Tổng quan luận án

Bê tông truyền thống sử dụng cho các kết cấu chịu lực trong công trình xây dựng có khối lượng thể tích lớn, thông thường xấp xỉ 2400 kg/m³, dẫn đến tải trọng bản thân của kết cấu cao, làm tăng kích thước móng, cột, dầm và sàn. Việc ứng dụng bê tông nhẹ kết cấu nhằm mục tiêu giảm tĩnh tải công trình, tiết kiệm chi phí nền móng, cải thiện tính năng cách âm, cách nhiệt, tăng khả năng chống cháy và kháng chấn. Theo các tiêu chuẩn quốc tế và Việt Nam (ACI 318, ACI 213, EN 206, CEB-FIP 2010, TCVN 5574:2018), bê tông nhẹ kết cấu được quy định có khối lượng thể tích không quá 2000 kg/m³ (hoặc 1920 kg/m³ theo ACI) và cường độ chịu nén tối thiểu từ 15 đến 17 MPa. Đối với kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực, yêu cầu kỹ thuật đối với bê tông đòi hỏi chất lượng cao hơn, cụ thể cường độ chịu nén không nhỏ hơn 35–40 MPa tại thời điểm cắt cáp dự ứng lực.

Tại Việt Nam, các sản phẩm bê tông nhẹ hiện có chủ yếu gồm hai nhóm: bê tông nhẹ tổ ong (bê tông bọt, bê tông khí chưng áp AAC theo TCVN 7959:2011 và TCVN 9029:2017) với khối lượng thể tích 400–1200 kg/m³ nhưng cường độ thấp (2,0–12,5 MPa), độ hút nước cao, chỉ sử dụng làm vật liệu bao che; và bê tông cốt liệu nhẹ (chủ yếu là cốt liệu keramzit hoặc tro bay vê viên nung). Tuy nhiên, cốt liệu keramzit trong nước chưa tự chủ được nguồn cung, giá thành cao do phụ thuộc nhập khẩu; bê tông polystyrene phồng nở (EPS) có cường độ thấp (0,2–10 MPa). Hạt vi cầu rỗng từ tro bay (Fly Ash Cenosphere - FAC) là phụ phẩm phát sinh từ quá trình đốt than phun tại các nhà máy nhiệt điện, có khối lượng thể tích hạt chỉ 0,4–0,9 g/cm³, kích thước 10–400 µm, cấu trúc cầu rỗng kín nước và cường độ kháng nén hạt cao. Lượng tro xỉ nhiệt điện phát sinh tại Việt Nam đạt khoảng 17 triệu tấn/năm (năm 2021) với tỷ lệ tro bay 80–85%, trong đó hàm lượng FAC chiếm 0,3–1,5%, tương đương tiềm năng thu hồi từ 32.000 đến 150.000 tấn FAC/năm. Mặc dù vậy, tại Việt Nam chưa có công trình nghiên cứu sử dụng FAC để chế tạo bê tông nhẹ cường độ cao làm kết cấu chịu lực, chưa có mô hình dự đoán cường độ chịu nén và phương pháp thiết kế cấp phối cho hệ vật liệu này.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án:

  • Nghiên cứu chế tạo bê tông nhẹ cường độ cao sử dụng hạt vi cầu rỗng từ tro bay (FAC-HSLWC) phục vụ kết cấu bê tông chịu lực trong công trình xây dựng, bảo đảm cường độ chịu nén lớn hơn 40 MPa, khối lượng thể tích không lớn hơn 2000 kg/m³ trên cơ sở các vật liệu sẵn có ở Việt Nam, trong đó tập trung vào loại có khối lượng thể tích trong khoảng 1300–1600 kg/m³.

Đối tượng nghiên cứu:

  • Bê tông nhẹ cường độ cao sử dụng hạt vi cầu rỗng từ tro bay cenosphere (FAC-HSLWC) có cường độ chịu nén lớn hơn 40 MPa, khối lượng thể tích không lớn hơn 2000 kg/m³, tập trung vào dải khối lượng thể tích 1300–1600 kg/m³.

Phạm vi nghiên cứu:

  1. Lựa chọn vật liệu và thành phần cấp phối cho FAC-HSLWC trên cơ sở nguồn vật liệu trong nước: chất kết dính gồm xi măng poóc lăng PC50 và phụ gia khoáng (silica fume - SF, xỉ hạt lò cao nghiền mịn - GGBFS); cốt liệu gồm cát tự nhiên và hạt vi cầu rỗng tro bay (FAC thu hồi từ Nhà máy nhiệt điện Phả Lại); phụ gia siêu dẻo và cốt sợi polypropylene (sợi PP).
  2. Xây dựng mô hình dự đoán cường độ chịu nén cho FAC-HSLWC dựa trên các yếu tố thành phần cấp phối.
  3. Xây dựng phương pháp tính toán thiết kế thành phần cấp phối cho FAC-HSLWC.
  4. Đánh giá các tính chất kỹ thuật của FAC-HSLWC: tính chất của hỗn hợp bê tông, các tính chất cơ lý và các chỉ tiêu độ bền lâu.
  5. Khảo sát ứng xử chịu tải của cấu kiện tấm sàn bê tông cốt thép sử dụng FAC-HSLWC so sánh với bê tông thông thường có cùng cấp cường độ.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tổng quan các nghiên cứu quốc tế và trong nước về bê tông cốt liệu nhẹ và bê tông sử dụng cenosphere được luận án tổng hợp qua các giai đoạn:

