Tính chất cơ học và độ bền của bê tông cát xỉ lò cao và khả năng ứng dụng trong công trình biển

Transport and Communications Science Journal, Vol 71, Issue 05 (06/2020), 568-582 
568 
Transport and Communications Science Journal 
MECHANICAL PROPERTIES AND DURABILITY OF BLAST 
FURNACE SLAG SAND CONCRETE AND APPLICABILITY IN 
MARINE CONSTRUCTIONS 
Nguyen Tan Khoa1*, Nguyen Thanh Sang2 
1Dong A University, 33 Xo Viet Nghe Tinh, Danang, Vietnam. 
2University of Transport and Communications, No 3 Cau Giay Street, Hanoi, Vietnam. 
ARTICLE INFO 
TYPE: Research Article 
Received: 25/4/2020 
Revised: 23/6/2020 
Accepted: 26/6/2020 
Published online: 28/6/2020 
https://doi.org/10.25073/tcsj.71.5.9 
* Corresponding author 
Email: ntkhoa2013@gmail.com; Tel: 0935788756 
Abstract. Fly ash (FA) and ground granulated blast furnace slag (GGBFS) are the materials 
that have shown an improvement in strength and durability properties of sand concrete (SC). 
The combination of these two materials together can be more effective than using them 
individually. The paper presents an empirical study on the mechanical and durability 
properties of sand concrete when used simultaneously with FA and BFS. Sand concrete types 
were fabricated with a fixed amount of 150 kg/m3 of FA while GGBFS replaces binder with 
different ratios to consider the impact of GGBFS rate on the properties of harden sand 
concrete. A traditional concrete uses the amount of cement equivalent to the total amount of 
binder of SC was fabricated for comparison purposes. Research shows that SC has optimal 
results of compressive strength, splitting compressive strength, under water abrasion with 
replacement GGBFS rate of 20%. The chloride penetration of SC was the best with 
replacement GGBFS rate of 30%. The higher the GGBFS replacement rate, the lower the 
expansion of SC in the sulfate solution after 6 months. Three types of SC with replacement 
GGBFS rate of 10%, 20%, 30% have the strength and durability properties that satisfy the 
requirements of concrete working in the marine environment according to TCVN 12041: 
2017 and CSA A23.1: 2004. 
Keywords: Sand concrete, ground granulated blast furnace slag, under water abrasion, 
chlorine ion penetration, sulfate durability, marine construction. 
© 2020 University of Transport and Communications 
Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, Tập 71, Số 05 (06/2020), 568-582 
569 
Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải 
TÍNH CHẤT CƠ HỌC VÀ ĐỘ BỀN CỦA BÊ TÔNG CÁT XỈ LÒ 
CAO VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG CÔNG TRÌNH BIỂN 
Nguyễn Tấn Khoa1*, Nguyễn Thanh Sang2 
1Trường Đại học Đông Á, Số 33 Xô Viết Nghệ Tĩnh, Đà Nẵng, Việt Nam. 
2Trường Đại học Giao thông vận tải, Số 3 Cầu Giấy, Hà Nội, Việt Nam. 
THÔNG TIN BÀI BÁO 
CHUYÊN MỤC: Công trình khoa học 
Ngày nhận bài: 25/4/2020 
Ngày nhận bài sửa: 23/6/2020 
Ngày chấp nhận đăng: 26/6/2020 
Ngày xuất bản Online: 28/6/2020 
https://doi.org/10.25073/tcsj.71.5.9 
* Tác giả liên hệ 
Email: ntkhoa2013@gmail.com; Tel: 0935788756 
Tóm tắt. Tro bay và xỉ lò cao là các loại vật liệu đã cho thấy được sự cải thiện các tính chất 
cường độ và độ bền khi được sử dụng trong bê tông cát. Sự kết hợp đồng thời của 2 loại vật 
liệu này với nhau có thể sẽ nâng cao hơn nữa hiệu quả sử dụng so với việc dùng riêng từng 
loại. Bài báo trình bày một nghiên cứu thực nghiệm về tính chất cơ học và độ bền của bê tông 
cát (BTC) khi sử dụng kết hợp đồng thời TB và XLC. Các loại bê tông cát được chế tạo với 
lượng cố định 150 kg/m3 tro bay trong khi XLC thay thế chất kết dính (CKD) với các tỷ lệ 
khác nhau để xem xét sự ảnh hưởng của tỷ lệ sử dụng XLC đến tính chất của BTC đóng rắn. 
Một cấp phối bê tông thường (BTT) sử dụng lượng xi măng tương đương tổng lượng CKD 
trong BTC được chế tạo với mục đích so sánh. Kết quả nghiên cứu cho thấy tính chất cường 
độ chịu nén, cường độ ép chẻ, độ mài mòn trong nước của bê tông cát tối ưu với tỷ lệ XLC 
thay thế 20%. Độ thấm clorua của BTC thấp nhất với tỷ lệ XLC thay thế 30%. Tỷ lệ XLC 
thay thế càng lớn, độ giãn nở của BTC trong dung dịch sunfat càng thấp sau 6 tháng. Ba loại 
BTC ứng với tỷ lệ XLC thay thế 10%, 20%, 30% có tính chất cường độ và độ bền đáp ứng 
được yêu cầu của bê tông làm việc trong môi trường biển theo TCVN 12041: 2017 và CSA 
A23.1: 2004. 
