.3.1 Các nghiên cứu ứng dụng cát mịn có nguồn gốc từ cát biển để chế tạo bê tông xi măng

1.3.1.1 Các nghiên cứu ứng dụng ở nước ngoài

Đầu thế kỷ 20, nhà khoa học người Anh K.Niuman giới thiệu một số vấn đề về khai thác vật liệu từ biển (cát, sỏi biển) làm cốt liệu cho bê tông, đồng thời Hội bê tông

xi măng nước Anh cũng đã ra thông báo một chuyên đề về vật liệu cát sỏi khai thác ở biển [15]

Năm 1946, tại Hội nghị khoa học quốc tế ở Lisbone – Bồ Đào Nha, nhà khoa học Pháp A.M.Fernades đã đề cập tới vấn đề sử dụng cát sỏi biển để chế tạo bê tông xi măng Năm 1954, ở Anh, nhà khoa học D.Narvar đã công bố kết quả bê tông phẩm chất tốt chế tạo b ng san hô, cát, nước biển trong tạp chí xây dựng công trình dân dụng Năm 1956, Hội quốc gia về cát sỏi nước Mỹ đã ra thông báo về sử dụng cát sỏi

biển để chế tạo bê tông Năm 1964, ở Ấn Độ, trong tạp chí bê tông đã có bài báo khoa học tập hợp và phân tích nhiều ý kiến khác nhau về việc dùng cát, sỏi biển, nước biển

để chế tạo bê tông xi măng Năm 1965, ở Liên Xô cũ, hai nhà khoa học F.M Ivanov

và V.C Glabkov đã công bố kết quả nghiên cứu dùng cát biển ở Hắc Hải để đổ bê tông thủy công, đặc biệt đã nghiên cứu về ảnh hưởng của hàm lượng vỏ sò hến trong cát biển đối với tính chất của vữa và bê tông xi măng Năm 1973, ở Hà Lan đã công bố tài liệu nghiên cứu dùng cát sỏi biển để chế tạo bê tông xi măng Trong chiến tranh thế giới lần thứ II, Mỹ đã xây dựng nhiều công trình b ng bê tông xi măng sử dụng cát biển ở các vùng ven biển và vùng đảo cho mục đích quân sự [15]

1.3.1.2 Các nghiên cứu ứng dụng ở trong nước

Với đường bờ biển dài hơn 3000 km, dọc theo nó là vùng chịu ảnh hưởng bồi đắp của các con sông, trữ lượng cát mịn sông, biển ở Việt Nam là rất dồi dào và đa dạng Nhu cầu xây dựng các công trình ven biển sử dụng bê tông xi măng cũng ngày càng tăng Trước tình hình đó, dĩ nhiên các nhà khoa học không thể không chú ý đến khía cạnh xây dựng của các loại vật liệu tự nhiên này Các đề tài nghiên cứu sử dụng cát đen, cát mịn sông đã được nhiều trường Đại học như Bách Khoa, Xây dựng, Giao thông, Thuỷ lợi nghiên cứu, riêng khối lượng nghiên cứu về cát hạt mịn có nguồn gốc

từ cát biển còn ít Từ năm 1962, Viện Kỹ thuật Giao thông Vận tải (nay là Viện khoa học công nghệ Giao thông Vận tải) đã tổng quan một số tài liệu nghiên cứu chủ yếu của Pháp về sử dụng cát hạt mịn có nguồn gốc từ cát biển để làm bê tông xi măng Sau

đó, đã tiến hành thí nghiệm đúc mẫu bê tông xi măng sử dụng cát hạt mịn có nguồn gốc từ cát biển và nước biển để kiểm tra cường độ của bê tông xi măng ở các độ tuổi

từ 7 ngày cho đến 6 tháng Một số kết luận và kiến nghị bước đầu về sử dụng vật liệu này để chế tạo bê tông xi măng đã được giới thiệu ở thông tin khoa học kỹ thuật ở Bộ Thuỷ Lợi và được báo cáo trong Hội nghị Bê tông và bê tông cốt th p miền Bắc lần thứ nhất (năm 1970) [15]

