7. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
2.2 CƠ SỞ KHOA HỌC SỬ DỤNG PHỤ GIA KHOÁNG TRONG BÊ TÔNG . 33
2.2.3 Cơ sở khoa học đánh giá hiệu ứng tương hỗ trong bê tông
Một trong các vấn đề khoa học được đặt ra khi sử dụng các PGK là mỗi PGK có những ưu điểm, nhược điểm riêng và liệu có tồn tại các hệ tổ hợp các loại PGK mà có thể khắc phục các nhược điểm lẫn nhau của từng PGK, và từ đó làm tăng hiệu quả sử dụng của các PGK trong hệ xi măng và bê tông. Việc cải thiện mang lại từ việc sử dụng tổ hợp các PGK này đến các tính chất của xi măng và bê tông thường được gọi là hiệu ứng tương hỗ (synergistic/synergic effect), chẳng hạn như hệ PGK SF-FA thì FA có thể khắc phục những nhược điểm của SF và ngược lại SF khắc phục những nhược điểm của FA [118].
Một số công trình nghiên cứu cho thấy sự tồn tại của các hiệu ứng tương hỗ trong hệ 3 cấu tử đối với việc cải thiện cường độ của bê tông [61, 102], mức độ thấm [69], co mềm và thấm ion clo [31], độ bền sunphat [97], phản ứng kiềm- silic [111, 119]. Theo nghiên cứu của tác giả Isaia [61], khi một phản ứng puzơlanic xảy ra trong hỗn hợp hệ 3 PGK có một PGK hoạt tính mạnh như SF hoặc tro trấu (RHA) và PGK khác có độ hoạt tính thấp hơn như FA, GGBFS, meta cao lanh,... thì tồn tại một hiệu ứng giữa các PGK này kết quả thu được hệ 3 PGK cao hơn so với hệ 2 PGK tử gọi là
“hiệu ứng tương hỗ” [112]. Nghiên cứu của Isaia đánh giá hiệu quả tương hỗ của FA với SF với RHA trong việc cải thiện độ bền, mô đun đàn hồi, co ngót, tỷ lệ Cl-/OH- , tính thấm nước và thấm cacbonat của bê tông HPC (Hình 2.5).
Hình 2.5 Hiệu ứng tương hỗ của hỗn hợp PGK (FA+SF), (FA+RHA) đối với mô đun đàn hồi [61]
Sự tương hỗ của FA với RHA còn được thể hiện rõ trong nghiên cứu của tác giả Bùi Danh Đại [37] khi kết hợp FA với RHA góp phần cải thiện tính công tác của bê tông. Bê tông sử dụng hỗn hợp FA và RHA đều có cường độ nén lớn hơn khi sử dụng chỉ FA. Nghiên cứu của tác giả Nguyễn Văn Tuấn [120] đã chứng minh sự tương hỗ của hỗn hợp RHA và SF trong việc có tác dụng tương hỗ trong việc cải thiện tính công tác và cường độ nén của bê tông UHPC. Cường độ nén của các mẫu bê tông chất lượng siêu cao chứa RHA này thậm chí cao hơn so với cường độ nén của các mẫu UHPC chứa SF, đặc biệt ở tuổi muộn và với lượng thay thế xi măng lớn. Nghiên cứu của tác giả Văn Viết Thiên Ân [23] đã chứng minh sự tương hỗ của RHA và GGBFS trong việc cải thiện tính công tác, cường độ, tính co ngót, độ rỗng, độ hút nước và độ bền của UHPC. Mới đây nhất 2016, nghiên cứu của tác giả Nguyễn Công Thắng [3] chứng minh sự tương hỗ của SF và GGBFS trong việc cải thiện tính công tác và cường độ bê tông UHPC.
Hiệu quả tương hỗ của hỗn hợp PGK được đánh giá theo hai khía cạnh: Vật lý và hóa học. Nhìn chung có hai hiệu ứng vật lý đặc biệt để cải thiện các tính chất của bê tông khi thay thế xi măng bằng các PGK có kích thước siêu mịn (đặc biệt là SF):
(1) Thể tích phần pha rắn tăng lên (do tối ưu hóa thành phần hạt [78, 102] hay còn gọi là hiệu ứng điền đầy [78]); (2) Giảm chiều dày vùng chuyển tiếp ITZ (Interfacial Transition Zone) [50]. Có thể thấy ảnh hưởng về đặc tính vật lý của các PGK như kích thước hạt và hình dạng hạt trong các hiệu ứng tương hỗ. Với mỗi loại PGK khác nhau trong CKD sẽ có ảnh hưởng khác nhau, và đối với tổ hợp các PGK cũng sẽ ảnh
hưởng khác nhau đối với hệ CKD. Hiệu ứng hóa học thể hiện thông qua sự thúc đẩy hoặc tăng cường các phản ứng puzơlanic của PGK với Ca(OH)2 của xi măng.
