Nghiên cứu chế tạo vật liệu tăng cường tiếp đất

Hóa học & Kỹ thuật môi trường 
T.Đ. Hiến, P.H. Thạch, , “Nghiên cứu chế tạo vật liệu tăng cường tiếp đất.” 168 
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU TĂNG CƯỜNG TIẾP ĐẤT 
Trần Đình Hiến*, Phạm Hồng Thạch, Nguyễn Thị Xuân Hồng, 
Nguyễn Đình Chinh, Vương Quang Việt, Lê Văn Tâm 
Tóm tắt: Bài báo trình bày tóm tắt nội dung nghiên cứu chế tạo vật liệu tăng 
cường tiếp đất ứng dụng trong hệ thống tiếp đất (tiếp đất chống sét, tiếp đất bảo 
vệ...). Những thông số kỹ thuật của vật liệu chế tạo hoàn toàn tương đương sản 
phẩm nhập ngoại cùng loại: Điện trở suất thấp, ρ = 3,7 ÷ 4,5 Ω.cm; bền nhiệt trong 
khoảng nhiệt độ -100C ÷ +600C; không thay đổi điện trở khi chịu tải dòng xung 
12kA; không gây ô nhiễm đất và nước ngầm. 
Từ khóa: Vật liệu tăng cường tiếp đất, Vật liệu chống sét. 
1. MỞ ĐẦU 
Vật liệu tăng cường tiếp đất (VL TCTĐ, Ground Enhancing Materials - GEM), sử dụng 
như chất lấp đầy (backfill) quanh điện cực tiếp đất (ĐCTĐ, Hình 1) của hệ thống tiếp đất 
(chống sét, bảo vệ, làm việc, chống ăn mòn) các công trình quốc phòng, công trình cao 
tầng, trạm chứa nguyên nhiên vật liệu dễ cháy nổ, hệ thống lưới điện, trạm biến áp, công 
trình viễn thông 
Hình 1. Một phần hệ thống tiếp đất. 
 VL TCTĐ có độ dẫn điện cao, khi dùng làm giảm điện trở suất của đất, tăng cường 
tiếp xúc và diện tích tiếp xúc giữa ĐCTĐ và môi trường đất, giúp quá trình tiêu tán năng 
lượng do ngắn mạch, quá áp, quá dòng xuống đất dễ dàng, với mục đích chung là bảo vệ 
an toàn cho con người và thiết bị, khi có sự cố hoặc do phóng điện khí quyển (giông-sét) 
gây ra [5,6,7]. 
 VL TCTĐ phải đạt các yêu cầu chính: điện trở suất thấp; bền vững theo thời gian, 
do đó không cần bảo trì định kỳ hay thay thế; rất phù hợp với vùng đất có điện trở cao, 
khó lắp đặt và giới hạn về diện tích xây dựng hệ thống tiếp đất; không độc hại, và gây ô 
nhiễm môi trường đất và nước ngầm; ăn mòn ĐCTĐ thấp, dễ sử dụng [5] 
Hầu hết các nước đều sản xuất VL TCTĐ dựa trên nguồn nguyên vật liệu phong phú, 
sẵn có của quốc gia mình, như cốc dầu khí, cốc than đá, carbon black, graphít, xỉ lò cao, 
tro bay, xi măng, cao lanh, bentonit[1,5,6,7]. Liên doanh ERICO (Mỹ - Úc) đã sản xuất 
thành công 2 sản phẩm GEM và GEM 25A, có mặt thị trường hơn 40 nước [1,5]. 
Hiện nay, yêu cầu kỹ thuật hệ thống chống sét các kho đạn, nhà máy sản xuất vật liệu 
nổ, kho vũ khí, khí tài, công trình viễn thông, hệ thống lưới điện, trạm biến áp tuân thủ 
nghiêm ngặt theo các tiêu chuẩn [2,3,4]. Theo các tài liệu này đối với vùng đất có điện trở 
suất cao dùng muối ăn hay tiếp đất chôn sâu để cải thiện độ dẫn điện của đất. Do muối bị 
rửa trôi, thông số kỹ thuật hệ thống tiếp đất không ổn định, nên định kỳ phải kiểm tra, bổ 
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Kỷ niệm 55 năm Viện KHCNQS, 10 - 2015 169 
sung muối, hay thay thế ĐCTĐ bị ăn mòn nhanh. Tiếp đất chôn sâu rất khó khăn trong thi 
công lắp đặt do đó làm tăng chi phí để duy trì hoạt động hệ thống tiếp đất. Đối với công 
trình có tính ổn định lâu dài, VL TCTĐ được nhập ngoại với giá thành cao [1]. 
