Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu chế tạo bê tông nhẹ cường độ cao sử dụng hạt vi cầu rỗng từ tro bay

• Tác giả: Lê Việt Hùng
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Tuấn
• Trường học: Trường Đại học Xây dựng Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật vật liệu
• Đề tài: Nghiên Cứu Chế Tạo Bê Tông Nhẹ Cường Độ Cao Sử Dụng Hạt Vi Cầu Rỗng Từ Tro Bay
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG NHẸ VÀ BÊ TÔNG NHẸ SỬ DỤNG CENOSPHERE
• 1.1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG NHẸ KẾT CẤU
• 1.1.1. Khái niệm và phân loại về bê tông nhẹ
• 1.1.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng bê tông nhẹ kết cấu
• 1.1.3. Bê tông nhẹ cường độ cao và các ứng dụng của nó
• 1.1.4. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng bê tông nhẹ tại Việt Nam
• 1.2. BÊ TÔNG NHẸ SỬ DỤNG CENOSPHERE
• 1.2.1. Giới thiệu về bê tông nhẹ sử dụng cenosphere
• 1.2.2. Hạt vi cầu rỗng từ tro bay (Cenosphere)
• 1.2.3. Một số tính chất của bê tông nhẹ cenosphere
• 1.2.4. Nhận xét chung
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ LỰA CHỌN VẬT LIỆU, XÂY DỰNG MÔ HÌNH CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN VÀ THIẾT KẾ CẤP PHỐI CHO FAC-HSLWC
• 2.1. CƠ SỞ KHOA HỌC LỰA CHỌN VẬT LIỆU CHO FAC-HSLWC
• 2.1.1. Cơ sở khoa học lựa chọn cốt liệu cho FAC-HSLWC
• 2.1.2. Cơ sở khoa học sử dụng PGK cho FAC-HSLWC
• 2.1.3. Cơ sở khoa học dùng cốt sợi phân tán polypropylene
• 2.2. CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG MÔ HÌNH DỰ ĐOÁN CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CHO FAC-HSLWC
• 2.2.1. Một số mô hình dự đoán cường độ bê tông
• 2.2.2. Một số mô hình dự đoán cường độ với bê tông cốt liệu nhẹ
• 2.2.3. Hướng đề xuất xây dựng mô hình dự đoán cường độ chịu nén cho hệ FAC-HSLWC đề xuất
• 2.3. CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI CHO FAC-HSLWC
• 2.3.1. Các phương pháp thiết kế cấp phối bê tông và bê tông nhẹ
• 2.3.2. Hướng đề xuất xây dựng phương pháp thiết kế cấp phối cho FAC-HSLWC đề xuất
• 3. CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU SỬ DỤNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU
• 3.1.1. Xỉ hạt lò cao nghiền mịn
• 3.1.2. Phụ gia siêu dẻo
• 3.2. PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
• 3.2.1. Các phương pháp thí nghiệm theo tiêu chuẩn
• 3.2.2. Các phương pháp thí nghiệm phi tiêu chuẩn
• 4. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN THÀNH PHẦN CẤP PHỐI CHO FAC-HSLWC
• 4.1. NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN THÀNH PHẦN CKD PHÙ HỢP CHO FAC-HSLWC
• 4.1.1. Lựa chọn thành phần CKD theo độ lèn chặt tối ưu
• 4.1.2. Lựa chọn thành phần CKD theo phương pháp tối ưu tính công tác và cường độ chịu nén
• 4.2. THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI CHO FAC-HSLWC
• 4.2.1. Lựa chọn kích thước hạt cốt liệu cát cho FAC-HSLWC
• 4.2.2. Lựa chọn tỷ lệ cốt liệu/CKD cho FAC-HSLWC
• 4.2.3. Nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ CKD và cốt liệu theo phương pháp đúc mẫu
• 4.2.4. Thí nghiệm kiểm chứng thành phần cấp phối cơ sở của FAC-HSLWC
• 5. CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MÔ HÌNH DỰ ĐOÁN CƯỜNG ĐỘ VÀ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CẤP PHỐI CHO FAC-HSLWC
• 5.1. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA FAC-HSLWC
• 5.1.1. Ảnh hưởng của cường độ đá CKD
• 5.1.2. Ảnh hưởng của hàm lượng hồ CKD
• 5.1.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ FAC/CL
• 5.1.4. Ảnh hưởng của Dmax cốt liệu
• 5.1.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng cốt sợi PP
• 5.1.6. Nghiên cứu tốc độ phát triển cường độ chịu nén theo thời gian
• 5.1.7. Kiểm tra sự phù hợp của mô hình đề xuất
• 5.2. XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CẤP PHỐI CHO FAC-HSLWC
• 5.2.1. Nguyên tắc chung
• 5.2.2. Các bước thiết kế cấp phối FAC-HSLWC
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC 1 - KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CHẤT KẾT DÍNH CHO CHẾ TẠO FAC-HSLWC
• PHỤ LỤC 2 - KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM HỖN HỢP BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG FAC-HSLWC
• PHỤ LỤC 3 - KẾT QUẢ PHÂN TÍCH PHƯƠNG SAI CÁC MÔ HÌNH CHO CÁC TÍNH CHẤT CỦA CHẤT KẾT DÍNH VÀ FAC-HSLWC
• PHỤ LỤC 4 - HỆ SỐ QUY ĐỔI CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA FAC-HSLWC VỚI MẪU THÍ NGHIỆM CÓ KÍCH THƯỚC KHÁC MẪU LẬP PHƯƠNG TIÊU CHUẨN 15x15x15 CM
• PHỤ LỤC 5 - KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA TẤM SÀN BTCT SỬ DỤNG FAC-HSLWC

I. Giới thiệu chung về bê tông nhẹ cường độ cao

Bê tông nhẹ cường độ cao, hay còn gọi là bê tông nhẹ, đã trở thành một trong những vật liệu xây dựng quan trọng trong ngành xây dựng hiện đại. Việc nghiên cứu và phát triển loại bê tông này không chỉ giúp giảm trọng lượng công trình mà còn nâng cao tính năng chịu lực. Sử dụng hạt vi cầu từ tro bay (cenosphere) trong chế tạo bê tông nhẹ cường độ cao mang lại nhiều lợi ích vượt trội. Hạt vi cầu này có cấu trúc rỗng, giúp giảm khối lượng và cải thiện khả năng cách nhiệt. Nghiên cứu cho thấy, bê tông nhẹ cường độ cao có thể đạt được cường độ nén vượt trội so với bê tông truyền thống, nhờ vào sự kết hợp tối ưu giữa các thành phần. Theo một số tài liệu, bê tông nhẹ cường độ cao có thể đạt cường độ nén lên đến 50 MPa, điều này mở ra nhiều ứng dụng mới trong xây dựng, đặc biệt là trong các công trình yêu cầu tính nhẹ và bền.

1.1. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng

Tình hình nghiên cứu về bê tông nhẹ cường độ cao tại Việt Nam và thế giới đang ngày càng phát triển. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng tro bay làm vật liệu thay thế cho cốt liệu trong bê tông không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn nâng cao tính bền vững của công trình. Các ứng dụng của bê tông nhẹ cường độ cao rất đa dạng, từ các công trình dân dụng như nhà ở cho đến các công trình công nghiệp, cầu đường. Sự phát triển của công nghệ cũng đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc sản xuất và ứng dụng bê tông nhẹ cường độ cao, giúp giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.

II. Cơ sở khoa học về lựa chọn vật liệu

Việc lựa chọn vật liệu cho bê tông nhẹ cường độ cao là một yếu tố quan trọng quyết định đến chất lượng và hiệu suất của sản phẩm cuối cùng. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc sử dụng hạt vi cầu từ tro bay trong bê tông không chỉ giúp giảm trọng lượng mà còn cải thiện tính năng cơ lý. Cốt liệu nhẹ như cenosphere có khả năng tạo ra cấu trúc bê tông đồng nhất, tăng cường độ bền và khả năng chịu nén. Nghiên cứu cũng cho thấy rằng, việc kết hợp tro bay với các loại phụ gia siêu dẻo có thể cải thiện đáng kể tính công tác của hỗn hợp bê tông. Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng, bê tông nhẹ cường độ cao sử dụng cenosphere có thể đạt được các tiêu chuẩn chất lượng cao, đáp ứng được các yêu cầu khắt khe trong xây dựng.

2.1. Tính chất của vật liệu

Tính chất của các vật liệu sử dụng trong chế tạo bê tông nhẹ cường độ cao có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất và độ bền của sản phẩm. Tro bay không chỉ cung cấp các thành phần hóa học cần thiết cho bê tông mà còn giúp cải thiện tính chất cơ lý của bê tông. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, hạt vi cầu từ tro bay có cấu trúc rỗng, làm giảm khối lượng và tăng khả năng cách nhiệt, đồng thời cải thiện khả năng chịu lực. Việc phân tích các tính chất vật lý như độ hút nước, độ bền kéo và cường độ chịu nén của bê tông nhẹ cường độ cao là rất cần thiết để đánh giá hiệu quả của các thành phần trong hỗn hợp. Kết quả từ các thí nghiệm cho thấy, bê tông nhẹ cường độ cao có thể đạt được cường độ chịu nén lên đến 60 MPa, mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong các công trình xây dựng hiện đại.

III. Phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm

Phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm đóng vai trò quan trọng trong việc chế tạo và đánh giá hiệu suất của bê tông nhẹ cường độ cao. Các phương pháp thí nghiệm được áp dụng bao gồm các tiêu chuẩn quốc tế và các phương pháp phi tiêu chuẩn nhằm đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của kết quả. Việc lựa chọn các thành phần như tro bay, hạt vi cầu và các phụ gia khác cần được thực hiện dựa trên các tiêu chí cụ thể để đảm bảo chất lượng của bê tông. Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng, việc điều chỉnh tỷ lệ giữa các thành phần trong hỗn hợp có thể ảnh hưởng lớn đến cường độ và tính công tác của bê tông. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng, sử dụng hạt vi cầu từ tro bay không chỉ cải thiện tính chất cơ lý mà còn giúp giảm thiểu tác động đến môi trường, phù hợp với xu hướng phát triển bền vững trong xây dựng.

3.1. Các phương pháp thực nghiệm

Các phương pháp thực nghiệm được áp dụng trong nghiên cứu bao gồm thí nghiệm xác định cường độ chịu nén, độ hút nước và các chỉ tiêu cơ lý khác của bê tông. Các thí nghiệm này được thực hiện theo tiêu chuẩn để đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của kết quả. Việc sử dụng các thiết bị hiện đại giúp nâng cao độ chính xác trong việc đo lường và phân tích các chỉ tiêu chất lượng của bê tông nhẹ cường độ cao. Kết quả từ các thí nghiệm cho thấy rằng, bê tông nhẹ cường độ cao có thể đạt được các chỉ tiêu vượt trội so với bê tông truyền thống, mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong xây dựng hiện đại.