CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
2.1 Nghiên cứu về bê tông cốt liệu nhẹ nhân tạo
Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu, phát triển và ứng dụng vật liệu nhẹ nhân tạo thân thiện với môi trường để thay thế vật liệu tự nhiên đã thu hút được sự quan tâm đáng kể của cộng đồng khoa học. Một ví dụ điển hình là việc tái chế và sử dụng tro bay, sản phẩm phụ từ các nhà máy điện đốt than. Có hai phương pháp chính để sản xuất vật liệu nhẹ nhân tạo: liên kết thiêu (Lo et al., 2016; Nguyễn Công Thắng và ctv., 2018) và liên kết nguội (Hwang & Trần Vũ An, 2015; Their & Ozakca, 2018).
Trong số này, phương pháp liên kết thiêu được đánh giá sẽ cho ra cốt liệu có cường độ nén cao hơn, tuy nhiên phương pháp liên kết nguội được đánh giá là tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường hơn nên thường được ưu tiên sử dụng. Lượng tro bay khổng lồ thải ra từ các nhà máy nhiệt điện than cần được sử dụng hiệu quả. Đồng thời, nhu cầu sử dụng vật liệu tự nhiên trong xây dựng rất cao, đặc biệt là tình trạng thiếu đá tự nhiên như hiện nay. Vì vậy, nghiên cứu phát triển cốt liệu nhân tạo là giải pháp cần thiết hiện nay. Bằng cách sử dụng tro bay với một lượng nhỏ xi măng làm chất kết dính, vật liệu nhẹ nhân tạo này nổi lên như một sự lựa chọn thân thiện với môi trường cho bê tông nhẹ, đồng thời giúp tiêu thụ một lượng lớn tro bay (Bùi Lê Anh Tuấn và ctv., 2022).
Đã có khá nhiều nghiên cứu có liên quan đến việc sản xuất và ứng dụng cốt liệu nhẹ nhân tạo trong sản xuất bê tông. Qua thử nghiệm LWA được sản xuất từ tro bay từ nhà máy nhiệt điện bằng phương pháp liên kết nguội có khối lượng thể tích thấp (1,002 g/cm3), độ hút nước (15,67%) tăng gấp 3 lần so với cốt liệu tự nhiên (5,21%) và với hàm lượng xi măng 8% cường độ nén từng viên đạt 1,08MPa. Hỗn hợp bê tông được sản xuất từ cốt liệu này có độ hút nước thấp, khối lượng thể tích khô giảm từ 12% đến 16% và cường độ đạt 90% đến 97% so với bê tông thông thường (Bùi Lê Anh Tuấn và ctv., 2022). Gunning et al.(2009) cũng có kết quả tương tự ở nghiên cứu trước đó, các cốt liệu được sản xuất từ chất thải công nghiệp và carbon dioxide thông qua việc sử dụng công nghệ cacbon hóa gia tốc để liên kết cacbon đioxit thành cacbonat rắn có tỷ trọng khối lượng lớn dưới 1000 kg/m3 và khả năng hấp thụ nước cao. Các mẫu bê tông đúc có chứa cốt liệu nhẹ đạt cường độ nén 24 MPa ở 28 ngày tuổi. Ngoài ra, các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng tỷ lệ nước trên chất kết dính (w/b) cũng làm ảnh hưởng đến các tính chất của hỗn hợp bê tông nhẹ. Khi so sánh bê tông nhẹ sử dụng cốt liệu tro bay nung kết với bê tông thông thường với các tỷ lệ w/b từ 0,30 đến 0,50. Kết quả thử nghiệm chỉ ra rằng khi thay thế hoàn toàn cốt liệu tự nhiên bằng cốt liệu nhẹ, khối lượng thể tích của bê tông giảm 20% (khoảng 2000-2050kg/m3). Với tỷ lệ w/b 0,30; 0,35 và 0,40 các chỉ tiêu về cường độ, cường độ kéo nứt, kháng ion cloruaIon Chloride của LWC đều thấp hơn NWC nhưng với tỷ lệ w/b 0,4 và 0,5 các
chỉ số này lại tương đương nhau ở 90 ngày, điều này có thể lý giải do đặc tính phản ứng chậm của tro bay (Dinakar, 2013).
