BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

NGUYỄN HUỲNH MINH TUẤN

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG CÁT
SỬ DỤNG CÁT MỊN QUẢNG BÌNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT


HÀ NỘI - 2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

NGUYỄN HUỲNH MINH TUẤN

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG CÁT
SỬ DỤNG CÁT MỊN QUẢNG BÌNH

Ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình Dân dụng & Công nghiệp
Mã số: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. Nguyễn Tiến Dũng

HÀ NỘI - 2016


MỞ ĐẦU..........................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG CÁT VÀ GẠCH BÊ TÔNG. 4
1.1. Tổng quan về bê tông cát.........................................................................4
1.1.1. Khái niệm................................................................................................4
1.1.2. Tình hình sử dụng cát mịn trong xây dựng trên thế giới và tại Việt Nam
...........................................................................................................................8
1.2. Tổng quan về gạch bê tông....................................................................13
1.2.1. Khái niệm..............................................................................................13
1.2.2. Các tiêu chuẩn và yêu cầu kỹ thuật.......................................................19
1.2.3. Nguyên tắc chế tạo................................................................................22
1.2.4. Tính chất và ưu điểm của gạch bê tông.................................................24
CHƯƠNG 2: NGHİÊN CỨU THİẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG
CÁT VÀ CHẾ TẠO GẠCH BÊ TÔNG SỬ DỤNG CÁT MỊN QUẢNG
BÌNH...............................................................................................................34
2.1. Các yêu cầu chung..................................................................................34
2.1.1. Vật liệu chế tạo bê tông cát...................................................................34
2.1.2. Thiết kế thành phần bê tông cát.............................................................43
2.2. Công nghệ chế tạo gạch bê tông sử dụng cát mịn Quảng Bình..........51
2.2.1. Quy trình làm gạch bê tông tại Quảng Bình..........................................52
2.2.2. Một số loại gạch bê tông chế tạo thực nghiệm......................................60
CHƯƠNG 3 : XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG CÁT
VÀ GẠCH BÊ TÔNG CÁT SỬ DỤNG CÁT MỊN QUẢNG BÌNH.........63
3.1. Cường độ chịu nén của bê tông cát.......................................................63
3.2. Cường độ chịu nén của gạch bê tông....................................................64
3.2.1. Phương pháp thí nghiệm.......................................................................65
3.2.2. Kết quả thí nghiệm................................................................................67
3.3. Độ hút nước của gạch bê tông...............................................................69


3.3.1. Phương pháp thí nghiệm.......................................................................69

Bảng 3.7 : Độ rỗng của gạch...........................................................................68
Bảng 3.8 : Các yêu cầu về khuyết tật ngoại quan...........................................74
Bảng 3.9 : Kết quả thí nghiệm các khuyết tật ngoại quan...............................76


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Con đường La teste et Le Pyla ở thủ phủ Bordeau.........................10
Hình 1.2: Đường thử nghiệm đề tài “Nghiên cứu sử dụng cát duyên hải miền
Trung làm mặt đường bê tông xi măng cát trong xây dựng đường giao thông
nông thôn”.......................................................................................................12
Hình 1.3: Tòa nhà Giáo Hội tại San Pedro de Atacama, Chile được xây dựng
bằng vật liệu gạch không nung........................................................................15
Hình 1.4: Một dây chuyền sản xuất gạch bê tông trên thế giới.......................15
Hình 1.5: Khu đô thị cao cấp VinCom Village được xây dựng bằng gạch
không nung......................................................................................................18
Hình 1.6: Nhà văn hóa tỉnh Quảng Bình đang được xây dựng bằng vật liệu
gạch bê tông....................................................................................................19
Hình 1.7: Một số hình dáng cơ bản của gạch tiêu chuẩn................................20
Hình 1.8: Các bước làm gạch bê tông.............................................................23
Hình 1.9: Dây chuyền sản xuất gạch bê tông tại Việt Nam.............................24
Hình 2.1: Lấy mẫu cát mịn tại mỏ cát Võ Ninh, Quảng Ninh,Quảng Bình....35
Hình 2.2: Lấy mẫu cát mịn tại mỏ cát Chánh Hòa, Bố Trạch, Quảng Bình....36
Hình 2.3: Lấy mẫu cát mịn tại mỏ cát Thanh Thủy, Lệ Thủy,Quảng Bình.....36
Hình 2.4: Lấy mẫu cát mịn tại mỏ cát Sen Thủy, Lệ Thủy,Quảng Bình.........37
Hình 2.5: Thành phần hạt của cát mịn tại 4 mỏ cát tại Quảng Bình...............39
Hình 2.6: Đá 0-5 tại mỏ đá Áng Sơn - Quảng Bình........................................40
Hình 2.7:Thành phần hạt cát mịn, đá mạt và thành phần hạt hỗn hợp............40
Hình 2.8: Nhà máy gạch không nung COSEVCO I tại Quảng Bình..............53
Hình 2.9: Hệ thống dây chuyền ép gạch không nung tại nhà máy COSEVCOI
.........................................................................................................................53

