Các chất puzzolan và ảnh hưởng của chúng tới các tính chất của bê tông đã được con người biết đến từ hàng ngàn năm nay. Một trong những công trình cổ xưa nhất bằng bê tông nguyên khối là đền thờ Pantheon của La Mã cổ đại. Đền được xây dựng vào thời kỳ trị vì của Hoàng đế Adrian gần hai nghìn năm trước. Tro núi lửa đã được sử dụng kết hợp với vôi để tạo bê tông puzzolan. Sự tương tác của hai thành phần này tương tự như phản ứng trong đó silica fume cùng với xi măng portland tham gia quá trình thủy hóa. Kết quả là một cấu trúc bê tông đặc chắc được hình thành, với cường độ và tuổi thọ rất cao.

Hoạt tính puzzolan cao của microsilica là do sự hiện diện của các liên kết hóa học tự do, có dạng hình cầu và kích thước phân tử trung bình nhỏ hơn khoảng 500 lần so với các phần tử xi măng.

Cầu treo công viên Zaryadye trên sông Moskva 

Việc đưa microsilica vào hỗn hợp bê tông sẽ ảnh hưởng đến các tính chất của cả bột xi măng và đá xi măng. Dạng hình cầu của các phân tử microsilica dẫn đến "hiệu ứng chịu lực", cải thiện tính kết dính của bột xi măng. Kích cỡ phân tử siêu nhỏ khiến microsilica có thể lấp đầy khoảng trống giữa các hạt xi măng thô. Tỷ diện bề mặt cao (15-30g / m2) kích thích sự xuất hiện các tiếp xúc gắn kết, làm giảm lượng nước tự do. Kết quả là bột xi măng có được các tính chất kết dính cao, ngoài ra không có sự phân tách và tách nước. Hỗn hợp bê tông có tính công tác và khả năng bơm tốt, điều này đặc biệt quan trọng trong xây dựng cao tầng và phun bê tông.

Hoạt tính puzzolan của microsilica bảo đảm sự chuyển đổi canxi hydroxit hòa tan không ổn định thành hydrat canxi silicat tinh thể bền vững, nén cấu trúc bê tông và tăng cường độ tới 20-25%. Đá xi măng với việc bổ sung silica fume được đặc trưng bởi khối lượng riêng gia tăng, tính thẩm thấu giảm; do vậy, tuổi thọ của bê tông tăng lên.

Hiện nay, việc sản xuất và sử dụng các chất puzzolan, cụ thể là microsilica, khá phổ biến trong các ngành công nghiệp. Các tính chất và đặc tính kỹ thuật của silica fume làm cho vật liệu này có nhu cầu sử dụng ngày càng nhiều, cả trên thị trường Nga cũng như thị trường thế giới. Rất nhiều công trình được xây dựng có sử dụng silica fume, nổi tiếng nhất có tháp chọc trời Burj Khalifa ở Dubai, Tháp đôi Petronas ở Malaysia, cầu Great Belt ở Đan Mạch, cầu qua Vịnh Hàng Châu, biển Hoa Đông (Trung Quốc), Troll A (giàn khoan khí đốt tự nhiên ngoài khơi bờ biển phía tây Na Uy)…Riêng tại Nga, silica fume được sử dụng để xây móng và các tòa nhà trong tổ hợp Moskva City, đường hầm Lefortovo, cây cầu treo trên cao trong công viên Zaryadye (Moskva)…

Nhà máy silicon đầu tiên của Nga (nơi sản xuất microsilica) là nhà máy của Tập đoàn Rusal tại Kamensk-Ural bắt đầu đi vào hoạt động từ năm 2018. Trước đây, silicon chỉ được sản xuất trong các nhà máy sản xuất ferrosilicon. Nhu cầu chủ yếu đối với silica fume xuất phát từ việc sản xuất bê tông cường độ cao, các sản phẩm chịu lửa và vật liệu xi măng, vì đặc tính sử dụng của vật liệu đáp ứng tốt các yêu cầu kỹ thuật của các lĩnh vực đó.

Trong sản phẩm microsilica do Rusal sản xuất, hàm lượng SiO2 tối thiểu đạt 94%, do đó tính chất khác hẳn so với sản phẩm cùng loại MK-85 và MKU-85 (có hàm lượng SiO2 thấp hơn, khoảng 90-91%) khá phổ biến trên thị trường Nga - độ tinh khiết hóa học cao hơn, hàm lượng oxit và kiềm kim loại thấp hơn, dẫn đến tỷ diện bề mặt và chỉ số hoạt tính cao hơn. Có thể tham khảo các chỉ số thành phần hóa học trong silicon microsilica và ferroalloy theo bảng dưới:

 

Trong khi đó, để đánh giá sản phẩm cùng loại MKU-85, có thể tham khảo dữ liệu của Geoscience testing laboratory (phòng thí nghiệm độc lập ở Dubai, UAE): chỉ số hoạt tính của MKU-85 là 109% ở ngày tuổi thứ 7 và 112% vào ngày tuổi 28. Thay thế 10% xi măng trong cấp phối bê tông bằng vật liệu này sẽ khiến cường độ nén của bê tông tăng 25%; độ bền kéo uốn tăng 20%; khả năng chống thấm (nước) tăng từ W4 đến W10.

 

 

Theo tạp chí Vật liệu xây dựng, Công nghệ & Thiết bị thế kỷ XXI, stroymat21.ru

Biên dịch: Lệ Minh