>> Sử dụng cát biển và tro bay chế tạo bê tông làm việc trong môi trường biển tại Việt Nam (P1)

3. Kết quả nghiên cứu và bàn luận

3.1. Ảnh hưởng của loại cát sử dụng đến lượng nước trộn của hỗn hợp bê tông
 

Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của loại cát sử dụng đến tính chất của hỗn hợp bê tông (HHBT) được thể hiện trong Bảng 6. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của cát biển đến lượng nước trộn của hỗn hợp bê tông được thể hiện trong Hình 1.
 

 

Kết quả thí nghiệm xác định hàm lượng nước trộn để hỗn hợp bê tông sử dụng các loại cát khác nhau đạt độ sụt trong khoảng 14 - 
16 cm như thể hiện trong Hình 1 cho thấy, đối với các cấp phối sử dụng cát biển, bê tông sử dụng cát biển nguyên khai và cát biển qua rửa có cùng mô đun độ lớn với cát sông (mô đun 2,5) có lượng nước trộn cơ bản tương đương nhau, dao động trong khoảng từ 185 -189 lít/m³. Khi sử dụng các loại cát kết hợp với tro bay ở hàm lượng 20% và 40%, lượng nước trộn của các cấp phối bê tông đều giảm tỷ lệ thuận với hàm lượng tro bay, lượng nước giảm từ 10 - 14 lít/m³, điều đó cho thấy rằng lượng cần nước của tro bay ít hơn so với xi măng.

3.2. Tính công tác và khả năng duy trì độ sụt của hỗn hợp bê tông

Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của cát biển đến tính công tác và khả năng duy trì độ sụt bê tông được thể hiện trong Hình 2.
 

 

Kết quả thí nghiệm cho thấy, nhìn chung các hỗn hợp bê tông (HHBT) với các loại cát biển đều đáp ứng được yêu cầu về tính công tác để đảm bảo đầm chặt của hỗn hợp bê tông. Các hỗn hợp bê tông khi điều chỉnh lượng nước trộn và sử dụng cùng loại, tỷ lệ phụ gia siêu dẻo đều khống chế được độ sụt trong khoảng 14 - 16 cm theo yêu cầu đặt ra. Quan sát trực quan cho thấy, các hỗn hợp bê tông sử dụng cát biển có độ dẻo tương đương so với các mẫu sử dụng cát sông và không có hiện tượng phân tầng, tách nước. Về khả năng duy trì tính công tác của HHBT, kết quả xác định độ sụt HHBT sau trộn 60 phút cho thấy, về cơ bản không có sự khác biệt đáng kể về khả năng duy trì độ sụt của HHBT với các loại cát sử dụng. Các mẫu sử dụng cát sông và cát biển có mức tổn thất độ sụt trong khoảng 6 - 7 cm sau 60 phút.

Khi sử dụng tro bay, khả năng duy trì độ sụt của HHBT về cơ bản được cải thiện hơn so với mẫu đối chứng, mức cải thiện khoảng 0,5 đến 1 cm sau 60 phút khi sử dụng 20 đến 40 % hàm lượng tro bay trong chất kết dính (CKD).

3.3. Cường độ nén
 

 

Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của loại cát sử dụng đến cường độ của bê tông được thể hiện trong Bảng 7. Đồ thị biểu diễn ảnh
hưởng của cát biển đến cường độ của bê tông được thể hiện trong Hình 3.
 

 

Các cấp phối bê tông mác 300 (CKD 350 kg/m³, tỷ lệ N/CKD 0,53 đến 0,54) với các loại cát khác nhau (cát sông, cát biển nguyên khai, cát biển qua rửa) sử dụng CKD là xi măng và xi măng kết hợp tro bay được bảo dưỡng ở điều kiện tiêu chuẩn được xác định cường độ nén ở tuổi 7, 28 và 91 ngày. Kết quả thí nghiệm cho thấy bê tông sử dụng cát biển cho cường độ tương đương hoặc cao hơn một chút so với cát sông có cùng mô đun độ lớn. Với các cấp phối bê tông sử dụng tro bay, cường độ nén của bê tông với các loại cát khác nhau đều có xu hướng giảm khi tăng hàm lượng tro bay trong CKD. Không có sự chệnh lệch đáng kể về mức độ giảm cũng như tốc độ phát triển cường độ của bê tông sử dụng tro bay với các loại cát khác nhau.

Với các cấp phối bê tông sử dụng tro bay thì mô đun đàn hồi của bê tông giảm khi tăng tỷ lệ tro bay trong CKD ở tất cả các cấp phối sử dụng loại cát khác nhau, tương tự như quy luật với cường độ bê tông. Điều này chủ yếu là do cường độ nén của bê tông giảm khi tăng tỷ lệ tro bay trong CKD đồng thời tăng tỷ lệ tro bay trong CKD cũng dẫn đến tăng hàm lượng vữa trong bê tông so với bê tông chỉ sử dụng xi măng.

