Dùng kính hiển vi X quang nhẹ để nghiên cứu hoá học về bê tông

Thứ năm, 09/03/2006 00:00

Mấu chốt của việc tạo ra được loại bê tông siêu việt là phải hoàn thiện vật liệu, và nghiên cứu hiện đang được thực hiện tại Phòng thí nghiệm quốc gia Berkeley, đại học Califorrnia Mỹ có thể giúp các nhà chế tạo sản xuất ra được sản phẩm tốt hơn.

GS. Paulo Monteiro, khoa xây dựng của trường đại học California sử dụng kính hiển vi X quang nhẹ, độ phân giải cao để nghiên cứu quá trình thuỷ hoá xi măng và các khía cạnh khác nhau của các thành phần hoá cấu thành nó.
Cho dù kính hiển vi X quang nhẹ đã được phát triển cho việc nghiên cứu sinh học, các nhà khoa học ở các bộ môn khác vẫn đang tận dụng lợi thế của thiết bị này. Một kính hiển vi X quang nhẹ sử dụng bước sóng ngắn hơn so với kính hiển vi truyền thống, trông thấy được bằng ánh sáng ban ngày, để có được độ phân giải tới 30µm. Đặc biệt hữu ích cho các mẫu thử đã thuỷ hoá, kính hiển vi X quang cũng hiêụ quả trên mẫu thử dày tới 10µm, trong khi các phương pháp khác dùng kính hiển vi có thể yêu cầu chiầu dày mẫu thử không được lớn hơn 1µm.
GS. Paulo Monteiro nói rằng công nghệ x Quang nhẹ là tốt nhất khi áp dụng vào hỗn hợp hồ xi măng còn tươi. Một phạm vi nghiên cứu của GS tạp trung vào quá trình thuỷ hoá của hợp chất xi măng. Ông hy vọng đem lại sự hiểu biết cơ bản về các khoáng xi măng rieng rẽ với nước và sư phối hợp nước với thạch cao. Một phạm vi nghiên cứu khác là về quá trình thủy hoá của xi măng phooclăng thương mại và xi măng aluminia cao. Kính hiển vi X quang cho phép chụp hình sự thuỷ hoá theo thời gian thực, và việc hiểu thấu được bên trong về công nghẹ từ dữ liệu thu được có thể rất hữu ích cho ngành xi măng. Việc này giúp chúng ta có thể tối ưu hoá các giai đoạn đầu của sự hình thành sản phẩm thuỷ hoá,.Tính chất bê tông thì phụ thuộc vào điều gì xảy ra trong suốt những giờ đầu tiên và ngày đầu tiên đó. Để đánh giá một mẫu thử, GA Paulo Monteiro chỉ đơn giản trộn hàm lượng hợp lý của từng loại vật liệu thành phần và đặt hỗn hợp đó vào trong giá đỡ mẫu của kính hiển vi tia X. Trong vòng mấy phút, kính hiển vi hiển thị hình ảnh thuỷ hoá giữa hạt xi măng và nước.
Hầu hết nghiên cứu hiện nay đều liên quan tới ảnh hưởng của polymer tới bê tông. Loại bê tông mới hiện đại này sẽ làm tăng việc kết hợp chặt chẽ giữa các polymer đặc biệt để tạo ra một thứ vật liệu tương tự như bê tông tự cố kết Self – consolidating concrete. Hiện chúng ta chỉ biết rất ít về việc các polymer tương tác với các hạt ximăng như thế nào ở các giai đoạn ban đầu. Các nghiên cứu của GS. Paulo Monteiro là để cải thiện tình trạng này. Các loại polymer đang được nghiên cứu là etthylên vinyl acetate EVA; gôm welan welan gum, đều quan trọng đối với bê tông tự cố kết; và cellulose ethers.
Việc thêm phụ gia hoá chất và phụ gia khoáng hoá vào một mẫu xi măng có thể gây ảnh hưởng đáng kể tới quá trình thuỷ hoá. Monteiro đã sử dụng kính hiển vi X quang nhẹ để nghiên cứu phạm vi ảnh hưởng của các chất gia tốc quá trình thuỷ hoá như clorua canxi hoặc các chất làm chậm như đường tới sự hình thành bê tông.
Ngoài việc xem xét hỗn hợp bê tông còn tươi, Monteiro cũng đã đánh giá các mẫu bê tông lõi khoan từ các đập bê tông và cầu đang sử dụng để hiểu thêm về độ bền lâu của bê tông, đặc biệt đề cấp tới phản ứng kiềm cốt liệu và các vấn đề ăn mòn gây hư hỏng nhiều công trình có cốt thép. Ông hy vọng có thể sớm đề xuất được phương pháp giảm bớt hoặc loại trừ sự hư hỏng bê tông. Phần khó khăn nhất của việc đánh giá kết cấu là bảo đảm rằng chúng ta đã truích ra được một mẫu nguyên chất tinh khiết từ con đập, vì mọi sự ô nhiễm đều ảnh hưởng tới kết quả. Trong phòng thí nghiệm, gel kiềm – silic phải được cách ly khỏi mẫu khoan lõi, đặt cách xa mặt đất và thử nghiệm sơ bộ bằng phân tích X quang. Một khi mẫu thử được xác định là tinh khiết, nó sẽ được xem xét thông qua kính hiển vi X quang.
Moteiro tin tưởng rằng, các chi phí có liên quan đến kính hiển vi X quang mà loại kính này đòi hỏi cơ sở vật chất của phòng thí nghiệm phải chuyên dụng sẽ ngăn cản được việc phổ biến sử dụng vào thương mại. Ngành xi măng rất quan tâm đến nghiên cứu của ông, tuy nhiên loại kính hiển vi X quang này không phải là thứ mà nhà chế tạo nào cũng có trong nhà máy của mình. Mặc dù vậy, kính hiển vi X quang vẫn rất hữu ích cho bộ GTVT là cơ quan quan tâm đến việc tối ưu hoá các hỗn hợp bê tông của mình, và công nghệ này nên được áp dụng cho các công trình mới. Tốt nhất là sử dụng các phương pháp truyền thống ngay từ đầu, chẳng hạn như sự nhiễu xạ X quang và kính hiển vi điển tử quét. Sau đó thì dùng kính hiển vi X quang để tăng thêm sự hiểu biết của bạn.

Nguồn tin: T/C KHCN Xây dựng, số 1/2006