  • Nghiên cứu mở đầu của Montgomery và Diamond (1984) khảo sát FAC trong hệ chất kết dính xi măng, chỉ ra vết nứt khi nén mẫu vữa chủ yếu lan truyền quanh vùng biên của hạt FAC do vùng tiếp giáp giàu canxi hydroxyt Ca(OH)₂ kém bền, đồng thời phản ứng puzolanic diễn ra chậm ở nhiệt độ phòng.
  • Losiewicz và cộng sự (1997) sử dụng FAC làm cốt liệu nhẹ chế tạo bê tông có khối lượng thể tích 760–876 kg/m³, tuy nhiên cường độ nén chỉ đạt 0,55–2,88 MPa, chỉ phù hợp làm vật liệu cách nhiệt.
  • Blanco và cộng sự (2000) chế tạo vữa/bê tông nhẹ từ FAC, xi măng và nước với tỷ lệ thể tích FAC chiếm 46,36%, tỷ lệ N/CKD = 0,30, đạt khối lượng thể tích 1090–1510 kg/m³ và cường độ chịu nén 28 ngày đạt 5,05–33,03 MPa (trạng thái khô 27–33 MPa).
  • McBride và Shukla (2002) thay thế cát bằng FAC ở tỷ lệ thể tích 20%, 32% và 42% (tương ứng 50%, 75% và 100% cát), kết hợp 12% silica fume thay thế xi măng poóc lăng, nâng cường độ riêng của bê tông lên 80%.
  • Waldemar Pichór (2009) khảo sát bê tông FAC với hàm lượng 20%, 40%, 60% thể tích kết hợp sợi PVA và sợi PP ở tỷ lệ 0,67–2,67% thể tích, ghi nhận cường độ uốn của mẫu chứa sợi PVA cao hơn sợi PP.
  • Wang và cộng sự (2013) chế tạo bê tông siêu nhẹ (ULCC) với khối lượng thể tích 1474 kg/m³, cường độ chịu nén 28 ngày đạt 68,2 MPa, cường độ kéo khi uốn 8,0 MPa khi sử dụng 10% SF, tỷ lệ FAC/CKD = 0,42, phụ gia giảm co SRA 2,5%, cốt sợi PE và sợi thép 0,5% thể tích.
  • Huang và cộng sự (2013, 2018) kết hợp FAC với quặng sắt, tro bay, sợi PVA, sợi PP và sợi thép, đạt khối lượng thể tích 1302–1890 kg/m³, cường độ chịu nén từ 25,0 đến 65,8 MPa.
  • Chia và cộng sự (2014) đánh giá biến dạng dài hạn của bê tông FAC (N/CKD = 0,30, KLTT < 1500 kg/m³), ghi nhận độ co ngót tổng ở tuổi 450 ngày là 310 microstrain (thấp hơn bê tông keramzit và bê tông thường), nhưng độ từ biến lại cao hơn tương ứng 80% và 20%.
  • Wu, Wang và cộng sự (2015) nghiên cứu bê tông ULWC chứa 38,3–51,6% thể tích FAC và 8% SF, ghi nhận khối lượng thể tích khô 1154–1471 kg/m³, cường độ chịu nén 33,0–69,4 MPa, cường độ uốn 3,6–7,3 MPa, mô đun đàn hồi 10,4–21,6 GPa, hàm lượng bọt khí 6,6–14,4% (cao hơn mức 2,9% của mẫu đối chứng).
  • Kannan và cộng sự (2016), Hanif và cộng sự (2017), Hongjian Du (2019) nghiên cứu kết hợp FAC với nano silica, xỉ lò cao nghiền mịn, đạt cường độ nén từ 20 đến 76 MPa.
  • Barbare và cộng sự (2003) nghiên cứu độ hút nước và độ thấm của bê tông FAC, xác định hạt FAC có độ hấp thụ ẩm lớn gấp 18 lần cát nhưng các lỗ rỗng mao quản có kích thước nhỏ hơn 1 nm và không thông nhau nên độ hút nước toàn phần không chênh lệch nhiều so với bê tông thường.
  • Nayal và cộng sự khảo sát độ bền sun phát và clo, chỉ ra độ bền sun phát giảm khi tăng tỷ lệ FAC nhưng chiều sâu xâm nhập ion clo lại suy giảm.
  • Wang và cộng sự (2012) thí nghiệm phản ứng kiềm cốt liệu (ASR) theo ASTM C227 và ASTM C1260, chứng minh FAC không gây phản ứng kiềm cốt liệu nguy hại; ở nhiệt độ dưỡng hộ 80 °C phản ứng puzolanic tạo khoáng tobermorite diễn ra mạnh.
  • Các nghiên cứu tại Việt Nam: Lê Phượng Ly nghiên cứu bê tông nhẹ EPS cho kết cấu chịu lực (KLTT 1400–2000 kg/m³, Rn28 đạt 20–50 MPa); Nguyễn Văn Đỉnh, Nguyễn Tiến Đích, Nguyễn Duy Hiếu nghiên cứu bê tông cốt liệu keramzit đạt cường độ 15–35 MPa, mô đun đàn hồi 19–24,5 GPa; Bạch Đình Thiên nghiên cứu cốt liệu tro bay nung và không nung chế tạo bê tông mác 31,7–46,3 MPa với khối lượng thể tích 1997–2007 kg/m³.
Tiêu chuẩn / Tác giả Loại vật liệu / Cốt liệu Khối lượng thể tích (kg/m³) Cường độ chịu nén (MPa)
TCVN 5574:2018 Bê tông nhẹ kết cấu ≤ 2000 Cấp B15 trở lên (dự ứng lực ≥ B20)
ACI 318-19 Bê tông nhẹ kết cấu 1440–2160 (khô tự nhiên) Tối thiểu 17 (phổ biến 21–35)
EN 206-1 Bê tông cốt liệu nhẹ ≤ 2000 8–80 (cấp LC8/9 đến LC80/88)
CEB-FIP 2010 Bê tông cốt liệu nhẹ 800–2000 (khô) 8–80 (cấp LC8 đến LC80)
Blanco và ccs [22] Cenosphere (FAC) 1090–1510 5,05–33,03
Wang và ccs [117] Cenosphere + SF + SRA 1474 68,2
Wu và ccs [125] Cenosphere + SF + sợi PE 1154–1471 (khô) 33,0–69,4
Lê Phượng Ly [7] Polystyrene phồng nở (EPS) 1420–1810 25,9–60,8
Nguyễn Tiến Đích [4] Cốt liệu keramzit 1600–1800 15–30
Bạch Đình Thiên [9] Cốt liệu tro bay không nung/nung 1997–2007 31,7–46,3

Khoảng trống nghiên cứu luận án lựa chọn giải quyết:

  1. Các nghiên cứu quốc tế đã chế tạo được bê tông nhẹ cường độ cao sử dụng FAC nhưng chưa thiết lập được mô hình toán học giải tích dự báo cường độ chịu nén có xét đến đồng thời các yếu tố: hoạt tính đá chất kết dính, tỷ lệ N/CKD, hệ số dư hồ, tỷ lệ thể tích FAC/cốt liệu, cỡ hạt cốt liệu lớn nhất Dmax và hàm lượng cốt sợi.
  2. Chưa có phương pháp thiết kế cấp phối chi tiết cho hệ FAC-HSLWC kết hợp giữa tối ưu hóa độ lèn chặt hạt và kiểm soát bề dày màng hồ bao bọc cốt liệu.
  3. Tại Việt Nam, chưa có công trình nào nghiên cứu sử dụng nguồn FAC thu hồi từ các nhà máy nhiệt điện than trong nước để chế tạo bê tông nhẹ kết cấu cường độ cao (> 40 MPa), đồng thời thiếu các số liệu kiểm chứng về biến dạng co khô, độ thấm ion clo, độ bền sun phát và ứng xử chịu tải của cấu kiện tấm sàn bê tông cốt thép thực tế.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết của luận án dựa trên các nguyên tắc nâng cao cường độ và độ bền lâu của bê tông:

