Đặt vấn đề Ngành xây dựng hiện nay vẫn và đang phát triển về công nghệ cũng như nâng cao bản chất của cấu trúc vật liệu bê tông. Chính vì thế mà nhu cầu về vật liệu xây dựng ngày càng phát triển. Hiện tại con người không chỉ muốn sử dụng nguồn vật liệu truyền thống mà còn muốn tìm tòi, nghiên cứu và đưa vào sử dụng nhiều nguồn nguyên liệu hơn nữa. Bê tông được sử dụng như vật liệu bền vững và phục vụ cho các công trình hạ tầng cho các nước đang phát triển.
Nhu cầu về bê tông và các tính chất ngày càng cao của bê tông đang là yêu cầu cần đặt ra cho xu hướng phát triển kết cấu bền vững và thân thiện với môi trường.Tro bay là phế thải công nghiệp nhiệt điện đang được phát triển xây dựng rất nhiều tại Đồng bằng sông Cửu Long. Khí thải từ lò đốt than cho các nhà máy nhiệt điện trước khi ra ngoài môi trường sẽ đi qua hệ thống lọc bụi, bụi được thu hồi chính là tro bay. Việc xử lý tro bay đã ảnh hưởng rất nhiều về môi trường ở khu vực xung quanh các nhà máy nhiệt điện, điển hình là xử lý tro bay tại nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân năm 2016. Các nước trên thế giới cũng đã đưa ra hướng tái sử dụng nguồn chất thải công nghiệp này.
Trên thế giới, nhiệt điện than vẫn chiếm xấp xỉ một nửa tổng nguồn (40% - 50%), có một số nước tỉ lệ này còn cao hơn 50%. Nhiều nước phát triển nhiệt điện than, được xem như là nguồn điện cơ bản của họ. [1-5] Đối với Việt Nam, nhiệt điện than hiện đang chiếm khoảng 40%, trong thời gian tới, có thể sẽ tăng lên. Theo quy hoạch Điện VII thì nhiệt điện than sẽ tăng trên 50%.
Việc nghiên cứu tái sử dụng tro bay đang được quan tâm và phát triển mạnh mẽ trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng để tận dụng tối đa nguồn nguyên liệu dồi dào này, đồng thời góp phần đáng kể cải tạo môi trường sống, giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Tại Việt Nam, lượng tro bay sản xuất ra là 600.000 tấn nhưng chỉ có 100.000 tấn được sử dụng. Ở nước ta, các nhà máy nhiệt 1 Luan van điện ước tính hằng năm thải ra khoảng 1,3 triệu tấn tro bay. Theo dự báo, đến năm 2020 sẽ có thêm 28 nhà máy nhiệt điện đốt than đi vào hoạt động lúc đó lượng tro xỉ thải ra hàng năm sẽ vào khoảng 12 triệu tấn, đó là chưa kể lượng tro bay khá lớn thải ra từ hàng loạt các lò cao ở các khu công nghiệp gang thép sử dụng nhiên liệu than.
Bên cạnh đó, Văn phòng Chính phủ vừa có thông báo ý kiến kết luận của Thủ tướng Chính phủ tại cuộc họp Thường trực Chính phủ về các đề án điều chỉnh Quy hoạch phát triển điện lực giai đoạn 2011 - 2020 có xét đến năm 2030 và Quy hoạch phát triển ngành Than Việt Nam đến năm 2020, có xét triển vọng đến năm 2030 (Đề án điều chỉnh Quy hoạch than 60). Sau hơn 4 năm thực hiện Quy hoạch điện VII và Quy hoạch than 60, với sự nỗ lực của các cấp, các ngành với chính sách và các cơ chế phù hợp, khuyến khích, thúc đẩy đầu tư các nguồn lực trong và ngoài nhà nước, đến nay ngành Điện và ngành Than Việt Nam đã đạt được những thành tựu quan trọng: Giai đoạn 2011 - 2015, ngành Điện đã góp phần quan trọng trong phát triển kinh tế với mức tăng trưởng kinh tế đạt bình quân gần 6%/năm, sản lượng điện thương phẩm tăng bình quân 10,6%/năm, đưa vào vận hành trên 18.500 MW công suất nguồn điện mới, nâng tổng công suất nguồn điện hiện nay của cả nước lên gần 39. Về phát triển nguồn nhiệt điện than, Thủ tướng Chính phủ yêu cầu tập trung phát triển 4 trung tâm nhiệt điện than tại miền Nam, gồm: Vĩnh Tân, Duyên Hải, Sông Hậu, Long Phú; các dự án nhiệt điện than khác chỉ xem xét phát triển tại các Trung tâm Điện lực được quy hoạch khi đáp ứng các điều kiện thuận lợi cho vận chuyển cung cấp than và đấu nối nhà máy vào hệ thống điện quốc gia, gần trung tâm phụ tải điện. Vì vậy việc xử lí để tái sử dụng chất thải rắn này là vấn đề vô cùng cấp bách.
