Luận văn thạc sĩ HCMUTE: Nghiên cứu khả năng chống mài mòn của bê tông geopolymer sử dụng sợi thép

Khám phá luận văn thạc sĩ HCMUTE về khả năng chống mài mòn của bê tông geopolymer sử dụng sợi thép, ứng dụng trong xây dựng bền vững.

• Tác giả: Nguyễn Thanh Cường
• Người hướng dẫn: PGS. Phan Đức Hùng
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng
• Đề tài: Nghiên Cứu Khả Năng Chống Mài Mòn Của Bê Tông Geopolymer Sử Dụng Sợi Thép
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• PHỤ LỤC CAM ĐOAN
• PHỤ LỤC
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC BẢNG
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Sự cần thiết của đề tài nghiên cứu
• 1.2. Tình hình nghiên cứu
• 1.2.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
• 1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.2.3. Nhận xét về các đề tài
• 1.3. Mục tiêu đề tài
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5. Nội dung nghiên cứu
• 1.6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Công nghệ Geopolymer
• 2.1.1. Chất kết dính Geopolymer
• 2.1.2. Thành phần và công thức hóa học
• 2.1.3. Cơ chế phản ứng trong quá trình Geopolymer hóa
• 2.1.4. Cơ chế hóa học của công nghệ geopolymer sử dụng tro bay
• 2.1.5. Ảnh hưởng của cấu trúc geopolymer đến cường độ bê tông
• 2.2. Phân loại tro bay
• 2.3. Dung dịch hoạt hóa Alkaline
• 2.3.1. Dung dịch Sodium Hydroxyde (NaOH)
• 2.3.2. Dung dịch Sodium Silicate (Na2SiO3)
• 2.4. Chế tạo bê tông Geopolymer
• 2.5. Dưỡng hộ nhiệt bê tông Geopolymer
• 2.6. Sợi thuỷ tinh
• 2.7. Sợi tổng hợp polyme
• 2.8. Đặc tính bề mặt
• 2.9. Vai trò của sợi Thép
• 3. CHƯƠNG 3: NGUYÊN VẬT LIỆU
• 3.1. Nguyên liệu sử dụng
• 3.2. Thủy tinh lỏng (Na2SiO3)
• 3.3. Cốt liệu lớn
• 3.4. Cốt liệu nhỏ
• 3.5. Cát tiêu chuẩn sử dụng thí nghiệm
• 3.6. Xác định cường độ chịu nén TCVN 5574-2012
• 3.7. Qui trình thực hiện
• 3.8. Phương pháp thí nghiệm
• 3.9. Dưỡng hộ nhiệt
• 3.10. Thí nghiệm cường độ chịu nén
• 3.11. Qui trình thực hiện
• 3.12. Phương pháp thí nghiệm
• 3.13. Dưỡng hộ nhiệt
• 3.14. Thiết bị thử
• 3.15. Tiến hành thử
• 3.16. Chuẩn bị mẫu thử
• 3.17. Tính kết quả
• 3.18. Cấp phối bê tông
• 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Tổng hợp kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén (MPa) và cường độ mài mòn (g/cm2)
• 4.2. Ảnh hưởng hàm lượng sợi thép và loại sợi thép đến độ mài mòn
• 4.3. Ảnh hưởng của từng loại thép khi thay đổi kính thước chiều dài và hàm lượng sợi đối với cường độ chịu nén và độ mài mòn
• 4.3.1. Đối với sợi Hook
• 4.3.2. Đối với sợi Thẳng
• 5. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
• 5.1. Hướng phát triển đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về bê tông geopolymer

Bê tông geopolymer là một loại vật liệu xây dựng mới, được sản xuất từ nguyên liệu aluminosilicat trong môi trường kiềm. Công nghệ này không chỉ giúp giảm thiểu lượng khí CO2 thải ra trong quá trình sản xuất mà còn tận dụng các phế phẩm như tro bay. Theo Joseph Davidovits, bất kỳ nguyên liệu nào chứa silica và alumina đều có thể được sử dụng để tạo ra bê tông geopolymer. Việc nghiên cứu và ứng dụng bê tông geopolymer đang ngày càng trở nên quan trọng trong bối cảnh bảo vệ môi trường và phát triển bền vững. Bê tông geopolymer có khả năng thay thế bê tông xi măng truyền thống, với các đặc tính cơ lý vượt trội, đặc biệt là khả năng chống mài mòn. Việc sử dụng sợi thép trong bê tông geopolymer không chỉ cải thiện độ bền mà còn tăng cường khả năng chống mài mòn, giúp cho các công trình xây dựng có tuổi thọ cao hơn.

II. Khả năng chống mài mòn của bê tông geopolymer

Khả năng chống mài mòn của bê tông geopolymer được xác định bởi nhiều yếu tố, trong đó có hàm lượng và loại sợi thép được sử dụng. Nghiên cứu cho thấy, khi hàm lượng sợi thép trong bê tông geopolymer tăng từ 0.5% đến 2%, độ mài mòn giảm đáng kể. Cụ thể, độ mài mòn của bê tông sợi thép có thể giảm đến 28.82% khi sử dụng sợi Hook với chiều dài 3.5 cm. Điều này cho thấy rằng việc bổ sung sợi thép không chỉ cải thiện tính chất cơ học mà còn làm tăng khả năng chống mài mòn của bê tông. Sợi thép giúp tạo ra một mạng lưới liên kết trong bê tông, làm giảm sự phát triển của các vết nứt và tăng cường độ bền cho cấu trúc. Điều này rất quan trọng trong các ứng dụng xây dựng, nơi mà khả năng chịu lực và độ bền của vật liệu là yếu tố quyết định.

III. Ứng dụng của bê tông geopolymer trong xây dựng

Bê tông geopolymer có nhiều ứng dụng trong xây dựng, đặc biệt là trong các công trình yêu cầu độ bền cao và khả năng chống mài mòn tốt. Việc sử dụng bê tông geopolymer không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn giảm thiểu tác động đến môi trường. Các công trình như đập thủy điện, mặt đường giao thông, và các kết cấu chịu lực lớn đều có thể được xây dựng bằng bê tông geopolymer. Sợi thép được sử dụng trong bê tông geopolymer giúp cải thiện đáng kể khả năng chịu lực và độ bền, đồng thời giảm thiểu sự nứt và co ngót. Điều này làm cho bê tông geopolymer trở thành một lựa chọn lý tưởng cho các công trình xây dựng hiện đại, đáp ứng nhu cầu về chất lượng và bền vững.

IV. Kết luận và hướng phát triển

Nghiên cứu khả năng chống mài mòn của bê tông geopolymer với sợi thép đã chỉ ra rằng việc sử dụng sợi thép là một giải pháp hiệu quả để cải thiện tính chất cơ lý của bê tông. Các kết quả cho thấy rằng bê tông geopolymer có thể trở thành một vật liệu xây dựng thân thiện với môi trường, đồng thời đáp ứng được các yêu cầu khắt khe về độ bền và khả năng chống mài mòn. Hướng phát triển trong tương lai có thể tập trung vào việc tối ưu hóa tỷ lệ sợi thép và nghiên cứu thêm về các loại sợi khác nhau để nâng cao hơn nữa tính chất của bê tông geopolymer. Việc phát triển các công nghệ mới trong sản xuất bê tông geopolymer cũng sẽ góp phần vào việc giảm thiểu tác động đến môi trường và nâng cao hiệu quả kinh tế trong xây dựng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Bê tông là vật liệu xây dựng phổ biến nhất trên thế giới với sản lượng ước tính khoảng 35 tỷ tấn mỗi năm, trong đó Việt Nam tiêu thụ khoảng 65 triệu tấn xi măng năm 2017, tăng 7% so với năm trước. Tuy nhiên, sản xuất xi măng truyền thống gây ra lượng lớn khí CO2, chiếm khoảng 7% tổng lượng CO2 toàn cầu, góp phần làm tăng hiệu ứng nhà kính. Trong bối cảnh đó, bê tông Geopolymer, sử dụng tro bay làm nguyên liệu chính, được xem là giải pháp thân thiện môi trường, giảm phát thải khí nhà kính và tận dụng phế thải công nghiệp.