  • Nguyên tắc tối ưu hóa độ lèn chặt hạt: Hỗn hợp vật liệu dạng hạt (xi măng, SF, GGBFS, FAC, cát) được tối ưu hóa thành phần cỡ hạt theo mô hình lèn chặt nén (Compressive Packing Model - CPM) nhằm đạt độ đặc chắc thể tích lớn nhất, giảm thể tích rỗng giữa các hạt cốt liệu và chất kết dính.
  • Tăng cường tính đồng nhất vi cấu trúc: Kiểm soát đường kính hạt lớn nhất (Dmax) của cốt liệu cát, loại bỏ cốt liệu thô kích thước lớn nhằm ngăn ngừa hiện tượng phân tầng do chênh lệch khối lượng thể tích giữa FAC (0,4–0,9 g/cm³) và các pha khoáng khác.
  • Nâng cao chất lượng đá xi măng và vùng chuyển tiếp (ITZ): Sử dụng hệ chất kết dính đa cấu tử gồm xi măng PC50 kết hợp phụ gia khoáng hoạt tính cao (silica fume - SF và xỉ hạt lò cao nghiền mịn - GGBFS). Các hạt SF siêu mịn điền đầy lỗ rỗng tế vi, trong khi phản ứng puzolanic giữa SiO₂ vô định hình với Ca(OH)₂ sinh ra từ quá trình thủy hóa xi măng tạo thành khoáng canxi silicat hydrate (C-S-H) và canxi alumina hydrate (C-A-H), làm đặc chắc vùng ITZ quanh bề mặt trơn nhẵn của hạt FAC.
  • Kiểm soát tính giòn và nứt co ngót: Sử dụng cốt sợi phân tán polypropylene (sợi PP) nhằm tăng cường độ chịu kéo khi uốn, hạn chế sự phát triển của vết nứt co ngót dẻo và co khô.
  • Cơ sở xây dựng mô hình cường độ và thiết kế cấp phối: Dựa trên mối quan hệ phi tuyến giữa cường độ nén bê tông với cường độ đá chất kết dính (Rckd), tỷ lệ nước/chất kết dính (N/CKD), hệ số dư hồ (Kd), bề dày màng hồ xi măng bao bọc cốt liệu (BPT, MPT) và phương pháp thể tích tuyệt đối.

Phương pháp thực nghiệm và thiết bị phân tích:

  • Phương pháp tiêu chuẩn: Thí nghiệm xác định tính chất cơ lý của xi măng, SF, GGBFS, FAC, cát theo các tiêu chuẩn TCVN, ASTM và EN; xác định tính công tác của hỗn hợp bê tông (độ chảy xòe theo nón vữa hình côn, khối lượng thể tích, hàm lượng bọt khí theo phương pháp trọng lượng ASTM C138, thời gian đông kết); xác định tính chất cơ lý bê tông đóng rắn (cường độ chịu nén mẫu lập phương 15×15×15 cm, 10×10×10 cm và mẫu trụ 15×30 cm; cường độ chịu kéo khi uốn mẫu dầm; mô đun đàn hồi tĩnh Ec và hệ số poatxon theo ASTM C469); xác định độ co khô theo TCVN 3117, độ hút nước theo TCVN 3113, độ thấm ion clo nhanh (RCPT) theo ASTM C1202, điện trở suất khối (BERT) theo ASTM C1876, và độ nở sun phát theo ASTM C1012.
  • Phương pháp phi tiêu chuẩn và phân tích cấu trúc:
    • Đo độ lèn chặt của hỗn hợp vật liệu dạng hạt theo mô hình nén CPM xác định hệ số nén K.
    • Đo độ nhớt của hỗn hợp vữa FAC-HSLWC bằng nhớt kế chuyên dụng.
    • Phân tích nhiệt vi sai và nhiệt trọng lượng (DTA/TG/DTG) để định lượng hàm lượng Ca(OH)₂ (CH) tiêu hao trong đá xi măng theo phương pháp hình học.
    • Quan sát hình thái vi cấu trúc và vùng chuyển tiếp ITZ bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM).
    • Phương pháp quy hoạch thực nghiệm theo mô hình tối ưu D (D-Optimal) và phân tích phương sai (ANOVA) để tối ưu hóa cấp phối và xây dựng phương trình hồi quy.
    • Thí nghiệm gia tải uốn tĩnh cấu kiện tấm sàn bê tông cốt thép toàn khối kích thước thực tế để ghi nhận quan hệ tải trọng - độ võng, biến dạng bê tông và sơ đồ nứt.

Nguồn tư liệu và dữ liệu:

  • Xi măng poóc lăng PC50 Nghi Sơn.
  • Silica fume (SF) dạng bột mịn và xỉ hạt lò cao nghiền mịn (GGBFS) S95.
  • Hạt vi cầu rỗng tro bay (FAC) lấy từ cơ sở thu hồi theo công nghệ tuyển ướt tại hồ chứa tro xỉ Nhà máy nhiệt điện Phả Lại.
  • Cát tự nhiên sàng phân loại cỡ hạt; phụ gia siêu dẻo gốc polycarboxylate; sợi phân tán PP.
  • Số liệu thực nghiệm được đo đạc trực tiếp tại Phòng Thí nghiệm xi măng và bê tông (LAS-XD 1133) - Viện Vật liệu xây dựng, Phòng Thí nghiệm công trình (LAS-XD 125) - Trường Đại học Xây dựng Hà Nội, và Phòng Thí nghiệm LAS-XD 28 - Công ty Bê tông Xuân Mai.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về bê tông nhẹ và bê tông nhẹ sử dụng cenosphere

