i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu
trong luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận án
Trần Hữu Bằng
ii
LỜI CẢM ƠN
Luận án được thực hiện dưới dự hướng dẫn trực tiếp của PGS.TS. Lê Văn Bách và
TS. Nguyễn Mạnh Hùng - những người thầy đã tận tình hướng dẫn và định hướng khoa
học; tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu
để hoàn thành luận án.
Trong quá trình làm luận án, tác giả đã nhận được sự hỗ trợ và giúp đỡ nhiệt tình của
quý thầy cô giáo, các nhà khoa học thuộc Bộ môn Đường bộ, Bộ môn Vật liệu Xây
dựng, Bộ môn Đường ô tô sân bay - Trường Đại học Giao thông vận tải và GS.TS. Bùi
Xuân Cậy, GS.TS. Phạm Duy Hữu, GS.TS. Phạm Huy Khang, PGS.TS. Lã Văn Chăm,
PGS.TS. Nguyễn Quang Phúc, PGS.TS. Trần Thị Kim Đăng, PGS.TS. Nguyễn Thanh
Sang, PGS.TS. Đặng Thị Thanh Lê, TS. Lương Xuân Chiểu, TS. Thái Khắc Chiến. Tác
giả xin chân thành cảm ơn.
Để hoàn thành luận án, tác giả trân trọng cảm ơn các cơ quan đã tạo mọi điều kiện
giúp đỡ: Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải; Trung tâm Khoa học Công Nghệ
GTVT; Phân hiệu Trường Đại học Giao thông Vận tải tại TP. Hồ Chí Minh; Trường
Đại Học Bách Khoa TP.HCM; Phòng thí nghiệm vật liệu xây dựng – LAS–XD 143 của
Trường Đại Học Bách Khoa Tp_HCM; Viện khoa học Thủy lợi Miền Nam; Phòng thí
nghiệm Kiểm định Xây dựng LAS – XD 498 của Liên hiệp khoa học địa chất – Kiểm
định nền móng – Xây dựng – Sài gòn; Phòng thí nghiệm vật liệu nano Phân viện vật
liệu xây dựng Miền Nam khu công Nghệ cao Tp_HCM; Khoa công trình – Bộ môn
Đường bộ; Bộ môn Vật liệu xây dựng; Phòng Đào tạo Đại học và Sau đại học nhiệt tình
giúp đỡ và cung cấp các tài liệu quý báu để tác giả hoàn thành luận án này.
Tác giả luận án
Trần Hữu Bằng
iii
MỤC LỤC Trang
MỞ ĐẦU 1
1. Sự cần thiết của việc nghiên cứu 1
2. Mục đích nghiên cứu của luận án 3
3. Phạm vi nghiên cứu của luận án 3
4. Phương pháp nghiên cứu 4
5. Bố cục của luận án 4
6. Những đóng góp mới của luận án 4
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 5
Chương 1 6
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 6
1.1 Tổng quan về vật liệu nano và ứng dụng của vật liệu nano trong bê tông 6
1.1.1 Định nghĩa vật liệu nano 6
1.1.2 Phân loại vật liệu nano 6
1.2 Nghiên cứu ứng dụng phụ gia nano SiO2 và silica Fume cho bê tông xi măng 8
1.2.1 Nghiên cứu ứng dụng bê tông xi măng sử dụng phụ gia nano SiO2 và silica Fume
trên thế giới 8
1.2.1.1 Các nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano SiO2 vào trong bê tông 8
1.2.1.2 Các nghiên cứu ứng dụng vật liệu silica Fume vào trong bê tông 16
1.2.2 Nghiên cứu ứng dụng bê tông xi măng sử dụng phụ gia nano SiO2 và silica Fume
ở Việt Nam 17
1.2.2.1 Phụ gia khoáng silica từ tro trấu và nano SiO2 từ tro trấu 17
1.2.2.2 Phụ gia khoáng silica Fume 20
1.3 Các thông số chủ yếu của vật liệu bê tông xi măng cho thiết kế kết cấu mặt đường
ô tô 22
1.3.1 Cường độ của bê tông xi măng 23
1.3.2 Mô đun đàn hồi 23
1.3.3 Độ co ngót và hệ số giãn nở nhiệt tấm bê tông xi măng 24