Nghiên cứu tập trung vào khả năng chống mài mòn của bê tông Geopolymer khi bổ sung sợi thép, nhằm cải thiện độ bền và tuổi thọ công trình. Mục tiêu chính là khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng, kích thước và loại sợi thép (sợi Hook và sợi thẳng) đến độ mài mòn và cường độ chịu nén của bê tông Geopolymer sử dụng tro bay. Phạm vi nghiên cứu thực hiện tại Việt Nam trong năm 2019, với các mẫu bê tông được chế tạo và thử nghiệm trong phòng thí nghiệm.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển vật liệu xây dựng xanh, giảm thiểu tác động môi trường, đồng thời nâng cao chất lượng và độ bền của kết cấu bê tông trong các công trình dân dụng và công nghiệp. Kết quả nghiên cứu góp phần định hướng ứng dụng bê tông Geopolymer cốt sợi thép trong thực tế xây dựng, đặc biệt tại các khu vực có điều kiện mài mòn cao như mặt đường, đập thủy điện, và hạ tầng giao thông.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết chính: công nghệ Geopolymer và cơ học vật liệu bê tông cốt sợi thép.

• Công nghệ Geopolymer: Geopolymer là vật liệu vô cơ được tạo thành từ phản ứng polymer hóa giữa các nguyên liệu aluminosilicat (tro bay) với dung dịch kiềm (NaOH và Na2SiO3). Quá trình này tạo ra mạng lưới ba chiều Si-O-Al-O có cấu trúc bền vững, thay thế xi măng truyền thống, giảm phát thải CO2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất Geopolymer gồm tỷ lệ Si/Al, tỷ lệ dung dịch kiềm/tro bay, nhiệt độ và thời gian dưỡng hộ.

• Bê tông cốt sợi thép: Sợi thép có vai trò gia cường, cải thiện tính dẻo dai, giảm co ngót và tăng khả năng chống mài mòn. Hai loại sợi chính được nghiên cứu là sợi Hook (có móc hai đầu) và sợi thẳng, với các kích thước chiều dài khác nhau (3.5 cm và 6 cm). Hàm lượng sợi ảnh hưởng đến độ mài mòn và cường độ chịu nén của bê tông.

Các khái niệm chính bao gồm: độ mài mòn (g/cm²), cường độ chịu nén (MPa), hàm lượng sợi (% thể tích), và hiệu ứng cầu nối của sợi trong bê tông.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thu thập từ các mẫu bê tông Geopolymer chế tạo trong phòng thí nghiệm, sử dụng tro bay làm chất kết dính và bổ sung sợi thép với hàm lượng từ 0.5% đến 2%. Cỡ mẫu gồm các mẫu hình trụ 100x200 mm để thử cường độ chịu nén và mẫu lập phương 70.7 mm để thử độ mài mòn.

Phương pháp chọn mẫu là lấy mẫu ngẫu nhiên từ các mẻ trộn bê tông với các cấp phối khác nhau về hàm lượng và loại sợi. Phân tích số liệu sử dụng phương pháp thống kê mô tả và so sánh tỷ lệ phần trăm thay đổi giữa các nhóm mẫu.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong 6 tháng, bao gồm giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu, chế tạo mẫu, dưỡng hộ nhiệt (24-96 giờ ở nhiệt độ 60-80°C), thí nghiệm và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng hàm lượng sợi thép đến độ mài mòn: Độ mài mòn trung bình của bê tông sợi thép là 0.71 g/cm². Khi tăng hàm lượng sợi từ 0.5% lên 1%, độ mài mòn tăng 40.3% đối với sợi Hook dài 3.5 cm và 6 cm. Tuy nhiên, khi hàm lượng sợi tăng lên 2%, độ mài mòn giảm 28.82%, cho thấy hàm lượng sợi hợp lý nằm trong khoảng 1.5% đến 2% để giảm mài mòn hiệu quả.

