Nghiên cứu tăng cường khả năng chống ăn mòn cho bê tông trong môi trường axit của các loại khoáng hạt mịn

Nghiên cứu tăng cường khả năng chống ăn mòn cho bê tông trong môi trường axit của các loại khoáng hạt mịn Nghiên cứu tăng cường khả năng chống ăn mòn cho bê tông trong môi trường axit của các loại khoáng hạt mịn

TỔNG QUAN

Tình hình nghiên cứu

Nước ta đang phát triển mạnh mẽ với sự gia tăng dân số và sự xuất hiện của nhiều khu công nghiệp mới Các công trình xây dựng cần đáp ứng tiêu chuẩn về chất lượng, độ bền, tính kinh tế và ảnh hưởng môi trường Trong ngành xây dựng, bê tông đóng vai trò quan trọng nhưng bê tông truyền thống có nhiều hạn chế, như dễ bị ăn mòn và khả năng chịu nén kém Những vấn đề này làm giảm khả năng chịu lực và tuổi thọ của các công trình, dẫn đến hư hỏng và giảm chất lượng công trình.

Môi trường nước thải trong sinh hoạt hàng ngày, từ khu dân cư và khu công nghiệp, cũng như nước chua phèn, đều chứa nhiều hóa chất độc hại, đặc biệt là axit, gây ăn mòn bê tông Điều này dẫn đến sự giảm chất lượng và tuổi thọ của các công trình xây dựng Do đó, việc nâng cao chất lượng và tăng cường tuổi thọ cho các công trình là một thách thức lớn đối với ngành công nghiệp xây dựng hiện nay.

Xuất phát từ tầm quan trọng và những hạn chế của bê tông truyền thống, các nhà nghiên cứu đã không ngừng cải thiện chất lượng bê tông bằng cách tối ưu hóa thành phần và tính chất của nó Việc bảo dưỡng đúng quy trình kỹ thuật, sử dụng phụ gia để tăng cường độ và rút ngắn thời gian thi công là rất quan trọng Đặc biệt, cải thiện chất lượng cốt liệu, bao gồm việc sử dụng cốt liệu mịn, đã trở thành một phương pháp nghiên cứu và ứng dụng phổ biến trong thời gian gần đây Thành phần chính của bê tông bao gồm cốt liệu lớn, cốt liệu nhỏ, chất kết dính vô cơ và các thành phần hạt mịn, mang lại nhiều ưu điểm cho loại bê tông này.

Việc sử dụng các loại hạt mịn không chỉ giúp lấp đầy các lỗ rỗng, tăng cường độ chịu nén mà còn giảm thiểu khả năng phá hủy của các cấu kiện.

Hình 1.1: Bồn chứa axit H2SO4 của nhà máy công nghiệp (Nguồn Internet)

Hình 1.2: Nước thải từ các khu dân cư (Nguồn Internet)

Nghiên cứu trước đây cho rằng xi măng Portland bị phá hoại trong môi trường nước thải tương tự như trong môi trường nước biển, dẫn đến thiệt hại lớn cho các công trình hàng hải như bến cảng và cầu tàu Do đó, xi măng puzolan đã được sử dụng để đúc ống dẫn nước thải, nhưng kết quả cho thấy cả hai loại xi măng đều bị gặm mòn bởi nước thải Điều này chỉ ra rằng nguyên nhân phá hoại xi măng Portland trong nước biển khác với sự phá hoại trong môi trường nước thải.

Nước thải chứa nhiều albumin từ xác súc vật chết, thức ăn thừa và các hợp chất hữu cơ, vô cơ có chứa lưu huỳnh Vi sinh vật yếm khí có khả năng phân hủy các chất này, chỉ sau một đêm sẽ chuyển hóa thành hydro sulfua (H2S), và sau vài giờ, khí này có thể phát tán vào không khí.

H2S là khí có khả năng oxy hóa mạnh trong các ống dẫn nước thải làm từ xi măng portland Khi không có nước thải, khí H2S sẽ bốc lên và ngưng tụ trên bề mặt bê tông, dẫn đến quá trình oxy hóa và hình thành axit H2SO4 Axit này gây ra sự phân hủy bê tông, làm cho nó bị mủn và rơi xuống thành bùn.

Theo số liệu của thế giới, với nồng độ H2SO4 từ 80-300 phần triệu, sau 7 năm, bê tông xi măng portland bị phá huỷ 5cm

Khi lớp xâm thực tiến đến lớp cốt thép phía trong bê tông, lớp cốt thép nhanh chóng bị phá huỷ, và ống cống bị sập, đổ, vỡ

Môi trường “chua”: Công trình thuộc vùng đất chua phèn, pH < 6,5 cũng gây ăn mòn bê tông cốt thép rất mạnh

Cống Cầu Tàu tại Bến Tre đã trải qua 12 năm sử dụng, cho thấy quá trình hình thành đất chua phèn đặc biệt Đất này chứa nhiều hợp chất sunphua, chủ yếu là pirit, và khi đất axit sunfuric khô, nó sẽ có đặc tính rất chua.

4 đất có những đốm màu vàng đó là các muối sunphát sắt nhôm Nhân dân Nam Bộ thường gọi là đất phèn [2]

Hình 1.4: Cống An Hạ - Bình Chánh, sau 3 năm sử dụng [2]

Cơ chế quá trình biến đổi đất phèn:

Trong quá trình nước luôn chuyển, FeS2 kết hợp với Oxy tạo nên hợp chất sunphat

Fe 2+ + S 2- + 2O2 = Fe 2+ + S 6+ + O4 2- (1.2) Áp dụng phương trình tổng quát trên đất phèn

2FeS2 + 7O2 + 2H2O = 2FeSO4 + 2H2SO4 (1.3) Tương tự như thế, trong đất phèn có các muối sunphat FeSO4, Fe2(SO4)3,

Các hợp chất như Al2(SO4)3, Na2SO4, K2SO4, MgSO4 và KFe3(SO4)2(OH)6, ngoài H2SO4, thường tạo ra H2SO4 khi thủy phân, dẫn đến việc làm cho đất và nước trở nên rất chua.

Quá trình hình thành đất phèn đặc trưng bởi hàm lượng sunphat cao và sự xâm nhập của nước biển qua các cửa sông lớn, dẫn đến sự hiện diện của muối trong nước Dựa trên thành phần hóa học của đất phèn tại một số địa điểm ở đồng bằng sông Cửu Long, chúng tôi đã thống kê các chỉ tiêu ảnh hưởng đến tuổi thọ của bê tông cốt thép.

Phương pháp cách ly bê tông xi măng Portland khỏi môi trường khí H2S ngưng tụ là rất cần thiết, đặc biệt khi khí H2S không thể oxy hóa thành H2SO4 Tại Mỹ, người ta đã áp dụng lớp sơn nhựa đường dày 1,5mm bên trong đường ống Tại thành phố Quytao, việc quét lớp paraphin hoặc nhựa hữu cơ vào bên trong đường ống cũng đã được thực hiện Giải pháp phổ biến hiện nay là sử dụng các hệ chất kết dính hữu cơ như alkyd, epoxy, silicon và polyurethane để sơn phủ bề mặt bê tông, nhằm ngăn chặn và ức chế sự ăn mòn Dù giá thành cao, nhưng các giải pháp này đã kéo dài thời gian sử dụng đường ống, mặc dù chỉ là giải pháp tạm thời.

