Tổng quan về luận án

Sự phát triển bùng nổ của cơ sở hạ tầng toàn cầu đã thúc đẩy nhu cầu tiêu thụ bê tông xi măng Poóc-lăng (OPC) tăng vọt. Theo thống kê khoa học được luận án trích dẫn: "năm 2019 sản lượng tiêu thụ đạt đến 4,1 tỷ tấn, làm tăng lượng phát thải khí CO2 từ công nghiệp sản xuất xi măng (trung bình 1 tấn xi măng phát thải 1 tấn CO2), gây hiệu ứng nhà kính". Tại Việt Nam, áp lực môi trường từ chất thải rắn công nghiệp ngày càng gia tăng khi "hằng năm, các nhà máy thải ra khoảng 11 triệu tấn tro bay, 5 triệu tấn xỉ đáy, 4 triệu tấn thạch cao", cùng với tiềm năng từ "nhà máy thép Hòa Phát – Dung Quất đi vào hoạt động hằng năm sẽ cung cấp khoảng 2,6 triệu tấn / năm" xỉ lò cao. Trước thách thức đó, luận án tiến sĩ kỹ thuật xây dựng của NCS. Phạm Quang Đạo (Trường Đại học Xây dựng, 2021) với đề tài "Nghiên cứu sự làm việc của dầm bê tông cốt thép sử dụng tro bay và xỉ lò cao làm chất kết dính geopolymer" mang tính tiên phong trong việc giải quyết đồng thời bài toán phát thải carbon và tái chế phế thải công nghiệp quy mô lớn.

Nghiên cứu tập trung vào một khoảng trống học thuật cốt lõi (research gap): Trong khi hầu hết các nghiên cứu quốc tế về bê tông geopolymer (GPC) tro bay thuần túy đòi hỏi quy trình dưỡng hộ nhiệt phức tạp (60°C – 90°C) và sử dụng chất kích hoạt kiềm dạng dung dịch lỏng có tính ăn mòn cao, thì việc chế tạo GPC đóng rắn ở nhiệt độ thường sử dụng chất hoạt hóa dạng bột khô ($Na_2SiO_3$) kết hợp tro bay (FA) và xỉ hạt lò cao nghiền mịn (GGBFS) tại Việt Nam vẫn chưa được định lượng rõ ràng. Quan trọng hơn, cơ sở lý thuyết tính toán sự làm việc chịu uốn trên tiết diện thẳng góc (TDTG) của cấu kiện dầm GPC cốt thép tương thích với Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2018 chưa từng được thiết lập hoàn chỉnh.

Luận án giải quyết 3 câu hỏi nghiên cứu và giả thuyết khoa học trung tâm:

  1. RQ1: Quy luật tương tác giữa tro bay Phả Lại, xỉ hạt lò cao S95 Hòa Phát và chất hoạt hóa kiềm bột khô ảnh hưởng như thế nào đến cường độ chịu nén (20 – 50 MPa), mô đun đàn hồi ($E_b$), và ứng xử ứng suất – biến dạng ($\sigma - \varepsilon$) ở điều kiện không dưỡng hộ nhiệt? (H1: Sự kết hợp FA-GGBFS hình thành đồng thời mạng lưới liên kết N-A-S-H và C-A-S-H, cho phép phát triển cường độ ở nhiệt độ môi trường).
  2. RQ2: Mô hình quan hệ ứng suất – biến dạng phi tuyến nào mô tả chính xác đặc tính làm việc của GPC chịu nén và kéo khi vật liệu thể hiện tính giòn cao hơn OPC? (H2: Hiệu chỉnh mô hình Popovics/Sargin với các thông số thực nghiệm sẽ phản ánh chính xác nhánh giảm ứng suất sau đỉnh của GPC).
  3. RQ3: Khả năng chịu uốn và mô men kháng nứt ($M_{crc}$) của dầm GPC cốt thép có thể tính toán chính xác theo nguyên lý giới hạn của TCVN 5574:2018 thông qua các hệ số hiệu chỉnh biến dạng dẻo $\gamma$ và chiều cao vùng nén quy đổi $\beta, \xi_R$ hay không? (H3: Khung giải tích tương thích TCVN 5574:2018 có thể dự báo chính xác ứng xử của dầm GPC với sai số dưới 10% so với thực nghiệm và mô phỏng số).

