Bài báo trình bày nghiên cứu ảnh hưởng của cốt liệu tái chế (CLTC) đến một số tính chất cơ học của bê tông geopolymer. Các cấp phối bê tông geopolymer với cốt liệu đá tự nhiên được lần lượt thay thế bằng CLTC từ bê tông xi măng phế thải và từ bê tông geopolymer phế thải đến tỷ lệ 100%. Thí nghiệm cường độ chịu nén và cường độ chịu kéo gián tiếp (ép chẻ) được thực hiện để khảo sát ảnh hưởng của CLTC đến khả năng chịu tải của vật liệu. Kết quả thực nghiệm cho thấy các cấp phối bê tông với tỷ lệ 40% CLTC cho cường độ chịu nén và chịu kéo tốt nhất.
Sự phát triển mạnh mẽ của ngành xây dựng toàn cầu dẫn đến sự phụ thuộc lớn vào bê tông xi măng Portland, gây áp lực nghiêm trọng lên sinh thái và tài nguyên thiên nhiên. Quá trình sản xuất xi măng không chỉ làm cạn kiệt nguồn tài nguyên không tái tạo như đá vôi và đất sét [1], [2], mà còn chịu trách nhiệm cho lượng lớn phát thải khí nhà kính (CO2) toàn cầu, bắt nguồn từ quá trình nung clinker ở nhiệt độ cao tiêu tốn năng lượng và phản ứng nhiệt phân canxi cacbonat (CaCO3) [3–5].
Để giải quyết cuộc khủng hoảng này, bê tông geopolymer (chất kết dính vô cơ kiềm hoạt hóa) đã nổi lên như một giải pháp thay thế mang tính cách mạng. Bằng cách tận dụng các phế phẩm công nghiệp giàu aluminosilicate (tro bay, xỉ lò cao, metakaolin) kết hợp với dung dịch kiềm hoạt hóa (NaOH và Na2SiO3), geopolymer loại bỏ hoàn toàn nhu cầu sử dụng đá vôi và đất sét [6], đồng thời có khả năng cố định các kim loại nặng độc hại [7].
Dù các đánh giá vòng đời toàn diện cho thấy mức giảm phát thải carbon thực tế có thể thấp hơn con số 80% ban đầu do năng lượng sản xuất dung dịch kiềm, geopolymer vẫn giảm thiểu đáng kể dấu chân carbon so vớ xi măng truyền thống [4], [8], [9]. Giải pháp này giúp xử lý khối lượng lớn chất thải rắn, đóng vai trò mũi nhọn trong mô hình kinh tế tuần hoàn và phát triển bền vững [10], [11].
Bê tông geopolymer còn sở hữu tính chất cơ lý và độ bền vượt trội nhờ vi cấu trúc đặc thù [12-15]. Khác với phản ứng thủy hóa tạo gel C-S-H của xi măng, geopolymer hình thành qua quá trình trùng ngưng các monome aluminate và silicate trong môi trường kiềm mạnh, tạo mạng lưới không gian ba chiều vô định hình bền vững (N-A-S-H hoặc C-A-S-H) [16]. Cấu trúc đặc khít này giúp bê tông đạt cường độ sớm rất cao ở nhiệt độ phòng hoặc nhiệt độ cao [17].
Cấp phối tro bay kết hợp xỉ có thể đạt cường độ chịu nén trên 60-80 MPa, trong khi cường độ kéo, uốn và mô-đun đàn hồi đều đáp ứng tốt yêu cầu thiết kế kết cấu [18-22]. Ngoài ra, cấu trúc dạng gốm chịu lửa giúp geopolymer chống cháy và bền nhiệt vượt trội (lên tới 800- 1000°C) [23], [24]. Độ co ngót sấy khô thấp [25], [26] cùng đặc tính không chứa Ca(OH)2 tự do giúp vật liệu này kháng axit, sunfat và ion clo tối ưu [14], [27], [28].
Bài báo đã trình bày kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của CLTC đến cường độ chịu nén và chịu kéo của bê tông geopolymer. Tuy số lượng mẫu khảo sát còn hạn chế, các kết quả thí nghiệm cho thấy các xu hướng biến thiên tương đồng, logic, có thể giải thích được và phù hợp các nghiên cứu trước. Một số kết luận đúc kết từ phạm vi nghiên cứu:
- CLTC từ bê tông geopolymer phế thải và từ bê tông xi măng phế thải hoàn toàn phù hợp dùng làm cốt liệu cho bê tông geopolymer mới với khả năng chịu kéo nén tương đồng và có phần vượt trội so với bê tông sử dụng cốt liệu đá tự nhiên.
- Cường độ chịu kéo nén của bê tông mới tăng khi tăng tỷ lệ CLTC đến 40%.
- Khi tiếp tục tăng tỷ lệ CLTC trên 40%, cường độ chịu kéo nén của bê tông mới có xu hướng giảm, tuy nhiên mức độ suy giảm cường độ không quá nghiêm trọng.
Xem chi tiết Bài nghiên cứu TẠI ĐÂY:
BuilData