vật liệu chính để chế tạo bê tông xi măng. Tuy nhiên, ở một số vùng, nguồn
vật liệu này khan hiếm hoặc có chi phí khai thác tương đối lớn trong khi có
nguồn cát dồi dào, dễ dàng khai thác. Mặt khác, theo tiêu chuẩn yêu cầu kỹ
thuật về cốt liệu cho bê tông và vữa (TCVN 7570: 2006), cát dùng để chế tạo
bê tông thường có kích thước hạt chủ yếu (90-100%) từ 0,14 ÷ 5mm với
môđun độ lớn từ 2÷3,2. Bởi vậy một lượng lớn cát trong tự nhiên không đạt
các chỉ tiêu này và không được sử dụng để chế tạo bê tông thông thường,
hoặc chỉ được chế tạo vữa và bê tông cấp thấp có phạm vi áp dụng hẹp. Vấn
đề đặt ra là làm thế nào để tận dụng có hiệu quả nguồn vật liệu cát sẵn có ở
từng địa phương. Bê tông cát là một loại bê tông xi măng chỉ sử dụng cốt liệu
nhỏ. Hỗn hợp cốt liệu nhỏ này được tạo nên bởi các loại cát có môđun độ lớn
khác nhau sao trên cở sở tối ưu hoá độ đặc. Đây là một loại vật liệu mới cần
được nghiên cứu để đưa ra ứng dụng thực tế phù hợp với đặc điểm của từng
công trình ở các địa phương khác nhau.
Hiện nay ở vùng duyên hải miền Trung nói chung và tỉnh Quảng Bình
nói riêng, việc tìm kiếm, khai thác đá dăm có thành phần hạt đạt tiêu chuẩn để
chế tạo bê tông thông thường đang gặp nhiều khó khăn. Việc ứng dụng bê
tông cát sẽ tận dụng được nguyên liệu cát sẵn có tại địa phương và đem lại
hiệu quả kinh tế bởi yếu tố tại chỗ và dễ dàng khai thác, vận chuyển.
Mặt khác, các loại vật liệu không nung đang được các sở ban ngành của
tỉnh Quảng Bình đặc biệt quan tâm vì chất lượng cao, giá thành rẻ lại rất thân
thiện với môi trường và có thể sử dụng nguồn vật liệu sẵn có tại địa phương là
nguồn cát mịn dồi dào.


2

Xuất phát từ điều kiện thực tế đó, đề tài “Nghiên cứu chế tạo bê tông
cát sử dụng cát mịn Quảng Bình” nhằm nghiên cứu chế tạo, đánh giá một số
đặc tính kỹ thuật quan trọng của bê tông cát và gạch bê tông sử dụng nguồn

Chương 2: Nghiên cứu thiết kế thành phần bê tông cát và chế tạo gạch
bê tông sử dụng cát mịn Quảng Bình.
Chương 3: Xác định các chỉ tiêu cơ lý của bê tông cát và gạch bê tông
cát sử dụng cát mịn Quảng Bình.


4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG CÁT VÀ GẠCH BÊ TÔNG
1.1. Tổng quan về bê tông cát
1.1.1. Khái niệm
Bê tông cát là một loại bê tông hạt mịn có thành phần cơ bản bao gồm
cát, xi măng, chất độn mịn và nước. Cùng với các thành phần cơ bản này và
để thảo mãn một số yêu cầu sử dụng, các chất phụ đặc biệt khác cũng có thể
thêm vào như đá dăm, phụ gia hóa học. Một số thành phần khác như sợi, chất
tạo màu vẫn dùng như bê tông truyền thống.
Khi thành phần bê tông cát có đá dăm với tỷ lệ Đá dăm/Cát
sợi thủy tinh, sợi thực vật…) để tăng cường sức kháng kéo cho bê tông.
Thành phần bê tông cát:
- Cát: Cát là thành phần chính của bê tông cát. Cát sử dụng có thể là cát
bồi, cát mỏ hoặc cát nghiền từ đá khối hay đá vụn và có thành phần hạt phù
hợp với tiêu chuẩn Việt Nam hay quốc tế. Yêu cầu quan trọng đối với cát là
độ sạch của nó. Hàm lượng tạp chất lớn sẽ làm tăng lượng dùng xi măng và
có thể dẫn tới phá hoại cấu trúc của bê tông nên phải khống chế chặt chẽ.
- Các hạt mịn (chất độn hạt mịn):
Một trong nhữn yếu tố quyết định đến cường độ và độ bền của bê tông


