Tóm tắt: Nghiên cứu bê tông sử dụng chất kết dính kiềm hoạt hóa tro bay – xỉ lò cao làm việc trong điều kiện biển Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐINH HOÀNG QUÂN NGHIÊN CỨU BÊ TÔNG SỬ DỤNG CHẤT KẾT DÍNH KIỀM HOẠT HÓA TRO BAY – XỈ LÒ CAO LÀM VIỆC TRONG ĐIỀU KINghiên cứu bê tông sử dụng chất kết dính kiềm hoạt hóa tro bay – xỉ lò cao làm việc trong điều kiện biển Việt NamNghiên cứu bê tông sử dụng chất kết dính kiềm hoạt hóa tro bay – xỉ lò cao làm việc trong điều kiện biển Việt NamNghiên cứu bê tông sử dụng chất kết dính kiềm hoạt hóa tro bay – xỉ lò cao làm việc trong điều kiện biển Việt NamNghiên cứu bê tông sử dụng chất kết dính kiềm hoạt hóa tro bay – xỉ lò cao làm việc trong điều kiện biển Việt NamNghiên cứu bê tông sử dụng chất kết dính kiềm hoạt hóa tro bay – xỉ lò cao làm việc trong điều kiện biển Việt NamNghiên cứu bê tông sử dụng chất kết dính kiềm hoạt hóa tro bay – xỉ lò cao làm việc trong điều kiện biển Việt NamNghiên cứu bê tông sử dụng chất kết dính kiềm hoạt hóa tro bay – xỉ lò cao làm việc trong điều kiện biển Việt NamNghiên cứu bê tông sử dụng chất kết dính kiềm hoạt hóa tro bay – xỉ lò cao làm việc trong điều kiện biển Việt NamNghiên cứu bê tông sử dụng chất kết dính kiềm hoạt hóa tro bay – xỉ lò cao làm việc trong điều kiện biển Việt NamNghiên cứu bê tông sử dụng chất kết dính kiềm hoạt hóa tro bay – xỉ lò cao làm việc trong điều kiện biển Việt NamNghiên cứu bê tông sử dụng chất kết dính kiềm hoạt hóa tro bay – xỉ lò cao làm việc trong điều kiện biển Việt NamNghiên cứu bê tông sử dụng chất kết dính kiềm hoạt hóa tro bay – xỉ lò cao làm việc trong điều kiện biển Việt NamNghiên cứu bê tông sử dụng chất kết dính kiềm hoạt hóa tro bay – xỉ lò cao làm việc trong điều kiện biển Việt NamNghiên cứu bê tông sử dụng chất kết dính kiềm hoạt hóa tro bay – xỉ lò cao làm việc trong điều kiện biển Việt NamNghiên cứu bê tông sử dụng chất kết dính kiềm hoạt hóa tro bay – xỉ lò cao làm việc trong điều kiện biển Việt NamNghiên cứu bê tông sử dụng chất kết dính kiềm hoạt hóa tro bay – xỉ lò cao làm việc trong điều kiện biển Việt NamNghiên cứu bê tông sử dụng chất kết dính kiềm hoạt hóa tro bay – xỉ lò cao làm việc trong điều kiện biển Việt NamNghiên cứu bê tông sử dụng chất kết dính kiềm hoạt hóa tro bay – xỉ lò cao làm việc trong điều kiện biển Việt NamNghiên cứu bê tông sử dụng chất kết dính kiềm hoạt hóa tro bay – xỉ lò cao làm việc trong điều kiện biển Việt NamNghiên cứu bê tông sử dụng chất kết dính kiềm hoạt hóa tro bay – xỉ lò cao làm việc trong điều kiện biển Việt NamNghiên cứu bê tông sử dụng chất kết dính kiềm hoạt hóa tro bay – xỉ lò cao làm việc trong điều kiện biển Việt NamNghiên cứu bê tông sử dụng chất kết dính kiềm hoạt hóa tro bay – xỉ lò cao làm việc trong điều kiện biển Việt NamNghiên cứu bê tông sử dụng chất kết dính kiềm hoạt hóa tro bay – xỉ lò cao làm việc trong điều kiện biển Việt NamNghiên cứu bê tông sử dụng chất kết dính kiềm hoạt hóa tro bay – xỉ lò cao làm việc trong điều kiện biển Việt NamNghiên cứu bê tông sử dụng chất kết dính kiềm hoạt hóa tro bay – xỉ lò cao làm việc trong điều kiện biển Việt NamNghiên cứu bê tông sử dụng chất kết dính kiềm hoạt hóa tro bay – xỉ lò cao làm việc trong điều kiện biển Việt NamNghiên cứu bê tông sử dụng chất kết dính kiềm hoạt hóa tro bay – xỉ lò cao làm việc trong điều kiện biển Việt NamNghiên cứu bê tông sử dụng chất kết dính kiềm hoạt hóa tro bay – xỉ lò cao làm việc trong điều kiện biển Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐINH HOÀNG QUÂN

