Nghiên cứu này đánh giá ảnh hưởng của cát nghiền từ đến một số tính chất cơ bản của bê tông, bao gồm tính công tác và cường độ chịu nén. Thực hiện thí nghiệm với ba cấp cường độ B30, B40 và B50, với tỷ lệ thay thế cát sông bằng cát nghiền từ 60% đến 100% theo khối lượng, kết quả cho thấy khi tăng tỷ lệ cát nghiền, độ sụt ban đầu giảm và tốc độ suy giảm độ sụt sau 30 phút tăng lên.
Trong bê tông xi măng, cốt liệu nhỏ đóng vai trò quan trọng không chỉ trong việc quyết định tính công tác của hỗn hợp bê tông mà còn ảnh hưởng đến độ đặc chắc của bộ khung cốt liệu và chất lượng vùng chuyển tiếp giữa cốt liệu và đá xi măng (ITZ). Mặc dù chiếm tỷ lệ nhỏ trong thể tích bê tông, vùng ITZ lại có ảnh hưởng sâu rộng đến các tính chất cơ học của bê tông, bao gồm cường độ, độ bền, và khả năng chống thấm [1].
Cát nghiền từ mỏ đá Quang Sơn
Nhờ vào cấp phối ổn định và hình dạng hạt thuận lợi, cát tự nhiên, đặc biệt là cát sông, đã và đang là lựa chọn chính trong sản xuất bê tông. Tuy nhiên, với sự gia tăng không ngừng của nhu cầu xây dựng, khai thác cát tự nhiên ngày càng gây áp lực lên nguồn tài nguyên này, dẫn đến nguy cơ cạn kiệt và kéo theo các hệ lụy nghiêm trọng về môi trường như xói lở bờ sông, suy giảm đa dạng sinh học và sự biến đổi các hệ sinh thái thủy vực [2], [3].
Tại Việt Nam, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng khai thác cát lòng sông đang góp phần gia tăng hiện tượng xói lở bờ sông và bất ổn hình thái sông ngòi, điều này không chỉ gây rủi ro môi trường mà còn ảnh hưởng nghiêm trọng đến các công trình hạ tầng ven sông [4], [5]. Cùng với sự khan hiếm cát tự nhiên và sự biến động về chất lượng cát khai thác, việc phát triển các nguồn cốt liệu thay thế, đặc biệt là cát nghiền, có thể chủ động trong nguồn cung và giảm thiểu các vấn đề môi trường liên quan, là rất cần thiết. Tuy nhiên, cát nghiền thường có hình dạng hạt góc cạnh và bề mặt thô, với dải phân bố hạt phụ thuộc nhiều vào công nghệ nghiền và sàng lọc, do đó các tính chất của nó có thể thay đổi đáng kể theo nguồn đá và quy trình sản xuất [6], [7].
Công nghệ sản xuất bê tông yêu cầu cát nghiền phải được kiểm soát chặt chẽ về thành phần hạt, hàm lượng hạt mịn và tạp chất để đảm bảo chất lượng bê tông. Các nghiên cứu chỉ ra rằng tỷ lệ hạt mịn cao trong cát nghiền có thể làm tăng nội ma sát, giảm độ chảy và làm bê tông mất độ sụt nhanh hơn nếu không điều chỉnh lượng nước và phụ gia một cách thích hợp [8]. Tuy nhiên, khi thành phần hạt và hàm lượng hạt mịn (filler) được tối ưu, cát nghiền có thể giúp cải thiện độ đặc chắc của hỗn hợp cốt liệu, từ đó làm tăng cường độ bê tông trong một khoảng tỷ lệ thay thế nhất định. Nếu vượt ngưỡng, hàm lượng hạt mịn quá cao sẽ làm tăng nhu cầu nước/phụ gia và gây bất lợi cho các chỉ tiêu cơ lý như cường độ chịu nén và độ bền [9-14].
Thực tế sản xuất bê tông cho thấy cát nghiền có tính chất thay đổi đáng kể theo nguồn đá, dây chuyền nghiền và điều kiện bảo quản. Do đó, cần có các nghiên cứu định lượng ảnh hưởng của từng nguồn cát nghiền đến các tính chất chủ chốt của bê tông, từ đó xác định tỷ lệ sử dụng tối ưu và đề xuất các phương án thiết kế cấp phối phù hợp cho các ứng dụng thực tế. Trên cơ sở đó, nghiên cứu này tiến hành khảo sát thực nghiệm bê tông sử dụng cát nghiền từ mỏ Quang Sơn (Lập Thạch, Vĩnh Phúc cũ) với các mục tiêu:
(i) xác định ảnh hưởng của tỷ lệ thay thế cát nghiền đến tính công tác (độ sụt) của hỗn hợp bê tông;
(ii) đánh giá mức suy giảm độ sụt theo thời gian nhằm phản ánh khả
năng thi công và vận chuyển;
(iii) phân tích xu hướng cường độ chịu nén ở tuổi 7 và 28 ngày đối với các cấp bê tông 30–50 MPa.
Thành phần cấp phối được thiết kế theo chỉ dẫn của tiêu chuẩn quốc gia về bê tông sử dụng cát nghiền [15], nhằm bảo đảm tính thống nhất phương pháp và khả năng ứng dụng trong sản xuất thực tế.
Trên cơ sở chương trình thí nghiệm với ba cấp cường độ B30, B40 và B50, nghiên cứu đã làm rõ ảnh hưởng của tỷ lệ thay thế cát tự nhiên bằng cát nghiền đến tính công tác và cường độ chịu nén của bê tông.
(1) Khi tăng tỷ lệ cát nghiền, độ sụt ban đầu có xu hướng giảm và tốc độ mất độ sụt sau 30 phút tăng lên. Hiện tượng này phản ánh đặc trưng hình dạng hạt góc cạnh và hàm lượng hạt mịn của cát nghiền, làm tăng nội ma sát và nhu cầu hồ xi măng, phụ gia siêu dẻo để bao phủ bề mặt hạt.
(2) Trong khoảng tỷ lệ thay thế trung bình (xấp xỉ 60–80 %), bê tông vẫn có thể đáp ứng yêu cầu độ sụt 12±2 cm khi hiệu chỉnh hợp lý lượng nước và phụ gia, đồng thời cường độ chịu nén ở 7 và 28 ngày tuổi nhìn chung tương đương hoặc cao hơn mẫu đối chứng dùng 100% cát tự nhiên. Trong các cấp phối khảo sát, tỷ lệ khoảng 70 % cho xu hướng tối ưu về cân bằng giữa tính công tác và cường độ.
(3) Khi tỷ lệ cát nghiền tăng lên mức rất cao (≥90 %, đặc biệt 100 %), tính công tác suy giảm rõ rệt, độ sụt và cường độ giảm nhanh, cho thấy rủi ro về độ ổn định chất lượng nếu không kiểm soát chặt chẽ được tỷ lệ thành phần cấp phối.
Từ các kết quả trên, có thể khuyến nghị sử dụng cát nghiền thay thế cát tự nhiên trong khoảng 60–80 % cho bê tông thường ở điều kiện vật liệu khảo sát, đồng thời cần áp dụng kiểm soát chất lượng cốt liệu (thành phần hạt, hạt mịn, tạp chất). Các nghiên cứu tiếp theo có thể mở rộng theo hướng đánh giá các chỉ tiêu về độ bền (co ngót, thấm ion clo, chống xâm thực) và tính thi công (khả năng bơm, hoàn thiện bề mặt) để hoàn thiện cơ sở áp dụng trong thực tế.
Xem chi tiết Bài nghiên cứu TẠI ĐÂY:
BuilData