Trong các năm 1968 - 1969, Viện nghiên cứu khoa học thuỷ lợi và trường Đại học Thuỷ lợi kết hợp với Cục Hải quân nghiên cứu dùng cát hạt mịn có nguồn gốc từ cát biển Quảng Ninh để chế tạo bê tông và vữa Do hoàn cảnh chiến tranh, thiết bị phân tán, việc thí nghiệm gặp nhiều khó khăn nên chưa đạt được kết quả yêu cầu [15] Trong vài năm gần đây, nhiều cơ quan, tổ chức, nhà khoa học đã nghiên cứu bê tông xi măng sử dụng cát hạt mịn và đã có kết quả nhất định, điển hình như các đề tài:

- Đề tài “Nghiên cứu chế tạo bê tông cường độ cao sử dụng cát mịn và phụ gia khoáng hỗn hợp từ xỉ lò cao hoạt hóa và tro trấu” của tác giả Ngọ Văn Toản (Viện Khoa học Công nghệ xây dựng) đăng trên Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng - số 4/2014 [14]

- Đề tài “Nghiên cứu chế tạo bê tông cường độ cao sử dụng phụ gia khoáng siêu mịn và cát hạt mịn” của tác giả Nguyễn Quang Phú (Bộ môn Vật liệu xây dựng, Trường Đại học Thủy lợi) đăng trên Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Thủy lợi và Môi trường - số 57 (6/2017) [16]

- Đề tài “Nghiên cứu sử dụng cát mịn thay thế cát thô chế tạo bê tông tự lèn cường độ cao” của nhóm tác giả Trần Đức Trung, Bùi Danh Đại, Lưu Quang Sáng (Khoa Vật liệu xây dựng, Trường Đại học Xây dựng) đăng trên Tạp chí KHCN Xây dựng số 15/3-2013 [17]

1.3.2 Khai thác sử dụng cát mịn có nguồn gốc từ cát biển để chế tạo bê tông xi măng

1.3.2.1 Khai thác sử dụng cát m n có nguồn gốc từ cát biển làm bê tông xi măng ở nước ngoài

Cát hạt mịn có nguồn gốc từ cát biển đã được nhiều nước trên thế giới tiến hành khai thác phục vụ cho xây dựng cơ sở hạ tầng từ nửa cuối thế kỷ 20 [15]

Các nước ở châu Âu như Anh, Hà Lan, Pháp, Đan Mạch đã tiến hành khai thác cát, sỏi biển để chế tạo bê tông, san lấp mặt b ng phục vụ cho công tác xây dựng trong nước và cả cho xuất khẩu với khối lượng khai thác hàng năm lên đến hàng chục triệu tấn [15]

Trong tương lai, các nước này vẫn tiếp tục khai thác một lượng lớn cát, sỏi biển phục vụ cho các công trình xây dựng Cụ thể, theo dự báo, nhu cầu khai thác cát, sỏi biển cho các nước Châu Âu cho đến năm 2025 của Hiệp hội nghiên cứu và thông tin công nghiệp xây dựng (Construction Industry Research and Information Association – CIRIA) và Viện nghiên cứu địa chất (British Geological Survey – BGS) của nước Anh như sau: từ 1992 đến 2006, nước Anh cần khai thác khoảng 315 triệu tấn cát biển (khoảng 21 triệu tấn mỗi năm); từ năm 2000 đến 2020, Hà Lan cần khai thác khoảng

23 triệu tấn cát biển để chế tạo bê tông và 53 triệu tấn cát biển để san lấp mặt b ng Một số nước khác như Ấn Độ, Đài Loan cũng đã tiến hành khai thác cát biển để phục

vụ cho xây dựng cơ sở hạ tầng như đổ bê tông, san lấp mặt b ng [15]

1.3.2.2 Khai thác sử dụng cát m n có nguồn gốc từ cát biển làm bê tông xi măng ở Việt Nam

Ở Việt Nam, cát hạt mịn có nguồn gốc từ cát biển cũng đã bắt đầu được khai thác

để phục vụ cho xây dựng từ thời kỳ Pháp, Mỹ xâm lược và cai trị miền Nam, đó là việc sử dụng cát gia cố xi măng, bitum để làm móng mặt đường sân bay như ở sân bay Phú Bài (Huế), sân bay Chu Lai (Quảng Nam - Đà Nẵng) và dùng làm móng mặt đường bê tông nhựa trên Quốc lộ 1A (đoạn qua thị xã Vĩnh Điện, tỉnh Quảng Nam; đoạn qua thị xã Mộ Đức, tỉnh Quảng Ngãi) [15]