NGHIÊN CỨU BÊ TÔNG SỬ DỤNG CHẤT KẾT DÍNH KIỀM HOẠT HÓA TRO BAY – XỈ LÒ CAO LÀM VIỆC

TRONG ĐIỀU KIỆN BIỂN VIỆT NAM

Ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy

Mã số: 9580202

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2025

Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Thủy Lợi

Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS Nguyễn Thanh Bằng

Người hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS Nguyễn Hữu Huế

Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Thanh Sang, Trường Đại học Giao thông

V ận tải

Phản biện 2: TS Trần Minh Đức, Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng (IBST)

Phản biện 3: PGS.TS Hoàng Phó Uyên, Viện Thủy công

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường họp tại: Trường Đại học Thủy Lợi

Vào hồi 8h30 ngày 11 tháng 02 năm 2025

Có thể tìm hiểu Luận án tại: - Thư viện Quốc Gia

- Thư viện Trường Đại học Thủy lợi

M Ở ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Biến đổi khí hậu và bảo vệ môi trường là vấn đề cấp bách, đặc biệt ở các nước đang phát triển Với cam kết đạt phát thải ròng bằng "0" vào năm 2050, Việt Nam đối mặt thách thức lớn khi lượng khí nhà kính tăng từ 150,9 triệu tấn CO2 năm

2000 lên 563,8 triệu tấn năm 2020 Ngành xi măng chiếm 8,6% tổng phát thải quốc gia và gây hại môi trường trong quá trình sản xuất Lượng tro bay từ nhà máy nhiệt điện và xỉ lò cao từ nhà máy luyện kim cũng tăng nhanh, đe dọa môi trường nếu không xử lý hiệu quả Việc sử dụng chất kết dính kiềm hoạt hóa từ tro bay và xỉ lò cao thay thế một phần xi măng truyền thống có ý nghĩa lớn, giúp giảm phát thải khí nhà kính và tận dụng vật liệu thải công nghiệp Với đường bờ biển dài chịu tác động của biến đổi khí hậu, xây dựng công trình bảo vệ bờ biển bền vững là cần thiết Chất kết dính kiềm hoạt hóa tro bay – xỉ lò cao (CKD KHH TB-XLC) có khả năng chống xâm thực trong môi trường biển nhưng chưa được ứng dụng rộng rãi do thiếu quy định, thời gian đông kết ngắn, và chi phí cao Do

đó, tác giả đã chọn đề tài “Nghiên cứu bê tông sử dụng chất kết dính kiềm hoạt

hóa tro bay – xỉ lò cao làm việc trong điều kiện biển Việt Nam”

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Thiết kế thành phần và chế tạo được BT CKD KHH TB-XLC đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật và giá thành để có thể áp dụng cho các công trình xây dựng trong điều kiện Việt Nam, đặc biệt là các công trình làm việc trong môi trường biển

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

BT CKD KHH từ tro bay và xỉ lò cao nghiền mịn, áp dụng cho các công trình xây dựng, đặc biệt là các công trình làm việc trong môi trường biển với nguồn vật liệu sẵn có ở Việt Nam

5 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Hình 1 thể hiện khung nghiên cứu, cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu của luận án

