Khảo sát hoạt tính cường độ của cát nghiền và ảnh hưởng của nó đến tính chất vữa cát nghiền - xi măng OPC FiCO

Tạp chí Khoa học và Công nghệ 133 (2019) 091-095 
91 
Khảo sát hoạt tính cường độ của cát nghiền và ảnh hưởng của nó đến tính 
chất vữa cát nghiền-xi măng OPC FiCO 
 Investigation on the Strength Actvity of Grinding Sand and Its Effects on the Physical Properties of 
FiCO OPC-Grinding Sand Mortar 
Vũ Hoàng Tùng1*, Hồ Thanh Sự2 
1Trường Đại học Bách khoa Hà Nội - Số 1, Đại Cồ Việt, Hai Bà Trưng, Hà Nội 
2Công ty cổ phần xi măng FiCO Tây Ninh 
Đến Tòa soạn: 06-12-2017; chấp nhận đăng: 20-3-2019 
Tóm tắt 
Cát luôn là nguyên liệu quan trọng chiếm tỷ lệ lớn trong thành phần của vữa và bê tông xây dựng, tuy nhiên 
người ta vẫn chỉ sử dụng nó chủ yếu ở dạng tự nhiên, việc sử dụng ở dạng đã được gia công nghiền mịn 
vẫn chưa được nghiên cứu kĩ. Ngoài ra, cát đã nghiền mịn vừa là cốt liệu lại có hoạt tính cường độ nên có 
thể ứng dụng điều này để sản xuất hỗn hợp xi măng poóc lăng hỗn hợp, vữa hoặc bê tông xây dựng với 
hiệu quả sử dụng cao hơn. Nghiên cứu này khảo sát hoạt tính cường độ của cát nghiền mịn ở các dải hạt 
<90 μm, <45 μm và <32 μm và ảnh hưởng của nó đến tính chất của vữa cát nghiền-xi măng OPC FiCO. 
Phương pháp đo hoạt tính của cát nghiền theo tiêu chuẩn và phi tiêu chuẩn, phương pháp kiểm tra một số 
tính chất cơ lý của hỗn hợp vữa, phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) đã được sử dụng nhằm làm rõ mức độ 
hoạt tính của cát nghiền mịn ở các dải hạt và ảnh hưởng của nó tới một số tính chất cơ bản của vữa cát 
nghiền-xi măng OPC FiCO. 
Từ khóa: cát nghiền <90μm, <45μm và <32μm, vữa xi măng-cát nghiền, hoạt tính cường độ. 
Abstract 
Sand is an important constituent of a large proportion of mortar and concrete, but it is mainly used in the 
form of natural, used in the form of a fine grinding not well researched. In addition, the fine-grained sand and 
aggregate are highly activeintensity, so this can be used to produce a mixture of Portland cement, mortar or 
concrete with higher efficiency. This study investigated the fine-grained sand activity in grain strips <90 μm, 
<45 μm and <32 μm and its effect on the properties of OPC FiCO milling-cement mortar. The method of 
measuring the activity of standard and non-standard grinding sand, the method of examining some 
mechanical properties of mortar mixtures, X-ray diffraction (XRD) method has been used to clarify the level 
of activity. The properties of finely ground sand in grain strips and its effects on some of the basic properties 
of OPC FiCO milling-mortar sand mortar. 
Keywords: grinding sand <90μm, <45μm and <32μm, cement-ginding sand mortar, active intensity. 