Trong thời gian gần đây, nhiều địa phương ven biển ở nước ta đã tiến hành khai thác cát hạt mịn có nguồn gốc từ cát biển để san lấp mặt b ng nh m hạ giá thành xây dựng như Quảng Ninh, Vũng Tàu, Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên Huế, Quảng Ngãi; ở một số nơi, người dân đã khai thác cát hạt mịn có nguồn gốc từ cát biển trộn vữa xây, trát hoặc đúc gạch táp lô để xây nhà ở gia đình với loại nhà giản đơn [15]

1.3.3 Ảnh hưởng của cát hạt mịn có nguồn gốc từ cát biển trong quá trình chế tạo, sử dụng bê tông xi măng

Để chế tạo bê tông cường độ cao, người ta thường sử dụng cốt liệu có chất lượng cao, cụ thể là cốt liệu có cấp phối hạt hợp lý, cốt liệu lớn có cường độ cao, ít tạp chất bụi bùn, cốt liệu nhỏ là cát thô có mô đun độ lớn 2,6 – 3,5 Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7570:2006 [10] “Cốt liệu cho bê tông và vữa – Yêu cầu kỹ thuật” thì cát dùng cho bê tông và vữa được phân ra thành cát thô có mô đun độ lớn từ lớn hơn 2,0 đến 3,3 và cát mịn có mô đun độ lớn từ 0,7 đến 2,0 và có cỡ hạt hầu hết lọt qua sàng 1,25mm Theo tiêu chuẩn này, cát mịn có thể được sử dụng để chế tạo bê tông đến cấp bền B25 Do đó, cát hạt mịn không đạt yêu cầu kỹ thuật để chế tạo bê tông cường độ cao

Đối với một hỗn hợp vữa bê tông có tỷ lệ N/X và tính công tác nhất định thì việc

sử dụng cát thô sẽ làm giảm được lượng dùng xi măng so với trường hợp dùng cát mịn Ngược lại, với một lượng dùng xi măng đã cho thì hỗn hợp bê tông sử dụng cát thô có thể đạt tính công tác yêu cầu với một lượng nước nhào trộn ít hơn, dẫn tới tỷ lệ N/X thấp hơn nên cường độ của bê tông sẽ cao hơn

Như vậy, với cát hạt mịn có nguồn gốc từ cát biển, mang các đặc trưng mô đun nhỏ, cỡ hạt hầu hết lọt qua sàng 1,25mm, thành phần hạt khá đồng đều, hàm lượng muối trong cát có thể cao hơn cát sông nên khi chế tạo hỗn hợp bê tông có cần lượng nước và xi măng nhiều hơn; đồng thời do lượng muối trong cát sẽ làm cho chất lượng kết cấu bê tông không đạt b ng chất lượng kết cấu bê tông sử dụng cát sông

1.4 Nhận x t chương 1

Với thực trạng nhu cầu đầu tư xây dựng tăng cao như hiện nay, cần nghiên cứu chế tạo bê tông có cốt liệu nhỏ là cát hạt mịn hoăc thay thế một phần cát sông b ng cát đồi hạt mịn chất lượng cao cho các công trình là rất cần thiết, phù hợp với điều kiện của Việt Nam có nguồn tài nguyên cát hạt mịn phong phú Từ đó góp phần trong việc

sử dụng tiết kiệm, hiệu quả nguồn tài nguyên cát sông ngày càng khan hiếm

Với những kết quả nghiên cứu rất khả quan về việc sử dụng cát mịn, cát biển trong sản xuất bê tông ở cả trong và ngoài nước, chương 3 của luận văn sẽ đi sâu vào nghiên cứu thực nghiệm xác định cường độ của bê tông xi măng sử dụng cát đồi Vạn Ninh trong thành phần cấp phối