Từ khóa: Bê tông cát, xỉ lò cao nghiền mịn, độ mài mòn trong nước, độ thấm clorua, độ bền 
sunfat, công trình biển. 
© 2020 Trường Đại học Giao thông vận tải 
Transport and Communications Science Journal, Vol 71, Issue 05 (06/2020), 568-582 
570 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ 
Bê tông cát là một loại đá nhân tạo nhận được sau khi tạo hình và làm rắn chắc một hỗn 
hợp hợp lý bao gồm: cát thô, cát mịn, chất độn mịn, xi măng, nước, một hoặc nhiều loại phụ 
gia [1]. Bê tông cát đã được sử dụng phổ biến ở một số vùng quốc gia có nguồn cát dồi dào 
nhưng khan hiếm cốt liệu thô như Pháp, Nga, Đức các nước Bắc Phi và các quốc gia khác [2]. 
Nguyên lý cấu tạo của bê tông cát chính là sự nhỏ hóa dãy cấp phối cốt liệu so với bê tông 
thường, nghĩa là các hạt cát thô lúc này đóng vai trò là khung cốt liệu, thành phần cát mịn, 
chất độn mịn đóng vai trò điền đầy khung cốt liệu [3]. Thành phần chất độn mịn của bê tông 
cát thường sử dụng trước đây là bột đá vôi với lượng sử dụng từ 50 đến 250 kg/m3 tùy thuộc 
vào cấp cường độ yêu cầu [2]. Trong công trình dân dụng, bê tông cát có thể dùng để chế tạo 
kết cấu bê tông đúc sẵn, kết cấu sàn, dầm dự ứng lực với cường độ chịu nén 28 ngày từ 30 - 
45 MPa. Trong công trình giao thông, bê tông cát được ứng dụng trong đường ống bê tông 
đúc sẵn, đường bê tông không cốt thép và có cốt thép với cường độ ở 28 ngày từ 20 - 50 MPa. 
Ngoài ra, BTC đã được ứng dụng làm bê tông phun đường hầm, bê tông cho lĩnh vực kiến 
trúc và khối bê tông đúc sẵn cho công trình bảo vệ bờ [2]. 
Hiện nay, để phát triển bền vững, việc giảm lượng xi măng tiêu thụ và tăng cường sử 
dụng các phụ phẩm công nghiệp (PPCN) đóng vai trò chất kết dính phụ thêm (CKDPT) trong 
bê tông là xu hướng tất yếu. Các loại CKDPT như silica fume, tro bay, xỉ lò cao đã và đang 
được nghiên cứu sử dụng trong bê tông cát. Silica fume thay thế 15% lượng xi măng chế tạo 
bê tông cát đạt cường độ đạt 60 MPa và có độ thấm ion clo < 500 Culong [4]. Nghiên cứu của 
Dalila Benamara (2015) cho thấy silica fume thay thế 15% lượng xi măng có cường độ chịu 
nén cao nhất và cường độ chịu nén ổn định trong dung dịch Na2SO4 sau 270 ngày trong khi 
các cấp phối khác có sự suy giảm cường độ rõ rệt [5]. Tro bay với tỷ lệ thay thế 20% xi măng 
trong bê tông cát cho thấy cường độ chịu nén cao hơn so với bê tông cát đối chứng và độ thấm 
ion clo thấp hơn so với bê tông cát đối chứng ở 28 ngày [6]. Nghiên cứu của Chaohua Jiang 
(2018) về bê tông cát sử dụng tro bay và xỉ lò cao với lượng dùng từ 100 kg/m3 đến 300 
kg/m3 cho thấy cường độ chịu nén của bê tông cát ở 7 và 28 ngày tối ưu với 150 kg/m3 tro 
bay và 200 kg/m3 xỉ lò cao [7]. Các nghiên cứu trên đã cho thấy các loại CKDPT như silica 
fume, tro bay, xỉ lò cao khi thay thế xi măng với tỷ lệ hợp lý sẽ giúp tăng cường tính năng 
cường độ và độ bền của bê tông cát. Tuy nhiên sự kết hợp các loại CKDPT với xi măng trong 
bê tông cát ở các nghiên cứu trên chỉ mang tính riêng lẽ mà chưa có sự phối hợp với nhau để 
hạn chế các khuyết điểm và tăng cường ưu điểm của từng loại vật liệu. Ngoài ra, các nghiên 
cứu về bê tông cát sử dụng các CKDPT mới chỉ tập trung chủ yếu vào tính năng cơ học, các 
nghiên cứu về độ bền của BTC còn rời rạc. 
