Nghiên cứu sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm Plackett-Burman để tối ưu hóa thành phần bê tông ít xi măng có độ bền cao cho kết cấu bê tông cốt thép trong môi trường ven biển Việt Nam. Kết quả cho thấy hàm lượng xỉ lò cao nghiền mịn có ảnh hưởng lớn nhất đến khả năng kháng xâm nhập ion clorua, hàm lượng tro bay quyết định cường độ chịu nén của bê tông, trong khi tổng lượng chất kết dính ảnh hưởng nhiều nhất đến cường độ chịu kéo khi bửa. Nghiên cứu chứng minh phương pháp Plackett–Burman là công cụ hiệu quả để thiết kế và tối ưu hóa bê tông ít xi măng bền vững cho các công trình ven biển.
Công trình xây dựng bê tông cốt thép ven biển và hải đảo ở Việt Nam phải làm việc trong môi trường biển có tính xâm thực cao. Trong đó, sự xâm nhập của ion clorua từ nước biển và khí quyển biển được xem là một trong những nguyên nhân chính gây ăn mòn cốt thép, dẫn đến suy giảm độ bền và tuổi thọ công trình [1].
Ảnh minh họa (Xi măng Xuân Thành)
Nghiên cứu đối với các công trình bê tông cốt thép ven biển Việt Nam cho thấy quá trình ăn mòn cốt thép do ion clorua có thể xuất hiện sau 10 - 30 năm khai thác tùy thuộc vào chất lượng bê tông, điều kiện môi trường và chế độ bảo trì công trình [2]. Vì vậy, nghiên cứu các giải pháp nâng cao khả năng kháng xâm nhập ion clorua và kéo dài tuổi thọ kết cấu bê tông cốt thép trong môi trường biển Việt Nam từ việc tối ưu hóa thành phần bê tông độ bền cao sử dụng chất kết dính phụ thêm (SCMs) như tro bay (FA) và xỉ lò cao nghiền mịn (GGBFS) cho công trình ven biển Việt Nam có ý nghĩa khoa học và thực tiễn quan trọng.
Việc sử dụng hàm lượng lớn FA và GGBFS để thay thế xi măng poóclăng được xem là một giải pháp hiệu quả để giảm lượng dùng xi măng trong bê tông, từ đó giảm phát thải CO₂ và giá thành sản xuất bê tông [3, 4]. Chất kết dính phụ thêm như FA và GGBFS đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trên thế giới nhằm cải thiện cấu trúc vi mô, giảm độ thấm ion clorua và nâng cao độ bền lâu của bê tông [5, 6, 7, 8]. Phản ứng pozzolanic của FA với Ca(OH)₂ sinh ra từ quá trình thủy hóa xi măng, cùng với phản ứng thủy hóa (hydraulic) của GGBFS trong môi trường kiềm, tạo ra thêm C-S-H lấp đầy lỗ rỗng mao quản, giảm đáng kể hệ số khuếch tán ion clorua [9, 10].
Tại Việt Nam, nguồn FA và GGBFS là rất lớn và đang ngày càng tăng. Theo báo cáo của Bộ Xây dựng năm 2025, sản lượng tro xỉ thải ra từ các nhà máy nhiệt điện than trong cả nước vượt 25 triệu tấn/năm và nếu không được tận dụng hiệu quả, tổng lượng tồn trữ có thể đạt 422 triệu tấn vào năm 2030 [11]. Bên cạnh đó, Việt Nam là một trong những nước sản xuất thép hàng đầu khu vực, dẫn đến lượng xỉ lò cao nghiền mịn từ các khu liên hợp gang thép như Formosa Hà Tĩnh ngày càng lớn.
Việc sử dụng hai loại chất thải công nghiệp này vừa giải quyết vấn đề môi trường, vừa mang lại giá trị kinh tế cho ngành Xây dựng. Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu trong nước về bê tông có SCMs thường tập trung vào đánh giá tính chất của từng cấp phối riêng lẻ mà chưa có nhiều ứng dụng hệ thống các công cụ quy hoạch thực nghiệm (DOE) để xác định tối ưu đồng thời nhiều chỉ tiêu kỹ thuật và kinh tế. Phương pháp DOE cho phép với số lượng thí nghiệm ít nhất có thể thu được lượng thông tin tối đa về hệ thống, từ đó xây dựng mô hình hồi quy đáng tin cậy và thực hiện tối ưu hóa đa mục tiêu [12, 13].
Trong nghiên cứu này, phương pháp quy hoạch thực nghiệm Plackett-Burman Design (PBD) được áp dụng để sàng lọc và đánh giá mức độ ảnh hưởng của các thành phần cấp phối đến các chỉ tiêu cường độ và độ bền của bê tông ít xi măng. Thiết kế PBD cho phép xác định các yếu tố quan trọng với số lượng thí nghiệm hạn chế, qua đó nâng cao hiệu quả nghiên cứu và giảm chi phí thực nghiệm [14].
Với 3 biến số đầu vào (lượng chất kết dính, tỷ lệ GGBFS, tỷ lệ FA) và 3 hàm mục tiêu đầu ra (cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo khi bửa, điện lượng thấm ion clorua) để lựa chọn cấp phối tối ưu cho bê tông ít xi măng có độ bền cao ứng dụng công trình ven biển tại Việt Nam.
Xem chi tiết Bài nghiên cứu TẠI ĐÂY:
Build.Data