2. Ảnh hưởng kích thước sợi thép: Sợi Hook với chiều dài 6 cm cho khả năng giảm mài mòn tốt hơn so với sợi 3.5 cm. Sợi thẳng có hiệu quả thấp hơn sợi Hook trong việc cải thiện độ bền mài mòn.

3. Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và độ mài mòn: Cường độ chịu nén tỷ lệ nghịch với độ mài mòn. Mẫu bê tông có cường độ chịu nén cao hơn thì độ mài mòn thấp hơn, minh chứng cho sự gia tăng chất lượng vật liệu khi bổ sung sợi thép đúng tỷ lệ.

4. So sánh giữa loại sợi: Sợi Hook có hiệu quả gia cường vượt trội so với sợi thẳng, đặc biệt trong việc giảm độ mài mòn và tăng cường độ chịu nén. Điều này phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về tính năng cơ học của sợi thép có móc.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự thay đổi độ mài mòn là do hiệu ứng cầu nối của sợi thép trong bê tông, giúp ngăn chặn sự lan rộng của vết nứt vi mô và tăng khả năng chịu lực bề mặt. Hàm lượng sợi quá thấp không đủ để tạo hiệu ứng này, trong khi hàm lượng quá cao làm giảm tính dẻo của hỗn hợp, ảnh hưởng đến chất lượng bê tông.

Kích thước sợi dài hơn giúp tăng diện tích tiếp xúc và khả năng liên kết với ma trận bê tông, từ đó cải thiện khả năng chống mài mòn. Sợi Hook với đầu móc tạo lực bám tốt hơn so với sợi thẳng, giúp tăng cường hiệu quả gia cường.

So với các nghiên cứu trước đây, kết quả phù hợp với báo cáo của các tác giả quốc tế về bê tông cốt sợi thép và bê tông Geopolymer, đồng thời bổ sung thêm dữ liệu thực nghiệm tại Việt Nam. Biểu đồ so sánh độ mài mòn theo hàm lượng và loại sợi sẽ minh họa rõ ràng xu hướng này.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hàm lượng sợi thép trong bê tông Geopolymer: Khuyến nghị sử dụng hàm lượng sợi từ 1.5% đến 2% thể tích bê tông để đạt hiệu quả chống mài mòn tối ưu. Chủ thể thực hiện: các nhà sản xuất vật liệu xây dựng, thời gian áp dụng: ngay trong các dự án mới.

2. Ưu tiên sử dụng sợi Hook có chiều dài từ 6 cm: Do khả năng gia cường vượt trội, sợi Hook nên được lựa chọn để tăng cường độ bền và giảm mài mòn cho bê tông Geopolymer. Chủ thể thực hiện: kỹ sư thiết kế và thi công công trình.

3. Áp dụng dưỡng hộ nhiệt trong quá trình sản xuất bê tông Geopolymer: Dưỡng hộ nhiệt từ 24 đến 96 giờ ở nhiệt độ 60-80°C giúp tăng cường phản ứng hóa học, nâng cao cường độ và độ bền mài mòn. Chủ thể thực hiện: nhà thầu thi công, thời gian áp dụng: trong giai đoạn sản xuất và bảo dưỡng mẫu.

4. Phát triển các sản phẩm bê tông xanh thân thiện môi trường: Khuyến khích sử dụng bê tông Geopolymer cốt sợi thép trong các công trình có yêu cầu cao về độ bền mài mòn và giảm phát thải CO2. Chủ thể thực hiện: các cơ quan quản lý xây dựng và doanh nghiệp vật liệu xây dựng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư xây dựng và thiết kế công trình: Nắm bắt công nghệ mới về bê tông Geopolymer cốt sợi thép để áp dụng trong thiết kế kết cấu chịu mài mòn cao.