Hình 1 Khung nghiên cứu của luận án

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Ý nghĩa khoa học: (1) Xây dựng được mối quan hệ giữa các yếu tố đầu vào và

các chỉ tiêu cơ lý của BT CKD KHH TB-XLC thông qua phương trình hồi quy

và mô hình học máy; (2) Đề xuất được phương pháp thiết kế thành phần BT CKD KHH TB-XLC đảm bảo cường độ và độ sụt yêu cầu, phù hợp với nguồn vật liệu sẵn có ở Việt Nam; (3) Xác định được loại chất hoạt hóa và thành phần phù hợp kéo dài thời gian đông kết của CKD KHH TB-XLC đáp ứng yêu cầu thời gian thi công thực tế; (4) Đánh giá được độ bền của loại bê tông này trong môi trường xâm thực biển bằng thực nghiệm

- Ý nghĩa thực tiễn: (1) Đánh giá được hiệu quả môi trường của CKD KHH

TB-XLC, tái chế tro bay và xỉ lò cao, góp phần giảm phát thải khí nhà kính; (2) Đề xuất được phương pháp chế tạo BT CKD KHH TB-XLC cân bằng giữa yêu cầu kinh tế và kỹ thuật, ứng dụng thành công cho một đoạn kè biển, góp phần đưa

loại vật liệu mới này tiếp cận với thị trường xây dựng

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG SỬ DỤNG CHẤT KẾT DÍNH KIỀM HOẠT HÓA TRO BAY – XỈ LÒ CAO

1.1 Giới thiệu chung về chất kết dính kiềm hoạt hóa

Chất kết dính kiềm hoạt hóa (CKD KHH) bắt đầu nghiên cứu từ những năm 1940 bởi Purdon Năm 1967, Glukhovsky mở rộng nghiên cứu và phát triển CKD KHH từ xỉ lò cao, đặt tên là "soil-cement", sau đó được thống nhất là “Alkali-Activated Slag Cement” Năm 1978, Davidovits phát minh CKD KHH từ metakaolin và đặt tên là “Geopolymer” Năm 2010, BT CKD KHH TB-XLC lần đầu tiên được áp dụng trong công trình thực tế tại Australia

Căn cứ vào thành phần hóa học của vật liệu đầu vào: (1) Vật liệu Alkali-earth

enriched aluminosilicates (xỉ lò cao, tro bay nhóm C); (2) Vật liệu Aluminosilicates (tro bay nhóm F, metakaolin) Căn cứ theo đặc trưng của sản phẩm phản ứng chủ yếu: (1) Kích hoạt xỉ lò cao (Si + Ca) bằng dung dịch kiềm

nhẹ, có C-S-H là sản phẩm phản ứng chính; (2) Kích hoạt tro bay, metakaolin (Si + Al) bằng dung dịch kiềm trung bình đến cao, tạo ra sản phẩm thường được gọi

là “Geopolymer” với cấu trúc polyme vô định hình Căn cứ vào trạng thái của

chất hoạt hóa và công nghệ sản xuất: (1) Chất kết dính và dung dịch hoạt hóa

tách riêng, gọi là CKD KHH hai thành phần; (2) Chất kết dính và chất hoạt hóa đều ở dạng rắn, trộn sẵn, chỉ cần thêm nước khi sử dụng, gọi là CKD KHH một thành phần

1.2 Cơ sở khoa học của việc kết hợp tro bay và xỉ lò cao nghiền mịn để chế tạo CKD KHH TB-XLC

Cơ chế phản ứng của chất kết dính kiềm hoạt hóa tro bay, bắt đầu khi tro bay tiếp xúc với dung dịch kiềm như NaOH hoặc KOH Quá trình này phá vỡ các liên kết Si-O-Si và Al-O-Al trong tro bay, giải phóng các ion silicat và aluminat Các ion này sau đó di chuyển và tái cấu trúc, tạo thành mạng lưới polyme vô định hình

gọi là geopolymer, có cấu trúc tương tự zeolite Mạng lưới này sau đó hóa rắn và phát triển cường độ

