Tổng quan nghiên cứu

Bê tông tự lèn (Self-Compacting Concrete - SCC) là loại vật liệu xây dựng tiên tiến, được ứng dụng rộng rãi trên thế giới và đang dần phát triển tại Việt Nam nhằm đáp ứng nhu cầu xây dựng hạ tầng ngày càng tăng. Theo ước tính, việc sử dụng bê tông tự lèn giúp rút ngắn thời gian thi công, giảm chi phí nhân công và nâng cao chất lượng công trình. Tuy nhiên, một trong những thách thức lớn của bê tông tự lèn là hiện tượng co ngót, gây nứt và giảm tuổi thọ kết cấu. Nghiên cứu tính chất co ngót của bê tông tự lèn sử dụng cát sợi polypropylene phân tán siêu mảnh nhằm cải thiện khả năng kháng co ngót và tăng độ bền kéo, độ dẻo dai của bê tông là một hướng đi mới, có ý nghĩa thực tiễn quan trọng.

Mục tiêu nghiên cứu tập trung vào khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng sợi polypropylene siêu mảnh đến tính công tác, độ bền nén, độ bền kéo và đặc biệt là khả năng kháng co ngót của bê tông tự lèn. Phạm vi nghiên cứu thực hiện tại Việt Nam trong giai đoạn từ tháng 8/2019 đến tháng 12/2019, với các mẫu bê tông được thử nghiệm theo tiêu chuẩn ASTM C1581 và các phương pháp tiêu chuẩn khác. Kết quả nghiên cứu góp phần hoàn thiện cơ sở khoa học và kỹ thuật cho việc ứng dụng bê tông tự lèn cốt sợi polypropylene trong xây dựng dân dụng và công nghiệp, giúp nâng cao độ bền và tuổi thọ công trình, đồng thời giảm thiểu các rủi ro do co ngót gây ra.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết về tính công tác của bê tông tự lèn (SCC): Tập trung vào khả năng chảy và phân tách của hỗn hợp bê tông, được đánh giá qua các chỉ tiêu như độ chảy (slump flow), thời gian chảy (T50), và các phép thử V-funnel, L-box, J-ring theo tiêu chuẩn EFNARC.

  • Lý thuyết về co ngót bê tông: Bao gồm các loại co ngót như co ngót khô, co ngót tự sinh, co ngót cacbonat, và các yếu tố ảnh hưởng đến co ngót như thành phần vật liệu, cấu trúc bê tông, và sự tương tác giữa sợi polypropylene và ma trận bê tông.

  • Mô hình cấu trúc bê tông cốt sợi polypropylene: Nghiên cứu sự phân bố, liên kết giữa sợi polypropylene siêu mảnh và ma trận bê tông trong trạng thái hỗn hợp và trạng thái rắn chắc, ảnh hưởng đến tính chất cơ học và khả năng kháng co ngót.

Các khái niệm chính bao gồm: tính công tác, độ bền nén, độ bền kéo, co ngót khô, co ngót tự sinh, sợi polypropylene siêu mảnh, và bê tông tự lèn cốt sợi.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các mẫu bê tông tự lèn được phối trộn với hàm lượng sợi polypropylene siêu mảnh khác nhau (0%, 0.25%, 0.75%, 1%) và các thành phần vật liệu đặc trưng của miền Nam Việt Nam như xi măng PC40, cát vàng, tro bay, silica fume, phó gia siêu dẻo HI-CRETE FLOWCAST R3030.

Phương pháp phân tích bao gồm:

  • Thí nghiệm tính công tác: đo độ chảy (slump flow), thời gian chảy (T50), chỉ số V-funnel, L-box, J-ring theo tiêu chuẩn EFNARC 2002.

  • Thí nghiệm cơ lý: đo độ bền nén, độ bền kéo theo tiêu chuẩn UNI6555 và ASTM C1581.

  • Thí nghiệm co ngót: thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM C1581, đo biến dạng co ngót trong vòng 28 ngày, phân tích ảnh hưởng của hàm lượng sợi polypropylene đến khả năng kháng co ngót.

