Nghiên cứu vật liệu nano sio2 điều chế từ tro trấu và silica fume làm phụ gia cho bê tông xi măng trong xây dựng đường ô tô khu vực miền tây nam bộ (tt)

1
1. Sự cần thiết của việc nghiên cứu
Bê tông xi măng là vật liệu quan trọng và phổ biến nhất trong ngành xây dựng,
đồng thời tiêu thụ hầu hết xi măng được sản xuất ra trên thế giới. Sử dụng khối
lượng lớn xi măng làm tăng khí thải CO2 và hậu quả là phát sinh hiệu ứng nhà
kính. Phương pháp để hạn chế thành phần xi măng trong hỗn hợp bê tông là sử
dụng silica hạt mịn. Một trong những loại bột silica có tiềm năng thay thế xi măng
và phụ gia cho bê tông đó là nano SiO2 (NS) được điều chế từ tro trấu và sự kết
hợp hai loại phụ gia nano SiO2 + silica Fume (SF). Tuy nhiên, hiệu quả thương
mại của NS và SF là tổ hợp của nhiều yếu tố phức tạp, bao gồm quá trình làm sạch
và sản xuất phức tạp đã khiến cho tính ứng dụng của loại vật liệu này vào ngành
công nghiệp xây dựng còn hạn chế.
Từ lâu, vật liệu silica được biết đến với những ứng dụng tuyệt vời như làm vật
liệu xúc tác, vật liệu điện môi, chất hấp phụ khí, hấp phụ ion kim loại nặng, chất
vô cơ... [62]. Để chế tạo loại vật liệu này có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp
khác nhau như Sol-gel, kết tủa hóa học, phương pháp vi nhũ tương và kỹ thuật
thủy nhiệt [85].
Việt Nam nói chung và khu vực miền Tây Nam Bộ nói riêng là quốc gia sản xuất
gạo đứng thứ hai trên thế giới với sản lượng gạo ước tính trung bình đạt khoảng
42 triệu tấn trên năm [81]. Trấu sau khi cháy, các thành phần hữu cơ bị phân hủy
và thu được tro trấu. Tro trấu là một trong những nguyên liệu giàu silica nhất đạt
khoảng 85% đến 98% về khối lượng nên nó là nguồn nguyên liệu lý tưởng để tổng
hợp vật liệu Silica.
Nguồn tro trấu khu vực miền Tây Nam Bộ là phế phẩm nông nghiệp hiện nay
rất nhiều và đang gây ô nhiễm môi trường. Việc sử dụng nguồn tro trấu để điều
chế thành phụ gia NS ứng dụng vào trong BTXM cũng đã được nhiều tác giả
nghiên cứu. Nhưng sự kết hợp hai loại phụ gia NS+SF sẽ làm tăng các chỉ về mặt
cơ học và hóa học của BTXM làm mặt đường ô tô thì chưa có nghiên cứu chuyên
sâu ở Việt Nam.
Do vậy Luận án “Nghiên cứu vật liệu nano SiO2 điều chế từ tro trấu và silica
Fume làm phụ gia cho bê tông xi măng trong xây dựng đường ô tô khu vực

miền Tây Nam Bộ” là cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
2. Mục đích nghiên cứu của luận án
- Thông qua quá trình điều chế vật liệu tro trấu thành sản phẩm phụ gia NS. Qua
đó ứng dụng vật liệu nano SiO2 vào trong thành phần vữa xi măng và bê tông xi
măng.
- Xác định tỉ tệ hợp lý sử dụng phụ gia NS và sự kết hợp hai loại phụ gia NS+SF
trong thiết kế thành phần BTXM theo yêu cầu về cường độ.
- Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá các đặc trưng cường độ, mô đun đàn hồi, độ
thấm ion clo, độ mài mòn, hệ số giãn nở nhiệt (CTE), độ thấm nước và chiều sâu
thấm của các loại BTXM sử dụng phụ gia NS và phụ gia kết hợp NS+SF.
- Đề suất khả năng ứng dụng của BTXM sử dụng phụ gia NS và phụ gia kết hợp
NS+SF trong thiết kế và thi công áo đường cứng khu vực miền Tây Nam Bộ.


2
3. Phạm vi nghiên cứu của luận án
- Tính toán thiến kế thành phần mẫu vữa xi măng sử dụng phụ gia nano SiO2.
- Tính toán thiết kế thành phần bê tông xi măng sử dụng các phụ gia nano SiO2
và phụ gia kết hợp NS+SF.
- Thí nghiệm xác định các đặc trưng cường độ, khả năng chống mài mòn, mô
đun đàn hồi, hệ số giãn nở nhiệt (CTE), độ chống thấm ion clo, chống thấm nước,
của các loại bê tông sử dụng phụ gia NS và phụ gia NS+SF.
- Tính toán các dạng kết cấu mặt đường BTXM sử dụng phụ gia NS và phụ gia
NS+SF ứng dụng mặt đường ô tô khu vực miền Tây Nam Bộ theo QĐ 3220 [28].
4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp lý thuyết kết hợp với thực nghiệm.
- Phương pháp phân tích đánh giá.
5. Bố cục của luận án
Luận án gồm có phần Mở đầu, tiếp theo là 4 Chương, phần Kết luận và Kiến
nghị, danh mục các công trình tác giả đã công bố, danh mục tài liệu tham khảo và

phụ lục.
6. Những đóng góp mới của luận án
- Tận dụng nguồn phế thải tro trấu của các nhà máy sản xuất gạch khu vực miền
Tây Nam Bộ, thông qua quá trình điều chế thu được sản phẩm nano SiO2 thích
hợp cho việc làm chất phụ gia vữa xi măng và BTXM.
- Nghiên cứu đề xuất bảng cấp phối của vữa xi măng theo tỉ lệ NS (0.5 ÷ 2.0)%,
tìm ra phương trình hồi quy Rn, Rku ở tuổi 28 ngày và biến tỉ lệ phụ gia NS max
lớn nhất, làm cơ sở lựa chọn tỉ lệ thích hợp trong phạm vi thực nghiệm BTXM.
- Đã thí nghiệm để đưa ra các thông số chủ yếu về cường độ chịu nén, cường độ
chịu kéo uốn, mô đun đàn hồi, độ mài mòn, khả năng chống thấm ion clo, hệ số
thấm và độ thấm sâu của BTXM; tính công tác của BTXM cấp C35 sử dụng phụ
gia NS và BTXM sử dụng kết hợp phụ gia NS+SF trong kết cấu mặt đường ô tô;
đề xuất cấu tạo các dạng kết cấu mặt đường ô tô BTXM sử dụng phụ gia NS và
BTXM sử dụng kết hợp phụ gia NS+SF. Kiến nghị và phạm vi áp dụng.
- Thực nghiệm tìm ra hệ số giãn nở nhiệt (CTE) của bê tông xi măng cấp C35 sử
dụng phụ gia NS là 10,408.10-6/0C; BTXM kết hợp phụ gia NS+SF là 7,967.106 0
/ C; BTXM thông thường là 10,797.10-6/0C.
- Đề xuất ứng dụng kết cấu mặt đường BTXM khu vực miền Tây Nam Bộ:
+ Chiều dài tấm khi dùng BTXM sử dụng phụ gia NS và BTXM sử dụng kết
hợp phụ gia NS+SF cho mặt đường BTXM có thể lên đến 5m, tăng 10% so với
qui định hiện hành;
+ Hệ số giãn nở nhiệt (CTE) của tấm BTXM có sử dụng phụ gia NS và tấm
BTXM có sử dụng phụ gia kết hợp NS+SF có ảnh hưởng đến kết quả tính toán
ứng suất nhiệt gây mỏi [σtr]. Hệ số này có khả năng làm giảm ứng suất nhiệt trong
tấm, giảm vết nứt và tăng chiều dài tấm BTXM.


3
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Tận dụng vật liệu phế thải tro trấu của ngành nông nghiệp khu vực miền Tây

Nam Bộ là góp phần làm giảm ô nhiểm môi trường, việc sử dụng sản phẩm phụ
gia NS được điều chế từ tro trấu vào vữa xi măng và BTXM mang ý nghĩa khoa
học và thực tiễn.
- Mặt đường BTXM khi có sử dụng phụ gia NS và phụ gia NS+SF sẽ làm giảm
nhiệt thủy hóa, giảm ứng suất nhiệt trong tấm nên có thể ứng dụng làm lớp BTXM
cho đường có qui mô giao thông cấp III trở xuống.
- Xây dựng các công thức thành phần vật liệu và dạng kết cấu áo đường bằng
BTXM sử dụng phụ gia NS và phụ gia NS+SF có thể được sử dụng làm tài liệu
tham khảo hữu ích cho các kỹ sư thiết kế, trong tương lai sẽ có nhiều công trình
đường quốc lộ và đường cao tốc được xây dựng bằng vật liệu BTXM.
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO SiO2 VÀ SILICA FUME LÀM PHỤ GIA
CHO BÊ TÔNG XI MĂNG TRONG XÂY DỰNG MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ
Trong phần tổng quan trình bày các quy định chung đối với vật liệu BTXM
làm mặt đường ô tô; khái quát về BTXM sử dụng phụ gia NS và phụ gia NS, ảnh
hưởng của phụ gia khoáng đến các đặc tính của bê tông và các công trình nghiên
cứu ứng dụng BTXM sử dụng hai loại phụ gia này trên thế giới và Việt Nam.
1.1 Tổng quan về vật liệu nano và ứng dụng vật liệu nano trong bê tông
1.1.1 Định nghĩa vật liệu nano
Thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng, sẽ cần đến nhiều nghiên cứu và ứng
dụng trong lĩnh vực Công nghệ, vật liệu nano để nâng cao đời sống xã hội.
1.1.2 Phân loại vật liệu nano
+ Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều đều có kích thước nano); Ví dụ: Đám
nano, Hạt nano...

