7. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
1.1 GIỚI THIỆU VỀ BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ RẤT CAO
1.1.3 Vật liệu chế tạo bê tông cường độ rất cao VHSC
hồ xi măng đóng vai trò là chất kết dính, liên kết các hạt cốt liệu rời rạc. Hoạt tính của xi măng càng cao thì bê tông có cường độ càng cao, vì vậy việc sử dụng xi măng mác cao trong chế tạo VHSC là cần thiết. Trên thế giới loại xi măng thường dùng để chế tạo VHSC là loại xi măng có cường độ chịu nén sau 28 ngày lớn hơn 50MPa, điển hình như ở Trung Quốc sử dụng xi măng có cường độ 54 MPa và 65,6 MPa [132], châu Âu sử dụng xi măng có cường độ nén >52,5 MPa [17]. Trong khi đó ở nước ta xi măng công nghiệp được sử dụng phổ biến lớn nhất là PC40, PC50 (cường độ 40÷60 MPa). Tuy nhiên trong chế tạo VHSC cần giảm tỷ lệ N/CKD xuống thấp để đảm bảo cấu trúc đặc chắc của đá xi măng vì vậy vấn đề cần thiết phải nghiên cứu đặt ra đó là sử dụng xi măng PC40 ở Việt Nam để chế tạo VHSC.
1.1.3.2 Cốt liệu nhỏ ( cát )
Cấu trúc, bề mặt, kích thước và lượng dùng cốt liệu nhỏ (CLN) là nhân tố quan trọng trong thiết kế thành phần VHSC, ảnh hưởng trực tiếp đến tới cường độ nén của bê tông. CLN có vai trò kết hợp với chất kết dính để tạo thành hỗn hợp vữa lấp đầy phần rỗng giữa các hạt cốt liệu lớn, làm tăng độ đặc và tính đồng nhất hỗn hợp bê tông. Theo báo cáo của Volkov [125] và ACI [16] cho rằng cát thô với mô đun độ lớn ≥ 3,0 là cốt liệu phù hợp trong chế tạo bê tông có cường độ lớn hơn 100 MPa.
Điều này được giải thích do cát thô có tỉ diện bề mặt nhỏ sẽ giảm lượng nước nhào trộn mà vẫn đạt được tính công tác cần thiết, giúp tăng độ đặc chắc của bê tông, giảm diện tích phần tiếp giáp giữa đá xi măng và phần cốt liệu. Cát phải có cường độ cao, không lẫn bụi, bùn, sét, chất hữu cơ và những tạp chất khác. Ở Việt Nam, nguồn CLN rất đa dạng và phong phú vì vậy vấn đề đặt ra là đối với các loại CLN với mô đun độ lớn <3 có thể chế tạo được VHSC hay không?
1.1.3.3 Cốt liệu lớn
Cốt liệu lớn là thành phần cơ bản của bê tông, đóng vai trò là bộ khung chịu lực. Đối với bê tông thông thường cường độ của cốt liệu không ảnh hưởng đến chất lượng bê tông do cường độ của cốt liệu luôn cao hơn cường độ của đá xi măng. Trong VHSC cốt liệu lớn sử dụng được lựa chọn trên các đặc điểm đó là: cường độ và mô đun đàn hồi, hình dạng hạt, bề mặt hạt, kích thước lớn nhất của cốt liệu…Đây là điểm khác
biệt của VHSC so với bê tông UHPC ở Việt Nam.
- Cường độ và mô đun đàn hồi của cốt liệu: Nghiên cứu của Wee [126] khẳng định các loại đá có khối lượng thể tích lớn, cường độ đá gốc cao đạt yêu cầu chế tạo VHSC bao gồm đá bazan, đá granit, đá vôi cường độ cao. Nghiên cứu của Sviridov [115] cho rằng để chế tạo bê tông có cường độ nén >150 MPa thì độ nén dập trong xi lanh của đá không vượt quá 6%. Đối với VHSC có cường độ 110 MPa, độ nén dập không
được vượt quá 9%.
- Hình dạng hạt và đặc tính bề mặt hạt: Theo Xincheng [132] hình dạng hạt cốt liệu sử dụng cho VHSC nên gần với hình cầu. Các hạt thoi dẹt cần phải được loại bỏ vì ảnh hưởng lớn đến tính công tác, cường độ và độ bền của bê tông. Ngoài ra bề mặt hạt cốt liệu phải được làm sạch, không bị lẫn tạp chất bụi bùn sét.
- Kích thước lớn nhất hạt cốt liệu: Về nguyên tắc, kích thước lớn nhất (Dmax) của hạt cốt liệu giảm sẽ cho cường độ bê tông cao hơn khi giữ nguyên cường độ cốt liệu. Tùy theo cường độ của cốt liệu người ta lựa Dmax của cốt liệu để chế tạo VHSC. Điển hình như nghiên cứu của Zain [139] sử dụng CLL có Dmax=19 mm để chế tạo VHSC. Edward [96] và Sviridov [115] cho rằng Dmax của hạt cốt liệu cho VHSC/ UHPC tốt nhất từ 10÷14 mm. Vấn đề nghiên cứu đặt ra trong điều kiện Việt Nam sử dụng loại CLL có Dmax bằng bao nhiêu để phù hợp chế tạo VHSC?
