Nghiên cứu sự phát triển cường độ chịu nén của bê tông có sử dụng bê tông cũ làm cốt liệu: Ảnh hưởng đến tỷ lệ nướcximăng: luận văn thạc sĩ

Để tận dụng lại một phần rác thải trong xây dựng sau khi phá dỡ các công trình kết cấu bê tông cốt thép, đồng thời góp phần bảo vệ môi trường, bằng cách nghiên cứu trong

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG

NGUYỄN TẤN HÒA

NGHIÊN CỨU SỰ PHÁT TRIỂN CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG CÓ SỬ DỤNG BÊ TÔNG CŨ LÀM CỐT LIỆUẢNH HƯỞNG ĐẾN TỶ LỆ NƯỚC/XIMĂNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT XÂY DỰNG

ĐỒNG NAI - NĂM 2019

Trang 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG

NGUYỄN TẤN HÒA

NGHIÊN CỨU SỰ PHÁT TRIỂN CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG CÓ SỬ DỤNG BÊ TÔNG CŨ LÀM CỐT LIỆUẢNH HƯỞNG ĐẾN TỶ LỆ NƯỚC/XIMĂNG

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Trang 3

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian học tập tại Khoa sau Đại Học – Trường Đại Học Lạc Hồng, Tôi đã Được sự dìu dắt và chỉ dạy tận tình của quý thầy cô Tôi đã được tiếp nhận một khối lượng lớn kiến thức về xây dựng cũng như bao nhiêu kinh nghiệm quý báu mà bao nhiêu năm giảng dạy của quý thầy cô tích lũy được Chính những điều học được ở trường sẽ là nền tảng, hành trang vững chắc của tôi về sau này

Để đạt được điều này, Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến người thầy trong thời gian qua đã tận tình hướng dẫn để tôi có thể hoàn thành luận văn của mình Đó là thầy

TS Lê Đức Hiển Thầy đã hướng dẫn, giúp tôi định hướng đề tài nghiên cứu và tạo cho tôi niềm tin bản thân để tôi tiếp tục trên con đường nghiên cứu của mình

Tôi xin cảm ơn Phòng Thí nghiệm Khoa Kỹ Thuật Công Trình,Trường đại học Lạc Hồng đã tạo điều kiện và giúp tôi thực hiện trong quá trình thí nghiệm để có những kết quả thực tiễn để hoàn thành luận văn

Trân trọng cảm ơn

Biên Hòa, ngày tháng năm 2019

Học viên

Nguyễn Tấn Hòa

Trang 4

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả: Nguyễn Tấn Hòa

Sinh ngày: 21/5/1978

Quê quán: Bình Dương

Nơi công tác:

Tác giả xin cam đoan công trình nghiên cứu với đề tài ‘‘ Nghiên cứu sự phát triển cường độ chịu nén của bê tông có sử dụng bê tông cũ làm cốt liệu: Ảnh hưởng đến tỷ lệ nước/ximăng’’ đây là công trình nghiên cứu của riêng tác giả Các số liệu,

kết quả được nêu trong trong luận văn là trung thực và chưa được công bố một nơi nào khác Các thông tin được trích dẫn nguồn gốc rõ ràng Kết quả tính toán dựa trên các tiêu chuẩn xây dựng hiện hành Nếu không đúng như những điều nêu ở trên, tác giả

xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về đề tài của mình

Đồng Nai, ngày tháng năm 2019

Học viên

Nguyễn Tấn Hòa

Trang 5

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Các công trình xây dựng có kết cấu bê tông cốt thép, thì hầu hết bê tông được chế tạo từ các cốt liệu tự nhiên như cốt liệu đá, cát, quặng (để sản xuất xi-măng) Trong khi, việc xây dựng các công trình mới thường được xây dựng trên các nền công trình cũ được phá dỡ Các loại rác thải xây dựng sau khi phá dỡ các công trình cũ hiện tại chỉ tận dụng lại được rất ít như: các rác thải xây dựng từ sắt thép, các rác thải xây dựng khác nhau hầu như được đưa vào sử dụng để san lấp mặt bằng

Để tận dụng lại một phần rác thải trong xây dựng sau khi phá dỡ các công trình kết cấu bê tông cốt thép, đồng thời góp phần bảo vệ môi trường, bằng cách nghiên cứu trong các rác thải xây dựng đưa đi san lấp mặt bằng để xem xét nghiên cứu thực hiện tái chế bê tông cũ thành cốt liệu thay thế một phần hay hoàn toàn cho bê tông mới sử dụng trong kết cấu các công trình xây dựng

