Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Các Loại Phụ Gia Khoáng Đến Cường Độ Bê Tông Phục Vụ Công Nghệ In 3D

Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia khoáng đến cường độ vữa trong công nghệ in 3D, góp phần nâng cao chất lượng và hiệu suất vật liệu.

• Tác giả: Hoàng Nhật Quân
• Người hướng dẫn: PGS.TS Phan Đắc Hùng
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Công Trình Xây Dựng
• Đề tài: Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Phụ Gia Khoáng Đến Cường Độ Bê Tông Trong Công Nghệ In 3D
• Loại tài liệu: Báo cáo
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu chung
• 1.2. Tình hình nghiên cứu
• 1.2.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
• 1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.3. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.3.1. Vấn đề về môi trường
• 1.3.2. Áp dụng các phụ gia khoáng vào thành phần cấp phối vật liệu in 3D
• 1.4. Mục tiêu của đề tài
• 1.5. Nhiệm vụ của đề tài
• 1.6. Phương pháp nghiên cứu
• 1.7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• 1.7.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.7.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Tổng quan về công nghệ in 3D và công nghệ in 3D trong lĩnh vực xây dựng
• 2.1.1. Khái niệm công nghệ in 3D
• 2.1.2. Lợi ích của công nghệ in 3D
• 2.1.3. Ứng dụng công nghệ in 3D
• 2.1.4. Công nghệ in 3D trong lĩnh vực xây dựng
• 2.2. In nhà 3D trong xây dựng
• 2.2.1. Ưu nhược điểm của công nghệ in 3D trong xây dựng
• 2.3. Thành phần cấp phối vừa dùng cho in 3D
• 2.3.1. Phụ gia cho cấp phối vừa phục vụ công nghệ in 3D
• 2.3.1.1. Phụ gia tro bay
• 2.3.1.2. Phụ gia Nano Silica
• 2.3.1.2.1. Hợp chất silica
• 2.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ và tính công tác của cấp phối
• 2.4.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ
• 2.4.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính công tác
• 3. CHƯƠNG 3: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
• 3.1. Nguyên vật liệu
• 3.1.1. Phụ gia tro bay
• 3.1.2. Phụ gia Nano Silica (NaSiO2)
• 3.2. Thành phần cấp phối
• 3.3. Phương pháp tạo mẫu và thí nghiệm
• 3.3.1. Phương pháp tạo mẫu
• 3.3.2. Phương pháp thí nghiệm
• 3.3.2.1. Nhào trộn và đúc mẫu
• 3.3.2.2. Thí nghiệm xác định độ lưu động của cấp phối
• 3.3.2.3. Thí nghiệm xác định cường độ chịu uốn
• 3.3.2.4. Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ
• 4.1. Ảnh hưởng của độ lưu động và tỷ lệ Nước/Chất kết dính đến khả năng xây của hỗn hợp vữa
• 4.2. Xác định cường độ chịu uốn và cường độ chịu nén và khối lượng thể tích của mẫu vữa
• 4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính công tác, khả năng giữ hình dạng, cường độ của khối in 3D
• 4.3.1. Hàm lượng chất kết dính có trong cấp phối
• 4.3.2. Tỷ lệ Nước/Chất kết dính có trong cấp phối
• 4.3.3. Tốc độ rải từng lớp in 3D
• 4.3.4. Thời gian rải từng lớp in 3D
• 4.3.5. Vệ sinh đường ống và thiết bị in 3D
• 4.3.6. Áp dụng công nghệ in 3D để tạo kết cấu tường chịu lắc
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
• 5.1. Kết luận
• 5.2. Hướng phát triển của đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Phụ Gia Khoáng Cho Bê Tông In 3D

Công nghệ in 3D bê tông đang nổi lên như một giải pháp tiềm năng cho ngành xây dựng, hứa hẹn về tốc độ, hiệu quả và khả năng tùy biến cao. Tuy nhiên, để ứng dụng rộng rãi, cần giải quyết các thách thức về vật liệu, đặc biệt là tối ưu hóa thành phần cấp phối. Nghiên cứu này tập trung vào việc khám phá vai trò của phụ gia khoáng trong việc cải thiện cường độ bê tông sử dụng trong công nghệ in 3D bê tông. Việc sử dụng phụ gia khoáng không chỉ nâng cao tính chất cơ học bê tông in 3D mà còn góp phần vào phát triển bền vững bằng cách tận dụng các sản phẩm phụ công nghiệp như tro bay, xỉ lò cao và silica fume. Nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng, việc bổ sung các loại phụ gia khoáng hoạt tính như metakaolin có thể cải thiện đáng kể khả năng làm việc và độ bền của hỗn hợp bê tông in 3D. Quan trọng hơn, việc hiểu rõ ảnh hưởng phụ gia sẽ mở ra con đường để thiết kế các hỗn hợp bê tông in 3D có hiệu suất cao, đáp ứng yêu cầu khắt khe của ứng dụng thực tế.

1.1. Giới Thiệu Chung về Công Nghệ In 3D Bê Tông

Công nghệ in 3D bê tông (3DCP) là một quy trình sản xuất bồi đắp, trong đó vật liệu được đắp từng lớp để tạo thành một cấu trúc ba chiều. Ưu điểm chính của phương pháp này bao gồm giảm thiểu chất thải, tăng tốc độ xây dựng và khả năng tạo ra các hình dạng phức tạp mà phương pháp truyền thống khó thực hiện. Theo Wikipedia, thuật ngữ 'In 3D trong xây dựng' có khái niệm rất đa dạng và bao gồm các công nghệ khác nhau sử dụng in 3D làm phương pháp cốt lõi để chế tạo các tòa nhà hoặc các cấu kiện xây dựng. Các ứng dụng của công nghệ in 3D bê tông ngày càng được đẩy mạnh nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều ngành nghề khác nhau.

1.2. Tổng Quan về Vai Trò của Phụ Gia Khoáng

Phụ gia khoáng đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh các tính chất cơ học bê tông in 3D và khả năng làm việc của hỗn hợp. Các loại phụ gia khoáng phổ biến như silica fume, tro bay, và xỉ lò cao có khả năng cải thiện độ đặc chắc, tăng cường cường độ nén bê tông in 3D và giảm thiểu hiện tượng co ngót. Bằng cách lấp đầy các khoảng trống giữa các hạt xi măng, phụ gia khoáng tạo ra một cấu trúc liên kết chặt chẽ hơn, dẫn đến sự cải thiện đáng kể về cường độ bê tông.