Việt Nam, đặc biệt là các tỉnh duyên hải Miền Trung với lượng cát đụn mịn rất lớn có trữ 
lượng lên đến hàng tỷ m3 mỗi tỉnh có điều kiện thuận lợi để phát triển bê tông cát thay thế cho 
bê tông thường [3]. Hiện nay nhu cầu xây dựng các công trình bảo vệ bờ biển, phát triển hạ 
tầng ven biển ở Việt Nam rất lớn, với sự thuận lợi về nguồn vật liệu địa phương dồi dào nên 
định hướng nghiên cứu phát triển bê tông cát phục vụ công trình biển là phù hợp và rất cấp 
thiết. Các nghiên cứu và ứng dụng bê tông cát ở Việt Nam hiện nay đã có nhưng chủ yếu tập 
trung vào các tính năng bê tông phục vụ cho công trình giao thông [3, 6]. Trong khi bê tông 
dùng làm công trình biển thường yêu cầu phức tạp hơn do môi trường xâm thực mạnh, đòi hỏi 
yêu cầu độ bền bê tông cao hơn so với các dạng công trình khác. Giải pháp tăng cường độ bền 
của bê tông cát với việc sử dụng CKDPT đã cho thấy sự hiệu quả qua những nghiên cứu trước 
đây, tuy nhiên có thể tổ hợp các loại CKDPT với nhau để phát huy ưu và hạn chế nhược điểm 
của từng loại trong bê tông cát. Tro bay khi sử dụng trong bê tông giúp tăng tính công tác, với 
Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, Tập 71, Số 05 (06/2020), 568-582 
571 
tỷ lệ hợp lý sẽ nâng cao tính chất cơ học, độ bền của bê tông, tuy nhiên khi sử dụng nhiều sẽ 
làm giảm cường độ tuổi sớm của bê tông [8]. Xỉ lò cao nghiền mịn (XLCNM) khi sử dụng 
trong bê tông có có tác dụng làm giảm lỗ rỗng cấu trúc, cải thiện cường độ dài hạn, cải thiện 
đáng kể độ bền sunfat và độ bền clorua [9, 10]. Trong bê tông, xỉ lò cao có thể được thay thế 
xi măng với tỷ lệ đến 70%, khi được nghiền đến độ mịn nhất định sẽ giúp tăng cường độ tuổi 
sớm của bê tông [8]. 
Bê tông cát sử dụng lượng lớn cốt liệu mịn do đó thường yêu cầu lượng xi măng lớn để 
lấp đầy khung cốt liệu và lượng nước lớn để đảm bảo tính công tác cho bê tông. Với sự kết 
hợp của tro bay và xỉ lò cao trong bê tông cát có thể thay thế được lượng lớn xi măng sử 
dụng, cải thiện vấn đề tính công tác và nâng cao được độ bền của bê tông cát trong mục tiêu 
sử dụng làm kết cấu cho công trình biển. Sự kết hợp của tro bay và xỉ lò cao trong bê tông 
thường cho thấy việc giảm độ co ngót, cải thiện rõ rệt độ chống thấm nước, chống thấm 
clorua làm tiền đề để phối hợp 2 loại vật liệu này một cách hiệu quả trong bê tông cát [11-13]. 
Bê tông cát với sự khác biệt về nguyên tắc cấu tạo so với BTT, sự kết hợp giữa xi măng – tro 
bay – xỉ lò cao cần được nghiên cứu để xác định tỷ lệ sử dụng XLC và TB hợp lý nhất giúp 
tối ưu tính chất cường độ và độ bền của bê tông cát. 
Bài báo trình bày nghiên cứu thực nghiệm về tính năng cường độ, độ bền của BTC khi sử 
dụng đồng thời cả XLC và TB thay thế một phần xi măng. TB được sử dụng với lượng cố 
định 150 kg/m3 với vai trò vừa là vật liệu chèn đầy, vừa là một phần CKD. XLCNM thay thế 
xi măng với tỷ lệ 0%,10%, 20%, 30%, 40% để xem xét ảnh hưởng của sự thay đổi đến các 
tính chất cường độ chịu nén, cường độ ép chẻ, độ bền clorua, độ bền sunfat và độ bền mài 
mòn trong nước của BTC. Kết quả nghiên cứu giúp xác định tỷ lệ sử dụng XLC hợp lý trong 
BTC để thõa mãn yêu cầu các tính năng của bê tông trong công trình biển, từ đó đề xuất các 
kết cấu công trình biển có thể sử dụng loại BTC trong nghiên cứu. 
2. KẾ HOẠCH THỰC NGHIỆM 
2.1. Vật liệu chế tạo 
Nghiên cứu sử dụng xi măng PC40 Bút Sơn thõa mãn TVCN 2682: 2009, tro bay thõa 
mãn TCVN 10302:2014, xỉ lò cao nghiền mịn thõa mãn TCVN 11586: 2016. Thành phần hóa 
học và tính chất vật lý của XM, TB và XLCNM được trình bày trong Bảng 1, Bảng 2. Thành 
phần cốt liệu của BTC bao gồm cát nghiền (CN) và cát mịn (CM), trong đó CN có Dmax < 
5mm, khối lượng riêng là 2,71 g/cm3; CM với mô đun độ lớn 1,97, khối lượng riêng 2,64 
g/cm3. Thành phần hạt của CN, CM và hỗn hợp cốt liệu được thể hiện ở Hình 1. Nghiên cứu 
sử dụng phụ gia siêu dẻo Master Glenium ACE 8509 thõa mãn ASTM C494 loại F. 