Cỡ mẫu nghiên cứu khoảng 9 tổ hợp bê tông với các tỷ lệ sợi khác nhau, được chọn mẫu ngẫu nhiên theo phương pháp chọn mẫu có chủ đích nhằm đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy. Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 8/2019 đến tháng 12/2019, gồm ba giai đoạn: khảo sát vật liệu, thử nghiệm tính công tác và cơ lý, thí nghiệm co ngót.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi polypropylene đến tính công tác: Khi tăng hàm lượng sợi từ 0.25% trở lên, độ chảy của bê tông giảm rõ rệt, ví dụ độ chảy giảm từ khoảng 70 cm xuống còn 60 cm, thời gian chảy T50 tăng lên 15 giây so với 10 giây của mẫu không có sợi. Điều này cho thấy sợi polypropylene làm giảm tính công tác của hỗn hợp bê tông.

  2. Ảnh hưởng đến độ bền nén và kéo: Độ bền nén giảm khoảng 5-10% khi hàm lượng sợi tăng từ 0% lên 1%, trong khi độ bền kéo tăng lên đến 15% ở hàm lượng sợi 0.75%, cho thấy sợi polypropylene cải thiện khả năng chịu kéo và độ dẻo dai của bê tông.

  3. Khả năng kháng co ngót: Hàm lượng sợi polypropylene 0.75% được xác định là tối ưu, giúp giảm co ngót bê tông khoảng 30-40% so với mẫu không có sợi, với biến dạng co ngót giảm từ 0.053% xuống còn khoảng 0.035% sau 28 ngày.

  4. So sánh với bê tông sử dụng sợi thép: Bê tông có sợi polypropylene có khả năng kháng co ngót tốt hơn so với bê tông sử dụng sợi thép, do sợi polypropylene phân tán đều và tạo liên kết tốt với ma trận bê tông, hạn chế sự phát triển vết nứt.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân giảm tính công tác khi tăng hàm lượng sợi polypropylene là do sợi tạo ma trận dày đặc, làm tăng ma sát nội bộ và giảm khả năng chảy của hỗn hợp. Tuy nhiên, sự cải thiện độ bền kéo và khả năng kháng co ngót là do sợi polypropylene phân tán đều, tạo mạng lưới chịu lực, ngăn ngừa sự phát triển vết nứt do co ngót.

So với các nghiên cứu quốc tế, kết quả phù hợp với báo cáo của Seung-Hee Kwon và Iman Yadegaran, cho thấy sợi polypropylene siêu mảnh có hiệu quả trong việc giảm co ngót và tăng độ bền kéo của bê tông tự lèn. Việc lựa chọn hàm lượng sợi 0.75% là phù hợp với điều kiện thi công và yêu cầu kỹ thuật tại Việt Nam.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh độ chảy, độ bền nén, độ bền kéo và biến dạng co ngót theo hàm lượng sợi polypropylene, giúp trực quan hóa ảnh hưởng của sợi đến các tính chất bê tông.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng hàm lượng sợi polypropylene 0.75% trong phối trộn bê tông tự lèn: Giúp tối ưu hóa tính công tác và khả năng kháng co ngót, nâng cao độ bền kéo, phù hợp với các công trình dân dụng và công nghiệp tại Việt Nam. Thời gian áp dụng: ngay trong các dự án xây dựng hiện tại.

  2. Tăng cường kiểm soát chất lượng vật liệu và quy trình thi công: Đảm bảo phân tán đều sợi polypropylene trong hỗn hợp bê tông, tránh hiện tượng vón cục, giúp phát huy tối đa hiệu quả của sợi. Chủ thể thực hiện: nhà thầu thi công và đơn vị giám sát.

  3. Đào tạo kỹ thuật thi công bê tông tự lèn cốt sợi polypropylene: Nâng cao nhận thức và kỹ năng cho công nhân, kỹ sư xây dựng về đặc tính và cách xử lý bê tông có sợi polypropylene. Thời gian: trong vòng 6 tháng tới.