Khung lý thuyết của luận án được xây dựng dựa trên sự tích hợp giữa Lý thuyết phản ứng trùng ngưng vô cơ (Davidovits, 1978), Cơ học phá hủy phi tuyến vật liệu bê tông cốt thép và Trạng thái giới hạn theo TCVN 5574:2018. Phạm vi nghiên cứu bao gồm thực nghiệm vật liệu chế tạo mẫu thử đạt cường độ nén 20 – 50 MPa, thử nghiệm uốn các nhóm dầm GPC cốt thép tiết diện chữ nhật (nhóm dầm D1, D2, D3 với các hàm lượng cốt thép dọc $\mu$ khác nhau), kết hợp mô phỏng số phần tử hữu hạn 3D (ABAQUS) trên mô hình Concrete Damaged Plasticity (CDP).

Literature Review và Positioning

Tổng quan tài liệu cho thấy sự phát triển của chất kết dính geopolymer trải qua các cột mốc quan trọng từ nghiên cứu bê tông xỉ kiềm của Purdon (1940) đến phát minh chất kết dính geopolymer của Davidovits (1978, 1991). Các nghiên cứu nền tảng của Hardjito & Rangan (2005) tại Đại học Curtin (Úc) đã làm rõ các tính chất cơ lý của GPC tro bay loại F, chứng minh cường độ kéo ép chẻ ($f_{ct,sp}$) và lực dính với cốt thép của GPC vượt trội so với OPC, tuy nhiên bắt buộc phải bảo dưỡng nhiệt. Tiếp đó, các nghiên cứu của Lee (2013), Nath & Sarker (2014) và Thomas (2015) đã mở ra hướng đi mới khi thay thế một phần tro bay bằng GGBFS (10% – 30%), tận dụng $CaO$ trong xỉ lò cao để phản ứng ở nhiệt độ phòng.

Tuy nhiên, y văn quốc tế tồn tại hai luồng tranh luận học thuật sâu sắc:

  • Tranh luận 1: Cơ chế phát triển cường độ và mô đun đàn hồi ($E_b$). Lee (2013) ghi nhận $E_b$ của GPC tro bay - xỉ lò cao thấp hơn OPC từ 25% đến 40% so với dự báo của tiêu chuẩn ACI 318 và Eurocode 2 (EC2), do gel N-A-S-H có độ đặc chắc khung tinh thể khác biệt so với gel C-S-H truyền thống. Ngược lại, Thomas (2015) và Ding (2016) cho rằng khi tăng hàm lượng GGBFS, lượng gel C-A-S-H/C-S-H gia tăng làm cho $E_b$ tiệm cận gần hơn với OPC.
  • Tranh luận 2: Tương quan cường độ kéo – nén và công thức thực nghiệm. Trong khi Lee (2013) đề xuất $f_{ct,sp} = 0,45\sqrt{f'c}$ (thấp hơn ACI 318), thì Thomas (2015) lại công bố giá trị $f{ct,sp} = 1,08\sqrt{f'c}$ (cao gấp gần 2 lần ACI 318), và Sofi (2007) thiết lập ở mức $f{ct,sp} = 0,48\sqrt{f'_c}$. Sự phân tán dữ liệu này chứng minh tính phụ thuộc rất lớn của GPC vào nguồn khoáng học và độ mịn của nguyên liệu địa phương.

Về phương diện kết cấu dầm chịu uốn, Sumajouw & Rangan (2006) khi thử nghiệm 12 dầm GPC tro bay đã chỉ ra ứng xử 3 giai đoạn tương tự dầm OPC nhưng chưa đo đạc biến dạng chi tiết của bê tông vùng nén và cốt thép trên tiết diện thẳng góc, cũng như chưa xác lập công thức giải tích riêng cho tiêu chuẩn thiết kế. Maranan (2015) nghiên cứu dầm GPC dùng thanh polyme gia cường sợi thủy tinh (GFRP) chỉ ra biến dạng cực hạn vùng nén $\varepsilon_{cu}$ dao động từ 0,23% đến 0,42%. Tại Việt Nam, nghiên cứu của Trần Việt Hưng (2017) dừng lại ở GPC tro bay dưỡng hộ nhiệt cho kết cấu cầu hầm.

Luận án của Phạm Quang Đạo đã định vị chính xác khoảng trống khoa học này bằng việc: (1) Chuẩn hóa cấp phối GPC tro bay Phả Lại kết hợp xỉ lò cao S95 Hòa Phát dùng chất hoạt hóa bột khô ở nhiệt độ thường; (2) Thiết lập mô hình quan hệ $\sigma - \varepsilon$ thực nghiệm đặc thù cho vật liệu này; (3) Hoàn thiện quy trình giải tích tính toán mô men kháng nứt ($M_{crc}$) và mô men giới hạn ($M_{gh}$) tích hợp trực tiếp vào hệ thống tiêu chuẩn TCVN 5574:2018.

Đóng góp lý thuyết và khung phân tích

Đóng góp cho lý thuyết

Luận án mang lại những bước tiến lý thuyết quan trọng đối với cơ học kết cấu bê tông chất kết dính phi xi măng:

  • Mở rộng mô hình vật liệu phi tuyến: Luận án kiểm chứng và hiệu chỉnh mô hình ứng suất – biến dạng của Popovics (1973), Collins (1993) và Sargin (1971). Kết quả thực nghiệm chứng minh rằng GPC tro bay – xỉ lò cao có tính giòn cao hơn OPC, độ dốc nhánh giảm sau đỉnh dốc hơn rõ rệt. Luận án đã xác lập tham số hình dạng đường cong và biến dạng đỉnh $\varepsilon_{b0} \approx (0,0022 - 0,0026)$ cùng biến dạng cực hạn $\varepsilon_{bu} \approx (0,0030 - 0,0035)$ cho các cấp cường độ từ 20 đến 50 MPa.
  • Xác lập hệ số biến dạng dẻo $\gamma$ cho vùng kéo: Trong tính toán mô men kháng nứt $M_{crc} = \gamma W_{red} R_{bt,ser}$ theo TCVN 5574:2018 (vốn quy định $\gamma = 1,3$ cho dầm OPC chữ nhật), luận án chứng minh sự thay đổi trong tương quan đàn - dẻo của GPC và đề xuất giá trị $\gamma$ hiệu chỉnh phù hợp với khả năng chịu kéo uốn thực tế của GPC.
  • Xác định thông số tính toán vùng nén quy đổi chữ nhật: Thiết lập lại hệ số giới hạn chiều cao vùng nén $\xi_R$ và hệ số quy đổi $\beta$ cho dầm GPC cốt thép dựa trên biến dạng nén giới hạn thực tế $\varepsilon_{b2}$, giải quyết triệt để sự thiếu hụt tham số thiết kế kết cấu GPC trong tiêu chuẩn hiện hành.

Khung phân tích độc đáo

Khung phân tích của luận án tích hợp liên ngành 3 trụ cột lý thuyết:

  1. Lý thuyết phản ứng trùng ngưng vô cơ (Geopolymerization): Cơ chế hòa tan alumino-silicat bởi kiềm rắn và hình thành cấu trúc mạng polyme vô cơ 3 chiều song song với phản ứng thủy hóa của xỉ lò cao.
  2. Cơ học môi trường liên tục phi tuyến và tích phân Newton-Cotes: Sử dụng phương pháp số chia nhỏ thớ tiết diện để tích phân trường ứng suất phi tuyến thực nghiệm trên tiết diện thẳng góc, từ đó xác lập quan hệ nội lực – độ cong ($M - 1/r$).
  3. Lý thuyết trạng thái giới hạn (TTGH I & TTGH II): Xây dựng cầu nối tương thích giữa phương pháp biến dạng phi tuyến (Nonlinear Deformation Method) và phương pháp nội lực giới hạn vùng nén chữ nhật quy đổi theo TCVN 5574:2018.

Phương pháp nghiên cứu tiên tiến

Thiết kế nghiên cứu

Luận án áp dụng thế giới quan Thực chứng luận (Positivism) kết hợp thiết kế nghiên cứu đa tầng (Multi-level Experimental & Numerical Framework):

  • Cấp độ vi mô/vật liệu (Material Level): Đánh giá thành phần hóa học, thành phần khoáng (XRF/XRD), độ mịn, tỷ diện của tro bay Phả Lại (loại F theo TCVN 10302:2014) và xỉ hạt lò cao S95 Hòa Phát (TCVN 11586:2016).
  • Cấp độ mẫu chuẩn cơ học (Specimen Level): Thử nghiệm hàng loạt tổ mẫu hình trụ ($\phi 150 \times 300$ mm) và mẫu lăng trụ ($150 \times 150 \times 600$ mm) để xác định cường độ nén trục ($f_c, R_b$), kéo dọc trục ($f_{ct}$), kéo ép chẻ ($f_{ct,sp}$), kéo uốn ($f_r$), mô đun đàn hồi ($E_b$) và hệ số Poisson ($\nu$).
  • Cấp độ cấu kiện kết cấu (Structural Level): Chế tạo và thí nghiệm uốn tĩnh ngắn hạn các dầm bê tông cốt thép tỷ lệ thực với lưới đo biến dạng dày đặc, kiểm chứng chéo với mô hình phần tử hữu hạn 3D.

Quy trình nghiên cứu rigorous

Quy trình thực nghiệm được chuẩn hóa nghiêm ngặt:

  • Vật liệu đầu vào: Tro bay Phả Lại đạt tổng hàm lượng $(SiO_2 + Al_2O_3 + Fe_2O_3) \ge 70%$, hàm lượng mất khi nung $MKN \le 12%$; Xỉ S95 Hòa Phát có diện tích bề mặt riêng $\ge 5000\text{ cm}^2/\text{g}$, hoạt tính cường độ 28 ngày $\ge 95%$; Cát vàng sông Lô, đá dăm Kiện Khê cỡ hạt 5 – 20 mm; Chất hoạt hóa kiềm $Na_2SiO_3$ dạng bột khô hòa trộn trực tiếp với cốt liệu khô trước khi thêm nước.
  • Bảo dưỡng: Toàn bộ mẫu vật liệu và dầm kết cấu được bảo dưỡng trong điều kiện tự nhiên tại phòng thí nghiệm (nhiệt độ phòng $25^\circ\text{C} \pm 5^\circ\text{C}$, không gia nhiệt).
  • Thu thập dữ liệu và Tam giác đạc (Triangulation): Sử dụng hệ thống đầu đo chuyển vị LVDT đo độ võng tại giữa nhịp và các gối tựa; gắn phiến đo biến dạng điện trở (Strain Gauges) trực tiếp lên thanh cốt thép chịu kéo, cốt thép chịu nén và trên bề mặt bê tông vùng nén theo chiều cao tiết diện; sử dụng kính phóng đại chuyên dụng và cảm biến đo độ mở rộng khe nứt (Extensometer) để ghi nhận thời điểm xuất hiện khe nứt $P_{crc}$, bề rộng khe nứt $a_{crc}$ và khoảng cách khe nứt.

Data và phân tích

  • Phân tích thực nghiệm: Dữ liệu cảm biến được thu thập tự động qua bộ lưu dữ liệu đa kênh (Data Logger), lọc nhiễu tín hiệu và xử lý thống kê xác định hệ số biến động ($Cov \le 15%$), đảm bảo độ tin cậy và tính lặp lại của dữ liệu.
  • Mô phỏng số 3D bằng ABAQUS: Bê tông GPC được mô hình hóa bằng phần tử khối 3 chiều 8 nút tích hợp giảm (C3D8R) với mô hình Concrete Damaged Plasticity (DPCL/CDP). Cốt thép được mô phỏng bằng phần tử thanh 2 nút (T3D2) liên kết nhúng hoàn toàn (Embedded Region) vào khối bê tông dựa trên giả thiết lực dính hoàn hảo đã được kiểm chứng. Các đường cong suy giảm phá hủy nén ($d_c$) và phá hủy kéo ($d_t$) được nạp trực tiếp từ dữ liệu thực nghiệm. Kiểm tra độ nhạy lưới (Mesh convergence study) được thực hiện với các kích thước phần tử từ 15 mm đến 30 mm để triệt tiêu ảnh hưởng của tính phụ thuộc kích thước lưới phần tử.

Phát hiện đột phá và implications

Những phát hiện then chốt

  1. Chế tạo thành công GPC cường độ 20 – 50 MPa không dưỡng hộ nhiệt: Luận án đã xác lập thành công cấp phối tối ưu kết hợp tro bay và xỉ lò cao S95 với chất hoạt hóa $Na_2SiO_3$ dạng bột khô, đạt cường độ nén 28 ngày từ 20,5 MPa đến 52,3 MPa ở điều kiện nhiệt độ môi trường, giải quyết triệt để rào cản công nghệ thi công tại hiện trường.
  2. Đặc trưng cơ học đàn dẻo đặc thù: Mô đun đàn hồi $E_b$ của GPC thực nghiệm thấp hơn OPC từ 15% đến 25% ở cùng cấp cường độ (dao động trong khoảng 21,5 – 29,8 GPa cho cấp 20 – 50 MPa), trong khi cường độ chịu kéo ép chẻ $f_{ct,sp}$ cao hơn OPC từ 10% đến 18%. Quan hệ $\sigma - \varepsilon$ thể hiện độ dốc nhánh đàn hồi lớn nhưng suy giảm đột ngột sau đỉnh ứng suất.
  3. Quy luật làm việc trên tiết diện thẳng góc của dầm: Quá trình chịu uốn của dầm GPC cốt thép tuân thủ đầy đủ 3 giai đoạn: đàn hồi chưa nứt, hình thành và phát triển vết nứt, và phá hoại do cốt thép chảy dẻo kết hợp bê tông vùng nén bị ép vỡ. Biến dạng cốt thép dọc chịu kéo đạt giới hạn chảy $\varepsilon_y \approx 0,0021$ trước khi bê tông vùng nén đạt biến dạng cực hạn $\varepsilon_{bu} \approx 0,0032 - 0,0035$.
  4. Mô men kháng nứt và bề rộng vết nứt: Giá trị mô men kháng nứt thực nghiệm $M_{crc}^{exp}$ của dầm GPC cao hơn từ 8% đến 14% so với dầm OPC tương đương có cùng kích thước và hàm lượng cốt thép, do cường độ kéo của ma trận GPC cao hơn. Số lượng khe nứt nhiều hơn nhưng bề rộng khe nứt $a_{crc}$ phân bố đều và phát triển ổn định.
  5. Độ chính xác vượt trội của mô hình giải tích và số: Mô men giới hạn tính toán theo phương pháp nội lực giới hạn đề xuất $M_{gh}^{calc}$ chỉ chênh lệch từ 3,2% đến 6,8% so với giá trị thực nghiệm $M_u^{exp}$ và mô phỏng ABAQUS.

Implications đa chiều

  • Đóng góp lý thuyết: Bổ sung cơ sở dữ liệu thực nghiệm và hệ thống công thức giải tích cho kết cấu GPC vào lý thuyết tính toán bê tông cốt thép hiện đại.
  • Đổi mới phương pháp luận: Chuẩn hóa quy trình mô phỏng số CDP trong ABAQUS sử dụng dữ liệu nén/kéo thực tế của bê tông geopolymer tro bay – xỉ lò cao.
  • Ứng dụng thực tiễn: Cung cấp hướng dẫn thiết kế cấp phối và tính toán kết cấu dầm chịu uốn cho các kỹ sư xây dựng, cho phép ứng dụng GPC đổ tại chỗ hoặc cấu kiện đúc sẵn trong xây dựng dân dụng, giao thông và công trình ven biển.
  • Chính sách và Môi trường: Tạo cơ sở khoa học hiện thực hóa chính sách tái sử dụng phế thải công nghiệp theo Quyết định của Thủ tướng Chính phủ, thúc đẩy lộ trình giảm phát thải ròng (Net Zero) của ngành xây dựng Việt Nam.

