» Một nghiên cứu mới chỉ ra rằng việc thay thế 30 - 40% cát tự nhiên bằng cát đuôi quặng sắt (ITS) trong bê tông có thể tăng đáng kể cường độ, độ dẻo và khả năng hấp thụ năng lượng dưới tác động của tải trọng lặp là yếu tố quan trọng trong các công trình chịu động đất và công nghiệp nặng.
Tận dụng chất thải công nghiệp như cát đuôi quặng sắt để thay thế cát tự nhiên đang mở ra hướng đi mới cho ngành Vật liệu xây dựng. Không chỉ giúp bảo vệ môi trường, giải pháp này còn nâng cao hiệu suất cơ học của bê tông trong các điều kiện làm việc khắc nghiệt.
Giải pháp thay thế cát tự nhiên
Phân tích ảnh hưởng của cát đuôi quặng sắt đến tính chất hỗn hợp bê tông và hành vi chịu nén lặp.
Cát đuôi quặng sắt (Iron Tailings Sand - ITS) là sản phẩm phụ từ quá trình khai khoáng và luyện kim. Với đặc tính hạt góc cạnh, bề mặt thô ráp và độ ổn định hóa học cao, ITS đang được nghiên cứu như một vật liệu thay thế khả thi cho cát tự nhiên trong sản xuất bê tông.
Khác với các nghiên cứu trước chỉ tập trung vào tính chất tĩnh như cường độ nén và độ linh động, nghiên cứu lần này đánh giá hiệu quả của cát đuôi quặng sắt khi bê tông chịu tải trọng lặp là điều kiện thường gặp ở các công trình trong vùng động đất, sàn nhà xưởng hay kết cấu ngầm.
Tỷ lệ 30 - 40% cho hiệu quả tối ưu
Nghiên cứu thử nghiệm các cấp phối bê tông với tỷ lệ thay thế cát đuôi quặng sắt từ 0 - 60%, giữ nguyên tổng lượng cát. Cốt liệu thô là đá dăm, xi măng và phụ gia giữ nguyên liều lượng. Các mẫu được đánh giá về độ linh động, cường độ nén và khả năng chịu tải lặp theo trục nén một chiều.
Kết quả cho thấy:
- Các mẫu chứa từ 20 - 40% cát đuôi quặng sắt có hiệu suất vượt trội về cường độ và khả năng biến dạng.
- Đặc biệt, nhóm 30 - 40% cát đuôi quặng sắt cho thấy khả năng hấp thụ năng lượng tốt hơn (hysteresis energy cao hơn), tăng độ dẻo và giảm nứt gãy khi chịu tải lặp.
- Nguyên nhân là cát đuôi quặng sắt giúp tăng độ đặc của vùng chuyển tiếp giữa hồ xi măng và cốt liệu, đồng thời tối ưu sắp xếp hạt, dẫn đến kết cấu bền chắc hơn.
Tuy nhiên, khi tỷ lệ cát đuôi quặng sắt vượt 40%, hiệu suất giảm rõ rệt. Cụ thể:
- Hạt mịn dư thừa làm tăng độ rỗng và phá vỡ liên kết trong ma trận xi măng.
- Các mẫu 50 - 60% cát đuôi quặng sắt bị biến dạng dư nhiều, độ cứng giảm, nứt gãy nhanh và không đều.
- Điều này gây mất ổn định và giảm cường độ tổng thể của bê tông.
Ứng dụng và hướng phát triển
Với những kết quả tích cực, cát đuôi quặng sắt có thể được ứng dụng trong các công trình cần độ bền và khả năng biến dạng cao như: nhà ở và công trình hạ tầng tại vùng động đất; sàn nhà xưởng chịu tải lớn; công trình ngầm có điều kiện làm việc khắc nghiệt...
Tuy nhiên, tỷ lệ cát đuôi quặng sắt cần được kiểm soát nghiêm ngặt, với khoảng 20 - 40% được xác định là tối ưu. Ngoài ra, các yếu tố như cấp phối hạt và tương tác hóa học với các loại xi măng khác cần tiếp tục được nghiên cứu để mở rộng khả năng ứng dụng.
Hiện nghiên cứu mới chỉ thử nghiệm một loại cấp phối cát đuôi quặng sắt. Các nghiên cứu tiếp theo nên đánh giá thêm nhiều kích cỡ hạt và hệ chất kết dính khác nhau để tối ưu hiệu suất trong từng điều kiện sử dụng cụ thể.
dịch từ Azobuild