Cơ chế phản ứng của chất kết dính kiềm hoạt hóa xỉ lò cao diễn ra khi xỉ lò cao nghiền mịn được hoạt hóa bằng dung dịch kiềm, giúp nó nhanh chóng đóng rắn

và đạt cường độ cao Sản phẩm phản ứng chủ yếu là C-S-H, AFm, và hydrotalcite, không có Ca(OH)2 và ettringite Gel C-S-H trong chất kết dính này hình thành nhanh hơn và có dạng lá, khác với gel C-S-H hình kim trong xi măng Poóc lăng

t ạo chất kết dính kiềm hoạt hóa

Kết hợp tro bay và xỉ lò cao nghiền mịn để chế tạo chất kết dính kiềm hoạt hóa

là một giải pháp hiệu quả Chất kết dính từ tro bay có cường độ cao nhưng cần gia nhiệt, trong khi chất kết dính từ xỉ lò cao có thể đóng rắn ở nhiệt độ phòng nhưng dễ bị co ngót Sự kết hợp này giúp khắc phục nhược điểm của từng loại, tạo ra chất kết dính bền vững, hạn chế hiện tượng co ngót và vi nứt, và có khả năng phát triển cường độ ở điều kiện nhiệt độ môi trường

1.2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu CKD KHH TB-XLC

1.2.1 Thành phần chất kết dính kiềm hoạt hóa tro bay – xỉ lò cao

Thành phần của CKD KHH TB-XLC bao gồm tro bay, xỉ lò cao nghiền mịn, chất hoạt hóa và nước Nghiên cứu tổng quan cho thấy tăng tỷ lệ xỉ lò cao (%XLC) giúp hỗn hợp đóng rắn nhanh hơn và đạt cường độ cao hơn Tuy nhiên, nếu

%XLC quá cao, có thể dẫn đến co ngót và nứt nẻ Chất hoạt hóa dạng lỏng

Na2SiO3 + NaOH cho cường độ cao hơn so với các loại chất hoạt hóa khác Các thông số %Na2O, đặc trưng cho nồng độ dung dịch hoạt hóa, và mô-đun silic Ms, đặc trưng cho tỷ lệ Na2SiO3 và NaOH, có ảnh hưởng lớn đến tính chất của CKD KHH TB-XLC Tuy nhiên, khoảng giá trị của các thông số này còn khá rộng Do

đó, cần xác định ảnh hưởng và khoảng giá trị hợp lý của các thông số này Ngoài

ra, CKD KHH TB-XLC hoạt hóa bởi Na2SiO3 + NaOH hoặc Na2SiO3 có thời gian đông kết nhanh, giúp giảm thời gian chờ tháo ván khuôn, thích hợp cho các cấu kiện đúc sẵn, đặc biệt cho các kết cấu bê tông bảo vệ bờ biển Tuy nhiên, đối

với các kết cấu bê tông thông thường, thời gian đông kết nhanh là một nhược điểm cần khắc phục để thuận lợi cho thi công và vận chuyển

Các phương pháp thiết kế thành phần BT CKD KHH được đề xuất trước đây vẫn còn nhiều bất cập và chưa phù hợp với điều kiện Việt Nam như: chưa xét đến trọng lượng riêng của vật liệu; chỉ áp dụng cho Na2SiO3 có Ms=2,0 trong khi

Na2SiO3 ở Việt Nam có Ms dao động lớn từ 1,5 ÷ 2,7; việc thay thế biểu đồ

R28~N/X trong tiêu chuẩn thiết kế thành phần của BTXM bằng R28~DDHH/CKD

là chưa phù hợp vì khi tăng DDHH/CKD làm tăng N/CKD (dẫn tới giảm cường độ) nhưng đồng thời cũng làm tăng nồng độ chất hoạt hóa (dẫn tới tăng cường độ); chưa chú ý đến vấn đề chi phí hợp lý (BT mác thấp chi phí cao hơn BT mác cao); hoặc quy trình đơn giản nhưng cố định nhiều thông số quan trọng Do đó, nghiên cứu sử dụng mô hình học máy để thiết kế thành phần BT CKD KHH đang được quan tâm, với nhiều mô hình được phát triển để dự đoán cường độ nén và