6

là tối ưu hoá độ đặc của hỗn hợp cốt liệu. Khi hỗn hợp cốt liệu có độ đặc hợp
lý sẽ cho phép giảm hàm lượng lượng xi măng và bê tông đạt được cường độ
cao. Để đạt được độ đặc hợp lý cần chú ý đến cấp phối của hỗn hợp cốt liệu,
cũng như năng lượng đầm chặt bê tông.
Sự khác nhau giữa bê tông thường, bê tông cát và vữa xi măng cát chủ
yếu dựa trên sự khác nhau về cấp phối thành phần hạt. Độ đặc tối ưu, khi xét
về mặt cấp phối thành phần hạt tuân theo nguyên tắc: các hat mịn lấp đầy lỗ
rỗng của các hạt lớn.
Hàm lượng hạt mịn thông thường sử dụng từ 70-220 kg/m3 và thậm chí
lớn hơn. Các đặc tính của chúng có ảnh hưởng lớn đến các tính chất của hỗn
hợp bê tông. Vì vậy cần lưu ý đến nguồn gốc, hình dạng và kích thước của hạt
mịn.
Các hạt mịn ngoài vai trò đặc biệt quan trọng là thay thế một phần xi
măng trong bê tông cát và tăng độ đặc chắc cho bê tông cát thì các hạt mịn
còn làm tăng độ chảy và chống phân tầng cho hỗn hợp bê tông. Các loại hạt
mịn có thể là các loại phụ gia khoáng hoạt tính như tro bay, muội silic, xỉ lò
cao, tro nhiệt điện, tro trấu và các loại phụ gia khoáng trơ như bột đá, mêta

đầm và hoàn thiện hỗn hợp bê tông cát dễ dàng hơn so với hỗn hợp bê tông
thường. Vì vậy, khi sử dụng bê tông cát có thể tiết kiệm được năng lượng khi
trộn, đổ, đầm và hoàn thiện.
+ Bê tông cát sử dụng các bột mịn làm vai trò cốt liệu nhỏ, nên có hiệu
quả trong việc tăng độ chặt, tạo ra cường độ cao hơn.
+ Cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông cát cao hơn so với cường độ
chịu kéo khi uốn của bê tông thường có cường độ chịu nén tương đương.
+ Cường độ chịu nén của bê tông cát đạt yêu cầu về cường độ tối thiếu
quy định của bê tông cát khi thiết kế và cao xấp xỉ bằng cường độ chịu nén
của bê tông thường.
+Tính dính bám với cốt thép của bê tông cát giống như bê tông thường.
+ Co ngót của bê tông cát: Nếu bê tông cát mịn làm việc trong môi
trường thông thường thì co ngót của bê tông cát lớn hơn đáng kể so với bê
tông thường. Hiện tượng co ngót do bay hơi nước của bê tông cát mịn có thể
được hạn chế bằng cách lựa chọn chế độ bảo dưỡng thích hợp.


8

Co ngót dẻo của bê tông xi măng thường xảy qua các giai đoạn: giai
đoạn 1 (từ 0 - 1 giờ) chưa co ngót, thể tích vật liệu hơi tăng một ít; giai đoạn 2
(từ 1 - 5 giờ) co ngót phát triển nhiều nhất và có tốc độ khá cao; giai đoạn 3
(từ 5-24 giờ) co ngót chậm lại, vật liệu không co ngót tự do như giai đoạn 2,
tổng giá trị tích lũy nhiều hơn nên dễ hình thành vết nứt ở những vị trí đạt đến
cường độ chịu kéo tới hạn. Co ngót dẻo của bê tông cát cao hơn so với bê
tông thường. Một trong những biện pháp hạn chế co ngót xảy ra trong bê tông
cát là chú ý bảo dưỡng ở giai đoạn từ 1-5 giờ; hoặc có thể thay thế bột đá vôi
bằng tro bay hoặc phụ gia khoáng hoạt tính khác để tăng độ đặc chắc cho
vùng tiếp giáp giữa cốt liệu và đá xi măng, từ đó cải thiện được tác động co
ngót của bê tông cát.