Nghiên cứu nhằm chế tạo bê tông kết cấu có sử dụng bê tông cũ làm cốt liệu thông qua việc kiểm ra xác định cường độ chịu nén của bê tông kết cấu với mac bê tông M200 có sử dụng bê tông cũ làm cốt liệu và tỉ lệ nước/ xi măng bằng thực nghiệm qua các ngày tuổi nén mẫu: 7, 14, và 28 ngày

Trang 6

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

TÓM TẮT LUẬN VĂN

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH ẢNH

PHẦN MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích và nhiệm vụ của luận văn 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận văn 1

4 Phương pháp nghiên cứu của luận văn 1

5 Ý nghĩa lý luận và thực tiễn của luận văn 2

6 Bố cục của luận văn 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG KẾT CẤU CÓ SỬ DỤNG BÊ TÔNG CŨ LÀM CỐT LIỆU ẢNH HƯỞNG TỈ LỆ NƯỚC/XI MĂNG 3

1.1 Sự cần thiết của đề tài nghiên cứu 3

1.2.1 Các nghiên cứu nước ngoài: 4

1.2.2 Các nghiên cứu ở trong nước: 7

1.3 Mục tiêu nghiên cứu: 8

1.3.1 Mục tiêu tổng quát: 8

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 8

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu: 8

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu: 8

1.5 Phương pháp nghiên cứu 8

1.5.1 Ảnh hưởng của cốt liệu 8

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10

2.1 Rác thải xây dựng và tái chế rác thải xây dựng: 10

2.1.1 Rác thải xây dựng: 10

Trang 7

2.1.2 Tái chế rác thải trong xây dựng làm cốt liệu cũ cho bê tông 11

2.1.3 Hiệu quả của việc tái sử dụng rác thải xây dựng 14

2.2 Nghiên cứu sử dụng cốt liệu tái chế từ bê tông cũ trong chế tạo bê tông kết cấu: 14

2.2.1 Tổng quan về cốt liệu bê tông tái chế: 15

2.2.1.2 Các giải pháp nâng cao chất lượng cốt liệu tái chế : 18

2.2.1.3 Thành phần, tính chất của hỗn hợp bê tông sử dụng bê tông tái chế làm cốt liệu 24

2.1.4 Giải pháp nâng cao chất lượng bê tông sử dụng cốt liệu bê tông tái chế: 30

2.3 Nghiên cứu và sử dụng rác thải trong xây dựng ở việt nam: 33

2.3.1 Tình trạng nước ta hiện nay rác thải trong xây dựng các thành phố lớn ở Việt Nam: 33

2.3.2 Nghiên cứu và sử dụng cốt liệu tái chế để chế tạo bê tông ở Viết Nam: 35

CHƯƠNG 3: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 36

3.1 Chương trình thực nghiệm: 36

3.2 Nguyên vật liệu: 37

3.2.1 Cốt liệu tự nhiên: 37

3.2.2 Cốt liệu hạt được tái chế từ bê tông cũ: 41

3.3 Thiết kế cấp phối: 43

3.3.1 Thiết kế cấp phối bê tông : 43

3.3.2 Xác định khối lượng và số lượng mẫu phục vụ thực nghiệm 43

3.4 Phương Pháp thí nghiệm: 44

3.4.1: Độ sụt của các mẫu thí nghiệm: 44

3.4.2 Xác định cường độ chịu nén của mẫu thí nghiệm: 45

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ 47

4.1 Độ sụt của hỗn hợp bê tông: 47

4.2 Kết quả thí nghiệm cường độ bê tông nén 7 ngày tuổi như sau: 48

4.3 Cường độ chịu nén của bê tông 14 ngày tuổi 49

4.4 Cường độ chịu nén của bê tông 28 ngày tuổi : 50

4.5 Kết quả cường độ nén của bê tông 7 ngày tuổi: 51

4.6 Kết quả cường độ nén của bê tông tại 14 ngày tuổi: 54

4.7 Kết quả cường độ nén của bê tông 28 ngày tuổi: 57

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61

Trang 8

Kết luận 61 Kiến nghị 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

Trang 9

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Sự ảnh hưởng của hệ thống lỗ rỗng đến tính chất của bê tông 17