1. Mở đầu 
Cát*luôn là nguyên liệu quan trọng chiếm tỷ lệ 
lớn trong thành phần của vữa và bê tông xây dựng, 
tuy nhiên người ta vẫn chỉ sử dụng nó chủ yếu ở dạng 
tự nhiên với vai trò là cốt liệu. Cát nghiền mịn được 
sử dụng để chế tạo vữa xi măng thì vai trò cốt liệu 
của nó trong vữa là rõ ràng tuy nhiên vai trò hoạt tính 
hỗ trợ tạo cường độ cho quá trình đóng rắn thì chưa 
có nghiên cứu nào chỉ ra. Quá trình đóng rắn của xi 
măng, các phản ứng thuỷ hoá của các khoáng chính 
3CaO.SiO2 và 2CaO.SiO2 luôn tạo ra một lượng lớn 
Ca(OH)2. Nguyên liệu cát nghiền mịn được sử dụng 
để chế tạo hỗn hợp vữa xi măng, trong quá trình xảy 
ra phản ứng thuỷ hoá, nếu có hoạt tính cường độ nó 
sẽ tham gia phản ứng với với Ca(OH)2 để tạo ra 
* Địa chỉ liên hệ: Tel. (084) 982678101 
Email: vuhoangtung1971@yahoo.com 
khoáng CaO.SiO2.H2O (C-S-H), phản ứng tạo ra giúp 
tăng tốc độ quá trình đóng rắn đồng thời tạo ra 
khoáng C-S-H bền vững hơn Ca(OH)2 (portlandite). 
Khi sử dụng cát đã nghiền mịn để chế tạo vữa hoặc 
bê tông sẽ làm cho vữa và bê tông có tính công tác 
cao, với vữa sử dụng hoàn toàn cát nghiền sẽ có độ 
chảy lớn hơn vữa chế tạo từ cát thông thường, điều 
này làm cho quá trình thi công dễ dàng hơn. Ngoài ra, 
cát nghiền mịn đóng vai trò là cốt liệu lại có hoạt tính 
cường độ sẽ làm tăng cường độ chịu nén của vữa và 
cũng tương tự như vậy khi sử dụng trong bê tông. 
Việc tăng cường độ của khối bê tông sẽ góp phần làm 
giảm kích thước khung chịu lực. 
Tuy nhiên khi sử dụng cát nghiền mịn thay thế 
cát thông thường để chế tạo hỗn hợp vữa sẽ có ảnh 
hưởng đến tính chất cơ bản của hỗn hợp này vì vậy 
nghiên cứu khảo sát để chỉ ra các thông số công nghệ 
là cần thiết cho khả năng ứng dụng trong thực tiễn. 
Tạp chí Khoa học và Công nghệ 133 (2019) 091-095 
92 
2. Nguyên vật liệu và phương pháp nghiên cứu 
2.1 Chuẩn bị mẫu nghiên cứu 
Cát tiêu chuẩn TCVN 6227:1996[1] được 
nghiền mịn trong máy nghiền bi thí nghiệm có các 
thông số trong bảng 1. 
Bảng 1. Thông số của cát nghiền 
Kí hiệu 
Lượng 
sót sàng 
90 µm 
(%) 
Lượng 
sót sàng 
45 µm 
(%) 
Lượng sót 
sàng 32 
µm (%) 
Blaine 
(cm2/g) 
C90 4,6 32,60 50,12 2490 
C45 0,14 4,96 19,66 5050 
C32 0,04 1,54 8,74 6280 
C32-2H 0,01 0,75 3,24 6950 
 Xi măng OPC được nghiền từ hỗn hợp gồm 96% 
clinker FiCO Tây Ninh và 4% thạch cao Thái Lan. 
Clinker và thạch cao được kẹp hàm đề giảm kích 
thước hạt <5mm sau đó nghiền mịn trong máy nghiền 
bi thí nghiệm và xác định theo TCVN 4030:2003 [2], 
xi măng OPC này được kiểm tra thử nghiệm cho kết 
quả đạt OPC50. Phụ gia được sử dụng nghiên cứu là 
phụ gia dẻo sika viscoCrete-8100, nguồn gốc sản xuất 
từ công ty sika Việt Nam. Các mẫu thí nghiệm được 
chế tạo theo tỷ lệ thành phần nguyên vật liệu ở bảng 
2. 