độ sụt, nhưng còn nhiều hạn chế như số lượng mẫu ít; chưa đề cập đến ảnh hưởng của dung dịch hoạt hóa; chưa đề cập đến ảnh hưởng của nước; bỏ qua ảnh hưởng của cốt liệu; hoặc chưa đề cập đến tỷ lệ tro bay, xỉ lò cao sử dụng Vì vậy, việc nghiên cứu đề xuất PP thiết kế thành phần BT CKD KHH TB-XLC dựa trên mô hình học máy, xem xét đầy đủ các yếu tố ảnh hưởng chính của vật liệu đầu vào, như theo định hướng của luận án là cần thiết

Độ bền kháng sulfate của BT CKD KHH TB-XLC tốt hơn so với BTXM truyền thống, thậm chí còn tốt hơn xi măng bền sulfate Môi trường MgSO4 có khả năng

“ăn mòn” cao hơn so với môi trường Na2SO4 Khả năng kháng clorua, bảo vệ ăn mòn cốt thép của BT CKD KHH TB-XLC vẫn chưa rõ ràng khi phần lớn nghiên cứu cho thấy loại vật liệu này có khả năng chống xâm nhập clorua tốt, trong khi một vài nghiên cứu đã chỉ ra điều ngược lại Các nghiên cứu về khả năng chống mài mòn của BT CKD KHH TB-XLC còn hạn chế Các thí nghiệm trong phòng nghiên cứu về độ bền của BT CKD KHH TB-XLC dưới sự tấn công đơn lẻ hoặc kết hợp của sulfate, clorua, cácbonat cho thấy tỷ lệ kết hợp tro bay và xỉ lò cao nghiền mịn tốt nhất vào khoảng 50/50 Tuy nhiên, cần nghiên cứu về độ bền của

BT CKD KHH TB-XLC tại môi trường biển thực tế để có thể đưa ra những đánh giá chính xác hơn

1.3 Đặc điểm môi trường biển Việt Nam và các tác nhân xâm thực

Nước biển Việt Nam tương tự các đại dương khác thường chứa khoảng 3,5% các muối hoà tan với độ pH khoảng 8,2÷8,3, gây ăn mòn mạnh cho bê tông và bê tông cốt thép, đặc biệt ở vùng nước lên xuống và chịu tác động sóng Các nghiên cứu cho thấy bê tông trong môi trường biển có thể bị phá hoại do tác động vật lý, hóa học, sinh học và ăn mòn cốt thép Thời gian hư hỏng của các kết cấu bê tông trong môi trường biển chỉ đạt từ 10÷50% tuổi thọ thiết kế, tùy thuộc vào điều kiện môi trường, đặc điểm và vị trí của kết cấu công trình Việc nghiên cứu vật liệu bê tông có độ bền cao như BT CKD KHH TB-XLC là cần thiết

K ết luận chương 1

(1) Làm rõ được cơ sở khoa học cho việc lựa chọn kết hợp tro bay và xỉ lò cao nghiền mịn trong việc chế tạo CKD KHH;

(2) Các yếu tố đầu vào ảnh hưởng đến tính chất CKD KHH TB-XLC gồm %XLC,

%Na2O và Ms, nhưng chưa rõ khoảng giá trị hợp lý của chúng nên cần tiếp tục nghiên cứu để xác định khoảng giá trị này;

(3) Các phương pháp thiết kế cấp phối BT CKD KHH TB-XLC được phát triển

trên thế giới và ở Việt Nam hiện nay vẫn còn rất nhiều bất cập và chưa phù hợp với điều kiện nước ta Vì vậy, việc nghiên cứu xây dựng phương pháp tính toán cấp phối cho BT CKD KHH TB-XLC là rất cần thiết;

