NGHIÊN CỨU DƯỠNG HỘ BÊ TÔNG TỪ BÊN TRONG BẰNG VIỆC TẬN DỤNG CỐT LIỆU GẠCH PHẾ THẢI TỪ XÂY DỰNG

VIỆC TẬN DỤNG CỐT LIỆUVIỆC TẬN DỤNG CỐT LIỆUVIỆC TẬN DỤNG CỐT LIỆUVIỆC TẬN DỤNG CỐT LIỆUVIỆC TẬN DỤNG CỐT LIỆUVIỆC TẬN DỤNG CỐT LIỆUVIỆC TẬN DỤNG CỐT LIỆUVIỆC TẬN DỤNG CỐT LIỆUVIỆC TẬN DỤNG CỐT LIỆUVIỆC TẬN DỤNG CỐT LIỆUVIỆC TẬN DỤNG CỐT LIỆUVIỆC TẬN DỤNG CỐT LIỆUVIỆC TẬN DỤNG CỐT LIỆUVIỆC TẬN DỤNG CỐT LIỆUVIỆC TẬN DỤNG CỐT LIỆUVIỆC TẬN DỤNG CỐT LIỆUVIỆC TẬN DỤNG CỐT LIỆUVIỆC TẬN DỤNG CỐT LIỆUVIỆC TẬN DỤNG CỐT LIỆUVIỆC TẬN DỤNG CỐT LIỆU

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

BỘ MÔN VẬT LIỆU XÂY DỰNG

ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU DƯỠNG HỘ BÊ TÔNG TỪ BÊN

TRONG BẰNG VIỆC TẬN DỤNG CỐT LIỆU GẠCH PHẾ

i

LỜI CẢM ƠN

Đề cương nghiên cứu luận văn là bước đầu cho mỗi sinh viên tìm hiểu về đề tài nghiên cứu luận văn trong suốt quá trình học tập dưới mái trường Đại học Đề cương luận văn giúp cho sinh viên tìm hiểu được vấn đề đặt ra và giải quyết được các nhiệm

vụ yêu cầu của luận văn sắp tới

Để hoàn thành đề cương luận văn này, em xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô Trường Đại Học Bách Khoa TP HCM, đặc biệt là quý thầy cô trong Bộ môn Vật Liệu Xây Dựng đã dẫn dắt và truyền đạt cho chúng em những kiến thức quý giá trong suốt thời gian học tập vừa qua trong các năm học

Em xin chân thành cảm ơn cô TS Bùi Phương Trinh đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ chúng em hoàn thành đề cương luận văn này Em xin cảm ơn các bạn đã tận tình chia sẽ tài liệu và giúp đỡ em tận tình trong quá trình làm đề cương luận văn

Tp HCM, tháng12 năm 2018

SVTH Nguyễn Hải Đông

ii

TÓM TẮT

Với tình trạng nguồn nguyên liệu tự nhiên đang dần cạn kiệt cộng với ô

nhiễm môi trường và mất thẩm quan do gạch phế thải được đổ tùy tiện, tự phát

Cần thiết phải thí nghiệm chế tạo bê tông sử dụng gạch phế thải thay thế cốt liệu

nhỏ đang cạn kiệt Dựa trên việc tham khảo những kinh nghiệm từ các nghiên cứu

trong và ngoài nước để phục vụ công tác nghiên cứu Trong nghiên cứu này, tỉ lệ

thay thế gạch phế thải / cốt liệu tự nhiên lần lượt là 0%; 25%; 50%; 75%; 100%

iii

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC HÌNH ẢNH iv

DANH MỤC BẢNG v

Chương 1 TỔNG QUAN 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 4

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 4

1.2.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 11

1.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 18

1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 18

Chương 2 HỆ NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 19 2.1 HỆ NGUYÊN LIỆU SỬ DỤNG 19

2.1.1 Xi măng (C) 19

2.1.2 Cát (cốt liệu nhỏ) 20

2.1.3 Đá (cốt liệu lớn) 21

2.1.4 Nước (N) 22

2.1.5 Cốt liệu nhỏ tái sử dụng từ gạch phế thải 22

2.1.6 Phụ gia siêu dẻo (SK) 23

2.2 THIẾT KẾ CẤP PHỐI .24

2.3 QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM 29

2.3.1 Phương pháp thử độ sụt (TCVN 3106:1993) 30

2.3.2 Quy trình đúc mẫu và dưỡng hộ mẫu (TCVN 3015:1993) 31

2.3.3 Phương pháp thử cường độ chịu nén (TCVN 3118:1993) 32

TÀI LIỆU THAM KHẢO 34

iv

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Khai thác cát sông tự nhiên [2] 2

Hình 1.2 Tổng sản lượng chất thải của Canada [4] 3

Hình 1.3 Chôn lấp chất thải xây dựng [6] 3

Hình 1.4 Sơ đồ phân loại và biên pháp xử lí phế thải xây dựng [8] 6

Hình 1.5 Sơ đồ dây chuyền công nghệ CLTC [8] 8

Hình 1.6 Tỷ lệ cường độ nén bê tông sử dụng CLTC [9] .10

Hình 1.7 Tỷ lệ cường độ nén bê tông sử dụng CLTN và CLTC [9] .11

Hình 1.8 Biểu đồ tương quan về cường độ chịu nén của bê tông và hàm lượng gạch thay thế cốt liệu nhỏ với các chế độ dưỡng hộ khác nhau [12] 14

Hình 1.9 Biểu đồ độ hút nước của gạch A và B theo thời gian [13] 16

Hình 2-1 Xi măng Vicem Hà Tiên PC40 19

Hình 2-2 Phụ gia siêu dẻo Sikament R4 24

Hình 2-3 Quá trình thử độ sụt của bê tông 31

v

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Đề xuất cách phân loại CLTC cho bê tông và vữa xây dựng [9] 4

Bảng 1.2 Yêu cầu kĩ thuật và phương pháp thử đối với CLTC [8] 9

Bảng 1.3 Cường độ chịu nén của các mẫu khi sử dụng cốt liệu gạch thay thế ở 3 chế độ thử nghiệm [12] .12

Bảng 1.4 Bảng thành phần cỡ hạt của các loại cốt liệu [13] .15

Bảng 1.5 Tính chất cơ học của các loại cốt liệu 17

Bảng 2-1 Các chỉ tiêu cơ lý của xi măng PC40 20

Bảng 2-2 Các chỉ tiêu cơ lý của cốt liệu nhỏ 21

Bảng 2-3 Các chỉ tiêu cơ lý của cốt liệu lớn 22

Bảng 2-4 Các chỉ tiêu và phương pháp thí nghiệm gạch phế thải 23

Bảng 2-5 Hệ số tính đổi α theo TCVN 3118:1993 25

Bảng 2-6 Cường độ yêu cầu trung bình khi không có dữ liệu để tính độ lệch chuẩn theo ACI 318-11 25

Bảng 2-7 Lượng nước nhào trộn ứng với độ sụt và Dmax cốt liệu theo ACI 211.1-91 26

Bảng 2-8 Thể tích cốt liệu lớn ứng với modul độ lớn cốt liệu nhỏ theo ACI 211.1-91 27

Bảng 2-9 Thành phần cấp phối cho 1m3 bê tông 28

Trong những năm gần đây, nhu cầu xây dựng ngày càng tăng nên nhu cầu sử dụng nguồn vật liệu xây dựng ngày càng lớn Nhận thấy qua số liệu từ Bộ Xây Dựng công bố: Thị trường tiêu thụ cốt liệu xây dựng toàn cầu tăng 6.3% năm 2016 và năm

2024 lên tới 62.9 tỷ tấn [1]

Điều này dẫn đến cốt liệu nhỏ (cát - một trong những thành phần cấu tạo nên

bê tông) cũng được khai thác rất nhiều (xem hình 1.1) Bộ Xây Dựng đã đưa ra nhận định là với mức độ sử dụng cát sông như hiện tại thì đến năm 2020 sẽ không còn cát cho các công trình xây dựng [2]

Trang 2

“Xà bần” một trong những loại rác thải xây dựng, hình thành do việc tái xây dựng công trình Xà bần có thể là gạch ngói, bê tông, mảnh kính, sắt thép … Hiện nay xà bần đang chiếm tỉ lệ rất cao trong tổng lượng rác thải ngành công nghiệp [3]

Tại tiểu bang Minnesota (USA), hơn 80% trong số 1,6 triệu tấn chất thải xây dựng được thải ra vào năm 2013 Theo các nghiên cứu tại quốc gia Canada, chất thải

do ngành công nghiệp xây dựng chiếm đến 21.7% so với tổng sản lượng chất thải rắn đô thị [3], [4] (xem hình 1.2 ) Phần lớn chất thải này được xử lí bằng việc chôn lấp, chỉ số ít trong đó là được sử dụng để tái sử dụng Việc chôn lấp này đòi hỏi có những bãi chôn lấp lớn, tốn diện tích, chi phí vận chuyển, nên phát sinh rất nhiều bãi phế thải tự phát Hơn nữa chất thải này rất khó phân hủy gây ô nhiễm ảnh hưởng đến môi trường xung quanh (xem hình 1.3)

Trang 3

Theo nghiên cứu của các nhà khoa học, việc tận dụng lại cốt liệu phế thải gạch xây dựng (recycled clay brick aggregate - RBA) để thay thế cốt liệu tự nhiên (natural coarse aggregate - NCA) để chế tạo bê tông nhằm góp phần bảo vệ môi trường tốt hơn [5] Từ đó, nhận thấy rằng việc tái sử dụng phế thải từ xây dựng để thay thế

Trang 4

một phần cát sông trong việc chế tạo bê tông mang tính cấp thiết bởi việc tận dụng này không những bảo tồn nguồn tài nguyên thiên nhiên mà còn bảo vệ môi trường

1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Xuất phát từ lợi ích việc tái chế phế thải xây dựng mang lại, ở Việt Nam, Viện vật liệu xây dựng đã thực hiện những nghiên cứu sử dụng phế thải từ việc phá dỡ công trình làm bê tông và vữa xây dựng với mục đích làm cốt liệu cho bê tông và vữa bê tông [7], [8] Điển hình là nghiên cứu sử dụng phế thải phá dỡ từ các công trình xây dựng làm cốt liệu cho bê tông và vữa xây dựng [8] Trong bài nghiên cứu, các tác giả đã phân loại cốt liệu tái chế (CLTC) (xem Bảng 2.1 và Hình 2.1), đưa ra yêu cầu kĩ thuật và phương pháp thử đối với cốt liệu tái chế để chế tạo bê tông và vữa xây dựng (xem Bảng 2.2)

Loại Nguồn gốc

Hàm lượng kết cấu xây gạch tối đa (theo KL)

Hàm lượngtạp

I Chủ yếu từ kết

cấu xây gạch 100% 5%

Là hỗn hợp PTXD mà thành phần chủ yếu bao gồm mảnh vụn kết cấu xây gạch, lát nền, bê tông Chất lượng loại vật liệu này thấp nhất trong 3 loại CLTC: cường độ thấp, độ bẩn cao

II Chủ yếu từ kết

cấu bê tông 10% 1%

Chủ yếu là bê tông nghiền nhưng có thể chứa lượng đáng kể cốt liệu tự nhiên Chất lượng tương đối cao với

Trang 5

Các sản phẩm CLTC từ các phế thải phá dỡ công trình gồm có các thành phần như:

- Nhóm vật liệu gạch, vữa, bê tông, bê tông cốt thép, cát, đá là các loại cốt liệu tái chế sử dụng để nghiên cứu trong đề tài và là đối tượng mà tác giả hướng đến

- Nhóm các loại vật liệu nhựa, sắt thép, kim loại, gỗ và các loại vật liệu từ gỗ, các loại vật liệu có khả năng tái chế khác được tác giả đưa các loại vật liệu này đang được tái sử dụng, tái chế khi phá dỡ công trình

- Nhóm vật liệu đất, cát, vữa, phé thải vụn được sử dụng để san lấp, đắp nền, lớp phủ bề mặt công trình

- Nhóm các loại vật liệu xốp, rác và rác hữu cơ sử dụng chôn lấp và đốt thành tro

Từ các nhóm vật liệu trên tác giả đã đưa ra sơ đồ phân loại và biện pháp xử lí phế thải xây dựng (xem hình 1.4)

Trang 6

- Cỡ hạt từ 0-20mm sử dụng để làm vật liệu móng đường giao thông

- Cỡ hạt từ 5-20 và 5-40 sử dụng để làm cốt liệu cho bê tông

- Cỡ hạt từ 0-5mm sử dụng làm cốt liệu cho vữa xây dựng

Nếu còn lẫn các tạp chất quá khác sẽ chuyển qua máy nghiền sơ cấp và thứ cấp tách các tạp chất ra ngoài và nghiền nhỏ các vật liệu tái chế

Trang 8

Trang 9

Từ kết quả nghiên và các yêu cầu kỹ thuật, tác giả đã rút ra được kết quả từ thí nghiệm và đề xuất cách phân loại cốt liệu tái chế thành ba loại làm cốt liệu như ban đầu như đã nêu (xem bảng 1.1) Các kết quả nghiên cứu đòi hỏi yêu cầu kĩ thuật

và phương pháp thử với từng loại cốt liệu tái chế để đạt được hiệu quả cao và phát triển cường độ bê tông

Đối với việc tận dụng CLTC để chế tạo bê tông đã và đang được nghiên cứu

và ứng dụng vào đời sống ngày càng phát triển Trong số các nghiên cứu về CLTC,

có nghiên cứu nói về việc sử dụng CLTC thường làm tăng độ co khô, từ biến cũng như độ hút nước nhưng giảm cường độ nén, mô đun đàn hồi của bê tông so với bê tông sử dụng cốt liệu tự nhiên (CLTN) Chất lượng của bê tông CLTC giảm do sự xuất hiện của nhiều vết nứt và lỗ rỗng do quá trình gia công CLTC, vì thế cường độ

Khối lượng thể tích khô của các hạt, tối thiểu (kg/m 3 ) 1500 2000 2400

Hàm lượng các vật liệu có khối lượng thể tích SSD < 2200

Ghi chú: SSD trạng thái bão hòa khô bề mặt

Trang 10

CLTC yếu Ngoài ra, trong CLTC còn có các vùng giao diện chuyển tiếp cũ và phần vữa cũ bám dính trong hạt CLTN Chính những nhược điểm này đã hạn chế khả năng tận dụng CLTC với hàm lượng cao ( 30%) trong kết cấu bê tông chịu lực [9] nghiên cứu đã chỉ ra việc sử dụng 100% các loại cốt liệu bê tông nặng (CLBTN) thay thế CLTN làm giảm cường độ nén của bê tông từ 22.5 – 24.2% ( Xem hình 1.6

và hình 1.7)

Trang 11

Nhận thấy rằng các nghiên cứu đi trước ở Việt Nam cũng chỉ sử dụng cốt liệu tái chế từ phế thải xây dựng thay thế cho cốt liệu cát và chỉ đạt được cho bê tông cường độ thấp mác 200 đên 300, và ứng dụng cốt liệu gạch phế thải vào việc thay thế cốt liệu cát xây dựng là rất thấp và chưa được nghiên cứu nhiều

1.2.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Trên thế giới hiện nay, việc sử dụng bê tông CLTC từ phế thải xây dựng không còn xa lạ đối ngành xây dựng mà đã biết từ thời kì La Mã [10] Trong những năm gần đây việc nghiên cứu đặc điểm cốt liệu cũng như ảnh hưởng của việc sử dụng cốt liệu bê tông tái chế (CLBTTC) thay thế CLTN đến tính chất của bê tông đã được nhiều nghiên cứu đề cập [11] Các nghiên cứu về BTCLTC chủ yếu nghiên cứu các tính chất cơ bản như cường độ nén, cường độ uốn, môdun đàn hồi của bê tông sử dụng cốt liệu lớn bê tông tái chế (CLLBTTC) Chưa có 100% CLBTTC sử dụng cốt liệu nhỏ trong bê tông cũng như trong việc nâng cao chất lượng của bê tông Chẳng

Trang 12

hạn như nghiên cứu dưỡng hộ bê tông từ bên trong bằng việc tận dụng cốt liệu gạch phế thải xây dựng cho vữa xi măng với hàm lượng gạch thay thế là 5,10,15, 20 và 25% cho cốt liệu nhỏ (cát xây dựng) [12] Sau khi đúc mẫu, mẫu thử được dưỡng hộ

ở 3 chế độ: (a) ngâm mẫu trong nước 28 ngày, (b) ngâm mẫu trong nước 3 ngày rồi dưỡng hộ trong phòng thí nghiệm khoảng 25 ngày, (c) dưỡng hộ tự nhiên trong phòng thí nghiệm 28 ngày Kết quả cho thấy rằng khi thay thế gạch phế thải cho cốt liệu nhỏ, cường độ nén của mẫu giảm dần khi tăng hàm lượng thay thế ở cả 3 chế độ dưỡng hộ Cụ thể: các mẫu ở tuổi 28 ngày với các hàm lượng thay thế 5% (X1), 10% (X2), 15% (X3), 20% (X4), 25% (X5) khi được dưỡng hộ 28 ngày trong nước có cường độ nén cao nhất là 25,82 MPa (X1) và thấp nhất là 11,2 MPa (X5); trong khi

ở chế độ dưỡng hộ ngâm mẫu trong nước 3 ngày rồi dưỡng hộ trong phòng thí nghiệm 25 ngày, mẫu có cường độ nén cao nhất là 21,14 MPa (X1) và thấp nhất là 9,12 MPa (X5); ở chế độ dưỡng hộ 28 ngày trong điều kiện tự nhiên trong phòng thí nghiệm, mẫu có cường độ nén mẫu cao nhất là 19,33 MPa (X1) và thấp nhất là 8,16 MPa (X5), (xem bảng 1.3)

chế độ thử nghiệm [12]