Bảng 2.2 Một số quy định KT đối với CLTC theo các tiêu chuẩn nước ngoài 21

Bảng 2.3 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của loại và 26

Bảng 2.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ N/X đến cường độ nén của 27

Bảng 2.5 Ảnh hưởng của hàm lượng CLTC 27

Bảng 2.8 Khối lượng RTXD của một số địa phương năm 2009 34

Bảng 3.3 Kết quả thí nghiệm thành phần hạt mẫu đá 40

Bảng 3.5 Kết quả thí nghiệm bê tông cũ sử dụng làm cốt liệu chế tạo bê tông 42

Bảng 3.6 Cấp phối bê tông cho 01 m3 bê tông với cốt liệu tự nhiên 43

Bảng 3.7 Khối lượng mẫu dự kiến thực hiện 43

Bảng 4.4 Kết quả thí nghiệm cường độ nén bê tông 28 ngày tuổi 50

Bảng 4.7 So sánh kết quả cường độ nén của bê tông 7 ngày tuổi 53

Trang 10

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Sơ đồ các hình thức tái sử dụng RTXD trong xây dựng 11

Hình 2.4 Sơ đồ trạm rửa tái chế rác thải xây dựng 14

Hình 2.5 Hình dạng hạt và thành phần của CLBTTC 15

Hình 2.6 Sự phân bố kích thước lỗ rỗng của hạt cốt liệu bê tông tái chế từ bê tông thường, bê tông chất lượng cao so với CLTN 17

Hình 2.8 Sơ đồ hệ thống sản xuất CLBTTC có sử dụng 19

Hình 2.9 Sơ đồ quá trình tái chế cốt liệu chất lượng cao bằng phương pháp xử lý nhiệt kết hợp máy nghiền ma sát 19

Hình 2.10 Sơ đồ quá trình cải thiện bề mặt CLBTTC bằng dầu khoáng 23

Hình 2.11 Sơ đồ quá trình cải thiện bề mặt CLBTTC 23

Hình 2.12 Ảnh hưởng của hàm lượng CLBTTC và CLTC đến cường độ nén của bê tông 26

Hình 2.13 Quan hệ ứng suất- biến dạng (a) và giá trị biến dạng tới hạn 28

Hình 2.14 Quan hệ ứng suất- biến dạng của bê tông sử dụng CLNBTTC 28

Hình 2.15 Độ hút nước của bê tông sử dụng CLBTTC 29

Hình 2.15 Độ hút nước của bê tông sử dụng các loại CLTC khác nhau 29

Hình 2.16 Độ co khô của bê tông sử dụng CLBTTC theo thời gian 30

Hình 2.18 Sự phát triển cường độ nén (trái) 32

Hình 2.19 So sánh ảnh hưởng của các loại phụ gia 33

Hình 2.20 Tình trạng đổ trộm phế thải xây dựng ở các đô thị ở Việt Nam 34

Hình 2.21 Tỷ lệ các loại rác thải rắn ở 34

Hình 2.22 Khối lượng RTXD của thành phố 34

Hình 2.23 Sơ đồ quy trình công nghệ tái chế RTXD thành CLTC 35

Hình 3.3 Biểu đồ xác định thành phần hạt tự nhiên của Đá 1x2 40

Hình 3.5 Thu thập và tái chế bê tông cũ thành cốt liệu 42

Hình 4.1 Độ sụt của kết cấu vữa bê tông khi thay đổi loại cốt liệu 47

Hình 4.5 Cường độ phá hoại bê tông nén 7 ngày tuổi 52

Trang 11

Hình 5.0 Cường độ phá hoại bê tông nén 14 ngày tuổi 57

Trang 12

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Ngày nay, khi vấn đề bảo vệ môi trường càng trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết thì yêu cầu tái chế tất cả các loại rác thải là một vấn đề được tất cả các quốc gia trên thế giới quan tâm, trong đó có cả Việt Nam

Nền kinh tế nước ta đang trên đà phát triển, tất yếu dẫn đến phải thay đổi hệ thống

cơ sở hạ tầng để đáp ứng được nhu cầu phát sinh từ nên kinh tế này Từ đó, những công trình xây dựng cũ cần phải phá dỡ để thay thế bằng các công trình mới quy mô lớn hơn, hiện đại hơn…, dẫn đến phải giải tỏa mặt bằng để đáp ứng được quy mô công trình mới, khi đó các công trình nằm trong quy hoạch này cần phải phá bỏ Đặc biệt các đô thị lớn đang tồn tại rất nhiều khu chung cư được xây dựng cách đây vài thập kỷ đã cũ nát, xuống cấp cần phải phá dỡ nâng cấp sẽ tạo ra lượng rác thải trong quá trình phá dỡ công trình xây dựng như bê tông, gạch xây, vữa, gạch lát, ngói lợp, thép, gỗ…

Để tận dụng lại một phần rác thải sau phá dỡ công trình kết cấu bê tông cốt thép, đồng thời góp phần bảo vệ môi trường, bằng cách nghiên cứu trong các phế phẩm đưa đi san lấp để xem xét nghiên cứu thực hiện tái chế bê tông cũ thành cốt liệu thay thế một phần hay hoàn toàn cho bê tông mới sử dụng trong kết cấu các công trình xây dựng

2 Mục đích và nhiệm vụ của luận văn

Nghiên cứu nhằm chế tạo bê tông kết cấu có sử dụng bê tông cũ làm cốt liệu

Kiểm ra xác định cường độ chịu nén của bê tông kết cấu với mác bê tông M200 có

sử dụng bê tông cũ làm cốt liệu tỉ lệ nước/xi măng bằng thực nghiệm qua các ngày tuổi nén mẫu: 7, 14, và 28 ngày Mẫu được bảo quản trong điều kiện phòng thí nghiệm

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận văn

Đối tượng của luận văn: thành phần cốt liệu lớn (đá 1x2) trong chế tạo bê tông gồm đá tự nhiên và từ bê tông cũ tạo ra

Phạm vi nghiên cứu: Xem xét cường độ chịu nén của bê tông với mẫu bê tông kết cấu có hình lập phương, kích thước cạnh là 150 mm được chế tạo từ cốt liệu tự nhiên và được chế tạo từ từ bê tông cũ với tỉ lệ thay thế loại cốt liệu tự nhiên (đá 1x2) bằng cốt liệu từ bê tông tái chế có thành phần hạt tương đương với cốt liệu tự nhiên (đá 1x2)

4 Phương pháp nghiên cứu của luận văn

Nghiên cứu sinh sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm được thực hiện trên cơ sở tham khảo các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông Đề tài dựa trên cơ sở của phương pháp tiêu chuẩn Việt Nam gồm:

- Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7570:2006 về cốt liệu cho bê tông và vữa - yêu cầu kỹ thuật

- Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 3105:1993 về Hỗn hợp bê tông và bê tông nặng - Lấy mẫu, chế tạo và bảo dưỡng mẫu thử

Trang 13

- Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 3106:1993 về Hỗn hợp bê tông nặng - Phương pháp thử độ sụt

- Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3118:1993 về bê tông nặng - phương pháp xác định cường độ nén

- Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10303: 2014 về Bê tông – Kiểm tra và đánh giá cường độ chịu nén

- Quyết định 1329/QĐ-BXD của Bộ Xây dựng ngày 19/12/2016 công bố định mức sử dụng vật liệu trong xây dựng

5 Ý nghĩa lý luận và thực tiễn của luận văn

Nghiên cứu có thể bổ sung cơ sở thực tiễn để nghiên cứu thiết kế cấp phối bê tông

có sử dụng một phần bê tông cũ được tái chế làm cốt liệu thay thế cho cốt liệu tự nhiên

6 Bố cục của luận văn

Bố cục luận văn gồm 04 chương:

Chương 1 Tổng quan về các nghiên cứu chế tạo bê tông kết cấu có sử dụng bê tông cũ làm cốt liệu

Chương 2 Cơ sở khoa học chế tạo bê tông kết cấu có sử dụng bê tông cũ làm cốt liệu

Chương 3 Thực nghiệm

Chương 4: Kết quả thí nghiệm

Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

Trang 14

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG KẾT CẤU CÓ SỬ DỤNG BÊ TÔNG CŨ LÀM CỐT LIỆU ẢNH HƯỞNG TỈ LỆ NƯỚC/XI MĂNG 1.1 Sự cần thiết của đề tài nghiên cứu