(4) CKD KHH TB-XLC, khi hoạt hóa bằng Na2SiO3 + NaOH hoặc Na2SiO3, có thời gian đông kết nhanh, phù hợp cho sản xuất cấu kiện đúc sẵn hoặc sửa chữa

bê tông bảo vệ bờ biển Tuy nhiên, đối với kết cấu bê tông thông thường, cần khắc phục nhược điểm này để tạo điều kiện thuận lợi, đủ cho thời gian thi công

và vận chuyển

(5) BT CKD KHH TB-XLC có tiềm năng để sử dụng thay thế cho BTXM trong

các kết cấu BT, BTCT làm việc trong môi trường biển Tuy nhiên, cần thêm nghiên cứu chuyên sâu, đặc biệt là trong môi trường biển thực tế, để có kết luận chính xác về độ bền của loại chất kết dính này

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG

CH ẤT KẾT DÍNH KIỀM HOẠT HÓA TRO BAY – XỈ LÒ CAO

2.1 Cách tiếp cận và quy trình nghiên cứu

2.1.1 Cách tiếp cận

Luận án nghiên cứu đề xuất phương pháp thiết kế thành phần BT CKD KHH XLC theo hướng tiếp cận tỷ lệ cốt liệu được tính toán sao cho đạt độ chặt nhất dựa trên cơ sở lý thuyết mật độ sắp xếp hạt, và thành phần của vật liệu đầu vào được xác định dựa vào mô hình dự đoán độ sụt Sn và cường độ nén ở tuổi 28 ngày R28 của BT CKD KHH TB-XLC Lý thuyết mật độ sắp xếp hạt, dựa trên nguyên lý các hạt nhỏ lấp đầy khoảng trống giữa các hạt lớn để tạo ra cấu trúc vật liệu có mật độ cao, chọn mô hình Toufar điều chỉnh vì độ chính xác cao và tính đơn giản Lý thuyết hồ dư mô tả hành vi dòng chảy của hỗn hợp bê tông, chia hồ chất kết dính thành ba phần: điền đầy lỗ hổng, bao quanh hạt cốt liệu để đạt độ sụt ban đầu, và tăng thêm để đạt độ sụt yêu cầu Chiều dày trung bình của lớp hồ dư bao quanh hạt cốt liệu th ảnh hưởng quan trọng đến độ sụt của hỗn hợp

Quy trình nghiên cứu của chương 2 được thể hiện ở hình 2.2

Hình 2.2 Quy trình nghiên cứu của chương 2

2.2 Xây dựng công thức tính toán vật liệu chế tạo

Trong nghiên cứu này, sử dụng ba loại tro bay loại F: từ NMNĐ Hải Phòng (MKN=11,32%); từ NMNĐ Phả Lại (MKN=10,93%); từ NMNĐ Formosa (MKN=1,83%) Xỉ lò cao nghiền mịn từ Công ty Cổ phần Thép Hòa Phát với chỉ

số HM lớn hơn 1,4 Dung dịch kiềm hoạt hóa là Na2SiO3 + NaOH, với NaOH dạng vảy có độ tinh khiết 99% và dung dịch Na2SiO3 chứa 26,7% SiO2, 9,84%

Na2O và 63,46% H2O, mô-đun silic 2,7 Cốt liệu đáp ứng yêu cầu theo TCVN 7570:2006, giống với cốt liệu BTXM thông thường

đến tính chất của CKD KHH

Các yếu tố đặc trưng của vật liệu đầu vào gồm có: %XLC, %Na2O, Ms, N/CKD

và th Kết quả quy hoạch thực nghiệm trên mẫu vữa CKD KHH TB-XLC cho thấy yếu tố Ms có mức độ ảnh hưởng không lớn tới cường độ nén so với hai yếu

tố còn lại là %XLC và %Na2O (Phụ lục 1) Vì vậy, giá trị Ms được lựa chọn không đổi bằng 1,2 nhằm giảm khối lượng thí nghiệm

2.2.3 Tính toán các yếu tố đặc trưng từ các thông số cơ bản của vật liệu đầu

vào và ngược lại

Bảng 2.4 Tổng hợp công thức tính toán các yếu tố đặc trưng từ các thông số cơ

bản của vật liệu đầu vào

Thông qua mô hình Toufar điều chỉnh, xác định được tỷ lệ phối trộn cốt liệu tối

ưu sao cho mật độ sắp xếp hạt ΦA đạt giá trị lớn nhất, từ đó xác định được diện

tích bề mặt cốt liệu Dựa trên cơ sở lý thuyết “thể tích tuyệt đối” và mô hình Toufar điều chỉnh, thành lập được các công thức dùng để tính toán các yếu tố đặc trưng từ các thông số cơ bản của vật liệu đầu vào và ngược lại (bảng 2.4 và bảng 2.5)