Chương 1 tổng quan về lịch sử phát triển, phân loại bê tông nhẹ và các yêu cầu kỹ thuật theo TCVN 5574:2018, ACI 318-14, ACI 213-14, EN 206-1 và GOST 25820-14. Tác giả phân tích nguồn gốc hình thành của cenosphere trong tro bay nhiệt điện than phun, quy trình tuyển ướt và tuyển khô thu hồi FAC (Hình 1.4). Luận án tổng hợp các đặc tính hóa - lý của hạt FAC từ 209 mẫu tro bay trên thế giới: thành phần gồm hệ khoáng alumo silicat với các oxit chính SiO₂ (51,64–73,10%), Al₂O₃ (16,7–34,64%), Fe₂O₃ (1,96–7,53%), hàm lượng mất khi nung thấp; cấu trúc hạt cầu rỗng, đường kính 20–300 µm, độ dày vỏ 1–18 µm, khối lượng thể tích hạt 0,4–0,9 g/cm³ và khối lượng thể tích xốp 400–450 kg/m³. Về khoáng vật, vỏ FAC gồm pha tinh thể (mullite, thạch anh cristobalite, fenspat) liên kết trong nền pha thủy tinh vô định hình chiếm 90% khối lượng (Hình 1.6). Phân tích tổng quan chỉ rõ phản ứng puzolanic của FAC ở nhiệt độ thường là thấp, tăng mạnh khi nâng nhiệt độ dưỡng hộ lên 50–80 °C. Tác giả tổng kết các kết quả nghiên cứu trên thế giới trong Bảng 1.5, qua đó khẳng định bê tông sử dụng FAC có thể đạt cường độ nén 30–68 MPa với khối lượng thể tích 1150–1600 kg/m³, đạt cường độ riêng 40–47 kPa/kg.m⁻³, vượt trội so với bê tông cốt liệu nhẹ truyền thống. Chương 1 kết luận việc nghiên cứu FAC-HSLWC sử dụng nguồn tro bay Phả Lại là cấp thiết do chưa có nghiên cứu trong nước, đồng thời xác định khoảng trống về việc thiếu mô hình dự báo cường độ và phương pháp thiết kế cấp phối.

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

Chương 2 luận giải 3 vấn đề kỹ thuật cốt lõi của FAC-HSLWC: diện tích bề mặt tiếp xúc riêng lớn làm tăng nhu cầu nước nhào trộn; bề mặt trơn nhẵn của FAC làm vùng chuyển tiếp ITZ bám dính yếu; và hàm lượng hồ chất kết dính cao gây giòn, co ngót lớn. Để giải quyết, tác giả luận giải việc lựa chọn vật liệu:

  • Cốt liệu: Không sử dụng cốt liệu lớn thô mà dùng hỗn hợp cát tự nhiên khống chế Dmax kết hợp hạt FAC nhằm bảo đảm độ đồng nhất và khối lượng thể tích thấp.
  • Chất kết dính: Phối hợp xi măng poóc lăng với phụ gia khoáng hoạt tính gồm silica fume (SF) có cỡ hạt siêu mịn và xỉ hạt lò cao nghiền mịn (GGBFS) nhằm tối ưu độ lèn chặt, điền đầy lỗ rỗng giữa các hạt xi măng, đồng thời phản ứng với Ca(OH)₂ cải thiện cấu trúc vi mô vùng ITZ.
  • Cốt sợi: Sử dụng cốt sợi phân tán polypropylene (sợi PP) nhằm tăng cường độ kéo khi uốn, hạn chế nứt do co ngót.

Về mô hình dự đoán cường độ, tác giả phân tích các mô hình kinh điển (Feret, Bolomey, Abrams) và các mô hình cho bê tông cốt liệu nhẹ, từ đó đề xuất hướng xây dựng mô hình hồi quy đa biến cho FAC-HSLWC có dạng tích các hệ số ảnh hưởng: $$R_{28} = f(R_{ckd}, N/CKD) \times K_d \times K_{FAC} \times K_{Dmax} \times K_s$$ trong đó $R_{ckd}$ là cường độ đá chất kết dính, $K_d$ là hệ số dư hồ (gắn liền với bề dày màng hồ BPT/MPT), $K_{FAC}$ là hệ số ảnh hưởng của tỷ lệ thể tích FAC/cốt liệu, $K_{Dmax}$ là hệ số ảnh hưởng của kích thước hạt cốt liệu lớn nhất, và $K_s$ là hệ số ảnh hưởng của hàm lượng sợi PP. Về thiết kế cấp phối, tác giả đề xuất nguyên tắc kết hợp giữa tối ưu hóa độ lèn chặt hỗn hợp hạt khô (CPM) và phương pháp thể tích tuyệt đối có kiểm soát bề dày màng hồ.

Chương 3: Vật liệu sử dụng và phương pháp nghiên cứu

Chương 3 trình bày các đặc tính cơ lý, thành phần hóa học của vật liệu thí nghiệm:

  • Xi măng PC50 Nghi Sơn: Khối lượng riêng 3,12 g/cm³, độ mịn Blaine 3850 cm²/g, cường độ chịu nén 28 ngày đạt 53,5 MPa.
  • Silica fume: Dạng bột mịn màu xám, hàm lượng SiO₂ đạt 92,5%, diện tích bề mặt riêng BET 18,5 m²/g.
  • Xỉ hạt lò cao nghiền mịn GGBFS: Khối lượng riêng 2,91 g/cm³, diện tích bề mặt Blaine 4350 cm²/g, hoạt tính puzolanic đạt chuẩn S95.
  • Cenosphere Phả Lại: Khối lượng thể tích hạt 0,72 g/cm³, khối lượng thể tích xốp 415 kg/m³, cỡ hạt nằm trong khoảng 20–300 µm, độ ẩm < 0,5%, hàm lượng hạt chìm < 5%.
  • Cát tự nhiên: Sử dụng cát vàng sông Lô qua sàng phân loại thành các nhóm có Dmax = 0,6 mm; 1,25 mm; 2,5 mm và cát nguyên khai.
  • Phụ gia siêu dẻo gốc polycarboxylate và cốt sợi polypropylene (sợi PP) dài 6–12 mm.

Chương này mô tả chi tiết phương pháp thực nghiệm theo tiêu chuẩn (TCVN, ASTM, EN) và phi tiêu chuẩn: phương pháp đo độ lèn chặt hỗn hợp hạt theo mô hình nén CPM xác định hệ số nén K = 9; phương pháp đo độ nhớt bằng nhớt kế quay; phân tích nhiệt vi sai DTA/TG trên thiết bị Labsys Evo (Setaram) ở tốc độ gia nhiệt 10 °C/phút lên 1000 °C để xác định hàm lượng CH tự do; chụp ảnh vi cấu trúc bằng kính hiển vi điện tử quét SEM (JEOL); cùng quy trình dưỡng hộ chuẩn và dưỡng hộ nhiệt ẩm ở 70 °C, 90 °C và autoclave.

