Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Sự gia tăng nhanh chóng của các công trình xây dựng dân dụng và nhà cao tầng tại các đô thị lớn ở Việt Nam đặt ra yêu cầu cấp thiết về công tác phòng cháy, chữa cháy và giảm thiểu rủi ro sau hỏa hoạn. Các sự cố cháy nổ thực tế (như vụ cháy chung cư Carina tại Thành phố Hồ Chí Minh) cho thấy thiệt hại về tính mạng và kết cấu công trình là rất nghiêm trọng. Để hạn chế tổn thất, việc sử dụng các loại chất kết dính có khả năng chịu nhiệt cao là giải pháp quan trọng.

Bên cạnh yêu cầu về tính năng làm việc, ngành công nghiệp sản xuất xi măng đang đối mặt với bài toán cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên, chi phí sản xuất gia tăng và tác động môi trường. Trung bình để sản xuất 1 tấn xi măng cần tiêu tốn khoảng 2 tấn nguyên nhiên liệu và phát thải khoảng 0,8 tấn CO₂, chiếm khoảng 7% lượng khí thải CO₂ toàn cầu. Trong khi đó, các ngành công nghiệp nặng như luyện kim, nhiệt điện tại Việt Nam phát thải lượng lớn xỉ lò cao và tro bay chưa được xử lý triệt để, gây áp lực lên bãi chứa và môi trường. Xỉ hạt lò cao là sản phẩm phụ có hoạt tính thủy lực tiềm ẩn, chứa các oxit tương đồng với xi măng (SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, CaO). Việc tận dụng xỉ nghiền mịn thay thế một phần xi măng Portland vừa mang lại lợi ích sinh thái, vừa hỗ trợ cải thiện độ bền xâm thực, độ chống thấm và cường độ dài ngày. Tuy nhiên, các dữ liệu thực nghiệm về hành vi chịu nhiệt của xi măng trộn xỉ vẫn còn hạn chế so với các phụ gia khác như tro bay hay silica fume.

Đề tài được thực hiện nhằm giải quyết các mục tiêu:

  1. Nghiên cứu khả năng chịu nhiệt của đá xi măng trộn xỉ hạt lò cao nghiền mịn.
  2. Đề xuất hàm lượng xỉ thích hợp để phối trộn với xi măng nhằm đạt khả năng chịu nhiệt và duy trì tính năng cơ lý tốt nhất.

Nhiệm vụ nghiên cứu được xác định bao gồm 4 nội dung:

  1. Tổng quan tài liệu về lĩnh vực xi măng, phụ gia xỉ lò cao và tác động của nhiệt độ cao lên đá xi măng.
  2. Khảo sát một số tính chất cơ lý - hóa của nguyên liệu đầu vào: xỉ, cát, xi măng.
  3. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng xỉ đến khả năng chịu nhiệt thông qua cường độ nén và một số phân tích cấu trúc vi mô.
  4. Đánh giá khả năng chịu nhiệt của xi măng trộn xỉ sau khi xử lý nhiệt.

Đối tượng nghiên cứu là đá xi măng Portland thông dụng (OPC) và xi măng Portland hỗn hợp trộn xỉ hạt lò cao nghiền mịn. Phạm vi thực nghiệm bao gồm việc khảo sát các tỷ lệ thay thế xỉ từ 0% đến 40% khối lượng, bảo dưỡng ở 28 ngày và 45 ngày tuổi, sau đó xử lý nhiệt tại các mốc nhiệt độ 200 °C, 400 °C và 600 °C với thời gian lưu nhiệt 1 giờ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận dựa trên lý thuyết hydrat hóa và đông kết của clinker xi măng Portland, bao gồm bốn pha khoáng chính: alite ($C_3S$), belite ($C_2S$), tricanxi aluminat ($C_3A$) và feroaluminat tetracanxit ($C_4AF$). Cơ chế đóng rắn được giải thích theo thuyết Baikov – Rebinder qua ba giai đoạn liên tiếp: hòa tan, hóa keo và kết tinh tạo màng cấu trúc rắn chắc. Các sản phẩm hydrat hóa chủ yếu bao gồm gel canxi silicat hydrat (C-S-H), canxi hydroxit ($Ca(OH)2$ hay portlandite), ettringite ($C_6A\bar{S}3H{32}$) và monosulfate ($C_4A\bar{S}H{12}$).