Bảng 2.5 Tổng hợp công thức tính toán thành phần vật liệu đầu vào từ các yếu

%𝑆𝑖𝑂 2𝑡𝑡𝑙 ) Nước (thêm) m H2O 𝑚 𝐶𝐾𝐷 ∗ 𝑁/𝐶𝐾𝐷 − 𝑚 𝑡𝑡𝑙 ∗ %𝐻 2 𝑂 𝑡𝑡𝑙

Bảng 2.6 Mô tả tập dữ liệu sử dụng trong nghiên cứu

2.4 Xây dựng mô hình học máy và mô hình toán dự đoán độ sụt và cường

độ nén ở tuổi 28 ngày của BT CKD KHH TB-XLC

(a) (b) Hình 2.9 Tầm quan trọng của các yếu tố đặc trưng

đầu vào trong mô hình mạng nơ-ron nhân tạo dự

đoán (a) độ sụt và (b) cường độ nén

Hình 2.11 Ảnh hưởng của th và N/CKD tới độ

sụt

Hình 2.10 Ảnh hưởng của %XLC, %Na2O và N/CKD tới cường độ nén

Mô hình ANN được thành lập với đầu vào là %Na2O, %XLC, N/CKD và th, đầu

ra là độ sụt Sn hoặc cường độ chịu nén R28 Giải thuật di truyền kết hợp với xác

thực chéo K-fold được sử dụng để tối ưu hóa siêu tham số cho mô hình Kết quả

cho thấy mô hình dự đoán R28 và Sn có độ chính xác cao trên cả tập huấn luyện

và tập kiểm tra, với R2 lần lượt là 0,956 và 0,974 cho cường độ nén, và 0,928 và 0,931 cho độ sụt Các sai số MSE và MAE đều rất thấp, cho thấy tính chính xác

và tin cậy của mô hình Kỹ thuật hoán vị tầm quan trọng được sử dụng để xác định tầm quan trọng của các yếu tố Kết quả cho thấy %XLC, %Na2O, N/CKD

là các yếu tố ảnh hưởng chính đến cường độ (hình 2.9b), trong khi N/CKD và th

là các yếu tố ảnh hưởng chính đến độ sụt (hình 2.9a)

Hình 2.10 minh họa biểu đồ đường đồng mức thể hiện ảnh hưởng của %XLC,

%Na2O và N/CKD đối với cường độ R28 Kết quả cho thấy khoảng giá trị hợp lý của %XLC là từ 30% đến 60%, vượt quá 60% cường độ nén tăng chậm và thậm chí có xu hướng giảm khi vượt quá 70% %Na2O nên nằm trong khoảng 3,5% đến 6,5% để đảm bảo cường độ nén cao và giá thành hợp lý N/CKD càng thấp thì cường độ nén càng cao do giảm lượng nước dư trong hỗn hợp bê tông Bên cạnh đó, biểu đồ đường đồng mức trong Hình 2.11 minh họa tác động của hai yếu tố th và N/CKD đối với độ sụt Sn Độ sụt của hỗn hợp BT CKD KHH TB-XLC không chỉ phụ thuộc vào tỷ lệ N/CKD mà còn phụ thuộc lớn vào giá trị th

𝑆 𝑛 =[(𝑡ℎ −1.344).𝑡ℎ] 0.24

0.209 (5.94𝑁/𝐶𝐾𝐷) − 4.265%𝑋𝐿𝐶𝑡

ℎ + %𝑁𝑎2 𝑂 4.994(𝐶𝐾𝐷𝑁 −0.33) +𝑡ℎ (%𝑁𝑎2𝑂−1.679)(𝑡ℎ.𝑁/𝐶𝐾𝐷−21.781)