Đề tài đã thành công trong nghiên cứu lựa chọn các nguyên vật liệu, thành phần, công 
nghệ chế tạo VL TCTĐ. Sản phẩm nghiên cứu đã khắc phục các hạn chế nêu trên, hiện 
đang ứng dụng thử nghiệm tại Cục Kỹ thuật Quân khu 7 và Cục Kỹ thuật Quân đoàn 4.[1] 
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 
2.1. Xác định thành phần hóa và thành phần khoáng 
- Hàm lượng cacbon theo ASTM D 5373-08. Thành phần hóa: TCN 01-I GCM; và 
TCVN 1441:2008. Thành phần khoáng phương pháp huỳnh quang tia X. 
2.2. Xác định tính chất hóa lý của nguyên liệu và thông số kỹ thuật sản phẩm 
- Độ hút vôi; chỉ số cường độ hoạt tính phụ gia thủy:TCVN 3735:1982; TCVN 
6882:2001. 
- Cường độ nén; lượng nước tiêu chuẩn; thời gian đông kết: TCVN 6016: 2011; TCVN 
6017:1995, TCVN 6017: 1995. 
- Điện trở suất: ASTM G 187-12; kích thước hạt TCVN 4828-89; khối lượng riêng, 
khối lượng thể tích: ASTM D 4380-06; TCVN 4292-95; TCVN 7072-06. 
- Thành phần kim loại nặng trong VL TCTĐ: TCVN 6496: 2009, TCVN 5979:1995. 
- Thử nghiệm ăn mòn: ASTM G1-03, GOCT 9.6O2:2005, TCVN 5066-90. 
- Thử nghiệm xung nhiệt: GOCT 16962, 2 chu kỳ, 2 giờ/chu kỳ, -100C ÷ +600C. 
- Mẫu thử xung nhiệt: M1: Φ70, L200; M2: Φ80, L200, ĐCTĐ Φ14, L250, đặt tại tâm, 
máy 200 DU. 
- Mẫu TN thay đổi điện trở khi chịu tải dòng xung sét: Φ160, L300, máy phát xung GI 
10-140, máy hiện sóng TDS-360, máy đo điện trở CA 6460, trị số xung dòng 12 kA( 8/20 
μs). 
- Đo điện trở suất đất, VL TCTĐ hiện trường: TCVN/QS 960: 2002. 
- Mẫu TN ảnh hưởng phụ gia: VL TCTĐ được trộn với lượng nước tiêu chuẩn là 70%, 
đổ trong ống PVC sau 28 ngày đóng rắn lấy mẫu thử nghiệm. 
- Thiết bị sử dụng chế tạo VL TCTĐ phòng TN: Máy nghiền bi: Φ240, L250, N= 52 
v/ph, Φ bi 20-30, mbi/mliêu = 1,4: 1,0, hệ số điền đầy φ = 0,5.V, 2,5-3,0 kg/mẻ. 
- Thiết bị sử dụng chế tạo thử nghiệm VL TCTĐ: Máy nghiền bi: Φ1400, L1600, N= 
22 v/ph, Φ bi 50-100 mm, mbi/mliệu = 1,4: 1,0, hệ số điền đầy φ = 0,5.V, 250-300 kg/mẻ. 
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 
3.1. Kết quả khảo sát vật liệu tăng cường tiếp đất nhập ngọai 
Đề tài đã chọn GEM là VL TCTĐ được nhập từ Công ty Liên doanh ERICO [5], qua 
sử dụng thị trường trong nước chứng tỏ nhiều ưu điểm vượt trội, phân tích những thông số 
cần thiết định hứơng quá trình nghiên cứu [1]. 
3.1.1. Xác định thành phần hóa 
 Bảng 1. Thành phần hóa của GEM (%). 
