Luận văn khả năng chống mài mòn bê tông geopolymer sử dụng sợi thép

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng và loại sợi thép đến khả năng chống mài mòn của bê tông geopolymer, đề xuất hàm lượng sợi hợp lý 1.5-2%.

• Tác giả: Nguyễn Văn Dũng
• Người hướng dẫn: PGS. Phan Duong Thanh
• Trường học: Trường Đại học Xây Dựng TP.HCM
• Chuyên ngành: Khoa học vật liệu
• Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng sợi, kích thước cũng như loại sợi, bổ sung trong bê tông geopolymer với vai trò cải thiện khả năng chống mài mòn
• Loại tài liệu: Thesis
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Khám phá tiềm năng Giới thiệu về chống mài mòn bê tông geopolymer sợi thép

Trong ngành xây dựng hiện đại, việc tìm kiếm các vật liệu bền vững và có hiệu suất cao là một ưu tiên hàng đầu. Bê tông geopolymer sợi thép chống mài mòn nổi lên như một giải pháp đầy hứa hẹn, vượt trội so với bê tông xi măng Portland truyền thống ở nhiều khía cạnh, đặc biệt là khả năng chống chịu tác động cơ học khắc nghiệt. Sự phát triển của công nghệ geopolymer đã mở ra kỷ nguyên mới cho vật liệu xây dựng thân thiện với môi trường, sử dụng các phế phẩm công nghiệp như tro bay thay vì xi măng, từ đó giảm đáng kể lượng khí thải carbon. Khi kết hợp với sợi thép, loại bê tông này không chỉ kế thừa các đặc tính bền vững của geopolymer mà còn được tăng cường đáng kể về độ dẻo dai, cường độ chịu kéo và quan trọng nhất là kháng mài mòn bê tông.

1.1. Bê tông Geopolymer Giải pháp vật liệu xanh cho tương lai

Bê tông Geopolymer là loại vật liệu gốc aluminosilicate vô cơ tổng hợp từ các nguyên liệu giàu silica và alumina (như tro bay, xỉ lò cao) được hoạt hóa bằng dung dịch kiềm. Quá trình này không cần nung nóng ở nhiệt độ cao như sản xuất xi măng Portland, giúp giảm phát thải CO2 tới 80%. Đây là vật liệu xây dựng bền vững sở hữu cường độ nén cao, khả năng chống ăn mòn hóa học và chịu nhiệt vượt trội. Việc ứng dụng bê tông geopolymer đang ngày càng được quan tâm trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

1.2. Vai trò của sợi thép Tăng cường độ bền cho bê tông Geopolymer

Việc bổ sung sợi thép trong bê tông Geopolymer nhằm mục đích cải thiện các tính chất cơ học, đặc biệt là cường độ chịu kéo uốn và độ dẻo dai. Sợi thép hoạt động như một cầu nối, ngăn chặn sự lan truyền của vết nứt và tăng cường khả năng hấp thụ năng lượng của vật liệu. Đối với khả năng chống mài mòn bê tông geopolymer sợi thép, sợi thép giúp phân tán ứng suất, giảm thiểu sự hình thành các hạt vụn trên bề mặt khi chịu tác động ma sát, làm chậm quá trình hư hại và kéo dài tuổi thọ công trình.

II. Thách thức lớn Vì sao bê tông truyền thống dễ bị mài mòn và giải pháp geopolymer

Bê tông truyền thống, dù là vật liệu phổ biến, vẫn đối mặt với nhiều hạn chế về độ bền, đặc biệt là khả năng chống mài mòn trong các môi trường khắc nghiệt. Các bề mặt như sàn nhà xưởng, đường giao thông, đập thủy điện hay kênh mương thường xuyên chịu tác động của ma sát, va đập và xói mòn, dẫn đến hư hỏng nhanh chóng. Sự mài mòn không chỉ làm giảm tuổi thọ công trình mà còn gây tốn kém chi phí sửa chữa, bảo trì. Do đó, việc nghiên cứu các vật liệu có kháng mài mòn bê tông vượt trội là cực kỳ cần thiết. Bê tông geopolymer sợi thép chống mài mòn đã được nghiên cứu nhằm khắc phục những nhược điểm này, mang lại giải pháp hiệu quả cho các cấu kiện chịu tải trọng và ma sát cao. Với cấu trúc vi mô bền chặt hơn và sự gia cường của sợi thép, vật liệu này hứa hẹn một tương lai bền vững hơn cho ngành xây dựng.