Bảng 2. Nguyên vật liệu để chế tạo mẫu thí nghiệm 
Tỷ lệ 
Nướ
c/Xi 
măng 
(g/g) 
Tỷ lệ 
Cát/
Xi 
măng 
(g/g) 
Lượng vật liệu dùng cho 1 mẻ trộn 
thí nghiệmvữa 
Xi măng 
(g) 
Nước 
(g) 
Phụ gia 
(g) 
Cát 
(g) 
0,82 3,0 450 369 9 1350 
2.2 Phương pháp nghiên cứu 
- Xác định độ mịn của cát theo TCVN 4030:2003. 
Máy đã được hiệu chỉnh để đo mẫu không phải xi 
măng. 
- Hoạt tính cường độ của cát: xác định theo TCVN 
6882:2001 [3] kết hợp phương pháp phi tiêu chuẩn. 
- Độ chảy của vữa xác định theo TCVN 31213-
3:2003 [4]. 
- Độ co xác định theo TCVN 8824:2011 [5], khối 
lượng thể tích theo TCVN 3121-10:2003 [6], cường 
độ kháng nén theo TCVN 6016:2011 [7]. 
- Xác định thành phần khoáng của vật liệu bằng nhiễu 
xạ tia Rơn-ghen (XRD). 
2.3 Thiết bị sử dụng nghiên cứu 
- Thiết bị dụng cụ theo TCVN 
- Máy xác định diện tích bề mặt riêng Blain 
- Thiết bị XRD phân tích thành phần khoáng D8 – 
advance. 
3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận 
3.1 Xác định hoạt tính của cát nghiền 
3.1.1. Hoạt tính cường độ của cát xác định theo 
TCVN 6882:2001 
 Hoạt tính của cát nghiền mịn được đánh giá 
thông qua việc khảo sát chỉ số hoạt tính cường độ với 
xi măng, kết quả khảo sát được trình bày trong biểu 
đồ hình 1. 
Hình 1. Ảnh hưởng độ mịn của cát đến hoạt tính 
cường độ 
Các mẫu thử nghiệm được so sánh chỉ số cường 
độ ở 3, 7 và 28 ngày (IR3, IR7 và IR28 – hình 1). 
Bằng phương pháp thử này, cát nghiền mịn ở các dải 
hạt khảo sát đều có hoạt tính, khi dải hạt càng mịn thì 
hoạt tính của cát nghiền tăng lên, tuy nhiên mức độ 
tăng hoạt tính là không đáng kể, giữa cát nghiền mịn 
C32-2H và cát nghiền ít mịn nhất C90 hoạt tính 
cường độ 28 ngày chỉ tăng lên 2,8%. 
3.1.2. Đánh giá hoạt tính thông qua độ dẫn điện 
Hoạt tính của cát nghền mịn là một tính chất 
quan trọng, vì vậy nghiên cứu bổ sung để khẳng định 
bằng phương pháp đo độ dẫn điện. 
Nguyên lý của phương pháp đo này như sau: 
Khi đưa cát nghiền vào dung dịch vôi bão hòa thì độ 
dẫn điện của dung dịch vôi bão hòa sẽ giảm xuống 
đến một mức độ nhất định tùy thuộc vào độ hoạt tính 
của cát nghiền. Luxán [8] giải thích hiện tượng này là 
do phản ứng của SiO2 hoạt tính trong thành phần của 
cát nghiền với Ca(OH)2 tạo ra hợp chất mới là C-S-H 
làm suy giảm nồng độ Ca2+ trong dung dịch nước vôi, 
vì vậy độ dẫn điện của dung dịch bị giảm xuống. Như 
vậy cát nghiền có độ hoạt tính càng cao thì độ dẫn 
diện của dung dịch càng giảm mạnh. 