Limitations và Future Research

Luận án thừa nhận một số giới hạn học thuật khách quan:

  1. Phạm vi nguồn vật liệu: Dữ liệu thực nghiệm tập trung vào nguồn tro bay Phả Lại và xỉ S95 Hòa Phát; sự biến động khoáng học của các nguồn tro xỉ khác chưa được khảo sát diện rộng.
  2. Dạng hình học và trạng thái ứng suất cấu kiện: Nghiên cứu chỉ tập trung vào dầm tiết diện chữ nhật đặt cốt đơn chịu uốn thuần túy hoặc uốn thuần túy kết hợp cắt ngắn hạn; chưa khảo sát tiết diện chữ T, chữ I, dầm liên tục hoặc dầm chịu tải trọng lặp/động đất.
  3. Ứng xử dài hạn: Chưa thực hiện thí nghiệm đo biến dạng từ biến (creep) và co ngót (shrinkage) dài hạn trên cấu kiện dầm quy mô lớn dưới tải trọng duy trì nhiều năm.

Chương trình nghiên cứu tương lai (Future Agenda):

  • Mở rộng nghiên cứu ứng xử chịu cắt, uốn - xoắn đồng thời của dầm GPC có cốt đai.
  • Khảo sát độ bền lâu của dầm GPC cốt thép trong môi trường xâm thực mặn biển và chu kỳ khô - ướt / đóng băng - tan băng.
  • Nghiên cứu ứng dụng bê tông GPC cường độ siêu cao (UHGPC) có bổ sung cốt sợi phân tán (FRP, sợi thép) cho các kết cấu nhịp lớn.

Tác động và ảnh hưởng

  • Tác động học thuật: Cung cấp tài liệu tham khảo cốt lõi cho các nghiên cứu sinh, học viên cao học chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng và Vật liệu Xây dựng; mở ra tiềm năng trích dẫn cao trong các tạp chí ISI/Scopus chuyên ngành vật liệu xanh và kết cấu công trình.
  • Chuyển đổi công nghiệp: Thúc đẩy các doanh nghiệp sản xuất bê tông thương phẩm (Readymix) và cấu kiện đúc sẵn (dầm cầu, panen sàn, cọc cừ, tấm tường chắn) thương mại hóa sản phẩm GPC không cần buồng dưỡng nhiệt.
  • Hiệu quả kinh tế - xã hội: Tiêu thụ hàng triệu tấn tro xỉ nhiệt điện và luyện kim, giải phóng hàng trăm hecta bãi thải xỉ, giảm áp lực khai thác tài nguyên sét/đá vôi cho sản xuất xi măng, và cắt giảm trực tiếp hàng triệu tấn khí thải carbon.

Đối tượng hưởng lợi

  • Nghiên cứu sinh và Giảng viên đại học: Tiếp cận bộ số liệu thực nghiệm đầy đủ về quan hệ $\sigma - \varepsilon$ và thuật toán giải tích tích phân phân bố ứng suất trên TDTG dầm GPC.
  • Kỹ sư kết cấu và Đơn vị tư vấn thiết kế: Sở hữu cẩm nang chỉ dẫn tính toán khả năng kháng nứt và chịu lực của dầm GPC tương thích với tiêu chuẩn hiện hành TCVN 5574:2018.
  • Tổng thầu xây dựng và Nhà máy cấu kiện đúc sẵn: Có quy trình công nghệ chế tạo cấp phối GPC từ chất hoạt hóa bột khô đóng rắn ở nhiệt độ thường, tối ưu hóa chi phí năng lượng bảo dưỡng.
  • Cơ quan quản lý nhà nước (Bộ Xây dựng, Bộ Tài nguyên & Môi trường): Có luận cứ khoa học để hoàn thiện định mức kinh tế kỹ thuật và ban hành các tiêu chuẩn quốc gia cho vật liệu, kết cấu bê tông geopolymer.

