Bê tông siêu tính năng (UHPC) là loại vật liệu có các đặc tính nổi trội về tính công tác, cường độ, độ bền và độ dẻo dai nên góp phần nâng cao khả năng chịu lực của kết cấu, qua đó góp phần tăng cường độ bền của công trình khi chịu các tác động bất lợi và quá trình xâm thực từ môi trường. Sự biến thiên cường độ chịu nén của bê tông được khảo sát khi cốt liệu hoàn toàn là cát sông (RS) hay cát thạch anh (QS). Kết quả phân tích và thí nghiệm cho thấy rằng, với nguồn cát sông sẵn có, khi áp dụng quy trình phối trộn hợp lý cùng phương pháp bảo dưỡng phù hợp có thể chế tạo được bê tông UHPC với cường độ chịu nén trên 120 MPa.
Bê tông siêu tính năng cao (UHPC) là vật liệu xi măng chất lượng cao được nghiên cứu và phát triển mạnh từ thập niên 1990. Vật liệu này có cường độ chịu nén rất cao, thường đạt 120 đến 200 MPa, đồng thời có khả năng chịu kéo, chịu uốn, chịu va chạm và tải trọng lặp tốt hơn bê tông thông thường. Nhờ cấu trúc đặc chắc và độ bền lâu cao, UHPC được xem là vật liệu phù hợp cho các kết cấu yêu cầu khả năng chịu lực lớn và tuổi thọ khai thác dài.
Thành phần cơ bản của UHPC gồm xi măng, muội silic, cốt liệu mịn, phụ gia siêu dẻo, sợi gia cường và nước, với tỷ lệ nước trên chất kết dính thường nhỏ hơn 0.25. Trong đó, cát thạch anh thường được sử dụng làm cốt liệu mịn do góp phần cải thiện vùng chuyển tiếp liên pha ITZ và nâng cao cường độ vật liệu. Tuy nhiên, nguồn cát thạch anh có trữ lượng hạn chế, phân bố không đồng đều, trong khi việc khai thác cát tự nhiên quy mô lớn gây ra nhiều tác động bất lợi đến môi trường. Từ thực tế đó, việc nghiên cứu sử dụng RS thay thế QS trong chế tạo UHPC là cần thiết. Hướng nghiên cứu này nhằm tận dụng nguồn vật liệu sẵn có trong nước, giảm phụ thuộc vào cát thạch anh và đánh giá khả năng ứng dụng thực tế của UHPC trong điều kiện Việt Nam.
Tại Việt Nam, RS được khai thác và ứng dụng rộng rãi trong xây dựng và đã được hướng dẫn theo tiêu chuẩn TCVN 7570:2006-cốt liệu cho bê tông và vữa [1]. Các nghiên cứu trước đây về việc sử dụng RS chủ yếu tập trung vào bê tông thường (NSC) và bê tông cường độ cao (HSC) và đã cung cấp một nền tảng lý thuyết khá đầy đủ. Tuy nhiên, việc nghiên cứu và ứng dụng RS trong UHPC ở cả trong nước và quốc tế vẫn còn những hạn chế nhất định.
Nghiên cứu của Hussam Ali Mohammed [2] đã đánh giá ảnh hưởng của việc sử dụng cát sông làm cốt liệu trong bê tông thường NSC. Kết quả thí nghiệm cho thấy bê tông sử dụng 100% cát sông đạt cường độ nén khoảng 28-30 MPa sau 28 ngày, giá trị này cao hơn so với cấp phối sử dụng cốt liệu hoàn toàn là cát mỏ thông thường hoặc cốt liệu phối trộn từ 2 loại cốt liệu trên. Điều này cho thấy cát sông có thể được sử dụng hiệu quả để chế tạo bê tông NSC với các đặc tính cơ học đạt yêu cầu kỹ thuật cần thiết.
Al-Thairy [3] đã nghiên cứu sử dụng RS để chế tạo bê tông NSC và đánh giá ảnh hưởng của loại cốt liệu này đến các đặc tính cơ học của bê tông. Kết quả cho thấy bê tông sử dụng RS đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật với cường độ chịu nén ở 28 ngày tuổi đạt khoảng 30-35 MPa và cường độ chịu kéo đạt từ 2,5-3,0 MPa. Bên cạnh đó, hỗn hợp bê tông có tính công tác tương đối tốt khi cấp phối được thiết kế hợp lý. Những kết quả này khẳng định khả năng sử dụng cát sông trong chế tạo NSC. Chijioke và các cộng sự [4] đã nghiên cứu đặc tính cơ học của bê tông chế tạo từ RS và bê tông sử dụng cát nghiền làm cốt liệu. Kết quả cho thấy, cường độ nén của bê tông đạt khoảng 32-36 MPa ở 28 ngày tuổi, cường độ chịu kéo trực tiếp vào khoảng 2,8-3,2 MPa, trong khi cường độ chịu uốn đạt 4,0-4,5 MPa.
Nghiên cứu của Nagpal [5] đã khảo sát ảnh hưởng của việc thay thế cát mỏ thông thường bằng cát sông trong sản xuất bê tông NSC và HSC. Thí nghiệm được thực hiện với 4 tỷ lệ thay thế: 0%, 25%, 50% và 75%. Kết quả cho thấy, NSC sử dụng cát sông với tỷ lệ ≤25% vẫn đạt cường độ nén và uốn tương đương với bê tông đối sánh với cường độ nén khoảng 20-30 MPa. Như vậy, RS có thể được ứng dụng làm cốt liệu mịn thay thế một phần, đặc biệt trong các vùng khan hiếm cát mỏ mà không làm ảnh hưởng đến đặc tính cơ học của bê tông.
Tác giả Hawi [6] đã khảo sát việc sử dụng RS để thay thế cát mỏ. Các tỷ lệ thay thế được lựa chọn gồm 0%, 25%, 50% và 75%. Kết quả cho thấy, tại 28 ngày tuổi với mức thay thế 75% RS cho cường độ chịu nén, kéo và uốn cao nhất. Ngoài ra, Donza và các cộng sự [7] đã tiến hành nghiên cứu nhằm đánh giá ảnh hưởng của cát nghiền và cát sông đến tính năng của bê tông. Kết quả cho thấy, việc sử dụng cát nghiền từ đá granite giúp nâng cao cường độ nén của bê tông khoảng 10-15%.
Từ các phân tích trên cho thấy, các nghiên cứu hiện tại đã chế tạo bê tông NSC và HSC, việc nghiên cứu chế tạo UHPC với cốt liệu hoàn toàn là RS, đồng thời phân tích đường cong nén cho loại bê tông này vẫn chưa hoàn chỉnh từ lý thuyết đến thực nghiệm. Kết quả phân tích cho thấy cát thạch anh và cát sông được sử dụng trong nghiên cứu này có cấp phối hạt và mô đun độ lớn nằm trong phạm vi quy định của TCVN 7570:2006 - Cốt liệu cho bê tông và vữa. Với những ưu điểm về thành phần hạt, modul cỡ hạt và một số tính chất cơ lý của 2 loại cát này cho thấy có thể sử dụng cốt liệu từ cát sông để chế tạo bê tông UHPC.
Xem chi tiết Bài nghiên cứu TẠI ĐÂY:
Build.Data