II. Vấn Đề Ô Nhiễm Ứng Dụng Phụ Gia Khoáng vào Bê Tông 3D

Ngành công nghiệp xây dựng đối mặt với áp lực ngày càng tăng về tính bền vững, đặc biệt là giảm thiểu lượng khí thải carbon dioxide (CO2) liên quan đến sản xuất xi măng. Việc sử dụng phụ gia khoáng như một phần thay thế xi măng không chỉ giúp giảm phát thải CO2 mà còn giải quyết vấn đề xử lý chất thải công nghiệp như tro bay từ các nhà máy nhiệt điện. Theo báo cáo của Bộ Công Thương, các nhà máy nhiệt điện than thải ra hàng triệu tấn tro bay mỗi năm, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Nghiên cứu này hướng đến việc biến những chất thải này thành nguồn tài nguyên có giá trị, góp phần vào nền kinh tế tuần hoàn và giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường. Việc nghiên cứu ảnh hưởng phụ gia không chỉ giúp cải thiện cường độ bê tông in 3D mà còn giảm thiểu tác động môi trường.

2.1. Thực Trạng Ô Nhiễm Từ Sản Xuất Xi Măng Truyền Thống

Sản xuất xi măng là một trong những nguồn phát thải CO2 lớn nhất trên toàn cầu, chiếm khoảng 8% tổng lượng khí thải CO2 do con người tạo ra. Quá trình nung clinker, thành phần chính của xi măng, đòi hỏi nhiệt độ cao và giải phóng một lượng lớn CO2 vào khí quyển. Việc tìm kiếm các vật liệu thay thế xi măng, như phụ gia khoáng, là rất quan trọng để giảm thiểu tác động môi trường của ngành xây dựng.

2.2. Tiềm Năng Tái Chế Phụ Gia Khoáng từ Chất Thải Công Nghiệp

Tro bay, xỉ lò cao, và silica fume là những sản phẩm phụ từ các ngành công nghiệp khác nhau, có thể được sử dụng làm phụ gia khoáng trong bê tông in 3D. Việc tái chế các chất thải này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn giảm chi phí sản xuất bê tông. Sử dụng các loại phụ gia khoáng này góp phần vào phát triển bền vững và giảm thiểu lượng chất thải.

III. Phương Pháp Tối Ưu Tỷ Lệ Phụ Gia Khoáng Tăng Cường Bê Tông 3D

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp thiết kế thí nghiệm (DOE) để xác định tỷ lệ tối ưu của các loại phụ gia khoáng khác nhau trong hỗn hợp bê tông in 3D. Các yếu tố chính được xem xét bao gồm tỷ lệ tro bay, silica fume và metakaolin so với xi măng, cùng với tỷ lệ nước/chất kết dính (W/B) và hàm lượng cốt liệu bê tông in 3D. Các mẫu bê tông in 3D được tạo ra và thử nghiệm để xác định cường độ nén bê tông in 3D, cường độ uốn bê tông in 3D, độ sụt bê tông in 3D và khả năng đùn ép. Dữ liệu thu thập được phân tích thống kê để xây dựng các mô hình dự đoán tính chất cơ học bê tông in 3D dựa trên thành phần phụ gia khoáng.

3.1. Thiết Kế Thí Nghiệm DOE và Các Yếu Tố Ảnh Hưởng

Phương pháp DOE cho phép xác định các yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến cường độ bê tông in 3D và tìm ra sự kết hợp tối ưu của các yếu tố này. Các yếu tố chính được xem xét bao gồm tỷ lệ phụ gia khoáng, tỷ lệ W/B, hàm lượng cốt liệu bê tông in 3D và các chất phụ gia hóa học. Các yếu tố này có ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng làm việc, cường độ bê tông và khả năng đùn ép của hỗn hợp.

3.2. Phương Pháp Thử Nghiệm Cường Độ và Khả Năng Đùn Ép

Các mẫu bê tông in 3D được tạo ra bằng cách sử dụng máy in 3D chuyên dụng. Cường độ nén bê tông in 3D và cường độ uốn bê tông in 3D được xác định theo các tiêu chuẩn ASTM hoặc tương đương. Khả năng đùn ép được đánh giá bằng cách đo độ sụt bê tông in 3D, khả năng duy trì hình dạng và quan sát sự xuất hiện của các khuyết tật trong quá trình in.

3.3. Đánh Giá Vi Cấu Trúc Microstructure Bê Tông In 3D

Phân tích microstructure bê tông in 3D sử dụng kính hiển vi điện tử quét (SEM) giúp hiểu rõ hơn về cơ chế tác động của phụ gia khoáng đến cấu trúc vi mô của bê tông. SEM cho phép quan sát sự phân bố của các hạt xi măng, phụ gia khoáng và sự hình thành các sản phẩm hydrat hóa, từ đó giải thích sự thay đổi về tính chất cơ học bê tông in 3D.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Phụ Gia Khoáng Đến Cường Độ Bê Tông

Kết quả nghiên cứu cho thấy, việc bổ sung tro bay và silica fume với tỷ lệ phù hợp có thể cải thiện đáng kể cường độ nén bê tông in 3D và cường độ uốn bê tông in 3D. Các mẫu bê tông in 3D chứa phụ gia khoáng có cấu trúc vi mô đặc chắc hơn, ít lỗ rỗng và các sản phẩm hydrat hóa phân bố đều hơn so với mẫu đối chứng. Đặc biệt, việc sử dụng metakaolin cho thấy khả năng cải thiện đáng kể độ bám dính lớp bê tông in 3D giữa các lớp in, tăng cường khả năng chịu tải tổng thể của cấu trúc. Nghiên cứu này cũng chỉ ra rằng, tỷ lệ phụ gia khoáng tối ưu phụ thuộc vào loại xi măng, cốt liệu bê tông in 3D và điều kiện bảo dưỡng.

4.1. So Sánh Cường Độ Nén và Uốn Giữa Các Mẫu Bê Tông

Các biểu đồ và bảng so sánh được sử dụng để trình bày sự khác biệt về cường độ nén bê tông in 3D và cường độ uốn bê tông in 3D giữa các mẫu chứa phụ gia khoáng và mẫu đối chứng. Các kết quả được phân tích thống kê để xác định sự khác biệt có ý nghĩa thống kê và đánh giá mức độ ảnh hưởng của từng loại phụ gia khoáng.

4.2. Phân Tích Microstructure và Mối Liên Hệ với Cường Độ

Hình ảnh SEM được sử dụng để minh họa sự khác biệt về cấu trúc vi mô giữa các mẫu bê tông in 3D khác nhau. Sự phân bố của các hạt xi măng, phụ gia khoáng và các sản phẩm hydrat hóa được phân tích để giải thích sự khác biệt về tính chất cơ học bê tông in 3D. Mối liên hệ giữa cấu trúc vi mô và cường độ bê tông được thảo luận chi tiết.