quốc gia Nghiên cứu và phát triển “ (SABLOCKRETE) và bắt đầu với sự hợp
tác của các nước Nga, Ma Rốc, Mỹ, An-giê-ri..... Dự án này đã được đánh giá
là một trong những dự án quy mô nhất về bê tông cát. Những kết quả của dự
án này đã được công nhận trên thế giới và giúp các nước Bắc Phi như Algeri,
Maroc, Ghana, A rập.... sử dụng bê tông cát để xây dựng rất hiệu quả.
Thực tế, nguồn khai thác cát là rất phong phú và trong lĩnh vực xây
dựng dân dụng và cầu đường thì việc sử dụng cốt liệu lớn, cũng như việc khai
thác đá ngày càng bị hạn chế do làm mất cân bằng sinh thái. Một trong những
ứng dụng điển hình của bê tông cát trong xây dựng cầu đường là con đường
La teste et Le Pyla ở thủ phủ Bordeaux, Pháp đã được xây dựng bằng vật liệu
bê tông cát. Nguồn cát lấy tại khu vực cồn cát Pyla, cồn cát cao nhất châu Âu
(Hình 1.1).


10

Hình 1.1: Con đường La teste et Le Pyla ở khu vực Bordeaux, CH Pháp
1.1.2.2 Tại Việt Nam
Với đường bờ biển dài hơn 3000 km và hệ thống sông ngòi dày đặc, trữ
lượng cát mịn ở Việt Nam rất dồi dào và đa dạng. Mặt khác, nhu cầu xây
dựng các công trình ven biển sử dụng bê tông xi măng cũng ngày càng tăng.
Trước tình hình đó, các nhà khoa học trong nước đã chú ý đến việc nghiên
cứu sử dụng nguồn cát mịn tự nhiên để sản xuất bê tông xi măng. Các đề tài
nghiên cứu sử dụng cát đen, cát mịn trong xây dựng đã được nhiều trường đại
học như Đại học Giao thông vận tải, Xây dựng, Thuỷ lợi... quan tâm nghiên
cứu.
Từ năm 1962, Viện Kỹ thuật Giao thông Vận tải (nay là Viện khoa học
công nghệ Giao thông Vận tải) đã tổng hợp một số tài liệu nghiên cứu trên thế
giới, chủ yếu của Pháp về sử dụng cát mịn làm bê tông xi măng. Sau đó, đã
tiến hành thí nghiệm đúc mẫu bê tông xi măng sử dụng cát mịn kiểm tra

nhiên và bê tông cát có sử dụng tro bay lần lượt là 5% và 8%. Ngoài ra, các
đặc tính về độ bền của bê tông cát, tính chất co ngót hay tính chất về nhiệt của
bê tông cát đều đáp ứng được so với bê tông thường. Một đoạn đường bằng
vật liệu bê tông cát đã được chế tạo thử nghiệm trong khuôn khổ đề tài này.


12

Hình 1.2: Đường thử nghiệm đề tài “Nghiên cứu sử dụng cát duyên hải
miền Trung làm mặt đường bê tông xi măng cát trong xây dựng đường
giao thông nông thôn”
Năm 2014, nhóm nghiên cứu Trung tâm Vật liệu Xây dựng Miền Nam,
Viện Vật liệu xây dựng, thuộc Bộ xây dựng báo cáo đề tài “Nghiên cứu sử
dụng cát mịn vùng ĐBSCL chế tạo bê tông và vữa xây dựng”. Theo báo cáo
này, trong những năm qua, ngành sản xuất bê tông của Việt Nam, nhất là khu
vực phía Nam, đang đối mặt với tình trạng khan hiếm cát chất lượng tốt.
Trong khi đó, nguồn cát mịn tập trung nhiều ở Đồng Tháp, An Giang, Bến Tre
với trữ lượng rất dồi dào (hơn 850 triệu m3) chủ yếu chỉ dành cho san lấp; cát
sử dụng cho bê tông còn hạn chế bởi hàm lượng bụi, bùn, sét lớn, đặc biệt
môđun độ lớn chủ yếu tập trung từ 0,7 - 2,0. Điều này dẫn đến sự lãng phí lớn
nguồn tài nguyên thiên nhiên. Do đó, việc nghiên cứu sử dụng cát mịn vùng
ĐBSCL cho chế tạo bê tông là hết sức cần thiết, nhằm đơn giản hóa khâu thiết
kế cấp phối và sử dụng nguyên vật liệu đầu vào sẵn có tại địa phương, góp
phần giải quyết khó khăn về khan hiếm cát hạt thô trong xây dựng hiện nay và
trong tương lai không xa. Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu sử dụng cát mịn
vùng ĐBSCL làm cốt liệu chế tạo bê tông tới cường độ chịu nén 60MPa và
vữa xây dựng; xây dựng hướng dẫn sử dụng cát mịn vùng ĐBSCL để chế tạo
bê tông và vữa xây dựng; lập quy trình xử lý cát nhiễm mặn, lẫn nhiều tạp
chất. Nhóm đề tài đã tiến hành khảo sát sự phân bố và trữ lượng cát vùng