2.1. Hạn chế của bê tông xi măng Portland truyền thống

Bê tông xi măng Portland có một số nhược điểm cố hữu khi xét đến khả năng chống mài mòn. Cấu trúc lỗ rỗng của nó dễ bị xâm nhập bởi các tác nhân gây mài mòn vật lý, dẫn đến sự suy giảm bề mặt theo thời gian. Ngoài ra, khả năng chịu kéo và độ dẻo dai thấp của bê tông truyền thống làm cho nó dễ bị nứt và vỡ dưới tác động của lực cắt hoặc va đập, từ đó đẩy nhanh quá trình mài mòn. Những yếu tố này đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc phát triển các loại vật liệu có hiệu suất cao hơn.

2.2. Tiềm năng của Geopolymer trong việc cải thiện độ bền

Geopolymer mang lại tiềm năng lớn để vượt qua các hạn chế của bê tông truyền thống. Với quá trình geopolymer hóa, nó hình thành một cấu trúc liên kết ba chiều bền vững, có độ rỗng thấp hơn và khả năng chống chịu hóa chất tốt hơn. Điều này trực tiếp cải thiện kháng mài mòn bê tông. Hơn nữa, việc sử dụng các vật liệu phế thải công nghiệp không chỉ giảm tác động môi trường mà còn tạo ra sản phẩm có tính chất vượt trội, đặt nền móng vững chắc cho bê tông geopolymer sợi thép chống mài mòn.

2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ mài mòn của bê tông

Độ mài mòn của bê tông bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm cường độ chịu nén bê tông, thành phần cấp phối, độ rỗng, loại cốt liệu và phương pháp dưỡng hộ. Cường độ nén cao thường đi đôi với khả năng chống mài mòn tốt hơn. Tuy nhiên, sự hiện diện của các hạt mềm trong cốt liệu hoặc tỷ lệ nước/chất kết dính cao có thể làm giảm đáng kể khả năng này. Việc kiểm soát chặt chẽ các yếu tố này là chìa khóa để sản xuất bê tông geopolymer sợi thép chống mài mòn với hiệu suất tối ưu.

III. Bí quyết tăng cường Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của sợi thép lên bê tông geopolymer

Để tối ưu hóa khả năng chống mài mòn bê tông geopolymer sợi thép, việc nghiên cứu kỹ lưỡng các yếu tố ảnh hưởng là cực kỳ quan trọng. Nghiên cứu này tập trung vào việc khảo sát sự tác động của hàm lượng, kích thước và loại sợi thép đến độ bền mài mòn của bê tông geopolymer. Các mẫu bê tông được chế tạo với các biến thể về hàm lượng sợi từ 0.5% đến 2% và các loại sợi khác nhau như sợi Hook (sợi có móc) và sợi Thẳng (sợi thẳng). Quá trình chế tạo và dưỡng hộ mẫu tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn kỹ thuật để đảm bảo tính nhất quán và độ tin cậy của kết quả. Sau đó, các mẫu sẽ được kiểm tra cường độ chịu nén bê tông và kháng mài mòn bê tông bằng các phương pháp thí nghiệm tiêu chuẩn. Phương pháp này giúp xác định hàm lượng sợi thép tối ưu để đạt được hiệu suất chống mài mòn vượt trội.

3.1. Thiết kế cấp phối và chế tạo mẫu bê tông Geopolymer sợi thép

Việc thiết kế cấp phối cho bê tông geopolymer sợi thép đòi hỏi sự cân bằng giữa các thành phần như tro bay, dung dịch hoạt hóa kiềm (NaOH, Na2SiO3), cốt liệu và sợi thép. Trong nghiên cứu này, tro bay loại F được sử dụng làm chất kết dính chính. Tỷ lệ kiềm, nồng độ dung dịch NaOH và tỷ lệ Na2SiO3/NaOH được điều chỉnh để đạt được phản ứng geopolymer hóa tối ưu. Sợi thép, với các hàm lượng và hình dạng khác nhau, được phân bố đều trong hỗn hợp để đảm bảo sự gia cường đồng nhất. "Hàm lượng sợi hợp lý trong cấp phối bê tông Geopolymer từ 1,5% đến 2%, giúp cải thiện chất lượng bê tông, thông qua việc giảm độ mài mòn." (Tóm tắt luận văn).

3.2. Quy trình dưỡng hộ nhiệt Tối ưu hóa phản ứng Geopolymer hóa

Dưỡng hộ nhiệt bê tông Geopolymer là một bước thiết yếu để thúc đẩy quá trình geopolymer hóa, đảm bảo sự phát triển cường độ sớm và tối đa hóa tính chất của vật liệu. Các mẫu bê tông được dưỡng hộ trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm kiểm soát chặt chẽ (ví dụ: 60-80°C trong 24-48 giờ) sau khi đúc. Nhiệt độ cao giúp tăng tốc độ phản ứng trùng hợp, hình thành cấu trúc gel aluminosilicate bền vững hơn. Quy trình này không chỉ cải thiện cường độ chịu nén bê tông mà còn góp phần nâng cao khả năng chống mài mòn bê tông geopolymer sợi thép.

3.3. Phương pháp đánh giá độ mài mòn và cường độ cơ học

Để đánh giá hiệu quả của sợi thép trong bê tông Geopolymer, các mẫu thí nghiệm được kiểm tra theo các tiêu chuẩn quốc tế. Cường độ chịu nén bê tông được xác định bằng cách nén mẫu hình lập phương hoặc trụ đến khi phá hủy. Độ mài mòn được đánh giá thông qua thử nghiệm mài mòn bề mặt, sử dụng thiết bị chuyên dụng để đo lượng vật liệu bị mất đi sau một chu kỳ mài nhất định (ví dụ: phương pháp cát phun hoặc mài mòn quay). Các kết quả này cung cấp dữ liệu định lượng về kháng mài mòn bê tông và giúp xác định hàm lượng sợi thép tối ưu.

IV. Kết quả đột phá Đánh giá hiệu quả chống mài mòn bê tông geopolymer sợi thép tối ưu

Các nghiên cứu đã chỉ ra những kết quả đáng kể về khả năng chống mài mòn bê tông geopolymer sợi thép. Khi hàm lượng sợi thép được điều chỉnh hợp lý, độ mài mòn của bê tông giảm đáng kể. Cụ thể, trong một nghiên cứu, khi tăng hàm lượng sợi thép lên 2%, độ mài mòn của bê tông Geopolymer sợi Hook giảm tới 28.82% đối với sợi dài 3.5 cm và 6 cm. Điều này chứng tỏ sợi thép trong bê tông đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện độ bền mặt. Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén bê tông và độ mài mòn cũng được khẳng định: khi cường độ bê tông càng lớn, độ mài mòn càng nhỏ. Đây là một phát hiện quan trọng, cung cấp cơ sở khoa học để thiết kế các cấu kiện bê tông bền vững hơn. Việc xác định hàm lượng sợi thép tối ưu là chìa khóa để đạt được hiệu suất vượt trội cho bê tông geopolymer sợi thép chống mài mòn.

4.1. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi thép đến độ mài mòn

Nghiên cứu khảo sát sự ảnh hưởng của hàm lượng sợi thép tối ưu đã chỉ ra rằng, việc tăng hàm lượng sợi thép từ 0.5% đến 1% ban đầu có thể làm tăng độ mài mòn do khó khăn trong việc phân tán đồng đều sợi, tạo ra các vùng yếu. Tuy nhiên, khi hàm lượng sợi được nâng lên mức 1.5% đến 2%, độ mài mòn của bê tông geopolymer sợi thép giảm đáng kể. Cụ thể, độ mài mòn trung bình đối với bê tông sợi thép là 0.71 g/cm2. Khi hàm lượng sợi đạt 2%, độ mài mòn giảm tương ứng 28.82% đối với sợi Hook L=3.5 cm và L=6 cm, minh chứng cho hiệu quả của việc gia cường. (Trích tóm tắt luận văn).

4.2. Vai trò của loại và kích thước sợi thép

Bên cạnh hàm lượng, loại và kích thước sợi thép cũng tác động mạnh mẽ đến kháng mài mòn bê tông. Sợi Hook (có móc) thường cho kết quả tốt hơn sợi Thẳng do khả năng liên kết cơ học tốt hơn với ma trận geopolymer, từ đó tăng cường khả năng chịu kéo và độ dẻo dai. Kích thước sợi phù hợp giúp tối ưu hóa khả năng chống nứt và phân tán ứng suất, góp phần quan trọng vào việc cải thiện tổng thể khả năng chống mài mòn bê tông geopolymer sợi thép. Sự lựa chọn đúng đắn về loại và kích thước sợi là yếu tố quyết định hiệu quả gia cường.

4.3. Mối liên hệ giữa cường độ nén và kháng mài mòn

Mối quan hệ nghịch đảo giữa cường độ chịu nén bê tông và độ mài mòn là một phát hiện nhất quán trong các nghiên cứu về vật liệu này. Khi cường độ nén của bê tông càng cao, khả năng chống lại sự mài mòn càng tốt. Điều này giải thích tại sao việc tối ưu hóa cấp phối và quy trình dưỡng hộ nhiệt bê tông Geopolymer, cùng với việc bổ sung sợi thép trong bê tông, không chỉ nâng cao độ bền cơ học mà còn cải thiện đáng kể kháng mài mòn bê tông, tạo ra vật liệu có hiệu suất vượt trội.

V. Ứng dụng thực tiễn Tiềm năng của bê tông geopolymer sợi thép trong xây dựng bền vững

Khả năng chống mài mòn bê tông geopolymer sợi thép vượt trội mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng trong các công trình đòi hỏi độ bền cao và khả năng chống chịu môi trường khắc nghiệt. Từ các sàn nhà xưởng công nghiệp chịu tải trọng nặng và ma sát liên tục đến các công trình thủy lợi, đường giao thông, và các cấu kiện tiếp xúc trực tiếp với môi trường ăn mòn, loại bê tông này có thể mang lại hiệu quả kinh tế và tuổi thọ công trình đáng kể. Sự kết hợp giữa tính bền vững của công nghệ geopolymer và khả năng gia cường của sợi thép trong bê tông không chỉ giải quyết các vấn đề kỹ thuật mà còn góp phần vào mục tiêu phát triển bền vững của ngành xây dựng. Nghiên cứu sâu hơn về các tính chất dài hạn và khả năng thích ứng trong các điều kiện môi trường khác nhau sẽ tiếp tục mở rộng tiềm năng ứng dụng của vật liệu này.

5.1. Triển vọng ứng dụng trong các công trình chịu ma sát cao

Bê tông geopolymer sợi thép chống mài mòn có tiềm năng lớn trong việc xây dựng các bề mặt chịu ma sát cao. Điều này bao gồm sàn nhà máy, kho bãi, đường dốc, sân bay, và các công trình giao thông nơi xe cộ và thiết bị di chuyển liên tục. Khả năng kháng mài mòn bê tông được cải thiện giúp giảm thiểu chi phí bảo trì và kéo dài chu kỳ sửa chữa, mang lại lợi ích kinh tế rõ rệt. Ngoài ra, việc sử dụng các vật liệu phế thải công nghiệp như tro bay củng cố thêm vị thế của nó như một giải pháp thân thiện với môi trường.

5.2. Hướng phát triển cho vật liệu xây dựng thế hệ mới

Tương lai của bê tông geopolymer sợi thép không chỉ dừng lại ở việc cải thiện khả năng chống mài mòn. Các hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa sự tương tác giữa sợi và ma trận geopolymer ở cấp độ vi mô, phát triển các loại sợi mới hoặc kết hợp nhiều loại sợi (hybrid fibers) để đạt được các tính chất tối ưu hơn. Nghiên cứu cũng cần mở rộng sang việc đánh giá khả năng chịu nhiệt, chống cháy và chống ăn mòn hóa học trong các môi trường đặc biệt, từ đó khẳng định vị thế của nó như một vật liệu xây dựng bền vững và đa năng cho tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Sự cần thiết của đề tài nghiên cứu Theo số liệu của Liên đoàn Bê tông Châu Á cho biết bê tông đang là vật liệu xây dựng được sử dụng phổ biến nhất trên thế giới. Từ ngày 31/10 đến 2/11 tại Hà Nội diễn ra hội nghị quốc tế lần thứ 7 của Liên đoàn Bê tông châu Á (ACF 2016) với chủ đề “Phát triển bê tông bền vững cho hiện tại và tương lai”. Ước tính hàng năm có khoảng 35 tỷ tấn bê tông được sản xuất trên toàn cầu, các nước ở Châu Á hiện đang tiêu thụ lượng xi măng rất lớn, trong đó Việt Nam tiêu thụ 60 triệu tấn năm 2016. Hiện tại theo báo cáo của Cục Quản lý giá (Bộ Tài chính) công bố, Năm 2017, ước đạt khoảng 65 triệu tấn, tăng 5 triệu tấn, tăng khoảng 7% so với cùng kì năm trước.

Theo tính toán, để sản xuất ra một tấn xi măng thì nhà máy sẽ thải ra môi trường sấp xỉ một tấn CO2, khí này gây hiệu ứng nhà kính, góp phần làm trái đất nóng lên. Khí CO2 thải ra từ công nghiệp sản xuất xi măng chiếm khoảng 7% lượng CO2 trên toàn thế giới. Bên cạnh đó, với tình hình hiện nay của ngành sản xuất xi măng Portland đang ở mức đáng quan tâm.1 Khói bụi tại nhà máy sản xuất xi măng Hà Tiên – Kiên Giang (nguồn Internet) 1 Bên cạnh đó, việc sử dụng lượng lớn than trong các nhà máy nhiệt điện ở Việt Nam hiện nay tạo ra một nguồn tro bay khá lớn. Theo thống kê cho thấy, hiện cả nước có 21 nhà máy nhiệt điện đốt than đang hoạt động, tổng công suất lắp đặt khoảng 14.310 MW, lượng nhiên liệu tiêu thụ khoảng 40 triệu tấn than/năm, phát sinh lượng tro, xỉ thải mỗi năm khoảng 15.

Việc xử lý các chất thải này còn mang tính cầm chừng, chưa triệt để, nên về lâu dài sẽ ảnh hưởng đến môi trường sống của người dân do khí bụi, ô nhiễm nguồn nước.2 Tro bay, được xử lý chôn lấp tại các nhà máy điện (nguồn Internet) Ngoài ra, việc dùng sợi để tăng cường khả năng chịu lực cho bê tông xi măng là một ý tưởng được đề ra từ rất lâu. Bê tông cốt sợi đã được bắt đầu nghiên cứu từ đầu những năm 1960. Ngày nay các dạng kết cấu như: dầm, bản, vỏ bằng bê tông xi măng hoặc bê tông cốt thép có gia cường bằng sợi thép nhỏ, sợi polyme, sợi thủy tinh bền kiềm, sợi cacbon, sợi gỗ, sợi thực vật đã được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi trên thế giới cũng như bước đầu được quan tâm ở nước ta. Ứng dụng của bê tông cốt sợi thép mặc dù có nhiều ưu điểm nhưng trong một số trường hợp, bê tông cốt sợi thép không thể thay thế hoàn toàn bê tông cốt thép, ví dụ như trong trường hợp chịu ứng suất kéo lớn.

Bê tông cốt sợi thép cũng 2 không thể thay thế được bê tông cốt thép dự ứng lực nhưng lại có thể kết hợp để tạo thành kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực pha sợi thép với những tính năng chịu lực đặc biệt.Việc sử dụng cốt thép sợi sẽ làm cải thiện đáng kể các đặc tính chịu lực của bê tông. Trong những trường hợp có yêu cầu riêng về độ ổn định và hạn chế sử dụng cốt thép hoặc những công trình cần phải gia cường (ví dụ bê tông phun làm vỏ hầm, vỏ tàu thủy), bê tông cốt sợi thép có thể là một giải pháp hợp lý khi ứng dụng cho các cấu kiện chịu lực tập trung lớn. Một số ưu điểm của cốt sợi đối với bê tông:  Ứng dụng bê tông cốt sợi thép đã làm giảm kích thước cấu kiện dẫn đến giảm khối lượng các cấu kiện.  Bê tông cốt sợi thép có cường độ lớn nên rất phù hợp với quá trình sản xuất hàng loạt.