Cơ chế hoạt tính của xỉ hạt lò cao là hoạt tính thủy lực tiềm ẩn. Ở trạng thái ban đầu, bề mặt hạt xỉ hình thành màng keo $Al(OH)_3$ và $Si(OH)_4$ ức chế quá trình hòa tan. Khi có mặt các chất hoạt hóa do clinker giải phóng (đặc biệt là $Ca(OH)_2$ và các ion $Ca^{2+}$, $SO_4^{2-}$, $Na^+$, $K^+$), màng keo bị phá vỡ và xảy ra phản ứng pozzolanic: $$3Ca(OH)_2 + 2SiO_2 + H_2O \rightarrow 3CaO \cdot 2SiO_2 \cdot H_2O \text{ (C-S-H)}$$ $$3Ca(OH)_2 + Al_2O_3 + 6H_2O \rightarrow 3CaO \cdot Al_2O_3 \cdot 6H_2O \text{ (CAH)}$$

Quá trình này tiêu thụ $Ca(OH)_2$ tự do, lấp đầy lỗ rỗng mao quản và làm tăng độ đặc chắc cho nền đá xi măng.

Khi chịu tác động của nhiệt độ cao, nền đá xi măng trải qua chuỗi biến đổi pha và suy thoái cấu trúc:

  • Dưới 100 °C: Mất nước tự do trong lỗ rỗng và phân hủy khoáng ettringite.
  • Khoảng 150–300 °C: Mất nước hấp phụ và nước liên kết trong gel C-S-H; các nhóm silanol ($Si-OH \cdots HO-Si$) ngưng tụ tạo liên kết siloxane ($Si-O-Si$) làm tăng độ co ngót và có thể làm tăng nhẹ cường độ.
  • Khoảng 500–550 °C: Portlandite bị phân hủy mạnh theo phản ứng: $$Ca(OH)_2 \xrightarrow{t^\circ} CaO + H_2O\uparrow$$ Khi để nguội trong không khí, $CaO$ tự do hút ẩm tái tạo $Ca(OH)_2$, gây giãn nở thể tích và phá hủy liên kết cơ học.
  • Trên 600–700 °C: Gel C-S-H phân hủy hoàn toàn thành $\beta\text{-}C_2S$, $\beta\text{-}wollastonite$ ($\beta\text{-}CS$) và nước, dẫn đến suy giảm cường độ nghiêm trọng.

Hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật được áp dụng trong nghiên cứu:

Ký hiệu tiêu chuẩn Nội dung phương pháp thử nghiệm
TCVN 8265:2009 Xỉ hạt lò cao – Phương pháp phân tích hóa học
TCVN 11586:2016 Xỉ hạt lò cao nghiền mịn dùng cho bê tông và vữa
TCVN 6260:2009 Xi măng Portland hỗn hợp – Yêu cầu kỹ thuật
TCVN 2682:2009 Xi măng Portland – Yêu cầu kỹ thuật
TCVN 6882:2016 Phụ gia khoáng cho xi măng
TCVN 4030:2003 Xi măng – Phương pháp xác định độ mịn và khối lượng riêng
TCVN 6017:1995 Xi măng – Xác định thời gian đông kết và độ ổn định thể tích
TCVN 6016:2011 Xi măng – Phương pháp thử xác định cường độ
TCVN 7570:2006 Cốt liệu cho bê tông và vữa – Yêu cầu kỹ thuật
TCVN 7572-2:2006 Cốt liệu – Xác định thành phần hạt
TCVN 7572-8:2006 Cốt liệu – Xác định hàm lượng bùn, bụi, sét
TCVN 3121-3:2003 Vữa xây dựng – Xác định độ lưu động của vữa tươi

Các phương pháp phân tích thiết bị hiện đại bao gồm:

  • Huỳnh quang tia X (XRF): Máy ARL ADVANT’X (Thermo) xác định thành phần oxit của xi măng và xỉ.
  • Nhiễu xạ tia X (XRD): Thiết bị Bruker D2 PHASER, bức xạ Cu K$\alpha1$ ($\lambda = 1,5406\text{ \AA}$), góc quét $2\theta$, so sánh cơ sở dữ liệu ICDD.
  • Kính hiển vi điện tử quét (SEM): Thiết bị Hitachi FESEM S4800 (Nhật Bản), đầu dò điện tử thứ cấp (SE), quan sát hình thái vi cấu trúc mẫu gãy ở các mức nhiệt độ.
  • Phân tích nhiệt đồng thời (TGA/DSC): Thiết bị SETARAM Labsys Evo 1600 (Pháp), tốc độ gia nhiệt 5 °C/phút từ nhiệt độ phòng đến 1000 °C trong môi trường khí $N_2$.

Nguồn dữ liệu thực nghiệm sử dụng xỉ lò cao nghiền mịn Hòa Phát (mác S95), xi măng PC40 Vicem Hà Tiên 1 và cát mịn khai thác từ Vạn Cát – Long An.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương này hệ thống hóa các tài liệu khoa học liên quan đến cấu tạo clinker, các giai đoạn hydrat hóa của bốn pha khoáng chính và cấu trúc lỗ rỗng của đá xi măng (bao gồm khoảng không gian xen kẽ trong C-S-H kích thước 5–25 Å, lỗ rỗng mao quản 10–50 nm và lỗ rỗng khí 50–200 $\mu m$).

Tác giả phân loại các dạng nước tồn tại trong đá xi măng: nước mao mạch, nước hấp phụ, nước xen kẽ và nước liên kết hóa học. Phần phụ gia khoáng trình bày các đặc tính của tro bay, silica fume, đá vôi, thạch cao và xỉ lò cao nghiền mịn. Tiêu chuẩn TCVN 11586:2016 được trích dẫn để nêu bật yêu cầu kỹ thuật của bốn cấp xỉ: S60, S75, S95 và S105.

Chương 1 cũng tổng thuật các công trình nghiên cứu:

  • Trong nước: Nghiên cứu của TS. Nguyễn Khánh Sơn và cộng sự (2014) về xỉ thép EAF kết hợp GBFS; nghiên cứu của Hoàng Minh Đức, Trần Quốc Toán (2020) về tương quan cường độ dài ngày giữa tro bay và xỉ hạt lò cao nghiền mịn; nghiên cứu của Nguyễn Hoàng Thanh Quý (2019) về cường độ còn lại của bê tông vỏ hầm Hải Vân 2 sau khi chịu nhiệt độ từ 80 °C đến 600 °C.
  • Quốc tế: Các công bố của R. Khoury (1993) trên 1210 mẫu nung tới 600 °C cho thấy cấp phối 65% xỉ đạt hiệu quả duy trì cường độ tối ưu; nghiên cứu của Chan và cộng sự về sự phá hủy vi cấu trúc của bê tông cường độ cao ở 400–800 °C; nghiên cứu của Omer Arioz (2006) về hao hụt khối lượng và suy giảm độ bền bê tông chịu nhiệt; nghiên cứu của Katalin Kopecskó và cộng sự (2016) chứng minh tăng tỷ lệ xỉ làm giảm mật độ vết nứt bề mặt; nghiên cứu của Eskinder Desta Shumuye và cộng sự (2019) về pha gel C-A-S-H trong bê tông xỉ chịu nhiệt.

Chương 2: Thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu

Chương này trình bày sơ đồ nghiên cứu và quy trình đúc 40 nhóm mẫu thử nghiệm. Mẫu được chia thành hai nhóm tuổi bảo dưỡng là 28 ngày và 45 ngày: 10 mẫu kiểm chứng ở nhiệt độ phòng và 30 mẫu chịu tác động nhiệt độ cao (200 °C, 400 °C, 600 °C).