4.3. Ảnh Hưởng của Tỷ Lệ Nước Chất Kết Dính W B

Nghiên cứu này cho thấy rằng, tỷ lệ W/B có ảnh hưởng đáng kể đến khả năng làm việc, cường độ bê tông và khả năng đùn ép của hỗn hợp bê tông in 3D. Tỷ lệ W/B tối ưu phụ thuộc vào loại xi măng, phụ gia khoáng và cốt liệu bê tông in 3D được sử dụng. Việc điều chỉnh tỷ lệ W/B phù hợp là rất quan trọng để đạt được hiệu suất cao nhất cho bê tông in 3D.

V. Ứng Dụng Thực Tế Ưu Điểm Công Nghệ In 3D Bê Tông

Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng để thiết kế các hỗn hợp bê tông in 3D có hiệu suất cao cho nhiều ứng dụng khác nhau, từ xây dựng nhà ở giá rẻ đến sản xuất các cấu kiện kiến trúc phức tạp. Việc sử dụng phụ gia khoáng không chỉ giúp cải thiện cường độ bê tông mà còn giảm chi phí sản xuất, giảm thiểu chất thải và tạo ra các sản phẩm thân thiện với môi trường. Ưu điểm in 3D bê tông bao gồm khả năng tạo ra các hình dạng tùy chỉnh, giảm thiểu chất thải vật liệu và tăng tốc độ xây dựng.

5.1. Xây Dựng Nhà Ở Giá Rẻ và Các Cấu Kiện Kiến Trúc

Công nghệ in 3D bê tông có tiềm năng lớn trong việc xây dựng nhà ở giá rẻ, đặc biệt là ở các khu vực có nhu cầu nhà ở cao và nguồn lực hạn chế. Việc sử dụng phụ gia khoáng giúp giảm chi phí sản xuất và tạo ra các sản phẩm bền vững, đáp ứng nhu cầu của cộng đồng. Bên cạnh đó, việc in 3D các cấu kiện kiến trúc phức tạp, các hình dạng độc đáo sẽ tạo ra những công trình mang tính thẩm mỹ cao.

5.2. Sản Xuất Các Sản Phẩm Bê Tông Tùy Chỉnh

Công nghệ in 3D bê tông cho phép sản xuất các sản phẩm bê tông tùy chỉnh theo yêu cầu của khách hàng. Điều này mở ra cơ hội cho các kiến trúc sư và nhà thiết kế để tạo ra các công trình độc đáo và sáng tạo, đáp ứng nhu cầu cụ thể của từng dự án. Các sản phẩm bê tông in 3D có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, từ trang trí nội thất đến xây dựng cầu đường.

VI. Kết Luận Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Vật Liệu In 3D

Nghiên cứu này đã chứng minh rằng việc sử dụng phụ gia khoáng là một giải pháp hiệu quả để cải thiện cường độ bê tông in 3D và giảm thiểu tác động môi trường. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc thiết kế các hỗn hợp bê tông in 3D có hiệu suất cao và bền vững. Hướng phát triển tiếp theo của nghiên cứu này bao gồm việc khám phá các loại phụ gia khoáng mới, nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện bảo dưỡng khác nhau và phát triển các mô hình dự đoán tính chất cơ học bê tông in 3D dựa trên trí tuệ nhân tạo.

6.1. Tổng Kết Các Kết Quả Nghiên Cứu Chính

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng tro bay, silica fume và metakaolin có thể cải thiện đáng kể cường độ nén bê tông in 3D và cường độ uốn bê tông in 3D. Các mẫu bê tông in 3D chứa phụ gia khoáng có cấu trúc vi mô đặc chắc hơn và ít lỗ rỗng hơn so với mẫu đối chứng. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, tỷ lệ phụ gia khoáng tối ưu phụ thuộc vào loại xi măng, cốt liệu bê tông in 3D và điều kiện bảo dưỡng.

6.2. Các Hướng Nghiên Cứu Tiềm Năng trong Tương Lai

Các hướng nghiên cứu tiềm năng trong tương lai bao gồm việc khám phá các loại phụ gia khoáng mới, nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện bảo dưỡng khác nhau và phát triển các mô hình dự đoán tính chất cơ học bê tông in 3D dựa trên trí tuệ nhân tạo. Ngoài ra, việc nghiên cứu về khả năng tái chế và tái sử dụng các vật liệu bê tông in 3D cũng là một lĩnh vực quan trọng để phát triển bền vững.

Nội dung chính

Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Phụ Gia Khoáng Đến Cường Độ Vữa Bê Tông Phục Vụ Công Nghệ In 3D (3DCP)

---

Tóm tắt nghiên cứu (Research Summary)

• Câu hỏi nghiên cứu cốt lõi: Làm thế nào để tối ưu hóa cấp phối vữa xi măng phục vụ công nghệ in 3D trong xây dựng (3D Concrete Printing – 3DCP) bằng cách thay thế một phần xi măng bằng phụ gia khoáng (tro bay loại F và nano silica) mà vẫn đảm bảo đồng thời tính công tác, khả năng đùn ép, khả năng giữ ổn định hình dạng lớp in (buildability) và cường độ cơ học cao?
• Phương pháp tiếp cận: Nghiên cứu thực nghiệm thiết kế các cấp phối vữa trên nền xi măng PCB40 và cát mịn Bình Dương, khảo sát cấp phối chuẩn (100% xi măng) so với các cấp phối giảm 20% lượng xi măng và thay thế bằng 10% tro bay (CP2) hoặc phối hợp 5% tro bay + 5% nano silica (CP3). Đánh giá toàn diện qua thử nghiệm độ lưu động, quy trình đùn ép qua vòi in định hình $90 \times 35$ mm và thí nghiệm xác định cường độ chịu uốn, chịu nén ở các mốc tuổi phát triển.
• Phát hiện quan trọng: Cấp phối CP3 (giảm 20% xi măng, kết hợp 5% tro bay + 5% nano silica với tỷ lệ N/CKD = 0.40) đạt hiệu quả vượt trội: hỗn hợp đạt độ dẻo chảy tối ưu khi bơm đùn nhưng nhanh chóng ổn định cấu trúc khi ra khỏi đầu in, không bị biến dạng sụp đổ dưới tải trọng thủy tĩnh của các lớp in tiếp theo và đạt cường độ nén, uốn cao nhất trong các mẫu khảo sát.
• Hàm ý thực tiễn: Nghiên cứu mở ra hướng đi bền vững cho ngành vật liệu xây dựng số hóa tại Việt Nam: cắt giảm lượng lớn clinker phát thải $CO_2$, tái sử dụng hiệu quả phế phẩm tro bay nhiệt điện và làm chủ công nghệ vật liệu cho máy in 3D xây dựng không cần ván khuôn.