Chương 4: Nghiên cứu lựa chọn thành phần cấp phối cho FAC-HSLWC

Chương 4 thực hiện các bước thực nghiệm lựa chọn cấp phối tối ưu:

  1. Lựa chọn thành phần chất kết dính: Sử dụng mô hình quy hoạch thực nghiệm D-Optimal cho hệ 3 cấu tử XM - SF - GGBFS. Kết quả đo độ lèn chặt và cường độ nén R28 (Bảng 4.2, Bảng 4.3) xác định thành phần CKD tối ưu gồm 75–80% xi măng PC50, 8–10% SF và 12–15% GGBFS. Hệ CKD này cho độ lèn chặt lớn nhất (đạt trên 0,65) và cường độ chịu nén R28 của hồ đạt trên 85 MPa ở tỷ lệ N/CKD = 0,25–0,30.
  2. Lựa chọn kích thước hạt cốt liệu Dmax: Khảo sát ảnh hưởng của Dmax cốt liệu cát (0,6 mm; 1,25 mm; 2,5 mm). Cát có Dmax = 1,25 mm cho hỗn hợp bê tông có độ ổn định tốt nhất, hạn chế tối đa hiện tượng phân tầng nổi hạt FAC khi đầm rung, đồng thời bảo đảm cường độ chịu nén cao hơn so với mẫu dùng cát thô Dmax = 2,5 mm.
  3. Lựa chọn tỷ lệ cốt liệu/chất kết dính và tỷ lệ FAC/cốt liệu: Quy hoạch thực nghiệm theo mô hình D-Optimal với các biến thể tích N/CKD (0,3; 0,4; 0,5) và tỷ lệ thay thế cát bằng FAC từ 0% đến 100% thể tích (Bảng 4.4, Bảng 4.6). Kết quả chỉ ra khi tăng tỷ lệ FAC/cốt liệu, khối lượng thể tích của bê tông giảm tuyến tính từ 2100 kg/m³ xuống 1250 kg/m³, trong khi cường độ chịu nén giảm dần nhưng vẫn duy trì trên 40 MPa khi tỷ lệ FAC/cốt liệu dưới 60% thể tích và N/CKD ≤ 0,35.
  4. Kiểm chứng cấp phối cơ sở: Thực nghiệm cấp phối cơ sở sau hiệu chỉnh (Bảng 4.9, 4.10) xác nhận hỗn hợp đạt độ chảy xòe 180±5 mm, khối lượng thể tích khô 1450–1550 kg/m³ và cường độ chịu nén 28 ngày đạt 52,4–58,6 MPa.

Chương 5: Xây dựng mô hình dự đoán cường độ và phương pháp thiết kế cấp phối cho FAC-HSLWC

Chương 5 phân tích định lượng các thông số ảnh hưởng đến cường độ chịu nén 28 ngày và thiết lập phương trình dự đoán:

  • Ảnh hưởng của Rckd và N/CKD: Cường độ nén FAC-HSLWC tỷ lệ thuận với cường độ đá CKD và tỷ lệ nghịch với N/CKD theo hàm phi tuyến dạng Bolomey mở rộng.
  • Ảnh hưởng của hệ số dư hồ Kd: Khảo sát mối quan hệ giữa Kd với bề dày màng hồ bao bọc cốt liệu BPT (Binder Paste Thickness) và MPT (Maximum Paste Thickness). Cường độ nén đạt giá trị cực đại khi Kd nằm trong khoảng 1,35–1,45 (Hình 5.4, 5.7, 5.8); khi Kd < 1,35 lượng hồ không đủ bọc hạt làm tăng độ rỗng; khi Kd > 1,45 màng hồ quá dày làm giảm hiệu ứng chèn chặt hạt và tăng co ngót.
  • Ảnh hưởng của tỷ lệ FAC/cốt liệu (KFAC): Tỷ lệ thể tích FAC/CL tăng làm suy giảm cường độ chịu nén theo hàm số mũ: $$K_{FAC} = \exp[-b \times (FAC/CL)]$$ với b là hệ số thực nghiệm phụ thuộc tỷ lệ N/CKD.
  • Ảnh hưởng của Dmax cốt liệu (KDmax) và hàm lượng sợi PP (Ks): Xác lập các hệ số suy giảm tương ứng khi thay đổi Dmax cát từ 0,6 đến 2,5 mm và hệ số tăng cường độ khi dùng hàm lượng sợi PP từ 0,1% đến 0,3% thể tích.
  • Mô hình tích hợp: Thiết lập phương trình tổng quát dự đoán Rn28 của FAC-HSLWC. Kiểm tra sự phù hợp qua phân tích phương sai ANOVA cho thấy hệ số xác định $R^2 > 0,92$, sai số giữa giá trị tính toán và thực nghiệm dưới 8%.
  • Phương pháp thiết kế cấp phối: Đề xuất quy trình tính toán gồm 6 bước chuẩn hóa (Hình 5.17): (1) Xác định yêu cầu cường độ mục tiêu và KLTT; (2) Chọn thành phần CKD và xác định tỷ lệ N/CKD; (3) Tính toán tỷ lệ FAC/cốt liệu theo khối lượng thể tích yêu cầu; (4) Xác định lượng hồ CKD tối ưu thông qua hệ số Kd; (5) Tính toán lượng dùng các vật liệu (xi măng, SF, GGBFS, FAC, cát, nước, phụ gia, sợi PP) theo phương pháp thể tích tuyệt đối; (6) Trộn thử nghiệm, kiểm tra độ chảy xòe, khối lượng thể tích và hiệu chỉnh thực nghiệm.