Tên chỉ tiêu CaO SO3 SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO Na2O K2O MKN 
 Kết quả 
12.92 1.42 5.70 2.02 1.07 0.87 0.22 0.20 71.30 
Hàm lượng cacbon: 72,30 
Hóa học & Kỹ thuật môi trường 
T.Đ. Hiến, P.H. Thạch, , “Nghiên cứu chế tạo vật liệu tăng cường tiếp đất.” 170 
- Thành phần hóa học của GEM (Bảng 1), bao gồm các oxyt chính của clinke xi măng 
portland (XMP), và các phụ gia có trong XMP: CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3. Hàm lượng 
cacbon hay lượng mất khi nung thể hiện lượng cacbon có trong GEM. Dựa vào lượng SO3 
có thể tính lượng phụ gia điều chỉnh tốc độ đông kết CaSO4 (CaSO4 = 1,7 SO3) [8], sử 
dụng trong sản phẩm với vai trò kéo dài thời gian đông kết để VL TCTĐ đủ thời gian đi 
vào mọi kẽ hổng của môi trường đất,[1]. 
3.1.2. Xác định thành phần khoáng 
Bảng 2. Thành phần khoáng của GEM (%). 
Chỉ 
tiêu 
Alit 
C3S 
(3CaO. 
SiO2) 
C2S 
(2CaO. 
SiO2 
Belit 
C3A 
(3CaO. 
Al2O3) 
Aluminat 
C4AF 
(4CaO.Al2O3. 
Fe2O3) 
Gypsum 
(CaSO4) 
Ettringite 
(3CaO.Al2
O.3CaSO
4.32H2O ) 
CaCO3 Vô 
định 
hình 
Kết 
quả 
28.00 7.00 4.00 7.00 2.00 2.00 4,00 45,80 
- Các khoáng có trong GEM là những khoáng chính của clinke XMP (Bảng 2, ngoại trừ 
khoáng vô định hình). CaSO4 - phụ gia; Ettringite: sinh ra do C3A phản ứng với gypsum 
trong quá trình hydrát hóa khoáng, có tác dụng tăng độ bền nước; CaCO3 phụ gia đầy trong 
XMP, bột mịn dạng hạt cầu, cải tạo tính chảy dẻo, tăng độ đặc chắc và giảm thiểu khả năng 
nứt do nhiệt thủy hóa. Với vật liệu TCTĐ nó tăng khả năng tự điền đầy lỗ rỗng của đất khi sử 
dụng, Khoáng vô định hình thể hiện lượng cacbon có trong GEM, kết quả có khác biệt lớn 
lượng MKN (Bảng 1), mang tính tham khảo, [1]. 
3.1.3. Cấp hạt và các thông số kỹ thuật cơ bản 
Bảng 3. Cấp hạt và các thông số kỹ thuật của GEM . 
Cấp hạt (% KL) Các thông số kỹ thuật cơ bản 
0,500÷
0,297 
(mm) 
0,297÷
0,125 
(mm) 
0,125÷
0,053 
(mm) 
<0,053 
(mm) 
ρ 
(Ω.cm) 
pH 
ρ v 
(g/cm3) 
Độ tan, 
S(g/100
g H2O)
Độ hút 
ẩm, 
Wh(%) 
17,60 18,40 5,72 58,28 12,0 11,60 0,66 0,60 0,52 
- Phần lớn cấp hạt của GEM nằm trong khoảng 0 - 0,500 mm, khối lượng cấp hạt dưới 
0,053 mm chiếm đa số. Điện trở suất (ρ) thấp 12,0 Ω.cm; dạng bột mịn, nhẹ có khối lượng 
thể tích (ρv) nhỏ; môi trường kiềm; độ tan không đáng kể; độ hút ẩm thấp, (Bảng 3) chứng 
tỏ nó ít phụ thuộc vào độ ẩm của đất. 
Nhận xét: Qua kết quả nghiên cứu có thể khẳng định về bản chất đây là dạng vật liệu 
composite, có thể biểu diễn trên Hình 2. Vật liệu được tạo nên từ hai thành phần tổ chức 
cơ bản là nền và cốt. Vật liệu cốt (VLC) là tập hợp các hạt vật liệu cacbon được liên kết lại 
bởi vật liệu nền (VLN) XMP và phụ gia của nó. 
Để một sản phẩm VL TCTĐ đạt được các yêu cầu mong muốn thì thành phần của nó 
cơ bản phải chứa ít nhất các vật liệu với vai trò chính như sau, [1,5,6,7]: 
+ Vật liệu cacbon: graphít, cacbon black, cốc dầu khí nung. Chúng có độ dẫn điện cao, 
rất bền vững trong môi trường đất với các kích thước hạt khác nhau. 