cầu về cường độ chịu nén, độ hút nước, độ thấm nước ... mà không cần nung


14

ở nhiệt độ cao. Cường độ của gạch bê tông được gia tăng nhờ lực ép hoặc
rung hoặc cả ép lẫn rung lên viên gạch trong quá trình tạo hình.
Gạch bê tông là sản phẩm gạch làm từ nguyên liệu chính là xi măng,
cát, đá dăm sau khi pha trộn theo tỷ lệ nhất định rồi được ép bằng máy với
cường độ cao do vậy mà sản phẩm có cường độ và độ bền tốt, thích hợp cho
việc xây dựng tường chịu lực.
Gạch bê tông cốt liệu sản xuất ra dùng để thay thế gạch đất sét nung
truyền thống đang làm lãng phí tài nguyên đất và hủy hoại môi trường. Công
nghệ sản xuất sạch không gây ra khí thải độc hại ảnh hưởng đến môi trường.
Về bản chất của sự liên kết tạo hình, gạch bê tông khác hẳn gạch đất
nung truyền thống. Quá trình sử dụng gạch bê tông, do các phản ứng hoá
đá của nó trong hỗn hợp tạo gạch sẽ tăng dần độ bền theo thời gian. Tất cả các
tổng kết và thử nghiệm trên đã được cấp giấy chứng nhận: Độ bền, độ rắn
viên gạch bê tông tốt hơn gạch đất sét nung đỏ và đã được kiểm chứng ở tất
cả các nước trên thế giới: Mỹ, Đức, Trung Quốc, Nhật Bản,...
Mặc dù gạch bê tông được dùng phổ biến trên thế giới nhưng ở Việt
Nam gạch bê tông vẫn chiếm tỉ lệ thấp.
1.2.1.1. Tình hình sử dụng gạch bê tông trên Thế giới và ở Việt Nam
* Trên thế giới:
Trên thế giới, gạch bê tông đã phát triển mạnh và là sản phẩm phổ biến
trong xây dựng. Tại các nước phát triển, gạch bê tông chiếm tỉ lệ cao (trên
70%), gạch đất nung chiếm tỉ lệ thấp (chủ yếu là các loại gạch trang trí, có giá
thành cao, không sử dụng cho xây tường). Ngay tại Trung Quốc, trước đây
cũng chỉ có gạch nung truyền thống, hiện nay gạch không nung nói chung đã
chiếm tới 60% tỉ trọng. Gạch bê tông cường độ cao, khối lượng thể tích nhỏ,

xanh, hoàn toàn xây dựng bởi vật liệu thân thiện với môi trường như vật liệu
không nung.
* Tại Việt Nam:
Ở Việt Nam, nhu cầu về vật liệu xây dựng rất cao do nước ta đang
trong giai đoạn phát triển. Dự báo đến năm 2020 nhu cầu sử dụng gạch của
nước ta là khoảng 42 tỷ viên, nhưng hiện tại vật liệu không nung chỉ chiếm
khoảng 8 - 10% tổng vật liệu xây xây dựng. Tính đến năm 2014, cả nước có
hơn 1.000 dây chuyền sản xuất gạch không nung với công suất 7 triệu
viên/năm trở lại, 50 dây chuyền công suất từ 7 - 40 triệu viên/năm.
Gạch chưng áp (AAC) có 22 doanh nghiệp đầu tư dự án, trong đó có 9
nhà máy hoạt động. Gạch bê tông bọt 17 dây chuyền, nhưng hoạt động cầm
chừng. Ở Việt Nam vật liệu không nung phát triển chậm do thói quen sử dụng