Bảng 1. Thành phần hóa học của xi măng, tro bay và xỉ lò cao nghiền mịn. 
Thành phần hóa học (%) CaO SiO2 Fe2O3 Al2O3 MgO K2O Na2O SO3 LOI 
XM PC40 63,2 21,9 3,3 5,72 1,1 0,3 0,12 1,9 0,19 
TB 4,27 53,9 6,7 21,8 1,45 3,4 0,67 0,2 6,27 
XLCNM 34,7 36,6 0,03 12,91 7,78 1,26 0,52 1,45 0,01 
Transport and Communications Science Journal, Vol 71, Issue 05 (06/2020), 568-582 
572 
Bảng 2. Tính chất vật lý của xi măng, tro bay và xỉ lò cao nghiền mịn. 
Tính chất vật lý Kích thước hạt trung 
bình (µm) 
Khối lượng riêng 
(g/cm3) 
Độ mịn Blaine 
(cm2/g) 
Chỉ số hoạt tính cường 
độ ở 28 ngày (%) 
XM PC40 16,1 3,1 3730 100 
TB 26,9 2,2 - 85,3 
XLCNM 12,2 2,9 4520 105 
Ghi chú: C33 Max là đường giới hạn trên thành phần hạt theo ASTM C33; C33 Min là đường giới 
hạn dưới thành phần hạt theo ASTM C33; 70CN-30CM là đường thành phần hạt của hỗn hợp cốt liệu 
có tỷ lệ 70% cát nghiền và 30% cát mịn. 
Hình 1. Thành phần hạt của cốt liệu trong bê tông cát. 
2.2. Thành phần bê tông nghiên cứu 
Bảng 3. Thành phần cấp phối của các loại bê tông trong nghiên cứu. 
Loại bê 
tông 
Nước 
(lít) 
Xi 
măng 
(kg/m3) 
Xỉ lò 
cao 
(kg/m3) 
Tỷ lệ 
xỉ lò 
cao 
Tro 
bay 
(kg/m3) 
N 
/CKD 
Cát 
nghiền 
(kg/m3) 
Cát 
mịn 
(kg/m3) 
Đá 
5x20 
(kg/m3) 
Cát 
sông 
(kg/m3) 
Phụ 
gia 
(l/m3) 
BTTĐC 172 550 0 0 0,313 0 0 1035 690 6,29 
BTCĐC 165 400 0 0 150 0,3 977 651 0 0 4,8 
BTCX10 165 345 55 10% 150 0,3 982 655 0 0 4,6 
BTCX20 165 290 110 20% 150 0,3 977 653 0 0 4,5 
BTCX30 165 235 165 30% 150 0,3 977 651 0 0 4,4 
BTCX40 165 180 220 40% 150 0,3 974 650 0 0 4,4 
Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, Tập 71, Số 05 (06/2020), 568-582 
573 
Năm loại BTC được chế tạo sử dụng kết hợp xi măng, xỉ lò cao, tro bay với tỷ lệ 
N/CKD = 0,3 có thành phần được xác định theo phương pháp thiết kế thành phần BTC [1, 2]. 
Trong đó, TB được sử dụng lượng cố định 150 kg/m3 trong BTC với vai trò vừa là vật liệu 
điền đầy, vừa là thành phần CKDPT; XLCNM thay thế lần lượt 0%, 10%, 20%, 30%, 40% 
tổng lượng CKD để xem xét sự ảnh hưởng của XLC đến các tính chất của BTC đóng rắn. Một 
loại bê tông thường với mục đích đối chứng có lượng XM sử dụng tương đương tổng lượng 
XM, XLC, TB của các loại BTC, được thiết kế theo ACI 211.4R-08 [14]. Các loại bê tông 
trong nghiên cứu có độ sụt thiết kế là 8±2 cm. Các thành phần hỗn hợp bê tông được trình bày 
ở Bảng 3. 
2.3. Phương pháp nghiên cứu 
Các hỗn hợp BTC được được trộn với tổng thời gian 8 phút. Cát nghiền, cát mịn và các 
thành phần bột mịn (XM, TB, XLCNM) được trộn khô trong vòng 2 phút. Tiếp theo, cho 
70% lượng nước vào và tiếp tục trộn trong 2 phút. Cuối cùng cho phụ gia siêu dẻo vào 30% 
nước còn lại, cho vào hỗn hợp bê tông và trộn trong vòng 4 phút để kết thúc quá trình trộn. 
Mẫu thử hình trụ kích thước 100x50 mm2 được chuẩn bị để thí nghiệm xác định độ thấm 
clorua ở 28 ngày theo TCVN 9337:2012 [15]. Mẫu thử hình trụ kích thước 100x200 mm2 
được chuẩn bị để thí nghiệm cường độ chịu nén và cường độ ép chẻ của bê tông ở 7, 28, 56 
ngày theo TCVN 3118:1993 [16] và TCVN 3120:1993 [17]. Mẫu thử hình trụ với đường kính 
300 mm và chiều cao 100 mm được chuẩn bị để thí nghiệm độ mài mòn trong nước ở 28 ngày 
theo ASTM C1138 [18]. Mẫu thử lăng trụ kích thước 25x25x285 mm được đúc để thử 
nghiệm độ bền sunfat của chỉ các loại BTC trong thời gian 6 tháng (180 ngày) với dung dịch 
Na2SO4 10% theo ASTM C1012 [19]. 
