Nghiên cứu chế tạo bê tông chất lượng siêu cao sử dụng phụ gia khoáng và vật liệu sẵn có ở Việt Nam

MỞ ĐẦU 1. GIỚI THIỆU Trong vài thập kỷ qua đã có sự tiến bộ vƣợt bậc trong khoa học và công nghệ bê tông, một trong những bƣớc ngoặt đó là sự nghiên cứu và phát triển loại bê tông chất lƣợng siêu cao - BTCLSC (Ultra High Performance Concrete), một thế hệ bê tông mới với những đặc tính vƣợt trội: độ chảy cao, cƣờng độ nén rất cao (thƣờng lớn hơn 150 MPa), cƣờng độ uốn lớn (khoảng 15-45MPa khi sử dụng cốt sợi), độ rỗng rất thấp và độ bền lâu rất cao [20, 34, 65, 68, 78, 80]. Điều này đã tạo cho BTCLSC trở thành một trong những loại vật liệu tiềm năng đối với xây dựng phát triển bền vững và hiệu quả cao về kinh tế trong các ứng dụng đặc thù nhƣ kết cấu vỏ mỏng, nhà siêu cao tầng, cầu nhịp lớn, kết cấu bền vững với môi trƣờng biển, xây dựng bể chứa phế thải hạt nhân... Xét về khía cạnh vật liệu chế tạo, loại bê tông này đƣợc chế tạo từ hỗn hợp bao gồm: cát quắc (kích thƣớc 100-600µm), xi măng, silica fume, nƣớc và phụ gia siêu dẻo. Trong đó, lƣợng xi măng khoảng 900-1000 kg/m 3 [80], đây là nhƣợc điểm lớn nhất của loại bê tông này, sẽ làm tăng giá thành ban đầu của sản phẩm, ảnh hƣởng đến một số tính chất kỹ thuật và môi trƣờng [109]. Để khắc phục, việc nghiên cứu sử dụng các loại phụ gia khoáng (PGK) thay thế một phần xi măng trong chế tạo BTCLSC sẽ là hƣớng đi triển vọng đạt đƣợc hiệu quả về các mặt kinh tế, kỹ thuật và môi trƣờng. Xét về mặt kỹ thuật, PGK hoạt tính thƣờng chứa một hàm lƣợng lớn SiO 2 vô định hình có khả năng phản ứng với Ca(OH) 2 sinh ra trong quá trình thuỷ hoá xi măng, để tạo ra các sản phẩm dạng C-S-H có cƣờng độ cao, bền vững với môi trƣờng [89]. Bên cạnh đó, một số PGK khi thay một phần xi măng, sẽ cải thiện tính công tác của hỗn hợp bê tông, giảm lƣợng nƣớc nhào trộn, đồng thời có thể nâng cao độ đặc chắc cho bê tông, sẽ làm tăng cƣờng độ cũng nhƣ khả năng chống thấm của bê tông [89]. Xét về mặt kinh tế - môi trƣờng, PGK là sản phẩm phụ của các nhà máy, khi không đƣợc sử dụng đúng cách sẽ trở thành các phế thải gây ô nhiễm môi trƣờng. Do vậy, việc nghiên cứu sử dụng PGK thay thế một phần xi măng là một hƣớng nghiên cứu phù hợp để chế tạo BTCLSC không chỉ cải thiện tính chất kỹ thuật, giảm giá thành cho sản phẩm bê tông, mà còn giảm ô nhiễm môi trƣờng, góp phần vào mục tiêu phát triển xây dựng bền vững. Hiện nay, BTCLSC đã đƣợc ứng dụng rất rộng rãi ở các nƣớc châu Âu, châu Mỹ, Úc, Nhật Bản, Hàn Quốc, Malaysia...Trong khi đó ở Việt Nam chƣa có công bố chính thức về việc ứng dụng BTCLSC trong thời gian qua. Các nghiên cứu ứng dụng loại bê tông cƣờng độ cao/chất lƣợng cao ở Việt Nam hiện nay chƣa đạt đƣợc kỳ vọng về cƣờng độ/chất lƣợng. Do vậy, việc nghiên cứu chế tạo BTCLSC sử dụng vật liệu sẵn có ở Việt Nam là sự đón đầu và là vấn đề cấp thiết. Đây chính là hƣớng đi chính và xuyên suốt trong nghiên cứu của luận án. 2. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Trong công trình xây dựng, bê tông là loại vật liệu đƣợc sử dụng với khối lƣợng rất lớn, chiếm trên 60% khối lƣợng các kết cấu công trình. Hiện nay, ở Việt Nam các công trình xây dựng dân dụng thƣờng sử dụng bê tông với cƣờng độ nén là 20 - 40 MPa, nên kích thƣớc kết cấu lớn. Một số công trình cao tầng đã sử dụng bê tông chất lƣợng cao có cƣờng độ nén đến 80MPa (toà tháp Keangnam, tổ hợp chung cƣ cao tầng Victoria Văn Phú, Lotte...). Bên cạnh đó, cùng với quá trình hội nhập kinh tế quốc tế, nhu cầu phát triển xây dựng trên thế giới cũng nhƣ ở Việt Nam là rất lớn. Đặc biệt sự phát triển của các công trình nhƣ nhà siêu cao tầng, các kết cấu chịu ăn mòn, mài mòn nhƣ giàn khoan, bể xử lý phế thải hạt nhân, các kết cấu vỏ mỏng..., đòi hỏi sự phát triển loại vật liệu mới, chẳng hạn BTCLSC. Do đó, nghiên cứu chế tạo bê tông có cƣờng độ nén cao (lớn hơn 150 MPa), cƣờng độ uốn cao (lớn hơn 15 MPa) là cần thiết.