Cấp phối thí nghiệm được thiết kế như sau:

Ký hiệu mẫu Tỷ lệ xi măng OPC (% khối lượng) Tỷ lệ xỉ lò cao (% khối lượng)
M0 100 0
M1 90 10
M2 80 20
M3 70 30
M4 60 40

Quy trình tạo vữa sử dụng tỷ lệ cố định gồm: 1350 g cát mịn (mô đun độ lớn $M_x = 1,365$), 450 g chất kết dính (xi măng kết hợp xỉ) và 370 g nước sạch, tương ứng tỷ lệ nước/chất kết dính ($N/CKD$) là 0,822 (được xác định dựa trên thử nghiệm độ lưu động đạt tiêu chuẩn của cát mịn). Vữa được trộn bằng máy, đúc khuôn, tháo khuôn sau 24 giờ và ngâm bảo dưỡng thủy hóa trong thùng xốp chứa nước máy ở nhiệt độ phòng.

Quy trình gia nhiệt: Mẫu sau khi đủ tuổi bảo dưỡng được vớt ra, để ráo bề mặt và đưa vào lò nung từ nhiệt độ phòng với tốc độ nâng nhiệt 5 °C/phút đến các mốc 200 °C, 400 °C và 600 °C. Thời gian lưu nhiệt tại nhiệt độ đích là 1 giờ. Sau đó, mẫu được làm nguội tự nhiên trong lò về nhiệt độ phòng trước khi thực hiện thử nghiệm nén và phân tích pha.

Chương 3: Kết quả và bàn luận

Chương 3 công bố các số liệu kiểm định cơ lý của nguyên liệu đầu vào và các cấp phối xi măng trộn xỉ.

Chỉ tiêu cơ lý - hóa của xi măng PC40 Vicem Hà Tiên:

  • Hàm lượng $SO_3$: 2,71% (TCVN 6260:2009 quy định $\le 3,5%$).
  • Độ mịn sót sàng: 3,29% (quy định $\le 10%$).
  • Lượng nước tiêu chuẩn: 0,29.
  • Độ ổn định thể tích (Le Chatelier): 1,35 mm (quy định $\le 10\text{ mm}$).
  • Thời gian đông kết: Bắt đầu ở 222 phút (quy định $\ge 45\text{ phút}$), kết thúc ở 272 phút (quy định $\le 375\text{ phút}$).
  • Khối lượng riêng: $3,1\text{ g/cm}^3$.

Tính chất của xỉ lò cao nghiền mịn Hòa Phát và cát:

  • Xỉ có độ ẩm và lượng mất khi nung (MKN) đạt yêu cầu theo TCVN 11586:2016, hoạt tính cường độ phân loại đạt mác xỉ S95.
  • Cát mịn có mô đun độ lớn $M_x = 1,365$, hàm lượng bùn, bụi, sét nằm trong giới hạn cho phép của TCVN 7570:2006.

Các chỉ tiêu của hỗn hợp xi măng trộn xỉ (M0 đến M4):

  • Độ dẻo tiêu chuẩn tăng nhẹ khi tỷ lệ xỉ tăng lên do tính chất xốp và độ mịn của xỉ nghiền.
  • Thời gian đông kết bắt đầu và kết thúc kéo dài tương ứng theo tỷ lệ phần trăm xỉ thay thế.
  • Độ ổn định thể tích của tất cả các mẫu đều đạt dưới ngưỡng cho phép của tiêu chuẩn.

Diễn biến cường độ nén và cấu trúc vi mô khi xử lý nhiệt:

  • Ở 28 ngày và 45 ngày tuổi (nhiệt độ phòng): Mẫu đối chứng M0 đạt cường độ ban đầu cao hơn các mẫu trộn xỉ ở giai đoạn sớm do tốc độ thủy hóa clinker nhanh hơn phản ứng pozzolanic của xỉ. Tuy nhiên, ở 45 ngày tuổi, khoảng cách cường độ giữa M0 và các mẫu M3, M4 được thu hẹp đáng kể nhờ sự phát triển tiếp diễn của gel C-S-H thứ sinh.
  • Sau khi gia nhiệt ở 200 °C: Cường độ nén của các mẫu không bị suy giảm mà có xu hướng giữ vững hoặc tăng nhẹ, do phản ứng mất nước tự do thúc đẩy cấu trúc co lại và sự hình thành liên kết siloxane.
  • Sau khi gia nhiệt ở 400 °C: Cường độ bắt đầu có dấu hiệu suy giảm, xuất hiện các vết nứt vi mô do mất nước liên kết trong C-S-H.
  • Sau khi gia nhiệt ở 600 °C: Cường độ nén của tất cả các mẫu suy giảm mạnh. Tuy nhiên, các mẫu M3 (30% xỉ) và M4 (40% xỉ) thể hiện tỷ lệ duy trì cường độ nén dư cao hơn mẫu M0.
  • Kết quả XRD: Mẫu M4 sau 28 ngày cho thấy cường độ pic của portlandite [$Ca(OH)_2$] thấp hơn rõ rệt so với mẫu đối chứng M0, khẳng định xỉ đã tham gia phản ứng pozzolanic tiêu thụ $Ca(OH)_2$.
  • Kết quả SEM: Mẫu M0 sau khi nung ở 600 °C xuất hiện mạng lưới lỗ rỗng thô và các vết nứt rộng do portlandite bị phân hủy thành $CaO$ rồi tái hấp ẩm. Ngược lại, mẫu M4 ở 600 °C duy trì nền cấu trúc đồng nhất hơn, ít khe nứt cục bộ do lượng $Ca(OH)_2$ ban đầu thấp hơn.
  • Kết quả TGA/DSC: Ghi nhận các đáy thu nhiệt đặc trưng tương ứng với sự thoát nước C-S-H dưới 200 °C, sự phân hủy $Ca(OH)_2$ trong khoảng 450–550 °C và sự phân hủy cacbonat hóa ở nhiệt độ cao hơn. Đường tổn thất khối lượng của mẫu M4 có độ dốc suy giảm tại khoảng 450–550 °C nhỏ hơn M0, chứng minh hàm lượng $Ca(OH)_2$ trong mẫu M4 thấp hơn.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu rút ra các kết quả định lượng cụ thể:

  1. Xỉ lò cao Hòa Phát sử dụng trong nghiên cứu đáp ứng đầy đủ các chỉ tiêu kỹ thuật của phụ gia khoáng hoạt tính dùng cho xi măng theo TCVN 11586:2016, phân hạng chất lượng S95.
  2. Việc thay thế xỉ hạt lò cao từ 10% đến 40% làm kéo dài thời gian đông kết của vữa (thời gian bắt đầu của xi măng nền là 222 phút và kết thúc là 272 phút) nhưng vẫn hoàn toàn nằm trong giới hạn cho phép của TCVN 6017:1995.
  3. Ở điều kiện nhiệt độ phòng, cường độ nén phát triển chậm hơn ở tuổi sớm (28 ngày), nhưng tốc độ phát triển cường độ ở tuổi muộn (45 ngày) của các mẫu trộn xỉ cao hơn mẫu đối chứng M0.
  4. Ở các mốc nhiệt độ xử lý nhiệt:
    • Tại 200 °C: Cả mẫu đối chứng và mẫu xỉ đều duy trì được độ ổn định cơ học.
    • Tại 600 °C: Xảy ra hiện tượng suy thoái cường độ diện rộng trên tất cả các cấp phối do sự phân hủy pha hydrat. Các mẫu chứa 30% xỉ (M3) và 40% xỉ (M4) duy trì khả năng chịu lực dư và tính toàn vẹn cấu trúc tốt hơn đáng kể so với mẫu không trộn xỉ (M0).
  5. Phân tích vi cấu trúc và nhiệt (XRD, SEM, TGA/DSC) chứng minh nguyên nhân giúp mẫu M3 và M4 chịu nhiệt tốt hơn: phản ứng pozzolanic tiêu thụ phần lớn $Ca(OH)_2$, hạn chế quá trình chuyển hóa thành $CaO$ tự do và triệt tiêu ứng suất trương nở phá hủy khi làm nguội trong môi trường không khí.