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 
3.1. Cường độ nén 
Kết quả cường độ chịu nén của các loại bê tông ở 7, 28 và 56 ngày là giá trị trung bình 
cường độ chịu nén của 3 mẫu thử và đ ...  hợp với các nghiên cứu về độ bền sunfat của bê tông xỉ lò cao 
như Gollop và các cộng sự (1996), Le Hua Yu và cộng sự (2013) [30, 31]. Có thể giải thích 
vấn đề này như sau, khi tăng tỷ lệ thay thế XLC đối với xi măng làm giảm lượng C3A vốn là 
nguyên nhân gây nên giãn nỡ sunfat ; xỉ lò cao phản ứng làm giảm đáng kể sự hiện diện của 
Ca(OH)2 trong bê tông từ đó giảm phản ứng tạo thành ettringite ; độ thấm ít hơn của bê tông 
XLC làm giảm ảnh hưởng của dung dịch sunfat tác động vào bê tông. Ngoài ra, việc sử dụng 
TB với lượng lên đến 150 kg/m3 trong BTC cũng góp phần cải thiện độ thấm thấp và độ kiềm 
thấp do phản ứng puzolan từ đó cải thiện độ bền chống xâm thực của các loại bê tông trong 
nghiên cứu [32]. 
Sau 6 tháng (180 ngày), chỉ có loại BTCĐC có độ giãn nỡ sunfat > 0,05% , các loại BTC 
dùng XLC đều có độ giãn nỡ < 0,05%. Như vậy, thành phần CKD của các loại BTC sử dụng 
XLC đáp ứng yêu cầu tương tự như xi măng bền sunfat cao theo C1157 – 03 [33]. 
3.5. Độ bền mài mòn trong nước của bê tông cát xỉ lò cao 
Thí nghiệm độ bền mài mòn trong nước với quy trình theo ASTM C1138. 
a) Mức độ mài mòn trong nước của BTT b) Mức độ mài mòn trong nước của BTC 
Hình 6. Mức độ mài mòn trong nước của bê tông thường và bê tông cát. 
Transport and Communications Science Journal, Vol 71, Issue 05 (06/2020), 568-582 
578 
Kết quả thí nghiệm độ mài mòn trong nước của các loại bê tông trong nghiên cứu là giá trị 
trung bình của 2 mẫu thử và được thể hiện ở Hình 7. 
Hình 7. Độ mài mòn trong nước ở 28 ngày của các loại bê tông. 
Độ mài mòn trong nước của các loại bê tông BTTĐC, BTCĐC, BTCX10, BTCX20, 
BTCX30, BTCX40 lần lượt là 4,45 %, 4,15%, 3,72%, 2,89%, 3,53% và 4,32%. Độ mài mòn 
cao của các loại bê tông thể hiện khả năng chống mài mòn kém và ngược lại. Khi tăng tỷ lệ 
thay thế XLC, độ mài mòn của các loại BTC có xu hướng giảm và tăng lại, đạt giá trị thấp 
nhất với tỷ lệ XLC tương ứng 20%. Sự thay đổi của độ mài mòn trong nước khi tăng tỷ lệ 
thay thế XLC có xu hướng ngược chiều với cường độ chịu nén 28 ngày của các loại BTC. 
Như chúng ta đã biết, cường độ chịu nén là một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh 
hưởng đến sức kháng mài mòn của bê tông và sức kháng mài mòn của bê tông được chứng 
minh là có mối quan hệ tỷ lệ thuận với cường độ chịu nén của bê tông [8, 25]. Như vậy, xu 
hướng độ mài mòn trong nước của BTC biến đổi ngược chiều với cường độ chịu nén cho thấy 
sự phù hợp với các nghiên cứu trên thế giới và đảm bảo độ tin cậy của dữ liệu. Rõ ràng, XLC 
khi thay thế một phần xi măng trong BTC giúp tăng độ đặc chắc, cải thiện cường độ chịu nén 
từ đó ảnh hưởng đến việc tăng sức kháng mài mòn của BTC. 
So với BTTĐC, độ mài mòn trong nước của các loại BTC đều cho kết quả thấp hơn. 
