Đề xuất sử dụng cát nhiễm mặn làm cốt liệu cho kết cấu bê tông cốt thép
Căn cứ vào kết quả nghiên cứu, nhóm nghiên cứu đề xuất sử dụng cát nhiễm mặn Thuận An cho bê tông B20, cát nhiễm mặn Trà Khúc cho bê tông B30, cát nhiễm mặn Vân Đồn cho bê tông B45; tuy nhiên cần có biện pháp bảo vệ, chống ăn mòn cho cốt thép.
Nhóm nghiên cứu thuộc Viện Khoa học công nghệ xây dựng (IBST) đã tiến hành khảo sát cát nhiễm mặn vùng biển Việt Nam và bước đầu cho thấy tính chất cơ lý của loại cát này tương tự như cát vàng, nhưng có hàm lượng clorua cao hơn mức cho phép.
19 loại cát nhiễm mặn thích hợp khai thác sử dụng
Cụ thể, nhóm nghiên cứu đề tài “Khảo sát, phân loại và định hướng sử dụng cát nhiễm mặn làm cốt liệu cho kết cấu bê tông cốt thép” đã khảo sát sơ bộ một số vùng biển có trữ lượng cát có thể sử dụng làm VLXD, sau đó phân loại và lựa chọn được 19 loại cát nhiễm mặn thích hợp khai thác sử dụng.
Các mẫu cát được lấy và thí nghiệm tính chất cơ lý cơ bản tại LAS- XD 03 và thí nghiệm thành phần hóa tại LAS- XD 05.
Kết quả thí nghiệm cho thấy, các chỉ tiêu cơ bản như khối lượng riêng, khối lượng thể tích bão hòa, khối lượng thể tích khô, độ hút nước khối lượng thể tích xốp, độ hổng, lượng hạt > 5mm của cát nhiễm mặn tương tự như cát vàng và các giá trị này tương đối ổn định ở các loại cát đã khảo sát. Mô đun độ lớn của cát nhiễm mặn dao động từ 0,1 (cát nhiễm mặn Bạc Liêu) đến 2,6 (cát nhiễm mặn Trà Khúc - Quảng Ngãi). Hàm lượng tạp chất hữu cơ sáng hơn màu chuẩn. Hàm lượng bụi, bùn sét phần lớn ≤1%, duy chỉ có cát nhiễm mặn Duyên Hải - Trà Vinh là 1,2%. Hàm lượng clorua trong cát dao động từ 0,012% đến 0,547% và phân bố lớn nhất ở khu vực miền Trung, miền Nam, càng xa mép nước thì hàm lượng clorua càng nhỏ.
Theo nhóm nghiên cứu, điều này có nghĩa là trong số các loại cát được khảo sát, sẽ có loại thỏa mãn theo TCVN 7570:2006 và có loại cát không thỏa mãn theo tiêu chuẩn này.
Căn cứ mô đun độ lớn của cát, nhóm nghiên cứu đề xuất sử dụng cát nhiễm mặn Thuận An cho bê tông B20, cát nhiễm mặn Trà Khúc cho bê tông B30, cát nhiễm mặn Vân Đồn cho bê tông B45 để khảo sát tính gần đúng hàm lượng clorua trong bê tông.
Trên cơ sở các kết quả hàm lượng clorua trong cát, bê tông và các kết quả nghiên cứu, nhóm nghiên cứu cũng đề xuất phân loại clorua trong cát thành các mức sau đây để phù hợp với các biện pháp bảo vệ, chống ăn mòn cho cốt thép như: Mức thấp từ 0,05% đến dưới 0,15%; mức trung bình từ 0,15% đến dưới 0,2%, mức cao từ 0,2% đến dưới 0,3%.
Các mức clorua trong bê tông được phân loại tương đương với clorua trong cát có thể phân ra gần đúng như sau: Mức thấp từ 0,05% đến dưới 0,15% tương đương clorua trong bê tông từ 0,6 đến dưới 1,2 kg/m3; mức trung bình từ 0,15% đến dưới 0,2% tương đương clorua trong bê tông từ 1,2 đến dưới 1,8 kg/m3; mức cao từ 0,2% đến dưới 0,3% tương đương clorua trong bê tông từ 1,8 đến dưới 2,4 kg/m3.