Đóng góp của khóa luận:

  • Cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm về hành vi cơ lý và biến đổi cấu trúc của xi măng sử dụng xỉ hạt lò cao nội địa (Hòa Phát) khi tiếp xúc với nhiệt độ cao đến 600 °C.
  • Khẳng định tính khả thi của việc ứng dụng xỉ S95 tỷ lệ 30–40% làm phụ gia khoáng vừa tăng cường tính chịu lửa cho chất kết dính, vừa giải quyết bài toán tái chế phụ phẩm công nghiệp và cắt giảm phát thải khí nhà kính từ sản xuất clinker.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận có một số hạn chế dựa trên nội dung và phạm vi thực nghiệm:

  • Nghiên cứu chỉ sử dụng một tỷ lệ nước/chất kết dính duy nhất ($N/CKD = 0,822$) do tính chất yêu cầu độ lưu động của cát mịn Vạn Cát ($M_x = 1,365$). Tỷ lệ này cao hơn đáng kể so với tỷ lệ chuẩn ($N/CKD = 0,5$) khi dùng cát tiêu chuẩn, điều này ảnh hưởng đến tổng độ rỗng ban đầu của đá xi măng.
  • Quá trình xử lý nhiệt mới chỉ khảo sát đến mức nhiệt độ 600 °C với tốc độ gia nhiệt tĩnh (5 °C/phút) và lưu nhiệt 1 giờ trong lò nung phòng thí nghiệm, chưa mô phỏng đường cong cháy thực tế theo tiêu chuẩn chữa cháy (như ISO 834) hoặc kiểm tra mẫu dưới điều kiện chịu tải trọng đồng thời.
  • Phân tích cấu trúc sâu (XRD, TGA/DSC) chỉ được thực hiện trên hai mẫu đại diện là M0 (0% xỉ) và M4 (40% xỉ), chưa thực hiện đầy đủ trên toàn bộ các tỷ lệ M1, M2, M3.

Hướng nghiên cứu mở rộng được đề xuất:

  • Khảo sát các cấp phối sử dụng cát tiêu chuẩn hoặc kết hợp phụ gia giảm nước để hạ thấp tỷ lệ $N/CKD$, đánh giá ảnh hưởng của độ đặc chắc đến khả năng chịu nhiệt.
  • Mở rộng dải nhiệt độ khảo sát lên 800 °C và 1000 °C để đánh giá giai đoạn phân hủy hoàn toàn của gel C-S-H.
  • Thử nghiệm khả năng chịu sốc nhiệt (làm nguội nhanh bằng nước tương tự điều kiện dập lửa thực tế) và thử nghiệm mẫu chịu nén khi đang ở nhiệt độ cao (nén nóng).

Giá trị tham khảo

Tài liệu là nguồn tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên, học viên cao học và nghiên cứu sinh chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Hóa học (Vô cơ – Silicat), Kỹ thuật Vật liệu Xây dựng và Công nghệ Bê tông.
  • Các cán bộ kỹ thuật tại các nhà máy xi măng, trạm nghiền phụ gia trong việc thiết kế cấp phối xi măng Portland hỗn hợp (PCB) sử dụng xỉ hạt lò cao nghiền mịn đạt tiêu chuẩn S95.
  • Các kỹ sư thiết kế vật liệu và đơn vị thí nghiệm công trình cần dữ liệu tham khảo về độ suy giảm cường độ còn lại của kết cấu gốc xi măng sau khi chịu tác động hỏa hoạn ở các dải nhiệt độ 200 °C, 400 °C và 600 °C.

Các phần đáng tham khảo nhất trong văn bản:

  • Chương 2: Quy trình phối trộn, chế độ dưỡng hộ và kỹ thuật tiền xử lý mẫu phục vụ phân tích XRD, SEM, TGA/DSC.
  • Chương 3: Chuỗi dữ liệu thực nghiệm so sánh tính chất cơ lý giữa xi măng không xỉ và xi măng trộn xỉ, cùng các biểu đồ phân tích nhiệt và ảnh chụp vi cấu trúc bề mặt sau xử lý nhiệt.

Câu hỏi thường gặp

1. Đề tài sử dụng loại xỉ nào và tỷ lệ thay thế xi măng trong các cấp phối thực nghiệm là bao nhiêu?
Đề tài sử dụng xỉ hạt lò cao nghiền mịn của Công ty Cổ phần Thép Hòa Phát Dung Quất, đạt yêu cầu kỹ thuật cấp S95 theo TCVN 11586:2016. Tỷ lệ xỉ thay thế xi măng Portland (PC40 Vicem Hà Tiên 1) lần lượt là 0% (M0), 10% (M1), 20% (M2), 30% (M3) và 40% (M4) theo khối lượng.