 Bê tông cốt sợi thép có khả năng chống cắt lớn nên có thể giảm hoặc thậm chí loại bỏ cốt xiên trong các cấu kiện không chịu lực lớn.  Gia cường cốt sợi thép trong bê tông đã làm tăng độ bền của bê tông cốt sợi thép. Giảm co ngót và giảm nứt đáng kể nên bảo vệ cốt thép tốt hơn khi chịu tác động của điều kiện môi trường.  Giảm các thanh thép ở các vùng chịu trọng tải tập trung dẫn đến tiết kiệm thời gian và tiền bạc cho các kết cấu cốt thép phức tạp.

Phản ứng thuỷ hoá giữa xi măng và nước được biết đến tạo ra sự co ngót rõ rệt của hồ xi măng đông cứng. Hàm lượng cốt liệu thô hợp lí mang tính hai mặt vừa tiết kiệm được khối lượng hồ xi măng, vừa là một thành phần chống lại sự co ngót do thuỷ hoá. Hsu cùng cộng sự [1] đã chỉ ra rằng có những vết nứt vi mô tại bề mặt của các phần tử cốt liệu thô kích thước lớn. Các vết nứt này tồn tại ở trạng thái không tải trọng.

Khi bê tông bị kéo dưới các tải trọng khác nhau, bao gồm cả quá trình mỏi, các vết nứt vi mô sẽ lan rộng theo bề mặt của cốt liệu và một phần ở khối bê tông xung quanh cốt liệu.Vì khối bê tông chứa hồ xi măng và các cốt liệu nhỏ hơn nên trong đó các sợi thép được trộn và sắp xếp một cách ngẫu nhiên do các sợi 3 này có thể bị thay đổi vị trí tương đối với cốt liệu thô. Khối bê tông trở thành hỗn hợp được tăng cường bởi sợi thép. Các quá trình liên quan đến sự tương tác giữa sợi và vật liệu nền chủ yếu xảy ra trong vùng tương đối nhỏ xung quanh sợi và vật liệu nền. Sợi vĩ mô Sợi vi mô Hiệu ứng cầu nối Hiệu ứng cầu đối với sợi vĩ mô nối đối với sợi vi Vết nứt lớn vết nứt vi mô Hình 1.3 Hiệu ứng cầu nối của sợi khi bê tông ở trạng thái nứt [1] Mặc khác, sự mài mòn là do tác động của các nguyên tố được vận chuyển bằng nước trong cấu trúc thủy lực của bê tông.

Các cấu trúc thủy lực bị ảnh hưởng nhiều nhất bởi các quá trình mài mòn là các bề mặt của đập tràn, bể lắng, tường của hồ chứa thượng nguồn, ống thoát nước và đường hầm thủy lực, ngoài ra còn có sự mài mòi do tác động từ các yếu tố bên ngoài như ma sát giữa vật thể bên ngoài đối với các kết cấu hạ tầng như mặt đường.4 Mài mòn do dòng chảy tại đập thủy điện Hòa Bình và mặt đường bị mài mòn do xe lưu thông (nguồn Internet) 4 Để giảm tác động mài mòn đối với các kết cấu bê tông, cũng đã có các đề tài nghiên cứu về sử dụng chất phụ gia, gia cường các loại sợi xây dựng cho bê tông nhằm tăng khả năng chống mài mòn, đồng thời đối với vật liệu thân thiện với môi trường cũng đã có các đề tài nghiên cứu về chất kết dính Geopolymer. Để nghiên cứu thêm một loại vật liệu, góp phần giảm tác động đến môi trường, đồng thời có khả năng giảm tác động mài mòn từ bên ngoài đối với các kết cấu, đề tài chọn nghiên cứu bê tông geopolymer có sử dụng thêm cốt sợi thép để hạm chế và giảm mài mòn đối với kết cấu bê tông. Các loại sợi thép thông dụng hiện nay như: Sợi thép hình dạng tròn trơn, có đầu Hook; sợi xoắn trơn, có đầu mốc. Có đặc tính tăng cường độ cho bê tông, giảm độ co ngót, tăng khả năng chống mài mòn, va đập, giảm khả năng bị nứt.2 Tình hình nghiên cứu 1.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước Vật liệu geopolymer được chế tạo nhờ vào quá trình polymer hóa nguyên liệu aluminosilicat trong môi trường kiềm do giáo sư Joseph Davidovits [2] đưa ra.

