ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

PHẠM TRƢỜNG HIẾU

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA VIỆC SỬ DỤNG CÁT
BIỂN KHU VỰC THỪA THIÊN - HUẾ TỚI SỰ PHÁT TRIỂN
CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp
Mã số: 60.58.02.08

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng – Năm 2017


Công trình hoàn thành tại
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. Trƣơng Hoài Chính

Phản biện 1: PGS. TS. Phạm Thanh Tùng
Phản biện 2: TS. Nguyên Văn Chính

Luận văn sẽ đƣợc bảo vệ trƣớc hội đồng chấm Luận văn tốt
nghiệp thạc sĩ kỹ thuật xây dựng họp tại Trƣờng Đại học Bách khoa
vào ngày 07 tháng 7 năm 2017

Có thể tìm hiểu Luận văn tại:
- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại trƣờng Đại học Bách

mới nhƣ “hỗn hợp bê tông sử dụng nƣớc, cát biển”, “hỗn hợp bê tông
sử dụng nƣớc biển, cát biển”…để giải quyết các vấn đề trên hoặc để
tận dụng nguồn vật liệu dồi dào sẵn có ở địa phƣơng nhằm giảm bớt


-2chi phí xây dựng công trình cho các vùng ven biển (đặc biệt là vùng
biển Thuận An – Tỉnh Thừa Thiên - Huế).
Khi tận dụng đƣợc các nguồn tài nguyên thiên nhiên vùng biển
Thuận An – Thừa Thiên - Huế sẵn có này sẽ mang lại hiệu quả kinh
tế rất lớn trong xây dựng công trình cho tỉnh Thừa Thiên - Huế nói
chung và huyện Phú Vang nói riêng. Với những lý do sau:
- Tiến độ nhanh nhờ vật liệu sẵn có và giảm đƣợc nhân lực
trên công trƣờng;
- Giảm chi phí làm các công trình phụ nhƣ: bãi tập kết vật liệu,
bể nƣớc,…
- Giảm giá thành thi công công trình;
- Giảm nguồn ô nhiễm bụi và tiếng ồn do vận chuyển vật liệu,
tạo môi trƣờng làm việc an toàn hơn.
Mặc dù có một số đề tài nghiên cứu chế tạo bê tông cấp phối
từ nƣớc biển, cát biển đã thực hiện tại một số trung tâm, viện nghiên
cứu, trƣờng đại học nhƣng hiện nay khái niệm bê tông cấp phối từ
nƣớc biển, cát biển vẫn còn khá mới mẻ với nhiều đơn vị tƣ vấn và
thi công ở nƣớc ta, đặc biệt là các đơn vị trên địa bàn tỉnh Thừa
Thiên - Huế. Do vậy việc tiến hành nghiên cứu sự phát triển cƣờng
độ chịu nén của bê tông B20 theo cấp phối chuẩn khi sử dụng xi
măng PCB40 với vật liệu đƣợc khai thác tại chỗ sẽ là tiền đề cho
việc thiết kế thành phần cấp phối chính xác cho bê tông B20 sử dụng
nƣớc biển, cát biển sau này, giúp cho các kỹ sƣ thiết kế có thêm lựa
chọn về phƣơng án sử dụng vật liệu tại chỗ trong một số cấu kiện bê
tông không cốt thép, các đơn vị thi công có thể sử dụng giải pháp cấp

thủy hóa của xi măng tạo thành khoáng ettringite, friedelt, đây là một
loại khoáng không ổn định (có thành phần chính là CaSO4 .2H 2O và
CaCl2 .10H 2O ), có thể tích lớn hơn thể tích hợp chất ban đầu nhiều
lần, sẽ sinh ra nội lực phá vỡ cấu trúc bê tông của vật liệu bê tông đã
đông cứng.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Đề tài đã thu thập, phân tích, tổng hợp, các số liệu liên quan,
sử dụng các phƣơng pháp để nghiên cứu đánh giá nguyên liệu địa
phƣơng và chất kết dính để chế tạo bê tông.
- Sử dụng phƣơng pháp tính toán lý thuyết kết hợp thực
nghiệm để nghiên cứu thiết kế và tính toán thành phần hỗn hợp bê
tông B20 với các vật liệu khác nhau để so sánh.
5. Cấu trúc luận văn
Đề tài của luận văn đƣợc trình bày với cấu trúc nhƣ sau:


-4MỞ ĐẦU
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ CÁC VẬT
LIỆU CẤU THÀNH
CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM PHÂN
TÍCH ĐẶC TÍNH CƠ LÝ CỦA CÁT BIỂN, NƢỚC BIỂN VÀ
CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG
CHƢƠNG 3. THÍ NGHIỆM THỰC NGHIỆM
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO


-5CHƢƠNG 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

Nƣớc biển có thể dùng để chế tạo bê tông cho những kết cấu
làm việc trong nƣớc biển, nếu tổng các loại muối không vƣợt quá
35g trong 1 lít nƣớc biển.
1.1.2.5. Chất phụ gia
1.2. Nguyên lý hình thành bê tông thông qua phản ứng thủy hóa
của xi măng
1.2.1. Giai đoạn hòa tan
1.2.2. Giai đoạn hóa keo
1.2.3. Giai đoạn kết tinh
1.3. Một số nghiên cứu trên thế giới về ảnh hƣởng của cát biển,
nƣớc biển đến chất lƣợng của bê tông
1.3.1. Tình hình nghiên cứu và sử dụng cốt liệu khai thác từ
biển để chế tạo bê tông trên thế giới và trong nước
1.3.1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
1.3.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
1.3.2. Ảnh hưởng của cát biển, nước biển trong quá trình chế
tạo
1.3.3. Ảnh hưởng của cát biển, nước biển trong quá trình khai
thác sử dụng
Nhận xét chƣơng 1
Để biết đƣợc ảnh hƣởng của việc sử dụng nƣớc biển, cát biển
Thừa Thiên Huế tới sự phát triển cƣờng độ chịu nén của bê tông. Tác
giả đề xuất chế tạo ba loại cấp phối mẫu để thí nghiệm so sánh cƣờng
độ kháng nén trong thời gian 90 ngày, với các loại cấp phối nhƣ sau:
- Cấp phối 1: B20 dùng Cát biển – Nƣớc biển – Đá Dmax =
20mm – Xi măng Kim đỉnh PCB40 – Sụt 6÷8cm;


-7- Cấp phối 2: B20 dùng Cát biển – Nƣớc sông - Đá Dmax =
20mm – Xi măng Kim đỉnh PCB40 – Sụt 6÷8cm;

Để đánh giá cƣờng độ chịu nén của các loại bê tông, tác giả đã
sử dụng phƣơng pháp thí nghiệm theo tiêu chuẩn TCVN 3118:1993
“Bê tông nặng – Phƣơng pháp xác định cƣờng độ chịu nén”.


-92.4.1. Thiết bị thử

Hình 2.3. Máy nén mẫu
2.4.2. Chuẩn bị mẫu thử
- Tất cả các mẫu thử đều đƣợc đúc trƣớc và bảo dƣỡng đạt yêu
cầu kỹ thuật của các tiêu chuẩn sau:
+ Đúc mẫu đƣợc lấy theo TCVN 3105 : 1993 “Hỗn hợp bê
tông năng và bê tông nặng – Lấy mẫu chế tạo và bảo dƣỡng mẫu
thử”;
+ Thử độ sụt lấy theo TCVN 3106:1993 “Hỗn hợp bê tông
nặng – Phƣơng pháp thử độ sụt”.

a) Mẫu thử trước khi nén 60 ngày

b) Mẫu thử sau khi nén 60

tuổi

ngày tuổi
Hình 2.4. Chuẩn bị mẫu thử nén


- 10 2.4.2.1. Đúc mẫu

a) Trộn vữa

Hàm lƣợng muối có trong cát biển 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 cƣờng độ chịu nén tối
đa của bê tông.
2.5.2. Ảnh hưởng của hàm lượng muối chứa trong nước biển
Quá trình tấn công của nƣớc biển đổi với cƣờng độ chịu nén
của bê tông có thể khái quát hóa nhƣ sau:
Nƣớc biển chứa các thành phần hóa học tấn công làm tổn hại
đến độ bền của bê tông. Cụ thể, Mg 2 , SO42 , Cl  ...CO2 tấn công sản
phẩm hydrate của xi măng (Ca(OH)2, CaO.Al2O3.CaSO4.18H2O, CS-H) đƣợc diễn giải theo các phản ứng dƣới đây:
- MgSO4 phản ứng với Ca(OH)2 hình thành các brucite
Mg(OH)2 và thạch cao CaSO4.2H2O theo phƣơng trình (2.1):
MgSO4  Ca(OH ) 2  Mg (OH ) 2  CaSO4 .2H 2 O

(Pt 2.1)

và phản ứng với monosulfoaluminate hydrate tạo thành
ettringite theo phƣơng trình (2.2):


- 12 MgSO4  Ca(OH ) 2  CaO. Al 2O3 .CaSO4 .18H 2O
(Pt 2.2)
 Mg (OH ) 2  3CaO. Al 2O3 .3CaSO4 .32 H 2O
- MgCl2 phản ứng với Ca(OH)2 hình thành brucite và calcium
chloride CaCl2 theo phƣơng trình (2.3):
MgCl 2  Ca(OH ) 2  Mg (OH ) 2  CaCl 2

(Pt 2.3)

- Carbon dioxide CO2 hòa tan trong nƣớc biển tác dụng với

giảm cƣờng độ chịu nén của bê tông đƣợc chế tạo từ nƣớc biển.