Để nâng cao chất lượng bê tông hạt mịn, việc tận dụng nguyên liệu địa phương và phế phẩm công nghiệp như tro bay, silicafume và các puzolan tự nhiên là rất quan trọng Điều này không chỉ giúp giảm ô nhiễm môi trường mà còn hạ giá thành bê tông đến 30% và giảm 10% lượng nước trộn Nghiên cứu cho thấy tro bay có khả năng khống chế nhiệt độ ban đầu và tăng độ bền cho bê tông, nhưng chưa phát huy hết tiềm năng Việc bổ sung silicafume với hàm lượng hợp lý sẽ tăng cường độ và giảm khả năng thấm của bê tông, từ đó ngăn chặn sự ăn mòn và kéo dài tuổi thọ công trình.

1.1.1 Khái niệm bê tông sử dụng phụ gia khoáng hạt mịn

Bê tông chất lượng cao (HPC) được sản xuất bằng cách sử dụng các phụ gia khoáng hạt mịn như tro bay, silicafume, metacaolanh, puzolan tự nhiên nghiền mịn và xỉ hạt lò cao nghiền mịn Những thành phần này giúp nâng cao cường độ chịu nén, tăng độ bền và hạn chế tình trạng ăn mòn của bê tông, mang lại hiệu suất vượt trội cho các công trình xây dựng.

6 tông khi chịu tác động của môi trường xung quanh phải chịu tác động phá hoại của các môi trường xâm thực

Hình 1.5: So sánh kích thước của các hạt mịn (Nguồn Internet)

1.1.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Nghiên cứu về độ bền của bê tông và bê tông cốt thép trong môi trường ăn mòn đã thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học từ đầu thế kỷ 20 Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng sự phá hỏng của công trình bê tông cốt thép chủ yếu do ăn mòn hóa học Nguyên nhân chính của hiện tượng này là do các sản phẩm hủy hóa của xi măng hòa tan vào môi trường hoặc tương tác với các muối và axit, tạo ra những hợp chất có tính tan mạnh hoặc gây nở thể tích, dẫn đến sự phá hủy cấu trúc nội bộ của công trình.

Bê tông chế tạo từ xi măng portland không đủ khả năng bền vững trong môi trường ăn mòn Nghiên cứu đã chỉ ra hiệu quả của các biện pháp chống ăn mòn, bao gồm việc sử dụng phụ gia vô cơ hoạt tính và xi măng đặc biệt.

7 nghiên cứu tăng cường khả năng chống ăn mòn cho bê tông trong các môi trường này vẫn kéo dài cho đến nay.

Nhận xét các đề tài

Mặc dù nhiều bài báo và nghiên cứu đã phân tích chi tiết về các loại bê tông thông thường và bê tông sử dụng phụ gia khoáng hạt mịn trong các môi trường ăn mòn khác nhau, nhưng hiện chưa có nghiên cứu nào tập trung vào việc nâng cao khả năng chống ăn mòn cho bê tông kết hợp với phụ gia tro bay và silicafume khi tiếp xúc trực tiếp với môi trường axit mạnh.

Nội dung của đề tài nghiên cứu

Nghiên cứu về khả năng chống ăn mòn của bê tông trong môi trường axit tập trung vào việc sử dụng các loại khoáng hạt mịn Mục tiêu của đề tài là nâng cao độ bền và khả năng kháng ăn mòn của bê tông, nhằm cải thiện hiệu suất và tuổi thọ của công trình xây dựng trong điều kiện khắc nghiệt.

Dưới đây là 10 trường axit mạnh, từ các kết quả thí nghiệm, chúng ta có thể rút ra những đánh giá quan trọng về tính ứng dụng của các sản phẩm này trong các công trình thực tế.

Mục tiêu của đề tài

Nghiên cứu mức độ ăn mòn theo thời gian của các dung dịch axit đối với bê tông sử dụng các loại khoáng hạt mịn tro bay, silicafume

Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần hạt mịn tro bay, silicafume đến các tính chất cường độ của bê tông

Nghiên cứu sự ảnh hưởng của việc thay đổi tỷ lệ các thành phần khoáng hạt mịn trong cấp phối bê tông đến mức độ ăn mòn, so sánh với các loại bê tông thông thường, là rất quan trọng Việc xác định các yếu tố này không chỉ giúp cải thiện tính chất bền vững của bê tông mà còn nâng cao hiệu quả sử dụng trong các công trình xây dựng Thay đổi tỷ lệ khoáng hạt mịn có thể ảnh hưởng đến khả năng chống ăn mòn, từ đó ảnh hưởng đến độ bền và tuổi thọ của bê tông.

Nhiệm vụ của đề tài

Xác định các đặc trưng cơ lý bê tông sử dụng các loại khoáng hạt mịn theo thành phần và tỷ lệ khác nhau

Nghiên cứu này nhằm xác định và so sánh sự thay đổi cường độ và khối lượng của bê tông khi ngâm trong môi trường axit, dựa trên các cấp phối và thời gian ngâm mẫu khác nhau Đồng thời, bài viết cũng đề xuất phát triển bê tông hạt mịn bằng cách tận dụng nguồn nguyên liệu phế thải như tro bay kết hợp với silicafume, nhằm ứng dụng hiệu quả trong các công trình tiếp xúc trực tiếp với axit trong thời gian dài.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về khả năng chống ăn mòn của bê tông hạt mịn đã được tiến hành Các thí nghiệm thực tế được thực hiện với các cấp phối và nồng độ axit khác nhau, từ đó so sánh và đánh giá kết quả thu được.

Ý nghĩ khoa học và thực tiễn của đề tài

Bổ sung và hoàn thiện kiến thức về bê tông chất lượng cao là điều cần thiết, nhằm nâng cao sự phong phú của các sản phẩm ứng dụng cho các công trình tiếp xúc trực tiếp với môi trường axit mạnh.

Nghiên cứu cho thấy rằng các sản phẩm xây dựng có khả năng giảm thiểu phế thải công nghiệp, tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên và bảo vệ môi trường.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Các loại phụ gia khoáng hạt mịn

Tro bay nhiệt điện là khoáng hoạt tính puzolan, thường được sử dụng làm phụ gia cho bê tông cường độ cao Nó tồn tại dưới dạng bụi mịn từ khí thải trong quá trình đốt than tại các nhà máy nhiệt điện Phế thải này được thu hồi qua ống khói, nhờ vào hệ thống nồi hơi tinh luyện, giúp loại bỏ một phần cacbon chưa cháy hết.

Hình 2.1 cho thấy ảnh chụp từ ống phóng của kính hiển vi điện tử quét (SEM), cho phép phát hiện cấu trúc mặt cắt ngang của các hạt tro bay với độ phóng đại 750 lần.

Tro bay chủ yếu bao gồm các ôxit silic (SiO2), ôxit nhôm (Al2O3), ôxit sắt (Fe2O3), canxi ôxit (CaO) và magie ôxit (MgO) Để đạt hiệu quả phản ứng tốt, tro bay cần có độ mịn cao, với đường kính hạt chủ yếu từ 1μm đến 20μm Hàm lượng than chưa cháy trong tro bay phải dưới 6%; nếu vượt quá mức này, cần tiến hành tinh lọc để loại bỏ Ngoài ra, tổng hàm lượng ôxit nhôm, ôxit silic và ôxit sắt trong tro bay cần chiếm hơn 70%.

Hình 2.2: Tro bay nhiệt điện (Nguồn Internet)

Thành phần và tỉ lệ hóa học của tro bay được quy định theo tiêu chuẩn TCVN 10302:2014, liên quan đến việc sử dụng tro bay như một phụ gia hoạt tính cho bê tông, vữa xây và xi măng.