Chương 6: Nghiên cứu tính chất cơ lý của FAC-HSLWC

Chương 6 trình bày các kết quả đánh giá thực nghiệm toàn diện trên hỗn hợp bê tông và bê tông đóng rắn:

  • Tính chất hỗn hợp bê tông: Độ chảy xòe được khống chế ở mức 180±5 mm nhờ điều chỉnh hàm lượng phụ gia siêu dẻo polycarboxylate (0,8–1,5% khối lượng CKD). Độ nhớt hỗn hợp tăng khi tỷ lệ FAC tăng do diện tích bề mặt lớn. Hàm lượng bọt khí dao động 4,5–8,2%, cao hơn bê tông thường nhưng phân bố ở dạng vi bọt kín đều đặn (Hình 6.7). Thời gian đông kết bắt đầu trong khoảng 185–240 phút và kết thúc sau 310–390 phút, bảo đảm yêu cầu thi công. Độ phân tầng khi rung đầm được kiểm soát dưới 5% khi khống chế Dmax cát ≤ 1,25 mm.
  • Mức độ thủy hóa và phân tích vi cấu trúc: Phân tích đường cong nhiệt trọng lượng DTG/TG (Hình 6.9, 6.11) ghi nhận hàm lượng Ca(OH)₂ (CH) trong mẫu FAC-HSLWC giảm từ 14,2% (đối chứng xi măng thường) xuống còn 4,1–6,5% ở 28 ngày đối với hệ có SF và GGBFS. Ở chế độ dưỡng hộ nhiệt ẩm (70 °C và 90 °C), lượng CH tự do tiếp tục giảm sâu (xuống dưới 3,0%), phản ánh phản ứng puzolanic của FAC và phụ gia khoáng được kích hoạt mạnh mẽ. Ảnh SEM (Hình 6.14–6.18) chỉ rõ vùng tiếp giáp ITZ giữa vỏ hạt FAC và đá xi măng rất đặc chắc, khoáng C-S-H dạng sợi và tấm phát triển bám chặt vào bề mặt vỏ cầu, triệt tiêu vi lỗ rỗng tại ranh giới pha. Mẫu dưỡng hộ autoclave ở 28 ngày cho thấy sự kết tinh của khoáng tobermorite.
  • Tính chất cơ lý:
    • Khối lượng thể tích và cường độ chịu nén: FAC-HSLWC đạt khối lượng thể tích khô trong khoảng 1320–1580 kg/m³, cường độ chịu nén 28 ngày đạt từ 42,5 đến 68,4 MPa (mẫu lập phương 15 cm). Cường độ riêng đạt 32,5–45,6 kPa/kg.m⁻³.
    • Dưỡng hộ nhiệt ẩm: Chế độ dưỡng hộ nhiệt ẩm ở 70 °C và 90 °C giúp cường độ 3 ngày đạt 80–90% cường độ 28 ngày dưỡng hộ tiêu chuẩn.
    • Cường độ chịu kéo khi uốn: Dao động từ 4,8 đến 7,6 MPa; khi có 0,2% thể tích sợi PP, cường độ uốn tăng 22–35% so với mẫu không sợi, cải thiện rõ rệt tính giòn của vật liệu.
    • Mô đun đàn hồi và hệ số poatxon: Mô đun đàn hồi Ec đạt 14,2–21,8 GPa (thấp hơn bê tông thông thường có cùng cường độ nén, phù hợp với quy luật của bê tông nhẹ); hệ số poatxon nằm trong dải 0,18–0,21.
  • Độ bền lâu:
    • Độ co khô: Sau 90 ngày, độ co khô của FAC-HSLWC nằm trong khoảng 0,42–0,58 mm/m; việc bổ sung sợi PP giúp giảm độ co khô từ 15–20% so với mẫu không sợi.
    • Độ hút nước: Độ hút nước toàn phần đạt 5,2–7,8%, tương đương với bê tông thông thường nhờ cấu trúc rỗng kín của hạt FAC.
    • Chống thấm ion clo: Thử nghiệm RCPT cho điện lượng truyền qua dưới 1000 Coulomb (đạt mức thấm ion clo rất thấp theo ASTM C1202); điện trở suất khối BERT đạt trên 25 kΩ.cm.
    • Khả năng bền sun phát: Sau 12 tháng ngâm trong dung dịch Na₂SO₄ 5%, độ nở sun phát của mẫu FAC-HSLWC nhỏ hơn 0,04%, không xuất hiện nứt vỡ bề mặt.
  • Khả năng chịu tải của tấm sàn bê tông cốt thép: Chế tạo và thử nghiệm uốn tĩnh các tấm sàn panel BTCT kích thước 1200×600×60 mm sử dụng FAC-HSLWC so sánh với tấm sàn dùng bê tông thường cùng mác (Phụ lục 5). Kết quả thực nghiệm cho thấy:
    • Tải trọng phá hủy và độ võng giới hạn của sàn FAC-HSLWC tương đương với sàn bê tông thường (tải trọng nứt đạt 12–14 kN, tải trọng phá hủy đạt 34–36 kN).
    • Biến dạng tương đối của bê tông vùng nén và vùng kéo phát triển tương đồng; sơ đồ phân bố vết nứt và bề rộng khe nứt cực đại khi chịu tải tiêu chuẩn nằm trong giới hạn cho phép của TCVN 5574:2018 (< 0,3 mm), trong khi trọng lượng bản thân tấm sàn giảm 35–38%.

Kết quả và những đóng góp mới

Các đóng góp mới về mặt lý luận và khoa học:

  1. Đã xây dựng được mô hình toán học giải tích dự báo cường độ chịu nén 28 ngày của bê tông nhẹ cường độ cao sử dụng cenosphere (FAC-HSLWC), tích hợp định lượng các yếu tố ảnh hưởng cốt lõi gồm: cường độ đá chất kết dính đa cấu tử (XM - SF - GGBFS), tỷ lệ N/CKD, hệ số dư hồ Kd (thông qua bề dày màng hồ BPT/MPT), tỷ lệ thể tích FAC thay thế cát, kích thước hạt cốt liệu cát lớn nhất Dmax và hàm lượng cốt sợi polypropylene.
  2. Làm sáng tỏ bản chất cơ chế thủy hóa, biến đổi pha khoáng và hình thành vi cấu trúc vùng chuyển tiếp tiếp giáp (ITZ) giữa vỏ hạt FAC và đá xi măng: định lượng mức độ suy giảm canxi hydroxyt Ca(OH)₂ tự do qua phân tích nhiệt vi sai DTA/TG, chứng minh phản ứng puzolanic thứ cấp của pha thủy tinh trong hạt FAC được kích hoạt mạnh mẽ khi kết hợp cùng phụ gia khoáng siêu mịn và áp dụng chế độ dưỡng hộ nhiệt ẩm (70–90 °C), hình thành mạng lưới khoáng C-S-H đặc chắc bám dính trực tiếp trên vỏ hạt vi cầu.
  3. Thiết lập phương pháp tính toán và thiết kế thành phần cấp phối hoàn chỉnh cho FAC-HSLWC dựa trên nguyên lý thể tích tuyệt đối kết hợp tối ưu hóa độ lèn chặt hỗn hợp hạt khô (CPM) và kiểm soát bề dày màng hồ, bảo đảm đồng thời hai mục tiêu kỹ thuật: cường độ chịu nén đạt 40–80 MPa và khối lượng thể tích khô nằm trong khoảng 1200–2000 kg/m³.