Câu hỏi chuyên sâu

  1. Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất của luận án là gì? Trả lời: Luận án đã mở rộng mô hình ứng suất – biến dạng của Sargin (1971) và Popovics (1973) để đặc trưng hóa chính xác tính giòn và nhánh giảm sau đỉnh của bê tông geopolymer tro bay – xỉ lò cao; đồng thời đề xuất hệ số xét đến biến dạng dẻo vùng kéo $\gamma$ và hệ số chiều cao vùng nén giới hạn $\xi_R$ riêng cho GPC trong khung tính toán của tiêu chuẩn TCVN 5574:2018.
  2. Đổi mới phương pháp luận so với các nghiên cứu tiền nhiệm quốc tế? Trả lời: So với Hardjito & Rangan (2005) (chỉ dùng tro bay, dưỡng nhiệt) và Sumajouw & Rangan (2006) (không đo biến dạng nội tại trên tiết diện), luận án đã đột phá khi: (i) Sử dụng chất kích hoạt bột khô $Na_2SiO_3$ đóng rắn tự nhiên; (ii) Đo đạc đồng thời biến dạng thớ bê tông ngoài cùng và cốt thép trên toàn bộ các cấp tải trọng; (iii) Kết hợp mô phỏng số 3D ABAQUS CDP có nạp thông số phá hủy thực nghiệm chính xác.
  3. Phát hiện bất ngờ nhất từ dữ liệu thực nghiệm là gì? Trả lời: Mặc dù GPC có mô đun đàn hồi $E_b$ thấp hơn OPC khoảng 15% – 25% (khiến độ võng sau nứt phát triển nhanh hơn), nhưng khả năng chịu uốn cực hạn $M_u$ và mô men kháng nứt $M_{crc}$ của dầm GPC lại tương đương hoặc cao hơn dầm OPC cùng tiết diện và hàm lượng cốt thép, nhờ cường độ kéo uốn vượt trội của mạng lưới liên kết vô cơ.
  4. Quy trình tái lập (Replication Protocol) có được cung cấp chi tiết không? Trả lời: Có. Luận án công bố chi tiết thành phần hạt, thành phần hóa XRF của tro bay Phả Lại, xỉ S95 Hòa Phát, tỷ lệ nước/chất kết dính ($N/CKD$), tỷ lệ chất hoạt hóa ($CHH/CKD$), quy trình trộn cốt liệu khô – ẩm, chế độ bảo dưỡng và sơ đồ lắp đặt cảm biến/LVDT đạt chuẩn thí nghiệm kết cấu.
  5. Chương trình nghiên cứu 10 năm tiếp theo được định hình ra sao? Trả lời: Chương trình tập trung vào 3 hướng: (1) Xây dựng Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông Geopolymer Việt Nam; (2) Nghiên cứu ứng xử mỏi, dão và từ biến dài hạn của cấu kiện chịu lực GPC; (3) Ứng dụng GPC cốt sợi phi kim trong các công trình hạ tầng biển đảo thích ứng biến đổi khí hậu.

Kết luận

  1. Chế tạo thành công bê tông geopolymer cường độ 20 – 50 MPa từ 100% phế thải công nghiệp (tro bay Phả Lại, xỉ lò cao Hòa Phát) sử dụng chất hoạt hóa bột khô đóng rắn ở nhiệt độ thường.
  2. Thiết lập và thực chứng mô hình quan hệ ứng suất – biến dạng phi tuyến đặc thù cho GPC, làm sáng tỏ cơ chế phá hoại giòn của vật liệu.
  3. Đề xuất quy trình giải tích tính toán mô men kháng nứt ($M_{crc}$) và khả năng chịu lực trên tiết diện thẳng góc ($M_{gh}$) tương thích hoàn hảo với TCVN 5574:2018.
  4. Kiểm chứng toàn diện ứng xử uốn, độ cong, phân bố ứng suất và phát triển khe nứt của dầm GPC cốt thép thông qua tích hợp thực nghiệm – mô phỏng số 3D ABAQUS.
  5. Đóng góp trực tiếp vào mục tiêu phát triển bền vững, kinh tế tuần hoàn và giảm thiểu dấu chân carbon trong ngành xây dựng Việt Nam.
  6. Mở ra tiền đề khoa học vững chắc để đưa bê tông geopolymer trở thành vật liệu kết cấu chịu lực thay thế hoàn toàn bê tông xi măng truyền thống trong tương lai.