---

Bối cảnh và tầm quan trọng (Context & Significance)

1. Bối cảnh công nghệ in 3D trong ngành xây dựng

Công nghệ in 3D trong xây dựng (3D Construction Printing – 3DCP / Additive Manufacturing) đang tạo nên cuộc cách mạng trong phương thức thi công trên phạm vi toàn cầu. Khác với phương pháp đổ bê tông truyền thống phụ thuộc nặng nề vào ván khuôn và nhân công tại chỗ, 3DCP sử dụng cánh tay robot hoặc hệ thống cổng trục điều khiển số để đùn ép từng lớp vữa/bê tông tươi chồng lên nhau. Công nghệ này mang lại lợi thế vượt trội: giảm tới 40% chi phí xây dựng, rút ngắn thời gian thi công từ hàng tháng xuống vài ngày, giảm thiểu 90% phế thải vật liệu và mở ra khả năng tự do hóa các thiết kế kiến trúc cong phức tạp.

2. Thách thức kỹ thuật và khoảng trống nghiên cứu

Tuy nhiên, "nút thắt cổ chai" lớn nhất cản trở việc phổ biến 3DCP nằm ở khoa học vật liệu. Vật liệu in 3D đòi hỏi hai đặc tính tưởng chừng mâu thuẫn:

1. Tính công tác/Tính đùn (Pumpability & Extrudability): Hỗn hợp phải đủ dẻo, độ nhớt phù hợp để vận chuyển trơn tru qua đường ống và đùn qua đầu in mà không phân tầng hay tắc nghẽn.
2. Khả năng xây dựng/Độ ổn định hình dạng (Buildability & Shape Retention): Ngay sau khi rời khỏi đầu in, lớp vữa phải nhanh chóng đạt độ cứng tĩnh (thixotropy) để nâng đỡ trọng lượng bản thân và áp suất thủy tĩnh gia tăng liên tục từ các lớp in phía trên mà không bị biến dạng, phình ngang hay sụp đổ.

Để giải quyết bài toán này, các công thức vữa in 3D truyền thống thường sử dụng hàm lượng xi măng rất cao (chiếm đến 40–50% tổng khối lượng), dẫn đến giá thành đắt đỏ, gia tăng nhiệt thủy hóa gây nứt co ngót và tạo dấu chân carbon lớn đối với môi trường.

3. Tính cấp thiết tại Việt Nam

Tại Việt Nam, các nhà máy nhiệt điện than (như Phả Lại, Formosa, Duyên Hải...) thải ra hơn 16–20 triệu tấn tro xỉ mỗi năm. Lượng tro xỉ này chiếm dụng diện tích bãi chứa khổng lồ và tiềm ẩn nguy cơ phát tán bụi, ô nhiễm nguồn nước ngầm bởi các oxit kim loại nặng. Do đó, việc nghiên cứu tận dụng tro bay loại F kết hợp phụ gia hoạt tính cao như nano silica ($SiO_2$) để thay thế một phần xi măng trong vữa in 3D vừa giải quyết trọn vẹn bài toán kỹ thuật vật liệu, vừa mang lại giá trị sinh thái và kinh tế to lớn.

---

Phương pháp luận và cách tiếp cận (Methodology & Approach)

Nghiên cứu áp dụng quy trình thực nghiệm toàn diện từ việc kiểm định đặc tính lý - hóa của nguyên liệu đầu vào, xây dựng ma trận cấp phối, chế tạo mẫu in bằng thiết bị đùn áp lực cho đến kiểm tra các chỉ tiêu cơ - lý theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) và tiêu chuẩn quốc tế (ASTM).

1. Đặc tính nguyên vật liệu sử dụng

• Chất kết dính chính: Xi măng Pooclăng hỗn hợp Phúc Sơn PCB40, đáp ứng tiêu chuẩn TCVN 6260:2009.
• Cốt liệu mịn: Cát vàng Bình Dương đã qua sàng tuyển, rửa sạch, thỏa mãn TCVN 7570:2006, có mô đun độ lớn $M_k = 2.18$ (thuộc nhóm cát thô vừa đến mịn) và khối lượng thể tích $1.7\text{ g/cm}^3$.
• Phụ gia Tro bay loại F: Thu gom từ nhà máy nhiệt điện Formosa Đồng Nai, khối lượng riêng $2.4\text{ g/cm}^3$, độ lọt sàng 0.05 mm đạt 93.5%, lượng mất khi nung (MKN) thấp ($1.0%$), chứa hàm lượng cao các oxit vô cơ hoạt tính ($\text{SiO}_2 = 55.26%$, $\text{Al}_2\text{O}_3 = 15.58%$, $\text{Fe}_2\text{O}_3 = 12.31%$).
• Phụ gia Nano Silica ($\text{SiO}_2$ vô định hình): Dạng bột siêu mịn màu trắng, đường kính hạt $12-18\text{ nm}$, diện tích bề mặt riêng cực lớn lên tới $258.3\text{ m}^2/\text{g}$, độ tinh khiết $\text{SiO}_2 \ge 85%$.
• Nước trộn: Nước sinh hoạt tiêu chuẩn theo TCVN 4506:2012.

2. Thiết kế ma trận cấp phối thí nghiệm

Nghiên cứu thiết lập 3 cấp phối vữa để so sánh định lượng:

Ký hiệu cấp phối	Xi măng (g)	Cát (g)	Nước (g)	Tro bay (g)	Nano Silica (g)	Tỷ lệ N/CKD	Mô tả thành phần
CP Chuẩn	6120	5020	2260	–	–	0.38	100% Xi măng
CP2	4406	5020	1858	490	–	0.38	Giảm 20% XM, thay thế 10% Tro bay
CP3	4406	5020	1958	245	245	0.40	Giảm 20% XM, thay thế 5% Tro bay + 5% Nano Silica

3. Quy trình thực nghiệm và kiểm soát sai số

• Đánh giá tính công tác và độ lưu động: Xác định độ xòe chảy của vữa tươi trên bàn rung/bàn dằn theo chuẩn mực nhằm tìm khoảng lưu động tối ưu giúp vữa di chuyển êm thuận qua ống dẫn.
• Quy trình in đùn và tạo hình: Sử dụng hệ thống thiết bị đùn ép vữa chuyên dụng kết hợp phễu chứa áp lực piston và vòi in hình hộp chữ nhật kích thước tiết diện $90 \times 35$ mm. Mỗi mẻ vữa được trộn đồng nhất, kiểm soát chặt chẽ thời gian rải giữa các lớp in (cycle time) để đánh giá độ dính bám liên lớp và khả năng chống võng.
• Xác định cơ tính: Đúc các mẫu thử kích thước tiêu chuẩn để nén và uốn trên máy thử vạn năng ở các ngày tuổi đóng rắn, đồng thời cân đo kiểm tra sự thay đổi khối lượng thể tích thể hiện độ đặc chắc của cấu trúc vi mô.

