Bê tông truyền sáng được phát triển bằng cách bố trí các sợi quang có khả năng truyền ánh sáng vào bên trong bê tông. Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng, cường độ bê tông truyền sáng bị suy giảm đáng kể khi tăng hàm lượng sợi quang do xuất hiện các lỗ rỗng xung quanh sợi quang. Đây là trở ngại lớn cho việc phát triển bê tông truyền sáng dạng tấm mỏng trong tương lai. Nghiên cứu này thực hiện nhằm tối ưu hóa thành phần cấp phối của hỗn hợp bê tông với cấu trúc đặc chắc và đảm bảo độ bền thích hợp nhằm hạn chế lỗ rỗng xuất hiện xung quanh sợi quang.
Nghiên cứu thành phần cấp phối bê tông cốt liệu mịn và thân thiện với môi trường ứng dụng trong chế tạo bê tông truyền sáng (Ảnh minh họa internet)
Quá trình đô thị hóa nhanh chóng đang làm tăng nhu cầu chiếu sáng nhân tạo bên trong các công trình xây dựng, điều này ảnh hưởng đáng kể đến quá trình nóng lên của trái đất [1]. Để giảm năng lượng tiêu thụ do chiếu sáng nhân tạo, các giải pháp kiến trúc và giải pháp kỹ thuật giúp lấy ánh sáng tự nhiên vào bên trong công trình được xem là giải pháp thân thiện với môi trường và hiệu quả trong ngành xây dựng nói riêng và khoa học kỹ thuật nói chung. Phương pháp truyền ánh sáng tự nhiên bằng kính cường lực hoặc các vật liệu như gạch kính, tấm nhựa trong suốt,… được sử dụng như một giải pháp phổ biến cho các công trình xây dựng hiện nay [2].
Tuy nhiên, các đặc điểm về khả năng cách nhiệt, khả năng điều tiết giảm lượng ánh sáng mặt trời chiếu trực tiếp, cường độ cơ học đối với các tải trọng va đập, gió bão có thể coi là nhược điểm của loại vật liệu này [3]. Trong bối cảnh trên, việc nghiên cứu và phát triển vật liệu mới, vừa có khả năng truyền dẫn ánh sáng vừa có các đặc điểm cơ lý tốt là hướng nghiên cứu đang được quan tâm. Một trong số các vật liệu mới đó là bê tông truyền sáng, được phát minh bằng cách sắp xếp các sợi quang bên trong bê tông nhằm truyền dẫn ánh sáng xuyên qua tấm bê tông.
Do đó, hiệu suất truyền sáng của bê tông phụ thuộc vào hàm lượng sợi quang được bố trí. Tuy nhiên, một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng cường độ bê tông truyền sáng b suy giảm đáng kể khi tăng hàm lượng sợi quang [4]. Thiago dos S. Henriques và các cộng sự đã thực hiện quan sát SEM đối với bê tông truyền sáng với mác thiết kế 50 MPa, và chỉ ra rằng việc suy giảm cường độ khi tăng mật độ sợi quang là do các khe hở xuất hiện tại vùng tiếp giáp giữa sợi quang và bê tông [5].
Để phát triển bê tông truyền sáng dạng tấm mỏng trong tương lai, việc đảm bảo cường độ bê tông với sợi quang bố trí với mật độ cao là yêu cầu bắt buộc. Do đó, thành phần cấp phối của hỗn hợp bê tông cần được tối ưu hóa để vừa đảm bảo giảm thiểu xuất hiện khe hở ở mặt tiếp giáp giữa bê tông và sợi quang nhằm vừa đảm bảo độ đặc chắc trong cấu trúc bê tông. Việc này giúp giảm các lỗ rỗng xuất hiện xung quanh sợi quang, qua đó không những giúp tăng cường độ cơ học mà còn giúp cải thiện được tính thấm và độ bền của tấm bê tông truyền sáng khi sử dụng như một vật liệu bao che.
Để chế tạo hỗn hợp bê tông cường độ cao với độ lưu động lớn thì xu hướng hiện nay là sử dụng phụ gia khoáng hoạt tính (tro bay, muội silic,…) và xỉ lò cao kết hợp với phụ gia siêu dẻo. Tuy nhiên, muội silic có giá thành cao nên việc sử dụng xỉ lò cao thay thế sẽ giúp giảm đáng kể giá thành, đồng thời làm giảm nhiệt thuỷ hoá, tăng tính công tác, cũng như giảm biến dạng co ngót trong bê tông [6].
Do đó, phối hợp sử dụng tro bay và xỉ lò cao thay thế xi măng sử dụng trong bê tông là hướng tiếp cận khả thi hơ cả về kinh tế và kỹ thuật [7, 8, 9]. Các kết quả nghiên cứu trên thế giới cho thấy, xỉ lò cao có hoạt tính thuỷ lực thấp tăng lên khi tăng nồng độ OH─. Xỉ lò cao làm tăng sự phân tán giữa các hạt mịn, làm giảm độ nhớt của hồ xi măng qua đó làm tăng độ lưu động cho hỗn hợp hồ xi măng [10, 11]. Nhờ đó có thể giữ được độ lưu động cho hỗn hợp bê tông ở mức cao khi không sử dụng muội silic. Tro bay với tỷ lệ dùng phù hợp sẽ giúp cải thiện cường độ giảm nhiệt thủy hóa, cải thiện được khả năng chống nứt sớm cho bê tông [12, 13]. Hơn nữa, tại các vị trí làm việc với mục đích trang trí và bao che thì thường xuyên tiếp xúc môi trường thay đổi độ ẩm/ nhiệt độ cũng như chịu tác động trực tiếp từ môi trường (mưa, không khí) thì bê tông có nguy giảm độ bền và tính thẩm mỹ của kết cấu do phản ứng kiềm cốt liệu (ASR) hay tấn công sun phát,… [14, 15].
Để giảm thiểu thậm chí ngăn chặn sự hình thành phản ứng kiềm cốt liệu và tấn công sun phát đối với bê tông nói chung và bê tông truyền sáng nói riêng thì cần sử dụng các phụ gia khoáng như: Metakaolin, xỉ lò cao, tro bay, pu-zơ-lan tự nhiên,… cho thành phần của bê tông [16, 17, 18, 19]. Về mặt môi trường, theo Quy hoạch điện VII, đến năm 2030 nhiệt điện than chiếm khoảng 42,6% cơ cấu công suất, mặc dù dự thảo Quy hoạch điện VIII giảm xuống chiếm khoảng 31% năm 2030 trong kịch bản cơ sở và 28% với kịch bản cao thì điện than vẫn đóng tỉ trọng cao trong cơ cấu nguồn điện. Nhưng với tốc độ phát triển nhanh như hiện nay thì nhu cầu điện năng ngày càng tăng cao và các nhà máy nhiệt điện vẫn không ngừng được xây mới đồng nghĩa với lượng phát thải tro xỉ cũng tăng dần theo thời gian.
Ngoài ra, số lượng các nhà máy luyện kim cũng đang tăng lên nhanh chóng, trong quá trình vận hành các nhà máy luyện kim này sẽ sản sinh ra khối lượng xỉ lò cao rất lớn. Đó là vấn đề lớn về môi trường do lượng phế thải phát sinh hàng năm quá lớn không thể xử lý bằng phương pháp chôn lấp truyền thống. Trong bối cảnh đó, việc sử dụng phế thải công nghiệp bao gồm tro bay và xỉ lò cao nhằm giải quyết một phần bài toán môi trường là xu thế tất yếu để phát triển bền vững. Từ các phân tích trên, nghiên cứu này đặt mục tiêu phát triển loại bê tông thân thiện với môi trường, đồng thời có cường độ cao 80-100 MPa và độ lưu động cao với độ chảy xòe 700 mm.
Các chỉ tiêu thiết kế này được đề ra dựa trên thí nghiệm rót hỗn hợp bê tông vào khuôn ván có mật độ sợi quang cao trong giai đoạn thử nghiệm trước đó. Để đáp ứng các chỉ số mục tiêu trên, nghiên cứu đã sử dụng phụ gia khoáng hoạt tính tro bay (FA) và xỉ hạt lò cao nghiền mịn (GGBS). Bằng việc xác định được tỉ lệ tối ưu của FA/CKD và GGBS/CKD dựa trên kết quả thực nghiệm, nghiên cứu đề xuất cấp phối hỗn hợp bê tông đáp ứng được các chỉ tiêu kỹ thuật đặt ra để hướng tới chế tạo được bê tông truyền sáng cường độ cao trong tương lai.
Xem chi tiết Bài nghiên cứu TẠI ĐÂY:
BuilData