Hình 1.1 - Vật liệu nano không chiều
+ Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano ví dụ
dây nano, ống nano,...

Hình 1.2 - Vật liệu nano một chiều

+ Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano, hai
chiều tự do ví dụ: màng mỏng,...


4

Hình 1.3 - Vật liệu nano 2 chiều
1.2 Nghiên cứu ứng dụng phụ gia nano SiO2 và silica Fume cho bê tông xi măng
1.2.1 Nghiên cứu ứng dụng bê tông xi măng sử dụng phụ gia nano SiO2 và silica
Fume trên thế giới
1.2.1.1 Các nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano SiO2 vào trong bê tông

Bê tông là một loại vật liệu composite. Như là một kết quả, sự vận động ở cấp
độ nano trong bê tông có thể dẫn đến các tác động quan trọng đến tính chất của bê
tông ở cấp độ vĩ mô. Nói một cách khác những thay đổi ở cấp độ nano ảnh hưởng
đến tính chất của công trình sử dụng vật liệu khối [57].
Hình 1.4 dưới đây cho thấy sự phân bố kích thước hạt có trong bê tông thông
thường so với các bê tông HPC/HSC và bê tông thiết kế có chứa nano SiO2 [66].

Hình 1.4 - Sự tương quan giữa kích thước hạt và diện tích bề mặt trong bê tông
Mitchell et.al [70] đã kết luận rằng chỉ có những thay đổi nhỏ trong các mẫu 7
ngày, và sự hình thành CHS một cách rộng rãi chỉ bắt đầu từ 120 ngày.
Theo Li [68] lượng muội silic phản ứng chậm, sau 90 ngày chỉ là 75%. Sự ảnh
hưởng của nano SiO2 đến tính chất đông cứng được chỉ ra bởi Ye et.al [87].
Ye [87] cũng đã nghiên cứu dưới kính hiển vi bề mặt của hỗn hợp vữa-cốt
liệu. Thấy rằng kích thước lớn nhất của tinh thể hạt CH trong các mẫu giảm từ
10µm ( mẫu vữa đối chứng) xuống còn 4 µm (mẫu vứa với 3% nano silica).
Một vài các nghiên cứu khác cũng chỉ ra sự gia tăng đặc tính cường độ của vật
liệu sử dụng xi măng khi sử dụng nano SiO2 như là vật liệu thay thế xi măng, và
các tính năng đều cao hơn khi so sánh với sử dụng muội silic [63][69]. Nghiên cứu

của Jo [63] đã cho thấy cường độ chịu nén của vữa gia tăng đáng kể với chất phụ
gia nano SiO2 so với muội silic.
Li et.al [68] thông qua phân tích dưới kính hiển vi SEM của các mẫu đá xi
măng, đã đưa đến kết luận rằng nano SiO2 cải thiện được cấu trúc vi mô của đá xi
măng. Hình 1.5 (a) và hình 1.5 (b) là hình ảnh dưới kính hiển vi của đá xi măng
đã thủy hóa không có và có nano SiO2, được trích từ Li et al [68].


5

Hình 1.5 - Cấu trúc vi mô của BTXM không có nano SiO2 (a) và BTXM có nano
SiO2 (b) (1,2,3 chỉ thị tinh thể CH, cụm CSH, và lỗ mao dẫn).
Mondal et.al [71] rút ra kết luận được đưa ra là nano SiO2 không ảnh hưởng
tới môđun đàn hồi và độ cứng của 2 loại CHS. Tuy nhiên tỉ lệ thể tích của CHS có
độ cứng cao tăng lên 50% khi mà nano SiO2 thay thế 18% khối lượng xi măng.
Kết quả này trong một loại đá xi măng cường độ cao hơn và bền hơn [71].
Tính thấm nước và lượng nước hấp phụ của bê tông là hai đặc tính ảnh hưởng
đến độ bền. Đặc tính thấm nước của bê tông sử dụng nano SiO2 đã được nghiên
cứu bởi Ji [61].
Theo nghiên cứu, khi các hạt nano SiO2 được phân tán không tốt trong đá xi
măng, chúng sẽ tích tụ hoặc tạo thành đám [69].
+ Mô hình tính năng của bê tông nano; Lý thuyết đồng nhất; Phương pháp phần
tử hữu hạn (FEM).
K. Sobolev nhận ra rằng bằng cách sử dụng vật liệu nano SiO2, độ bền, độ cứng
của bê tông xi măng có thể được tăng lên. Gần đây nhất là Brian Green đã sử dụng
nano SiO2 để giảm tính thấm và tăng cường độ chịu nén của bê tông xi măng [53].
Một số tính chất của xi măng Portland III được thay thế bằng nano silica với
tỷ lệ phần trăm 1, 3, 5 và 10% đã được đánh giá. Kết quả cho thấy nano SiO2 từ
5% bắt đầu có ảnh hưởng tích cực đến cường độ của vữa và với 10% cải thiện
cường độ nén so đối với mẫu đối chứng [49].

Mostafa và Brown [50] cho rằng, vai trò chủ yếu của xi măng Portland đang
trở nên ít hơn và đã dần dần nhường chỗ cho xi măng hỗn hợp, điều này chủ yếu
là vì lý do môi trường, kinh tế và công nghệ.
1.2.1.2 Các nghiên cứu ứng dụng vật liệu silica Fume vào trong bê tông
P.Vinayagam (2012) đã tiến hành thí nghiệm với SF thay thế xi măng từ 0 đến
15% và phụ gia siêu dẻo cho bê tông tính năng cao [75].
Hooton (Hooton, 1993) đã tiến hành các thí nghiệm bằng việc thay thế xi măng
bằng SF và thí nghiệm nghiên cứu tính chất cơ lý và độ bền của bê tông khi đóng
băng và băng tan, độ bền Sunphát và phản ứng kiềm-silica [59].
Yogendran và Langan (Yogendran và Langan, 1982) đã khảo sát về bê tông
cường độ cao sử dụng Silica Fume với tỷ lệ (N/X = 0,34) [82].
Annadurai và Ravichandran, (2014), kết quả thí nghiệm cho thấy việc bổ sung
SF tăng cường độ nén và giảm độ sụt của bê tông [47].


6
Theo Shanmugavalli [78], cấp phối sử dụng 10% silica Fume thay thế xi măng
sẽ cải thiện đáng kể khả năng chịu nén của bê tông do có hàm lượng pozzolanic tự
nhiên cao, giúp phản ứng với calcium hydroxide để hình thành thể gel calcium
silicat hydrate tăng cường cơ học cho bê tông.
1.2.2 Nghiên cứu ứng dụng bê tông xi măng sử dụng phụ gia nano SiO2 và
silica Fume ở Việt Nam
1.2.2.1 Phụ gia khoáng silica từ tro trấu và nano SiO2 từ tro trấu
Vỏ gạo sau khi cháy các thành phần hữu cơ bị phân hủy và thu được tro trấu.
Tro trấu là một trong những nguyên liệu giàu SiO2 nhất, đạt khoảng 80 đến 90%
về khối lượng nên nó là nguồn nguyên liệu lý tưởng để tổng hợp vật liệu SiO2 [81].
Luận án tiến sĩ Trần Thị Thu Hà (2010) giảng viên bộ môn đường bộ - Trường
Đại học Giao thông Vận tải Hà Nội, cũng đã nghiên cứu thành công tro trấu ứng
dụng làm “Bê tông xi măng sử dụng đá vôi và các chất độn có chứa hàm lượng
ôxít silic cho điều kiện Việt Nam” [8].

TS. Đào Văn Đông (2008) “Ảnh hưởng của phụ gia tro trấu đến các tính chất
của bê tông cường độ cao [5].
TS. Đào Văn Đông “Nghiên cứu góp phần hoàn thiện công nghệ sản xuất phụ
gia tro trấu ở Việt Nam” [6].
PGS.TS Đào Văn Đông “Nghiên cứu đánh giá chất lượng và khả năng sử dụng
một số loại phụ gia tro trấu cho bê tông xi măng cường độ cao ở Việt Nam” [7]
Kết quả nghiên cứu của nhóm tác giả Phạm Duy Hữu, Vũ Việt Cường, Vương
Đặng Lê Mai, Đặng Thị Thanh Lê, cũng cho kết quả: nano SiO2 làm tăng cường
độ chịu nén của bê tông xi măng 40% tro bay, đặc biệt ở tuổi sớm 3 ngày. Mức
tăng này tỉ lệ với hàm lượng sử dụng, cụ thể 15,9% với 1% nano SiO2 và 46,8%
với 2% nano SiO2 [14].
ThS. Nguyễn Tiến Trung (2008) đã nghiên cứu độ thấm ion clo bằng phương
pháp điện lượng của các loại bê tông sử dụng kết hợp 5% tro trấu (TT) và 15%
TB, bê tông dùng 4%MS và 20%TB [23].
ThS. Ngọ Văn Toản – Viện Khoa học và Công nghệ Xây dựng, cũng đã công
trình “Nghiên cứu ảnh hưởng của Tro trấu và phụ gia siêu dẻo tới tính chất của hồ,
vữa bê tông xi măng” [25].
1.2.2.2 Phụ gia khoáng silica Fume
Khi sử dụng phụ gia khoáng silica Fume, hàm lượng 10% silica Fume là tối ưu
để chế tạo bê tông chất lượng siêu cao, khi đó cường độ nén đạt được lớn nhất là
152MPa và 160MPa [21].
GS.TS. Phạm Duy Hữu và cộng sự (2008) nghiên cứu độ thấm ion clo của bê
tông cấp 60 và 80 MPa sử dụng kết hợp 15%TB và 7%MS [11].
TS. Phan Đức Hùng, TS. Lê Anh Tuấn công bố công trình khoa học “Cường
độ chịu nén của bê tông sử dụng sợi Poly-Propylene và silica Fume” trình bày ảnh
hưởng của sợi poly-propylene và silica Fume đến cường độ nén của bê tông [15].
Tác giả Nguyễn Quang Phú - Trường Đại học Thủy Lợi (2015) “Thiết kế bê
tông tính năng cao sử dụng siluca Fume và phụ gia siêu dẻo” [20].

7
1.3 Các thông số chủ yếu của vật liệu bê tông xi măng cho thiết kế kết cấu mặt
đường ô tô ở Việt Nam

1.3.1 Cường độ của bê tông xi măng
1.3.2 Mô đun đàn hồi
1.3.3 Độ co ngót và hệ số giãn nở nhiệt tấm bê tông xi măng
1.3.4 Độ mài mòn
1.4 Kết luận chương 1 và định hướng nghiên cứu.
Chương 2
NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VIỆC SỬ DỤNG PHỤ GIA SILICA FUME
VÀ NANO SiO2 ĐIỀU CHẾ TỪ TRO TRẤU CHO VỮA - BÊ TÔNG XI MĂNG

Sản phẩm nano SiO2 có diện tích bề mặt khoảng 258,3 m2/gam, phân tích cho
thấy SiO2 là thành phần chính trong tro trấu và chiếm tỉ lệ về khối lượng khá cao
85,40%. Việc sử dụng kết hợp hai loại phụ gia NS+SF. Phụ gia silica Fume và
phần vô định hình của nano SiO sẽ phản ứng với Ca(OH)2 được tạo ra do thuỷ hoá
xi măng. Phản ứng tạo ra gel CHS (CaO.H2O.SiO2) liên kết chặt chẽ hơn với cốt
liệu và đồng thời làm giảm hàm lượng Ca(OH)2 không có lợi sinh ra trong thuỷ
hoá xi măng. Tuy nhiên hạt NS cực mịn nên lấp đầy các khe kẻ nhỏ nhất làm cho
vữa và bê tông xi măng đặc chắc hơn.
Thực nghiệm tìm ra được phương trình hồi quy mẫu vữa 28 ngày tuổi Rn, Rku
và giá trị biến tỉ lệ phụ gia NS max lớn nhất. Cơ sở lựa chọn tỉ lệ thích hợp trong
phạm vi nghiên cứu thực nghiệm cho BTXM sử dụng phụ gia NS (0.5 ÷ 2.0)%.
2.1 Nghiên cứu các loại phụ gia cho bê tông xi măng
2.1.1 Khái niệm phụ gia
2.1.2 Phân loại phụ gia
2.2 Quá trình thủy hóa của xi măng pooclăng
2.3 Giới thiệu tro trấu và kết quả thu được sản phẩm nano SiO2 điều chế từ
tro trấu khu vực miền Tây Nam Bộ

2.3.1 Giới thiệu tro trấu
Tro trấu được lấy mẫu từ nhà máy gạch khối Tân Kỷ Nguyên tọa lạc tại khu
công nghiệp Thịnh Phát, huyện Bến Lức, tỉnh Long An. Công suất lò hơi tiêu thụ
lượng trấu khoảng 20 tấn trấu/ngày và thải môi trường khoảng 4 tấn tro/ngày. Để
chế tạo loại vật liệu nano SiO2 từ tro trấu có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp
khác nhau như sol-gel, kết tủa hóa học.. [85].

Hình 2.1- Lò hơi công nghiệp nhà máy
Gạch Khối Tân Kỷ Nguyên

Hình 2.2 - Mẫu tro trấu được lấy từ nhà
máy Gạch Khối Tân Kỷ Nguyên


8
2.3.2 Kết quả thu được sản phẩm nano SiO2 điều chế từ tro trấu
Nano SiO2 sử dụng trong luận án được chế tạo từ tro trấu tại Phòng Nghiên
cứu Triển khai Công nghệ Hóa và Môi trường - Trung tâm Nghiên cứu Phát triển
& Chuyển giao Công nghệ - Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội. Nano SiO2 thu
được ở dạng bột, màu trắng rất mịn [16][17].

Hình 2.3- Mẫu tro trấu trước khi điều chế

Hình 2.4 – Sản phẩm thu được nano SiO2

EDX (Phổ tán sắc năng lượng tia X)
Nano SiO2 sử dụng trong luận án được phân tích EDX tại Viện khoa học vật
liệu – Viện Hàn lâm khoa học Việt Nam, kết quả như hình 2.9 cho thấy, vật liệu
SiO2 điều chế được có thành phần nguyên tử chủ yếu là Si (28,78%) và O
(57,92%), tỷ lệ % nguyên tử Si/O xấp xỉ 1/2

-

1000

003

OKa

SiKa

900
800
700

Element

Counts

600

C
K
O
K
Si
K
Total

500

300

0.277
0.525
1.739
100.00

Mass%

Atom%

8.44
48.91
42.66
100.00

13.31
57.92
28.78

CKa

400

(keV)

200
100
0
0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

10.00

keV

Hình 2.5 - Phổ EDX và thành phần các nguyên tố trong mẫu SiO2

-

XRD (Kỹ thuật nhiễu xạ tia X)
Nano SiO2 sử dụng trong luận án được phân tích nhiễu xạ tia X tại Viện khoa
học vật liệu ứng dụng Thành phố Hồ Chí Minh Trường Đại Học Bách Khoa Thành

Phồ Hồ Chí Minh.

Hình 2.6 - Giản đồ XRD của mẫu SiO2
Giản đồ XRD của mẫu bột SiO2 được thực hiện ở hình 2.6. Từ kết quả XRD
cho thấy, mẫu tồn tại chủ yếu ở dạng pha tinh thể SiO2 thuộc hệ mạng một nghiêng
monoclinic, đỉnh pic đặc trưng ứng với góc 2 khoảng 19,760. Bên cạnh pha tinh
thể mẫu SiO2 còn lẫn một ít pha SiO2 vô định hình.


9
SEM (Kính hiển vi điện tử quét)
Mẫu nano SiO2 trong luận án được thí nghiệm SEM tại Viện Vệ sinh dịch tễ
Trung Ương, kết quả như hình 2.7. Ảnh hiển vi điện tử quét SEM của mẫu bột
SiO2 được chụp trên thiết bị Hitachi-S4800. Ảnh TEM được chụp trên kính hiển
vi điện tử truyền qua JEM1010 (JEOL-Nhật Bản).
- TEM (Kính hiển vi điện tử truyền qua)
Mẫu nano-silica trong đề tài được thí nghiệm TEM tại Viện Vệ sinh dịch tễ
Trung Ương, kết quả ảnh TEM thu được như hình 2.8 Ảnh TEM cho thấy xuất
hiện hạt tinh thể rõ ràng, các hạt rất nhỏ (khoảng 10 đến 20 nm) và phân bố khá
đồng đều.
-

Hình 2.7 - Ảnh SEM của mẫu SiO2

-

Hình 2.8 - Ảnh TEM của mẫu SiO2

BET (Brunauer-Emmett-Teller )
Kết quả BET trên vật liệu nano SiO2 điều chế từ tro trấu sử dụng trong luận án

được chụp tại Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh có tỉ diện tích bề mặt
rất lớn khoảng 258,3 m2/gam.
2.4 Cơ sở khoa học kết hợp hai loại phụ gia nano SiO2 và silica Fume
2.4.1 Ảnh hưởng của các hạt nano SiO2 tăng cường độ của bê tông xi măng
2.4.1.1 Đặc tính của nano SiO2 (NS)
Nano SiO2 là một dạng vật liệu silica tinh thể và vô định hình với kích thước
hạt nhỏ hơn 100 nm, có nghĩa là kích thước hạt của nó nhỏ hơn muội silic. Các lý
thuyết trong trong phần trình bày tác giả chỉ nghiên cứu với NS có đường kính từ
7-40 nm và độ tinh khiết khoảng 85,4% SiO2.
2.4.1.2 Tác động của nano SiO2 đến hồ xi măng, vữa và bê tông
Nghiên cứu của Qing (2007) đã chỉ ra rằng cường độ của đá xi măng, và của
vữa sử dụng NS tăng nhiều hơn so với sử dụng cùng một lượng muội silic [73].
Belkowitz và Armentrout (2009) đã chỉ ra rằng NS làm tăng cường độ chịu
nén của đá xi măng hiệu quả hơn so với muội silic, đặc biệt là ở tuổi sớm [64].
Nghiên cứu của Li (2004) cũng đã chỉ ra với 5% lượng xi măng được thay thế
bằng NS (đường kính 15±5 nm), cường độ chịu nén ở 7 và 28 ngày cũng tăng
tương ứng là 20 và 17% [69]. Jo (2007) cũng đưa ra được kết quả tương tự [63].
Schoepfer và Maji (2009) nghiên cứu ảnh hưởng của silica với đa dạng kích
thước hạt (150, 100, 40, 12, 7 nm) đến sự phát triển cường độ chịu nén của bê tông
với hàm lượng nhỏ (18% của tro bay) [79].
2.4.1.3 Phân tán hạt nano Silica
Wang và cộng sự [83], Kết quả là tạo thành các luồng chất lỏng tốc độ cao và
ứng suất cơ học giữa các hạt, điều này sẽ phá vỡ lực hấp dẫn giữa các hạt nano
như hình 2.9, như vậy sự phân tán và phân tách các đám ngưng tụ hiệu quả hơn.


10

Hình 2.9 - Sự phân tán và tan ngưng tụ của các hạt nano (a) trước khi trộn siêu âm (b)
sau khi trộn siêu âm

Hình 2.10 - Kết quả phân tán bằng phương pháp siêu âm của các hạt silica trong nước

* Nhận xét: Từ các phân tích trên có thể nhận xét các hạt nano SiO2 làm gia tăng
hàm lượng màng C-H-S bằng cách là hạt trung tâm cho các sản phẩm thủy hóa và
bằng phản ứng puzơlan. Việc sử dụng NS cũng làm giảm số lượng, định hướng và
kích thước tinh thể CH tại bề mặt cốt liệu bằng phản ứng puzơlan.. Ngoài tác dụng
là chèn khe nhỏ nhất, NS còn có khả năng phản ứng puzơlan và tác động cải thiện
vi cấu trúc tốt hơn so với muội silic và kết quả là NS giúp tăng cường độ chịu nén
của bê tông cao hơn so với muội silic.
2.4.2 Ảnh hưởng của các hạt silica Fume đến cường độ của bê tông xi măng
2.4.2.1 Đặc tính của silica Fume (SF)
Các hạt SF có dạng hình cầu, bề mặt trơn phẳng, kích thước trung bình của hạt
SF vào khoảng 0.1-0.2µm, tức là vào khoảng 1:50-1:100 kích thước hạt xi măng
hoặc tro bay, tỷ diện bề mặt hạt silica fume vào khoảng từ 13000-25000m2/kg
[88]. Bột SF có khối lượng đơn vị ở trạng thái đổ đống rất nhỏ, vào khoảng 0,150,22 tấn/m3 SF có hàm lượng ôxit silíc hoạt tính cao vào khoảng 85-98% [89].
2.4.2.2 Tác động của silica Fume đến hồ xi măng, vữa và bê tông
* Tính dẻo của vữa và bê tông [88][89].
* Sự phát triển cường độ của bê tông [77][89].
* Tính thấm của bê tông [84].
* Khả năng bảo vệ cốt thép [89].
2.4.2.3 Phân tán hạt silica Fume [88]
* Nhận xét: Silica Fume đóng vai trò chất kết dính vì silica Fume có kích thước
hạt nhỏ hơn kích thước hạt xi măng và có khả năng lấp đầy các lỗ rỗng do nước tự
do thoát ra trong xi măng. Độ siêu mịn cho phép silica Fume lấp đầy các lỗ rỗng
vi mô giữa các hạt xi măng, iệu quả của vi chất lấp đầy này là làm giảm mạnh khả
năng thấm nước và tăng mạnh liên kết giữa cốt liệu với hồ xi măng của bê tông
silica Fume so với bê tông thông thường. Phụ gia silica Fume phản ứng với
Ca(OH)2 được tạo ra do thuỷ hoá xi măng. Phản ứng tạo ra gel CHS liên kết chặt
chẽ hơn với cốt liệu và đồng thời làm giảm hàm lượng Ca(OH)2 không có lợi sinh

ra trong thuỷ hoá xi măng.


11
2.5 Nghiên cứu thực nghiệm nano SiO2 để nâng cao tính năng của vữa xi măng

2.5.1 Giới thiệu
Luận án nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của tỉ lệ phần trăm NS tới sự phát
triển cường độ chịu nén và chịu kéo uốn của mẫu vữa xi măng, thiết kế theo TCVN
3121-11:2003 [34]. Hàm lượng của NS thay đổi (0, 0.5, 1.0, 1.5 và 2.0) % theo
khối lượng của xi măng.

Hình 2.11 - Công tác chuẩn bị mẫu vật liệu thí nghiệm vữa xi măng
2.5.2 Thiết kế thành phần chế tạo của vữa xi măng theo tỉ lệ nano SiO2
Trên cơ sở thiết kế thực nghiệm (DoE), tác giả đã ứng dụng phần mềm Minitab
sử dụng dạng mặt đáp ứng, thiết kế hỗn hợp tâm xoay với biến phụ thuộc R ku, Rn
cường độ 28 ngày tuổi và 3 biến độc lập liên tục tâm xoay (N/X, NS/X và C/X),
hệ số alpha=1 (Tâm xoay mặt) [4],
2.5.3 Thiết bị, dụng cụ và phương pháp thử
Thực nghiệm tại Phòng Rectie - Trường Đại học Bách Khoa Tp_HCM

Hình 2.20 - Kiểm tra Dxòe Hình 2.22 - Thí nghiệm
Hình 2.23 - Thí
của mẫu vữa xi măng
cường Rku của mẫu
nghiệm Rn của mẫu
2.5.4 Kết quả cường độ chịu nén và kéo uốn của vữa xi măng
Trong phạm vi nghiên cứu thực nghiệm, đã tìm ra được các biến tỉ lệ đạt được
cường độ kéo uốn và nén cao nhất của vữa xi măng ở tuổi 28 ngày và phương trình
hồi qui Rku và Rn. Kết quả được tổng hợp theo bảng 2.4

Bảng 2.4 - Kết quả cường độ chịu nén và kéo uốn của vữa xi măng
Tên mẫu
vữa

Tỉ lệ nano SiO2
(%)

Cường độ Rn
(MPa)

Cường độ Rku
(MPa)

N0
N1
N2
N3
N4

0,00
0,50
1,00
1,50
2,00

49.44
53.54
55.51
54.98
52.45

6.06
6.32
6.63
6.59
6.48


12
2.5.4.1 Phân tích cường độ chịu kéo uốn bằng phần mềm Minitab
Response Surface Regression: Rku (28days) versus N/X, NS/X, C/X
Analysis of Variance (Phân tích phương sai)

Hình 2.24 - Biểu đồ phân tích phần dư ANOVA
Đồ thị Normal Probability Plot Đồ thị cho thấy các số dư phân bố rất gần so
với phân phối chuẩn.
Đồ thị Histogram hiển thị tần suất xuất hiện các số dư.
Đồ thị Verus Fits. Các điểm phân bố ngẫu nhiên không theo quy luật nào khác
ngoài các N/X, NS/X,C/X.
Đồ thị Versus Order biểu diễn quan hệ các số dư và thứ tự các điểm dữ liệu.
Các điểm phân bố không ngẫu nhiên, chứng tỏ dữ liệu Rku đã nhập không bị ảnh
hưởng bởi các yếu tố thời gian (chẳng hạn, càng về sau giá trị càng lớn).
Phân tích ANOVA hệ số xác định điều chỉnh R2đc = 96.08%, tất cả các biến và
tổ hợp đều có hệ số P-Value <0.05 đảm bảo ý nghĩa 95%.

Hình 2.26 – Biểu đồ ảnh hưởng tương tác các yếu tố đến Rku(28days)
Ảnh hưởng tương tác giữa các biến NS/X*C/X thì ở tỉ lệ NS=1% ảnh hưởng
lớn nhất đến cường độ chịu kéo uốn Rku(28days)
2.5.4.2 Phân tích cường độ chịu nén bằng phần mềm Minitab
Response Surface Regression: Rn (28days) versus N/X, NS/X, C/X

Analysis of Variance (Phân tích phương sai) (Phân tích tương tự như Rku)

Hình 2.33 - Biểu đồ xác định giá trị max Rn(28days)
Hình 2.33 - biểu đồ xác định biến giá trị max Rn(28days) của mẫu vữa xi măng
tương ứng với các tỉ lệ N/X, NS/X, C/X.
* Nhận xét: Từ bảng 2.4 và hình 2.24 đến hình 2.33 có thể nhận thấy rằng giá trị
cường độ chịu kéo uốn và nén ở tuổi 28 ngày là khác nhau khi ta thêm khối lượng
hạt nano SiO2 theo tỉ lệ khác nhau vào hỗn hợp vữa xi măng. Gía trị cường độ chịu
kéo uốn và nén tăng lên khi khối lượng các hạt nano SiO2 tăng lên từ (0.5 – 2.0)%,
giá trị Rn và Rku lớn nhất là tỉ lệ dùng 1,0% nano SiO2 phù hợp cho việc ứng dụng
vào BTXM cho đường cấp III.


13
Phương trình hồi qui thực nghiệm Rn và Rku mẫu vữa xi măng sử dụng phụ gia NS
Rn(28days) = -800 + 10826 N/X + 2338 NS/X - 1224 C/X - 13406 N/X*N/X
- 38002 NS/X*NS/X + 127.6 C/X*C/X + 875 N/X*C/X - 437.5 NS/X*C/X
(2.11)
Rku(28days) = -1445 + 3150 N/X + 662 NS/X + 437 C/X - 2585 N/X*N/X - 3913 NS/X*NS/X
- 57.0 C/X*C/X - 575 N/X*NS/X - 183.3 N/X*C/X - 90.3 NS/X*C/X
(2.12)

Gía trị tỉ lệ cường độ Rn và Rku cao nhất của mẫu vữa xi măng sử dụng phụ gia NS
N/X = 0.505, NS/X = 0.010 và C/X = 3.030

(2.13)

2.5.5 Cấu trúc của vữa xi măng có sử dụng phụ gia nano SiO2

Hình 2.34 - SEM của mẫu vữa xi măng a) thông thường và SEM mẫu vữa xi

măng b) sử dụng nano SiO2
* Nhận xét: Hình 2.34 ảnh SEM độ phóng đại của mẫu chụp lên 10.000 lần cho
thấy các cấu trúc của nano SiO2 là đồng nhất ảnh (b) và chặt chẽ hơn so với mẫu
vữa thông thường (a). Các hạt nano SiO2 có thể hoạt động như một tác nhân trong
cấu trúc gel C-H-S, hạt nano SiO2 cực mịn lấp đầy các khe kẻ nhỏ nhất tăng độ
đặc sít trong cấu trúc của mẫu vữa, đẩy nhanh sự hình thành và kết dính chặt hơn
các hạt thành phần của nó, giúp nâng cao tính chất cơ học [76].
2.6 Kết luận chương 2
Chương 3
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM PHỤ GIA NANO SiO2 + SILICA FUME NÂNG
CAO TÍNH NĂNG CỦA BÊ TÔNG XI MĂNG

Trong chương này tác giả tiến hành nghiên cứu thực nghiệm các chỉ tiêu Rn và
Rku của BTXM sử dụng phụ gia NS và sự kết hợp hai loại phụ gia NS+SF. Nghiên
cứu thực nghiệm phân tích thống kê xử lý số liệu thiết kế thực nghiệm DoE Kết
quả tìm ra được phương trình hồi qui thực nghiệm Rn và Rku của BTXM sử dụng
phụ gia NS và BTXM kết hợp phụ gia NS+SF.
Nghiên cứu thực nghiệm khả năng chống mài mòn, mô đun đàn hồi nén tĩnh,
độ thấm ion clo, hệ số giãn nở nhiệt (CTE), hệ số thấm và độ thấm sâu của BTXM
sử dụng phụ gia NS và NS+SF.
Kiến nghị BTXM BTXM cấp 35 sử dụng 1.0% NS hoặc cấp 35 sử dụng đồng
thời 1.0% NS+10%SF làm mặt đường ô tô khu vực miền Tây Nam Bộ.
3.1 Các yêu cầu của xi măng và bê tông xi măng dùng trong xây dựng mặt
đường ô tô
3.1.1 Các yêu cầu đối với xi măng dùng trong xây dựng mặt đường ô tô
Xi măng dùng trong xây dựng lớp mặt BTXM đường ô tô là xi măng poóc lăng
có cường độ và các chỉ tiêu hóa, lý được qui định theo QĐ-BGTVT số 1951 ngày
17/08/2012 [27].
3.1.2 Đối với BTXM dùng trong xây dựng mặt đường ô tô
Theo QĐ-BGTVT số 3230 ngày 14/12/2012 [28], cường độ kéo uốn thiết kế

yêu cầu của bê tông dùng trong xây dựng mặt đường ô tô R ku và theo QĐ-BGTVT
số 1951 ngày 17/08/2012 [27].


14
3.2
Vật liệu chế tạo vữa xi măng và bê tông xi măng
3.2.1 Xi măng
Xi măng dùng trong luận án là loại PC40 của Hà Tiên phù hợp với tiêu chuẩn
theo TCVN 2682:2009 [36] và QĐ: 1951/BGTVT/2012 [27].
3.2.2 Phụ gia khoáng
3.2.2.1 Nano SiO2 điều chế từ tro trấu
Như kết quả phân tích thực nghiệm chương 2. Những chất vật lý chung của hạt
nano SiO2 tro trấu sử dụng được thể hiện trong bảng 3.6.
Bảng 3.6 - Các tính chất vật lý chung của hạt nano SiO2
Kích
Độ tinh
Diện tích bề
Khối lượng
thước
khiết
Dạng hình thù
Màu sắc
mặt riêng
thể tích xốp
hạt
(%)
15±3
Tinh thể + Vô
>86

258,3 m2/g
<0.14 g/cm3
Trắng
nm
định hình
3.2.2.2 Silica Fume
Vật liệu Silica Fume được lấy mẫu tại Công ty TNHH Hóa Chất Kim Mã, ký
hiệu số lô 201703 xuất xứ Trung Quốc thành phần hóa học được thể hiện bảng 3.7
Bảng 3.7 - Thành phần hóa học theo khối lượng của Silica Fume
Silica
Chất
SiO2 Fe2O3 CaO MgO Na2O
C
K2O Al2O3
Fume
khác
Thành
phần khối 95,38 0,0063 0,13 0,37
0,28 0,007 1,53 0,20 3,859
lượng (%)
3.2.3 Cốt liệu lớn
Trong luận án đã sử dụng đá dăm Basalt Dmax = 19 mm ở mỏ đá Tân Đông
Hiệp – Bình Dương. Kết quả thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ, lý và phân tích
thành phần hạt của đá dăm theo TCVN 7572 – 2006 và QĐ 1951/2012
3.2.4 Cốt liệu nhỏ
Trong luận án sử dụng cát vàng lòng hồ Trị An huyện Vĩnh Cửu tỉnh Đồng
Nai. Các chỉ tiêu cơ, lí và thành phần hạt của cốt liệu nhỏ sử dụng trong luận án
kết quả thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật theo TCVN 7570:06 [37] và QĐ 1951/2012.
3.2.5 Nước
Nước dùng để chế tạo bê tông xi măng không lẫn dầu mỡ, các tạp chất hữu cơ

khác và phù hợp với tiêu chuẩn TCVN 4506:2012 [39] và QĐ 1951/QĐ-BGTVT.
3.3
Thiết kế thành phần bê tông xi măng
3.3.1 Thiết kế theo Phương pháp ACI 211
3.3.2 Tính toán thiết kế thành phần bê tông được tổng hợp bảng 3.18 và 3.19
Bảng 3.18 - Thành phần bê tông cấp 30, 35 và 40 MPa
Bê tông 30 MPa
Kí hiệu
Bê tông

X
(kg)

N
(lít)

NS
(kg)

CKD
(kg)

Đ
(kg)

C
(kg)

N/CKD
(kg)

C30 NS0

420

185

0

420

1046,5

753

0,44

Sika
Viscocrete
3000 – 20
(lít)
-


15
C30
NS0,5
C30
NS1,0
C30

NS1,5
C30
NS2,0

417,9

185

2,10

420

1046,5

750

0,44

-

415,8

185

4,20

420

1046,5

746

0,44

-

413,7

185

6,30

420

1046,5

743

0,44

-

411,6

185

8,40

420
1046,5

Bê tông 35 MPa

740

0,44

-

Kí hiệu
Bê tông

X
(kg)

N
(lít)

NS
(kg)

CKD
(kg)

Đ
(kg)

C
(kg)

N/CKD

(kg)

C35 NS0
C35
NS0,5
C35
NS1,0
C35
NS1,5
C35
NS2,0

440
437,8

185
185

0
2,20

440
440

1046,5
1046,5

736
732

0,42
0,42

Sika
Viscocrete
3000 – 20
(lít)
-

435,6

185

4,40

440

1046,5

729

0,42

-

433,4

185

6,60

440

1046,5

725

0,42

-

431,2

185

8,80

440
1046,5
Bê tông 40 MPa

722

0,42

-

Kí hiệu
Bê tông

X
(kg)

N
(lít)

NS
(kg)

CKD
(kg)

Đ
(kg)

C
(kg)

N/CKD
(kg)

C40 NS0
C40
NS0,5
C40
NS1,0
C40
NS1,5
C40
NS2,0

454
417

168
168

0
2,27

454
454

1159,2
1159,2

661,20
657,65

0,37
0,37

Sika
Viscocrete
3000 – 20
(lít)
3,15
3,66

415,8

168

4,54

454

1159,2

654,10

0,37

3,78

413,7

168

6,81

454

1159,2

650,58

0,37

3,99

411,6

168

9,08

454

1159,2

647,05

0,37

4,18

Bảng 3.19 - Thành phần bê tông cấp 35MPa sử dụng phụ gia nano SiO 2 và silica Fume
Bê tông 35 MPa
Kí hiệu
Bê tông
C35
NS0,5SF5,0
C35
NS0,5SF10
C35
NS0,5SF15
C35
NS1,0SF5,0
C35

NS1,0SF10
C35
NS1,0SF15

X
(kg)

N
(lít)

NS
(kg)

SF
(kg)

CKD
(kg)

Đ
(kg)

C
(kg)

N/CKD
(kg)

Sika
Viscocrete

3000 – 20
(lít)

415,8

185

2,2

22

440

1046,5

730

0,42

3,960

393,8

185

2,2

44

440

1046,5

724

0,42

4,620

371,8

185

2,2

66

440

1046,5

719

0,42

4,840

413,6

185

4,4

22

440

1046,5

729

0,42

4,180

391,6

185

4,4

44

440

1046,5

723

0,42

4,480

369,6

185

4,4

66

440

1046,5

718

0,42

5,060

3.3.3 Tính toán lượng vật liệu dùng cho một mẻ trộn bê tông
3.3.4 Công tác đúc mẫu và bảo dưỡng các mẫu bê tông
3.4 Thí nghiệm xác định cường độ kéo uốn và cường độ nén của BTXM
Thiết kế thực nghiệm và phân tích thống kê cường độ nén, cường độ kéo uốn của
bê tông cấp C30, C35 và C40 theo tỷ lệ NS ở các ngày tuổi.


16
Sử dụng phần mềm Minitab18 thiết kế thí nghiệm tổng quát (General full

factorial design) phân tích kết quả. Biến đầu vào của thiết kế thực nghiệm: 3 biến
a. Phân tích thống kê cường độ nén Rn
Biểu đồ cường độ nén Rn-C30

49.6967

47.2433

44.81

1.5

2.0

48.0733

42.6767

0.0

60 1.0

42.7933

2.0

0.5

46.85

45.15

1.5

45.6567

40.9233

38.5533

40.8233

39.4333

0.5

40.6067

36.2067

0.0

35.8633

33.9467

36.8833

3 1.0

Rn

40

1.5

35.68

0.5

50

2.0

32.59

0.0

60

28 1.0

95% CI for the Mean

70

30
20

Tuổi

0.5

0.0

1.5

2.0

7 1.0

10
0
NS

Individual standard deviations are used to calculate the intervals.

Hình 3.11 - Biểu đồ cường độ nén Rn bê tông cấp C30 95% CI.
Biểu đồ cường độ nén Rn-C35

49.9567

49.4267

2.0

49.54

0.5

1.5

47.2133

0.0

54.1533

48.0433

2.0

60 1.0

48.1067

1.5

48.0067

52.4267

45.7033

0.5

39.8633

40.0033

39.4633

0.5

41.14

38.93

0.0

3 1.0

35.4367

35.7733

35.0667

35.1567

1.5

33.23

0.5

Rn

40

0.0

50

2.0

60

0.0

95% CI for the Mean

70

30
20

1.5

2.0

Individual standard deviations are used to calculate the intervals.

28 1.0

Tuổi

7 1.0

10

0
NS

Hình 3.12 - Biểu đồ cường độ nén Rn bê tông cấp C35 95% CI.
Biểu đồ cường độ nén Rn-C40

53.76

58.07

60 1.0

1.5

53.9467

0.5

2.0

51.56

0.0

54.0867

50.9233

1.5

56.797

28 1.0

2.0

53.0133

0.5

53.06

50.34

0.0

43.3267

7 1.0

40.2

41.8433

0.5

1.5

40

0.0

2.0

35.9967

35.4133

36.77

3 1.0

1.5

36.1633

2.0

35.59

Rn

40

0.5

50

0.0

60

42.1367

95% CI for the Mean

70

30
20
10

0
NS
Tuổi

Individual standard deviations are used to calculate the intervals.

Hình 3.13 - Biểu đồ cường độ nén Rn bê tông cấp C40 95% CI.
* Nhận xét: Kết quả các hình 3.11, hình 3.12 và hình 3.13 là biểu đồ cường độ
nén của bê tông các cấp 30, 35 và 40 MPa với khoảng tin cậy 95%. Nhận thấy các
kết quả đảm bảo độ chụm, có sự khác biệt cường độ nén theo ngày tuổi và ứng với
tỷ lệ NS=1.0% thì cường độ nén cho giá trị lớn nhất có ý nghĩa thống kê.
Phương trình hồi quy cường độ nén của bê tông các cấp theo tuổi và NS xác định
với các hệ số đều có ý nghĩa thống kê p-value<<0.05 và hệ số xác định điều chỉnh
R2đc=92.15% (khoảng nghiên cứu 3 ngày tuổi đến 60 ngày tuổi).
C30
C35
C40

Rn
Rn
Rn

=
=
=

29.392 + 0.7538 Tuổi + 7.457 NS - 0.008075 Tuổi*Tuổi - 3.417 NS*NS (3.21)
31.501 + 0.7538 Tuổi + 7.457 NS - 0.008075 Tuổi*Tuổi - 3.417 NS*NS (3.22)
34.319 + 0.7538 Tuổi + 7.457 NS - 0.008075 Tuổi*Tuổi - 3.417 NS*NS (3.23)

Phương trình hồi quy có dạng giống nhau, các hệ số của các phương trình C30,
C35 và C40 giống nhau nhưng các số hạng tự do khác nhau lần lượt là 29.392,
31.501 và 34.319.


17
b. Phân tích thống kê cường độ kéo uốn Rku

Hình 3.18 - Biểu đồ cường độ kéo uốn Rku bê tống cấp C30, C35 và C40 95% CI.

* Nhận xét: Kết quả hình 3.18 là biểu đồ cường độ kéo uốn của bê tông các cấp
C30, C35 và C40 với khoảng tin cậy 95%. Nhận thấy có sự khác biệt cường độ
kéo uốn theo ngày tuổi và ứng với tỷ lệ NS=1.0% thì cường độ kéo uốn cho giá trị
lớn nhất có ý nghĩa thống kê.
Phương trình hồi quy cường độ nén của bê tông các cấp theo tuổi và NS xác định
với các hệ số đều có ý nghĩa thống kê p-value<<0.05 và hệ số xác định điều chỉnh
R2đc=93.33%, (khoảng nghiên cứu 3 ngày tuổi đến 60 ngày tuổi).
C30

Rku

= 3.4526 + 0.10537 Tuổi + 0.6628 NS - 0.001147 Tuổi*Tuổi - 0.2821 NS*NS

(3.24)

C35

Rku

= 3.8945 + 0.10537 Tuổi + 0.6628 NS - 0.001147 Tuổi*Tuổi - 0.2821 NS*NS

(3.25)

C40

Rku

= 4.1883 + 0.10537 Tuổi + 0.6628 NS - 0.001147 Tuổi*Tuổi - 0.2821 NS*NS

(3.26)

Phương trình hồi quy có dạng giống nhau, các hệ số của các phương trình C30,
C35 và C40 giống nhau nhưng các số hạng tự do khác nhau lần lượt là 3.4526,
3.8945 và 4.1883.
Theo QĐ 1951-QĐBGTV [27] Tại mục 5.1.2 quy định cường độ kéo khi uốn
trung bình của bê tông chế thử trong phòng thí nghiệm khi thiết kế thành phần bê
tông của Nhà thầu ít nhất phải cao hơn cường độ thiết kế yêu cầu 1,15 đến 1,20
lần (Với mặt đường cao tốc, đường cấp I, cấp II phải áp dụng hệ số 1,20, còn với

mặt đường các cấp khác phải áp dụng hệ số 1,15). Tuy nhiên để đảm bảo các chỉ
tiêu kỹ thuật và kinh tế kiến nghị sử dụng bê tông cấp C35 sử dụng phụ gia NS1.0%
cho đường cấp III khu vực miền Tây Nam Bộ.
Thiết kế thực nghiệm và phân tích thống kê cường độ nén, cường độ kéo uốn
của bê tông cấp C35 theo tỷ lệ NS và FS ở các ngày tuổi.
Sử dụng phần mềm Minitab18.1 thiết kế thí nghiệm tổng quát (General full
factorial design) và phân tích kết quả thí nghiệm. Các biến đầu vào của thiết kế
thực nghiệm: 3 biến
➢ Phân tích thống kê cường độ nén Rn
Biểu đồ cường độ nén Rn

40

55.54
56.06
55.4233

52.19
53.4267
52.53

49.9767
52.07
50.07

42.5167
42.91
42.35

41.7667

41.9233
42.3

37.95
39.9467
38.16

Rn (MPa)

50

36.3067
37.1533
36.8533

60

53.5967
55.1367
54.0567

95% CI for the Mean

70

30
20
1
0

0
SF
NS

5

1
0
0.5

1
5

5

1
0
1
.0

1
5

5

1
0
0.5

1

5

5

1
0

1
5

5

1
.0

Tuổ i
3
7
Individual st andard deviat ions are used t o calculat e t he int ervals.

1
0

1
5

5

0.5

1
0
1
.0

28

1
5

5

1
0

1
5

5

0.5

1
0

1
5

1
.0

60

Hình 3.23 - Biểu đồ cường độ nén Rn bê tống cấp C35 95% CI.


18
* Nhận xét: Kết quả hình 3.23 biểu đồ cường độ chịu nén Rn của bê tông cấp 35
MPa với khoảng tin cậy 95%. Nhận thấy các kết quả đảm bảo độ chụm, có sự khác
biệt cường độ nén theo ngày tuổi và ứng với tỷ lệ NS=1.0%+SF=10% thì cường
độ nén Rn cho giá trị lớn nhất có ý nghĩa thống kê.
Phương trình hồi quy cường độ nén của bê tông các cấp theo tuổi và NS xác
định với các hệ số đều có ý nghĩa thống kê p-value<<0.05 và hệ số xác định điều
chỉnh R2đc=98.02%. (khoảng nghiên cứu 3 ngày tuổi đến 60 ngày tuổi).
Rn

29.002 + 0.8598 Tuổi + 4.513 NS + 0.807 SF - 0.009256 Tuổi*Tuổi - 0.03917 SF*SF

=

➢

(3.27)

Phân tích thống kê cường độ kéo uốn Rku
Biểu đồ cường độ nén Rku
95% CI for the Mean

5

6.67667

6.74333
6.67

6.36333
6.49
6.38

6.38333
6.43
6.44667

5.31667
5.42667
5.49

4.42667
4.56333
4.58333

Rku (MPa)

6

4.34667
4.42333
4.41

7

5.11667

5.27667
5.17667

8

6.21667
6.29
6.31333

9

4
3
2
1

0
SF

5

NS

10

15

0.5

5

10
1.0

15

5

10
0.5

15

5

10

15

5

1.0

Tuổi
3
7
Individual standard deviations are used to calculate the intervals.

10

15

5

0.5

10
1.0

15

5

10

15

5

0.5

28

10

15

1.0
60

Hình 3.28 - Biểu đồ cường độ kéo uốn Rku bê tống cấp C35 95% CI.
* Nhận xét: Kết quả phân tích hình 3.28 là biểu đồ cường độ chịu kéo uốn Rku của
bê tông cấp C35 MPa với khoảng tin cậy 95%, có sự khác biệt cường độ kéo uốn
theo ngày tuổi và ứng với tỷ lệ NS=1.0%+SF=10% thì cường độ chịu kéo uốn Rku
cho giá trị lớn nhất có ý nghĩa thống kê. Các kết quả cường độ kéo uốn ở 28 ngày
tuổi đều lớn hơn quy định 5 MPa [28] làm lớp mặt cho đường cấp cao.
Phương trình hồi quy cường độ kéo uốn của bê tông các cấp theo tuổi và NS
xác định với các hệ số đều có ý nghĩa thống kê p-value<<0.05 và hệ số xác định
điều chỉnh R2đc=95.19%, phương trình hồi quy Rku chỉ phụ thuộc vào tuổi và NS
(khoảng nghiên cứu 3 ngày tuổi đến 60 ngày tuổi).
Rku

=

3.9821 + 0.10614 Tuổi + 0.3922 NS + 0.00779 SF - 0.001161 Tuôi*Tuổi

(3.28)

3.5 Nghiên cứu các tính chất chủ yếu của BTXM sử dụng phụ gia nano SiO 2
và silica Fume.
3.5.1 Thí nghiệm mô đun đàn hồi
Sử dụng mô hình hồi quy phi tuyến, dùng phương pháp lặp Gauss-Newton để
xác định các hệ số, đánh giá mức độ sai số mô hình.
a) BTXM sử dụng phụ gia nano SiO2
* Xây dựng mô hình E và Rn

Hình 3.29 - Quan hệ giữa Ens và Rn bê tông xi măng sử dụng phụ gia NS

Hệ số Lack of Fit = 0.078 > 0.05 nên mô hình có ý nghĩa thống kê.

19
Phương trình hồi quy tìm được
Ens = 3134 Rn0.631
* Xây dựng mô hình Rku và Rn
Hệ số Lack of Fit = 0.898 > 0.05 nên mô hình có ý nghĩa thống kê.
Phương trình hồi quy tìm được
Rnsku = 0,426(Rn)0.685
b) BTXM sử dụng phụ gia nano SiO2 và silica Fume
* Xây dựng mô hình E và Rn
Hệ số Lack of Fit = 0.548 > 0.05 nên mô hình có ý nghĩa thống kê.
Phương trình hồi quy tìm được
Enssf = 20554. Rn0,163
* Xây dựng mô hình Rku và Rn
Hệ số Lack of Fit = 0.12 > 0.05 nên mô hình có ý nghĩa thống kê.
Phương trình hồi quy tìm được
Rnssfku = 2.293(Rn)0.257

Cường độ
chịu nén
(fc) MPa
36
42
49

(3.31)

(3.33)

(3.34)

(3.35)

Bảng 3.23 - Các mối quan hệ cường độ chịu độ chịu kéo uốn và mô đun đàn hồi với
cường độ chịu nén của bê tông sử dụng phụ gia nano SiO2 và silica Fume
Cường độ chịu kéo uốn theo kết quả
Mô đun đàn hồi theo kết quả
Technical Theo QĐ
Report34 3230/Bộ
[86]
GTVT
(NS+SF)
5,8
4,1
4,5
6,0
4,6
5,0
6,3
5,1
5,5

Nghiên cứu
trong luận án
(NS)
5,4
5,9
6,6

Nghiên cứu trong

luận án
(NS)
30.069
33.141
36.526

ACI 318
[42]

(NS+SF)
36.862
28.380
37.799
30.650
38.761
33.110

Theo QĐ
3230/Bộ
GTVT [28]
29.000
31.000
33.000

3.5.2 Khả năng chống mài mòn của bê tông xi măng
- BTXN C30NS0,5; C30NS1,0; C30NS1,5; C30NS2,0 lần lượt là 8,98%; 14,49%; 12,46%;
8,40% khả năng chống mài mòn cao hơn và độ mài mòn thấp hơn BTXM C30NS0;
- BTXM C35NS0,5; C35NS1,0; C35NS1,5; C35NS2,0 lần lượt là 9,46%; 16,72%; 13,88%;
11,04% khả năng chống mài mòn cao hơn và độ mài mòn thấp hơn với C35NS0;
- BTXM C40NS0,5; C40NS1,0; C40NS1,5; C40NS2,0 lần lượt là 7,14%; 13,95%; 10,20%;

8,84% khả năng chống mài mòn cao hơn và độ mài mòn thấp hơn với C40NS0;
- BTXM C35NS0,5SF5,0; C35NS0,5SF10; C35NS0,5SF15; C35NS1,0SF5,0; C35NS1,0SF10;
C35NS1,0SF15; lần lượt là 16,40%; 22,72%; 18,93%; 19,87%; 25,55%; 22,39% khả năng
chống mài mòn cao hơn và độ mài mòn thấp hơn C35NS0SF0.

3.5.3 Hệ số giãn nở nhiệt (CTE)
Hệ số giãn nở nhiệt của bê tông xi măng (CTE) được xác định theo tiêu chuẩn
AASHTO T336-15 [41], được tính theo công thức sau:
CTE = (ΔL / L0) / ΔT
(3.37)


20
3.5.4 Thí nghiệm xác định độ chống thấm nước và độ thấm sâu của BTXM
Thực nghiệm theo TCVN 3116- 1993 [33] và tiêu chuẩn Nga (Liên Xô cũ)
TOCT 12730.5-84, Châu Âu BS EN 12390-8:2009 [48].
- Kết quả thí nghiệm xác định cấp chống thấm cho thấy khi mẫu có pha phụ gia
nano SiO2. Tỉ lệ N/CKD từ 0,44 – 0,37 thì độ thấm nước của BTXM NS0% đạt
được từ (6-10) at, độ thấm sâu Hmax (29-50) mm; của BTXM NS0,5% từ (8-12) at,
độ thấm sâu Hmax (12-45) mm; của BTXM NS1,0% từ (10-12) at, độ thấm sâu
Hmax (8-0) mm; của bê tông xi măng NS1,5 từ (8-12) at, độ thấm sâu Hmax (1015) mm; của BTXM NS2,0% từ (8-12) at, độ thấm sâu Hmax (8-18) mm;
- Kết quả thí nghiệm xác định cấp chống thấm cho thấy khi mẫu có pha phụ gia
nano SiO2 và silica Fume. Tỉ lệ N/CKD 0,42 thì độ chống thấm nước của bê tông
xi măng C35NS0SF0 đạt W8 độ thấm sâu 33mm; C35NS0,5SF5,0 đạt W12 độ
thấm sâu 15mm; C35NS0,5SF15 đạt W12 độ thấm sâu 5mm và C35NS0,5SF10;
C35NS1,0SF5,0; C35NS1,0SF10; C35NS1,0SF15 đạt W12 mức độ không thấm.
3.5.5 Thí nghiệm độ thấm ion clo của bê tông xi măng
Thử nghiệm thấm ion clo được tiến hành tại Phòng thí nghiệm vật liệu xây dựng –
LAS–XD 143 Viện khoa học Thủy lợi Miền Nam. Kết quả của các loại BTXM sử
dụng phụ gia NS cấp C30, C35, C40 và BTXM sử dụng phụ gia kết hợp NS+SF ở

tuổi 28 ngày được tổng hợp ở bảng 3.31.
Nhận xét kết quả từ bảng 3.31 và hình 3.42
- Tỉ lệ N/CKD từ 0,44 – 0,37 thì độ thấm ion clo bê tông xi măng NS0 từ (25011730) cu lông; của BTXM NS0,5% từ (2274-1541) cu lông; của BTXM NS1,0% từ
(2131-1204) cu lông; của BTXM NS1,5% từ (1870-1132) cu lông; của BTXM
NS2,0% từ (1732-985) cu lông; của BTXM NS0,5%SF10% là 817 cu lông và của
BTXM NS1,0%SF10% là 680 cu lông.
+ BTXM cấp 30 sử dụng phụ gia NS0,5% giảm 9,07% điện lượng, NS1,0% giảm
14,79% điện lượng, NS1,5% giảm 25,23% điện lượng và NS2,0% giảm 30,75% so
với BTXM thông thường.
+ BTXM cấp 35 sử dụng phụ gia NS0,5% giảm 9,21% điện lượng, NS1,0% giảm
15,97% điện lượng, NS1,5% giảm 22,95% điện lượng và NS2,0% giảm 31,46% so
với BTXM thông thường.
+ BTXM cấp 40 sử dụng phụ gia NS0,5% giảm 10,92% điện lượng, NS1,0% giảm
30,40% điện lượng, NS1,5% giảm 34,57% điện lượng và NS2,0% giảm 43,06% so
với BTXM thông thường.
+ BTXM khi kết hợp hai loại phụ gia NS0,5%SF10% giảm 64% điện lượng đếm
được và khi sử dụng NS1,0%SF10% giảm 70% điện lượng đếm được so với BTXM
không sử dụng phụ gia.
- Nano SiO2 và silica Fume làm tăng phản ứng pozolan nên làm giảm Ca(OH)2 và
làm tăng C-H-S dẫn đến làm tăng độ đặc, giảm các lỗ rỗng vi mô nên làm tăng khả
năng chống thấm ion clo. Mức độ giảm độ thấm ion clo lớn nhất khi dùng nhiều
nano SiO2 nhất.
3.6 Kết luận chương 3


21
Chương 4
NGHIÊN CỨU BÊ TÔNG XI MĂNG SỬ DỤNG PHỤ GIA NANO SiO2 VÀ SILICA
FUME TRONG KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ KHU VỰC MIỀN TÂY NAM BỘ

Trên cơ sở kết quả thí nghiệm ở Chương 3, nội dung Chương 4 nhằm phân tích
khả năng ứng dụng BTXM sử dụng phụ gia NS và BTXM kết hợp phụ gia NS+SF
làm lớp trên mặt đường ô tô, từ đó đề xuất các kết cấu phù hợp cho mặt đường ô
tô khu vực miền Tây Nam Bộ.
4.1 Khái quát về mạng lưới giao thông khu vực miền Tây Nam Bộ

Hình 4.1 – Bản đồ mạng lưới giao thông khu vực miền Tây Nam Bộ
4.2 Các yêu cầu cơ bản đối với thiết kế kết cấu mặt đường bê tông xi măng
4.2.1 Mặt đường BTXM thường có khe nối (JPCP)
4.2.2 Mặt đường bê tông cốt thép thường có khe nối (JRCP)
4.2.3 Mặt đường bê tông cốt thép liên tục có khe nối (CRCP)
4.2.4 Phân cấp quy mô giao thông [28]
4.2.5 Nội dung và yêu cầu cơ bản thiết kế mặt đường bê tông xi măng [28]
4.2.6 Cấu tạo tầng móng
4.3 Phân tích khả năng ứng dụng bê tông xi măng sử dụng phụ gia nano
SiO2 và silica Fume làm mặt đường ô tô
4.3.1 Khả năng đáp ứng về cường độ
4.3.1.1 Cường độ chịu kéo uốn của BTXM sử dụng phụ gia NS và NS+SF
4.3.1.2 Cường độ chịu nén của BTXM sử dụng phụ gia NS và NS+SF
4.3.1.3 Mô đun đàn hồi của BTXM sử dụng phụ gia NS và NS+SF
4.3.2 Độ mài mòn của BTXM sử dụng phụ gia nano SiO 2 và NS+SF
4.3.3 Độ thấm ion clo, khả năng chống thấm nước và độ thấm xuyên sâu của
BTXM sử dụng phụ gia nano SiO2 và NS+SF


22
4.3.4 Hệ số giãn nở nhiệt (CTE) của BTXM sử dụng phụ gia nano SiO 2 và
NS+SF
4.3.5 Tính công tác của BTXM sử dụng phụ gia nano SiO 2 và NS+SF
4.3.5.1 Độ sụt của hỗn hợp BTXM sử dụng phụ gia NS và NS+SF

4.3.5.2 Thời gian đông kết chất kết dính của hỗn hợp BTXM sử dụng phụ gia NS
và BTXM sử dụng phụ gia NS+SF
4.3.5.3 Đề xuất ứng dụng BTXM sử dụng phụ gia NS và BTXM sử dụng NS+SF
cho cấp đường ô tô khu vực miền Tây Nam Bộ
4.4 Đề xuất các dạng kết cấu áo đường BTXM sử dụng phụ gia NS và BTXM
sử dụng phục gia NS+SF khu vực miền Tây Nam Bộ
4.4.1 Các số liệu phục vụ thiết kế
4.4.1.1 Cấp thiết kế
4.4.1.2 Dự kiến kết cấu mặt đường BTXM sử dụng phụ gia NS và silica Fume
4.4.1.3 Kiểm toán trạng thái làm việc kết cấu mặt đường BTXM sử dụng phụ NS
và BTXM sử dụng phụ gia NS+SF
4.4.2 Thiết kế kết cấu mặt đường có quy mô giao thông cấp nặng
4.4.3 Thiết kế kết cấu mặt đường có quy mô giao thông cấp trung bình
4.4.4 Tổng hợp các dạng kết cấu mặt đường bê tông xi măng.
Bảng 4.11 - Tổng hợp kết quả thiết kế chiều dầy tấm BTXM (mm)
Kích thước tấm (L x B) mm
STT

Cấp thiết kế

1)

Cấp III – Quy
mô giao thông
cấp nặng

2)

Cấp IV – Quy
mô giao thông

cấp trung bình

Loại BTXM

4.500 x 3.500

4.700 x 3.500

5.000 x 3.500

NS1,0%

240

240

240

NS1%SF10%

240

240

240

NS0SF0

220

-

-

NS1,0%

220

220

220

NS1%SF10%

220

220

220

Hình 4.3 - Kết quả thiết kế kết cấu mặt đường BTXM
4.5 Kết luận chương 4


23
KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
I. Kết luận
Các kết quả đạt được của luận án được trình bày như sau:
(1). Tận dụng nguồn phế thải tro trấu của các nhà máy sản xuất gạch khu vực
miền Tây Nam Bộ, thông qua quá trình điều chế thu được sản phẩm nano SiO2

thích hợp cho việc làm chất phụ gia vữa xi măng và BTXM các tính chất vật lý
được tổng hợp như sau.
Kích thước
hạt

Độ tinh
khiết (%)

Dạng hình thù

Diện tích bề
mặt riêng

Khối lượng
thể tích xốp

Màu sắc

15±3 nm

>86

Tinh thể + Vô
định hình

258,3 m2/g

<0.14 g/cm3

Trắng

(2). Luận án đã nghiên cứu đề xuất bảng cấp phối của vữa xi măng theo tỉ lệ NS
(0.5 ÷ 2.0)% làm cơ sở lựa chọn tỉ lệ thích hợp trong phạm vi thực nghiệm BTXM,
tìm ra phương trình hồi quy Rn, Rku (2.11) và (2.12) ở tuổi 28 ngày và biến tỉ lệ
phụ gia NS max lớn nhất (2.13).
(3). Luận án đưa ra các kết quả thực nghiệm tính chất của BTXM sử dụng phụ
gia NS và BTXM sử dụng phụ gia kết hợp NS+SF so với BTXM thông thường.
❖ Thiết kế thực nghiệm (DoE) và phân tích thống kê với phần mềm Minitab
18 ở độ tin cậy 95%, mức ý nghĩa α=5%. Kết quả tìm được các phương trình hồi
quy có ý nghĩa thống kê cường độ nén và cường độ kéo uốn phụ thuộc vào các
yếu tố NS, SF (khoảng nghiên cứu từ 3 ngày tuổi đến 60 ngày tuổi) như sau:
+ Phương trình hồi qui Rn và Rku của BTXM sử dụng phụ gia NS (3.21), (3.22),
(3.23), 3.24) (3.25) và (3.26).
+ Phương trình hồi qui Rn và Rku của BTXM cấp C35 sử dụng phụ gia NS+SF
(3.27) và (3.28).
+ BTXM sử dụng phụ gia NS thì tỷ lệ tốt nhất là 1.0% đảm bảo cường độ nén,
cường độ kéo uốn đạt giá trị lớn nhất.
+ BTXM sử dụng kết hợp phụ gia NS+SF thì tỷ lệ tốt nhất NS=1.0% và SF=10%
đảm bảo cường độ nén, cường độ kéo uốn đạt giá trị lớn nhất.
+ Kiến nghị BTXM làm mặt đường cấp 35 sử dụng 1.0%NS hoặc cấp 35 sử dụng
kết hợp đồng thời 1.0%NS+10%SF cho đường ô tô khu vực miền Tây Nam Bộ.
❖ Thông số độ mài mòn của BTXM sử dụng phụ gia NS và BTXM sử dụng
kết hợp phụ gia NS+SF. Kết quả BTXM sử dụng phụ gia có độ mài mòn thấp (khả
năng chống mài mòn cao hơn) so với BTXM thông thường.
❖ Khả năng chống thấm ion clo, hệ số thấm và độ thấm sâu khi BTXM sử
dụng NS và BTXM sử dụng kết hợp phụ gia NS+SF sẽ làm tăng khả năng chống
thấm ion clo (mức độ giảm độ thấm) so với BTXM thông thường. Giúp tăng độ bền
của BTXM khi ứng dụng vào các công trình có môi trường xâm thực ion.
❖ Kết quả thí nghiệm xác định cấp chống thấm và độ thấm sâu cho BTXM
sử dụng NS và BTXM sử dụng kết hợp phụ gia NS+SF mức độ giảm độ thấm so

với BTXM thông thường điều này góp phần hạn chế sự ăn mòn cốt thép.


24
(4). Sử dụng mô hình hồi quy phi tuyến, dùng phương pháp lặp Gauss-Newton để
xác định các hệ số, đánh giá mức độ sai số mô hình. Tìm ra công thức thực nghiệm
mối tương quan Ens; Rnsku và Enssf; Rnssfku có cường độ nén (36 ÷ 49) MPa:
+ Ens = 3134 Rn0.631
(3.31) và Rnsku = 0,426(Rn)0.685
(3.33)
0,163
0.257
+ Enssf = 20554. Rn
(3.34) và Rnssfku = 2.293(Rn)
(3.35)
(5).Thực nghiệm tìm ra hệ số giãn nở nhiệt (CTE) của BTXM cấp C35 sử dụng
phụ gia NS là 10,408.10-6/0C; BTXM kết hợp phụ gia NS+SF là 7,967.10-6/0C;
BTXM thông thường là 10,797.10-6/0C.
(6). Luận án đề xuất các dạng mặt đường BTXM khu vực miền Tây Nam Bộ:
+ Chiều dài tấm khi dùng BTXM sử dụng phụ gia NS và BTXM sử dụng kết
hợp phụ gia NS+SF cho đường giao thông cấp III và đường cấp IV trở xuống có
thể lên đến 5m, tăng 10% so với qui định hiện hành;
+ Qui mô giao thông cấp nặng thì mặt đường BTXM sử dụng phụ gia kết hợp
NS+SF ứng suất nhiệt gây mỏi [σtr] giảm từ (58 ÷ 45)% so với mặt đường BTXM
sử dụng phụ gia NS.
+ Quy mô giao thông cấp trung bình thì mặt đường BTXM sử dụng phụ gia
kết hợp NS+SF ứng suất nhiệt gây mỏi [σtr] giảm từ (47 ÷ 42)% so với mặt đường
BTXM sử dụng phụ gia NS và so với mặt đường BTXM thông thường giảm 48%.
Khi mặt đường BTXM sử dụng phụ gia NS ứng suất nhiệt gây mỏi [σ tr] giảm 3%
so với BTXM thông thường.

+ Hệ số giãn nở nhiệt (CTE) của tấm BTXM có sử dụng phụ gia NS và tấm
BTXM có sử dụng phụ gia kết hợp NS+SF có ảnh hưởng đến kết quả tính toán
ứng suất nhiệt gây mỏi [σtr]. Hệ số này có khả năng làm giảm ứng suất nhiệt trong
tấm, giảm vết nứt và tăng chiều dài tấm BTXM.
Bên cạnh đó làm tài liệu tham khảo tốt khi nghiên cứu và giảng dạy chuyên
ngành Kỹ thuật xây công trình giao thông.
II. Những giới hạn, tồn tại và hướng nghiên cứu tiếp theo của luận án
(1). Các nghiên cứu của luận án mới chì thực hiện ở trong phòng thí nghiệm
và sử dụng các mô hình tính toán mà chưa có điều kiện nghiên cứu thực hiện ở
hiện trường.
(2). Luận án chưa đánh giá được độ bền theo thời gian của bê tông xi măng sử
dụng phụ gia nano SiO2 và phụ gia kết hợp nano SiO2 + silica Fume.
(3). Luận án chưa đánh giá được hiệu quả kinh tế khi sử dụng hai loại phụ gia
trên. Chưa xây dựng qui trình sản xuất phụ gia nano SiO2 điều chế từ tro trấu quy
mô công nghiệp.
(4). Luận án chưa nghiên cứu nội dung về ứng dụng kết cấu BTXM sử dụng
phụ gia NS và BTXM sử dụng phụ gia kết hợp NS+SF cho các công trình làm
đường ô tô ven biển.