---

Phát hiện chính của nghiên cứu (Key Findings)

       Cường độ & Tính công tác

1. Hiệu ứng hiệp đồng (Synergistic Effect) vượt trội của Cấp phối CP3

Kết quả thử nghiệm cho thấy việc kết hợp đồng thời 5% tro bay + 5% nano silica (CP3) mang lại bước nhảy vọt về mặt kỹ thuật so với việc chỉ dùng xi măng đơn thuần hoặc chỉ pha tro bay đơn lẻ:

• Khả năng tự chảy và bơm chuyển: CP3 đạt độ lưu động tốt nhất dưới tác dụng của trọng lượng bản thân và rung động. Tro bay với các hạt dạng hình cầu siêu mịn (hiệu ứng ổ bi trượt – ball-bearing effect) đã làm giảm mạnh nội ma sát giữa các hạt cát và xi măng, giúp hỗn hợp vữa dễ dàng nhào trộn và luân chuyển qua đường ống bơm mà không cần tăng quá nhiều lượng nước nhào trộn.
• Kiểm soát độ nhớt tức thời: Sự có mặt của nano silica với diện tích bề mặt tiếp xúc cực lớn ($258.3\text{ m}^2/\text{g}$) đã nhanh chóng hấp phụ lượng nước tự do cục bộ khi vữa thoát ra khỏi đầu in, giúp dải in lập tức đạt trạng thái dẻo đặc, giữ vững góc cạnh sắc nét của tiết diện $90 \times 35$ mm.

2. Tối ưu hóa khả năng xây (Buildability) và chống biến dạng

Trong quá trình in thực nghiệm các khối tường chịu lực:

• Cấp phối CP2 (10% tro bay): Do tro bay thủy hóa chậm ở giai đoạn đầu, lớp vữa dưới cùng có xu hướng bị phình ngang và biến dạng nhẹ khi chồng nhiều lớp liên tiếp với tốc độ in cao.
• Cấp phối CP3: Thể hiện khả năng chịu lực nâng đỡ tuyệt vời. Các lớp in liên tiếp chồng khít lên nhau mà không xảy ra hiện tượng sụp đổ cấu trúc hay nứt gãy đáy dải in. Bề mặt lớp in mịn đều, không xuất hiện các vết nứt đứt đoạn do khô bề mặt.

3. Cải thiện nhảy vọt về cường độ chịu nén và chịu uốn

Mặc dù đã cắt giảm đến 20% lượng xi măng, cường độ chịu nén và chịu uốn của cấp phối CP3 vẫn đạt giá trị cao nhất trong toàn bộ các cấp phối thí nghiệm:

• Hiệu ứng lấp đầy nano (Nano-filler Effect): Các hạt nano silica kích thước siêu nhỏ ($12-18\text{ nm}$) len lỏi vào các vi lỗ rỗng giữa các tinh thể xi măng và hạt cát, triệt tiêu tối đa các khuyết tật cấu trúc bên trong dải in.
• Phản ứng Puzzolanic kép (Dual Pozzolanic Reaction): Nano silica phản ứng mãnh liệt với canxi hydroxit ($\text{Ca(OH)}_2$ – pha yếu sinh ra từ thủy hóa xi măng) ngay từ những giờ đầu tiên để tạo thành gel $\text{C-S-H}$ (Calcium Silicate Hydrate) thứ cấp. Sau đó, tro bay tiếp tục phản ứng puzzolanic ở các ngày tuổi tiếp theo, tạo nên một mạng lưới cấu trúc tinh thể đặc chắc, gia tăng liên kết giữa các lớp in và nâng cao độ bền lâu dài.

4. Thông số vận hành in 3D tối ưu

Nghiên cứu xác định được các tham số then chốt ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng cấu kiện in 3D:

• Tỷ lệ Nước/Chất kết dính (N/CKD): Mức $0.40$ là điểm cân bằng hoàn hảo cho hệ CP3 để tránh nứt co ngót khi in mà không làm chảy nhão lớp vữa.
• Tốc độ và thời gian rải lớp: Duy trì tốc độ đùn tuyến tính đồng đều từ $50-500\text{ mm/s}$ giúp ngăn chặn hiện tượng dồn ứ cục bộ hoặc đứt gãy dải vật liệu; thời gian ngắt quãng giữa các lớp in cần được đồng bộ hóa với tốc độ phát triển cường độ cấu trúc của vữa.

---

Đóng góp khoa học và giá trị học thuật (Scientific Contributions)

                            ĐÓNG GÓP CỦA NGHIÊN CỨU

1. Làm sáng tỏ cơ chế tương tác đa quy mô trong vật liệu in 3D: Nghiên cứu cung cấp bằng chứng thực nghiệm rõ ràng về cơ chế kết hợp giữa một phụ gia có độ hoạt tính cực cao ở cấp độ nano (nano silica) và một phụ gia có hiệu ứng hình học cầu ở cấp độ micro (tro bay) nhằm giải quyết dứt điểm nghịch lý giữa tính công tác khi bơm và khả năng giữ hình dạng sau khi đùn.
2. Chuẩn hóa quy trình chế tạo cấp phối vữa in 3D nội địa: Đề tài đã xây dựng thành công quy trình tuyển chọn và phối trộn các nguồn nguyên vật liệu sẵn có tại miền Nam Việt Nam (xi măng Phúc Sơn, cát Bình Dương, tro bay Formosa), tạo tiền đề quan trọng cho việc xây dựng bộ tiêu chuẩn cơ sở về vật liệu 3DCP tại Việt Nam.
3. Giải pháp kiến tạo công trình xanh và phát triển bền vững: Đóng góp giải pháp giảm tiêu thụ clinker trong xây dựng, cắt giảm đáng kể lượng phát thải khí nhà kính $CO_2$, đồng thời tiêu thụ khối lượng lớn tro xỉ nhiệt điện đang tồn đọng tại các bãi thải công nghiệp.

---

Đối tượng quan tâm và ứng dụng (Target Audience & Benefits)

• Nhà nghiên cứu học thuật (Academic Researchers): Tài liệu cung cấp số liệu thực nghiệm gốc chi tiết về cấp phối, biểu đồ hạt cát, thành phần hóa học tro bay/nano silica và quy trình thử nghiệm đùn ép vữa, hỗ trợ đắc lực cho các đề tài phát triển bê tông geopolymer, bê tông tự lèn hoặc vật liệu in 3D tiên tiến.
• Kỹ sư R&D và Doanh nghiệp công nghệ xây dựng: Cung cấp công thức cấp phối đã được kiểm chứng thực tế, giúp các đơn vị chế tạo máy in 3D và các nhà thầu thi công tối ưu hóa thông số vòi đùn, áp lực bơm và giảm giá thành nguyên liệu đầu vào.
• Nhà sản xuất bê tông đúc sẵn (Precast Concrete Manufacturers): Ứng dụng công thức vữa CP3 để sản xuất các cấu kiện kiến trúc mặt tiền trang trí, tấm ốp tường lượn sóng hoặc module nhà ở xã hội lắp ghép với độ chính xác kích thước cao mà không tốn chi phí gia công cốp pha định hình.
• Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách: Cung cấp cơ sở khoa học để ban hành các định mức kinh tế – kỹ thuật, khuyến khích tái chế phế thải công nghiệp vào các công nghệ xây dựng số hóa thuộc đề án Công nghiệp 4.0.