Quan sát bề mặt mài mòn của các loại bê tông thể hiện ở Hình 6 cho thấy BTT có bề mặt lồi 
lõm trong khi bề mặt mài mòn của các loại BTC có xu hướng phẳng và đều hơn. Rõ ràng, bề 
mặt đều của các loại BTC sẽ có khả năng chống mài mòn tốt hơn so với bề mặt lồi lõm của 
BTTĐC, điều này góp phần giải thích cho kết quả độ mài mòn thấp hơn của các loại BTC so 
với BTTĐC. Như đã biết, ngoài yếu tố cường độ thì tính chất bề mặt và cấu trúc đá xi măng 
cũng là yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến độ mài mòn của bê tông. BTC với kích thước hạt cốt liệu 
nhỏ dẫn đến tỷ diện cốt liệu lớn hơn nhiều so với BTT. Với lượng CKD đủ lớn, tỷ diện tích 
tiếp xúc giữa CKD và cốt liệu trong BTC lớn hơn so với BTT, do đó lực dính kết sẽ lớn hơn, 
khả năng giữ hạt cốt liệu chống lại sự bong tróc do tác động kết hợp giữa lực mài mòn do bi 
sắt và dòng chảy của nước cũng sẽ tốt hơn so với BTT. Ngoài ra, các loại BTC trong nghiên 
cứu sử dụng loại cát đụn mịn với thành phần khoáng chính là SiO2, có độ cứng lớn hơn so với 
đá dăm, số lượng hạt cát nhiều hơn, phân bố đều trong cấu trúc BTC, độ cứng và lượng lớn 
cát này đóng vai trò quan trọng trong việc giảm độ mài mòn của BTC so với bê tông thường. 
Như vậy, về mặt tổng thể BTC sẽ có độ chống mài mòn trong nước tốt hơn so với BTT khi 
cùng cấp cường độ. 
Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, Tập 71, Số 05 (06/2020), 568-582 
579 
3.6. Đánh giá khả năng đáp ứng yêu cầu của các loại bê tông cát xỉ lò cao trong công 
trình biển 
Đối với các công trình biển, các kết cấu bê tông, bê tông cốt thép khi làm việc ở vùng 
thủy triều được xem là nguy hiểm nhất so với các vùng còn lại do tác động của cơ học và xâm 
thực hóa học vào bê tông trong vùng này là lớn nhất. Tính chất các loại BTC trong nghiên cứu 
và các yêu cầu tối thiểu đối với bê tông làm việc ở vùng thủy triều theo tiêu chuẩn Việt Nam 
TCVN 12041:2017[34] và tiêu chuẩn Canada CSA A23.1: 2004 [35] được trình bày ở Bảng 
4. Cường độ chịu nén của BTC trong nghiên cứu sử dụng mẫu trụ kích thước 100x200 mm 
được quy đổi sang mẫu lập phương 150x150x150 mm với hệ số 1,16 được quy định trong 
TCVN 3118:1993. 
Bảng 4. Tính chất của các loại BTC và yêu cầu đối với vật liệu bê tông làm việc ở vùng thủy triều. 
Loại bê tông 
Rn (MPa) 
mẫu trụ 
100x200 mm 
Rn(MPa) quy đổi 
về mẫu 
150x150x150 
mm 
Thấm ion clo 
theo ASTM 
C1202 
Tỷ lệ N/CKD 
BTTĐC 56,9 66 2069 0,313 
BTCĐC 54,6 63,3 1510 0,3 
BTCX10 55,5 64,4 902 0,3 
BTCX20 56 65 410 0,3 
BTCX30 52,1 60,4 305 0,3 
BTCX40 42 48,7 555 0,3 
Yêu cầu 
đối với 
BT vùng 
thủy triều 
TCVN 12041: 
2017 [34] 
 - 
B45 
(60 MPa) 
N/CKD < 
0,4 
Tiêu chuẩn 
Canada CSA 
A23.1: 2004 [35] 
 - 
50 MPa ở 56 
ngày 
Thấm ion clo theo 
ASTM C1202<1000 
Culong 
N/CKD < 
0,37 
Đối chiếu các tính chất của BTC trong nghiên cứu với các yêu cầu tối thiểu của bê tông 
cho công trình biển làm việc ở vùng thủy triều ta nhận thấy như sau: 
- BTTĐC và BTCĐC với cường độ chịu nén đạt 66 MPa, 63 MPa thõa mãn các yêu cầu 
về cường độ theo TCVN 12041:2017 tuy nhiên giá trị thấm ion Clo tương ứng là 2069 culong 
và 1510 Culong lại không thõa mãn tiêu chuẩn CSA A23.1: 2004 (<1000 culong). 
- Các loại BTCX10, BTCX20, BTCX30 đều thõa mãn các điều kiện đặt ra đối với yêu 
cầu về cường độ chịu nén, độ thấm clorua và tỷ lệ N/CKD với bê tông làm việc ở vùng thủy 
triều lên xuống. 
- Bê tông cát với tỷ lệ xỉ lò cao thay thế đến 40% có kết quả cường độ chịu nén 28 ngày 
đạt chỉ 48,7 MPa không thõa mãn yêu cầu cường độ của bê tông làm việc ở vùng thủy triều. 
Kết quả nghiên cứu độ bền sunfat cho thấy thành phần CKD của các loại BTCXLC 
(BTCX10, BTCX20, BTCX30, BTCX40) có tác dụng tương đương như xi măng bền sunfat 
mức cao được quy định theo ASTM C1157. 
Độ mài mòn trong nước là tính chất khá quan trọng đối với bê tông ứng dụng cho công 
trình biển đặc biệt đối với kết cấu làm việc ở vùng sóng đánh và vùng có sự kết hợp của sóng 
Transport and Communications Science Journal, Vol 71, Issue 05 (06/2020), 568-582 
580 
và cát. Rõ ràng việc sử dụng BTC có ưu điểm lớn trong việc cải thiện độ mài mòn trong nước 
so với BTTĐC. 