2.2.3.2 Hiệu ứng tương hỗ trên hệ bê tông sử dụng hỗn hợp PGK SF và FA
Trong VHSC thường sử dụng một lượng lớn xi măng, kéo theo các nhược điểm về kinh tế, kỹ thuật, môi trường. Một trong những giải pháp để khắc phục nhược điểm này là sử dụng các PGK thay thế một phần của xi măng như: FA, GGBFS, RHA, SF hoặc meta cao lanh…, trong đó có thể phân loại thành 2 nhóm theo Mehta [92]: nhóm có độ hoạt tính thấp như GGBFS, FA và nhóm có hoạt tính cao như RHA, SF, meta
cao lanh. Thực tế, có khá nhiều nghiên cứu sử dụng kết hợp các PGK giữa hai nhóm này[92], trong đó hệ hỗn hợp PGK FA-SF được sử dụng phổ biến hơn cả. Khi xi măng được thay thế bởi FA thì nhược điểm là tốc độ phát triển cường độ bê tông ở tuổi sớm chậm. Điều này dẫn đến giới hạn sử dụng của FA trong bê tông khi yêu cầu cường độ ở tuổi sớm ngày cao. Để khắc phục vấn đề này, hệ hỗn hợp 3 PGK XM-SF-FA đã được bổ sung các sản phẩm thuỷ hoá C-S-H từ phản ứng puzơlanic nhanh giữa SF và CH sinh ra do xi măng thuỷ hoá ở giai đoạn đầu. Kết quả làm tăng tính chất cơ học cho bê tông và cải thiện độ bền lâu của bê tông [63, 73, 95, 104]. Sự kết hợp SF-FA trong hệ XM còn làm giảm hàm lượng PGSD mà vẫn giữ nguyên tính công tác của hỗn hợp bê tông so với XM và hệ XM-SF [54, 95] qua đó giúp làm giảm giá thành bê tông. Các nghiên cứu đáng kể như Olek [104], Isaia và cộng sự [63], Goyal [54], Hariharan và cộng sự [57], Thomas và cộng sự [119], Bouzoubaa và cộng sự [31] đã được tiến hành đánh giá ảnh hưởng của sự thay thế SF, FA trong bê tông với lượng dùng từ 20 đến 30% đến các tính chất của bê tông.
Tuy nhiên, vấn đề kết hợp SF-FA thay thế ở hàm lượng lớn hơn cần được xem xét kỹ lưỡng. Likov [81] cho thấy do tương tác phản ứng hóa học của SF và FA trong tổ hợp PGK sự tương hỗ thể hiện ở tăng lên lượng C-S-H và giảm hàm lượng CH khi quan sát ở tuổi sớm ngày (trong vòng 24h đầu). Hơn nữa Weng [127] cho thấy sự gia tăng đáng kể sản phẩm thủy hóa từ 3 đến 7 ngày trong hỗn hợp 10%SF và 30%FA. Mặt khác Kwan và Wong[78] cho rằng tổ hợp PGK (XM+SF+FA) có độ lèn chặt cao hơn so với đơn PGK, do đó cung cấp bằng chứng cho thấy hiệu ứng tương hỗ thể hiện ở khía cạnh vật lý. Tương tự Popovics [102] cho rằng sự cải thiện tính công tác của tổ hợp PGK cho cấp phối hạt phân bố hợp lý hơn. Kết quả nghiên cứu của Isaia [61] cho thấy rằng cả hiệu ứng vật lý và hiệu ứng hóa học đều có mặt trong hiệu ứng tương hỗ của SF-FA. Hiệu ứng vật lý là do hàm lượng hạt nhỏ hơn 5àm, trong khi hiệu ứng húa học là do kết hợp hoạt tớnh puzơlanic cao, cả hai đều phản ánh ở khía cạnh cường độ nén tăng lên. Có thể tổng kết sự tương hỗ của SF -FA đối với một số tính chất của HHBT và bê tông như : (Hình 2.6)
Hỗn hợp 3 thành phần XM-SF-FA
Ngoài ra Hỗn hợp 3 thành phần cải thiện so với hỗn hợp bột 2
Tro bay thành phần:
-SF làm
Hình 2.6 Tác dụng tương hỗ của hệ 3 cấu tử XM– SF-FA
Có thể thấy trọng tâm chủ yếu của hiệu ứng tương hỗ đối của XM-SF-FA là đánh giá ảnh hưởng của hiệu ứng này đến các tính chất của HHBT và BT. Vì vậy mục tiêu của luận án đó là: nghiên cứu ảnh hưởng của sự tương hỗ của XM-SF-FA đến tính chất bê tông VHSC.
Dựa trên nghiên cứu, đánh giá về cơ sở khoa học luận án rút ra một số kết luận:
-Để chế tạo được VHSC cần áp dụng các biện pháp nâng cao cường độ của các thành phần của bê tông gồm: Nâng cao cường độ đá CKD bằng cách sử dụng xi măng mác cao hoặc giảm tỷ lệ N/CKD bằng cách sử dụng PGK siêu mịn kết hợp với PGSD, nâng cao cường độ cốt liệu và tăng khả năng liên kết giữa đá XM- cốt liệu.
- Cần lựa chọn mô hình tính toán phù hợp đối với thiết kế thành phần bê tông. Thiết kế thành phần bê tông trên cơ sở tối ưu hóa thành phần hạt. Sử dụng kết hợp các PGK để nâng cao tính chất cơ lý của bê tông.
-Dựa cơ sở khoa học của PGK luận án tập trung đánh giá vai trò của PGK trong việc cải thiện cường độ của VHSC thể hiện ở hai hiệu ứng vật lý và hóa học. Đồng thời nghiên cứu, định lượng sự tương hỗ khi sử dụng tổ hợp PGK SF và FA.
3 Chương 3 VẬT LIỆU SỬ DỤNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Trong chương này luận án trình bày các phương pháp nghiên cứu và các kết quả nghiên cứu về tính chất của nguyên vật liệu sử dụng. Từ kết quả này luận án sẽ đánh giá khả năng sử dụng vật liệu sẵn có ở Việt Nam để chế tạo VHSC. Tính chất của vật liệu sử dụng và các phương pháp nghiên cứu được trình bày chi tiết như sau: