mở đầu.al khuyên rằng một mô hình cho đá xi măng tích hợp nano SiO2 để dự báo cường độ và độ cứng [63]. Thông qua việc tính toán tỷ lệ thể tích trong các giai đoạn của quá trình thủy hóa xi măng và điều chỉnh số lượng có thể phản ánh được hiệu quả của nano SiO2, và thu được đường cong ứng suất- biến dạng cho đá xi măng nano. Các tính năng của nano silica đã được mô hình hóa cân nhắc số lượng tương đương muội silic có diện tích bề mặt tương ứng, và áp dụng các lý thuyết có thực cho tính năng của muội silic. Tuy nhiên cần lưu ý rằng phản ứng puzơlan nano SiO2 và muội silic là khác nhau, tỷ lệ các thể tích của CHS có độ cứng cao và CSH có độ cứng thấp không giống như của 2 loại vật liệu.
Nếu các nghiên cứu xem xét khía cạnh này thì tính phù hợp của các mô hình sẽ được cải thiện nhiều [71]. Sobolev nhận ra rằng bằng cách sử dụng vật liệu nano SiO2, độ bền, độ cứng của bê tông xi măng có thể được tăng lên. Gần đây nhất là Brian Green đã sử dụng nano SiO2 để giảm tính thấm và tăng cường độ chịu nén của bê tông xi măng [53]. Một số tính chất của xi măng Portland III được thay thế bằng nano silica với tỷ lệ phần trăm 1, 3, 5 và 10% đã được đánh giá.
Kết quả cho thấy nano SiO2 từ 5% bắt đầu có ảnh hưởng tích cực đến cường độ của vữa và với 10% cải thiện cường độ nén so đối với mẫu đối chứng [49]. Mostafa và Brown [50] cho rằng, vai trò chủ yếu của xi măng Portland đang trở nên ít hơn và đã dần dần nhường chỗ cho xi măng hỗn hợp, điều này chủ yếu là vì lý do môi trường, kinh tế và công nghệ. Với nano SiO2, một số tác giả đã nghiên cứu các hiệu ứng vật lý khi đưa vào sử dụng trong xi măng, nhưng kết quả của các nghiên cứu cho thấy có một số mâu thuẫn đòi hỏi phải nghiên cứu vấn đề này chi tiết hơn. Các nhà khoa học tại Khoa Kỹ thuật Xây dựng và Cơ khí Đại học Wisconsin- Milwaukee, Mỹ và Đại học Autonoma Nuevo Leon, Mexico cũng đã tiến hành nghiên cứu về các vật liệu xây dựng tiên tiến có độ bền cao, ứng dụng các loại phụ gia hóa học và vật liệu nano trong bê tông.
Đã có những báo cáo về nghiên cứu kiểm tra tính chất 16 cơ học của hỗn hợp bê tông với nano SiO2 tổng hợp bằng phương pháp sol-gel. Kết quả thực nghiệm cho thấy sự gia tăng cường độ nén của vữa với phát triển nano hạt ở giai đoạn đầu, tiếp theo là giảm cường độ ở độ tuổi sau (so với tài liệu tham khảo). Bổ sung các phụ gia siêu dẻo đã được đề xuất để vượt qua trở ngại này. Hỗn hợp Superplasticized với lựa chọn nano SiO2 làm tăng 15-20% cường độ nén, đạt lên đến 144,8 MPa ở tuổi 90 ngày.
Xi măng hiệu suất cao thể hiện cường độ nén 28 ngày ở phạm vi 93-115MPa, cao hơn 72-89MPa cường độ xi măng thông thường [53].2 Các nghiên cứu ứng dụng vật liệu silica Fume vào trong bê tông P.Vinayagam (2012) đã tiến hành thí nghiệm với SF thay thế xi măng từ 0 đến 15% và phụ gia siêu dẻo cho bê tông tính năng cao. Các hỗn hợp bê tông tính năng cao được kiểm tra thực nghiệm cho tính công tác, cường độ nén, khả năng chịu kéo và uốn thì kết quả thí nghiệm của các hỗn hợp bê tông thiết kế này là rất tốt, đảm bảo các tính năng yêu cầu của bê tông đặt ra [75]. Hooton (1993) đã tiến hành các thí nghiệm bằng việc thay thế xi măng bằng SF và thí nghiệm nghiên cứu tính chất cơ lý và độ bền của bê tông khi đóng băng và băng tan, độ bền Sunphát và phản ứng kiềm-silica. Qua thí nghiệm thấy rằng, với việc thay thế 15% Silica fume, với liều lượng dùng phụ gia siêu dẻo hợp lý cho cấp phối bê tông có tỷ lệ N/X = 0.35 thì cường độ nén ở tuổi 28 ngày là cao nhất, đạt được các yêu cầu về tính bền đặt ra của bê tông thiết kế [59].
Yogendran và Langan (Yogendran và Langan, 1982) đã khảo sát về bê tông cường độ cao sử dụng Silica Fume với tỷ lệ nước/chất kết dính là 0,34 (N/X = 0,34) và tỷ lệ thay thế của SF từ 0 đến 25%, với lượng thay đổi phụ gia siêu dẻo. Kết quả thí nghiệm cho thấy lượng dùng thay thế SF tối đa 15% là hợp lý nhất [82]. Annadurai và Ravichandran (Annadurai và Ravichandran, 2014) đã tiến hành thí nghiệm đối với cấp phối bê tông cường độ cao thiết kế với các loại phụ gia; một số tỷ lệ dùng phụ gia siêu dẻo khác nhau với một khoảng từ 0,6 ÷ 0,9%, với mức tăng cho mỗi cấp phối thí nghiệm là 0,1%. Kết quả thí nghiệm cho thấy việc bổ sung SF tăng cường độ nén và giảm độ sụt của bê tông [47].
Theo Shanmugavalli [78], cấp phối sử dụng 10% silica Fume thay thế xi măng sẽ cải thiện đáng kể khả năng chịu nén của bê tông do có hàm lượng pozzolanic tự nhiên cao, giúp phản ứng với calcium hydroxide để hình thành thể gel calcium silicat hydrate tăng cường cơ học cho bê tông.2 Nghiên cứu ứng dụng bê tông xi măng sử dụng phụ gia nano SiO2 và silica Fume ở Việt Nam 1.1 Phụ gia khoáng silica từ tro trấu và nano SiO2 từ tro trấu Vỏ gạo sau khi cháy các thành phần hữu cơ bị phân hủy và thu được tro trấu. Tro trấu là một trong những nguyên liệu giàu SiO2 nhất, đạt khoảng 80 đến 90% về khối lượng nên nó là nguồn nguyên liệu lý tưởng để tổng hợp vật liệu SiO2 [81]. Lúa sau thu hoạch sẽ được xử lý thành 02 phần chính: Một phần là thành phẩm chính như: gạo, tấm và cám. Phần thứ hai phế phẩm là vỏ trấu.
Vỏ trấu ở nông thôn thường được tận dụng để làm chất đốt của người dân hoặc làm chất đốt cho nhà máy nhiệt điện hoặc dùng trộn với phân trâu, bò làm phân bón cho cây. Tuy nhiên, với một sản lượng lớn vỏ trấu thải ra hàng năm rất lớn, việc tận dụng một cách có hiệu quả có ý nghĩa rất lớn đối với môi trường và bài toán kinh tế. Như chúng ta biết, trong tro trấu, hàm lượng SiO2 đạt đến khoảng 90% và vật liệu SiO2 được biết đến với những ứng dụng tuyệt vời như làm vật liệu xúc tác, vật liệu điện môi, chất hấp phụ khí, hấp phụ ion kim loại nặng, chất mang vô cơ,. Để chế tạo loại vật liệu này có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau như Sol-gel, kết tủa hóa học, phương pháp vi nhũ tương và kỹ thuật thủy nhiệt.
Tuy nhiên, đa phần các nghiên cứu trên thường sử dụng nguồn chất đầu của silic ở dạng tinh khiết, đắt tiền và chỉ dừng lại ở quy mô thí nghiệm nên hạn chế khả năng ứng dụng thực tế của SiO2. Do vậy, xu hướng tìm ra nguồn nguyên liệu sẵn có, rẻ tiền và giàu silic để chế tạo loại vật liệu này đang được quan tâm. Vỏ trấu sau khi cháy, các thành phần hữu cơ bị phân hủy và thu được tro trấu [81]. Khối lượng trấu phát sinh nhiều, với cách tận dụng trấu theo kiểu truyền thống làm chất đốt, phân bón,…lượng tro trấu chỉ được tiêu thụ với số lượng rất nhỏ.
Trấu thải ra từ các nhà máy xay xát không nơi tiêu thụ, không kho bãi chứa chỉ còn cách đổ xuống kênh rạch, sông ngòi. Hậu quả làm ô nhiễm môi trường nước và mùi hôi làm ảnh hưởng đến sinh hoạt của người dân. Do vậy, phải tính đầu ra cho trấu. Đã có hàng loạt những công trình nghiên cứu, tận dụng nguồn trấu khổng lồ của vựa lúa lớn nhất nước làm nguyên liệu để phục vụ sản xuất, đời sống được triển khai thực tế.
Và nhiều doanh nghiệp, cơ sở sản xuất, người dân đã làm giàu từ nguồn phế phẩm này. Song vẫn không tiêu thụ hết được, vì khối lượng trấu phát sinh ra quá lớn. Thêm vào đấy, nông nghiệp nước ta còn mang tính nhỏ lẻ nên gặp khó khăn trong việc thu gom. Vì vậy trấu thải ra 18 vẫn cứ tồn tại như một loại chất độc, đe doạ từng ngày cuộc sống và môi trường vẫn diễn ra ở khu vực miền Tây Nam Bộ.
Đối với sản xuất tiểu thủ công nghiệp và chăn nuôi, trấu cũng được sử dụng rất thường xuyên. Thông thường trấu là chất đốt dùng cho việc nấu thức ăn, nấu rượu và một lượng lớn trấu được dùng nung gạch trong nghề sản xuất gạch tại khu vực miền Tây Nam Bộ. Một số công trình nghiên cứu của các nhà khoa học trong nước được tóm tắc như sau: Luận án tiến sĩ Trần Thị Thu Hà (2010) giảng viên bộ môn đường bộ - Trường Đại học Giao thông Vận tải Hà Nội, cũng đã nghiên cứu thành công tro trấu ứng dụng làm “Bê tông xi măng sử dụng đá vôi và các chất độn có chứa hàm lượng ôxít silic cho điều kiện Việt Nam” [8]. Tác giả cũng đưa ra một số kết quả nghiên cứu về cường độ Rn và Rku, sự thay đổi về cốt liệu trong hỗn hợp của bê tông xi măng dùng phụ gia khoáng tro trấu có kích thước hạt μm.
Đào Văn Đông – Viện Khoa học & Công nghệ Xây dựng Giao thông - Trường Đại học Giao thông Vận tải công bố công trình “Nghiên cứu góp phần hoàn thiện công nghệ sản xuất phụ gia tro trấu ở Việt Nam” tạp chí khoa học Giao thông Vận tải số 29 tháng 03/2010 [6]. Bài báo kết luận như sau: + Chất thải vỏ tro trấu là nguồn sinh khối sạch, tái tạo đầy tiềm năng ở Việt Nam, đồng thời cũng là nguồn nguyên liệu phong phú để sản xuất ra phụ gia khoáng tro trấu cho các ứng dụng công trình xây dựng, giảm thiểu ô nhiểm môi trường từ vỏ tro trấu gây ra. + Chế độ đốt khống chế nhiệt và không khí là cơ sở để sản xuất được phụ gia tro trấu chất lượng đảm bảo. Tác giả đã xây dựng một loại lò đốt trấu quy mô thử nghiệm nhằm tạo ra loại sản phẩm phụ gia khoáng puzơlan hoạt tính.
+ Cơ chế đốt vỏ trấu tầng sôi vào các nhà máy nhiệt điện chạy trấu ở Việt Nam là hoàn toàn có thể thực hiện được thông qua việc khống chế nhiệt độ đốt trong khoảng 5000C đến 7000C, tro trấu sau khi đốt được nghiền ở 3 chế độ (nghiền ướt bằng máy nghiền đá, nghiền khô bằng máy nghiền bi 3000 vòng và nghiền khô bằng máy nghiền bi 6000 vòng).