CHƯƠNG 2 ĐẶC TÍNH CƠ LÝ, HÓA HỌC CỦA CÁT ĐỒI CỠ HẠT NHỎ VÀ

CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG

2.1 Tổng quan về cát đồi miền Trung Việt Nam và cát đồi Vạn Ninh

2.1.1 Tổng quan về cát đồi miền Trung Việt Nam

Đồng b ng Duyên hải miền Trung là một dải các đồng b ng k o dài từ Thanh Hóa đến Bình Thuận Tất cả các đồng b ng miền Trung đều bắt nguồn từ một lịch sử thống nhất liên quan đến quá trình biển tiến - mài mòn mà dấu tích ngày nay là các bậc thềm đánh dấu sự dao động của mực nước qua các thời kỳ băng hà tan Đi từ trong ra phía biển, địa hình thấp dần và có tuổi trẻ dần Điều đó chứng tỏ địa hình được nâng cao dần và liên tục Bờ biển lùi ra xa tạo nên những cồn cát, những cồn cát này được gió vun lên thành những đồi cát

Hình 1.3 Cát đồi khu vực Mũi N - Bình Thuận

Miền Trung nước ta có diện tích các đồi cát khá lớn trải dài từ tỉnh Quảng Bình đến tỉnh Bình Thuận, chiều cao của những đồi cát này có thể lên đến 50m Tổng diện tích cát đồi của khu vực miền Trung khoảng hơn 400.000 ha; trong đó Khánh Hòa có

khoảng gần 8.000ha, tập trung chủ yếu ở bán đảo Hòn Gốm thuộc huyện Vạn Ninh và bán đảo Cam Ranh thuộc địa bàn huyện Cam Lâm và thành phố Cam Ranh

Cát đồi khu vực miền Trung thường n m xen kẽ đồng ruộng hoặc gần bờ biển; đa

số có hạt mịn, khá đều và trạng thái rời rạc

2.1.2 Đặc điểm cát đồi khu vực Vạn Ninh – Khánh Hòa

Cát đồi Vạn Ninh tập trung tại bán đảo Hòn Gốm, phía Bắc huyện Vạn Ninh Về mặt địa tầng, bán đảo gồm có các đá phun trào thành phần felsic thuộc hệ tầng Nha Trang thường đi kèm với granit biotit, granosyenit của phức hệ Đèo Cả tuổi Creta và trầm tích biển Holocen trung - thượng, trầm tích gió sinh Holocen thượng Về mặt kiến tạo, bán đảo hình thành từ các hoạt động magma - kiến tạo xảy ra trong kỷ Creta Trên bán đảo có 3 loại khoáng sản: cát thuỷ tinh, titan và quặng đất hiếm monazit - xenotim

Về mặt cổ địa lý, bán đảo Hòn Gốm trải qua một vài thời kỳ đảo và núi xen kẽ nhau

Nó có diện mạo như ngày nay từ Holocen giữa [18]

Lần biển thoái rộng lớn mang tính toàn cầu xảy ra vào cuối Pleistocen đầu Holocen làm cho mực biển hạ thấp tới -100 m và -130 m so với đường bờ hiện tại, đó là lần cuối cùng các đảo ở khu vực vịnh Vân Phong - Hòn Gốm có dạng những núi thấp rìa lục địa của rìa đông bán đảo Đông Dương Từ khoảng cuối Holocen sớm đến nay, đợt biển tiến Holocen làm cho các núi thấp rìa lục địa trở thành các đảo biển thực thụ Nhưng chỉ từ khoảng cuối Holocen giữa, bán đảo Hòn Gốm mới thực sự hình thành Đây là giai đoạn thành tạo các đồng b ng ven biển và các doi cát nối đảo để tạo thành hàng loạt bán đảo dọc bờ biển miền Trung nước ta như bán đảo Cam Ranh, bán đảo Phước Mai, bán đảo Hòn Gốm [18] Theo như những phân tích trên, cát đồi Hòn Gốm có nguồn gốc từ cát biển, thành tạo do quá trình biển thoái, đã được rửa mặn theo thời gian từ rất lâu

