Thông tin chuyên ngành Xi măng Việt Nam

Để đánh giá tác động của cả tro bay và Silica Fume đến cường độ bê tông khi 2 chất này được thêm vào chất kết dính, thay thế một phần cho xi măng OPC, nghiên cứu đã thử nghiệm các mẫu với tổng hàm lượng FA + SF thay thế xi măng OPC từ 0 ÷ 50%, trong đó, SF được thay đổi ở 3 tỷ lệ là 0%; 7% và 10%, phần còn lại là FA. Các mẫu bê tông này lại được chế tạo ở 3 tỷ lệ w/b là 0,3; 0,4; 0,45. Cường độ kháng nén (R₂₈) của các mẫu lần lượt được thể hiện ở các Hình 3, 4, 5 dưới đây.
 

Từ các hình trên cho thấy, cường độ kháng nén R₂₈ của bê tông có xu hướng tăng theo tỷ lệ FA + SF trong chất kết dính, nhưng khi tỷ lệ FA + SF này tăng đến một mức độ nhất định, cường độ bê tông lại giảm dần về mức tương đương mẫu có SF = 0%. Diễn biến này xảy ra ở tất cả các tỷ lệ w/b nghiên cứu, với các mức độ khác nhau. Cụ thể:

► Ở w/b = 0,3:

- Cả 2 mẫu chứa SF đều có cường độ cao hơn mẫu không chứa SF, trong đó mẫu chứa 10% SF có cường độ cao hơn mẫu chứa 7% SF;

- Hai mẫu chứa SF đều đạt cường độ cực đại tại tỷ lệ FA + SF = 20%. Tiếp tục tăng tỷ lệ FA + SF, các mẫu bắt đầu giảm dần cường độ nhưng vẫn cao hơn mẫu không chứa SF;

- Tăng đến tỷ lệ FA + SF = 50%, các mẫu bê tông không tăng cường độ nữa. Cường độ kháng nén của mẫu này bằng mẫu có SF = 0%.

► Ở w/b=0,4:

- Diễn biến tương tự như ở w/b = 0,3, nhưng xu hướng tăng cường độ của bê tông diễn ra ngắn hơn: ở FA + SF = 40%, cường độ bê tông của mẫu có SF = 7% đã trở về mức tương đương mẫu có SF=0%. Cường độ bê tông của mẫu có SF=10% vẫn tiếp tục cao hơn, nhưng không nhiều. Đến tỷ lệ FA + SF = 50%, cả hai mẫu có SF = 7% và SF = 10% đều cho cường độ tương đương mẫu có SF = 0%.

► Ở w/b=0,45:

- 2 mẫu chứa SF = 7% và SF = 10% có cường độ không chênh lệch nhau nhiều, đều đạt cực đại khi tỷ lệ FA + SF = 20%, sau đó giảm rất nhanh. Đáng chú ý, tương quan cường độ của 2 loại mẫu này đã có sự thay đổi: nếu như ở w/b = 0,3 và w/b = 0,4; các mẫu chứa 10%SF đều có cường độ cao hơn mẫu chứa 7%SF thì ở w/b = 0,45 này, mẫu chứa 10%SF lại cho cường độ thấp hơn mẫu chứa 7%SF, dù không nhiều.

- Đến FA + SF = 30% và 40%, các mẫu này đã  có cường độ tiệm cận với mẫu có SF = 0%, dù   vẫn cao hơn một chút nhưng không nhiều. Ở tỷ lệ FA + SF = 50%, mẫu chứa 10%SF có cường độ tương đương mẫu chứa 0%SF, trong khi mẫu chứa 7%SF lại tăng nhẹ.

Từ các nhóm Hình1, 2 và Hình 3, 4, 5 có thể thấy, cường độ kháng nén của bê tông từ chất kết dính 3 thành phần cao hơn hẳn cường độ kháng nén của bê tông từ chất kết dính 2 thành phần. Điều này được giải thích là do khi sử dụng phối hợp SF và FA cùng với xi măng OPC thay vì sử dụng riêng rẽ từng cấu tử với xi măng OPC, 2 cấu tử này đã có sự bổ sung cho nhau, giúp gia tăng cường độ bê tông. Các lỗ rỗng hình thành từ phản ứng pozzolanic của FA sẽ được hệ gel C-S-H từ SF lấp kín. Do đó, nhược điểm cho cường độ ban đầu yếu của FA sẽ được SF bù đắp.

Để đánh giá về tốc độ phát triển cường độ, nghiên cứu đã so sánh cường độ các mẫu bê tông ở độ tuổi mẫu 7 ngày và 56 ngày với nhiều yếu tố được thay đổi: tỷ lệ thay thế xi măng OPC của hỗn hợp FA + SF khác nhau, tỷ lệ SF trong chất kết dính khác nhau; trộn với các tỷ lệ w/b khác nhau. Kết quả lần lượt được minh họa trong các Hình 6, 7, 8 dưới đây.
 