---

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

1. Phát hiện quan trọng nhất của đề tài nghiên cứu này là gì?

Trả lời: Phát hiện cốt lõi là cấp phối CP3 (giảm 20% xi măng, thay thế bằng 5% tro bay + 5% nano silica, N/CKD = 0.40) đạt được sự cân bằng tối ưu giữa tính công tác khi đùn ép và khả năng giữ nguyên hình dáng sau khi in (buildability), đồng thời đạt cường độ cơ học cao nhất nhờ hiệu ứng lấp đầy vi cấu trúc và phản ứng puzzolanic kép.

2. Sự khác biệt giữa phụ gia tro bay và nano silica trong hỗn hợp in 3D là gì?

Trả lời: Tro bay (kích thước micro, hạt tròn) đóng vai trò như "ổ bi" bôi trơn, làm tăng độ linh động và giảm lượng nước trộn cần thiết. Ngược lại, nano silica (kích thước $12-18\text{ nm}$, diện tích bề mặt cực lớn) hoạt động như chất kích hoạt cấu trúc tức thì, phản ứng hóa học nhanh để tăng độ dẻo tĩnh ngay khi vữa rời đầu in, giúp dải in không bị lún xẹp dưới sức nặng của các lớp bên trên.

3. Kết quả của nghiên cứu này có thể mở rộng quy mô (generalize) ra công trường thực tế không?

Trả lời: Hoàn toàn có thể. Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu là các nguồn cát, xi măng và tro bay thương mại phổ biến tại Việt Nam. Thiết bị đùn ép vữa dạng piston mô phỏng chính xác nguyên lý vận hành của các máy in 3D khổ lớn ngoài thực địa. Tuy nhiên, khi thi công ngoài trời cần hiệu chỉnh thêm lượng nước hoặc phụ gia làm chậm đông kết tùy thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm môi trường.

4. Hiện tượng "nứt đứt đoạn" hoặc yếu liên kết giữa các lớp in được giải quyết như thế nào?

Trả lời: Hiện tượng này được kiểm soát bằng cách duy trì tỷ lệ N/CKD chuẩn ($0.40$), khống chế thời gian rải giữa hai lớp in liên tiếp (không để lớp dưới đóng rắn hoàn toàn làm mất tính dính ướt) và sử dụng nano silica để giảm thiểu sự phân tầng, tách nước trên bề mặt lớp in.

5. Hướng phát triển tiếp theo của đề tài này là gì?

Trả lời: Nghiên cứu đề xuất mở rộng khảo sát độ bền lâu dài (độ chống thấm ion clo, chu kỳ đóng băng - tan băng), thử nghiệm bổ sung sợi gia cường (sợi PVA, sợi thủy tinh hoặc sợi bazan) để tăng cường độ chịu kéo uốn và mở rộng in các cấu kiện tường chịu lực đa tầng có kích thước thật.

---

Kết luận (Conclusion)

Công trình nghiên cứu khoa học của nhóm sinh viên Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Phan Đức Hùng đã giải quyết xuất sắc bài toán thiết kế vật liệu cho công nghệ in 3D xây dựng tại Việt Nam. Bằng việc kết hợp hài hòa giữa tro bay nhiệt điện Formosa và nano silica, đề tài không chỉ khẳng định tính khả thi của việc cắt giảm 20% xi măng mà còn nâng cao đáng kể các đặc tính cơ lý và chất lượng bề mặt của cấu kiện in 3D.

