Nghiên cứu tính chất bê tông geopolymer tro bay xỉ thép trong xây dựng mặt đường ô tô tại Việt Nam

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

1. MỞ ĐẦU

1.1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG GEOPOLYMER TRO BAY SỬ DỤNG CỐT LIỆU XỈ THÉP VÀ MỘT SỐ TÍNH CHẤT CHỦ YẾU CỦA VẬT LIỆU TRONG XÂY DỰNG MẶT ĐƢỜNG Ô TÔ Ở VIỆT NAM

1.1.1. Bêtông geopolymer tro bay cốt liệu xỉ thép

1.1.2. Chất kết dính geopolymer tro bay

1.1.3. Cốt liệu xỉ thép

1.1.4. Đánh giá sự kết hợp giữa chất kết dính geopolymer tro bay và cốt liệu xỉ thép thông qua các phân tích vi cấu trúc

1.1.5. Các yêu cầu về tính chất chủ yếu của vật liệu trong xây dựng mặt đƣờng cứng ở Việt Nam

1.1.6. Cường độ chịu nén của bê tông

1.1.7. Cường độ kéo khi uốn

1.1.8. Mô đun đàn hồi

1.1.9. Độ co ngót và giãn nở

1.1.10. Tính chất công tác

1.1.11. Các kết quả nghiên cứu về tính chất chủ yếu của bê tông geopolymer tro bay cốt liệu xỉ thép trong xây dựng mặt đƣờng ô tô ở trong và ngoài nƣớc

1.1.11.1. Tính công tác của hỗn hợp bê tông

1.1.11.2. Khối lượng thể tích

1.1.11.3. Cường độ chịu nén

1.1.11.4. Cường độ chịu kéo gián tiếp

1.1.11.5. Mô đun đàn hồi

1.1.11.6. Hệ số poisson

1.1.11.7. Giãn nở nhiệt

1.1.12. Những vấn đề tồn tại luận án cần giải quyết

1.2. XÁC ĐỊNH MỘT SỐ TÍNH CHẤT CƠ LÍ HÓA CỦA XỈ THÉP THÁI NGUYÊN VÀ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG GEOPOLYMER TRO BAY CỐT LIỆU XỈ THÉP

1.2.1. Nghiên cứu thực nghiệm xác định một số tính chất của cốt liệu xỉ thép

1.2.2. Nghiên cứu các tính chất cơ lý của xỉ thép Thái Nguyên

1.2.3. Nghiên cứu thành phần hóa học của xỉ thép Thái Nguyên

1.2.4. Nghiên cứu thành phần khoáng vật của xỉ thép Thái Nguyên

1.2.5. Hàm lượng kim loại nặng trong xỉ thép Thái Nguyên

1.2.6. Nghiên cứu đánh giá khả năng trương nở thể tích của cốt liệu xỉ thép Thái Nguyên

1.2.7. Nghiên cứu thiết kế thành phần bê tông geopolymer tro bay cốt liệu xỉ thép

1.2.7.1. Cơ sở thiết kế thành phần bê tông geopolymer tro bay cốt liệu xỉ thép

1.2.7.2. Vật liệu chế tạo bê tông geopolymer tro bay sử dụng cốt liệu xỉ thép

1.2.7.3. Công nghệ chế tạo mẫu thử bê tông geopolymer tro bay cốt liệu xỉ thép trong phòng thí nghiệm

1.2.7.4. Thiết kế thành phần bê tông geopolymer tro bay cốt liệu xỉ thép bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm

1.2.7.5. Lập kế hoạch thí nghiệm bề mặt chỉ tiêu

1.2.7.6. Phân tích kết quả thí nghiệm

1.2.7.7. Xác định thành phần cấp phối cho bê tông geopolymer tro bay cốt liệu xỉ thép

1.2.7.8. Thí nghiệm kiểm tra cường độ của các hỗn hợp GPCS thiết kế

1.2.7.9. Thí nghiệm kiểm tra khối lượng thể tích của các hỗn hợp GPCS thiết kế

1.2.7.10. Sơ bộ tính toán giá thành của bê tông geopolymer tro bay cốt liệu xỉ thép và so sánh với BTXM cùng cấp

1.2.8. Kết luận

2. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRONG PHÒNG MỘT SỐ TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA BÊ TÔNG GEOPOLYMER TRO BAY SỬ DỤNG CỐT LIỆU XỈ THÉP TRONG TÍNH TOÁN KẾT CẤU MẶT ĐƢỜNG Ở VIỆT NAM

2.1. Kế hoạch thí nghiệm

2.2. Tỷ lệ thành phần của các loại bê tông sử dụng trong nghiên cứu

2.3. Nghiên cứu vi cấu trúc của bê tông geopolymer tro bay sử dụng cốt liệu xỉ thép

2.4. Thời gian đông kết

2.5. Các tính chất cơ học của bê tông geopolymer cốt liệu xỉ thép

2.5.1. Cường độ nén theo thời gian

2.5.2. Cường độ kéo uốn

2.5.3. Mô đun đàn hồi và hệ số poisson

2.6. Co ngót khô của bê tông geopolyme tro bay cốt liệu xỉ thép

2.7. Hệ số giãn nở nhiệt của bê tông geopolyme tro bay cốt liệu xỉ thép

2.8. Kết luận

3. NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT KẾT CẤU MẶT ĐƢỜNG SỬ DỤNG BÊ TÔNG GEOPOLYMER TRO BAY CỐT LIỆU XỈ THÉP

3.1. Tình hình thiết kế mặt đƣờng cứng bằng BTXM truyền thống

3.2. Tình hình thiết kế và thi công, khai thác mặt đƣờng cứng bằng bê tông geopolymer

3.3. Lựa chọn các thông số thiết kế mặt đƣờng cứng

3.3.1. Các thông số về vật liệu

3.3.2. Mô hình tính toán

3.3.3. Lựa chọn cấp hạng kỹ thuật của kết cấu mặt đường cứng sử dụng bê tông geopolymer tro bay cốt liệu xỉ thép

3.3.4. Lựa chọn cấu tạo kết cấu mặt đường

3.4. Đề xuất kết cấu mặt đƣờng sử dụng bê tông geopolymer tro bay cốt liệu xỉ thép

3.5. Kết luận

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về bê tông geopolymer tro bay và xỉ thép

Bê tông geopolymer là vật liệu xây dựng hiện đại, sử dụng tro bay và xỉ thép làm nguyên liệu chính. Tro bay là phế phẩm từ nhà máy nhiệt điện, giàu aluminosilicat, kết hợp với dung dịch kiềm tạo thành chất kết dính bền vững. Xỉ thép là chất thải từ ngành luyện thép, có tính chất cơ lý phù hợp để thay thế cốt liệu tự nhiên. Sự kết hợp giữa tro bay và xỉ thép tạo ra bê tông geopolymer có độ bền cao, thân thiện môi trường. Nghiên cứu này tập trung vào việc ứng dụng bê tông geopolymer trong xây dựng mặt đường ô tô tại Việt Nam, nhằm giảm thiểu tác động môi trường và tận dụng nguồn nguyên liệu tái chế.

1.1. Chất kết dính geopolymer tro bay

Chất kết dính geopolymer được tạo thành từ tro bay và dung dịch kiềm hoạt tính. Tro bay chứa hàm lượng cao aluminosilicat, khi kết hợp với dung dịch kiềm, tạo ra phản ứng geopolymer hóa, hình thành cấu trúc bền vững. Quá trình này không chỉ giảm lượng khí thải CO2 so với xi măng truyền thống mà còn tận dụng nguồn phế thải công nghiệp. Tro bay từ các nhà máy nhiệt điện đốt than là nguyên liệu chính, giúp bê tông geopolymer đạt được các tính chất cơ lý vượt trội.