-Cát đồi của tỉnh Khánh Hòa, tập trung chủ yếu ở bán đảo Hòn Gốm, huyện Vạn Ninh và bán đảo Cam Ranh thuộc huyện Cam Lâm và thành phố Cam Ranh Trong đó, bán đảo Hòn Gốm với diện tích tự nhiên khoảng gần 10.000 ha, nơi đây có dải đồi cát với chiều dài khoảng 20 km, chiều rộng từ 1-1,5 km, chiều cao trung bình khoảng 20

m, cát có màu vàng nhạt, độ hạt mịn đến trung, rời rạc, ít bụi bẩn, sáng màu

Hầu hết các đồi cát khu vực miền Trung thường có hiện tượng cát bay, cát chạy, cát nhảy do không có thảm thực vật ở bề mặt, khi mưa to gió lớn cát từ trên cao đổ xuống làm lấp ruộng đồng, vườn tược, nhà cửa, đường xá, sông ngòi, làm cho cây cối không thể phát triển được Khác với hầu hết các đồi cát khu vực miền Trung, cát đồi Hòn Gốm có thảm thực vật ở bề mặt là các loại cây bụi như dứa rừng, dương, cỏ tranh nên ổn định, không có hiện tượng cát bay, cát chạy, cát nhảy gây khó khăn cho sinh hoạt và sản xuất của người dân trong vùng

Hình 1.4 Cát đồi khu vực Hòn Gốm - Vạn Ninh – Khánh Hòa

Theo hồ sơ thuyết minh quy hoạch phát triển vật liệu xây dựng tỉnh Khánh Hòa đến năm 2020, định hướng đến năm 2030 được UBND tỉnh Khánh Hòa phê duyệt tại Quyết định số 4013/QĐ-UBND ngày 26/12/2016; theo đó, khu vực Hòn Gốm, Đầm Môn, cát phân bố rất rộng trong các thành tạo trầm tích biển - gió với trữ lượng lớn Cát có màu vàng nhạt độ hạt mịn đến trung, rời rạc Mỏ cát Đầm Môn (N026) gồm các dải cát vàng lớn, thuộc trầm tích biển - gió (mvQ), dày tới 60 m Mỏ đã được thăm dò

tỷ mỷ (1995) Cấp (111 + 122) = 20 triệu tấn; trong đó cấp 111 = 8 triệu tấn Hiện mỏ đang được Minexco khai thác, chế biến để xuất khẩu làm khuôn đúc, vật liệu mài, đánh bóng và vật liệu xây dựng Trữ lượng mỏ cát Hòn Gốm theo quy hoạch được duyệt là 442.329.000 m3 Đây thực sự là nguồn cát rất lớn, kì vọng sẽ thay thế cát sông

tự nhiên trong sản xuất bê tông xi măng

2.2 Các chỉ tiêu cần xác định đối với cát đồi

Tùy theo mục đích sử dụng cát đồi mà tiến hành xác định một số hoặc toàn bộ các chỉ tiêu cơ lý của cát theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7570:2006 [15], cụ thể cần xác định:

- Hàm lượng muối có trong cát đồi;

2.3 Phương pháp xác định cường độ nén của bê tông

2.3.1 Tiêu chuẩn và thiết bị thí nghiệm

2.3.1.1 Các tiêu chuẩn sử dụng trong thí nghiệm

Thực hiện các thí nghiệm dựa trên tiêu chuẩn Việt Nam dưới đây:

- TCVN 3105:1993 – Hỗn hợp bê tông nặng và bê tông nặng – lấy mẫu, chế tạo

và bão dưỡng mẫu [19];

- TCVN 3106:1993 - Hỗn hợp bê tông nặng – Phương pháp thử độ sụt [20];

- TCVN 3115:1993 - Bê tông nặng – Phương pháp xác định khối lượng thể tích [21];

- TCVN 3118:1993 - Bê tông nặng – Phương pháp xác định cường độ n n [22]

2.3.1.2 Thiết b sử dụng trong thí nghiệm

a) Khuôn đúc mẫu:

Khuôn th p tiêu chuẩn, một khuôn riêng lẻ hoặc tổ hợp 3 mẫu có kích thước (150x150x150) mm

b) Máy tr n:

Sử dụng máy trộn bê tông tự do loại 300 lít hay còn gọi là máy trộn bê tông quả

lê, là dòng máy trộn nhỏ được sử dụng chủ yếu cho các công trình xây dựng dân dụng, với thùng trộn dày tới 7mm b ng th p lá nguyên tấm sẽ giúp tăng tuổi thọ, ít bị ăn mòn hoặc mài mòn khi hoạt động theo thời gian, sử dụng động cơ điện 1,5kW tạo ra lực quay thùng trộn nhanh, khỏe, đồng thời tạo sự cơ động cao khi di chuyển từ nơi này đến nơi khác b ng bánh xe

