7. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
1.4 NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM
Như vậy VHSC đã được nghiên cứu và ứng dụng từ rất lâu trên thế giới. Tuy nhiên ở Việt Nam thì loại bê tông này mới bắt đầu được định hướng nghiên cứu. Loại bê tông này trên thế giới thường sử dụng xi măng mác cao như ở Trung Quốc sử dụng xi măng có cường độ 54 MPa và 65,6 MPa [132]. Trong khi đó ở nước ta xi măng sử dụng phổ biến nhất là PC40, PC50 vì vậy để chế tạo được bê tông có cường độ nén
> 100 MPa thì việc sử dụng phụ gia siêu dẻo kết hợp với PGK hoạt tính cao như SF, RHA là điều kiện bắt buộc. Tuy nhiên, xét về hiệu quả sử dụng ổn định thì SF có lợi thế hơn hẳn do có sẵn trên thị trường dưới dạng công nghiệp, mặt khác một số nghiên cứu trong nước khẳng định hoàn toàn có thể sử dụng SF để chế tạo được bê tông có
cường độ siêu cao [4-6, 8, 9, 11]. Trong khi đó RHA tồn tại dưới dạng vỏ trấu nông nghiệp, phải thu gom, đốt và nghiền để đạt được độ mịn nhất định… mỗi công đoạn khác nhau như cách đốt, thời gian nghiền, sẽ cho sản phẩm tro trấu khác nhau dẫn đến chất lượng tro không ổn định, tốn chi phí và năng lượng nghiền. Vì vậy việc sử dụng SF để chế tạo VHSC trong điều kiện Việt Nam là hợp lý hơn cả.
Mặt khác trong loại bê tông này thường sử dụng một lượng dùng xi măng lớn dẫn đến kém hiệu quả về mặt kinh tế và môi trường theo nghiên cứu của Actin [17] lượng
xi măng sử dụng tối thiểu 550kg/m3 bê tông, nghiên cứu của Xincheng [132] lượng dùng xi măng tối thiểu là 600÷ 650 kg/m3 do đó việc nghiên cứu sử dụng PGK thải phẩm công nghiệp thay thế một phần xi măng và kết hợp với SF để cải thiện các tính chất của bê tông trong điều kiện ở Việt Nam có một ý nghĩa khoa học quan trọng. Đây cũng là vấn đề cần được đặt ra trong nghiên cứu.
Trong những PGK là thải phẩm công nghiệp đang được dùng thông dụng hiện nay gồm có GGBFS và FA. Xét về hiệu quả kỹ thuật, FA và GGBFS đều có vai trò cải thiện tính chất của bê tông. Tuy nhiên, xét về hiệu quả kinh tế khi sử dụng tro bay có lợi thế hơn do chỉ cần hệ thống tuyển lại là có thể dễ dàng sử dụng, trong khi GGBFS tại các nhà máy luyện thép phải gia công nghiền mịn đến một độ mịn nhất định mới có thể sử dụng; vì vậy việc sử dụng FA thay thế một phần xi măng trong chế tạo VHSC là hợp lý hơn. Mặt khác, một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi sử dụng hệ hỗn hợp PGK SF và FA có tồn tại hiệu ứng tương hỗ giữa hai PGK [54, 63, 73,
95, 104], tuy nhiên hiệu ứng này vẫn chưa nghiên cứu cụ thể đối với hệ VHSC.
Như vậy, một số vấn đề cần đặt ra và nghiên cứu trong luận án này như sau:
- Vai trò vật lý và hóa học của PGK SF và FA trong VHSC: Các nghiên cứu trên thế giới khẳng định SF là chìa khóa để chế tạo VHSC có cường độ nén >100 MPa [79] và cách tốt nhất để đạt cường độ 100 MPa là kết hợp với PGSD [50]. Lượng cần nước nhào trộn của HHBT có chứa SF và PGSD được giảm đáng kể, do đó có thể chế tạo được bê tông với tỷ lệ N/CKD thấp. Cả hai PGK SF và FA đều được đặc trưng bởi kích thước hạt mịn, hình cầu, hàm lượng SiO2 vô định hình vì vậy nó có hoạt tính puzơlanic.
Goldman và Bentur [50] đã khẳng định vai trò của PGK trong bê tông bao gồm các hiệu ứng vật lý và hóa học. Hiệu ứng hóa học là do phản ứng của SiO2 hoạt tính của PGK với sản phẩm thủy hóa của XM. Hiệu ứng vật lý liên quan đến kích thước và hình dạng hạt PGK hay gọi là hiệu ứng điền đầy. Sellevold [109] cho rằng vai trò của hiệu ứng điền đầy rất quan trọng trong việc nâng cao cường độ của BT. Vai trò của SF và FA trên hệ CKD của VHSC sẽ được tập trung nghiên cứu và đánh giá trong luận án này.