Mẫu

7 ngày

14 ngày

28 ngày

7 ngày

14 ngày

28 ngày

7 ngày

14 ngày

28 ngày X1 20,12 22,36 25,82 16,01 18,2 21,14 15,12 17,21 19,33 X2 16,34 19,01 23,14 12,55 14,35 18,45 11,34 11,89 15,87 X3 11,33 14,77 16,56 8,44 11,62 13,17 7,23 10,02 11,34 X4 8,25 12,35 14,01 6,65 8,90 11,68 4,03 7,81 10,81 X5 4,50 8,01 11,2 3,13 6,11 9,12 2,4 5,23 8,16

Trang 13

AC : Air curing – Dưỡng hộ tự nhiên;

PWC : Partially water curing – Dưỡng hộ một phần trong nước (3 ngày trong nước và 25 ngày dưỡng hộ tự nhiên);

WC : Water curing – Dưỡng hộ 28 ngày trong nước

Tóm lại, cường độ nén của mẫu X1-5% là cao nhất và giảm dần khi tăng hàm lượng gạch thay thế, thấp nhất là mẫu X5-25% (xem Hình 2.5) Bên cạnh đó, khi so sánh cường độ nén của các mẫu thử (X1, X2, X3, X4, X5) ở tuổi 28 ngày theo các chế độ dưỡng hộ Đối với mẫu X1 ở chế độ dưỡng hộ (1) là 25,82 MPa; ở chế độ dưỡng hộ (2) là 21,14 MPa và ở chế độ thử nghiệm (3) là 19,33 MPa (Xem bảng 1.3) Qua đó, thấy được cường độ của mẫu thử ở chế độ dưỡng hộ (1) (tức 28 ngày trong nước) là cao nhất, thấp hơn là mẫu được dưỡng hộ (2) (tức 3 ngày trong nước

và 25 ngày trong điều kiện tự nhiên) và mẫu được dưỡng hộ (3) (tức 28 ngày trong điều kiện tự nhiên) có giá trị cường độ thấp nhất Điều đó cũng được kiểm chứng qua thử nghiệm cường độ nén của các mẫu còn lại (X2, X3, X4, X5) ở tuổi 28 ngày đều có kết quả tương tự như mẫu X1

Trang 14

thay thế cốt liệu nhỏ với các chế độ dưỡng hộ khác nhau [12]

Compressive strength: Cường độ chịu nén (MPa); Crushed brick waste content:

Hàm lượng gạch phế thải thay thế (kg/m3)

Ngoài ra, tác giả còn rút ra kết luận rằng gạch phế thải nghiền thay thế cốt liệu nhỏ có thể sử dụng như một tác nhân dưỡng hộ bên trong, bởi vì gạch có khả năng giữ nước, lượng nước ít mất đi do bay hơi mà được giữ lại trong gạch nghiền để phục vụ quá trình hydrat hóa của bê tông

Về tính chất cơ học của bê tông sử dụng cốt liệu gạch đã được tác giả Paulo công bố qua bài nghiên cứu [13] Gạch được xem là cốt liệu tái chế để thay thế cốt liệu tự nhiên Tác giả đã thực hiện nghiên cứu đối với 2 loại gạch phế thải thu được

từ 2 nơi khác nhau (được kí hiệu là A và B) [13], sau khi thu gom gạch từ khu vực

A và B, gạch sẽ được đập nhỏ để phù hợp với kích thước của cốt liệu sử dụng trong

bê tông Còn cốt liệu tự nhiên được sử dụng trong bài nghiên cứu là cốt liệu cát, đá

Trang 15

vôi tự nhiên, trong đó đá vôi được chia làm 2 nhóm: Nhóm 1 (ký hiệu là NA-1) có kích thước 5-10 mm; Nhóm 2 (ký hiệu là NA-2) có kích thước là 10-20 mm Thành phần cỡ hạt của 2 loại gạch này được thể hiện ở Bảng 1.4

Trước khi nghiền nhỏ cốt liệu, 2 loại gạch này đã được thử nghiệm khả năng chịu lực và nhiệt độ nóng chảy Cụ thể: khả năng chịu lực của gạch là khả năng chịu nén, kết quả là gạch A (gạch phế thải được lấy ở địa điểm A) có cường độ chịu nén

là 1,7 MPa với nhiệt độ nóng chảy là 850–870 oC và gạch B (gạch phế thải được lấy

ở địa điểm B) có cường độ chịu nén là 2,55 MPa với nhiệt độ nóng chảy là 800–850