Trong bê tông, nhiều tính chất ảnh hưởng đến các thông số cường độ, trong đó thông số quan trọng nhất là độ đầm nén thích hợp. Thi công hiện trường khó đảm bảo có thể đầm nến tốt bê tông thông thường với đầm tay hoặc thậm chí các loại đầm rung máy trong các kết cấu tập trung hàm lượng thép cao như mối nối cột dài và cột dầm. Trong những trường hợp này, bê tông tự lèn (SCC) là một giải pháp thích hợp. Nó cho phép bê tông đạt đầm nén hoàn toàn mà không cần bất kỳ tác động bên ngoài nào. Loại bê tông này đầm chặt bằng chính trọng lượng của nó, và một ưu điểm quan trọng khác của SCC là không có sự phân tầng. Do đó, việc sử dụng SCC đã tăng lên rất nhiều trong vài thập kỷ qua. SCC có nhiều ưu điểm nhưng cũng không ít khuyết điểm. Một nhược điểm quan trọng là để chế tạo SCC cần hàm lượng xi măng cao hơn nhiều so với bê tông thường; điều này có thể làm tăng lượng khí thải CO₂ đồng thời dẫn đến nhiệt độ thủy hóa cao hơn có thể gây ra các vết nứt do co ngót nếu không được bảo dưỡng đầy đủ. Nghiên cứu này là một nỗ lực để xem xét ảnh hưởng của các loại phụ gia khoáng và phụ gia hóa học khác nhau được sử dụng trong bê tông tự đầm cùng với kiến thức ngắn gọn về sự thay đổi trong ứng xử cơ học liên quan đến ảnh hưởng của các phụ gia này.