Hình 2.1 Máy tr n bê tông 300 lít c) Dụng cụ đầm bê tông

Sử dụng thanh th p (đầm chọc), bàn vỗ (vỗ mặt)

d) Dư ng h bê tông

Dưỡng hộ b ng cách ngâm mẫu trong nước tại Phòng Thí nghiệm - LAS XD

1396 thuộc Trung tâm Quy hoạch và Kiểm định xây dựng Khánh Hòa

Hình 2.2 Dư ng h bê tông e) Thiết b đo đ sụt

Bộ côn đo độ sụt hỗn hợp bê tông theo TCVN 3016:1993 [20] Bộ côn đo độ sụt hỗn hợp bê tông gồm có: 01 côn inox; 01 phễu inox; 01 muỗng xúc inox; 01 thước đo; 01 bay th p; 01 khay đế; 01 que đầm

Hình 2.3 B côn thử đ sụt f) Máy nén

Máy nén bê tông có lực n n cao nhất đạt 2000 kN tương đương 200 tấn là thiết bị được dùng phổ biến để n n mẫu bê tông thí nghiệm phục vụ công tác kiểm tra chất lượng công trình xây dựng ở nước ta hiện nay, mẫu n n là mẫu trụ và mẫu lập phương

Hình 2.4 Máy nén mẫu bê tông

Tiêu chuẩn thí nghiệm xác định cường độ chịu n n của bê tông: TCVN 3118:93 [22]; Tiêu chuẩn thí nghiệm xác định cường độ k o khi uốn: TCVN 3119:93 [23]

2.3.2 Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của bê tông

2.3.2.1 Lấy mẫu và chuẩn b thí nghiệm

- Chuẩn bị mẫu thử nén theo nhóm mẫu Mẫu nhóm mẫu gồm 3 viên Khi sử dụng bê tông khoan cắt từ kết cấu, nếu không có đủ 3 viên thì được phép lấy 2 viên làm một nhóm mẫu thử

- Việc lấy hỗn hợp bê tông, đúc bảo dưỡng, khoan cắt mẫu bê tông và chọn kích thước viên mẫu thử nén phải được tiến hành theo TCVN 3105:1993 [19]

- Viên chuẩn để xác định cường độ nén của bê tông là viên mẫu lập phương kích thước 150 x 150 x 150 mm Các viên mẫu lập phương kích thước khác viên chuẩn và các viên mẫu trụ sau khi thử nén phải được tính đổi kết quả thử về cường độ viên chuẩn

- Kiểm tra và chọn hai mặt chịu nén của các viên mẫu thử sao cho:

+ Khe hở lớn nhất giữa chúng với thước thẳng đặt áp sát xoay theo các phương không vượt quá 0,05 mm trên 100 mm tính từ điểm tì thước

+ Khe hở lớn nhất giữa chúng với thành thước kẻ góc vuông khi đặt thành kia áp sát các mặt kề bên của mẫu lập phương hoặc các đường sinh của mẫu trụ không vượt quá 1mm trên 100 mm tính từ điểm tì thước trên mặt kiểm tra

+ Đối với các viên mẫu lập phương và các viên nửa dầm đã uốn không lấy mặt tạo bởi đáy khuôn đúc và mặt hở để đúc mẫu làm hai mặt chịu nén

2.3.2.2 Tiến hành thí nghiệm

Mẫu được n n b ng máy n n thuỷ lực dùng để xác định cường độ chịu n n của

bê tông theo TCVN 3118: 993 [22], tốc độ gia tải trung bình là 6±4 kN/s với quy trình như sau:

- Đưa mẫu đã được chuẩn bị vào bàn n n, 2 mặt bên tiếp xúc với 2 mặt bàn n n

Để đảm bảo kích thước bề mặt tiếp xúc giống nhau gữa các mẫu n n, lót tấm đệm

truyền tải được làm b ng th p kích thước 150 x 150 mm được sử dụng đặt giữa bề mặt mẫu và mặt bàn n n