[6, 7] Hiện nay, ở Việt Nam việc đầu tư xây dựng công trình dân dụng và hệ thống hạ tầng đang diễn ra mạnh mẽ và là vấn đề ưu tiên cấp thiết đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế, xã hội, văn hóa, du lịch… Do đó, sản lượng xi măng Portland ngày càng gia tăng. Tuy nhiên, trong tình trạng biến đổi khí hậu toàn cầu và xu hướng sử dụng các nguyên liệu khác thân thiện với môi trường để thay thế xi 2 Luan van măng trong thành phần của bê tông ngày càng được quan tâm. Do đó, việc nghiên cứu sử dụng tro bay thay thế xi măng trong thành phần bê tông đã được triển khai phục vụ cho các công trình đê, đập và công trình xây dựng. Bên cạnh đó, trong các công trình xây dựng việc sử dụng hỗn hợp bê tông bơm trộn sẵn ngày càng phổ biến nhờ những ưu điểm vượt trội về chất lượng, độ ổn định, giảm diện tích sử dụng trong quá trình xây dựng công trình và góp phần làm giảm ô nhiễm môi trường do quá trình vận chuyển vật liệu rời gây ra.
Hỗn hợp bê tông bơm tại thời điểm vận chuyển bằng bơm cần có độ sụt trong khoảng khoảng 8-12 cm. Mặt khác, như đã biết, để đảm bảo tính bơm đạt yêu cầu, hỗn hợp bê tông bơm cần có hàm lượng vữa đủ lớn cho phép tạo ra lớp vữa bôi trơn thành ống. Bê tông được xem là có khả năng bơm được hay có độ linh động cần thiết để thi công. Các thông số liênquan điều kiện công trường như loại bơm sử dụng, kích cỡ, chiều dài, vậtliệu làm ống bơm, lưu lượng yêu cầu và thông số liên quan đến kỹ thuật bơm như thành phần tính chất hỗn hợp bê tông, độ nhớt bê tông.
Nói chung, các thông số liên quan đến điều kiện công trường gần như đã được xác định trước, vì vậy áp lực bơm chủ yếu phụ thuộc vào các thông số liên quan đến kỹ thuật bơm. Khi đó, thông số tính chất của hỗn hợp bê tông dùng để thi công và vận chuyển liên quan đến khả năng lưu biến của nó. Thời gian cũng là một yếu tố quan trọng vì hỗn hợp bê tông thương phẩm thông thường sẽ được trộn ở trạm trộn, sau đó dùng xe vận chuyển đến công trường. Việc vận chuyển này nhiều lúc sẽ mất rất nhiều thời gian, đặc biệt là công trình thi công trong khu vực đô thị hoặc tại những khu vực có giao thông khó khăn.Khi đó, các thông số độ sụt thực tế không phản ánh hết được tính dễ bơm hay khó bơm của bê tông cũng như không đủ để dự báo khả năng yêu cầu của thiết bị trong thi công mà cần có các thông số khác về tính lưu biến của hỗn hợp bê tông.
