Nghiên cứu này tối ưu hóa cường độ nén của bê tông geopolymer cường độ cao sử dụng xỉ lò cao nghiền mịn (GGBS), sợi thép và dung dịch NaOH bằng phương pháp bề mặt đáp ứng với thiết kế Box-Behnken. Kết quả cho thấy mô hình hồi quy bậc hai có ý nghĩa thống kê cao và mô tả tốt quan hệ giữa các biến đầu vào với cường độ nén.
Hình ảnh mẫu bê tông geopolymer sau khi đúc và thí nghiệm nén mẫu
Bê tông geopolymer đang được quan tâm như một hướng vật liệu thay thế bê tông xi măng truyền thống, nhờ khả năng tận dụng phế thải công nghiệp và tiềm năng phát triển cường độ cao [1]. Trong hệ vật liệu này, cường độ nén chịu ảnh hưởng đồng thời của thành phần tiền chất, dung dịch hoạt hóa kiềm và vật liệu gia cường. Trong đó, xỉ lò cao nghiền mịn(GGBS) được xem là tiền chất có hoạt tính cao do chứa hàm lượng lớn CaO, SiO₂và Al₂O₃ ở trạng thái vô định hình, góp phần thúc đẩy phản ứng và tăng độ đặc chắc của cấu trúc, từ đó cải thiện cường độ cơ học [2-5].
Tuy nhiên, ảnh hưởng của GGBS không hoàn toàn tuyến tính mà phụ thuộc vào sự tương thích với dung dịch kiềm và cấp phối tổng thể. Nồng độ dung dịch NaOH cũng là yếu tố quan trọng, chi phối khả năng hòa tan và tái cấu trúc các pha aluminosilicat. Nồng độ quá thấp làm giảm hiệu quả phản ứng, trong khi nồng độ quá cao có thể không tiếp tục làm tăng cường độ tương ứng [1, 6, 7]. Bên cạnh đó, việc bổ sung sợi thép có thể cải thiện khả năng khống chế vi khe nứt và hỗ trợ tăng cường độ, tuy nhiên hiệu quả phụ thuộc vào hàm lượng, hình dạng, tỷ lệ chiều dài trên đường kính và khả năng phân tán trong hỗn hợp [8-12].
Trong các hệ bê tông sử dụng cát nghiền, đặc điểm hình dạng hạt, hàm lượng bột đá và cấp phối cốt liệu mịn cũng có thể ảnh hưởng đến tính công tác, cấu trúc đặc chắc và cường độ của bê tông [13-15]. Vì vậy, việc sử dụng cát nghiền trong bê tông geopolymer cần được xem xét đồng thời với thành phần tiền chất, dung dịch hoạt hóa và vật liệu gia cường, thay vì chỉ đánh giá như một thành phần cốt liệu thay thế đơn lẻ.
Tổng quan các nghiên cứu trước đây cho thấy nhiều công trình đã khảo sát ảnh hưởng của từng yếu tố như loại tiền chất, nồng độ dung dịch kiềm, hàm lượng sợi hoặc đặc điểm cốt liệu mịn đến tính chất cơ học của bê tông geopolymer [3, 4, 9, 10]. Tuy nhiên, số lượng nghiên cứu phân tích đồng thời ảnh hưởng riêng rẽ, ảnh hưởng bậc hai và tương tác giữa các yếu tố thành phần trong cùng một khung quy hoạch thực nghiệm vẫn còn tương đối hạn chế.
Trong khi đó, đối với một hệ vật liệu đa biến như bê tông geopolymer cường độ cao, sự thay đổi của cường độ nén thường là kết quả của tác động tổng hợp giữa nhiều tham số, chứ không chỉ phụ thuộc vào một yếu tố đơn lẻ. Do đó, nếu chỉ khảo sát theo cách thay đổi từng biến một, kết quả thu được có thể chưa phản ánh đầy đủ xu hướng biến thiên thực sự của vật liệu, đồng thời khó xác định được miền thành phần phù hợp cho thiết kế cấp phối.
Phương pháp quy hoạch thực nghiệm bề mặt đáp ứng là một công cụ có hiệu quả trong các bài toán tối ưu vật liệu đa biến vì cho phép xây dựng mô hình hồi quy thực nghiệm, đánh giá mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố, nhận diện các tương tác có ý nghĩa thống kê và dự đoán xu hướng biến thiên của chỉ tiêu đầu ra trong phạm vi khảo sát [6, 15, 16]. Cách tiếp cận này đặc biệt phù hợp khi cần giảm số lượng thí nghiệm nhưng vẫn bảo đảm khả năng phân tích định lượng đối với hệ vật liệu có nhiều biến đầu vào.
Vì vậy, nghiên cứu này sử dụng phương pháp bề mặt đáp ứng với thiết kế Box-Behnken để đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng GGBS, sợi thép và nồng độ NaOH đến cường độ nén của bê tông geopolymer cường độ cao, từ đó tối ưu hóa miền thành phần phù hợp trong phạm vi khảo sát.
Xem chi tiết Bài nghiên cứu TẠI ĐÂY:
Build.Data