Từ các Hình 6, 7, 8 trên cho thấy:

- Khi thay thế 20% xi măng OPC bằng hỗn hợp FA + SF, các mẫu có SF = 10% cho cường độ bê tông cao nhất, ở cả độ tuổi 7 ngày và 56 ngày, ở tất cả các tỷ lệ w/b;

- Ở các tỷ lệ thay thế xi măng OPC cao hơn 20%, cường độ bê tông giảm ở mọi tỷ lệ SF, mọi  tỷ lệ w/b;

Như vậy, đối với nhu cầu cần cường độ ban đầu của bê tông cao, thì việc thay thế 20% xi măng OPC bằng hỗn hợp FA + SF, trong đó SF = 10% là lựa chọn tối ưu nhất. Tuy nhiên, tỷ lệ thay sử dụng hỗn hợp phụ gia hoạt tính FS + SF chỉ đạt 20% - một mức thay thế xi măng OPC chưa cao.

Trong nhiều trường hợp, yêu cầu cường độ sớm của bê tông không cần cao lắm, sẽ có thể pha được nhiều phụ gia hoạt tính hơn. Các hình trên cho thấy, nếu không bị rào cản bởi cường độ R₇, có thể thay thế từ 20 - 50% xi măng OPC trong chất kết dính dùng cho bê tông bằng hỗn hợp FA + SF, mà vẫn có thể đạt được R₅₆ khoảng 50MPa, với tỷ lệ w/b thấp, chỉ khoảng 0,3 hoặc 0,4. Các hỗn hợp có mức thay thế xi măng OPC cao vẫn có thể đạt được cường độ dài ngày tương đương các hỗn hợp có mức thay thế xi măng OPC thấp, trong khi lại sử dụng ít nước hơn. Ví dụ, mẫu có mức thay thế xi măng OPC = 50% có R₅₆ = 60MPa, ở w/b = 0,3, tương đương với mẫu có mức thay thế xi măng chỉ 30%, có w/b = 0,4.

Xem xét biểu đồ cường độ R₇, R₂₈, R₅₆ của tất cả các mẫu bê tông nghiên cứu (thành phần như nêu trong Bảng 2) ở hai tỷ lệ w/b = 0,3 và w/b = 0,4, trong các Hình 9, 10 dưới đây sẽ thấy rõ hơn quy luật này.
 

4.4. Hiệu quả làm tăng cường độ (kháng nén) bê tông của tro bay và Silica Fume khi thay thế một phần xi măng OPC – lý giải dưới góc độ học thuật

Các nghiên cứu về tro bay và Silica Fume đã chỉ ra rằng, tác dụng làm tăng cường độ bê tông của chúng khi sử dụng cùng xi măng OPC không chỉ nhờ những tương tác của từng cấu tử này với xi măng OPC, mà còn do những hiệu ứng tương tác giữa 2 cấu tử này với nhau, trong đó đáng chú ý nhất là hiệu ứng Synergic.

Để tính toán hiệu quả của FA và SF, phương trình Bolomey được sử dụng:

 

Trong đó:
• fc: cường độ kháng nén của bê tông (MPa);
• C: hàm lượng xi măng OPC trong bê tông, (kg/m³);
• W: lượng nước trộn, (kg/m³);
• A1; A2: hằng số, phụ thuộc vào độ tuổi mẫu và thành phần của bê tông (phụ gia, cốt liệu…). Được xác định bằng thực nghiệm bằng phương pháp hồi quy, từ việc phân tích cường độ kháng nén của các mẫu bê tông ở độ tuổi 7, 28 và 56 ngày.

Đối với chất kết dính chỉ sử dụng 2 thành phần: xi măng OPC và FA hoặc SF, công thức tính cường độ bê tông từ chất kết dính 2 thành phần này như sau:
 

Trong đó:
• fc: cường độ kháng nén của bê tông, (MPa);
• C: hàm lượng xi măng OPC trong bê tông, (kg/m³);
• W: lượng nước trộn, (kg/m³);
• A1; A2: hằng số, phụ thuộc vào độ tuổi mẫu và thành phần của bê tông (phụ gia, cốt liệu…).
• k_SF; k_FA: hệ số tác động của SF, FA đến cường độ bê tông;
• P_SF; P_FA: khối lượng SF; FA, (kg/m³).

Đối với chất kết dính chỉ sử dụng 3 thành phần:xi măng OPC và FA và SF, công thức tính cường độ bê tông từ chất kết dính 3 thành phần này như sau:
 

 

Trong đó:
• k_TB: hệ số đại diện cho hiệu ứng Synergic của hỗn hợp FA + SF trong chất kết dính 3 thành phần. Hệ số tác động của SF, FA đến cường độ bê tông trong trường hợp này được tính như sau:

k’_SF = k_TB * k_SF (5)
k’_FA = k_TB * k_FA (6)
 

Bảng 7 dưới đây đưa ra một số giá trị thamkhảo cho các hệ số: A1, A2, k_SF, k_FA, k’_SF, k’_FA, k_TB áp dụng khi tính cường độ bê tông từ chất kết dính 3 thành phần: xi măng OPC + FA + SF ở độ tuổi mẫu 7; 28 và 56 ngày.

(Còn nữa)