1.3.4 Độ mài mòn 25
1.4 Kết luận chương 1 và định hướng nghiên cứu của luận án 26
Chương 2 28
iv
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 28
2.1 Nghiên cứu các loại phụ gia cho bê tông xi măng 28
2.1.1 Khái niệm phụ gia 28
2.1.2 Phân loại phụ gia 28
2.1.2.1 Phụ gia khoáng 28
2.1.2.2 Phụ gia hóa học 31
2.2 Quá trình thủy hóa của xi măng pooclăng 32
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 33
2.3.1 Giới thiệu tro trấu 33
2.3.2 Kết quả thu được sản phẩm nano SiO2 điều chế từ tro trấu 34
2.4 Cơ sở khoa học kết hợp hai loại phụ gia nano SiO2 và silica Fume 38
2.4.1 Ảnh hưởng của các hạt nano SiO2 tăng cường độ của bê tông xi măng 38
2.4.1.1 Đặc tính của nano SiO2 (NS) 38
2.4.1.2 Tác động của nano SiO2 đến hồ xi măng, vữa và bê tông 39
2.4.1.3 Phân tán hạt nano Silica 39
2.4.2 Ảnh hưởng của các hạt silica Fume đến cường độ của bê tông xi măng 41
2.4.2.1 Đặc tính của silica Fume (SF) 41
2.4.2.2 Tác động của silica Fume đến hồ xi măng, vữa và bê tông 42
2.4.2.3 Phân tán hạt silica Fume 43
2.5 Nghiên cứu thực nghiệm nano SiO2 để nâng cao tính năng của vữa xi măng 44
2.5.1 Giới thiệu 44
2.5.2 Thiết kế thành phần chế tạo của vữa xi măng theo tỉ lệ nano SiO2 45
2.5.3 Thiết bị, dụng cụ và phương pháp thử 46
2.5.4 Kết quả cường độ chịu nén và kéo uốn của vữa xi măng 47
2.5.5 Cấu trúc của vữa xi măng có sử dụng phụ gia nano SiO2 52
2.6 Kết luận chương 2 53
Chương 3 55
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM PHỤ GIA NANO SiO2 VÀ SILICA FUME NÂNG
CAO TÍNH NĂNG CỦA BÊ TÔNG XI MĂNG 55
v
3.1 Các yêu cầu của xi măng và bê tông xi măng dùng trong xây dựng mặt đường
ôtô ở Việt Nam 55
3.1.1 Các yêu cầu đối với xi măng dùng trong xây dựng mặt đường ô tô 55
3.1.2 Đối với BTXM dùng trong xây dựng mặt đường ô tô 55
3.2 Vật liệu chế tạo bê tông xi măng 57
3.2.1 Xi măng 57
3.2.2 Phụ gia khoáng 58
3.2.2.1 Nano SiO2 điều chế từ tro trấu 58
3.2.2.2 Silica Fume 58
3.2.3 Cốt liệu lớn 58
3.2.4 Cốt liệu nhỏ 60
3.2.5 Nước 62
3.3 Thiết kế thành phần bê tông xi măng 62
3.3.1 Phương pháp ACI 211 62
3.3.2 Tính toán thiết kế thành phần bê tông 67
3.3.3 Tính toán lượng vật liệu dùng cho một mẻ trộn bê tông 68
3.3.4 Công tác đúc mẫu và bảo dưỡng các mẫu bê tông 69
3.4 Thí nghiệm xác định cường độ kéo uốn và cường độ nén của BTXM 71
3.4.1 Phân tích, đánh giá, nhận xét các kết quả thí nghiệm cường độ Rn và Rku của bê
tông xi măng 73
3.4.1.1 Trình tự phân tích thống kê xử lý số liệu quy hoạch thực nghiệm 73
3.4.1.2 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. 75
3.4.1.3 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+SF ở các ngày tuổi. 82
3.5 Nghiên cứu các tính chất chủ yếu của BTXM sử dụng phụ gia nano SiO2 và silica
Fume 89
3.5.1 Thí nghiệm mô đun đàn hồi 89
3.5.2 Khả năng chống mài mòn của bê tông xi măng 94
3.5.3 Hệ số giãn nở nhiệt (CTE) 96
3.5.4 Thí nghiệm xác định độ chống thấm nước và độ thấm sâu của BTXM 98
3.5.5 Thí nghiệm độ thấm ion clo của bê tông xi măng 102