Luận án về bê tông chất lượng cao sử dụng muội silic và nano silic cho kết cấu cầu trong môi trường xâm thực

Bê tông xi măng là vật liệu xây dựng phổ biến nhất trên thế giới, với nhiều pha cấu thành. Trong đó, canxi silicat hydrat (Gel C-S-H) đóng vai trò quan trọng trong việc liên kết các thành phần. Bê tông chất lượng siêu cao (UHPC) đã được phát triển trong vài thập kỷ qua, với hiệu quả phụ thuộc vào mật độ hỗn hợp. Việc tối ưu hóa lèn chặt các hạt có thể đạt được thông qua việc sử dụng vật liệu nano. Các hạt nano có kích thước cực nhỏ có khả năng lấp đầy khoảng trống giữa xi măng và muội silic, từ đó tạo ra một hỗn hợp vữa kết dính chặt chẽ hơn. Điều này dẫn đến việc tăng cường đáng kể tính chất cơ học và độ bền của bê tông. Công nghệ nano mở ra cơ hội phát triển chất lượng bê tông, cho phép cải thiện nhiều tính năng thông qua việc tích hợp các vật liệu nano như nano silic, nano TiO2, và nano Fe2O3. Sự cải tiến này không chỉ giúp tăng cường độ bền mà còn cải thiện khả năng chống thấm và độ bền hóa học của bê tông.

Việc bổ sung nano silic vào bê tông làm tăng hoạt tính pozzolanic, tạo ra nhiều canxi silicat hydrat (C-S-H) hơn thông qua phản ứng với canxi hydroxit (CH) trong quá trình hydrat hóa. Hoạt tính này giúp cải thiện vi cấu trúc của bê tông, làm cho vùng chuyển tiếp bề mặt (ITZ) trở nên đặc và đồng nhất hơn. Kết quả là, cường độ và độ bền của bê tông được nâng cao. Các hạt nano silic không chỉ làm giảm số lượng lỗ rỗng mà còn tăng cường độ cứng của pha C-S-H. Hơn nữa, nano silic còn giúp cải thiện mối liên kết giữa xi măng và cốt liệu, từ đó làm tăng mật độ và giảm độ xốp của bê tông. Sự hiện diện của nano silic trong bê tông cũng giúp giảm lượng portlandit, dẫn đến cấu trúc vi mô dày đặc hơn, từ đó nâng cao tính chất cơ học của bê tông.

Bổ sung nano silic vào bê tông không chỉ cải thiện cường độ nén mà còn tăng cường độ bền uốn. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc thêm nano silic vào hỗn hợp bê tông có thể làm tăng nhanh thời gian đông cứng và cường độ nén. Nano silic hoạt động như hạt nhân cho phản ứng hydrat hóa, từ đó tạo ra gel C-S-H, giúp cải thiện cường độ của bê tông. Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng cường độ nén của bê tông có chứa nano silic cao hơn so với bê tông thông thường. Điều này cho thấy rằng nano silic có tác động tích cực đến tính chất cơ học của bê tông, làm cho nó trở thành một lựa chọn lý tưởng cho các công trình yêu cầu độ bền cao.

Việc sử dụng bê tông chất lượng cao với muội silic và nano silic trong xây dựng các công trình cầu và cảng biển là rất cần thiết. Các công trình này thường phải chịu tác động của môi trường xâm thực, do đó yêu cầu về độ bền và cường độ của bê tông là rất cao. Bê tông chất lượng cao không chỉ giúp tăng tuổi thọ của công trình mà còn giảm chi phí bảo trì và sửa chữa. Việc tận dụng phụ phẩm nông nghiệp như tro trấu để sản xuất nano silic không chỉ mang lại hiệu quả kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Sự phát triển của công nghệ bê tông chất lượng cao sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành xây dựng, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu và yêu cầu phát triển bền vững.