Bảng 2.1: Chỉ tiêu chất lượng tro bay dùng cho bê tông và vữa xây

Chỉ tiêu Loại tro bay

Lĩnh vực sử dụng - Mức a b c d

1 Tổng hàm lượng ôxit SiO2 + Al2O3 +

Fe2O3, % khối lượng, không nhỏ hơn

2 Hàm lượng lưu huỳnh, hợp chất lưu huỳnh tính quy đổi ra SO3, % khối lượng, không lớn hơn

3 Hàm lượng canxi ôxit tự do CaOtd, % khối lượng, không lớn hơn

4 Hàm lượng mất khi nung MKN, % khối lượng, không lớn hơn

Chỉ tiêu Loại tro bay

Lĩnh vực sử dụng - Mức a b c d

5 Hàm lượng kiềm có hại (kiềm hòa tan),

% khối lượng, không lớn hơn

6 Độ ẩm, % khối lượng, không lớn hơn F

7 Lượng sót sàng 45m, % khối lượng, không lớn hơn

8 Lượng nước yêu cầu so với mẫu đối chứng, %, không lớn hơn

9 Hàm lượng ion Cl - , % khối lượng, không lớn hơn

10 Hoạt độ phóng xạ tự nhiên Aeff,

(Bq/kg) của tro bay dùng:

- Đối với công trình nhà ở và công cộng, không lớn hơn 370

- Đối với công trình công nghiệp, đường đô thị và khu dân cư, không lớn hơn 740

* Khi đốt than Antraxit, có thể sử dụng tro bay với hàm lượng mất khi nung tương ứng:

- lĩnh vực c tới 12 %; lĩnh vực d tới 10 %, theo thỏa thuận hoặc theo kết quả thử nghiệm được chấp nhận

Silicafume là loại bột có độ mịn rất cao với kích thước hạt trung bình 0,1 - 0,2 micron và diện tích bề mặt riêng lên tới 15.000 - 20.000 m 2 /kg Các hạt silicafume

Silicafume được cấu tạo từ các khối cầu silicon dioxide (SiO2) và có màu sắc đa dạng như trắng, xám và xám đen, phụ thuộc vào nồng độ C, Fe2O3 hoặc nhiệt độ lò Silicafume thô là dạng silicafume được thu trực tiếp, với mật độ dung tích tự nhiên từ 150-300 kg/m³ Để thuận tiện cho việc vận chuyển và ứng dụng, mật độ này có thể được tăng lên đến 350-700 kg/m³ thông qua quá trình nén.

Mục đích chính của việc sử dụng hạt silicafume siêu mịn trong bê tông là tạo ra nền xi măng đặc chắc với khả năng hoạt động cao Silicafume tham gia vào phản ứng pozolan với hydroxyt canxi, giúp tăng cường sản phẩm thủy hóa và giảm lượng hydroxyt canxi, từ đó nâng cao độ bền và giảm khả năng thấm của bê tông Khi được sử dụng đúng cách, silicafume không chỉ cải thiện độ bền mà còn làm cho bê tông bền lâu hơn Ngoài ra, việc thêm silicafume vào hỗn hợp bê tông tạo ra hiệu ứng bôi trơn nhờ vào hình dạng cầu của các hạt silica, giúp điều chỉnh nhu cầu nước và giữ cho tính dính của hỗn hợp bê tông vẫn ổn định so với bê tông thông thường.

Hình 2.3: Hạt silicafume (Nguồn Internet)

2.1.3 Xỉ hạt lò cao nghiền mịn

Xỉ hạt lò cao nghiền mịn (GBFS) là sản phẩm phụ trong quá trình sản xuất gang thép bằng công nghệ lò cao khép kín Qua quá trình làm lạnh nhanh bằng nước áp lực cao, xỉ hạt được sấy khô và nghiền mịn đạt độ mịn tương tự như xi măng Sản phẩm này chủ yếu chứa silicat và aluminat silicat của canxi cùng với các bazơ khác có tính chất tự kết dính giống như xi măng.

Hình 2.4: Xỉ thép nhà máy Tổng công ty thép Việt Nam (Nguồn Internet)

2.1.4 Các puzolan tự nhiên nghiền mịn

Puzolan là vật liệu chứa Silic hoặc Silic và Alumin, có đặc điểm là ít hoặc không có tính dính kết Khi tiếp xúc với nước, nó sẽ phản ứng hóa học với Canxi Hydroxit ở nhiệt độ thường, tạo ra hợp chất có tính chất dính kết Các loại puzolan thiên nhiên như đất Diatomit, đá mảnh Opan, Diệp thạch, tro núi lửa và đá bột có thể được sử dụng, bao gồm cả loại đã qua nung và chưa qua nung, để đáp ứng các yêu cầu ứng dụng cụ thể.

Hình 2.5: Đất Diatomit (Nguồn Internet)

Hình 2.6: Tro núi lửa nghiền mịn (Nguồn Internet)

Hình 2.7: Đá vôi (Nguồn Internet)

Khái niệm về ăn mòn bê tông

Bê tông trong môi trường xăm thực dễ bị ăn mòn nếu không có biện pháp bảo vệ hiệu quả, chủ yếu do cốt liệu bên trong Ăn mòn có thể xảy ra trong ba môi trường: rắn, lỏng và khí Trong môi trường rắn, bê tông tiếp xúc với hóa chất như phân khoáng và thuốc trừ sâu sẽ bị ăn mòn, đặc biệt khi có độ ẩm Trong môi trường lỏng, nước biển, nước phèn chua, nước khoáng, và nước thải chứa các yếu tố gây ăn mòn thường xuyên tác động đến bê tông, đặc biệt ở các công trình ven biển và dưới nước Ăn mòn trong môi trường khí diễn ra khi bê tông tiếp xúc với khí chứa tác nhân như CO2, Cl, và SO2, thường gặp ở các khu vực gần nhà máy chế biến hóa chất hoặc trong khí hậu ven biển Khí hậu Việt Nam với đặc trưng nhiệt đới ẩm ướt, gió mùa, và những đợt mưa phùn tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình ăn mòn, làm tăng tốc độ thẩm thấu của các chất xâm thực vào bề mặt vật liệu.

Sự ăn mòn của bê tông và vữa xi măng trong môi trường lỏng thường xảy ra do các tác nhân như cacbonat, chloride, sulfate và quá trình hydrat hóa của xi măng.

Ăn mòn trong môi trường lỏng là một hiện tượng phổ biến trong các công trình xây dựng, và đây cũng là trọng tâm nghiên cứu của đề tài này Có ba dạng cơ bản của ăn mòn bê tông mà chúng ta cần lưu ý.

2.2.1 Ăn mòn loại I (ăn mòn hòa tan)

Quá trình ăn mòn xảy ra do sự hòa tan các sản phẩm thủy hóa của xi măng, chủ yếu là hydroxit canxi (Ca(OH)2) và aluminat canxi ngậm nước (C3AH6) Trong đó, hydroxit canxi tan mạnh nhất, dẫn đến việc quá trình này thường được gọi là quá trình khử kiềm.

Thành phần khoáng và loại phụ gia trong bê tông đóng vai trò quan trọng trong tốc độ ăn mòn loại I Ngoài ra, thời gian đông cứng, nhiệt độ môi trường bão dưỡng và nhiệt độ tiếp xúc với bê tông cũng ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ hòa tan của Ca(OH)2.

Ăn mòn loại II khác với ăn mòn loại I ở chỗ không chỉ là sự hòa tan của các sản phẩm đá xi măng, mà chủ yếu là do sự tương tác của axit hoặc muối trong môi trường với các sản phẩm thủy hóa ban đầu Mức độ phá hoại mạnh mẽ của ăn mòn loại II xuất phát từ sự tác động đồng thời của các quá trình hóa học, dẫn đến sự phân hủy Ca(OH)2, làm tăng đáng kể mức độ phá hoại kết cấu bê tông.

Axit là tác nhân chính gây ăn mòn, tiếp theo là các muối axit và hợp chất tương tác với sản phẩm thủy hóa của xi măng Ăn mòn do axit cacbonit là một vấn đề nghiêm trọng trong xây dựng.

Dioxit cacbon trong không khí tác động đến hydroxit canxi trong đá xi măng, dẫn đến quá trình ăn mòn loại II Hiện tượng này xảy ra phổ biến khi nước chứa hàm lượng khí dioxit cacbon cao.

CO2 nhỏ tương tác với Ca(OH)2 để tạo ra cacbonat canxi (CaCO3) kết tinh bền vững trên bề mặt bê tông, giúp giảm thiểu sự ăn mòn CaCO3 lấp đầy các lỗ rỗng và bao bọc quanh cốt thép, đảm bảo độ ổn định cho kết cấu bê tông và bê tông cốt thép Khi nồng độ CO2 tăng cao, CaCO3 sẽ chuyển thành Ca(HCO3)2, sản phẩm này có độ tan lớn hơn nhiều so với Ca(OH)2.

Quá trình cacbonat hóa và cacbonat canxi diễn ra nhanh chóng, trong khi sự khuyết tán của Ca(OH)2 để bù đắp cho sự mất lớp màng phủ cacbonat canxi lại diễn ra chậm hơn Điều này dẫn đến việc kết cấu bê tông bị phá hoại nhanh hơn.

CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O (2.1) CaCO3 + H2O + CO2 → Ca(HCO)2 (2.2)

CO2 + Ca(OH) + CaO.Al2O3.CaSO4.18H2O → 3CaO.Al2O3.CaCO3.xH2O +

CaSO4.2H2O (2.3) Ăn mòn của các axit khác

Các axit vô cơ như axit clohydric, axit sunfuric, axit nitoric, cùng với các axit hữu cơ như axit axctic và axit lactic, đều có khả năng phá hủy đá xi măng và bê tông Mức độ ăn mòn của các axit này có thể được phân chia thành ba nhóm theo thứ tự giảm dần.

Nhóm 1 bao gồm các axit như axit clohydric, axit sunfuric và axit nitoric, khi phản ứng với các sản phẩm thủy hóa của xi măng, tạo ra các sản phẩm dạng gel như đioxit silic, hydroxit sắt, hydroxit nhôm và một lượng nhỏ muối canxi Phản ứng này diễn ra qua sự tương tác giữa các axit và các sản phẩm thủy hóa của xi măng.

Ca(OH)2 + H2SO4 (hoặc HCL hoặc HNO3) → CaSO4 (hoặc CaCl2; hoặc Ca(NO3)2 + nH2O) (2.4) nCaO.SiO2 +pH2SO4 + nH2O → nCaSO4 + mSi(OH)4 + nH2O (2.5)

Nhóm 2 bao gồm các axit có độ tan sản phẩm tạo thành nhỏ hơn 1g/l và nồng độ thấp, như H2SiO4, Fe(OH)3, Al(OH)3 Sự hiện diện của các muối canxi giúp các axit này giảm thiểu độ ăn mòn của đá xi măng.

Nhóm 3 bao gồm các axit chứa gốc muối canxi với độ hòa tan nhỏ hơn 0,002g/l, như axit oxalic, hydrofluoric và fluoxilic Những axit này có khả năng tương tác với các hợp chất khác trong môi trường.

Sản phẩm gel được tạo ra từ đá xi măng có khả năng ngăn chặn sự xâm nhập của các tác nhân ăn mòn, giúp làm chậm đáng kể tốc độ hư hỏng của công trình.

Sự làm việc của các thành phần khoáng hạt mịn trong bê tông nền

Sau khi được nhào trộn, các thành phần của bê tông được sắp xếp chặt chẽ hơn, bước này được gọi là hình thành cấu trúc Quá trình hydrat hóa tạo ra các sản phẩm mới, và khi chúng tách ra khỏi dung dịch bão hòa, cấu trúc keo tụ chuyển hóa thành cấu trúc tinh thể, làm tăng cường độ bê tông Tuy nhiên, sự hình thành cấu trúc tinh thể cũng gây ra hiện tượng nội ứng suất trong mạng lưới tinh thể, dẫn đến việc xuất hiện vết nứt và giảm cường độ của bê tông.

Thời gian hình thành cấu trúc và cường độ dẻo của bê tông phụ thuộc vào thành phần, chất kết dính và phụ gia hóa học Hỗn hợp bê tông cứng và kém dẻo với tỷ lệ phụ gia không lớn sẽ có giai đoạn hình thành cấu trúc ngắn.

Cấu trúc hỗn hợp cốt liệu đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra khung chịu lực cho bê tông Cường độ của hạt cốt liệu, đặc tính bề mặt, diện tích tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu với đá và xi măng, cũng như cường độ liên kết giữa các hạt là những yếu tố quyết định đến hiệu suất của cấu trúc này.

Trong cấu trúc bê tông, lượng nước nhào trộn đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nước cần thiết cho quá trình thủy hóa xi măng, giúp hỗn hợp đạt độ dẻo cần thiết Tuy nhiên, lượng nước thừa có thể bay hơi, tạo ra các lỗ rỗng trong cấu trúc và làm giảm độ đặc chắc của vùng chuyển tiếp, nơi tiếp xúc giữa hồ xi măng và cốt liệu Vùng chuyển tiếp này có cấu trúc kết tinh với nhiều lỗ rỗng và cường độ thấp hơn so với các vùng bê tông khác, thường có chiều dày từ 50-100 μm và chứa các tinh thể lớn của sản phẩm thủy hóa Khi bê tông chịu tải trọng, ứng suất sẽ gây ra vết nứt đầu tiên tại vùng chuyển tiếp này.

Khi vùng chuyển tiếp chứa lỗ rỗng và vết nứt li ti, cường độ của cốt liệu không còn ảnh hưởng đến cường độ chịu lực của bê tông, do hiệu ứng truyền ứng suất giữa xi măng và cốt liệu giảm Vì vậy, việc sử dụng phụ gia giảm nước và phụ gia khoáng hạt mịn sẽ cải thiện cấu trúc vùng chuyển tiếp, từ đó nâng cao cường độ bê tông.

Sử dụng hạt mịn trong hỗn hợp bê tông có thể tăng cường khả năng liên kết giữa cốt liệu và các thành phần khác nhờ vào tính chất bề mặt của chúng Kích thước nhỏ của hạt mịn làm tăng diện tích bề mặt, từ đó cải thiện độ bám dính giữa cốt liệu và xi măng Hạt mịn còn có khả năng lấp đầy các lỗ rỗng mà hạt xi măng không thể tiếp cận, đồng thời bao bọc xung quanh hạt xi măng, ngăn chặn hiện tượng vón tụ và tối ưu hóa tính chất của hỗn hợp bê tông.

Hình 2.9: Sơ đồ hệ thống hạt xi măng – hạt siêu mịn [20]

Tro bay là các hạt hình cầu có cấu trúc thủy tinh, rỗng và xốp, có khả năng làm thành phần khoáng hoạt tính để lấp đầy các lỗ rỗng trong bê tông xi măng Những hạt này rất nhẹ và có thể nổi trên mặt nước, thường chứa các phần tử tro bay hình cầu khác bên trong Bề mặt của tro bay có hàm lượng CaO thấp thường trơn nhẵn hơn so với loại giàu CaO, được bao bọc bởi vật liệu giàu canxi Tro bay bao gồm cả khoáng tinh thể và khoáng thủy tinh, với khoảng 15 đến 45% thành phần tinh thể Khả năng hoạt tính của tro bay phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó độ mịn, dạng tồn tại vô định hình, và thành phần khoáng hóa học là những yếu tố quan trọng nhất.

Silicafume là bột siêu mịn với kích thước hạt trung bình từ 0,1-0,2 micron và diện tích bề mặt riêng lên tới 15.000 - 20.000 m2/kg, gấp khoảng 100 lần so với xi măng (350-500 m2/kg) Thành phần chính của silicafume là silica (SiO2) chiếm hơn 90%, cùng với các oxit kim loại và cacbon Việc sử dụng silicafume trong bê tông nhằm tạo ra nền xi măng đặc chắc, nhờ vào các hạt silicafume mịn và có hoạt tính cao.

Silicafume tham gia phản ứng pozolan với hydroxyt canxi hình thành trong quá trình thủy hóa xi măng, giúp tăng cường tổng sản phẩm thủy hóa và giảm lượng hydroxyt canxi Khi được sử dụng đúng cách, silicafume không chỉ làm tăng cường độ mà còn giảm khả năng thấm của bê tông, góp phần làm cho bê tông bền lâu hơn Việc bổ sung hạt silicafume siêu mịn vào hỗn hợp bê tông không chỉ tăng tính cố kết mà còn tạo ra hiệu ứng bôi trơn nhờ vào hình dạng cầu của các hạt này Nhu cầu nước để duy trì tính công tác sẽ được điều chỉnh khi kết hợp với các phụ gia siêu dẻo, giúp hỗn hợp bê tông vẫn giữ được tính dính tương tự như bê tông thông thường.

NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP

Nguyên vật liệu

Bê tông chất lượng cao được sản xuất từ xi măng Portland PCB 40, kết hợp với các phụ gia khoáng hạt mịn như tro bay loại F và silicafume Ngoài ra, nước và cốt liệu (bao gồm cốt liệu nhỏ và cốt liệu thô) cũng là những thành phần quan trọng trong cấu tạo của loại bê tông này.

Hóa chất để tạo môi trường ăn mòn cho bê tông là axit: HCl, H2SO4

Hình 3.1: Xi măng sử dụng trong thí nghiệm

Xi măng Insee PCB 40 là loại xi măng phổ biến trên thị trường, với khối lượng riêng đạt 3,13 g/cm³ và các chỉ tiêu kỹ thuật được trình bày rõ ràng trong bảng.

Bảng 3.1: Thành phần tính chất cơ lý của xi măng Insee PCB 40

STT Các chỉ tiêu Giá trị

1 Giới hạn bền nén không nhỏ hơn

STT Các chỉ tiêu Giá trị

Lượng sót trên sàn 0,08mm

Tỉ diện tích bề mặt

Bắt đầu không sớm hơn (phút)

Kết thúc không chậm hơn (phút)

Hình 3.2: Cốt liệu lớn Cốt liệu lớn được sử dụng trong thực nghiệm là đá có Dmax = 20mm

Hình 3.3: Đường biểu diễn thành phần hạt của cốt liệu lớn

Các chỉ tiêu cơ lý của đá được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 7572:2006 [24] cốt liệu cho bê tông và vữa

Bảng 3.2: Các tính chất cơ lý của đá

STT Tên chỉ tiêu Tiêu chuẩn Đơn vị Đá

1 Hàm lượng bụi bùn sét TCVN

2 Khối lượng thể tích xốp

Kích thước lỗ sàn (mm) Đá dămGiới hạn thành phần hạt đá dùng trong XD theo TCVN 7576:2005

Cát sử dụng cho nghiên cứu cần đáp ứng các tiêu chuẩn của TCVN 7576:2005 về cát xây dựng Cát phải là cát sạch, lấy từ sông Đồng Nai, với kích thước hạt thô Các tính chất cơ lý như khối lượng riêng, khối lượng thể tích và thành phần hạt được kiểm tra theo Tiêu chuẩn Việt Nam Trước khi sử dụng, cát phải được làm sạch và sấy khô.

Hình 3.5: Đường biểu diễn thành phần hạt của cát

Kích thước lỗ sàng (mm)

Giới hạn thành phần hạt cát dùng trong XD theo TCVN 7576:2005

Nước dùng để chế tạo hỗn hợp bê tông là nước thủy cục Phải tuân thủ theo tiêu chuẩn TCVN 4506 – 2012 [26]

Bảng 3.3: Thành phần vật lý của tro bay

Thành phần vật lý thí nghiệm

Hàm lượng lọt sàng 0.05 mm (%)

Chỉ số hoạt tính cường độ sau 28 ngày (%)

Chỉ số hoạt tính cường độ sau 7 ngày (%)

Lượng mất sau khi nùng (g)

Bảng 3.4: Thành phần hóa học của tro bay

MKN SiO2 Al2O3 FeO Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O TiO2 P2O5 SO3

Sử dụng tro bay trong bê tông hạt mịn giúp tăng cường độ và độ bền liên kết của bê tông trong quá trình ninh kết và sử dụng Khi tro bay được hydrat hóa, nó phản ứng với Canxi hidroxit để tạo ra Canxi silicat và Canxi aluminat, từ đó giảm hiện tượng thấm Canxi hidroxit vào bê tông và nâng cao khả năng chống thấm Với cấu trúc phân tử hình cầu, tro bay còn cải thiện độ bền của bê tông hạt mịn.

Tro bay sử dụng trong đề tài là tro bay Phả Lại (loại F)

Hình 3.6: Tro bay Phả Lại dùng đúc mẫu thí nghiệm Bảng 3.5: Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu theo phiếu xuất xưởng của nhà máy

STT Các tiêu chí thí nghiệm Phương pháp thử Đơn vị Kết quả

1 Khối lượng riêng TCVN 4030: 2003 g/cm3 2,20

2 Khối lượng thể tích xốp 1084

3 Chỉ số hoạt tính tuổi 7 ngày so với mẫu đối chứng 14TCVN 108:1999 % 75,50

4 Chỉ số hoạt tính tuổi 28 ngày so với mẫu đối chứng 14TCVN 108:1999 % 85,000

5 Hàm lượng mất khi nung TCVN 8262:2009 % 4,0

STT Các tiêu chí thí nghiệm Phương pháp thử Đơn vị Kết quả

Hình 3.7: Phụ gia khoáng hạt mịn Silicafume Đảm bảo các chỉ tiêu theo TCVN 8827:2011 [27] Thành phần hóa học chủ yếu của silicafume là SiO2

Bảng 3.6: Các tính chất vật lý của Silicafume

STT Chỉ tiêu thí nghiệm Phương pháp thử Đơn vị Kết quả

1 Khối lượng riêng TCVN 4030:2003 g/cm 3 2,10

2 Khối lượng thể tích xốp TCVN 4030: 2003 Kg/m 3 925

3 Hàm lượng mất khi nung TCVN 8262:2009 % 4,20

Bảng 3.7: Tính chất kỹ thuật của Silicafume

Hàm lượng SiO2 Độ ẩm (%) Lượng mất khi nung (%) Tỷ diện

3.1.7 Thí nghiệm và ngâm trong dung dịch axit (H 2 SO 4 và HCl)

Axit được mua từ các công ty hóa chất, sau đó pha loãng xuống còn 5% và 10% để tiến hành thí nghiệm khả năng chống ăn mòn của bê tông Các mốc thời gian thí nghiệm được thực hiện tại 0 ngày (chưa ngâm hóa chất), 30 ngày, 60 ngày và 90 ngày ngâm mẫu với hóa chất.

Các mẫu sau khi tĩnh định 48 giờ nên được tháo khuôn và dưỡng hộ theo TCVN 3105: 1993 [28]

Phương pháp thí nghiệm

3.2.1 Quy trình và phương pháp thí nghiệm

Thí nghiệm khả năng chống ăn mòn của bê tông được tiến hành trên bảy cấp phối khác nhau, sử dụng phụ gia khoáng silicafume ở tỷ lệ 5% và 10% thay thế một phần xi măng, kết hợp với tro bay từ nhà máy nhiệt điện Phả Lại với tỷ lệ 10% và 20% Các mẫu bê tông hình trụ có kích thước 100×200 mm được đúc và dưỡng hộ trong 28 ngày, sau đó được vệ sinh để loại bỏ tạp chất và đo kích thước cùng khối lượng ban đầu Tiếp theo, các mẫu được ngâm trong dung dịch axit H2SO4 và HCl với nồng độ 5% và 10% để đánh giá khả năng chống ăn mòn, trong điều kiện dung dịch đứng yên trong suốt thời gian thí nghiệm.

Thí nghiệm được thực hiện với các mốc thời gian ngâm mẫu là 0 ngày (không tiếp xúc với môi trường axit), 30 ngày, 60 ngày và 90 ngày Trong suốt quá trình theo dõi, chúng tôi ghi nhận các kết quả tại từng thời điểm này.

Sau 36 giờ, các mẫu được lấy ra khỏi dung dịch hóa chất và lau sạch bằng khăn mềm Sau 48 giờ tiếp theo, tiến hành cân mẫu để xác định tình trạng mất trọng lượng do ăn mòn Cuối cùng, sử dụng máy nén thủy lực để nén mẫu và thu thập kết quả đánh giá, so sánh.

3.2.2 Phương pháp tạo mẫu thí nghiệm

Trong quá trình sản xuất bê tông, cốt liệu lớn và cốt liệu nhỏ được trộn đều trong máy trộn Tiếp theo, xi măng, tro bay và silicafume được thêm vào theo tỷ lệ đã được tính toán cho từng mẫu Cuối cùng, sau khi hỗn hợp bê tông được trộn đều, nước sẽ được cho vào để tiếp tục trộn đều hỗn hợp.

Sử dụng khuôn mẫu hình trụ 100×200 (mm)

Sau khi nhào trộn, hỗn hợp bê tông được xác định độ linh động thông qua thử độ sụt theo tiêu chuẩn TCVN 3106-1993 Tiếp theo, mẫu bê tông được đúc để xác định các tính chất cơ lý theo TCVN 3118-1993, bao gồm phương pháp xác định cường độ nén và cường độ chịu nén của bê tông nặng.

Cốt liệu lớn trong nghiên cứu này sử dụng đá với kích thước tối đa Dmax = 20mm Hàm lượng tro bay được thử nghiệm ở các mức 0%, 10% và 20% so với khối lượng xi măng, trong khi hàm lượng silicafume được điều chỉnh ở các mức 0%, 5% và 10% theo khối lượng xi măng Thành phần cấp phối bê tông thực nghiệm được chi tiết trong Bảng 3.8.

Bảng 3.8: Thành phần cấp phối bê tông thực nghiệm

Nước (lít) kg Tỷ lệ kg Tỷ lệ

3.2.4 Phương pháp xác định thành phần cấp phối

Khối lượng riêng của: Tro bay là 2200 kg/m 3

Xi măng là 3150 kg/m 3 Cát là 2670 kg/m 3 Đá là 2710 kg/m 3

Để xác định thành phần cấp phối, nguyên tắc được áp dụng là thể tích tuyệt đối với V=1m³ Các nguyên liệu trong từng cấp phối cần có tỷ lệ khối lượng tương ứng, đảm bảo tổng thể tích đạt 1m³.

Sau khi các thành phần nguyên vật liệu được định lượng, chúng sẽ được nhào trộn khô bằng máy trộn Tiếp theo, nước sẽ được thêm vào và trộn đều trong khoảng 2 phút.

Hình 3.9: Quy trình chế tạo hỗn hợp bê tông

3.2.6 Dưỡng hộ và thí nghiệm

Các mẫu bê tông sau khi đổ được tĩnh định 48 giờ sẽ được tháo khuôn và dưỡng hộ trong 28 ngày sau đúc mẫu

Hình 3.10: Mẫu bê tông sau khi được dưỡng hộ

Hình 3.11: Pha dung dịch axit ngâm mẫu

Nồng độ dung dịch axit đậm đặc HCl 37% và H2SO4 98% được cung cấp bởi các công ty uy tín, đảm bảo chất lượng Khi thực hiện thí nghiệm, dung dịch được pha loãng xuống nồng độ 5% và 10% theo công thức hóa học.

Trước khi ngâm axit, các mẫu được cân và đo kích thước để thu thập số liệu ban đầu, nhằm đánh giá khả năng chống ăn mòn của chúng theo thời gian.

Hình 3.12: Mẫu được đưa vào thùng ngâm dung dịch axit

3.2.7 Phương pháp xác định cường độ chịu nén của bê tông

Cường độ chịu nén là một tính chất cơ bản và quan trọng của bê tông, được sử dụng để xác định Mác bê tông, từ đó phục vụ cho việc thiết kế cấp phối bê tông Đây là chỉ tiêu chính để đánh giá cường độ và chất lượng bê tông Giới hạn cường độ chịu nén thường được xác định thông qua mẫu lăng trụ có kích thước 100mm x 200mm theo tiêu chuẩn TCVN 3118-1993.

P - tải trọng phá hoại, tính bằng daN;

F - Diện tích chịu lực nén của viên mẫu, tính bằng cm 2 ;

𝛼 - Hệ số tính đổi của mẫu trụ kích thước 100 x 200mm là 1,16

Để tính giá trị trung bình cộng của các kết quả nén mẫu, cần loại bỏ những giá trị có sai lệch lớn hơn 15% so với giá trị trung bình Kết quả cuối cùng sẽ là giá trị trung bình cộng của các giá trị hợp lệ còn lại, được làm tròn chính xác tới 0,1 N/mm².

KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

Kiểm tra trực quan

Các mẫu bê tông ngâm trong môi trường axit sau một thời gian nhất định đều bị ăn mòn, với nhiều mẫu bị ảnh hưởng nặng nề Sự tấn công của axit làm ăn mòn xi măng, dẫn đến việc mất độ bám dính giữa xi măng và cốt liệu, từ đó là nguyên nhân chính gây ra sự giảm khối lượng của mẫu bê tông.

Trong quá trình thí nghiệm, các mẫu thạch cao (CaSO4.2H2O) hình thành một lớp trắng xung quanh bề mặt do sự phân huỷ canxi hydroxit Sau 90 ngày, mẫu bị ăn mòn mạnh, lộ ra cốt liệu đá bên trong, tương tự như kết quả nghiên cứu của K Kawai.

Hình 4.1: Mẫu ngâm trong dung dịch H2SO4

Sự ăn mòn của axit HCl mạnh hơn nhiều so với H2SO4, dẫn đến các phản ứng hóa học liên tục làm tăng độ xốp và thể tích lỗ rỗng của xi măng, từ đó tăng tốc độ phản ứng Sau 90 ngày, mẫu xi măng bị ăn mòn mạnh, làm lộ ra cốt liệu đá bên trong, tương tự như mô tả của E O Nnadi [6].

Hình 4.2: Các mẫu ngâm trong dung dịch HCL 10% sau 90 ngày

Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay và silicafume đến khả năng chịu nén của bê tông

Bảng 4.1: Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén khi chưa ngâm axit

STT Cấp phối Cường độ chịu nén (MPa)

Hình 4.3: Cường độ chịu nén của bê tông trước khi ngâm mẫu theo từng cấp phối

Kết quả thí nghiệm thể hiện trong Hình 4.3 cho thấy sự ảnh hưởng của tro bay và phụ gia khoáng silicafume đến cường độ chịu nén của bê tông theo từng cấp phối Cường độ chịu nén của bê tông tăng từ +6,8% đến +18,9% so với cấp phối CP1 (đối chứng), với mức cao nhất đạt được ở cấp phối CP5, nơi có tỷ lệ 10% tro bay và 10% silicafume Tuy nhiên, khi hàm lượng tro bay tăng lên 20%, cường độ nén của cấp phối CP6 và CP7 giảm lần lượt 6,9% và 9,8% so với cấp phối CP5.

Theo nghiên cứu của Theo B Suresh Babu, khi sử dụng 10% silicafume và 10% tro bay thay thế cho xi măng, cường độ chịu nén của bê tông đạt mức cao nhất Điều này là nhờ vào hàm lượng pozzolanic tự nhiên cao, giúp phản ứng với calcium hydroxide để tạo ra gel calcium hydroxide hydrate, từ đó tăng cường tính chất cơ học cho bê tông.

CP720% FA10% SiCường độ chịu nén (MPa)

Ảnh hưởng của thành phần khoáng hạt mịn đến cường độ chịu nén theo thời gian ngâm

Kết quả thí nghiệm về cường độ chịu nén (MPa) của mẫu sau khi ngâm trong môi trường axit ăn mòn được thể hiện trong Bảng 4.2

Hình 4.4: Nén mẫu bê tông

Bảng 4.2: Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén (MPa) của bê tông

4.3.1 Ảnh hưởng của Silicafume đến cường độ nén theo thời gian ngâm

Bảng 4.3: Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén (MPa) của mẫu bê tông dùng phụ gia silicafume

Tỷ lệ silica fume 0 ngày 30 ngày 60 ngày 90 ngày

(a): Cường độ chịu nén của mẫu sau 30 ngày ngâm

(b): Cường độ chịu nén của mẫu sau 60 ngày ngâm

(c): Cường độ chịu nén của mẫu sau 90 ngày ngâm Hình 4.5: Cường độ chịu nén của mẫu dùng phụ gia Silicafume sau thời gian ngâm hóa chất

Kết quả thí nghiệm thể hiện trong Hình 4.5 cho thấy cường độ chịu nén của bê tông tăng lên khi hàm lượng silicafume thay đổi từ 0% đến 10%, với cường độ cao nhất đạt được ở cấp phối CP3 Sau 90 ngày ngâm mẫu CP3 trong dung dịch hóa chất, sự gia tăng này được ghi nhận rõ rệt.

Dung dịch H2SO4 5% làm giảm cường độ mẫu không ngâm khoảng 6,34%, trong khi nồng độ 10% giảm 11,37% Đối với dung dịch HCl, cường độ giảm mạnh hơn, với mức giảm 22,08% ở nồng độ 5% và lên đến 34,36% khi ngâm trong dung dịch 10%.

4.3.2 Ảnh hưởng của 5% Silicafume kết hợp với Tro bay

Bảng 4.4: Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén (MPa) của mẫu dùng 5% phụ gia silicafume kết hợp Tro bay

Tro bay 30 ngày 60 ngày 90 ngày Dung dịch HCL 5%

Tro bay 30 ngày 60 ngày 90 ngày

(a): Cường độ chịu nén của mẫu sau 30 ngày ngâm

(b): Cường độ chịu nén của mẫu sau 60 ngày ngâm

(c): Cường độ chịu nén của mẫu sau 90 ngày ngâm

Hình 4.6: Cường độ chịu nén của mẫu dùng 5% phụ gia Silicafume kết hợp Tro bay sau thời gian ngâm hóa chất

Kết quả thí nghiệm trong Hình 4.6 chỉ ra rằng việc sử dụng 5% phụ gia silicafume kết hợp với tro bay giúp cường độ chịu nén của bê tông đạt mức cao nhất ở cấp phối CP4 với 10% tro bay, nhưng cường độ này giảm khi tỷ lệ tro bay tăng lên 20%.

Sau 90 ngày ngâm hoá chất với cấp phối CP4 cường độ bê tông giảm 37,54% khi ngâm dung dịch HCL 10%, với nồng độ 5% thì giảm 20,84% Đối với dung dịch

H2SO4 5% giảm chỉ 12,16% trong khi đó H2SO4 10% là giảm cường độ đến 19,78%

4.3.3 Ảnh hưởng của 10% Silicafume kết hợp với Tro bay

Bảng 4.5: Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén (MPa) của mẫu dùng 10% phụ gia silicafume kết hợp tro bay

Tro bay 30 ngày 60 ngày 90 ngày Dung dịch HCL 5%

Tro bay 30 ngày 60 ngày 90 ngày

(a): Cường độ chịu nén của mẫu sau 30 ngày ngâm

(b): Cường độ chịu nén của mẫu sau 60 ngày ngâm

(c): Cường độ chịu nén của mẫu sau 90 ngày ngâm

Hình 4.7: Cường độ chịu nén của mẫu dùng 10% phụ gia Silicafume kết hợp

Tro bay sau thời gian ngâm hóa chất

Kết quả thí nghiệm cho thấy bê tông sử dụng 5% silicafume có cường độ chịu nén tăng sau 90 ngày ngâm hoá chất Cấp phối CP5 ít bị ảnh hưởng, đạt cường độ tốt nhất so với các cấp phối khác, với mức giảm 10,11% trong dung dịch H2SO4 5% và 19,24% trong nồng độ 10% Trong dung dịch HCl 10%, cường độ giảm đến 37,54%, trong khi dung dịch HCl 5% giảm 17,63%.

Nghiên cứu của E Hewayde và T Suresh Babu cho thấy rằng bê tông tối ưu với tỷ lệ 10% silicafume kết hợp 10% tro bay thay thế xi măng (CP5) đạt cường độ chịu nén tối ưu nhất Đặc biệt, khi bê tông này được ngâm trong các môi trường ăn mòn với nồng độ khác nhau, cường độ của nó vẫn cao hơn so với các cấp phối khác.

90 ngày ngâm thì cừng độ chịu nén CP5 cao hơn từ 8,2% đến 36,1% so với cấp phối CP4 dùng 5% silicafume và 5% tro bay

Nếu bê tông tiếp xúc lâu dài với môi trường ăn mòn, tất cả các mẫu có thể hoàn toàn mất khả năng chịu lực.

Ảnh hưởng của thành phần khoáng hạt mịn đến sự thay đổi khối lượng theo thời gian ngâm

Kết quả thí nghiệm về thay đổi khối lượng của mẫu theo phần trăm sau khi ngâm trong môi trường axit ăn mòn được thể hiện trong Bảng 4.6

Mẫu bị suy giảm khối lượng nhiều hơn khi tiếp xúc với dung dịch HCl so với dung dịch H2SO4, điều này là do thạch cao ít tan trong nước hơn canxi clorua.