Hiện nay khi mà quá trình công nghiệp hóa đòi hỏi xây dựng mới và nâng cấp rất nhiều công trình xây dựng, lượng rác thải xây dựng trong đó phần lớn là bê tông vẫn chưa được xử lí một cách triệt để và hữu ích Không những thế việc khai thác đá quá mức phục vụ cho các công trình xây dựng như hiện nay đã và đang làm cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên, đe dọa nghiêm trọng tới cảnh quan, môi trường sinh thái và ảnh hưởng tới một số ngành kinh tế khác

Trong quá trình xây dựng, chúng ta đang sử dụng một lượng lớn các nguồn tài nguyên thiên nhiên Tuy nhiên, nguồn tài nguyên này có hạn và việc khai thác cốt liệu tự nhiên (CLTN) sẽ tác động lớn đến môi trường sinh thái Trong khi đó, việc xây dựng, cải tạo nâng cấp và phá dỡ các công trình, sẽ thải ra lượng lớn rải thải trong xây dựng (RTTXD) Nhưng lượng rác thải này lại chưa được tận dụng, gây ô nhiễm môi trường Vì thế, nhiều nước trên thế giới đã và đang nỗ lực tìm kiếm mọi cách để có thể sử dụng lại

và tái chế các loại RTXD nhằm giải quyết đồng thời các vấn đề trên

Bê tông là loại vật liệu chủ yếu chiếm khối lượng lớn trong các công trình xây dựng Theo ước tính hàng năm thế giới tiêu thụ khoảng 2 tỉ m3 bê tông các loại Ngoài

ra, bê tông là một trong những loại vật liệu xây dựng cơ bản nhất, quyết định phần nào mức độ phát triển của văn minh nhân loại So với các loại vật liệu xây dựng khác, bê tông có nhiều ưu thế hơn hẳn như chế tạo đơn giản, dễ tạo hình, giá thành thấp do sử dụng được nguồn nguyên liệu địa phương, có cường độ nén cao, bê tông bền nước và ổn định với các tác động của môi trường, có mô đun đàn hồi phù hợp với kết cấu bê tông cốt thép và bê tông cốt thép dự ứng lực, v.v

Việc tái chế rác thải bê tông trong xây dựng giúp bảo vệ môi trường, đồng thời sẽ giảm sử dụng nguyên vật liệu thiên nhiên Để tận dụng hiệu quả rác thải bê tông, có thể

sử dụng các loại rác thải bê tông làm cốt liệu trong sản xuất bê tông Tính đến nay đã có nhiều tác giả đã tập trung nghiên cứu từ quá trình tái chế rác thải bê tông đến việc thiết kế thành phần bê tông và nghiên cứu các tính chất cơ lý, độ bền lâu của bê tông cốt liệu tái chế Có thể thấy rằng, bê tông cốt liệu tái chế thường có các tính chất cơ học thấp hơn

so với bê tông cốt liệu tự nhiên, khả năng chịu lực của kết cấu bê tông cốt liệu tái chế cũng thấp hơn so với kết cấu bê tông cốt liệu tự nhiên Điều này là do hạt cốt liệu tái chế thường có cấu tạo rỗng xốp do có phần vữa cũ bám dính, có nhiều vết nứt do quá trình gia công cốt liệu Nhưng loại bê tông này vẫn có thể đảm bảo yêu cầu của một số dạng kết cấu nhất định, kể cả trong kết cấu chịu lực khi sử dụng các biện pháp nâng cao chất lượng

Trang 15

Song song đó khi mà quá trình công nghiệp hóa đòi hỏi xây dựng mới các công trình và nâng cấp nhiều công trình xây dựng hoặc phá vỡ nhiều công trình cũ xuống cấp rất nhiều và cần phá vỡ chúng, quá trình này đã sản sinh ra khối lượng lớn rác thải xây dựng phần lớn là bê tông vẫn chưa được xử lý một cách triệt để và hữu ích Đã có khá nhiều các công trình nghiên cứu khoa học xác định mối liên hệ, khả năng chịu nén của bê tông có sử dụng bê tông cũ làm cốt liệu xung quanh trong các kết cấu của công trình Tuy nhiên, những nghiên cứu này vẫn chưa đưa ra được các kết quả cụ thể và chi tiết vì các giới hạn về điều kiện nghiên cứu, vì các loại vật liệu sử dụng để nghiên cứu…