Với các phân tích trên cho thấy các loại bê tông cát BTCX10, BTCX20, BTCX30 hoàn 
toàn thõa mãn yêu cầu để ứng dụng làm kết cấu bê tông, bê tông cốt thép trong công trình 
biển. 
4. KẾT LUẬN 
Từ kết quả nghiên cứu thực nghiệm về các tính chất cơ học và độ bền của BTC xỉ lò cao 
và đánh giá khả năng ứng dụng trong công trình biển, có thể rút ra một số kết luận như sau: 
Với tỷ lệ thay thế XLC từ 10-40%, ở mỗi tuổi của bê tông cát có một tỷ lệ xỉ lò cao 
tương ứng để tối ưu cường độ chịu nén. Tỷ lệ xỉ lò cao thay thế càng lớn sẽ tối ưu cường độ 
chịu nén ở tuổi càng muộn. Tỷ lệ XLC thay thế 10% tối ưu cường độ chịu nén của BTC ở 7 
ngày tuổi, XLC thay thế 20% tối ưu ở 28 ngày và 56 ngày tuổi. 
Với tỷ lệ thay thế XLC từ 10-40%, cường độ ép chẻ của bê tông cát ở 28 ngày đạt giá trị 
lớn nhất với tỷ lệ thay thế từ 10-20% và có xu hướng giảm với tỷ lệ thay thế XLC lớn hơn 
20% 
Các loại bê tông cát có sử dụng xỉ lò cao đều cho kết quả thấm ion clo ở 28 ngày thấp 
hơn so với bê tông cát không sử dụng xỉ lò cao. Với tỷ lệ thay thế XLC từ 10-40% cho kết quả 
thấm clorua thấp nhất với 30% XLC. 
Các loại BTC sử dụng XLC đều có độ giãn nỡ sunfat < 0,05% sau 6 tháng ngâm trong 
dung dịch Na2SO4 10%. Thành phần CKD của BTCXLC có tác dụng tương đương như xi 
măng bền sunfat mức cao. Tỷ lệ thay thế XLC càng tăng, độ giãn nỡ sunfat sau 6 tháng của 
BTC càng giảm. 
Với việc đáp ứng được yêu cầu về cường độ cũng như tính chất độ bền của bê tông cho 
công trình biển theo tiêu chuẩn hiện hành, BTCX10, BTCX20, BTCX30 có thể được ứng 
dụng trong thi công thực tế các kết cấu bê tông, bê tông cốt thép trong môi trường biển ở điều 
kiện Việt Nam. 
LỜI CẢM ƠN 
Nghiên cứu này được tài trợ bởi đề tài “Nghiên cứu sản xuất các cấu kiện bê tông hạt 
nhỏ đúc sẵn có độ bền cao từ nguyên liệu tro bay Vũng Áng và cát mịn trên địa bàn Hà Tĩnh” 
của tỉnh Hà Tĩnh. Nhóm nghiên cứu gửi lời cảm ơn tới công ty TNHH Thương mại và Dịch 
vụ Vận tải Viết Hải hỗ trợ sản xuất và ứng dụng cấu kiện bê tông hạt nhỏ. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. NF P18 500, Bétons de sables, 1995: French. 
[2]. Sablocrete, Synthèse du Projet National de Recherche et Développement, Bétons de sable, 
caractéristiques et pratiques d’utilisation, Presses de l’école Nationale des Ponts et Chaussées LCPC, 
1994 
[3]. T. S. Nguyễn, Nghiên cứu thành phần, tính chất cơ học và khả năng ứng dụng bê tông cát để xây 
dựng đường ô tô ở Việt Nam, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Đại học Giao Thông Vận Tải, 2011. 
[4]. Nguyễn Thanh Sang, Lê Thanh Hà, Bê tông cát sử dụng phụ gia tro trấu cho các vùng thiếu đá 
dăm, Tạp Chí Giao thông vận tải, 8(2010) 33-36. 
Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, Tập 71, Số 05 (06/2020), 568-582 
581 
[5]. D. Benamara, L. Zeghichi, B. Mezghiche, High Performance sand concrete, formulation, physico-
machanical properties and durability, Benamara Project, 2015. 
[6]. Nguyễn Thanh Sang, Trần Lê Thắng, Nguyễn Quang Ngọc, Bê tông cát nhiều tro bay làm lớp 
móng mặt đường ô tô, Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, 30(2010) 84-90. 
[7]. J. Chaohua., G. Wenwen, C. Hui, Z. Yuliang, J. Chen, Effect of filler type and content on 
mechanical properties and microstructure of sand concrete made with superfine waste sand, 
Construction and Building Materials, 192(2018) 442-449. 
[8]. A. M. Neville, Properties of concrete, Fifth Edition, Pearson, England, 2012. 
[9]. E. Özbay, M. Erdemir, H. İ. Durmuş, Utilization and efficiency of ground granulated blast 
furnace slag on concrete properties–A review, Construction and Building Materials, 105(2016) 423-
434. 