Các đóng góp mới về mặt thực tiễn và ứng dụng:

  1. Xác lập hệ thống dữ liệu thực nghiệm toàn diện về các chỉ tiêu kỹ thuật của FAC-HSLWC chế tạo hoàn toàn từ nguyên liệu sẵn có tại Việt Nam (sử dụng tro vi cầu rỗng tuyển ướt từ Nhà máy nhiệt điện Phả Lại): tính chất công tác (độ chảy xòe, độ nhớt, hàm lượng bọt khí, tính phân tầng), các chỉ tiêu cơ lý (cường độ nén, kéo khi uốn, mô đun đàn hồi, hệ số poatxon) và các chỉ tiêu độ bền lâu (co khô, hút nước mao quản, chống thấm ion clo nhanh RCPT, điện trở suất khối BERT, độ nở sun phát).
  2. Kiểm chứng thành công khả năng làm việc thực tế của cấu kiện tấm sàn bê tông cốt thép sử dụng FAC-HSLWC thông qua thí nghiệm gia tải uốn tĩnh cấu kiện kích thước lớn, chứng minh cấu kiện có khả năng chịu lực, biến dạng và kiểm soát bề rộng khe nứt tương đương bê tông thường cùng cấp cường độ nhưng giảm tĩnh tải kết cấu sàn từ 35% đến 38%.
  3. Cung cấp giải pháp công nghệ tận dụng hiệu quả nguồn tro xỉ nhiệt điện than xả thải tại Việt Nam, nâng cao giá trị sử dụng của hạt vi cầu rỗng tro bay làm vật liệu xây dựng tính năng cao, giảm phát thải môi trường từ các bãi thải xỉ nhiệt điện.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của luận án:

  • Nghiên cứu thực nghiệm mới chỉ sử dụng một nguồn hạt vi cầu rỗng tro bay (FAC) thu hồi theo phương pháp tuyển nổi ướt từ hồ chứa xỉ của Nhà máy nhiệt điện Phả Lại; chưa khảo sát, so sánh tính chất cơ lý với nguồn FAC thu hồi theo công nghệ tuyển khô hoặc các nguồn tro bay từ các nhà máy nhiệt điện sử dụng nguồn than khác.
  • Cốt liệu trong nghiên cứu chỉ giới hạn ở cốt liệu nhỏ (cát tự nhiên kết hợp FAC với Dmax ≤ 2,5 mm, không sử dụng cốt liệu thô/đá dăm), do đó lượng dùng chất kết dính trong cấp phối còn ở mức tương đối cao.
  • Cốt sợi gia cường phân tán mới chỉ tập trung vào một loại sợi polymer là sợi polypropylene (sợi PP), chưa mở rộng so sánh hiệu quả cải thiện khả năng kháng uốn và biến dạng dẻo với các loại cốt sợi polymer tính năng cao khác như sợi PVA hay sợi polyetylen (PE).
  • Thời gian quan trắc biến dạng dài hạn (độ từ biến dưới tải trọng tĩnh duy trì liên tục) và độ bền ăn mòn trong môi trường axit mạnh chưa được thực hiện kéo dài trên nhiều năm.

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

  1. Tiếp tục khảo sát, đánh giá đặc tính của các nguồn cenosphere từ các nhà máy nhiệt điện than khác trên phạm vi toàn quốc và nghiên cứu áp dụng công nghệ tuyển khô nhằm nâng cao độ tinh sạch của hạt FAC.
  2. Nghiên cứu thực nghiệm về biến dạng từ biến dài hạn của FAC-HSLWC dưới tác động của ứng suất nén cao kéo dài, phục vụ trực tiếp cho việc tính toán tổn hao ứng suất trong kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực.
  3. Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ sản xuất cấu kiện đúc sẵn quy mô công nghiệp (panel tường, tấm sàn rỗng đùn ép, dầm sàn dự ứng lực) và xây dựng chỉ dẫn kỹ thuật tiêu chuẩn phục vụ thiết kế, thi công kết cấu sử dụng FAC-HSLWC tại Việt Nam.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo chuyên khảo hữu ích cho các nhóm đối tượng:

  • Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên ngành Kỹ thuật vật liệu, Kỹ thuật xây dựng: Tham khảo cơ sở lý thuyết về mô hình lèn chặt hạt (CPM), phương pháp quy hoạch thực nghiệm D-Optimal, các kỹ thuật phân tích vi cấu trúc hiện đại (DTA/TG, SEM) trong nghiên cứu tương tác giữa chất kết dính vô cơ và vi cầu rỗng tro bay, cũng như mô hình giải tích hồi quy phi tuyến dự đoán cường độ bê tông.
  • Kỹ sư thiết kế cấp phối và chuyên gia công nghệ bê tông tại các trạm trộn, nhà máy cấu kiện bê tông đúc sẵn: Vận dụng trực tiếp quy trình 6 bước thiết kế cấp phối FAC-HSLWC tại Chương 5 để tính toán cấp phối bê tông nhẹ kết cấu đạt mác 40–70 MPa, khối lượng thể tích 1300–1600 kg/m³, phục vụ sản xuất cấu kiện tấm sàn, tấm tường lắp ghép nhẹ, hoặc kết cấu dầm sàn cho công trình cao tầng.
  • Kỹ sư thiết kế kết cấu công trình: Tham khảo các thông số cơ lý thực nghiệm chi tiết (mô đun đàn hồi Ec, hệ số poatxon, quan hệ tải trọng - độ võng, biểu đồ ứng suất - biến dạng) tại Chương 6 và Phụ lục 5 để tính toán kết cấu bê tông nhẹ chịu lực theo TCVN 5574:2018 và Eurocode 2.
  • Cơ quan quản lý môi trường và doanh nghiệp xử lý tro xỉ nhiệt điện: Cung cấp luận cứ khoa học và thực tiễn để xây dựng quy trình công nghệ tuyển nổi, thu hồi sản phẩm tro vi cầu rỗng giá trị gia tăng cao từ các bãi thải xỉ than, thúc đẩy kinh tế tuần hoàn trong lĩnh vực vật liệu xây dựng.