2. Tại sao tỷ lệ nước trên chất kết dính ($N/CKD$) trong nghiên cứu lại sử dụng giá trị 0,822 thay vì tỷ lệ chuẩn 0,5?
Nghiên cứu sử dụng cốt liệu là cát mịn lấy từ Vạn Cát – Long An có mô đun độ lớn nhỏ ($M_x = 1,365$). Để vữa tươi đạt được độ lưu động tương đương với vữa sử dụng cát tiêu chuẩn theo quy định thử nghiệm bàn dằn (TCVN 3121-3:2003), lượng nước cấp phối bắt buộc phải tăng lên 370 g cho 450 g chất kết dính, dẫn đến tỷ lệ $N/CKD$ thực tế là 0,822.

3. Chế độ xử lý nhiệt đối với các mẫu đá xi măng được thiết lập như thế nào?
Các mẫu sau khi bảo dưỡng đủ 28 ngày hoặc 45 ngày được vớt khỏi nước, để ráo bề mặt và đưa vào lò nung từ nhiệt độ phòng. Tốc độ nâng nhiệt được cài đặt là 5 °C/phút cho đến khi đạt các mốc 200 °C, 400 °C hoặc 600 °C. Tại mỗi mốc nhiệt độ, mẫu được duy trì lưu nhiệt trong vòng 1 giờ, sau đó tắt lò để mẫu nguội tự nhiên về nhiệt độ phòng rồi mới tiến hành nén phá hủy và phân tích hóa lý.

4. Vì sao các mẫu chứa 30% và 40% xỉ (M3, M4) lại có khả năng duy trì cường độ sau nung 600 °C tốt hơn mẫu xi măng đối chứng M0?
Ở nhiệt độ 500–550 °C, khoáng portlandite [$Ca(OH)_2$] bị khử nước phân hủy thành $CaO$ tự do, chất này khi để nguội sẽ hút ẩm trong không khí tạo lại $Ca(OH)_2$ kèm theo sự giãn nở thể tích gây nứt vỡ kết cấu đá xi măng. Trong các mẫu M3 và M4, phản ứng pozzolanic giữa pha thủy tinh hoạt tính của xỉ với $Ca(OH)_2$ đã tiêu thụ phần lớn lượng portlandite tự do này ngay trong quá trình bảo dưỡng, do đó giảm thiểu đáng kể hiện tượng trương nở thể tích phá hủy khi làm nguội.

5. Những thiết bị phân tích hiện đại nào đã được tác giả sử dụng để khảo sát vi cấu trúc và sự biến đổi pha của mẫu?
Nghiên cứu sử dụng bốn hệ thống phân tích: thiết bị ARL ADVANT’X (Thermo) cho phân tích huỳnh quang tia X (XRF); thiết bị D2 PHASER (Bruker) với bức xạ Cu K$\alpha1$ cho phân tích nhiễu xạ tia X (XRD); kính hiển vi điện tử quét FESEM S4800 (Hitachi) sử dụng tia thứ cấp (SE) chụp ảnh vi cấu trúc bề mặt vỡ; và máy SETARAM Labsys Evo 1600 (Pháp) phân tích nhiệt đồng thời TGA/DSC từ nhiệt độ phòng đến 1000 °C dưới môi trường khí $N_2$.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Phạm Văn Vinh đã khảo sát một cách có hệ thống ảnh hưởng của xỉ hạt lò cao nghiền mịn Hòa Phát (S95) thay thế xi măng Portland từ 10% đến 40% đối với khả năng chịu nhiệt ở các mức 200 °C, 400 °C và 600 °C. Các kết quả thực nghiệm cơ lý kết hợp phân tích XRD, SEM và TGA/DSC khẳng định hàm lượng thay thế 30% đến 40% xỉ giúp duy trì độ bền liên kết và khả năng chịu lực dư vượt trội so với xi măng không trộn xỉ, nhờ cơ chế tiêu thụ bớt canxi hydroxit tự do dễ bị phân hủy nhiệt. Công trình cung cấp luận cứ khoa học và số liệu thực nghiệm hữu ích cho định hướng sản xuất xi măng chịu nhiệt thân thiện với môi trường tại Việt Nam.