1.2 Các nghiên cứu liên quan:

1.2.1 Các nghiên cứu nước ngoài:

Các quốc gia phát triển như Mỹ, Singapore, Pháp, Đức, Bỉ và Luxembourg đã có những chính sách và biện pháp để xử lý bê tông rác thải xây dựng, đồng thời sử dụng cốt liệu bê tông tái chế trong xây dựng

Hình 1.1 Sản phẩm sử dụng bê tông tái chế Tại Mỹ:

Bê tông dùng cho xây dựng và bê tông phế liệu chiếm xấp xỉ 135 triệu tấn mỗi năm, tương đương với 1,36kg/người/ngày Rác thải xây dựng có thể tái chế đều được xử lý khi kết thúc vòng đời để bắt đầu một “cuộc sống” mới hữu ích hơn như sử dụng để xây dựng vỉa hè hoặc các công trình khác, giúp giảm lượng chất thải ra môi trường và giảm nhu cầu cho nguyên liệu mới cho xây dựng

Cơ quan Vận tải Liên bang Hoa Kỳ (STA) trong nhiều năm qua đã đẩy mạnh việc sử

Trang 16

dụng thường xuyên bê tông tái chế như một dạng cốt liệu Các thông số kỹ thuật, thực tiễn xây dựng và các thách thức trong việc thực hiện cũng được cơ quan này ghi lại và nghiên cứu Thông tin này sau đó được phổ biến cho tất cả các cơ quan vận tải các bang thông qua các hướng dẫn kỹ thuật, đào tạo nếu cần

STA đã lựa chọn các tiểu bang Minnesota, Utah, Virginia, Texas và Michigan để nghiên cứu kỹ lưỡng quy trình tổng hợp cốt liệu bê tông tái chế tại các khu vực này Sau khảo sát, STA đã đưa ra 5 số liệu để mô tả mức độ sử dụng cốt liệu bê tông tái chế ở từng bang Kết luận được STA rút ra từ những con số này cho thấy: Bê tông thường được tái chế để sử dụng làm đường cao tốc ở Hoa Kỳ; Ứng dụng chính của RCA ở Hoa Kỳ được coi như một vật liệu cơ bản; Việc sử dụng RCA trong nhựa đường nóng (HMA) không được chấp nhận rộng rãi ở Hoa Kỳ

Tại Singapore:

Tại Singapore, cốt liệu bê tông tái chế đã được sử dụng để xây dựng và cải tạo nhiều công trình, trong đó có việc xây dựng cảng xuất nhập khẩu tại Sân bay quốc tế Changi Tập đoàn sân bay Changi đã khởi xướng dự án sử dụng bê tông tái chế từ việc phá dỡ các công trình quanh sân bay để tái tạo mặt sàn cứng cho máy bay Dự án đã thể hiện tính khả thi của việc sử dụng RCA như một giải pháp thay thế cho cốt liệu tự nhiên trong bê tông để xây dựng Để khắc phục mặt sàn cứng đã bị hỏng hóc, máy cắt thủy lực

và bê tông phế liệu đã được vận chuyển đến cơ sở tái chế gần đó để chế biến Phế liệu này chủ yếu là bê tông nghiền, kim loại màu Việc chế biến được thực hiện bằng cách sử dụng máy nghiền di động kết hợp với hệ thống băng tải Các quy trình chính bao gồm nghiền, sàng lọc RCA theo kích cỡ yêu cầu cho ứng dụng bê tông

Tại Luxembourg:

Hiện trạng quản lý chất thải ở Luxembourg đứng vị trí thứ 2 trong số 28 nước châu

Âu Thứ hạng cao của quốc gia này cho thấy tỷ lệ rác thải xây dựng bao gồm cả đất đá

được tái sử dụng lớn

Theo Khuynh Hướng dẫn về Xử lý Chất thải của châu Âu, các quốc gia thành viên phải thực hiện các biện pháp cần thiết để đạt được mục tiêu thu hồi, tái sử dụng và tái chế tối thiểu 70% (tính theo trọng lượng) lượng rác thải xây dựng vào năm 2020 Tại Luxembourg, nguồn gốc chủ yếu của rác thải xây dựng đến từ các tòa nhà bao gồm gạch, ngói, gốm sứ, đất, thạch cao, vật liệu cách điện, gỗ và kim loại Bê tông tái chế của Luxembourg có chất lượng trung bình