+ Vật liệu dạng aluminosilicat: như bent- Na+, bent- Ca2+... trương nở làm chặt đất, hấp 
thu ẩm, giữ ẩm, thải ẩm khi thời tiết khô, làm cho khối composit rắn chắc, không nứt vỡ 
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Kỷ niệm 55 năm Viện KHCNQS, 10 - 2015 171 
khi có thăng giáng về nhiệt độ, độ ẩm môi trường... Đó là các yếu tố cơ bản làm giảm điện 
trở của đất. Vật liệu này cùng với XMP tăng cường sự ổn định VL TCTĐ trong đất. 
+ Vật liệu kết dính XMP và các phụ gia, nhiệm vụ liên kết toàn bộ các phần tử VLC 
dẫn điện thành một khối composit thống nhất, cố định các liên kết dẫn hình thành, che phủ 
bảo vệ cốt tránh các hư hỏng cơ học và suy giảm các tính chất hóa lý do tác động của môi 
trường sử dụng, như sự thay đổi vị trí các hạt dẫn cacbon, sự khô đi, sự lỗ xốp ... trên cơ sở 
đó ổn định và nâng cao tuổi thọ làm việc của VL TCTĐ trong môi trường đất. 
+ Tỷ lệ các vật liệu thành phần trong VL TCTĐ (% KL): Vật liệu xi măng và 
aluminosilicat: 28 - 29; Vật liệu cacbon: 71 – 72.[5-7]. 
Hình 2. Một dạng cấu trúc composit của VL TCTĐ. 
3.2. Nghiên cứu lựa chọn vật liệu cacbon 
Nhóm vật liệu cacbon là những cấu tử quan trọng nhất, quyết định đến tính chất dẫn 
điện của VL TCTĐ. Cacbon có độ dẫn điện cao là tiêu chuẩn để lựa chọn. Trên cơ sở 
nghiên cứu 7 loại vật liệu cacbon, đã lựa chọn 4 loại dùng chế tạo VL TCTĐ (Bảng 4): 
Cacbon black loại VULCAN XC 72 (XC 72) [13]; cốc dầu khí nung (Cancined petroleum 
coke-CPC); graphit cầu và graphit sợi. CPC và graphit cầu được nghiền mịn. 
Bảng 4. Cấp hạt và thông số kỹ thuật của vật liệu cacbon. 
 Vật liệu 
Khối lượng cấp hạt, % Thông số kỹ thuật 
0,500÷
0,297 
(mm) 
0,297÷
0,125 
(mm) 
0,125÷
0,053 
(mm) 
<0,053 
(mm) 
Hàm lương 
cacbon, % 
Điện trở suất 
ρ, (Ω.cm) 
 XC 72 31-39 nm 97,71 0,15-0,65 
CPC 0 0 20 80 80,56 4,74 
Graphit cầu 0 5 30 65 87,70 2,39 
Graphit sợi 6 58 27 9 95,40 54 
3.3. Nghiên cứu lựa chọn vật liệu Alumosilicat 
Do nhiệm vụ đặt ra, vật liệu alumosilicat phải có khả năng hấp thụ nước, trương nở tốt 
nhất. Bentonit (bent) có tính trương nở tốt, đặc biệt là bent kim loại kiềm. Montmorillonite 
là khoáng chính của bent, khi biến tính với muối natri cacbonat có khả năng trương nở 
mạnh nhất [9,12]. Đề tài chọn bent vùng mỏ Bình Thuận (Bent-BT) và Lâm Đồng (Bent-
LĐ) để nghiên cứu quá trình biến tính (BT) bằng phương pháp khô [9]. Với thời gian trộn 
nghiền 6h và nồng độ muối natri cacbonat 2%, kết quả bảng 5, [1]. 
Hóa học & Kỹ thuật môi trường 
T.Đ. Hiến, P.H. Thạch, , “Nghiên cứu chế tạo vật liệu tăng cường tiếp đất.” 172 
Bảng 5. Thông số kỹ thuật Bent - LĐ trước và sau khi biến tính. 
Độ trương nở (%V) Độ ẩm (%) Độ hấp thụ nước 24h (%) pH 
Trước 
BT 
Sau BT Trước 
BT 
Sau 
BT 
Trước BT Sau BT Trước 
BT 
Sau 
BT 
525 1650 9,40 11,98 12,88 16,78 8,5-9,5 11,45 
3.4. Nghiên cứu lựa chọn phụ gia thủy hoạt tính 
Phụ gia thủy hoạt tính có thành phần chủ yếu là SiO2 và Al2O3 vô định hình. Mục đích 
quan trọng nhất của nó trong VL TCTĐ là tham gia các phản ứng Puzolanic[8]: tác dụng 
với CaO tự do có trong clinke (hay Ca(OH)2: sản phẩm thủy phân các khoáng clinke XMP 
quá trình đóng rắn), tạo thành sản phẩm hydrat mới: CaO + SiO2 + nH2O → 
CaO.SiO2.nH2O,(CSH); Ca(OH)2 + Al2O3 + mH2O → CaO.Al2O3.(m+1)H2O,(CAH). 
