» Một nghiên cứu đăng trên tạp chí Scientific Reports đã đánh giá hiệu quả của meta cao lanh trong các hỗn hợp bê tông tự lèn sử dụng phối liệu 3 thành phần gồm meta cao lanh, tro bay giàu canxi và bột đá cẩm thạch thải. Kết quả cho thấy việc tối ưu tỷ lệ meta cao lanh giúp cải thiện đáng kể module đàn hồi, độ đặc chắc và chất lượng vi cấu trúc của bê tông, đồng thời mở ra hướng đi mới trong việc tận dụng phụ phẩm công nghiệp để phát triển vật liệu xây dựng bền vững.
Bê tông tự lèn thế hệ mới đang bước vào giai đoạn cải tiến mạnh mẽ khi các vật liệu khoáng hoạt tính cao được đưa vào phối liệu nhằm đồng thời nâng cao hiệu năng cơ học và giảm phụ thuộc vào xi măng portland. Trong xu thế đó, meta cao lanh nổi lên như một thành phần có khả năng cải thiện cấu trúc vi mô và gia tăng độ bền lâu dài của bê tông.
Thiết kế thí nghiệm và phương pháp phối liệu 3 thành phần
Nghiên cứu sử dụng bê tông tự lèn làm nền tảng và xây dựng chín cấp phối khác nhau bao gồm mẫu đối chứng và các hỗn hợp có bổ sung meta cao lanh với tỷ lệ thay thế từ 5 - 20%. Trong tất cả các cấp phối, tro bay giàu canxi được giữ cố định ở mức thay thế 15% xi măng, trong khi bột đá cẩm thạch thải được sử dụng để thay thế 20% cát tự nhiên.
Các mẫu bê tông được chế tạo và kiểm tra thông qua hệ thống thí nghiệm cơ học kết hợp phân tích không phá hủy. Module đàn hồi được xác định trên mẫu trụ kích thước 150×300 mm dưới tải nén trục trong máy nén thủy lực. Chất lượng kết cấu được đánh giá bằng vận tốc xung siêu âm thông qua thiết bị kiểm tra siêu âm cầm tay và độ cứng bề mặt bằng búa bật nẩy.
Phân tích vi cấu trúc được thực hiện bằng kính hiển vi điện tử quét và phân tích phổ tán sắc năng lượng tia X nhằm xác định đặc điểm cấu trúc bên trong và tỷ lệ canxi trên silic trong sản phẩm thủy hóa của hồ xi măng.
Ảnh hưởng của meta cao lanh đến tính chất cơ học và vi cấu trúc bê tông
Kết quả cho thấy các vật liệu khoáng khi phối hợp theo tỷ lệ hợp lý tạo ra hiệu ứng cộng hưởng tích cực đối với chất lượng bê tông tự lèn. Trong đó, cấp phối chứa khoảng 12,5% meta cao lanh cho thấy hiệu quả tối ưu nhất về tổng thể.
Sau 28 ngày, module đàn hồi của cấp phối này đạt 32,10 GPa, cao hơn khoảng 8,1% so với mẫu đối chứng. Đến 90 ngày, giá trị này tăng lên 33,80 GPa, cho thấy sự phát triển cường độ theo thời gian.
Kết quả kiểm tra không phá hủy cho thấy vận tốc xung siêu âm đạt 4872 m/s tại 90 ngày, phản ánh chất lượng bê tông ở mức rất tốt theo tiêu chuẩn đánh giá. Phân tích thống kê cũng xác nhận sự khác biệt có ý nghĩa giữa các cấp phối về độ đặc chắc và tính đồng nhất.
Phân tích hình ảnh vi cấu trúc cho thấy mẫu có bổ sung meta cao lanh tạo ra mạng lưới đặc chắc hơn so với mẫu đối chứng. Đồng thời, tỷ lệ canxi trên silic trong cấu trúc giảm xuống mức 0,04 so với 0,22 ở mẫu đối chứng, phản ánh quá trình phản ứng puzolan, trong đó Ca(OH)₂ được tiêu thụ để tạo thêm gel C-S-H, thành phần chính quyết định cường độ và độ bền của bê tông.
Nghiên cứu khẳng định việc sử dụng meta cao lanh trong bê tông tự lèn theo hệ phối liệu 3 thành phần giúp cải thiện đáng kể module đàn hồi, độ đặc chắc và chất lượng vi cấu trúc. Đồng thời, việc kết hợp các phụ phẩm công nghiệp như tro bay và bột đá cẩm thạch thải cho thấy tiềm năng lớn trong việc phát triển vật liệu xây dựng bền vững, giảm tiêu thụ xi măng portland và góp phần giảm phát thải carbon trong ngành xây dựng hiện đại.
Cem.Info