3.4. Mô đun đàn hồi của bê tông sử dụng các loại cát và tỷ lệ tro bay khác nhau
 

 

Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi của các cấp phối bê tông sử dụng các loại cát khác nhau ở tuổi 7, 28 và 91 ngày thể hiện trong Hình 4. Kết quả cho thấy, quy luật tăng giảm mô đun đàn hồi do sử dụng loại cát khác nhau của các cấp phối bê tông được khống chế cùng độ sụt tương tự như quy luật tăng giảm cường độ nén của bê tông. Mô đun đàn hồi của các cấp phối bê tông sử dụng cát sông và cát biển có cùng mô đun độ lớn cơ bản là tương đương nhau, mô đun đàn hồi chủ yếu phụ thuộc vào tuổi và cường độ nén của bê tông.

3.5. Khả năng chống thấm
 

 

Từ kết quả thí nghiệm thể hiện trong Bảng 8 và biểu diễn trong Hình 5 cho thấy, khả năng chống thấm nước chủ yếu phụ thuộc vào tỷ lệ N/CKD, hàm lượng CKD và hàm lượng tro bay trong CKD. Ảnh hưởng của loại cát sử dụng đến mác chống thấm của bê tông là không quá lớn. Tuy nhiên, có thể thấy bê tông sử dụng cát biển nguyên khai có khả năng chống thấm kém hơn so với các loại cát qua rửa. Điều này có thể là do trong cát biển nguyên khai có chứa lượng muối và hàm lượng bụi bùn sét nhất định nên ảnh hưởng xấu đến khả năng chống thấm của bê tông.
 

 

Các cấp phối sử dụng tro bay cho thấy rõ ràng sự cải thiện khả năng chống thấm cả với thử nghiệm áp lực nước (mác chống thấm B. Mác chống thấm tính trung bình tăng 2 cấp khi hàm lượng tro bay trong CKD tăng 20% (từ 0 đến 20% và 20 lên 40%).

3.6. Độ bền sun phát
 

 

Kết quả xác định độ nở của thanh vữa sử dụng các loại cốt liệu khác nhau bao gồm cát sông, cát biển với các tỷ lệ sử dụng tro bay thay thế chất kết dính khác nhau (0%, 20% và 40%) ngâm trong dung dịch sun phát được thể hiện trong Bảng 9. Các mẫu cát được sàng để đảm bảo có thành phần hạt phù hợp với quy định của cát sử dụng cho đúc thanh vữa độ độ nở theo TCVN 7713:2013. Ngoài ra còn thí nghiệm xác định độ nở thanh vữa trong dung dịch sun phát các mẫu sử dụng cát Mỹ (theo ASTM C778) để so sánh đối chứng.
 

 

Từ các kết quả thí nghiệm như biểu diễn trên Hình 6 cho thấy, độ nở thanh vữa 6 tháng trong dung dịch sun phát của các mẫu vữa sử dụng cát sông gần tương tự như mẫu cát tiêu chuẩn ASTM, trong khi mẫu vữa sử dụng cát biển cho độ nở thanh vữa thấp hơn độ nở thanh vữa các mẫu sử dụng cát sông và cát tiêu chuẩn. Các mẫu thanh vữa sử dụng cát ASTM và cát sông, độ nở sun phát của thanh ở sau 6 tháng lớn hơn giới hạn quy định 0,1% đối với giới hạn độ nở sun phát trung bình, với trường hợp không sử dụng 20% và 40% tro bay trong CKD thì độ nở từ 0,05 - 0,1% phù hợp với quy định độ nở sun phát ở mức trung bình. Các mẫu thanh vữa sử dụng cát biển với tỷ lệ tro bay 0 và 20%, độ nở thanh vữa nằm trong khoảng 0,05 đến 0,1%, trong khi với tỷ lệ tro bay 40% độ nở thanh vữa nhỏ hơn 0,05% ở tuổi 6 tháng nhỏ hơn quy định giới hạn độ nở sun phát cao.

3.7. Độ co khô
 

 

Độ co khô của các mẫu bê tông sử dụng tro bay, cát biển ở tuổi từ 7 ngày đến 9 tháng được thể hiện trong Bảng 10. Từ kết quả thí nghiệm cho thấy, độ co khô của bê tông sử dụng cát sông độ co khô tuổi 3 tháng trong khoảng 0,026%, trong khi bê tông sử dụng cát biển cho độ co khô nhỏ hơn so với cát sông, độ co khô tuổi 3 tháng trong khoảng 0,019 đến 0,022%. Thay đổi hàm lượng tro bay trong CKD làm giảm độ co khô của bê tông nhưng mức độ không lớn. Điều này cho thấy, mặc dù khi sử dụng tro bay, tỷ lệ N/CKD của bê tông giảm xuống, làm bê tông đặc chắc hơn, bê tông ít lỗ xốp hơn, nhưng độ co khô của bê tông giảm không lớn có thể do lượng hồ CKD trong các mẫu bê tông sử dụng tro bay lớn hơn so với các mẫu bê tông chỉ sử dụng xi măng là nguyên nhân làm giảm mức độ co của bê tông sử dụng tro bay do độ co khô phụ thuộc nhiều vào hàm lượng đá CKD trong hệ.
 

 

Các cấp phối bê tông thử nghiệm đều có độ co khô nhỏ hơn mức 0,075 %, mức giới hạn quy định co khô của bê tông quy định với cốt liệu theo tiêu chuẩn châu Âu EN 206-1:2013. Điều này sẽ làm giảm nguy cơ kết cấu bê tông bị nứt trong môi trường khô ẩm do thay đổi độ co của bê tông. Kết quả thí nghiệm cũng cho thấy, độ co khô của các mẫu bê tông cơ bản ổn định sau thời gian thí nghiệm khoảng 3 tháng, thời gian sau đó các mẫu bê tông hầu như không co. Tuy nhiên, kết quả thí nghiệm mất khối lượng của mẫu theo thời gian cho thấy, sau thời gian thí nghiệm đến 9 tháng các mẫu bê tông vẫn giảm khối lượng so với khối lượng ban đầu tuy mức độ khối lượng giảm dần theo thời gian. Khối lượng bê tông giảm chủ yếu do mất nước vật lý chứa trong các lỗ mao quản trong bê tông, điều này làm cho bê tông bị co.

4. Kết luận

Từ kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của cát biển, tro bay đến một số tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông có thể đưa ra một số kết luận sau:

1. Các cấp phối bê tông sử dụng cát biển qua rửa nghiên cứu đáp ứng được các yêu cầu về tính công tác của hỗn hợp bê tông và tính chất cơ học của bê tông đóng rắn tương đương hoặc tốt hơn so với bê tông cát sông. Bê tông sử dụng cát biển qua rửa có tính công tác, cường độ, mô đun đàn hồi tương tự như cát sông và độ bền lâu tốt hơn so với cát sông.

2. Về cơ bản sử dụng tro bay ở tỷ lệ 0 đến 40% giúp cải thiện tính công tác, giảm lượng nước trộn của hỗn hợp bê tông để đạt cùng độ sụt. Tro bay làm giảm cường độ của bê tông (tuổi đến 91 ngày) khi thay thế ở tỷ lệ 20 đến 40% trong CKD. Mô đun đàn hồi của bê tông sử dụng tro bay cơ bản có mối tương quan tốt với cường độ nén, tương tự như mối quan hệ ở bê tông sử dụng xi măng poóc lăng.

3. Sử dụng kết hợp tro bay kết hợp với cát biển nâng cao độ bền lâu của bê tông. Độ bền lâu của bê tông sử dụng cát biển qua rửa (với mô đun độ lớn 2,5) cho kết quả tốt nhất trong 3 loại cát nghiên cứu là cát sông, cát biển nguyên khai và cát biển qua rửa. Mức độ chống thấm, bền sun phát của bê tông tăng lên khi tăng hàm lượng tro bay từ 0 đến 40%.
(Hết)

Tài liệu tham khảo

[1] D. V. H. Nguyễn Biểu, Lê Văn Học,, Cát sạn đáy biển nông Việt Nam: triển vọng và khả năng khai thác sử dụng. Tạp chí Địa chất số 277 năm 2003.

[2] "Thuyết minh tiêu chuẩn Trung Quốc JGJ 206:2010 “Quy phạm kỹ thuật sử dụng bê tông cát biển"."

[3] TCVN 7570:2006 Cốt liệu cho bê tông và vữa xây dựng - Yêu cầu kỹ thuật, 2006.

[4] R. J. C. Gutt, Sea-dredged aggregates in concrete, Build. Res. Establish Watford, UK (7) (1987).

[5] A. R. R. G.P. Chapman, The effect of sea shells in concrete aggregates. Concrete 4 (2) (1970) 71-79.

[6] E.I. Yang, S.T. Yi, and Y.M. Leem, Effect of oyster shell substituted for fine aggregate on concrete characteristics: Part I. Fundamental properties, . Cem. Concr. Res. 35 (11) (2005) 2175-2182.

[7] E.I. Yang, M.Y. Kim, H.G. Park, and S.T. Yi, Effect of partial replacement of sand with dry oyster shell on the long-term performance of concrete. Constr. Build. Mater. 24 (5) (2010) 758-765.

[8] M. S. B. Safi, A. Daoui, A. Bellal, A. Mechekak, K. Toumi,, The use of seashells as a fine aggregate (by sand substitution) in self-compacting mortar (SCM), . Constr. Build. Mater. 78 (2015) 430-438.

[9] A. E. R. a. T. Fuller, Sea shells used as partial aggregate replacement in concrete, Structural Survey Vol. 31 No. 5, 2013 pp. 347-354.

[10] E.-I. Y. e. al., Effect of partial replacement of sand with dry oyster shell on the longterm, Construction and Building Materials 24 (2010) 758-765.

[11] Katano et al., Properties and Application of Concrete Made with unwashed sand and sea water. Third International Conference on Sustainable Construction Materials and Technologies set for Kyoto, Japan, 2013.

[12] H. DD, Appearance matters: efflorescence in concrete. Slough: Cement & Concrete Association, 1982.

[13] C. S. d. S., Suitability of sea sand as a fine aggregate for concrete production. Transactions, Institution of Engineers, Sri Lanka, 1994, p. 93-114.
 

VLXD.org (TH/ TC Xây dựng)