2. Nhà sản xuất vật liệu xây dựng: Phát triển sản phẩm bê tông xanh, cải tiến cấp phối bê tông với tro bay và sợi thép nhằm nâng cao chất lượng và thân thiện môi trường.

3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật xây dựng: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, số liệu thực nghiệm và cơ sở lý thuyết về vật liệu Geopolymer và bê tông cốt sợi.

4. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách xây dựng: Đánh giá tiềm năng ứng dụng bê tông Geopolymer trong các dự án xây dựng bền vững, giảm phát thải khí nhà kính.

Câu hỏi thường gặp

1. Bê tông Geopolymer là gì và có ưu điểm gì so với bê tông xi măng truyền thống?
   Bê tông Geopolymer là loại bê tông sử dụng chất kết dính vô cơ từ phản ứng polymer hóa tro bay với dung dịch kiềm. Ưu điểm gồm giảm phát thải CO2, tăng cường độ bền, khả năng chống mài mòn và thân thiện môi trường.

2. Tại sao cần bổ sung sợi thép vào bê tông Geopolymer?
   Sợi thép giúp gia cường bê tông, tăng tính dẻo dai, giảm co ngót, hạn chế nứt và cải thiện khả năng chống mài mòn, đặc biệt trong các kết cấu chịu lực và mài mòn cao.

3. Hàm lượng sợi thép tối ưu trong bê tông Geopolymer là bao nhiêu?
   Nghiên cứu cho thấy hàm lượng sợi từ 1.5% đến 2% thể tích bê tông là hợp lý để giảm độ mài mòn và tăng cường độ chịu nén hiệu quả.

4. Sợi Hook có ưu thế gì so với sợi thẳng?
   Sợi Hook có đầu móc giúp tăng lực bám giữa sợi và ma trận bê tông, cải thiện khả năng gia cường và giảm mài mòn tốt hơn sợi thẳng.

5. Dưỡng hộ nhiệt ảnh hưởng thế nào đến bê tông Geopolymer?
   Dưỡng hộ nhiệt thúc đẩy phản ứng hóa học tạo gel Geopolymer, tăng cường độ và độ bền mài mòn. Thời gian dưỡng hộ 24-96 giờ ở 60-80°C được khuyến nghị để đạt hiệu quả tối ưu.

Kết luận

• Bê tông Geopolymer sử dụng tro bay kết hợp sợi thép là giải pháp vật liệu xanh, giảm phát thải CO2 và tận dụng phế thải công nghiệp.
• Hàm lượng sợi thép từ 1.5% đến 2% thể tích bê tông giúp giảm độ mài mòn trung bình 28.82% và tăng cường độ chịu nén.
• Sợi Hook dài 6 cm có hiệu quả gia cường vượt trội so với sợi thẳng, đặc biệt trong khả năng chống mài mòn.
• Cường độ chịu nén tỷ lệ nghịch với độ mài mòn, chứng tỏ sự cải thiện chất lượng bê tông khi bổ sung sợi thép hợp lý.
• Đề xuất áp dụng dưỡng hộ nhiệt và tối ưu hàm lượng sợi trong sản xuất bê tông Geopolymer để nâng cao hiệu quả sử dụng trong công trình xây dựng.

Tiếp theo, cần triển khai nghiên cứu ứng dụng thực tế tại các công trình có điều kiện mài mòn cao và phát triển sản phẩm bê tông Geopolymer cốt sợi thép thương mại. Các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp vật liệu xây dựng được khuyến khích hợp tác để đưa công nghệ này vào thực tiễn.

Hãy bắt đầu áp dụng bê tông Geopolymer cốt sợi thép để xây dựng các công trình bền vững, thân thiện môi trường và hiệu quả kinh tế!

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 Luan van 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 Luan van 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 Luan van 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 Luan van 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.