1.2. Cốt liệu xỉ thép

Xỉ thép là chất thải từ quá trình luyện thép, có hình khối góc cạnh, bề mặt thô ráp và độ rỗng lớn. Những đặc tính này giúp xỉ thép tạo ra liên kết chặt chẽ với chất kết dính geopolymer. Việc sử dụng xỉ thép làm cốt liệu không chỉ giảm thiểu lượng chất thải công nghiệp mà còn tiết kiệm tài nguyên tự nhiên. Xỉ thép có độ mài mòn thấp, độ nén dập tốt, phù hợp cho xây dựng mặt đường ô tô.

II. Tính chất cơ lý của bê tông geopolymer tro bay xỉ thép

Bê tông geopolymer sử dụng tro bay và xỉ thép có các tính chất cơ lý vượt trội, phù hợp cho xây dựng mặt đường ô tô. Nghiên cứu tập trung vào các chỉ tiêu như cường độ chịu nén, cường độ kéo uốn, mô đun đàn hồi, và độ co ngót. Kết quả cho thấy, bê tông geopolymer đạt được cường độ chịu nén từ 25 đến 35 MPa, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật cho mặt đường ô tô. Mô đun đàn hồi của vật liệu này cũng cao, đảm bảo khả năng chịu tải trọng lớn.

2.1. Cường độ chịu nén và kéo uốn

Cường độ chịu nén của bê tông geopolymer được xác định thông qua các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm. Kết quả cho thấy, vật liệu này đạt cường độ chịu nén từ 25 đến 35 MPa, phù hợp với tiêu chuẩn xây dựng mặt đường ô tô. Cường độ kéo uốn cũng được đánh giá cao, đảm bảo khả năng chịu lực và độ bền của kết cấu mặt đường.

2.2. Mô đun đàn hồi và độ co ngót

Mô đun đàn hồi của bê tông geopolymer được xác định thông qua thí nghiệm, cho thấy khả năng chịu tải trọng lớn. Độ co ngót của vật liệu này cũng được kiểm soát tốt, đảm bảo tính ổn định của kết cấu mặt đường. Những tính chất này giúp bê tông geopolymer trở thành vật liệu lý tưởng cho xây dựng mặt đường ô tô tại Việt Nam.

III. Ứng dụng bê tông geopolymer tro bay xỉ thép trong xây dựng mặt đường ô tô

Bê tông geopolymer sử dụng tro bay và xỉ thép có tiềm năng lớn trong xây dựng mặt đường ô tô tại Việt Nam. Nghiên cứu đề xuất các kết cấu mặt đường sử dụng vật liệu này, đảm bảo độ bền và tính thân thiện môi trường. Bê tông geopolymer không chỉ giảm thiểu lượng khí thải CO2 mà còn tận dụng nguồn phế thải công nghiệp, góp phần phát triển công nghệ xây dựng hiện đại và vật liệu xây dựng bền vững.

3.1. Thiết kế kết cấu mặt đường

Nghiên cứu đề xuất các kết cấu mặt đường sử dụng bê tông geopolymer với tro bay và xỉ thép. Các thông số thiết kế được xác định dựa trên tính chất cơ lý của vật liệu, đảm bảo độ bền và khả năng chịu tải trọng lớn. Kết cấu mặt đường được thiết kế phù hợp với điều kiện giao thông và khí hậu tại Việt Nam.

3.2. Tính toán giá thành và hiệu quả kinh tế

Nghiên cứu cũng tiến hành tính toán giá thành của bê tông geopolymer và so sánh với bê tông xi măng truyền thống. Kết quả cho thấy, bê tông geopolymer có giá thành cạnh tranh, đồng thời mang lại hiệu quả kinh tế và môi trường cao. Việc ứng dụng vật liệu này trong xây dựng mặt đường ô tô sẽ góp phần phát triển cơ sở hạ tầng bền vững tại Việt Nam.

Luận án tiến sĩ kỹ thuật: Nghiên cứu tính chất chủ yếu của bê tông geopolymer tro bay cốt liệu xỉ thép trong xây dựng mặt đường ô tô ở Việt Nam