[8-11] 3 Luan van Hình 1.1 Thi công bê tông tại các công trường Hình 1.2 Mô hình dòng chảy hỗn hợp bê tông trong thiết bị bơm [8] Trên cơ sở kết hợp tro bay với các thành phần nguyên liệu trong cấp phối, nghiên cứu thực nghiệm ành hưởng của tro bay đến khả năng thi công, vận chuyển và sử dụng hỗn hợp bê tông trong công trình xây dựng. Kết quả đánh giá giúp xác định tính công tác, khả năng thay đổi các đặc tính lưu biến của hỗn hợp bê tông là rất cần thiết trong việc lựa chọn thiết bị và phương án thi công.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1.1 Nghiên cứu trên thế giới Nghiên cứu về đặc tính lưu biến của hỗn hợp bê tông được các nước trên thế giới triển khai bằng các sử dụng các loại phụ gia hóa học, phụ gia khoáng để đánh giá ảnh hưởng đến độ linh động và khả năng làm việc của hỗn hợp bê tông. Các nghiên cứu trên thế giới đặc tính bề mặt của tro bay làm thay đổi khả năng phân 4 Luan van tán và tương tác của hạt tro bay trong môi trường. Do đó, việc sử dụng tro bay sẽ có khả năng được kết hợp với các loại chất kết dính vô cơ, làm thay đổi các đặc trưng lưu biến của hỗn hợp vật liệu.
[1983, 12, 13] đã nghiên cứu và xem xét hỗn hợp bê tông có ứng xử lưu biến nhớt – dẻo theo mô hình lưu biến Bingham đặc trưng bởi hai thông số là ứng suất trượt và độ nhớt dẻo, tác giả đã nghiên cứu các đặc tính của hỗn hợp bê tông và xây dựng thông qua mối quan hệ giữa ứng suất trượt tới hạn và độ nhớt dẻo. Việc xây dựng mô hình lưu biến có thể dùng đánh giá các thông số của hỗn hợp bê tông tươi, qua đó xác định vai trò của các thành phần trong cấp phối bê tông, đánh giá được khả năng làm việc và điều kiện thi công trong các môi trường khác nhau.3 Mô hình chất lỏng Bingham Tác giả De Larrard và cộng sự [1994, 14, 15] đã sử dụng mối quan hệ giữa ứng suất trượt tới hạn và độ nhớt dẻo, và dựa vào mô hình chất lỏng Herschel- Bulkley để mô tả khả năng công tác và tính chảy của vữa xi măng và xây dựng mối quan hệ giữa ứng suất trượt tới hạn và độ nhớt dẻo của hỗn hợp bê tông. Khi đó, nghiên cứu tập trung vào sự phân tán của các hạt xi măng trong môi trường 5 Luan van nước để tạo thành hỗn hợp huyền phù, làm thay đổi dần độ nhớt dẻo. Tính lưu biến của vữa sẽ ảnh hưởng đến khả năng lưu biến của hỗn hợp bê tông.
[1998, 16] đã nghiên cứu và xây dựng mô hình toán dùng để mô phỏng tính lưu biến của hỗn hợp bê tông trên cơ sở mô hìinh chất lỏng Herschel-Bulkley và Bingham. Nghiên cứu đã đánh giá và so sánh các đặc trưng lưu biến của hỗn hợp bê tông thông qua giá trị ứng suất trượt tới hạn và độ nhớt dẻo bằng thí nghiệm của lưu biến kế và mô hình toán. Nghiên cứu đã đánh giá độ sụt của hỗn hợp bê tông có vai trò như một giá trị ban đầu để đánh giá tính lưu biến của bê tông. Đồng thời, việc sử dụng các loại phụ gia dẻo, siêu dẻo và phụ gia khoáng cũng tác động trực tiếp đến độ nhớt và ứng suất trượt.
Khi đó, giá trị độ nhớt dẻo được xác định là thành phần quan trọng của lưu biến và mô hình chất lỏng Bingham cho kết quả phù hợp với thực nghiệm hơn so với mô hình Herschel-Bulkley.