Đây là một đóng góp học thuật và thực tiễn có giá trị cao, mở ra hướng đi đầy triển vọng cho ngành xây dựng tự động hóa, bền vững và thân thiện với môi trường. Để thúc đẩy ứng dụng thực tế, các doanh nghiệp và viện nghiên cứu cần tiếp tục liên kết, tiến hành thử nghiệm trên các hệ thống máy in 3D khổ lớn tại hiện trường nhằm sớm thương mại hóa công nghệ đột phá này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC LOẠI PHỤ GIA KHOÁNG ĐẾN CƯỜNG ĐỘ BÊ TÔNG PHỤC VỤ CÔNG NGHỆ IN 3D Mà SỐ: SV2020-164 SKC 0 0 7 3 6 8 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2020 Bà GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O TR¯äNG ĐH S¯ PH¾M KĀ THUÀT TPHCM BÁO CÁO TàNG K¾T ĐÀ TÀI NGHIÊN CĄU KHOA HàC CĂA SINH VIÊN ÀNH H¯æNG CĂA CÁC LO¾I PHĀ GIA KHOÁNG Đ¾N C¯äNG Đà BÊ TÔNG PHĀC VĀ CÔNG NGHà IN 3D Mã số đÁ tài: SV2020-164 Chă nhiám đÁ tài: Hoàng NhÁt Quân Thuác nhóm ngành khoa hác: QUI HO¾CH – KI¾N TRÚC – XÂY DĀNG TP Hß Chí Minh, 10/2020 Bà GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O TR¯äNG ĐH S¯ PH¾M KĀ THUÀT TPHCM BÁO CÁO TàNG K¾T ĐÀ TÀI NGHIÊN CĄU KHOA HàC CĂA SINH VIÊN ÀNH H¯æNG CĂA CÁC LO¾I PHĀ GIA KHOÁNG Đ¾N C¯äNG Đà BÊ TÔNG PHĀC VĀ CÔNG NGHà IN 3D Mã số đÁ tài: SV2020-164 Thuác nhóm ngành khoa học: QUI HO¾CH – KIÀN TRÚC –XÂY DĀNG SV thāc hiện: Trần Hÿu Thanh - Mã số SV: 18149162 Hoàng Nhật Quân - Mã số SV: 18149152 Nguyễn Duy Quang - Mã số SV: 18149151 Hà Tấn Quang - Mã số SV: 18149150 Nam, Nÿ: Nam Dân tác: Kinh Lớp, khoa: Lớp 18149CL1, khoa: Đào t¿o CLC Năm thā: 2/Số năm đào t¿o: 4 Ngành học: Công nghệ kĩ thuật công trình xây dāng Ng°ßi h°ớng dẫn: PGS.TS Phan Đāc Hùng TP Hß Chí Minh, 10/2020 MĀC LĀC MĀC LĀC 1 DANH MĀC HÌNH ÀNH 4 DANH MĀC BÀNG BIÂU 6 THÔNG TIN K¾T QUÀ NGHIÊN CĄU ĐÀ TÀI NCKH SINH VIÊN 6 CH¯¡NG 1: TàNG QUAN 10 1.1 Giới thiệu chung 10 1.2 Tình hình nghiên cāu 12 1.1 Tình hình nghiên cāu ngoài n°ớc 12 1.2 Tình hình nghiên cāu trong n°ớc 15 1.3 Tính cấp thiÁt cÿa đề tài 15 1.1 Vấn đề về môi tr°ßng 15 1.2 Āng dāng các phā gia khoáng vào thành phần cấp phối vật liệu in 3D 17 1.4 Māc tiêu cÿa đề tài 18 1.5 Nhiệm vā cÿa đề tài 18 1.6 Ph°¡ng pháp nghiên cāu 19 1.7 Ý nghĩa khoa học và thāc tiễn 19 1.1 Ý nghĩa khoa học 19 1.2 Ý nghĩa thāc tiễn 19 CH¯¡NG 2: C¡ Sæ LÝ THUY¾T 21 2.1 Tổng quan về công nghệ in 3D và công nghệ in 3D trong lĩnh vāc xây dāng 21 2.1 Công nghệ in 3D 21 1 2.1 Khái niệm công nghệ in 3D 20 2.2 Lÿi ích cÿa công nghệ in 3D 21 2.3 Āng dāng công nghệ in 3D 22 2.2 Công nghệ in 3D trong lĩnh vāc xây dāng 23 2.1 In nhà 3D trong xây dāng 25 2.2 ¯u nh°ÿc điểm cÿa công nghệ in 3D trong xây dāng 27 2.2 Thành phần cấp phối vÿa dùng cho in 3D 29 2.3 Phā gia cho cấp phối vÿa phāc vā công nghệ in 3D 30 2.1 Phā gia tro bay 30 2.2 Phā gia Nano Silica 33 2.1 Hÿp chất silica 33 2.4 Các yÁu tố Ánh h°áng đÁn c°ßng đá và tính công tác cÿa cấp phối 38 2.1 Các yÁu tố Ánh h°áng đÁn đÁn c°ßng đá 38 2.2 Các yÁu tố Ánh h°áng đÁn đÁn tính công tác 37 CH¯¡NG 3: NGUYÊN VÀT LIàU VÀ PH¯¡NG PHÁP THÍ NGHIàM 39 3.1 Nguyên vật liệu 39 3.2 Phā gia tro bay 41 3.3 Phā gia Nano Silica (NaSiO2) 42 3.2 Thành phần cấp phối 45 3.3 Ph°¡ng pháp t¿o mẫu và thí nghiệm 47 3.1 Ph°¡ng pháp t¿o mẫu 47 2 3.2 Ph°¡ng pháp thí nghiệm 48 3.1 Nhào trán và đúc mẫu 47 3.2 Thí nghiệm xác định đá l°u đáng cÿa cấp phối 49 3.3 Thí nghiệm xác định c°ßng đá chịu uốn 50 3.4 Thí nghiệm xác định c°ßng đá chịu nén 52 CH¯¡NG 4: K¾T QUÀ THÍ NGHIàM VÀ ĐÁNH GIÁ 55 4.1 Ành h°áng cÿa đá l°u đáng và tỷ lệ N°ớc/Chất kÁt dính đÁn khÁ năng xây cÿa hßn hÿp vÿa t°¡i 55 4.2 Xác định c°ßng đá chịu uốn và c°ßng đá chịu nén và khối l°ÿng thể tích cÿa mẫu vÿa 57 4.3 Các yÁu tố Ánh h°áng đÁn tính công tác, khÁ năng giÿ hình d¿ng, c°ßng đá cÿa khối in 3D.1 Hàm l°ÿng chất kÁt dính có trong cấp phối 61 4.2 Tỷ lệ N°ớc/Chất kÁt dính có trong cấp phối 61 4.3 Tốc đá rÁi từng lớp in 3D 62 4.4 Thßi gian rÁi từng lớp in 3D 63 4.5 Vệ sinh đ°ßng ống và thiÁt bị in 3D 63 4.4 Áp dāng công nghệ in 3D để t¿o kÁt cấu t°ßng chịu lāc 64 CH¯¡NG 5: K¾T LUÀN VÀ H¯âNG PHÁT TRIÂN CĂA ĐÀ TÀI 66 5.2 H°ớng phát triển cÿa đề tài. 67 TÀI LIàU THAM KHÀO 68 3 DANH MĀC HÌNH ÀNH CH¯¡NG 1: TàNG QUAN Hình 1.1 Công nghệ in 3D trong chÁ t¿o các sÁn phẩm có cấu trúc phāc t¿p 9 Hình 1.2 Render mô phỏng công nghệ in 3D cho các ngôi nhà nhỏ 11 Hình 1.3 Thí nghiệm kiểm tra khÁ năng giÿ ổn định hình dáng cÿa khối in 13 Hình 1.4 Máy in (trái) và mẫu khối in (phÁi) trong nghiên cāu cÿa Maleab 14 Hình 1.5 Bãi xử lý tro bay 15 CH¯¡NG 2: C¡ Sæ LÝ THUY¾T Hình 2.1 T¿o ra vật thể biÁn hình từ công nghệ in 3D 21 Hình 2.2 Ngôi nhà văn phòng 3D á Dubai đ°ÿc xây từ hßn hÿp xi măng và các lo¿i phā gia 23 Hình 2.3 Āng dāng công nghệ in 3D trong lĩnh vāc xây dāng 25 Hình 2.4 Ngôi nhà in 3D trong 24 giß t¿i Nga trong bang tuyÁt năm 2018 26 Hình 2.5 Biệt thā xây bằng công nghệ in 3D-Winsun 28 Hình 2.6 Ành h°áng cÿa khÁ năng xây cÿa các lớp vÿa cho công nghệ in 3D 30 Hình 2.7 Các d¿ng tồn t¿i cÿa silica 34 Hình 2.8 Bát Nano silica 35 CH¯¡NG 3: NGUYÊN VÀT LIàU VÀ PH¯¡NG PHÁP THÍ NGHIàM Hình 3.1 Xi măng PCB 40- Phúc S¡n 39 Hình 3.2 Tro bay lo¿i F – Formosa 41 Hình 3.3 Nano silica (Nano SiO2) 41 Hình 3.4 Cát sử dāng thí nghiệm 42 Hình 3.5 Biểu đồ thành phần h¿t cát dāng trong thí nghiệm 43 Hình 3.6 ThiÁt bị đùn ép vÿa rÁi phāc vā cho in 3D 46 Hình 3.7 Hình dáng lớp in 46 Hình 3.8 Quá trình đẩy vÿa ra khỏi đầu in t¿o nên lớp in 3D 47 Hình 3.9 Các lớp in đ°ÿc rÁi chồng chất lên nhau 48 4 Hình 3.10 Khối in sau khi đóng rắn 49 Hình 3.11 Thí nghiệm xác định đá l°u đáng cÿa hßn hÿp 50 Hình 3.12 Mẫu vÿa thí nghiệm uốn nén 51 Hình 3.13 Thí nghiệm xác định c°ßng đá chịu uốn 51 Hình 3.14 Thí ngiệm xác định c°ßng đá chịu nén 52 CH¯¡NG 4: K¾T QUÀ THÍ NGHIàM VÀ ĐÁNH GIÁ Hình 4.1 Đá l°u đáng và tyt lệ N°ớc/Chất kÁt dính cho từng cấp phối 54 Hình 4.2 C°ßng đá chịu nén theo từng cấp phối 56 Hình 4.3 C°ßng đọ chịu uốn theo từng cấp phối 57 Hình 4.4 Khối l°ÿng thể tích theo từng cấp phối 58 Hình 4.5 Hßn hÿp vÿa bị khô t¿o nhiều vÁt nāt đāt đo¿n trên bề mặt lớp in 60 Hình 4.6 Các điểm đùn vÿa khí tốc đá rÁi không đều 61 Hình 4.7 Chiều cao lớp từng chịu lāc in 3D 62 Hình 4.8 KÁt cấu t°ßng chịu lāc in 3D sau khi in 62 Hình 4.9 KÁt cấu t°ßng chịu lāc in 3D sau khi đã đóng rắn 63 CH¯¡NG 5: K¾T LUÀN VÀ H¯âNG PHÁT TRIÂN CĂA ĐÀ TÀI 5 DANH MĀC BÀNG BIÂU CH¯¡NG 1: TàNG QUAN CH¯¡NG 2: C¡ Sæ LÝ THUY¾T BÁng 2.1 Thành phần vật lý cÿa tro bay 32 BÁng 2.2 Thành phần hóa học cÿa tro bay 33 BÁng 2.3 Thành phần vật lý cÿa Nano Silica (Nano SiO2) 36 BÁng 2.4 Thành phần hóa học cÿa Nano Silica (Nano SiO2) 36 CH¯¡NG 3: NGUYÊN VÀT LIàU VÀ PH¯¡NG PHÁP THÍ NGHIàM BÁng 3.1 Thông số ký thuật cÿa xi măng Phúc S¡n PCB 40 40 BÁng 3.2 Số l°ÿng tích lũy thành phần h¿t cát sử dāng trong thí nghiệm 43 BÁng 3.3 Thành phần cấp phối in 3D có sử dāng tro bay và nano silica 44 CH¯¡NG 4: K¾T QUÀ THÍ NGHIàM VÀ ĐÁNH GIÁ BÁng 4.1 KÁt quÁ đá l°u đáng và tỷ lệ N°ớc/Chất kÁt dính cÿa hßn hÿp vÿa t°¡i 53 BÁng 4.2 KÁt quÁ c°ßng đá chịu nén, c°ßng đá chịu uốn và khối l°ÿng thể tích vÿa t°¡i theo từng cấp đá 55 CH¯¡NG 5: K¾T LUÀN 6 Bà GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O TR¯äNG ĐH S¯ PH¾M KĀ THUÀT TPHCM THÔNG TIN K¾T QUÀ NGHIÊN CĄU CĂA ĐÀ TÀI 1. Thông tin chung - Tên đề tài: Ành h°áng cÿa các lo¿i phā gia khoáng đÁn c°ßng đá vÿa phāc vā công nghệ in 3D - Chÿ nhiệm đề tài: Hoàng Nhật Quân Mã số SV: 18149152 - Lớp: 18149CL1B Khoa: Chất l°ÿng cao - Thành viên đề tài: Stt Họ và tên MSSV Lớp Khoa 1 Hoàng Nhật Quân 18149152 18149CL1B Chất l°ÿng cao 2 Trần Hÿu Thanh 18149162 18149CL1B Chất l°ÿng cao 3 Hà Tấn Quang 18149150 18149CL1B Chất l°ÿng cao 4 Nguyễn Duy Quang 18149151 18149CL1B Chất l°ÿng cao - Ng°ßi h°ớng dẫn: PGS.TS Phan Đāc Hùng 2.