Một số nghiên cứu khác nhằm sản xuất bê tông cường độ cao sử dụng cốt liệu nhẹ từ tro bay sản xuất bằng phương pháp nung kết thành các kích thước phù hợp. Bê tông được sản xuất bằng cách sử dụng các loại cốt liệu này có độ sụt khoảng 85 mm, có khối lượng thể tích nhẹ hơn khoảng 22% (1780-1815 kg/m3) và đạt cường độ nén 66,75MPa ở 28 ngày tuổi, cao hơn 30% so với bê tông cốt liệu thông thường. Độ co ngót khi khô ít hơn khoảng 33% so với bê tông có trọng lượng bình thường. Cốt liệu có đặc tính cần thiết trong các kết cấu cường độ cao (Kayali, 2008). Một nghiên cứu khác đã chứng minh bê tông nhẹ hiệu suất cao (LWC) được làm bằng LWA (60% Tro bay + 40% Xi măng và 30% Tro bay + 40% Xi măng + 30%Tro trấu) có khối lượng đơn vị thấp hơn 2000 kg/m3. Cường độ chịu nén ở 28 ngày của LWC nằm trong khoảng 49 đến 57 MPa. Kết quả của các bài kiểm tra điện trở suất và vận tốc xung siêu âm cho thấy rằng các LWC có thể được coi là bê tông bền (Bùi Lê Anh Tuấn et al., 2012).
Đánh giá của các nghiên cứu trước đây cho thấy trọng lượng riêng của các cốt liệu này thường thấp hơn 16 - 46% so với cốt liệu có trọng lượng tiêu chuẩn, dẫn đến khả năng hấp thụ nước tăng lên. Bê tông tro bay thiêu kết thể hiện các đặc tính đáng chú ý về trạng thái tươi, độ bền cơ học và tuổi thọ. Bê tông được tạo thành từ cốt liệu sản xuất từ tro bay thiêu kết có cường độ nén 28 ngày trong khoảng 27-74 MPa và khối lượng thể tích từ 1651-2017 kg/m3. Độ mịn của tro bay ảnh hưởng trực tiếp đến các thuộc tính vật lý của cốt liệu thu được. Trong số các chất kết dính, bentonite nổi bật là chất được sử dụng thường xuyên nhất, với liều lượng ưa thích từ 15 đến 35%
hàm lượng bột. Góc của đĩa tạo hạt có thể dao động trong khoảng từ 35° đến 70°, trong khi tốc độ của nó có thể thay đổi từ 20 đến 50 vòng/phút. Thông thường, nhiệt độ thiêu kết dao động trong khoảng 1000 đến 1200°C. Cốt liệu được tạo ra chủ yếu có dạng hình cầu và trọng lượng riêng của chúng dao động từ 1,33 đến 2,35. Khối lượng thể tích nằm trong khoảng từ 765 đến 936 kg/m3 (Nadesan & Dinakar, 2017).
Đông và ctv, (2021) đã tiến hành thí nghiệm các cấu kiện dầm có kích thước 150x200x2200mm được sản xuất từ hỗn hợp LWAC và các thép dọc thay đổi d8, d10, d12. Kết quả thí nghiệm được so sánh với các mẫu dầm tương tự được sản xuất từ NAC và số liệu tính toán theo TCVN 5574:2018. Kết quá cho thấy, mặc dù có sự chờnh lệch giữa thực nghiệm và tớnh toỏn, sự chờnh lệch về tải trọng và độ vừng tại thời điểm xuất hiện vết nứt ở giai đoạn đàn hồi là khá thấp (dưới 10%) nhưng sau đó phát triển nhanh. Tuy nhiên, việc thay thế hoàn toàn cốt liệu tự nhiên (đá 1x2) bằng cốt liệu nhẹ nhân tạo để chế tạo cấu kiện dầm với đường kính cốt thép dọc không nhỏ hơn 10mm là khả thi.
Hình 2.1 Một số công trình ứng dụng tro bay và cốt liệu nhẹ nhân tạo
(a) Nhà máy thủy điện Sơn La (nguồn: https://baochinhphu.vn/cong-ty-thuy-dien-son-la-can- moc-san-luong-phat-dien-100-ty-kwh-102280434.htm);
(b) Hồ chứa Định Bình (nguồn: http://cra.tlu.edu.vn/cong-trinh-tieu-bieu/ho-dinh-binh- 12016);
(c) Cầu Nhật Tân; (nguồn: https://tienphong.vn/kham-pha-cau-nhat-tan-cay-cau-thep-day- vang-lon-nhat-viet-nam-post1557857.tpo)
(d) Đập Tomisato ở Nhật (nguồn:
https://www.water.go.jp/honsya/honsya/english/dams/shi_tomisato.html);
(e) Cầu Lincoln Memorial (nguồn:
https://en.wikipedia.org/wiki/Lincoln_Memorial_Bridge#/media/File:Lincoln_Memorial_Brid ge_over_the_Wabash_River.jpg);
(f) Cầu dự án liên kết Biển Bandra Worli.i (nguồn: https://structurae.net/en/media/253972- bandra-worli-sealink-bridge).
(d)
(e) (f)