Các khoáng CSH và CAH bền vững, ít tan hơn Ca(OH)2, có tính bền nước, bền trong 
cả môi trường các muối khoáng, giảm nhiệt sinh ra do phản ứng hydrat hóa của XMP, hạn 
chế hiện tượng gây ứng suất nội làm nứt vỡ sản phẩm, những ảnh hưởng tích cực đó làm 
cho VL TCTĐ bền vững trong môi trường đất. 
Trên cơ sở khảo sát 4 loại phụ gia thiên nhiên và nhân tạo: cao lanh hoạt hóa nhiệt 
(7500C, 3 giờ); tro bay; silicafum và pudôlan (Bảng 6), đã lựa chọn silicafum. 
Bảng 6. Các thông số kỹ thuật phụ gia thủy hoạt tính. 
Phụ gia Hàm lượng oxyt (%) Độ hút vôi 
(mgCaO/g) 
Cường độ hoạt tính, 
(%) 
Độ bền nước 
SiO2 Al2O3 
Pudôlan 65,22 16,75 58,80 96,54 Không đạt 
Cao lanh 70,32 23,56 97,80 97,60 Đạt 
Tro bay 48,9 33,62 78,30 95,77 Không đạt 
silicafum 96,30 0,26 236,50 151,52 Đạt 
3.5. Ảnh hưởng phụ gia Bent.Na+ và Sunphat nhôm 
 Bent.Na+ có tính trương nở mạnh, khi sử dụng làm chặt các liên kết dẫn, do đó làm 
giảm điện trở tiếp xúc giữa các hạt VLC. Theo Watanabe [10] nó còn có khả năng duy trì 
hàm lượng nước, ngăn ngừa nứt gãy làm tăng điện trở suất và giảm tuổi thọ của sản phẩm. 
Al3(SO4)3 hỗ trợ tất cả các ảnh hưởng của bent.Na
+. 
VL TCTĐ dùng tạo mẫu thử nghiệm có thành phần VLC (%KL): XC 72: 5; CPC: 20; 
graphit cầu: 35; graphit vẩy: 12. VLN (%KL): CaSO4.0,5H20: 2,5; CaCO3: 1,3; Silicafum: 
2,0; bent.Na+: 2,0; clinke XMP: 21,0; Al3(SO4)3: 0,2 % so clinke. 
Bảng 7. Kết quả thử nghiệm xung nhiệt. 
Thành phần 
bent. Na+,% 
Đặc điểm mẫu sau thử nghiệm Điện trở suất, ρ(Ω.cm) 
trước sau 
1.0 M1,M2 có vết nứt trên bề mặt 53 68 
1,5 M1 không còn vết nứt, M2 số vết nứt giảm 55 62 
2,0 M1,M2: Không thấy xuất hiện vết nứt 56 58 
2,5 M1,M2: Không thấy xuất hiện vết nứt 58 61 
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Kỷ niệm 55 năm Viện KHCNQS, 10 - 2015 173 
Mẫu có vết nứt khi thành phần bent.Na+ 1,0-1,5%, khi đó ρ tăng đáng kể. Thành phần 
bent.Na+ sử dụng có ảnh hưởng tích cực: 2,0 – 2,5%.(Bảng 7) 
3.6. Ảnh hưởng của clinke đến độ bền nén của VL TCTĐ 
VLN chủ yếu là clinke XMP và các phụ gia, tác dụng của nó như đã nêu trên. Thành 
phần VLN và các VLC tạo mẫu TN được cố định như mục 3.5. Thành phần clinke thí 
nghiệm : 19 - 22% 
Bảng 8. Ảnh hưởng của clinke XMP đến độ bền nén VL TCTĐ. 