1.1.3.4 Phụ gia khoáng hoạt tính
Hầu hết các loại PGK sử dụng trong bê tông đều là các sản phẩm phụ của các ngành công nghiệp [87]. Thông thường PGK hoạt tính được lựa chọn bao gồm: Silica fume (SF), tro bay (FA), xỉ lò cao hạt hóa nghiền mịn (GGBFS), tro trấu (RHA), Mêta cao lanh (MK). Trong các nghiên cứu về VHSC thường sử dụng SF mục đích tăng độ đặc chắc và tăng cường độ cho bê tông. Tuy nhiên, do giá thành của SF cao gấp 5÷10 lần XM làm tăng giá thành của VHSC và có thể gấp đôi so với HSC. Vì vậy khi chế tạo VHSC người ta thường kết hợp SF với một loại PGK khác vừa cải thiện tính chất kỹ thuật đồng thời làm giảm giá thành cho bê tông. Việc sử dụng PGK để chế tạo VHSC phải kể đến các nghiên cứu:
Tỏc giả Sarkar và Aùtcin [18] đó nghiờn cứu sử dụng SF cĩ kớch thước hạt <1 àm để
chế tạo được bê tông cường độ nén bê tông đạt 113 MPa. Nghiên cứu của Wee [126]
sử dụng SF và GGBFS có thể chế tạo bê tông có cường độ nén đến 100 MPa.
Nghiờn cứu của Xincheng Pu [132] sử dụng SF với kớch thước hạt từ 0,1ữ0,2 àm cú thể chế tạo được bê tông có cường độ nén đạt được 140 MPa, sử dụng kết hợp SF và FA thì chế tạo được bê tông có cường độ ở tuổi 90 ngày đạt đến 141 MPa. Nghiên cứu của Zain [139] đã đánh giá khả năng chế tạo VHSC với cường độ nén ≥100 MPa, tác giả sử dụng PGK GGBFS+FA và SF+FA trong điều kiện dưỡng hộ nhiệt độ 20÷50oC và một số nghiên cứu thực tế ứng dụng SF trong các công trình có cường độ từ 100÷130 MPa [28, 58, 91, 110]. Ở Việt Nam, đã có một số nghiên cứu tổ hợp PGK để chế tạo bê tông UHPC như tổ hợp SF + GGBFS, mẫu bê tông chế tạo có cường độ nén > 150 MPa [3]. Vấn đề cần thiết đặt ra nghiên cứu trong điều kiện Việt Nam nên lựa chọn hệ PGK nào để chế tạo VHSC?
1.1.3.5 Phụ gia hóa học
Để chế tạo được VHSC thì phụ gia hoá học là vật liệu bắt buộc sử dụng với mục đích giảm tỷ lệ N/CKD đồng thời vẫn đảm bảo tính công tác cho HHBT. Do vậy để chế tạo được VHSC phải sử dụng phụ gia hóa học giảm nước mạnh. Việc sử dụng phụ gia hóa dẻo tầm cao trong chế tạo VHSC điển hình kể đến các nghiên cứu: Nghiên cứu của Sarkar, Aùtcin cường độ nộn bờ tơng đạt 113 MPa[18]. Nghiờn cứu của Xincheng [132]
chế tạo được bê tông có cường độ nén từ 100-150 MPa. Nghiên cứu của Wee [126] sử dụng chế tạo bê tông có cường độ nén 100 MPa. Nghiên cứu của Zain bê tông có cường độ nén đạt được 130 MPa [139].Các nghiên cứu này thường sử dụng phụ gia naphthaiene sulfonate và polycalboxylic acid copolymer. Hiện nay, sự phát triển mạnh mẽ về công nghệ, các loại phụ gia phổ biến thường sử dụng là các phụ gia giảm nước tầm cao polycarboxylate thế hệ mới hơn như Master Glenium 6500, Master Glenium 8008 SP8HU… được sử dụng trong chế tạo VHSC và UHPC điển hình là các nghiên cứu của Kitamura [2] cường độ BT đạt được 130 MPa.
Ở Việt Nam, phụ gia hóa học hiện nay chủ yếu do các hãng nước ngoài cung cấp nên việc áp dụng tiêu chuẩn nước ngoài để lựa chọn phụ gia siêu dẻo trở nên khá phổ biến, điển hình là tiêu chuẩn ASTM C494 của Mỹ và BS-5075 của Anh thông qua
các hãng như BASF, Sika, MBT, MaPei. Các loại phụ gia này thường có mức độ giảm nước khoảng 30÷40% như Glenium ACE 388, Glenium SP51, Viscocre 3400, Selfill-2010... Một số nghiên cứu khẳng định hoàn toàn có thể sử dụng PGSD có sẵn trong nước (Glenium ACE 388) để sản xuất bê tông có cường độ ≥150 MPa vì vậy trong luận án này sẽ không đi sâu nghiên cứu cơ chế tác dụng của từng loại phụ gia hóa học. Luận án chỉ sử dụng một loại phụ gia siêu dẻo để nghiên cứu chế tạo bê tông VHSC. Đây cũng là loại phụ gia phổ biến trên thế giới ở Việt Nam.