Nghiên cứu thực nghiệm cho thấy nước từ hóa có thể cải thiện một số tính chất của bê tông khi được sử dụng cùng chất thải từ quá trình gia công sắt ở các cấp phối phù hợp. Hiệu quả được ghi nhận ở độ công tác, cường độ và khả năng hạn chế nước xâm nhập, song phụ thuộc vào tỷ lệ vật liệu và điều kiện từ hóa.
Việc tìm kiếm vật liệu thay thế cát tự nhiên đang thúc đẩy nhiều nghiên cứu về khả năng tận dụng chất thải công nghiệp trong bê tông. Một nghiên cứu mới tập trung vào sự kết hợp giữa chất thải gia công sắt và nước từ hóa, qua đó đánh giá liệu phương pháp này có thể cải thiện các đặc tính của bê tông hay không.
Tác động của chất thải từ quá trình gia công sắt và nước từ hóa đến các tính chất của bê tông. (Nguồn: Bubbers BB/Shutterstock.com)
Nước từ hóa cho thấy tác động ở một số cấp phối bê tông
Nước từ hóa đang được nghiên cứu trong vật liệu gốc xi măng do khả năng ảnh hưởng đến quá trình trộn và đặc tính của bê tông. Nghiên cứu này đánh giá tác động của nước từ hóa khi kết hợp với chất thải gia công sắt, vật liệu được sử dụng để thay thế một phần cát sông trong bê tông.
Việc sử dụng chất thải gia công sắt hướng đến giảm nhu cầu cát tự nhiên, trong khi tận dụng dòng chất thải phát sinh từ hoạt động gia công và xử lý sắt. Do vật liệu này có chứa thành phần sắt từ, các nhà nghiên cứu cũng quan tâm đến khả năng kết hợp với nước được xử lý bằng từ trường.
Thí nghiệm sử dụng xi măng portland thông thường, cốt liệu thô và cát sông. Chất thải gia công sắt thay thế cát ở các tỷ lệ 0%, 10%, 20%, 30%, 40% và 50%. Nước trộn gồm nước máy thông thường và nước từ hóa, được xử lý dưới cường độ từ trường 1,4 hoặc 1,6 T với 50, 100, 150 và 200 chu kỳ.
Các mẫu bê tông được bảo dưỡng trong nước ở 18°C. Cường độ nén được xác định ở 7, 28 và 56 ngày trên mẫu lập phương kích thước 100 mm. Nghiên cứu cũng đánh giá độ sụt, cường độ uốn, cường độ kéo khi ép chẻ và độ hút nước mao dẫn.
Kết quả cho thấy nước từ hóa có thể cải thiện độ linh động của hỗn hợp bê tông. Hiệu quả nhìn chung rõ hơn khi số chu kỳ từ hóa tăng, nhưng tác động còn phụ thuộc vào tỷ lệ chất thải gia công sắt. Độ sụt tăng ở mức thay thế 20% - 40%, sau đó giảm khi tỷ lệ chất thải gia công sắt đạt 50%. Theo các nhà nghiên cứu, hàm lượng hạt mịn cao hơn có thể làm tăng nhu cầu nước của hỗn hợp.
Về cường độ, kết quả thay đổi theo cấp phối bê tông và điều kiện xử lý nước. Ở tuổi 28 ngày, cấp phối chứa 20% chất thải gia công sắt và nước máy đạt mức tăng 32% về cường độ nén so với cấp phối đối chứng. Khi sử dụng nước từ hóa, điều kiện 150 chu kỳ cho kết quả thuận lợi ở nhiều chỉ tiêu. Cấp phối chứa 10% chất thải gia công sắt và nước từ hóa 150 chu kỳ có cường độ nén cao hơn 22% so với cấp phối tương ứng sử dụng nước máy.
Đối với cường độ kéo khi ép chẻ và cường độ uốn, cấp phối chứa 20% chất thải gia công sắtt kết hợp nước từ hóa 150 chu kỳ cho kết quả nổi bật. Sau 28 ngày, cường độ kéo khi ép chẻ tăng 37%, trong khi cường độ uốn tăng 7%.
Nước từ hóa cũng làm giảm độ hút nước mao dẫn ở các cấp phối được nghiên cứu. Kết quả này cho thấy cấu trúc lỗ rỗng có thể ít liên thông hơn, qua đó hạn chế khả năng nước xâm nhập vào bê tông.
Thay đổi vi cấu trúc hỗ trợ kết quả thử nghiệm
Các nhà nghiên cứu sử dụng kính hiển vi điện tử quét, phổ tán sắc năng lượng tia X và nhiễu xạ tia X để tìm hiểu những thay đổi bên trong bê tông.
Hình ảnh kính hiển vi điện tử quét cho thấy các cấp phối có kết quả cơ học tốt hơn có nền bê tông đặc chắc hơn, với ít lỗ rỗng và vi nứt quan sát được. Phân tích phổ tán sắc năng lượng tia X ghi nhận sự thay đổi về tỷ lệ canxi và silic, được các nhà nghiên cứu liên hệ với sự hình thành C-S-H, một trong những pha liên kết chính của vật liệu gốc xi măng.
Kết quả nhiễu xạ tia X cũng cho thấy các đỉnh liên quan đến quá trình thủy hóa rõ hơn ở các cấp phối sử dụng nước từ hóa. Những kết quả này cung cấp thêm cơ sở để liên hệ sự thay đổi về cấu trúc bên trong với mức cải thiện về cường độ và độ hút nước.
Tuy nhiên, nghiên cứu không cho thấy một cấp phối duy nhất tối ưu cho tất cả các tính chất. Mức thay thế 20% - 40% cho kết quả thuận lợi hơn về độ công tác, trong khi 10% chất thải gia công sắt kết hợp nước từ hóa 150 chu kỳ cho mức cải thiện đáng kể về cường độ nén. Với cường độ kéo khi ép chẻ và cường độ uốn, cấp phối 20% chất thải gia công sắt cùng nước từ hóa 150 chu kỳ cho kết quả tốt hơn.
Điều này cho thấy hiệu quả của nước từ hóa phụ thuộc vào tỷ lệ chất thải từ quá trình gia công sắt và điều kiện cấp phối cụ thể. Các kết quả hiện mới được xác định trong phạm vi vật liệu, cường độ từ trường, số chu kỳ từ hóa, điều kiện bảo dưỡng và phương pháp thử nghiệm của nghiên cứu.
Cần có thêm nghiên cứu để đánh giá khả năng áp dụng với các cấp phối bê tông khác nhau và trong điều kiện sản xuất quy mô lớn. Dù vậy, kết quả bước đầu cho thấy nước từ hóa có thể cải thiện một số tính chất của bê tông ở những điều kiện phù hợp, trong khi việc kết hợp với chất thải gia công sắt tạo thêm hướng nghiên cứu về tận dụng chất thải công nghiệp và giảm sử dụng cát tự nhiên trong vật liệu xây dựng.
Cem.Info (TH/ Techxplore)