Trong đó xem xét sự đóng góp của PGK ở khía cạnh điền đầy và hóa học và định lượng các hiệu ứng đó ở tỷ lệ N/CKD thấp ≤0,22
- Hiệu ứng tương hỗ của phụ gia khoáng SF và FA trong VHSC: FA được sử dụng rộng rãi trên thế giới như một vật liệu thay thế xi măng [88, 128] do lợi ích về mặt môi trường và các lợi ích kỹ thuật (giảm nhiệt thủy hóa, tăng tính công tác, và độ bền hóa của bê tông). Tro bay được coi như vật liệu puzơlanic, tức là có phản ứng với sản phẩm thủy hóa của xi măng (CH) trong môi trường nước [25, 123, 128].
Phản ứng puzơlanic xảy ra chậm do phụ thuộc CH được tạo thành trong quá trình thủy hóa XM và kích thước hạt tro bay thường sử dụng thô hơn so với hạt xi măng theo ASTM C618. Trong khi đó SF được biết đến có độ hoạt tính rất cao góp phần đáng kể tăng cường độ bê tông khi thay thế xi măng [36, 68, 121, 141]. Sự kết hợp của hai PGK SF và FA đã được nghiên cứu nhiều trên hệ HSC [54, 63, 73, 95, 104].
Tuy nhiên các nghiên cứu chưa đánh giá và giải thích được sự tương hỗ của hệ phụ gia này, cụ thể khi cải thiện tính công tác, nâng cao cường độ của bê tông, cải thiện vi cấu trúc của bê tông khi sử dụng PGK với vai trò thay thế xi măng. Tác dụng nghiên cứu tương hỗ hệ phụ gia khoáng SF-FA đã nghiên cứu tại tỷ lệ N/CKD thấp của VHSC. Nội dung của luận án này sẽ tập trung nghiên cứu hiệu ứng tương hỗ của SF và FA trên hệ CKD của VHSC, đánh giá về định lượng tác dụng tương hỗ giữa tổ hợp PGK SF-FA đến các tính chất của CKD VHSC.
- Thiết kế thành phần VHSC trên cơ sở phương pháp tối ưu hóa thành phần hạt:
Hiện nay chưa có tổ chức, hiệp hội đưa ra thống nhất về phương pháp thiết kế loại BT này. Xuất phát từ cơ sở tối ưu hóa bộ khung cốt liệu của bê tông thông qua phương pháp thiết kế thành phần hạt vấn đề thiết kế thành phần hạt của bê tông được đặt ra. Dựa trên cơ sở tối ưu hóa thành phần hạt luận án đề xuất phương pháp thiết kết thành phần VHSC.
- Ứng dụng VHSC: Để có thể ứng dụng hệ bê tông này trên thực tế, vấn đề ứng dụng của hệ bê tông này cần phải được nghiên cứu trên kết cấu. Cần xem xét đánh giá ứng xử cơ học của bê tông này trên kết cấu dạng dầm trong điều kiện phòng thí nghiệm. Dựa trên các phân tích về mặt lý thuyết và thực tiễn các vấn đề của luận án đặt ra nghiên cứu trong điều kiện vật liệu sẵn có ở Việt Nam đó là:
1. Về mặt vật liệu chế tạo: Luận án tiến hành nghiên cứu chế tạo VHSC dựa trên
nguồn vật liệu sẵn có: Xi măng PC40, PGK gồm SF và FA, cát vàng, đá bazan, PGSD. Qua đó đánh giá ảnh hưởng của các loại và hàm lượng vật liệu đến tính chất VHSC.
2. Về phương pháp thiết kế thành phần bê tông: Luận án nghiên cứu thiết kế thành phần VHSC trên cơ sở phương pháp thiết kế thành phần hạt.
3. Luận án nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia khoáng tro bay và silica fume đến tính chất bê tông VHSC, ảnh hưởng hàm lượng sợi thép đến tính chất bê tông VHSC:
- Đánh giá vai trò điền đầy và hóa học của PGK SF và FA trong hệ VHSC
- Nghiên cứu hiệu quả tác dụng tương hỗ của phụ gia khoáng SF và FA trên hệ VHSC.
- Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng sợi thép đến tính chất VHSC 4. Về nghiên cứu ứng dụng: Luận án nghiên cứu, đánh giá ứng xử cơ học của
VHSC trên kết cấu dạng dầm.