100 100 100
78,8 80,6 80,580,1
81,8 82,483,2 83,5 83,1
84,2 83,9 83,3
0
20
40
60
80
100
120
IR3 IR7 IR28
H
oạ
t 
tí
n
h
, 
%
OPC
C90
C45
C32
C32-2H
Tạp chí Khoa học và Công nghệ 133 (2019) 091-095 
93 
Hình 2. Ảnh hưởng độ mịn của cát đến độ dẫn điện 
Các mẫu cát nghiền được đưa vào dung dịch vôi 
bão hòa với cùng một tỉ lệ 2g trong 100ml, nhiệt độ 
của dung dịch được khống chế ở 40oC và khuấy đều 
trong 2 phút trước mỗi lần đo, cứ sau 10 phút xác 
định độ dẫn điện một lần, tổng thời gian khoảng 120 
phút, kết quả cuối cùng được xác định sau ba lần đo 
không thay đổi được trình bày trong hình 2. Độ dẫn 
điện của các dung dịch vôi bão hòa có chứa các loại 
cát nghiền khác nhau cho thấy rõ ràng sự suy giảm 
khả năng dẫn điện của dung dịch nước vôi bão hoà 
chứa cát nghiền so với không chứa cát nghiền (hình 
2), điều này làm sáng tỏ khả năng hoạt tính của cát 
nghiền. Tuy nhiên phương pháp đo này không cho 
thấy sự khác biệt đáng kể về ảnh hưởng giữa các độ 
mịn cát nghiền đến mức độ suy giảm khả năng dẫn 
điện. 
3.2. Chế tạo vữa và xác định các tính chất cơ lý 
3.2.1 Ảnh hưởng độ mịn của cát nghiền đến độ chảy 
của vữa 
Các phương pháp thí nghiệm tính công tác của 
loại vữa này có nhiều khác biệt so với vữa thông 
thường vì chúng chỉ toàn cốt liệu mịn nhưng có nhiều 
điểm tương đồng so với các phương pháp thí nghiệm 
xác định tính công tác của vữa hoặc của bê tông tự 
lèn [9]. Vì vậy đã xác định tính công tác của hỗn hợp 
vữa dựa vào việc xác định độ chảy xòe của côn vữa. 
Ở đây thay thế cát nghiền bằng đúng khối lượng 
cát tiêu chuẩn, do độ mịn của cát tăng nên cần lượng 
nước cao hơn, qua nhiều thử nghiệm khác nhau cho 
thấy, với cùng một tỉ lệ phụ gia sika (bảng2), để vữa 
có độ linh động cần có khối lượng nước bằng 0,82 lần 
khối lượng xi măng. Khi đạt độ linh động, vữa có độ 
chảy rất lớn. 
3.2.2 Ảnh hưởng độ mịn của cát nghiền đến khối 
lượng thể tích của vữa 
Trong chế tạo mẫu chỉ sử dụng một dải cỡ hạt 
và khối lượng cát đưa vào là không đổi, khi độ mịn 
của cát tăng sẽ làm tăng số lượng hạt dẫn đến tăng số 
lượng khoảng trống giữa các bề mặt tiếp xúc mặc dù 
kích thước khoảng trống nhỏ đi nhưng tổng số 
khoảng trống lại tăng lên. Điều này có thể là nguyên 
nhân làm khối lượng thể tích mẫu giảm xuống khi sử 
dụng cát nghiền mịn hơn. Thay đổi khối lượng thể 
tích không nhiều nhưng cho thấy một xu hướng rõ 
ràng là khối lượng thể tích của mẫu giảm khi tăng độ 
mịn của cốt liệu. 
Hình 3. Ảnh hưởng độ mịn của cát nghiền đến độ 
chảy của vữa 
Hình 4. Ảnh hưởng độ mịn của cát nghiền đến khối 
lượng thể tích của vữa 
Hình 5. Ảnh hưởng độ mịn của cát nghiền đến độ co 
thể tích của vữa 
0,00
0,74
0,78
0,81
0,866,49
5,75
5,71 5,68
5,63
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
5,20
5,40
5,60
5,80
6,00
6,20
6,40
6,60
Ca(OH)2 C90 C45 C32 C32 - 24H
C
h
ê
n
h
 lệ
ch
 đ
ộ
 d
ẫ
n
 đ
iệ
n
Đ
ộ
 d
ẫn
 đ
iệ
n
, 
m
S/
cm
Mẫu
Chênh lệch ĐDĐ
Độ dẫn điện
423
413
408
405
395
400
405
410
415
420
425
C90 C45 C32 C32-2H
Đ
ộ
 c
h
ảy
, m
m
2,195
2,188
2,180
2,176
2,165
2,170
2,175
2,180
2,185
2,190
2,195
2,200
C90 C45 C32 C32-2H
K
LT
T,
 g
/c
m
3
0,018
0,026 0,028
0,033 0,033
0,027
0,035
0,039
0,051 0,051
0,047
0,059
0,062
0,073 0,074
0,000
0,010
0,020
0,030
0,040
0,050
0,060
0,070
0,080
OPC C90 C45 C32 C32-2H
Đ
ộ
 c
o
, %
1 tuần
2 tuần
4 tuần
Tạp chí Khoa học và Công nghệ 133 (2019) 091-095 
94 
3.2.3 Ảnh hưởng độ mịn của cát nghiền đến độ co của 
vữa 
Vữa chế tạo được có độ chảy cao do sử dụng tỉ 
lệ nước lớn hơn, điều này chắc chắn có ảnh hưởng 
đến độ co của nó. Kết quả cho thấy cát nghiền càng 
mịn, độ co của vữa tăng, tuy nhiên mức độ co lớn 
nhất thuộc mẫu C32-2H <0,08% vẫn nhỏ hơn tiêu 
chuẩn cho phép của vữa xây dựng. 
3.2.4 Ảnh hưởng độ mịn của cát nghiền đến cường độ 
vữa 
Hình 6. Ảnh hưởng độ mịn của cát nghiền đến cường 
độ kháng nén của vữa 
 So sánh cường độ nén của mẫu ở các ngày tuổi 
khác nhau có thể thấy rằng: Mẫu sử dụng cát có độ 
mịn càng cao thì cường độ sau 3, 7 và 28 ngày càng 
tăng. Ở 3 ngày tuổi mẫu cho cường độ cao nhất là 
mẫu M32-2H với cường độ đạt đến 36,6 MPa, cao 
hơn mẫu dùng cát với độ mịn thấp nhất là M90 có 
cường độ đạt 32,0 MPa. Ở 7 ngày tuổi mẫu cho 
cường độ cao nhất là mẫu M32-2H với cường độ đạt 
đến 59,0 MPa cao hơn mẫu có độ mịn thấp nhất là 
M90 cường độ đạt 48,4 MPa. Như vậy chênh lệch 
cường độ mẫu dùng cát nghiền mịn cao nhất và thấp 
nhất sau 3 và 7 ngày là khoảng 12,6%. 
Ở 28 ngày tuổi mẫu cho cường độ cao nhất là 
M32-2H với cường độ đạt đến 70,9 MPa cao hơn 
mẫu có độ mịn thấp nhất là M90 cường độ đạt 60,6 
MPa. Cường độ mẫu dùng cát mịn nhất tăng hơn so 
với mẫu dùng cát có độ mịn thấp nhất sau 28 ngày là 
17%. Như vậy, cát nghiền mịn có ảnh hưởng mạnh 
đến quá trình phát triển cường độ cũng như cường độ 
đạt được của vữa. Ở dải hạt <90µm, độ mịn càng cao 
thì mức độ ảnh hưởng càng lớn. Kết quả đo khối 
lượng thể tích lại cho thấy mẫu đạt cường độ cao có 
khối lượng thể tích nhỏ hơn, điều này có thể liên quan 
đến khả năng phân bố các lỗ xốp trong vữa sẽ đồng 
đều hơn, kích thước trung bình của các lỗ xốp nhỏ 
hơn khi sử dụng cốt liệu mịn hơn. 