Bảng 4.6: Kết quả thí nghiệm thay đổi khối lượng mẫu (%)

4.4.1 Ảnh hưởng của phụ gia Silicafume đến sự thay đổi khối lượng sau thời gian ngâm hoá chất

Bảng 4.7: Kết quả thí nghiệm sự thay đổi khối lượng của mẫu dùng phụ gia silicafume sau thời gian ngâm hoá chất

Ký hiệu Silica fume 30 ngày 60 ngày 90 ngày

Ký hiệu Silica fume 30 ngày 60 ngày 90 ngày

(a): Sự thay đổi khối lượng của mẫu sau 30 ngày ngâm

(b): Sự thay đổi khối lượng của mẫu sau 60 ngày ngâm

(c): Sự thay đổi khối lượng của mẫu sau 90 ngày ngâm Hình 4.8: Sự thay đổi khối lượng của mẫu dùng phụ gia Silicafume sau thời gian ngâm hóa chất

Kết quả thí nghiệm được trình bày trong Hình 4.8 cho thấy rằng các mẫu bị ăn mòn có xu hướng giảm khi hàm lượng silicafume tăng lên Điều này phù hợp với các nghiên cứu trước đây.

E Hewayde [13] silicafume cải thiện đáng kể cường độ chịu nén và giảm độ xốp, lấp

61 đầy các lỗ rỗng của bê tông và cải thiện khả năng chống ăn mòn trong môi trường axit nồng độ cao

Sau 90 ngày ngâm trong dung dịch axit các mẫu đều bị ăn mòn rất mạnh, mặc dù bị ảnh hưởng ít nhất nhưng cấp phối CP3 chịu sụ ăn mòn nặng nề nhất bởi dung dịch HCl 10% khi giảm đến 11,84%, với nồng độ 5% thì giảm 7,94% Còn với dung dịch

H2SO4 10% là 4,58%, nồng độ 5% giảm thấp nhất là 2,99% so với mẫu không tiếp xúc với dung dịch

4.4.2 Ảnh hưởng của 5% silicafume kết hợp với Tro bay đến sự thay đổi khối lượng sau thời gian ngâm hoá chất

Bảng 4.8: Kết quả sự thay đổi khối lượng của mẫu dùng 5% phụ gia silicafume kết hợp Tro bay sau thời gian ngâm hoá chất

Tro bay 30 ngày 60 ngày 90 ngày Dung dịch HCL 5%

Tro bay 30 ngày 60 ngày 90 ngày Dung dịch H 2 SO 4 10%

(a): Sự thay đổi khối lượng của mẫu sau 30 ngày ngâm

(b): Sự thay đổi khối lượng của mẫu sau 60 ngày ngâm

(c): Sự thay đổi khối lượng của mẫu sau 90 ngày ngâm Hình 4.9: Sự thay đổi khối lượng của mẫu dùng 5% phụ gia silicafume kết hợp

Tro bay sau thời gian ngâm hóa chất

Kết quả thí nghiệm được trình bày trong Hình 4.9 cho thấy các mẫu sử dụng 5% silicafume kết hợp với tro bay với các hàm lượng khác nhau Các mẫu này thể hiện xu hướng giảm thiểu sự ăn mòn hiệu quả.

Nghiên cứu cho thấy rằng khi hàm lượng tro bay trong bê tông tăng lên 20%, mẫu bê tông sẽ bị ăn mòn nhiều hơn bởi axit Sự gia tăng tro bay không chỉ làm giảm cường độ của bê tông mà còn khiến bê tông dễ bị phá hủy hơn khi tiếp xúc với axit.

Sau 90 ngày ngâm, cấp phối CP4 cho thấy khả năng chống ăn mòn tốt hơn so với các cấp phối khác Trong dung dịch H2SO4 5%, mẫu bê tông giảm khối lượng 2,68%, trong khi ở nồng độ 10% thì khối lượng giảm 3,92% Đối với dung dịch HCl 5%, khối lượng mẫu giảm đến 7,53%, và mức giảm nặng nhất xảy ra ở HCl 10%, với khối lượng giảm 11,22% trước khi ngâm axit.

4.3.3 Ảnh hưởng của 10% Silicafume kết hợp với Tro bay đến sự thay đổi khối lượng sau thời gian ngâm hoá chất

Bảng 4.9: Kết quả sự thay đổi khối lượng của mẫu dùng 10% phụ gia silicafume kết hợp tro bay sau thời gian ngâm hoá chất

Tro bay 30 ngày 60 ngày 90 ngày Dung dịch HCL 5%

Tro bay 30 ngày 60 ngày 90 ngày

(a): Sự thay đổi khối lượng của mẫu sau 30 ngày ngâm

(b): Sự thay đổi khối lượng của mẫu sau 60 ngày ngâm

Sau 90 ngày ngâm, khối lượng mẫu có sự thay đổi đáng kể, với hình 4.10 minh họa sự biến động của mẫu sử dụng 10% phụ gia silicafume kết hợp với tro bay trong quá trình ngâm hóa chất.

Kết quả thí nghiệm trong Hình 4.10 cho thấy rằng sau khi ngâm hóa chất, các mẫu đều bị ăn mòn và giảm khối lượng, với xu hướng tương tự như các mẫu bê tông sử dụng cấp phối 5% silicafume.

Sau 90 ngày ngâm, các dung dịch hóa chất ảnh hưởng khác nhau đến bê tông, trong đó cấp phối CP5 ít bị ăn mòn hơn so với các cấp phối khác Cụ thể, trong dung dịch H2SO4 5%, mẫu bê tông giảm khối lượng 2,41%, và với nồng độ 10% thì khối lượng giảm 3,74% Đối với dung dịch HCl 5%, khối lượng mẫu bê tông giảm đến 6,8%, và nặng nhất là HCl 10%, với khối lượng giảm 11,05% so với ban đầu.

Nghiên cứu của E Hewayde và S Turkel cho thấy rằng việc sử dụng thành phần khoáng hạt mịn có tác dụng tích cực trong việc cải thiện cường độ nén của bê tông, giảm độ xốp, ngăn chặn hóa chất xâm nhập và nâng cao khả năng chống ăn mòn trong môi trường axit nồng độ cao.

Khi thêm phụ gia khoáng hạt mịn vào bê tông, tỷ lệ ăn mòn giảm đáng kể so với bê tông truyền thống Nghiên cứu cho thấy cấp phối CP5 với 10% tro bay và 10% silicafume thay thế xi măng là tối ưu, mang lại khả năng chịu cường độ nén và chống ăn mòn tốt trong môi trường axit, phù hợp với các nghiên cứu trước.

Hạt tro bay và silicafume có kích thước nhỏ giúp lấp đầy các lỗ rỗng trong bê tông Silicafume với độ hoạt tính cao tham gia vào phản ứng hóa học, tạo ra C-S-H, từ đó cải thiện tính chất của bê tông.

Silicafume mang lại lợi ích vượt trội so với tro bay trong hỗn hợp bê tông, giúp giảm tỷ lệ mất khối lượng Tuy nhiên, khi hàm lượng tro bay được tăng lên 20%, tỷ lệ mất khối lượng lại tăng đáng kể so với các mẫu có hàm lượng tro bay thấp hơn.

Silicafume và tro bay có thể cải thiện cường độ chịu nén và giảm độ xốp của bê tông một cách hiệu quả Tuy nhiên, chúng không có khả năng kháng lại sự tấn công của axit với nồng độ cao.