[10]. Y. Yang, B. Zhan, J. Wang, Y. Zhang, W. Duan, Damage evolution of cement mortar with high 
volume slag exposed to sulfate attack, Construction and Building Materials, 247(2020) 118626. 
[11]. X. Hu, Z. Shi, C. Shi, Z. Wu, B. Tong, Z. Ou, G. De Schutter, Drying shrinkage and cracking 
resistance of concrete made with ternary cementitious components, Construction and Building 
Materials, 149(2017) 406-415. 
[12]. C.M. Tibbetts, C.C. Ferraro, K.A. Riding, T.G. Townsend, Relating water permeability to 
electrical resistivity and chloride penetrability of concrete containing different supplementary 
cementitious materials, Cement and Concrete Composites, 107(2020) 103491. 
 [13]. M. Gesoğlu, E. Güneyisi, E. Özbay, Properties of self-compacting concretes made with binary, 
ternary, and quaternary cementitious blends of fly ash, blast furnace slag, and silica fume, 
Construction and Building Materials, 23(2009) 1847-1854. 
[14]. ACI 211.4R 08, Guide for Selecting Proportions for High-Strength Concrete Using Portland 
Cement and Other Cementitious Materials, in American Concrete Institute, 2008. 
[15]. TCVN 9337:2012, Bê tông nặng- Phương pháp xác định độ thấm ion clo bằng phương pháp đo 
điện lượng, 2012. 
[16]. TCVN 3118:1993, Bê tông nặng - Phương pháp xác định cường độ chịu nén, 1993. 
[17]. TCVN 3120:1993, Bê tông nặng - Phương pháp xác định cường độ kéo bữa, 1993. 
[18]. ASTM C1138, Standard Test Method for Abrasion Resistance of Concrete(Underwater Method), 
2019. 
[19]. ASTM C1012, Standard Test Method for Length Change of Hydraulic-Cement Mortars Exposed 
to a Sulfate Solution, 2012. 
[20]. R. Siddique, M. I. Khan, Supplementary cementing materials,Springer Science & Business 
Media, Berlin, 2011. 
[21]. A. Gholampour, T. Ozbakkaloglu, Performance of sustainable concretes containing very high 
volume Class-F fly ash and ground granulated blast furnace slag, Journal of Cleaner Production, 
162(2017) 1407-1417. 
[22]. H. Yazıcı, M.Y. Yardımcı, S. Aydın, A.S. Karabulut, Mechanical properties of reactive powder 
concrete containing mineral admixtures under different curing regimes, Construction and Building 
Materials, 23(2009) 1223-1231. 
[23]. W. Wongkeo, A. Ngamjarurojana, A. Chaipanich, Compressive strength and chloride resistance 
of self-compacting concrete containing high level fly ash and silica fume, Materials & Design, 
64(2014) 261-269. 
[24]. J. Li, Y. Yao, A study on creep and drying shrinkage of high performance concrete, Cement and 
Concrete Research, 31(2001) 1203-1206. 
[25]. J.M. Khatib, J. J. Hibbert, Selected engineering properties of concrete incorporating slag and 
metakaolin, Construction and Building Materials, 19(2005) 460-472. 
Transport and Communications Science Journal, Vol 71, Issue 05 (06/2020), 568-582 
582 
[26]. S. Mengxiao,W. Qiang, Z. Zhikai, Comparison of the properties between high-volume fly ash 
concrete and high-volume steel slag concrete under temperature matching curing condition, 
Construction and Building Materials, 98(2015) 649-655. 
[27]. Y. Xu, The influence of sulphates on chloride binding and pore solution chemistry, Cement and 
Concrete Research, 27(1997) 1841-1850. 
[28]. R. Luo, Cai, Yuebo, C.Wang, X. Huang, Study of chloride binding and diffusion in GGBS 
concrete, Cement and Concrete Research, 33(2003) 1-7. 
[29]. D.H. Phạm, T.T. Trần, K.C. Thái, V.Đ. Đào, T.S. Nguyễn, Thiết kế kết cấu theo độ bền,Nhà 
Xuất Bản Giao Thông Vận Tải, 2016. 
[30]. R. Gollop, H. Taylor, Microstructural and microanalytical studies of sulfate attack. IV. Reactions 
of a slag cement paste with sodium and magnesium sulfate solutions, Cement and Concrete Research, 
26(1996) 1013-1028. 
[31]. L.H. Yu, S. X. Zhou, H. Ou, Experimental Investigation on Properties of High Performance 
Concrete with Mineral Admixtures in Pavement of Highway, in Advanced Materials Research, 2013, 
Trans Tech Publ. 
[32]. V. M. Malhotra, P. K. Mehta, High-performance, High-volume Flyash Concrete for Building 
Sustainable and Durable Structures,Suppementary Cementing Materials for Sustainable Development, 
Incorporated, 2008. 
[33]. ASTM C1157, Standard Performance Specification for Hydraulic Cement, 2017. 
[34]. TCVN 12041:2017, Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép - Yêu cầu chung về thiết kế độ bền lâu và 
tuổi thọ trong môi trường xâm thực, 2017. 
[35]. CSA-A23.1/A23.2, Concrete materials and methods of concrete construction, 2014.