Hiện nay, trong xây dựng công trình cầu bê tông (BT) trên đường bộ và đường sắt, các loại vật liệu bê tông cường độ cao (HSC), tính năng cao (HPC) hay chất lượng cao (CLC) và tính năng siêu cao (UHPC) đang ngày càng được sử dụng nhiều do chúng có những ưu điểm về khả năng chịu tải, độ bền lâu, khả năng chống chọi các tác động có hại của môi trường, tăng nhanh tiến độ thi công công trình. Nhiều loại vật liệu nano được nghiên cứu sử dụng như là chất kết dính bổ sung cho bê tông (BT) như: nano SiO2, nano carbon tube, nano CaCO3, nano TiO2, nano Al2O3. Mỗi loại nano này đều có tính năng và công dụng khác nhau, nhưng đều có cùng một mục đích là bổ sung thêm thành phần nano vào bê tông để nâng cao chất lượng, tạo nên những tính năng đặc biệt mà bê tông thường không có được.

Bê tông sử dụng chất kết dính bổ sung nano silica thường sử dụng hàm lượng xi măng cao trong thành phần cấp phối vì vậy nhiệt tỏa ra trong quá trình thủy hóa xi măng lớn hơn so với hỗn hợp bê tông thường. Ngoài ra, khi sử dụng silica nano thay thế xi măng thì các hạt này góp phần tham gia vào phản ứng thủy hóa, làm thay đổi tốc độ sinh nhiệt và thay đổi tốc độ phát triển cường độ của bê tông. Hiện nay trên thế giới vẫn chưa có nhiều nghiên cứu về nhiệt của BT sử dụng chất kết dính bổ sung silica nano và mối tương quan của nó đến quá trình phát triển cường độ và ứng suất nhiệt trong giai đoạn tuổi sớm của BT. Việc nghiên cứu về nhiệt và cường độ của BT sử dụng chất kết dính silica nanosẽ góp phần đánh giá được ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự phát triển cường độ và kiểm soát được nguy cơ nứt của BT công trình cầu trong giai đoạn thi công, đảm bảo tính toàn vẹn và độ bền khai thác cho công trình hướng tới phát triển bền vững. Vì thế, PGS. TS. Đỗ Anh Tú đã phối hợp với các cộng sự tại Tổng cục Đường bộ Việt Nam thực hiện đề tài: “Nghiên cứu cường độ và độ nhạy nhiệt của bê tông tính năng cao có chất kết dính bổ sung nano silica sử dụng cho công trình cầu” từ năm 2020 đến năm 2021.

Đề tài nhằm thực hiện các mục tiêu sau: thực nghiệm xác định cường độ của một số hỗn hợp bê tông sử dụng chất kết dính bổ sung nano silica sử dụng cho công trình cầu; thực nghiệm xác định các tham số về nhiệt thủy hóa của xi măng có chất kết dính bổ sung nano silica; và xây dựng mô hình ứng xử nhiệt và dự đoán nứt nhiệt trong bê tông của bộ phận kết cấu cầu trong giai đoạn thi công.

Đề tài đã nghiên cứu thực nghiệm về cường độ và nhiệt thủy hóa của 4 hỗn hợp HPC, trong đó 3 hỗn hợp sử dụng 1,5% NS và tro bay từ 10% đến 30%. Nếu xét về cả nhiệt và cường độ thì hỗn hợp NS-FA10 có ưu điểm hơn so với các hỗn hợp còn lại, tuy nhiên cần phải có thêm các nghiên cứu thực nghiệm trên cấu kiện hay khối BT cụ thể.

(2) Các tham số nhiệt thủy hóa và năng lượng kích hoạt được xác định dựa vào nhiệt độ đoạn nhiệt thí nghiệm và các công thức thực nghiệm. Với BT có NS và tro bay, khi sử dụng càng nhiều tro bay thay thế xi măng thì giá trị mức độ thủy hóa cuối cùng (au) càng nhỏ so với giá trị theo công thức của Shindler và Folliard (2005), như vậy sự có mặt của NS có khả năng làm giảm mức độ thủy hóa cuối cùng của các hỗn hợp chất kết dính.

(3) Đề tài đã xây dựng được chương trình người dùng có tên “UHEAT” và “UCRST” nhúng vào ANSYS APDL R15.0. Sự phát triển nhiệt độ và ứng suất của khối dầm ngang trên đỉnh trụ cầu đúc hẫng đã được phân tích và khảo sát trong các trường hợp khác nhau.

(4) Đối với khối dầm ngang sử dụng HPC (ở đây khảo sát cho hỗn hợp nằm ở giữa NS-FA20), ứng suất nhiệt sẽ vượt quá cường độ chịu kéo ở 4 ngày đầu sau khi đổ BT, vì vậy cần phải sử dụng các biện pháp đồng thời bao gồm đổ BT vào ban đêm và bọc vải cách nhiệt cho BT trong ít nhất 4 ngày để giảm thiểu rủi ro nứt của BT.

Các kết quả của nghiên cứu có ý nghĩa lớn đối với các kỹ sư và nhà thầu xây dựng trong việc thiết kế và xây dựng kết cấu sử dụng các vật liệu bê tông tính năng cao, tính năng siêu cao... để giảm thiểu nguy cơ nứt trong BT và tối ưu hóa lịch trình xây dựng/tháo dỡ ván khuôn.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 21118/2021) tại Cục Thông tin, Thống kê.

N.P.D (NASTIS)