- 13 2.5.3. Mác xi măng và tỷ lệ X/N
2.5.4. Hàm lượng và tính chất của cốt liệu
2.5.5. Cấu tạo của bê tông
2.5.6. Phụ gia tăng dẻo
2.5.7. Phụ gia đông kết nhanh
2.5.8. Cường độ bê tông tăng theo thời gian
2.5.9. Điều kiện môi trường bảo dưỡng
2.5.10. Điều kiện thí nghiệm
Nhận xét chƣơng 2
Để xác định ảnh hƣởng của nƣớc biển, cát biển đến cƣờng độ
chịu nén của bê tông, tác giả tiến hành đúc mẫu và thí nghiệm nén ở
các ngày tuổi 3, 7, 14, 28, 56, 84 nhằm mục đích:
- Xác định sự phát triển cƣờng độ chịu nén của các loại cấp
phối bê tông đã chọn theo thời gian;
- Vẽ biểu đồ thể hiện sự phát triển cƣờng độ nén của các mẫu
thí nghiệm theo thời gian ứng với từng loại cấp phối đã lựa chọn, từ
đó so sánh và đánh giá đƣợc ảnh hƣởng của nƣớc biển, cát biển đến
sự phát triển cƣờng độ nén của bê tông.


- 14 CHƢƠNG 3. THÍ NGHIỆM THỰC NGHIỆM
3.1. Mục đích thí nghiệm
Thí nghiệm xác định cƣờng độ chịu nén của các loại cấp phối
bê tông làm từ nƣớc biển, cát biển (cấp phối 1), làm từ cát biển, nƣớc
sông (cấp phối 2) theo các ngày tuổi 3, 7, 14, 28, 56, 84 nhằm mục
đích so sánh sự phát triển cƣờng độ chịu nén với loại cấp phối bê
tông đƣợc chế tạo từ các vật liệu thông thƣờng là cát sông, nƣớc sông

Hàm lƣợng bụi bùn sét
Mô đun độ lớn
Lƣợng hạt trên sàng 5mm

Đơn vị
kg/m3
g/cm3
%
%
%

Kết quả
1354
2,64
0,98
1,09
2,55
0,00

PP thí nghiệm
TCVN 7572-6: 2006
TCVN 7572-4: 2006
TCVN 7572-4: 2006
TCVN 7572-8: 2006
TCVN 7572-2: 2006
TCVN 7572-8: 2006


- 15 Bảng 3.2. Thành phần hạt của cát sông An Lỗ
Kích thƣớc mắt

luỹ (%)
4,94
26,26
48,36
78,32
97,27
-

YCKT (%)
TCVN
7570:2006
0 - 20
15- 45
35 - 70
65 - 90
90 - 100
≤10

Biểu đồ 1.1: Thành phần hạt cát sông An Lỗ
Nhận xét: Cát sông mỏ An Lỗ có các chỉ tiêu đạt yêu cầu dùng
cho bê tông theo TCVN 7570 : 2006.
Chỉ tiêu cơ lý của cát biển Thuận An:
Kết quả thí nghiệm thu đƣợc thể hiện ở các bảng 3.3 & 3.4 và
biểu đồ 3.2 nhƣ sau:
Bảng 3.3. Các tính chất cơ lý của cát biển thuộc mỏ Thuận An
STT
1
2
3
4

TCVN 7572-8: 2006
TCVN 7572-2: 2006
TCVN 7572-8: 2006


- 16 Bảng 3.4. Thành phần hạt của cát biển thuộc mỏ Thuận An
Kích thƣớc mắt
sàng (mm)

Khối lƣợng trên
sàng (g)

Lƣợng sót
riêng (%)

Lƣợng sót
tích luỹ (%)

YCKT (%)
TCVN 7570:2006

2.5
1.25
0.63
0.315
0.14

Kết quả thí nghiệm thu đƣợc thể hiện ở các bảng 3.5 & 3.6 và
biểu đồ 3.3 nhƣ sau:
Bảng 3.5. Các tính chất cơ lý của đá dăm 1x2cm thuộc mỏ Ga Lôi
STT
1
2
3
4
5
6

Tính chất cơ lý
Khối lƣợng thể tích xốp
Khối lƣợng riêng
Độ hút nƣớc
Độ nén đập
Hàm lƣợng hạt thoi dẹt
Hàm lƣợng bụi, bùn, sét
chung

Đơn vị
kg/m3
g/cm3
%
%
%

Kết quả
1368
2,65


YCKT (%)
TCVN 7570:2006

40
20
10
5

cỡ hạt lớn nhất của cốt liệu (Dmax), mô đun độ lớn của cát tra bảng để
tìm lƣợng nƣớc cho 1m3 bê tông theo bảng 3.8:
Bảng 3.8. Lƣợng nƣớc trộn ban đầu cần cho 1m3 bê tông (lít)