1. Giới thiệu

Bê tông, là một trong những vật liệu xây dựng được sử dụng rộng rãi nhất vì độ bền và hiệu quả chi phí, tuy nhiên, kết cấu bê tông cũng có một số nhược điểm như lực kéo yếu, thải ra nhiều khí CO2, cường độ tối ưu sẽ không đạt được nếu không được đầm kỹ và đúng cách khỏi bệnh. Để khắc phục vấn đề này, rất nhiều nghiên cứu đang diễn ra nhằm nâng cao tính đặc biệt của bê tông. Một trong những nghiên cứu như vậy đã kết thúc với một loại vật liệu bê tông mới gọi là SCC, loại bê tông này sẽ đạt được độ đầm nén hoàn toàn mà không có bất kỳ tác động bên ngoài nào. SCC có khả năng làm việc cao giúp nó có thể bơm được và SCC có khả năng chống lại sự phân tầng cao. Các phụ gia hóa học như chất siêu dẻo gốc polycarboxylate ether (PCE) và chất điều chỉnh độ nhớt giúp tăng cường tính công tác của bê tông bằng cách giảm thiểu sự phân tầng và chảy máu trong bê tông tươi. Các phụ gia hóa học cũng cải thiện khả năng bơm của bê tông mới trộn và do đó làm giảm tỷ lệ nước trên xi măng, dẫn đến khả năng chống thấm tổng thể của bê tông cao. Các phụ gia khoáng như tro bay và silica fume giúp cải thiện cường độ nén và cường độ uốn của SCC. Ứng suất chảy của bê tông tăng với silica fume lên đến 16%, trong đó độ nhớt dẻo giảm ngay từ đầu (0% – 4%) và sau đó tăng lên khi hàm lượng silica fume tăng lên đến 16%. Tính chất cơ học của bê tông cũng có thể được tăng lên với các hiệu ứng hàng loạt của silica fume và cốt sợi. Việc bổ sung silica fume làm tăng cường độ, độ xốp, nước liên kết của bê tông. Trong SCC, tác dụng kết hợp của tro bay và silica fume có khả năng giảm hấp thụ nước cao so với SCC được trộn chỉ bằng tro bay một mình. Tro trấu dùng thay thế cho xi măng cũng làm tăng ứng xử cơ học của bê tông đã đông cứng thay thế lên đến 15%. Bột đá hoa mịn ở mức độ cao tạo ra tính kết dính rất tốt của bê tông và bột đá vôi làm phong phú thêm các thông số cơ học cũng như độ bền của bê tông bằng cách thể hiện một mạng lưới chặt chẽ tốt. Hỗn hợp bê tông có nhiều silica fume có đường kính dòng sụt nhỏ hơn. Các hỗn hợp SCC được phát triển với tro đáy thể hiện khả năng chống thấm clorua, chống mài mòn, hấp thụ nước và độ hấp thụ ở mức tối thiểu ở tuổi bê tông sớm hơn, tuy nhiên các đặc tính này giảm khi tăng tuổi và tro bay tăng 30% đã cải thiện tính chất chảy của nó. Mục tiêu của nghiên cứu này là làm sáng tỏ ảnh hưởng của các loại phụ gia hóa học và khoáng chất khác nhau trong hiệu suất của bê tông SCC lúc tươi và khi đông cứng. Trong quá trình sản xuất SCC, phụ gia hóa học có vai trò hết sức quan trọng. Các phụ gia hóa học thường được sử dụng là chất siêu dẻo gốc Polycarboxyle ether, chất điều chỉnh độ nhớt và phụ gia chống tạo hình tương ứng. Các phụ gia hóa học này làm tăng tính công tác của bê tông và nó cũng ảnh hưởng đáng kể đến thông số cường độ. Việc phân loại các phụ gia này, các thông số vật lý và hóa học của chúng và các tác động chính với hồ xi măng đã được phân tích trong một số nghiên cứu. Ảnh hưởng của các phụ gia hóa học này làm tăng khả năng bơm, khả năng thi công và khả năng chống lại sự phân tầng và tách nước cũng như để đạt được mức độ đầm nén tối ưu. Nó cũng làm giảm hàm lượng nước cần thiết và lỗ rỗng không khí trong bê tông. Điều này làm cho bê tông không thấm nước, đặc hơn và bền hơn. Trong quá trình chuẩn bị SCC, chúng ta cần sử dụng nhiều xi măng hơn, điều này có thể gây ra nhiệt độ thủy hóa cao, điều này có thể dẫn đến các vết nứt do co ngót và phát thải CO2 cao. Nhưng bằng cách sử dụng các phụ gia khoáng như tro bay, GGBS, silica fume, metakaolin có thể làm giảm những tác động này và cũng đạt được bê tông bền hơn và đặc hơn. Giả sử, sự kết hợp của metakaolin giúp cải thiện sự xâm nhập của các ion clorua trong bê tông SCC. Khi metakaolin được đưa vào như một chất thay thế cho hàm lượng xi măng theo các tỷ lệ phần trăm khác nhau, các tính chất cơ học như cường độ nén và cường độ kéo của mẫu bê tông được ghi nhận là cải thiện tốt ở tỷ lệ nước/chất kết dính (W/B) thấp hơn. SCC cũng được phát triển với sử dụng metakaolin mà không cần sử dụng bất kỳ chất điều chỉnh độ nhớt nào.

2. Các nghiên cứu gần đây về ảnh hưởng của phụ gia với bê tông tự đầm (SCC)

Erhan và cộng sự, trong nghiên cứu thử nghiệm của họ đã mô tả chi tiết trạng thái tươi cũng như tính chất lưu biến của SCC khi nó được hợp nhất với nano silica và tro bay. Bốn hỗn hợp khác nhau với tỷ lệ w/c là 0,3 và sau đó thay thế xi măng Portland bằng nano silica ở các tỷ lệ 0%, 2%, 4% và 6% so với trọng lượng của chất kết dính đã được thiết kế. Tro bay được kết hợp cho bê tông tự đầm chứa 2%, 4% và 6% nano silica ở tỷ lệ tương ứng là 25%, 50% và 75% so với tổng trọng lượng của chất kết dính. Sự kết hợp của nano silica trong SCC được ghi nhận là tăng cường duy trì độ sụt và lưu lượng phễu V cũng ở mức 25%, 50% và 75%. Trong khi đối với thử nghiệm L-Box, tỷ lệ chiều cao L-Box có xu hướng tăng tỷ lệ theo hàm lượng tro bay. Các thử nghiệm lưu biến cho cùng một kết quả cho thấy độ dày cắt của bê tông tự lèn bằng cách bổ sung nano silica trong khi việc bổ sung tro bay giảm như nhau. Hàm lượng tro bay trong SCC cũng được ghi nhận là làm giảm tính chất cơ học của SCC được phát triển trong nghiên cứu này

Benaicha và cộng sự, đã nghiên cứu bằng thực nghiệm tác động của silica fume và các chất điều chỉnh độ nhớt đối với hoạt động lưu biến và cơ học của SCC. Để xác định chắc chắn các thông số lưu biến thử nghiệm độ sụt, L-box thử nghiệm, phân tách thử nghiệm, thử nghiệm phễu V đã được tiến hành. Trong trường hợp tính chất cơ học, độ bền nén, độ bền kéo và mô đun đàn hồi đã được phân tích. Nghiên cứu này cho thấy sự cải thiện độ nhớt dẻo và ứng suất chảy trong điều kiện quy định về tỷ lệ nước/xi măng không đổi cùng với chất siêu dẻo. Trong trường hợp tính chất cơ học, SCC thu được với silica fume được ghi nhận là cho kết quả tốt hơn so với SCC với VMA. Do đó, bài báo kết luận rằng dựa trên sự sẵn có dễ dàng của vật liệu, VMA hoặc silica fume có thể được chọn cho phù hợp.

Divya và cộng sự đã nghiên cứu thực nghiệm về bê tông tươi, tính chất cơ học và độ bền của SCC được phát triển với việc thay thế chất kết dính bằng 0%, 5%,10%,15% và 20% tro trấu (RHA) . Cường độ nén tăng 33% trong khi cường độ kéo đứt được ghi nhận là tăng tới 15% khi thay thế bằng RHA. Giảm đáng kể được phát hiện trong tính thấm ion clorua. Khả năng chống thấm của SCC được phát triển tốt với 15% RHA thay thế. Độ xốp của các mẫu giảm đáng kể với thời gian bảo dưỡng lâu hơn do tỷ lệ hydrat hóa cao hơn với tuổi bê tông dài hơn. Do đó, bê tông đặc hơn nhiều thu được bằng cách thay thế 15% RHA, từ đó phát triển cường độ nén tối đa so với tất cả các mẫu đúc khác.

Rahmat và cộng sự trình bày chi tiết về ảnh hưởng của nano silica và sợi nano carbon trong bê tông tự đầm. Một nghiên cứu kết hợp với đặc tính tươi và khi đông cứng cùng với nghiên cứu bê tông cứng được thực hiện trong nghiên cứu này. Do đó, SCC được phát triển trong nghiên cứu này được theo dõi liên tục trong 24 giờ đầu tiên để quan sát rõ ràng đặc tính chính xác của SCC. Sợi nano carbon trong hồ xi măng làm tăng độ bền uốn lên 30%, điều này cũng giúp chống nứt bề mặt. Tuy nhiên, độ co rút tối đa được quan sát thấy đối với giá trị vận tốc xung siêu âm trong khoảng 1500-2000m/s. Nano silica trong SCC đã cải thiện đáng kể cường độ nén cũng như cải thiện vết nứt ở tuổi sớm và do đó cũng ảnh hưởng đến độ bền của SCC được phát triển.

Mehmet và cộng sự nghiên cứu bao gồm các chất thải công nghiệp như bột đá cẩm thạch, bột đá vôi và tro bay. Trong phân tích thử nghiệm này, vật liệu phế thải công nghiệp được đưa vào SCC thay thế tổng chất kết dính ở mức 5%, 10% và 20% tính theo trọng lượng. Mặc dù việc sử dụng bột đá cẩm thạch và bột đá vôi có xu hướng làm tăng hàm lượng nước, nhưng việc bổ sung tro bay cũng trung hòa như vậy để đạt được độ chảy mục tiêu. Do đó, chất độn đã nâng cao tỷ lệ chất siêu dẻo trong bê tông và cũng làm tăng thời gian đông kết ban đầu và cuối cùng của SCC. Cường độ nén 28 ngày của hỗn hợp 3 thành phần tương đối thấp hơn so với các hỗn hợp 2 thành phần. Và một mô hình tương tự cũng được ghi nhận đối với độ bền kéo của SCC. Cả hỗn hợp nhị phân và tam phân đều phát triển các đặc tính thâm nhập ion clorua thấp hơn.

Mostafa và cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng của tro bay loại F, nano silica và silica fume với SCC hiệu suất cao. Trong nghiên cứu này, một phần tỷ lệ thích hợp của xi măng đã được thay thế bằng các phụ gia này trong SCC. Các tính chất lưu biến, nhiệt thủy hóa, duy trì độ sụt và các tính chất cơ học của bê tông SCC đã được trình bày chi tiết trong nghiên cứu này. Hàm lượng tro bay được ghi nhận là cải thiện các thông số lưu biến trong khi các hạt nano silica và silica fume cải thiện khả năng duy trì độ sụt cũng như các tính chất cơ học. Phần phụ gia khoáng lớn hơn được pha trộn với phần nhỏ bột nano là sự kết hợp đầy hứa hẹn cho bê tông tự lèn hiệu suất cao.

Rahmat và cộng sự đã nghiên cứu các đặc tính của bê tông SCC lúc tươi và khi đông cứng khi kết hợp với metakaolin. Tổng số 15 mẫu thử có hàm lượng MK là 0%, 5%, 10%, 15% và 20% đã được tạo ra bằng cách thay đổi tỷ lệ w/c là 0,32, 0,38 và 0,45. Không có VMA, các hỗn hợp khác nhau cho thấy tính công tác và tính chất lưu biến của bê tông tốt. Cường độ chịu nén của các mẫu bê tông được ghi nhận là tăng lên đến 27% sau 14 ngày bảo dưỡng. Cường độ nén của cùng loại cũng được dự đoán bằng phân tích hồi quy bội về vận tốc xung siêu âm. Độ bền kéo tăng tới 11% so với mẫu đối chứng. Sự hấp thụ thấp hơn cũng được ghi nhận trong các mẫu SCC có điện trở suất tốt. Nhìn chung, hỗn hợp SCC với 10% chất thay thế metakaolin là một tỷ lệ lý tưởng để phát triển bê tông hiệu quả kinh tế với các đặc tính bê tông tươi và cứng tốt hơn.

Beata và cộng sự đã nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của phụ gia hóa học đến quá trình thủy hóa của xi măng và tính chất hỗn hợp bê tông SCC hiệu suất cao. Với ít phụ gia, sự nứt tế vi được phát triển trong khi với các hỗn hợp được phân tích, gel C-S-H cho thấy sự cải thiện. Khả năng làm việc bị mất đi có thể quan sát được tùy theo loại phụ gia được chọn, nhưng nó không ảnh hưởng đến hàm lượng không khí của bê tông tự lèn hiệu suất rất cao. Hồ xi măng dựa trên phụ gia HRWR cũng phát triển các bọt khí vượt qua bất kỳ hoạt động chất lỏng nào khác tương tự.

Rafat và cộng sự đã nghiên cứu các đặc tính của SCC phát triển với tro đáy than. Cốt liệu mịn được thay thế bằng 10%, 20% và 30% tro đáy than để khảo sát các tính chất của bê tông tươi như độ sụt, thí nghiệm phễu chữ U, thí nghiệm hộp chữ L, thí nghiệm vòng chữ J và các thông số đông cứng của bê tông chẳng hạn như khả năng chống mài mòn, độ bền nén, tính thấm clorua và độ hấp thụ. Sự cải thiện về cường độ nén được quan sát thấy ở 28 ngày trong khi khả năng chống thấm clorua giảm trong 90 ngày và 365 ngày. Mối quan hệ giữa khả năng chống mài mòn và cường độ nén được phát triển sao cho cả hai tỷ lệ thuận với nhau, vì khả năng chống mài mòn ảnh hưởng lớn đến cường độ nén của bê tông.

Hà Thanh và cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia siêu dẻo và phụ gia khoáng (tro trấu, khói silic và tro bay) đến cường độ chịu nén của mẫu vữa bê tông tự lèn cao. Tro trấu (RHA), tro bay và silica fume đều làm giảm đáng kể khả năng lấp đầy và đi qua cùng với sự gia tăng khả năng chống phân tách và độ nhớt. Sự tách nước trong bê tông được quan sát đẫ giảm thiểu khi bổ sung tro trấu. Do đó, bản chất của tro trấu cũng có thể được sử dụng làm chất điều chỉnh độ nhớt để cải thiện độ bền của bê tông tự lèn hiệu suất cao (HPSCC) ở liều lượng phụ gia siêu dẻo cao hơn. Các hạt thô hơn trong RHA với diện tích bề mặt riêng lớn, do đó quy định lực hút của các lực liên phân tử và cải thiện cường độ nén của HPSCC. Do đó, cường độ nén tối đa của SCC đạt được với 20% tro bay và 20% RHA.

Ali sadramomtazi và cộng sự đã nghiên cứu các đặc tính lưu biến, cơ học và độ bền của SCC được phát triển bằng các hạt polyetylen terephthalatei (iPET) kết hợp với vật liệu pozzolanic (tro bay và silica fume). Các hạt PET này trong SCC đã giảm thiểu các tính chất cơ học như độ bền nén, độ bền kéo và độ bền uốn. Để làm đối trọng, tro bay và khói silic được đưa vào hỗn hợp. Trọng lượng riêng thấp hơn của các cốt liệu PET này trong bê tông cũng làm giảm mật độ của bê tông do liên kết yếu giữa cốt liệu PET và hồ xi măng. Các tham số này cũng làm giảm các giá trị tốc độ xung siêu âm do số lượng bọt khí lớn hơn trong hỗn hợp bê tông.

Wongkro và cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng đến cường độ nén và khả năng kháng clorua của SCC được tạo ra bằng tro bay hàm lượng cao (HVFA) và silica fume trong xi măng hỗn hợp nhị phân và xi măng hỗn hợp lục phân. Cả HVFA và silica fume đều được sử dụng thay thế một phần xi măng với các tỷ lệ khác nhau và các thử nghiệm đã được tiến hành. Bê tông sử dụng xi măng trộn với HVFA được ghi nhận là làm giảm tính chất cơ học (cường độ nén). Trái ngược với xi măng hỗn hợp nhị phân, xi măng hỗn hợp terenery đã cải thiện cường độ nén. Tuy nhiên, cả tro bay và silica fume đều được ghi nhận là làm tăng điện trở suất clorua ở mức cao hơn.

Navid và cộng sự đã phân tích ảnh hưởng của chất thải công nghiệp (tro nhiên liệu dầu cọ) từ nhà máy điện của ngành công nghiệp dầu cọ khi dùng để chế tạo SCC do đặc tính puzolan cao và sự phong phú của nó như một chất thải công nghiệp. Chất thải công nghiệp này được thay thế bằng OPC ở mức 10%, 15% và 20% để nghiên cứu các đặc tính cơ học và độ bền của SCC. Cả hai đặc tính cơ học và độ bền đều được ghi nhận là cải thiện do lượng portlandite giảm trong hệ thống dẫn đến việc sản xuất gel C-S-H do đó làm đặc chất nền. Hiện tượng này cũng giảm thiểu lỗ rỗng bọt khí bằng cách chặn các mạng hình thành.

Badogiannis và cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng của metakaolin đến đặc tính độ bền của bê tông tự lèn. Xi măng hỗn hợp Portland và bột đá vôi có độ mịn cao được thay thế bằng metakaolin có độ tinh khiết cao. Bốn cấp phối đã được phát triển để tìm ra bản chất pha trộn của metakaolin với xi măng từ đó nghiên cứu việc nâng cao độ chặt. Và bốn cấp phối khác thay thế metakaolin bằng bột đá vôi với các tỷ lệ phần trăm khác nhau cũng thu được kết quả tương tự. Hai loại này được so sánh với một hỗn hợp kiểm soát khác, do đó phát triển tổng cộng chín cấp phối hỗn hợp trong nghiên cứu này. Cốt liệu đá vôi nghiền nhỏ và chất siêu dẻo gốc polycarboxylic được sử dụng để chế tạo SCC với tỷ lệ w/c là 0,6. Các nghiên cứu về độ bền khác nhau như độ xốp, độ hấp thụ, khả năng thấm nước gần bề mặt, khả năng thấm khí và khả năng thấm clorua đã được nghiên cứu. Dựa trên nghiên cứu, các kết luận sau đây đã được đưa ra. Cải thiện nhẹ được tìm thấy trong tỷ lệ phần trăm độ rỗng cho cả việc thay thế xi măng bằng metakaolin và bột đá vôi bằng metakaolin. Và sự cải thiện cao nhất được tìm thấy ở mức thay thế 14% xi măng bằng metakaolin và thay thế bột đá vôi khi metakaolin tăng lên thì kết quả lại giảm đi. Và sự cải thiện về kết quả nằm trong khoảng từ 6% đến 41% đối với xi măng được thay thế bằng metakaolin và đối với bột đá vôi được thay thế bằng metakaolin, sự cải thiện được phát hiện là nằm trong khoảng từ 22% đến 53%. của xi măng tính thấm nước giảm. Và đối với việc thay thế bột đá vôi bằng metakaolin khi tỷ lệ phần trăm metakaolin tăng tính thấm nước đã giảm đến một mức độ nào đó tăng hơn nữa nó bắt đầu tăng giá trị tính thấm

3. Kết luận

Dựa trên phân tích các tài liệu nghiên cứu, rõ ràng là cả phụ gia hóa học và khoáng chất đều đóng vai trò chính trong việc cải thiện bê tông tự lèn ở các thông số sau.

• Khi silica fume được sử dụng trong SCC, nó đã cải thiện cường độ nén của bê tông trong khi khả năng thi công cũng được ghi nhận là cải thiện khi silica fume được sử dụng cùng với tro bay trong SCC
• Tro bay trong SCC làm giảm cường độ chịu nén của bê tông, trong khi tro bay cùng với silica fume và các hạt PET đã cải thiện cường độ chịu nén ở mức cao hơn.
• Nano silica và tro bay nano trái ngược với tro bay và silica fume giúp cải thiện đáng kể cường độ nén của SCC bằng cách làm đặc cấu trúc lỗ rỗng. Nhưng tro bay nano và nano silica làm giảm khả năng thi công do tính chất mịn hơn của các phụ gia khoáng này.
• Việc kết hợp các phụ gia như bột đá cẩm thạch và bột đá vôi làm tăng hàm lượng nước trong hỗn hợp bê tông, do đó ảnh hưởng đến tính chất lưu biến của SCC.
• Việc bổ sung phụ gia khoáng như tro trấu đã cải thiện cơ tính của SCC lên đến 15% so với xi măng Portland thông thường. Tuy nhiên, cùng một biểu hiện sức đề kháng ion clorua thấp và được phát triển để có khả năng chảy cao.
• Các sợi nano carbon trong SCC đã hạn chế các vết nứt bề mặt cùng với các tính chất cơ học được cải thiện trong bê tông.
• Metakaolin với SCC đã cải thiện đáng kể các tính chất cơ học lên đến một tỷ lệ thay thế nhất định và cũng làm giảm sự hấp thụ của các mẫu bê tông. Nó cũng cải thiện đáng kể độ bền của SCC khi nó được thêm vào cùng với bột đá vôi.
• Tro nhiên liệu dầu cọ, một loại phụ gia khoáng tự nhiên giúp cải thiện đáng kể tính chất cơ học cũng như tính chất độ bền của SCC khi được đưa vào ở mức phù hợp.
• Tro than đáy, một sản phẩm phụ công nghiệp đã nâng cao cường độ nén của mẫu vật SCC. Nhưng nó có xu hướng làm giảm điện trở ion clorua trong SCC.
• Các phụ gia hóa học như phụ gia giảm nước cấp cao HRWR hoạt động tốt hơn với SCC bằng cách cải thiện gel C-S-H một cách tương đối so với các phụ gia khoáng trong SCC.