Theo Joseph Davidovits: "Bất kỳ một nguyên vật liệu nào trong đó có chứa dioxide silic và oxide nhôm đều có thể sử dụng để tạo ra vật liệu geopolymer". Joseph Davidovits [3] đã nghiên cứu và chế tạo thành công một loại xi măng mới bằng cách kết hợp nguyên liệu sét và dung dịch kiềm hoạt tính cao, tạo thành chất kết dính vô cơ mới có khả năng đóng rắn nhanh và cho cường độ ban đầu rất tốt với tên gọi xi măng polymer. Công nghệ này nhanh chống được phát triển trên toàn thế giới và đang dần dần có ưu thế hơn xi măng pooc lăng do có ưu điểm về nguyên liệu sản xuất và phương pháp sản xuất thân thiện với môi trường. Từ những tiền đề trên, Geopolymer được xem như là một loai vật liệu xanh và được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghệ và xây dựng.

Bê tông Geopolymer được xem như một loại vật liệu thể hiện các đặc tính cơ lý có thể thay thế được bê tông xi măng truyền thống. Và từ đó, hàng loạt những nghiên cứu về tính chất cơ lý của bê tông Geopolymer đã được thực hiện.Rangan [4] nghiên cứu về Quá trình phát triển và những đặc tính của bê tông Geopolymer sử dụng tro bay, có những nhận xét về những tính chất ảnh hưởng đến cường độ của bê tông Geopolymer như: Nồng độ Mole của dung dịch NaOH, tỉ lệ thủy tinh lỏng/dung dịch NaOH, nhiệt độ dưỡng hộ, thời gian dưỡng hộ. Mustafa Al Bakri [5], cường độ chịu nén và đăc tính cấu trúc của geopolymer sử dụng tro bay đã được tổng hợp để tạo nên cường độ cao cho geopolymer. Hardjito, Djwantoro [6] đã trình bày quá trình để sản xuất bê tông Geopolymer sử dụng tro bay, cách sản xuất và thí nghiệm mẫu cùng với các số liệu thu thập được.Naveen Kumar, Dr.Ramujee [7], nghiên cứu Khả năng chống mài mòn của bê tông Geopolymer, các kết quả thử nghiệm cuối cùng đã chỉ ra rằng sự kết hợp của các sợi dẫn đến việc cải thiện khả năng chống mài mòn nhiều hơn trong bê tông geopolymer so với bê tông xi măng.

Bê tông sợi thép được nghiên cứu từ những năm 1960. Tác giả Romualdi và Batson [8] đã dùng sợi thép để đánh giá khả năng gia cường sợi đến cường độ của bê tông. Các nghiên cứu về khả năng làm việc của hỗn hợp bê tông cốt sợi thép, ảnh hưởng của chiều dài sợi, tỷ lệ sợi, hàm lượng sợi đến các tính chất cơ lý của bê tông sợi thép [9, 10, 11], Tác giả RamaKrishna [12] và Kukreja [13] đã nghiên cứu ảnh hưởng của sợi có móc 2 đầu (Hook) và sợi thẳng (Straight) về cơ học phá hủy, tính chất cơ lý và cho thấy sợi Hook sẽ gia cường tốt hơn sợi thẳng. Khảo sát về ảnh hưởng của tỷ lệ chiều dài và đường kính sợi thép đến các tính chất của bê tông.2 Tình hình nghiên cứu trong nước Ở Việt nam, từ những năm 2008 đã có khá nhiều đề tài khoa học nghiên cứu và ứng dụng công nghệ này.