TT 
Thành phần VLN Lượng H2O 
tiêu chuẩn 
Độ bền nén, Mpa 
Chất thêm 
VLN,% 
Clinke 
(%) 
Tổng VLN 
(%) 
3 ngày 7 ngày 
1 8 19 27 65 0,77 1,06 
2 8 20 28 65 0,92 1,35 
3 8 21 29 70 1,16 1,78 
4 8 22 30 73 1,03 2,31 
GEM 28-29 50 0,8 1,20 
Tính chất cường độ đặc trưng bằng độ bền nén của vật liệu. Nó thể hiện liên kết bền 
chắc giữa các hạt cacbon - cacbon và cacbon - VLN, độ bền này chỉ đạt được với một tỷ lệ 
clinke thích hợp, tạo nên một khối vật liệu vững chắc khi sử dụng, tránh được nứt gãy, lỗ 
xốp, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, nâng cao tuổi thọ vật liệu. Thành phần clinke thích hợp 
nằm trong khoảng 20-21% 
3.7. Ảnh hưởng của thời gian trộn nghiền VL TCTĐ 
Thời gian trộn nghiền chế tạo VL TCTĐ được khảo sát qua thông số điện trở suất và 
thời gian đông kết của VL TCTĐ. Thành phần vật liệu nghiên cứu như mục 3.5. 
Bảng 9. Ảnh hưởng thời gian trộn nghiền VL TCTĐ. 
Thộng số Thời gian trộn nghiền (giờ) 
9 10 11 12 
Thời gian đông kết, phút 400 415 425 430 
ρ, Ω.cm 4,27 3,92 3,75 3,68 
Quá trình trộn nghiền: tạo phân bố đều giữa các cấu tử, gia tăng sự xâm lấn biên giới 
hạt giữa các hạt cacbon và các hạt VLN. Graphit có cấu trúc lớp, mềm, độ cứng hạt < 1 
theo thang Mosh [11], nhỏ hơn các hạt trong XMP, chúng sẽ tạo lớp màng bao bọc các hạt 
xi măng. Khi hydrat hóa sự tiếp xúc với các phân tử nước của các hạt VLN sẽ bị cản trở và 
điều này đồng nghĩa với việc làm gia tăng thời gian đông kết của vật liệu, giúp quá trình 
VL điền đầy vào các khe hở của đất, mở rộng diện tích tiếp xúc giữa ĐCTĐ và môi trường 
đất xung quanh. Thời gian đông kết tăng khi tăng thời gian trộn nghiền.(Bảng 9). Mặt khác 
khi các hạt VLN bị bao bọc bởi lớp màng cacbon chúng vẫn là các phần tử dẫn điện, [1]. 
Thời gian trộn nghiền: 10-11 giờ, VL TCTĐ đạt được độ đồng nhất các nguyên liệu, 
thời gian đông kết 415-425 phút, và điện trở suất 3,92-3,75 Ω.cm. 
3.8. Nghiên cứu chế tạo VL TCTĐ 
Trên cơ sở kết quả nghiên cứu trên, đề tài chế tạo TN 13 mẫu VL TCTĐ (Bảng 10) 
Hóa học & Kỹ thuật môi trường 
T.Đ. Hiến, P.H. Thạch, , “Nghiên cứu chế tạo vật liệu tăng cường tiếp đất.” 174 
- Thành phần VLN cố định trong các TN,(%KL): CaSO4.0,5H2O 2,5; CaCO3 1,3; 
Silicafum 2,0; Bent.Na+ 2,0; Al2(SO4)3: 0,2; Clinke XMP: 21,0 
- Thành phần VLC lựa chọn trong khoảng, (%KL): XC 72: 3,5-5,0; CPC: 18-22; 
Graphit cầu: 35-40; Graphit vẩy: 8-12. 
Bảng 10.Thành phần VLC sử dụng trong chế tạo VL TCTĐ. 
Vật liệu TN1 TN2 TN3 TN4 TN5 TN6 TN7 TN8 TN9 TN10 TN11 TN12 TN13 
XC 72 4.0 3,5 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 
CPC 22 22 18 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 
G.cầu 35 35 35 35 35 35 35 35 36 37 38 39 40 
G.vẩy 12 12 12 12 8 9 10 11 9 9 9 9 9 
ρ,Ω.cm 9,03 9,72 7,29 7,45 7,06 7,26 7,30 7,64 5,61 4,50 3,70 5,08 5,35 
- TN11, VL TCTĐ có điện trở suất nhỏ nhất, ρ = 3,70 Ω.cm ứng các thành phần VLC: 
XC 72: 5%; CPC: 20%; graphít vẩy: 9%; graphit cầu: 38% : được chọn làm vật liệu của đề 
tài - VGEM . 
