Cần tiếp tục đầu tư cho nghiên cứu bê tông hốc rỗng

Nghiên cứu chế tạo bê tông hốc rỗng làm tấm lát nền thoát nước là đề tài đạt giải Nhất của nhóm tác giả Lê Thuận An, Phan Công Hậu tại Hội nghị Khoa học cán bộ trẻ do Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng (IBST) phối hợp với Đoàn TNCS Hồ Chí Minh – Bộ Xây dựng tổ chức năm 2017. Đề tài cần được đầu tư nghiên cứu sâu hơn để ứng dụng trong thực tiễn, giải quyết vấn đề ngập úng tại các đô thị lớn hiện nay.

Ảnh minh họa cho tình trạng ngập úng tại Hà Nội.

Làm sáng tỏ vấn đề

Để thực hiện đề tài, nhóm nghiên cứu đã sử dụng các loại vật liệu phổ biến, có sẵn trên thị trường như xi măng pooclăng hỗn hợp PCB40, đá dăm có Dmax 5, 10 và 20mm, phụ gia siêu dẻo. Các loại vật liệu này được kiểm tra tính chất cơ lý trong phòng thí nghiệm nhằm đảm bảo đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật. Dựa trên một số nghiên cứu trong và ngoài nước, nhóm tác giả đã thống nhất và đưa ra những nội dung nghiên cứu, các giải pháp kỹ thuật phù hợp với bê tông hốc rỗng thoát nước.

Nhóm tác giả sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm nhằm làm sáng tỏ các vấn đề đã đặt ra, kiểm chứng lại các dự đoán, tiến hành thí nghiệm các tính chất của bê tông hốc rỗng tại Viện Chuyên ngành Bê tông – Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng, áp dụng những tiêu chuẩn của Việt Nam, quốc tế và những phương pháp phi tiêu chuẩn. Nội dung nghiên cứu bao gồm nghiên cứu ảnh hưởng của Dmax cốt liệu đến tính chất của bê tông hốc rỗng, ảnh hưởng của thể tích hồ xi măng đến sự phân tầng của hỗn hợp bê tông hốc rỗng, ảnh hưởng của độ nhớt hồ xi măng đến sự phân tầng của hỗn hợp bê tông hốc rỗng.

Nhóm tác giả cho biết: Để nước có thể thoát qua thì bê tông hốc rỗng phải có thể tích lỗ rỗng tối thiểu là 15% so với thể tích toàn phần của bê tông, thể tích đá cho 1m3 bê tông phải nằm trong khoảng thay đổi của khối lượng thể tích xốp và khối lượng thể tích xốp ở trạng thái lèn chặt, tức là trong khoảng 1.472÷1.545kg/m3. Bê tông hốc rỗng có độ rỗng nằm trong khoảng 15÷30% và sẽ cho khả năng thoát nước từ 15÷18ml/s.

Lượng dùng xi măng phải hạn chế để tránh sự phân tầng, tách hồ sau khi tạo hình, nhằm đạt được cấu trúc lỗ rỗng lớn trong bê tông. Bê tông hốc rỗng có tỷ lệ N/X thấp, nằm trong khoảng 0,15÷0,25.

Ảnh minh họa cho tình trạng ngập úng tại TP Hồ Chí Minh.

Ảnh hưởng của Dmax cốt liệu

Nhóm tác giả đã tiến hành các thí nghiệm để đánh giá sơ bộ tính chất của bê tông hốc rỗng. Hỗn hợp bê tông sau khi trộn cần kiểm tra khả năng công tác bằng mắt thường xem lượng hồ có đủ khả năng liên kết các hạt cốt liệu với nhau được hay không, tránh sự phân tầng, tách vữa.

Sử dụng cốt liệu cùng một cỡ hạt sẽ cho cấu trúc rỗng của bê tông đạt giá trị lớn nhất mà vẫn đảm bảo các chỉ tiêu cường độ, độ thoát nước. Do chưa có tiêu chuẩn quy định về cỡ hạt Dmax của cốt liệu dùng cho bê tông hốc rỗng, nhóm tác giả đã tiến hành thí nghiệm với các cỡ hạt có Dmax khác nhau là 5, 10 và 20mm.

Các kết quả thu được cho thấy, các cấp phối sử dụng cốt liệu có Dmax là 20mm cho cường độ nén thấp nhất, độ thoát nước lớn nhất và cường độ nén tăng dần, độ thoát nước giảm dần ở các cấp phối sử dụng cốt liệu có Dmax lần lượt là 10mm và 5mm.

Lý giải điều này, khi sử dụng cốt liệu có Dmax lớn, độ rỗng giữa các hạt lớn hơn so với khi sử dụng cốt liệu có Dmax nhỏ, độ rỗng lớn dẫn đến độ thoát nước tăng. Tuy nhiên, khi lỗ rỗng tăng, khả năng liên kết giữa các hạt cốt liệu không chặt chẽ, cấu trúc của bê tông dễ bị phá hủy. Vì vậy, độ thoát nước của bê tông hốc rỗng có xu hướng tỷ lệ nghịch với cường độ chịu nén.

Nhóm nghiên cứu kết luận, để chế tạo được bê tông hốc rỗng thoát nước đạt yêu cầu kỹ thuật dùng cho các hạng mục công trình giao thông trong đô thị, cường độ nén tuổi 28 ngày từ 15÷20MPa, độ thoát nước từ 8÷10ml/s thì nên chọn Dmax của cốt liệu là 5mm.

Lượng hồ xi măng quyết định độ thoát nước

Theo nhóm nghiên cứu, với cấu trúc lỗ rỗng thông nhau, lượng hồ xi măng sẽ quyết định độ thoát nước của bê tông hốc rỗng. Vì vậy, để bê tông hốc rỗng đạt được yêu cầu kỹ thuật đề ra, cần điều chỉnh lượng hồ xi măng sao cho vừa đủ liên kết với các hạt cốt liệu, khả năng bám dính tốt với các hạt cốt liệu, không có xu hướng chìm xuống làm phân tầng và làm mất khả năng thoát nước của bê tông hốc rỗng.

Cường độ bê tông hốc rỗng có xu hướng tăng theo chiều tăng của độ thoát nước. Độ thoát nước tăng đồng nghĩa với việc lượng hồ xi măng trong hỗn hợp bê tông không bị phân tầng mà chỉ vừa đủ để liên kết các hạt cốt liệu với nhau. Khi lượng hồ trong hỗn hợp bê tông quá nhiều, việc phân tầng xảy ra dễ dàng, hồ xi măng chìm xuống do tác dụng của trọng lực và bịt kín lỗ rỗng trong cấu trúc bê tông, làm mất khả năng thoát nước của bê tông.

Độ thoát nước của bê tông hốc rỗng còn phụ thuộc vào cấu trúc lỗ rỗng của nó, khi thể tích lỗ rỗng quá lớn, cấu trúc của bê tông bị suy giảm nhưng độ thoát nước sẽ tăng lên.

Tóm lại, nghiên cứu của nhóm tác giả mới chỉ là những kết quả ban đầu, nhóm vẫn tiếp tục nghiên cứu thêm về các tính chất khác của bê tông hốc rỗng. Hiện tại, nhóm đã sản xuất được những sản phẩm ứng dụng đầu tiên là những tấm đan bê tông hốc rỗng làm nắp cống thoát nước tại Viện Chuyên ngành Bê tông. Để kết quả nghiên cứu được triển khai ứng dụng vào cuộc sống nhanh và rộng hơn, cần có sự đầu tư hơn nữa về mọi mặt.

Thanh Nga/BXD