- 19 3.3.3. Xác định tỉ số chất kết dính/nước (X/N)
Tỉ số chất kết dính/nƣớc đƣợc xác định theo công thức 2.3:
RBT  A.R x (

R
X
X
 0,5)   BT  0,5
N
N A.R x

(2.3)

3.3.4. Tính toán hàm lượng xi măng
Hàm lƣợng xi măng cho 1m3 bê tông đƣợc xác định theo công
thức 3.2:
X 

X
N (kg)
N

(3.2)

3.3.5. Tính toán hàm lượng cốt liệu lớn

  x  d  n 


(3.5)

Bảng 3.17. Tổng hợp thành phần cốt liệu cho 1m3 bê tông ứng với
từng loại cấp phối.
Cấp phối

Hàm lƣợng xi
măng X (kg)

Cốt liệu lớn (đá
dăm) D (kg)

Cốt liệu nhỏ
(cát) C (kg)

Cấp phối 1
Cấp phối 2
Cấp phối 3

396,76
396,76
358,75

1145,32
1145,32
1122,99


91,13
91,13

Hàm lƣợng
xi măng Xm
(kg)
36,15
36,15
32,69

Cốt liệu lớn
(đá dăm) Dm
(kg)
104,37
104,37
102,33

Cốt liệu nhỏ
(cát) Cm (kg)

Nƣớc
Nm (lít)

56,34
56,34
61,70

19,14
19,14
18,68

(Cát biển – Nƣớc biển)
Cấp phối 2
19,53
25,74
26,63
27,23
27,27
27,45
(Cát biển – Nƣớc sông)
Cấp phối 3
16,34
21,51
26,31
28,54
28,62
28,97
(Cát sông – Nƣớc sông)
* Ghi chú:
- Mẫu chuẩn 150x150x150mm có diện tích ép mẫu F=150x150 mm2.
- Kết quả trên là giá trị tính toán của 3 viên ép mẫu theo từng ngày tuổi ứng với từng loại cấp
phối theo TCVN 3118:1993.


- 21 Kết quả đƣợc biểu thị trên biểu đồ 3.4:

Biểu đồ 3.4: Sự phát triển cƣờng độ nén của các mẫu thí nghiệm ứng
với các ngày tuổi (3, 7, 14, 28, 56, 84)
Nhận xét chƣơng 3
Từ kết quả thí nghiệm ta nhận thấy:
- Các chỉ tiêu cơ lý cho thấy cát ở biển Thuận An: mô đun độ

3;
- Cấp phối 3 có sự phát triển cƣờng độ nén tăng đều trong 28
ngày (mạnh nhất trong giai đoạn từ 3 đến 14 ngày tuổi). Sau 28 ngày
cƣờng độ nén vẫn tăng nhƣng lƣợng tăng không đáng kể;
- Mẫu đúc bằng cát biển, nƣớc biển (cấp phối 1) có cƣờng độ
chịu nén thấp hơn so với mẫu đúc bằng cát sông, nƣớc sông (cấp
phối 3) từ 11 ÷ 12% ở 28 ngày tuổi;
- Mẫu đúc bằng cát biển, nƣớc sông (cấp phối 2) có cƣờng độ
chịu nén thấp hơn so với mẫu đúc bằng cát sông, nƣớc sông từ 5 ÷
6% ở 28 ngày tuổi;
- Cả ba loại cấp phối đều cho cƣờng độ chịu nén của các mẫu
thử lớn hơn 25 (MPa) ở 28 ngày tuổi


- 23 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
Từ các kết quả nghiên cứu, tác giả kết luận nhƣ sau:
- Hàm lƣợng muối chứa trong cát biển, nƣớc biển ảnh hƣởng
đến sự phát triển cƣờng độ chịu nén theo ngày tuổi của bê tông cụ
thể:
+ Muối trong cát biển, nƣớc biển tác động làm đẩy nhanh sự
phát triển cƣờng độ chịu nén của bê tông trong 7 ngày tuổi đầu.
+ Muối trong cát biển, nƣớc biển tác động làm suy giảm nhanh
sự phát triển cƣờng độ chịu nén của bê tông thông qua các phản ứng
hóa học để hình thành các khoáng kém bền gây mềm hóa bê tông
theo thời gian.
- Bê tông chế tạo từ cát biển có mô đun độ lớn hạt cát nhỏ nên
cƣờng độ chịu nén cuối cùng (28 ngày tuổi) nhỏ hơn bê tông đƣợc
chế tạo từ cát sông xét trên cùng một thiết kế cấp phối.
- Việc sự dụng cát biển để chế tạo bê tông cho các kết cấu