Như vậy, hàm lượng clorua trong cát Thuận An là 0,19%, tương đương 1,31kg/m3 BT, đại diện cho nhóm clorua từ 1,2 đến dưới 1,8 kg/m3. Hàm lượng clorua trong cát Trà Khúc là 0,116%, tương đương 0,94kg/m3, đại diện cho nhóm clorua từ 0,6 đến dưới 1,2kg/m3. Hàm lượng clorua trong cát Vân Đồn là 0,27%, tương đương 1,9kg/m3, đại diện cho nhóm clorua từ 1,8 đến dưới 2,4 kg/m3.
Sử dụng cát nhiễm mặn làm cốt liệu cho kết cấu bê tông cốt thép
Nhóm nghiên cứu đã đề xuất sử dụng cát nhiễm mặn làm cốt liệu cho kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) dùng trong công trình dân dụng ở môi trường khí quyển biển có thời hạn sử dụng không nhỏ hơn 25 năm (Mức 2) tại những nơi thiếu cát sạch và không dùng cho kết cấu BTCT dự ứng lực do hàm lượng clorua.
Cát nhiễm mặn thường có hàm lượng clorua lớn hơn quy định trong tiêu chuẩn nên khi sử dụng cho kết cấu BTCT chỉ khuyến khích áp dụng cho môi trường có mức độ xâm thực trung bình trở xuống, vì nếu kết cấu làm việc trong môi trường xâm thực mạnh thì ngoài hàm lượng clorua cao có sẵn trong bê tông, kết hợp với hàm lượng clorua cao trong môi trường dẫn đến làm cho cốt thép bị ăn mòn nhanh.
Chính vì vậy, nhóm nghiên cứu đã đề xuất phạm vi cát nhiễm mặn làm cốt liệu cho BTCT ở môi trường khí quyển biển và chỉ trong tiểu vùng trên bờ cách mép nước 0-1km và gần bờ cách mép nước 1-30km. Các biện pháp bảo vệ tương ứng với từng tiểu vùng như sau:
Hàm lượng ion clo trong cát mức thấp từ 0,05% đến dưới 0,15% (0,6 đến dưới 1,2kg/m3 BT) và mức trung bình từ 0,15% đến dưới 0,2% (1,2 đến dưới 1,8 kg/m3 BT): dùng cho kết cấu BTCT làm việc tiểu vùng trên bờ cách mép nước 0-1km.
Hàm lượng ion clo trong cát mức cao từ 0,2% đến dưới 0,3% (1,8 đến dưới 2,4 kg/m3 BT): dùng cho kết cấu BTCT làm việc trong tiểu vùng gần bờ cách mép nước từ 1-30km.
Nhóm nghiên cứu cũng đưa ra phương án bảo vệ, chống ăn mòn kết cấu BTCT cốt liệu cát nhiễm mặn đề xuất như sau: Khi sử dụng các loại cát nhiễm mặn để làm cốt liệu cho kết cấu BTCT làm việc trong môi trường khí quyển biển Việt Nam, ngoài việc đáp ứng yêu cầu kỹ thuật trong TCVN 9346:2012, còn phải sử dụng biện pháp bảo vệ bổ sung phù hợp cho từng tiểu vùng quy định, và cần phải thử nghiệm, đánh giá khả năng bảo vệ chống ăn mòn cho cốt thép trong bê tông trước khi áp dụng.
Nhóm nghiên cứu khuyến cáo, khi sử dụng cát nhiễm mặn có hàm lượng clorua vượt ngưỡng giới hạn có thể dẫn đến ăn mòn cốt thép nhanh, mạnh và sớm nếu không có biện pháp bảo vệ, chống ăn mòn cho cốt thép. Vì vậy, cần thử nghiệm khả năng ăn mòn cốt thép theo các tiêu chuẩn hiện hành trước khi áp dụng biện pháp bảo vệ cốt thép.
Nguồn: Tạp Chí Xây Dựng