  4. Nghiên cứu mở rộng về ảnh hưởng của các loại sợi khác và phối hợp với phụ gia siêu dẻo: Để nâng cao hơn nữa tính năng cơ học và kháng co ngót của bê tông tự lèn, phù hợp với các điều kiện khí hậu và môi trường khác nhau. Chủ thể thực hiện: các viện nghiên cứu và trường đại học.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Kỹ sư thiết kế kết cấu: Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu để lựa chọn vật liệu bê tông phù hợp, tối ưu hóa thiết kế kết cấu chịu lực và kháng co ngót.

  2. Nhà thầu thi công xây dựng: Áp dụng công nghệ bê tông tự lèn cốt sợi polypropylene để nâng cao chất lượng thi công, giảm thiểu rủi ro nứt do co ngót, tiết kiệm thời gian và chi phí.

  3. Các viện nghiên cứu và trường đại học: Sử dụng luận văn làm tài liệu tham khảo cho các đề tài nghiên cứu tiếp theo về vật liệu xây dựng tiên tiến và bê tông tự lèn.

  4. Cơ quan quản lý xây dựng và quy chuẩn kỹ thuật: Tham khảo để cập nhật tiêu chuẩn, quy định về sử dụng bê tông tự lèn cốt sợi polypropylene trong các công trình xây dựng tại Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

  1. Bê tông tự lèn cốt sợi polypropylene là gì?
    Là loại bê tông tự lèn được gia cường bằng sợi polypropylene siêu mảnh phân tán đều trong hỗn hợp, giúp cải thiện tính công tác, độ bền kéo và khả năng kháng co ngót.

  2. Hàm lượng sợi polypropylene tối ưu là bao nhiêu?
    Nghiên cứu cho thấy hàm lượng 0.75% là tối ưu, cân bằng giữa tính công tác và khả năng kháng co ngót, phù hợp với yêu cầu thi công và kỹ thuật.

  3. Sợi polypropylene ảnh hưởng thế nào đến tính công tác của bê tông?
    Sợi làm tăng ma sát nội bộ, giảm độ chảy và tính công tác của bê tông khi hàm lượng tăng, do đó cần điều chỉnh phối trộn và phụ gia phù hợp.

  4. Bê tông có sợi polypropylene có khả năng kháng co ngót tốt hơn bê tông truyền thống không?
    Có, sợi polypropylene tạo mạng lưới chịu lực, ngăn ngừa sự phát triển vết nứt do co ngót, giảm biến dạng co ngót khoảng 30-40% so với bê tông không có sợi.

  5. Có thể áp dụng bê tông tự lèn cốt sợi polypropylene trong các công trình nào?
    Phù hợp với các công trình dân dụng, công nghiệp, đặc biệt là các kết cấu phức tạp, có yêu cầu cao về độ bền kéo và kháng co ngót như cầu, nhà cao tầng, hầm.

Kết luận

  • Bê tông tự lèn cốt sợi polypropylene siêu mảnh có khả năng cải thiện đáng kể tính công tác, độ bền kéo và khả năng kháng co ngót của bê tông.
  • Hàm lượng sợi polypropylene 0.75% được xác định là tối ưu cho các yêu cầu kỹ thuật và thi công tại Việt Nam.
  • Việc sử dụng sợi polypropylene giúp giảm co ngót bê tông khoảng 30-40%, góp phần nâng cao tuổi thọ và độ bền công trình.
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và kỹ thuật để ứng dụng rộng rãi bê tông tự lèn cốt sợi polypropylene trong xây dựng dân dụng và công nghiệp.
  • Các bước tiếp theo bao gồm đào tạo kỹ thuật thi công, kiểm soát chất lượng vật liệu và mở rộng nghiên cứu về phối hợp phụ gia và các loại sợi khác nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng bê tông tự lèn.

Hãy áp dụng kết quả nghiên cứu này để nâng cao chất lượng công trình và thúc đẩy phát triển vật liệu xây dựng tiên tiến tại Việt Nam!