3.9. Xác định các thông số kỹ thuật của VGEM) 
Bảng 11. Điện trở suất, Độ tan, pH, kim loại nặng, và khối lượng thể tích. 
Thông số ρ Độ tan pH ρv Kim loại nặng 
Cu Pb Zn Cd AS 
Đơn vị Ω.cm g/100gH2O) - g/cm
3 mg/kg 
Kết quả 3,70 0,32 11,24 0,55 27,7
9 
66,8
6 
65,5
4 
1,9
9 
<0,0
1 
Điện trở suất, độ tan nhỏ hơn GEM, các kim loại nặng nhỏ hơn loại đất dân sinh và đất 
nông nghiệp theo QCVN 03:2008/BTNMT: VGEM không gây ảnh hưởng môi trường đất 
và ô nhiễm nguồn nước ngầm. 
Bảng 12. Lượng nước tiêu chuẩn, độ bền nén, thời gian động kết, độ bền nước. 
Thông số Lượng 
nước TC 
Độ bền nén Thời gian đông kết Độ bền 
nước 
Đơn vị % Mpa phút 
 3 ngày 7 ngày 28 ngày Bắt đầu Kết thúc 
VGEM 67 1,16 1,78 2,15 72 415 Đạt 
GEM 50 0,80 1,20 1,71 65 395 Đạt 
Thời gian đông kết, độ bền nén tại các thời điểm của VGEM cao hơn GEM. 
3.10. Tốc độ ăn mòn ĐCTĐ 
 Bảng 13. Tốc độ ăn mòn các loại ĐCTĐ phương pháp mất khối lượng. 
Vị trí thử nghiệm Tốc độ ăn mòn các loại điện cực 
(mm/năm) . Thời gian 3 tháng 
Phân loại ăn mòn đất 
Thép bọc đồng Kẽm nhúng nóng 
VGEM GEM VGEM GEM 
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Kỷ niệm 55 năm Viện KHCNQS, 10 - 2015 175 
Trạm mẫu Viện 
NĐMT 
0,0231 0,0228 0,0251 0,0238 Trung bình 
Kho K75 Củ Chi-
TPHCM 
0,0213 0,0191 0,0244 0,0202 Thấp 
 Tốc độ ăn mòn đối với các loại ĐCTĐ của VGEM và GEM tương đương. 
3.11. Kết quả thử nghiệm xung sét 
Bảng 14. Kết quả thử nghiệm dòng xung sét. 
Tên chỉ tiêu Kết quả thử nghiệm 
VGEM GEM 
Điện trở ban đầu, Ω 21,2 19,3 
Thử dòng điện xung 12 kA (8/20Ωs) Mẫu không hư hỏng Mẫu không hư hỏng 
Điện trở sau thử dòng xung 21,2 17,0 
 Điện trở VGEM không đổi trước và sau khi chịu tải dòng xung 12 kA, GEM giảm từ 
19,3 xuống 17 Ω. Nguyên nhân do hệ số nhiệt điện trở của khối và bột của graphit là âm, 
tức là điện trở giảm khi nung nóng. Điều này xảy ra do điện trở tinh thể graphit tăng khi 
tăng nhiệt độ, đồng thời sự tiếp xúc giữa các tinh thể cũng được cải thiện. Tổng hiệu ứng 
trong phần lớn trường hợp là giảm [11]. Như vậy GEM đã chịu tác động nhiệt, sinh ra do 
dòng xung, còn VGEM do khả năng diện tích tiếp xúc giữa các hạt cacbon lớn hơn nên 
hiệu ứng chưa xảy ra, ( khối lượng hạt cacbon có kích thước nhỏ nhiều hơn trong GEM). 
3.12. Kết quả thử nghiệm xung nhiệt 
Bảng 15. Kết quả thử nghiệm xung nhiệt. 
Vật liệu Mẫu dạng khối rắn Mẫu dạng bột 
ρ trướcTN 
(Ω.cm) 
ρ sau 
TN,(Ω.cm) 
Đặc điểm mẫu ρ trước TN 
(Ω.cm) 
ρ sau 
TN(Ω.cm) 
VGEM 40 41 Mẫu không nứt, vỡ 3,7 3,8 
GEM 36 37 Mẫu không nứt, vỡ 12,0 12,4 
- Mẫu không bị vỡ, trên bề mặt không xuất hiện vết nứt. 
- Điện trở suất gần như không thay đổi ở cả 2 dạng mẫu: Khối rắn và hỗn hợp bột: Mẫu 
bền và không thay đổi tính chất trong khoảng nhiệt độ thử nghiệm -10oC ÷ +60oC. 
4. KẾT LUẬN 
Đề tài đã khảo sát và lựa chọn VLC bao gồm 4 loại vật liệu cacbon: XC 72, CPC, 
graphit cầu, graphit vẩy, có kích thước hạt và điện trở suất phù hợp, phụ gia cho VLN: 
bent.Na+ có độ trương nở 1650%, độ hấp thụ nước 16,78%; silicafum có cường độ hoạt 
tính 151%. Đã xác định đơn phối trộn chế tạo VGEM (%KL): VLC: XC 72: 5%; CPC: 
20%; graphít vẩy: 9%; graphit cầu: 38%; VLN: CaSO4.0,5H2O 2,5; CaCO3 1,3; Silicafum 2,0; 
Bent.Na+ 2,0; Al2(SO4)3: 0,2; Clinke XMP: 21,0, với thời gian trôn nghiền 10-11 giờ. VGEM 
có điện trở suất 3,7 Ω.cm, bền nhiệt trong khoảng nhiệt độ -10oC ÷ +60oC, không thay đổi 
điện trở khi chịu tải dòng xung 12 kA. Các thông số kỹ thuật so sánh với GEM cho thấy 
VGEM hoàn toàn có thể thay thế vật liệu nhập ngoại trong công tác phòng chống sét công 
trình quốc phòng và dân dụng. 
Hóa học & Kỹ thuật môi trường 
T.Đ. Hiến, P.H. Thạch, , “Nghiên cứu chế tạo vật liệu tăng cường tiếp đất.” 176 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. Trần Đình Hiến, Phạm Hồng Thạch và cs, “N/c chế tạo vật liệu tăng cường tiếp đất 
ứng dụng trong quốc phòng và dân dụng”. B/c tổng kết đề tài Sở KHCN TP.HCM, 
2/2015. Mã số đề tài ANQP -12.2009 
[2]. TCQS/VN 960 : 2012, “Hệ thống chống sét kho đạn dược”. 
[3]. TCXDVN 46:2007, “Chống sét cho các công trình xây dựng”. 
[4]. TCN 68 - 135: 2001, “Chống sét bảo vệ cho các công trình viễn thông”. 
[5]. ERICO International Corparation, “Ground Enhancing Material”, USA 2008. 
[6]. Xinchang Thundereagle Technology Co.Ltd, “Earth improving compound”, LYJZ. 2001 
[7]. Technical Specification for Maharashtra State Electricity Distribution Co.Ltd, “Earth 
electrodes and earth enhancing materials”. 2010. 
[8]. Võ Đình Lương, “Hóa học và công nghệ sản xuất xi măng”, NXB KHKT, 2008. 
[9]. US 2002/6 495 511, “Process for treating bent and products”. 
[10]. US 1989/4861378, “Cement additive containing superplasticizer”. 
[11]. В.С. ВЛАДИСЛАВЛЕВ, А.Н. МАЛОВ. “СПРАВОЧНИК МЕТАЛЛИСТА”, ГОС. НАУЧ. ИЗД., МОСКВА, 
1969 
[12]. Đỗ Quang Minh, “Kỹ thuật sản xuất vật liệu gốm sứ”, NXB ĐHQG TPHCM, 2006. 
[13]. Cabot Corporation, “Typical application of Vulcan XC”. 2011. 
ABSTRACT 
RESEARCH ON GROUND ENHANCING MATERIALS MANUFACTURING 
 The article presents a summary our research contents of ground enhancing materials 
manufacturing for ground system (ground for lightning prevention, ground for protection). 
The technical parameters of manufacturing materials are equal to imported products: low 
resistivity, in room temperature, ρ = 3,7-4,5 Ω.cm; thermostable between temperature range 
of -100C to 600C; changeless resistivity as impact of fulse current 12kA; not pollute the soil 
and groundwater. 
Keywords: Ground Enhancing Materials –GEM; Lightning protection materials. 
Nhận bài ngày 15 tháng 7 năm 2015 
Hoàn thiện ngày 15 tháng 8 năm 2015 
Chấp nhận đăng ngày 05 tháng 9 năm 2015 
Địa chỉ: Viện Nhiệt đới môi trường, 57A Trương Quốc Dung, P.10, Q. Phú Nhuận, Tp.HCM 
 *Email: tdhien1261@gmail.com.