Câu hỏi thường gặp

  1. Hạt vi cầu rỗng từ tro bay (FAC) có đặc điểm cấu tạo và tính chất cơ lý gì giúp chế tạo được bê tông nhẹ cường độ cao? Hạt FAC có cấu trúc rỗng kín nước, dạng hình cầu đều đặn với đường kính 20–300 µm, độ dày vỏ 1–18 µm. Khối lượng thể tích hạt chỉ 0,4–0,9 g/cm³ (khối lượng thể tích xốp 400–450 kg/m³), giúp giảm mạnh khối lượng thể tích bê tông xuống 1300–1600 kg/m³. Vỏ hạt gồm khoáng tinh thể mullite, thạch anh phân bố trong nền thủy tinh vô định hình alumo silicat với độ cứng 5–6 theo thang Mohs, cường độ chịu nén dập hạt đạt 180–280 kg/cm² và điểm chảy 1200–1300 °C. Nhờ vỏ cầu đặc chắc, độ hút nước thấp và độ bền hạt cao, FAC đóng vai trò cốt liệu nhẹ chịu lực vi mô tốt hơn các loại cốt liệu nhẹ rỗng hở truyền thống.

  2. Mô hình toán học dự đoán cường độ chịu nén của FAC-HSLWC được thiết lập dựa trên các thông số thành phần nào? Mô hình toán học dự đoán cường độ chịu nén 28 ngày ($R_{28}$) được xây dựng dưới dạng hàm tích các hệ số: $$R_{28} = f(R_{ckd}, N/CKD) \times K_d \times K_{FAC} \times K_{Dmax} \times K_s$$ Các biến số gồm: (1) Cường độ đá chất kết dính ($R_{ckd}$) phụ thuộc tỷ lệ phối trộn XM - SF - GGBFS và tỷ lệ N/CKD; (2) Hệ số dư hồ $K_d$ phản ánh bề dày lớp hồ bao bọc cốt liệu (đạt tối ưu khi $K_d$ = 1,35–1,45); (3) Tỷ lệ thể tích vi cầu rỗng thay thế cát ($K_{FAC}$); (4) Kích thước hạt cốt liệu cát lớn nhất ($K_{Dmax}$, tối ưu ở 1,25 mm); và (5) Hàm lượng cốt sợi polypropylene ($K_s$, tỷ lệ 0,1–0,3% thể tích). Mô hình có hệ số tương quan $R^2 > 0,92$ và sai số kiểm chứng dưới 8%.

  3. Chế độ dưỡng hộ nhiệt ẩm tác động như thế nào đến phản ứng puzolanic và vi cấu trúc của FAC-HSLWC? Ở điều kiện dưỡng hộ tiêu chuẩn (nhiệt độ phòng), phản ứng puzolanic của vỏ hạt FAC diễn ra chậm do bề mặt nhẵn và pha thủy tinh trơ. Khi áp dụng chế độ dưỡng hộ nhiệt ẩm ở 70 °C hoặc 90 °C, nhiệt độ cao kích hoạt phản ứng hòa tan silica vô định hình từ FAC và SF, phản ứng mạnh với Ca(OH)₂ sinh ra từ thủy hóa xi măng. Phân tích nhiệt trọng lượng TGA/DTG cho thấy hàm lượng Ca(OH)₂ tự do giảm sâu từ 14,2% xuống dưới 3,0%, đồng thời hình thành khoáng tobermorite và mạng lưới C-S-H đặc khít. Ảnh chụp SEM ghi nhận vùng ITZ quanh hạt FAC biến mất ranh giới phân tách, giúp cường độ nén 3 ngày đạt 80–90% cường độ 28 ngày dưỡng ẩm thường.

  4. Ứng xử chịu tải của tấm sàn bê tông cốt thép sử dụng FAC-HSLWC có đáp ứng yêu cầu kết cấu như bê tông thông thường không? Kết quả thử nghiệm uốn tĩnh trên các tấm sàn panel kích thước 1200×600×60 mm cho thấy tấm sàn sử dụng FAC-HSLWC có khả năng chịu lực tương đương tấm sàn dùng bê tông thông thường cùng mác: tải trọng xuất hiện vết nứt đạt 12–14 kN và tải trọng phá hủy uốn đạt 34–36 kN. Đường cong quan hệ tải trọng - độ võng, biến dạng nén của bê tông vùng biên và quy luật phát triển vết nứt diễn ra hoàn toàn tương đồng. Bề rộng vết nứt dưới tải trọng tiêu chuẩn nhỏ hơn 0,3 mm (thỏa mãn TCVN 5574:2018), trong khi kết cấu sàn giảm được 35–38% trọng lượng bản thân.

  5. Vì sao cốt sợi polypropylene (sợi PP) được đưa vào thành phần cấp phối của FAC-HSLWC? Do FAC-HSLWC sử dụng hàm lượng hồ chất kết dính cao và không chứa cốt liệu lớn đặc chắc, bê tông có tính giòn cao và co ngót lớn hơn bê tông thường. Việc bổ sung 0,1–0,3% thể tích sợi PP phân tán không làm suy giảm cường độ chịu nén mà đóng vai trò khâu giữ vi nứt trong giai đoạn đóng rắn sớm, làm giảm 15–20% độ co khô sau 90 ngày, đồng thời nâng cao cường độ chịu kéo khi uốn lên 22–35% (đạt 4,8–7,6 MPa), cải thiện tính dẻo dai và khả năng kháng nứt của kết cấu.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Lê Việt Hùng đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán chế tạo bê tông nhẹ cường độ cao (FAC-HSLWC) đạt cường độ chịu nén 40–70 MPa và khối lượng thể tích 1300–1600 kg/m³ từ nguồn hạt vi cầu rỗng tro bay thu hồi tại Nhà máy nhiệt điện Phả Lại kết hợp xi măng poóc lăng, silica fume, xỉ hạt lò cao nghiền mịn và cốt sợi polypropylene. Công trình đã thiết lập được mô hình toán học dự đoán cường độ chịu nén có độ tin cậy cao và đề xuất quy trình thiết kế cấp phối chuẩn hóa dựa trên nguyên lý thể tích tuyệt đối kết hợp bề dày màng hồ xi măng. Các kết quả kiểm chứng vi cấu trúc, độ bền lâu và khả năng chịu tải trên cấu kiện tấm sàn bê tông cốt thép kích thước thực tế đã chứng minh tính khả thi của việc ứng dụng FAC-HSLWC vào kết cấu chịu lực, đồng thời mở ra hướng tái sử dụng hiệu quả nguồn phụ phẩm tro xỉ nhiệt điện than tại Việt Nam.