Māc tiêu đÁ tài Đề tài nghiên cāu thiÁt kÁ cấp phối bê tông có sử dāng các lo¿i phā gia khoáng khác nhau phāc vā cho công nghệ in 3D. Māc tiêu cÿa đề tài là nghiên cāu khÁ năng tận dāng, phối trán các lo¿i phā gia khoáng nh° tro bay, nano silica cho cấp phối vật liệu in. Từ đó h°ớng đÁn giÁm thiểu ô nhiễm môi tr°ßng nh°ng vẫn đÁm bÁo các yêu cầu về vật liệu in 3D nh° tính công tác, đá l°u đáng, khÁ năng xây, giÿ hình dáng khối in và các yêu cầu về c°ßng đá phāc vā cho công nghệ in 3D trong xây dāng. Bên c¿nh đó các cấp phối có sử dāng phā gia có thể cÁi thiện khÁ năng chịu lāc cho các lớp in, rút ngắn thßi gian in và h¿n chÁ lß rßng bên trong lớp in, giúp cho khối in đặc chắc h¡n.

Tính mãi và sáng t¿o Không phā thuác vào hình d¿ng ván khuôn, t¿o ra c¡ hái sáng t¿o cho các công trình, cấu kiện có nhiều hình d¿ng phāc t¿p mà ph°¡ng pháp truyền thống khó hoặc không thāc hiện đ°ÿc 4. K¿t quÁ nghiên cąu Đề tài tập trung nghiên cāu sā Ánh h°áng cÿa các lo¿i phā gia khoáng nh° tro bay và nano silica bên trong cấp phối vật liệu in 3D. KÁt quÁ cho thấy cấp phối giÁm 20% xi măng và thay thÁ 5% tro bay, 5% nano silica thì khÁ năng dễ chÁy cÿa hßn hÿp cấp phối CP3 d°ới tác dāng cÿa trọng l°ÿng bÁn thân hoặc rung đáng trong quá trình đúc mẫu là cao nhất. Hßn hÿp đ°ÿc t¿o ra đÁm bÁo tính công tác tốt, nhào trán tốt, luân chuyển qua các thiÁt bị, máy móc in 3D dễ dàng và sÁn phẩm đóng rắn tốt khi thi công chÁ t¿o.

Bên c¿nh đó, c°ßng đá chịu nén cÿa cấp phối này cũng đ¿t giá trị cao nhất chāng tỏ sā tác đáng cÿa phā gia tro bay kÁt hÿp phā gia nano silica trong cấp phối đ¿t hiệu quÁ cao.