3.3 Ảnh hưởng của độ mịn cát nghiền đến hình 
thành khoáng porlandite 
 Mẫu vữa đóng rắn sau 28 ngày được nghiên cứu 
bằng nhiễu xạ rơnghen, mặc dù các khoáng hình 
thành trong vữa xi măng nhiều và biểu đồ nhiễu xạ rất 
phức tạp, nhưng cường độ peak SiO2 và Ca(OH)2 là 
rất lớn so với các khoáng còn lại, vì vậy ở đây có thể 
phân lập để so sánh tương đối sự khác nhau của các 
khoáng này, kết quả trình bày trong hình 7. 
Trên đường nhiễu xạ cho thấy, mẫu sử dụng cát 
có độ mịn cao M32 (C32) mặc dù có peak ở góc 38o 
tương đương với mẫu OPC nhưng peak ở góc 18o và 
47o thì yếu hơn rõ ràng, xét tổng thể theo độ cao của 
đường cong nhiễu xạ rơnghen có thể thấy sự suy 
giảm mức độ tồn tại của tinh thể porlandite trong vữa 
đã đóng rắn sử dụng cát nghiền, như vậy gián tiếp chỉ 
ra khả năng hoạt tính của cát nghền mịn khi tham gia 
phản ứng đóng rắn của xi măng. 
Hình 7. Ảnh hưởng độ mịn của cát nghiền đến đặc 
trưng nhiễu xạ của khoáng portlandite. 
Kết luận 
Nghiên cứu ảnh hưởng của cát nghiền mịn đến 
vữa cát nghiền-xi măng OPC FiCO. Khi sử dụng tỉ lệ 
cát và xi măng là 3/1 theo khối lượng để chế tạo mẫu 
cho thấy: 
Cát nghiền mịn đến kích thước hạt < 90µm có 
hoạt tính, hoạt tính tăng không nhiều khi tăng độ mịn 
đến <45µm và <32µm. 
Vữa sử dụng cốt liệu cát mịn cần tỉ lệ nước so 
với xi măng cao hơn (0,82) để đạt độ linh động nhưng 
khi có độ linh động cần thiết thì độ chảy của vữa rất 
cao (~400mm). 
Sử dụng cát mịn hơn làm vữa có khối lượng thể 
tích giảm dần theo độ mịn (< 2,2g/cm3), ngoài những 
tính chất cơ bản nêu trên còn làm cho cường độ vữa 
tăng mạnh và đạt đến 70 Mpa. 
32,0 33,1
35,9 36,6
49,9 50,7
56,8 57,1
60,6
63,1
69,2 70,9
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
C90 C45 C32 C32-2H
C
ư
ờ
n
g 
đ
M
P
a
R3
R7
R28
Tạp chí Khoa học và Công nghệ 133 (2019) 091-095 
95 
Cát nghiền mịn có hoạt tính, khi tham gia phản 
ứng đóng rắn cùng xi măng đã làm giảm sự tồn tại 
của khoáng portlandite. 
Tài liệu tham khảo 
[1]. TCVN 6227:1996. 
[2]. TCVN 4030:2003. 
[3]. TCVN 6882:2001. 
[4]. TCVN 31213-3:2003. 
[5]. TCVN 8824:2011. 
[6]. TCVN 3121-10:2003. 
[7]. TCVN 6016:2011. 
[8]. Luxán María Pilar de; De Rojas MI Sanchez; Frías 
Moisés (1989), Investigations on the fly ash-calcium 
hydroxide reactions. Cement and Concrete Research. 
19(1): p. 69-80. 
[9]. .TCVN 10306-2014.