- Điều chỉnh 2 bàn n n áp sát mặt mẫu n n

- Đóng khóa dầu thủy lực của máy

- Mở van áp lực, bắt đầu quá trình gia tải, đến lúc mẫu bị phá hoại thì dừng lại, đọc kết quả trên màn hình máy n n

 với A – diện tích tiết diện ngang của mẫu; P là lực phá hoại

Cường độ chịu n n của bê tông được xác định từ các giá trị cường độ trung bình của các viên trong tổ mẫu theo điều 4.3 của TCVN 3118:1993 So sánh các giá trị cường độ n n lớn nhất và nhỏ nhất với cường độ n n trung bình Nếu cả hai giá trị đó đều không chênh lệch nhau quá 15% so với cường độ n n trung bình của các mẫu thì cháp nhận kết quả Nếu một trong hai giá trị đó lệch quá 15% so với cường độ n n trung bình thì loại bỏ cả hai kết quả lớn nhất và nhỏ nhất Khi đó cường độ n n của bê tông là cường độ n n của một viên mẫu còn lại

2.4 Những yếu tố ảnh hưởng đến cường độ nén của bê tông

2.4.1 Ảnh hưởng của hàm lượng muối chứa trong cát đồi

Hàm lượng muối có trong cát đồi sẽ đóng vai trò là chất xúc tác làm tăng nhanh thời gian ninh kết của bê tông trong khoảng thời gian ngắn ban đầu và làm giảm sự phát triển cường độ chịu n n tối đa của bê tông [16]

2.4.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ cát đồi thay thế cát sông trong hỗn hợp bê tông

Do cát đồi là cát hạt mịn, hầu hết cỡ hạt đều lọt qua sàng 1,25 mm và thành phần hạt tập trung ở một cỡ hạt nhất định với tỷ lệ lớn Khi tỷ lệ cát đồi trong hỗn hợp bê tông càng lớn thì lượng nước và xi măng dùng cho hỗn hợp bê tông sẽ tăng hơn so với hỗn hợp bê tông chỉ dùng cát sông, do tỷ diện bề mặt của cốt liệu nhỏ trong hỗn hợp cát sông cát đồi tăng hơn so với tỷ diện bề mặt cốt liệu nhỏ hoàn toàn là cát sông Nếu dùng một lượng nước và xi măng như nhau thì cấp phối bê tông có sử dụng cát đồi thay thế một phần cát sông sẽ có độ sụt thấp hơn độ sụt của hỗn hợp bê tông chỉ dùng cát sông dẫn đến làm giảm độ linh động bê tông tươi Đồng thời, do là cát mịn nên hỗn hợp bê tông có sử dụng cát đồi sẽ đạt cường độ cao hơn hỗn hợp bê tông chỉ sử dụng cát sông trong giai đoạn đầu nhưng càng về sau tại cùng thời điểm ngày tuổi bê tông chỉ sử dụng cát sông sẽ có cường độ cao hơn do tỷ lệ thành phần hạt trong cốt liệu nhỏ

Biểu đồ 2.1 Sự phụ thu c của cư ng đ bê tông vào lượng nước nhào tr n [6]

a – Vùng hỗn hợp bê tông cứng không đầm chặt được;

b – Vùng hỗn hợp bê tông có cường độ và độ đặc cao;

c – Vùng hỗn hợp bê tông dẻo;

d – Vùng hỗn hợp bê tông chảy

Quan sát hình biểu diễn ta dễ dàng nhận thấy:

- Khi lượng nước cho 1m3 bê tông là b (vùng a) thì khả năng đầm chặt của bê tông sẽ giảm dẫn đến cường độ giới hạn của bê tông khi n n là nhỏ;

- Khi lượng nước cho 1m3 bê tông là phù hợp (vùng b) thì bê tông có độ đặc và cường độ giới hạn của bê tông khi n n là cao;

- Khi lượng nước cho 1m3 bê tông tăng dần (vùng c & d) thì độ linh động của bê tông tăng dần dẫn đến cường độ giới hạn khi n n của bê tông cũng giảm dần

Độ rỗng tạo ra do lượng nước thừa có thể xác định b ng công thức:

- N, X: lượng nước và lượng xi măng trong 1 m3 bê tông, (kg);

- ω: lượng nước liên kết hóa học tính b ng % khối lượng xi măng Ở 28 ngày tuổi lượng nước liên kết hóa học khoảng 15 – 20 %

Mối quan hệ giữa cường độ bê tông với mác xi măng, tỷ lệ X/N được biểu thị

b ng các công thức của Bôlomy – Ckramkaep (Nga) như sau:

Đối với bê tông thường: N/X = 1,4÷2,5

- Rx: mác của xi măng (daN/cm2);

- Rbt: mác của bê tông yêu cầu ở 28 ngày tuổi (daN/cm2);

- A, A1: các hệ số thực nghiệm xác định từ điều kiện nguyên vật liệu và phương pháp xác định mác xi măng;

- X/N: là tỷ lệ xi măng trên nước

2.4.4 Hàm lượng và tính chất của cốt liệu

Trong bê tông tỷ lệ thể tích cốt liệu thường chiếm từ 50÷70% Tỷ lệ thành phần cốt liệu, loại cốt liệu, cấp phối hạt, độ lớn hạt cốt liệu và đặc trưng bề mặt của hạt cốt liệu có ảnh hưởng đến cường độ và cường độ chống nứt của bê tông

Cốt liệu lớn có cấp phối hạt hợp lý sẽ đảm bảo các hạt sắp xếp chặt chẽ, độ rỗng của bê tông nhỏ và nhau vậy cường độ bê tông sẽ cao

Kích thước lớn nhất của cốt liệu cũng ảnh hưởng khác nhau đến cường độ của bê tông Nếu kích thước cốt liệu lớn thì diện tích bề mặt riêng nhỏ sẽ tiết kiệm xi măng, cường độ chịu n n có thể tăng

Cốt liệu có nguồn gốc là đá Granit cho cường độ bê tông cao hơn so với cốt liệu

ứng suất và do đó ảnh hưởng đến tập trung ứng suất trong bê tông

Hạt cốt liệu càng lớn thì sự cản trở co ngót của xi măng càng lớn và sẽ gây ra nội ứng suất trong hồ xi măng và tạo ra các vi vết nứt trong bê tông trước khi khai thác Đây là yếu tố nguy hiểm đối với bê tông chất lượng cao Xu thế hiện nay là giảm dần đường kính lớn nhất của hạt cốt liệu lớn để tăng độ đồng nhất và khả năng chống nứt cho bê tông

Đặc trưng bề mặt cốt liệu ảnh hưởng đến lực liên kết giữa cốt liệu với đá xi măng Bê tông dùng sỏi tròn trơn thì vết nứt xảy ra ở ứng suất thấp hơn so với dùng đá dăm có dạng hạt nhám ráp, góc cạnh vì sự liên kết cơ học chịu ảnh hưởng của tính chất

bề mặt và hình dạng hạt cốt liệu lớn

2.4.5 Cấu tạo của bê tông

Cấu tạo của bê tông biểu thị b ng độ đặc của nó Độ đặc càng cao thì cường độ

bê tông càng lớn Cường độ bê tông phụ thuộc vào mức độ đầm chặt thông qua hệ số lèn K1 được xác định b ng công thức sau:

' ν 1 ν

ρ K ρ

Trong đó:

- ρ : là khối lượng thể tích thực tế của hỗn hợp bê tông sau khi lèn chặt, kg/m ' ν 3;

- ρ : là khối lượng thể tích tính toán của hỗn hợp bê tông, kg/m ν 3;

Thông thường hệ số lèn chặt K1 = 0,9÷0,95, riêng với hỗn hợp bê tông cứng, thi công trong điều kiện phù hợp thì hệ số lèn chặt có thể đạt 0,95 ÷ 0,98

2.4.6 Phụ gia tăng dẻo

Phụ gia tăng dẻo có tác dụng tăng tính dẻo cho bê tông nên có thể giảm bớt lượng nước nhào trộn, do đó cường độ bê tông sẽ tăng lên đáng kể

2.4.7 Phụ gia đông kết nhanh

Phụ gia đông kết nhanh có tác dụng đẩy nhanh quá trình thủy hóa của xi măng nên làm tăng nhanh sự phát triển cường độ bê tông dưỡng hộ trong điều kiện tự nhiên cũng như ngay sau khi dưỡng hộ nhiệt

2.4.8 Cường độ bê tông tăng theo thời gian

Trong quá trình rắn chắc cường độ bê tông không ngừng tăng lên Từ 7 đến 14 ngày đầu cường độ phát triển nhanh, sau 28 ngày chậm dần và có thể tăng đến vài năm gần nhau theo quy luật logarit: