Bê tông geopolyme BGS-300 sử dụng cốt liệu san hô và nước biển: Từ hướng tiếp cận bền vững đến kiểm chứng khoa học và hiệu quả thực tiễn
23/03/2026Tiếp nối các kết quả nghiên cứu trước đây về bê tông geopolyme sử dụng cát san hô, đá san hô và nước biển, nhóm nghiên cứu tại Chi nhánh Ven biển/ Trung tâm Nhiệt đới Việt - Nga đã triển khai giai đoạn nghiên cứu chuyên sâu nhằm xác định cấp phối, đánh giá cơ chế vật liệu và kiểm chứng khả năng làm việc trong điều kiện thực tế.
Nghiên cứu tập trung vào bê tông geopolyme BGS-300 – hệ vật liệu được thiết kế sử dụng hoàn toàn cốt liệu tại chỗ, hướng tới mục tiêu không chỉ khả thi về mặt ý tưởng mà còn được kiểm chứng về khoa học và thực tiễn.
Lựa chọn cấp phối cho cốt liệu san hô
Đặc tính rỗng và khả năng hút nước cao của cốt liệu san hô đặt ra thách thức lớn trong thiết kế cấp phối, đồng thời là yếu tố chi phối trực tiếp đến cấu trúc và độ bền của bê tông geopolyme. Kết quả nghiên cứu cho thấy tỷ lệ dung dịch hoạt hóa geopolyme GEOSILICAT-VN/chất kết dính GEOBINDER-VN (N/B) = 0,4 là phù hợp nhất, đảm bảo cân bằng giữa cường độ, tính công tác và hiệu quả kinh tế.
Việc điều chỉnh tỷ lệ tro bay/xỉ lò cao cho thấy vai trò quan trọng của xỉ lò cao trong việc cải thiện cấu trúc vật liệu. Khi tăng hàm lượng xỉ, độ sụt giảm nhẹ và thời gian đông kết rút ngắn, nhưng cường độ và độ đặc chắc của bê tông tăng lên rõ rệt. Sự gia tăng hàm lượng xỉ lò cao thúc đẩy quá trình hình thành gel C-A-S-H giàu Ca, góp phần làm giảm độ rỗng mao quản và nâng cao cường độ vật liệu. Trên cơ sở đó, tỷ lệ tro bay/xỉ lò cao = 7/3 được lựa chọn là tối ưu cho bê tông BGS-300.
Hình 1. Cát san hô, đá san hô
Bảng 1. Một số tính chất cơ lý của cát san hô, đá san hô
STT | Chỉ tiêu | Đơn vị đo | Kết quả | |
|
|
| Cát san hô | Đá san hô |
1 | Khối lượng riêng | kg/m3 | 2738 ± 23 | 2518 ± 11 |
2 | Khối lượng thể tích riêng ở trạng thái khô | kg/m3 | 1220 ± 33 | 1063 ± 51 |
3 | Khối lượng thể tích riêng ở trạng thái bão hòa nước | kg/m3 | 1706 ± 25 | 1651 ± 11 |
4 | Độ hút nước theo khối lượng | % | 34,72 ± 1,75 | 51,1 ± 2,1 |
5 | Mô đun độ lớn | - | 1,5 ± 3 | - |
6 | Độ nén dập | % | - | 19,4 ± 1,7 |
Kết quả cơ học nổi bật của bê tông BGS-300
Bê tông geopolyme BGS-300 cho thấy khả năng phát triển cường độ tương đối nhanh, đạt khoảng 30–32 MPa ở 28 ngày, tương đương mác thiết kế M300. Các chỉ tiêu kỹ thuật khác cũng đạt giá trị phù hợp cho thi công thực tế, với độ sụt khoảng 9,5 cm và cường độ bám dính với cốt thép khoảng 8,4 MPa.
Các kết quả này cho thấy bê tông BGS-300 sử dụng hoàn toàn cốt liệu san hô và nước biển đảm bảo tính công tác, đồng thời duy trì tính đồng nhất và ổn định của vật liệu.
Hình 2. Bê tông geopolyme BGS-300.
Bảng 2. Một số chỉ tiêu kỹ thuật của bê tông geopolyme BGS-300
STT | Chỉ tiêu | Đơn vị đo | Mức |
1 | Độ bền nén ở 28 ngày tuổi (TCVN 3118:2022) | MPa | 31,81 ± 0,81 |
2 | Độ mài mòn ở 28 ngày tuổi (TCVN 3114:2022) | g/cm2 | 0,36 ± 0,02 |
3 | Mô đun đàn hồi ở 28 ngày tuổi (TCVN 5726:2022) | MPa | (24,8 ± 624).103 |
4 | Độ sụt của vữa bê tông (TCVN 3106:2022) | cm | 9,5 ± 0,3 |
5 | Thời gian bắt đầu đông kết của vữa bê tông (TCVN 9338:2012) | phút | 63 ± 3 |
6 | Cường độ bám dính giữa bê tông và cốt thép ở 28 ngày tuổi (TCVN 197-1:2014) | MPa | 8,4 ± 0,22 |
Khả năng chống ăn mòn và ý nghĩa của hệ geopolyme trong môi trường biển
Một trong những vấn đề được quan tâm hàng đầu khi sử dụng vật liệu nhiễm mặn là nguy cơ ăn mòn cốt thép do ion clorua. Kết quả đo điện thế half-cell của bê tông geopolyme cho thấy giá trị âm tương đối lớn; nếu áp dụng trực tiếp các ngưỡng đánh giá của bê tông truyền thống, có thể suy ra nguy cơ ăn mòn cao. Tuy nhiên, kiểm tra trực tiếp cốt thép bên trong lại không ghi nhận dấu hiệu ăn mòn tương ứng.
Điều này cho thấy trong bê tông geopolyme BGS-300, giá trị điện thế half-cell chịu ảnh hưởng đáng kể của môi trường điện ly trong hệ lỗ rỗng và cần được diễn giải theo cách phù hợp hơn so với bê tông truyền thống (Polder et al., 2000; Elsener et al., 2003; Jang et al., 2003; Quan et al., 2025).
Các thí nghiệm bổ sung cho thấy với cùng trạng thái ăn mòn thực tế, bê tông geopolyme luôn cho giá trị điện thế âm hơn so với bê tông truyền thống. Đồng thời, hàm lượng ion Cl⁻ tự do trong vật liệu thấp hơn lượng clorua lý thuyết ban đầu, chứng tỏ một phần ion Cl⁻ đã được liên kết hoặc cố định trong ma trận geopolyme. Cơ chế này góp phần làm giảm lượng clorua tự do có khả năng xâm nhập đến cốt thép, qua đó hạn chế nguy cơ ăn mòn. Đây là một đặc trưng quan trọng của hệ vật liệu geopolyme khi làm việc trong môi trường biển.
Hình 3. Cốt thép sau 100 ngày trong bê tông geopolyme BGS-300
Vi cấu trúc - cơ sở khoa học cho độ bền của vật liệu
Các kết quả phân tích SEM, EDS, XRD và FTIR cho thấy bê tông geopolyme BGS-300 hình thành ma trận gel tương đối đặc chắc, với vùng chuyển tiếp giữa cốt liệu và hồ chất kết dính bền vững. Trong vật liệu xuất hiện đồng thời hai hệ gel đặc trưng là N-A-S-H và C-A-S-H, trong đó gel C-A-S-H đóng vai trò quan trọng trong việc lấp đầy mao rỗng và tăng độ đặc chắc của hệ.
Hình 4. Ảnh SEM-EDS, XRD bê tông geopolyme BGS-300
Đặc biệt, sự hiện diện của các pha giàu Ca–Al–Cl cho thấy một phần ion clorua đã được cố định trong cấu trúc vật liệu (Quan et al., 2026). Các kết quả này chứng minh rằng khả năng kháng xâm nhập và cố định ion Cl⁻ là một đặc trưng bản chất của bê tông geopolyme BGS-300 sử dụng vật liệu san hô, góp phần nâng cao độ bền lâu trong môi trường biển.
Thử nghiệm thực địa - bước chuyển từ nghiên cứu sang ứng dụng
Điểm nổi bật nhất của nghiên cứu là chương trình thử nghiệm tự nhiên ngoài thực địa trong môi trường biển. Các mẫu bê tông BGS-300 được bố trí thử nghiệm trong môi trường biển thực tế tại ba vùng đặc trưng gồm ngập nước, vùng té sóng và khí quyển biển. Sau 12 tháng thử nghiệm, cường độ nén của bê tông vẫn duy trì ổn định trong khoảng 30 ÷ 32 MPa, các chỉ tiêu kỹ thuật khác chỉ biến động nhỏ và chưa ghi nhận dấu hiệu suy giảm đáng kể.
Kết quả này là bằng chứng thực nghiệm quan trọng, cho thấy BGS-300 không chỉ đạt yêu cầu trong phòng thí nghiệm mà còn có khả năng làm việc ổn định trong điều kiện khí hậu biển thực tế.
Hình 5. Thử nghiệm tự nhiên bê tông geopolyme BGS-300
Ý nghĩa thực tiễn và triển vọng ứng dụng
Bên cạnh các ưu điểm về kỹ thuật, bê tông BGS-300 còn mang lại hiệu quả rõ rệt về kinh tế và hậu cần. Để sản xuất 1 m3 bê tông BGS-300 chỉ cần vận chuyển khoảng 702 kg nguyên liệu từ đất liền, so với khoảng 2400 kg đối với bê tông truyền thống.
Không chỉ dừng lại ở tính khả thi, nghiên cứu đã cung cấp các bằng chứng khoa học và thực nghiệm cho thấy bê tông geopolyme BGS-300 có thể được xem là một giải pháp vật liệu có độ tin cậy cao cho các công trình biển đảo.
Tin bài: Lê Hồng Quân (Chi nhánh Ven biển)
Tài liệu tham khảo
1. R. Polder, C. Andrade, B. Elsener, Ø. Vennesland, J. Gulikers, R. Weidert, M. Raupach, 2000, Test methods for on site measurement of resistivity of concrete, Materials and Structures, 33(10), pp. 603-611.
2. B. Elsener, C. Andrade, J. Gulikers, R. Polder, M. Raupach, 2003, Half-cell potential measurements - Potential mapping on reinforced concrete structures, Materials and Structures/Materiaux et Constructions, 36(261), pp. 461-471.
3. B. H. Oh, S. Y. Jang, Y. S. Shin, 2003, Experimental investigation of the threshold chloride concentration for corrosion initiation in reinforced concrete structures, Magazine of Concrete Research, 55(2), pp. 117-124.
4. Lê Hồng Quân, Trần Văn Tuấn, Nguyễn Văn Chi, Đồng Văn Kiên, 2025, Sử dụng phương pháp đo điện thế half-cell nghiên cứu ăn mòn cốt thép trong bê tông geopolyme sử dụng cát san hô, đá san hô và nước biển, Tạp chí Xây dựng, 6, pp. 253-257.
5. Le Hong Quan, Tran Van Tuan, Dong Van Kien, Nguyen Van Chi, Cao Nhat Linh, Nguyen Van Trieu, Nguyen Duc Anh, 2026, Durability of reinforced geopolymer concrete using coral aggregates and seawater under accelerated corrosion, 6(1), pp. 1-14.
Bài viết liên quan
