Xi măng nhiều hơn có thể giúp tăng cường độ, nhưng “nhiều nhất” chưa chắc đồng nghĩa với “tối ưu nhất”. Nghiên cứu về gạch đất không nung cho thấy tỷ lệ xi măng cần được xem xét đồng thời với độ ẩm và mức độ lèn chặt của hỗn hợp.
Trong nghiên cứu phục vụ xây dựng nhà ở vùng núi phía Bắc, các tỷ lệ xi măng khác nhau được đưa vào khảo sát nhằm tìm ra cơ sở lựa chọn thành phần vật liệu phù hợp. Các mức được xem xét gồm 0%, 8%, 10%, 12% và 15% theo khối lượng đất, trong khi lượng nước được giữ ở mức khoảng 11% theo khối lượng vật liệu rắn trong giai đoạn nghiên cứu cơ sở. Đồng thời, các mức khối lượng thể tích mục tiêu 1.800, 2.000 và 2.200 kg/m³ cũng được xem xét.
(01 ảnh: Đất và xi măng chuẩn bị phối trộn)
Tại sao không thể chỉ nhìn vào lượng xi măng?
Xi măng đóng vai trò liên kết các hạt đất và góp phần làm tăng độ ổn định của vật liệu sau khi đóng rắn. Kết quả nghiên cứu cho thấy khi hàm lượng xi măng tăng, khối lượng thể tích của mẫu có xu hướng tăng và cường độ chịu nén cũng tăng.
Tuy nhiên, cường độ không chỉ phụ thuộc vào lượng xi măng. Nghiên cứu đồng thời chỉ ra mối quan hệ rõ ràng giữa hàm lượng xi măng – khối lượng thể tích – cường độ chịu nén. Nói cách khác, nếu hỗn hợp không đạt mức lèn chặt phù hợp thì việc tăng xi măng chưa chắc phát huy đầy đủ hiệu quả.
(02 ảnh: Trộn đất với xi măng – hỗn hợp sau khi phối trộn)
Tăng xi măng, cường độ tăng như thế nào?
Kết quả thí nghiệm trên các mẫu nghiên cứu cho thấy cường độ chịu nén ở tuổi 28 ngày cao hơn ở tuổi 7 ngày. Đồng thời, khi tăng hàm lượng xi măng, cường độ chịu nén cũng tăng.
Với các điều kiện thí nghiệm của nghiên cứu, khi hàm lượng xi măng trên 8% và khối lượng thể tích mẫu trên 1.800 kg/m³, cường độ chịu nén đạt trên 3,5 MPa. Khi hàm lượng xi măng trên 8% và khối lượng thể tích trên 1.700 kg/m³, cường độ được báo cáo vượt 5 MPa.
Giá trị cao nhất trong nhóm mẫu được nghiên cứu đạt 11,7 MPa khi sử dụng xi măng ở mức 15% và khối lượng thể tích mẫu trên 1.900 kg/m³.
(01 ảnh: Biểu đồ quan hệ giữa hàm lượng xi măng và cường độ chịu nén)
Gạch tự chèn không chỉ cần “nhiều xi măng”
Đối với mục tiêu ứng dụng cho nhà một tầng, báo cáo đặt yêu cầu nghiên cứu về cường độ gạch ở mức tối thiểu 3,5 MPa, đồng thời đề cập đến các yêu cầu về độ rỗng, khối lượng viên gạch, độ đồng đều và khả năng chịu tác động của môi trường.
Điều này cho thấy bài toán phối trộn không đơn giản là tìm ra cấp phối có cường độ cao nhất. Nếu mục tiêu chỉ là đạt cường độ cao, tăng lượng xi măng có thể là một hướng tiếp cận, nhưng khi đưa vào bài toán lựa chọn giải pháp xây dựng, cần quan tâm đồng thời đến mức đáp ứng kỹ thuật và lượng vật liệu sử dụng.
Đó là lý do khái niệm “tối ưu” cần được hiểu theo điều kiện cụ thể của từng phương án, thay vì mặc định một tỷ lệ duy nhất áp dụng cho mọi loại đất và mọi công trình.
Kết quả gạch ép thủy lực cho thấy sự khác biệt giữa các cấp phối
Trong nhóm mẫu gạch được ép bằng máy thủy lực, báo cáo ghi nhận ba cấp phối được kiểm tra. Với viên gạch kích thước 300 × 150 × 100 mm, các kết quả ở tuổi 28 ngày lần lượt là:
Cấp phối 1: khối lượng thể tích 1.820 kg/m³, cường độ 2,9 MPa.
Cấp phối 2: khối lượng thể tích 1.870 kg/m³, cường độ 4,8 MPa.
Cấp phối 5: khối lượng thể tích 1.850 kg/m³, cường độ 5,9 MPa.
Như vậy, trong nhóm mẫu được thử nghiệm, cấp phối 2 và cấp phối 5 đã vượt mốc 3,5 MPa được đặt ra cho mục tiêu sử dụng tường nhà một tầng, trong khi cấp phối 1 chưa đạt mốc này.
Kết quả trên cũng cho thấy tỷ lệ xi măng không thể tách rời khỏi mức độ nén chặt và điều kiện phối trộn.
(03 ảnh: Gạch tự chèn – máy ép – các mẫu gạch sau ép)
“Tối ưu” phải được hiểu theo mục tiêu sử dụng
Một điểm cần lưu ý là báo cáo khảo sát nhiều tỷ lệ xi măng khác nhau, từ 0% đến 15%, chứ không xác lập một con số duy nhất có thể áp dụng cho mọi nguồn đất.
Trong nghiên cứu, tỷ lệ 15% cho cường độ mẫu cao nhất trong nhóm điều kiện được khảo sát. Tuy nhiên, điều đó không đồng nghĩa 15% luôn là tỷ lệ tối ưu về mọi mặt. Khi nhìn dưới góc độ lựa chọn giải pháp, cần cân nhắc giữa yêu cầu kỹ thuật, điều kiện đất, độ ẩm, mức độ lèn chặt và lượng xi măng sử dụng.
Đây chính là vấn đề có ý nghĩa đối với việc đánh giá giải pháp gạch đất gia cố xi măng tại các tỉnh vùng núi phía Bắc: một cấp phối có kết quả tốt trong điều kiện thí nghiệm cụ thể chưa thể mặc định là lựa chọn tốt nhất cho mọi địa phương.
Nguồn thông tin: Nội dung bài viết được tổng hợp, diễn giải và biên tập từ “Nghiên cứu đánh giá một số tính chất của gạch đất không nung gia cố xi măng ”, Tạp chí Vật liệu & Xây dựng Tập 14 số 05 năm 2024, tr. 58–63.
– [Thu Trang] –