Trang 17

Cốt liệu bê tông tái chế của Luxembourg sẽ được cấp chứng nhận từ Laboratoire d’Essais des Matériaux des Ponts et Chausseés du Luxembourg RCA chủ yếu được sử dụng trong xây dựng đường xá, lớp phụ gia trong xây dựng nền móng nhưng không được

sử dụng trong sản xuất bê tông mới Tuy nhiên, việc sử dụng RCA vẫn chưa đạt được mục tiêu mang tính tiềm năng của Luxembourg

Tại Bỉ:

Bối cảnh địa chất của Bỉ ảnh hưởng đến sự phát triển của việc sử dụng cốt liệu bê tông tái chế Bỉ được chia thành 2 khu vực quản lý chính và cũng đại diện cho 2 vùng địa lý khác nhau bao gồm khu vực nói tiếng Hà Lan, Flanders ở phía Bắc và khu vực nói tiếng Pháp, Wallonia ở phía Nam

Khu vực Flanders khuyến khích việc nghiên cứu và sử dụng cốt liệu bê tông tái chế cho nhiều ứng dụng khác nhau Trong khi đó, ở vùng Wallonia có một số mỏ sa thạch, các chủ sở hữu mỏ đá đã ngăn chặn việc nghiên cứu sử dụng RCA để duy trì các ưu thế và quyền hạn của họ trên thị trường

Tại Pháp:

Theo các chuyên gia Pháp, quốc gia này có một số đơn đặt hàng nhỏ cho các nước khác trong việc phát triển các quy trình và yêu cầu chi tiết cho việc sử dụng cốt liệu bê tông tái chế Do đó, Chính phủ Pháp đã đưa ra một dự án phạm vi quốc gia về việc nghiên cứu và phát triển RCA được gọi là RECYBETON Mục đích của dự án này là thay đổi xu hướng bằng cách sử dụng lại tất cả các vật liệu từ phế liệu bê tông như các thành phần bê tông mới, keo thủy lực

Tại Đức :

Theo các chuyên gia Đức, việc sử dụng RCA mang tính khả thi Tuy nhiên, vẫn còn một số hạn chế như quy trình sản xuất RCA không được thực hiện một cách hiệu quả Có những dự án xây dựng chỉ sử dụng vật liệu tái chế này ở quy mô rất nhỏ so với số lượng dự án trên tổng thể và động lực thường xuất phát từ nhận thức về môi trường của một nhóm nhỏ Bên cạnh đó, các tiêu chuẩn của Đức cũng hạn chế những ứng dụng sử dụng cốt liệu bê tông tái chế

Trang 18

Hình 1.2 Tỷ lệ RTXD và mức độ tái sử dụng RTXD ở các nước trên thế giới

(Nguồn: M Knaack Adam and Kurama Yahya C 2013)

1.2.2 Các nghiên cứu ở trong nước:

Năm 2005, Sau hai năm nghiên cứu, PGS.TSKH Nguyễn Ngọc Châu thuộc Liên hiệp các hội KH&KT Việt Nam đã biến rác thải chất thải rắn (CTR) vô cơ (chủ yếu là cát, sỏi, đá, gạch vụn) để sản xuất vật liệu xây dựng

Trước thực trạng phần lớn rác thải sinh hoạt ở Việt Nam được chôn lấp, vừa lãng phí, vừa gây ô nhiễm, TS Châu nảy ra ý tưởng tận dụng CTR vô cơ (chủ yếu là cát, sỏi, đá, gạch vụn) để sản xuất vật liệu xây dựng Tìm tới Nhà máy Xử lý rác Cầu Diễn (công suất 150 tấn/ngày) năm 2003, được biết xung quanh nhà máy đổ đầy CTR vô cơ loại này Ông đã bàn bạc với Ban Giám đốc nhà máy sàng lọc tiếp để chọn ra loại CTR

vô cơ thích hợp (có kích thước 1,5-20mm)

Sử dụng loại bê tông trên làm móng đường giao thông trong thành phố Trên thực tế, ông đã phối hợp với Nhà máy Xử lý rác Cầu Diễn xây dựng một con đường dài vài chục mét tại đó Bê tông còn được dùng để đúc gạch lát vỉa hè đường phố Sản phẩm đã được chứng nhận là có khả năng chịu lực theo tiêu chuẩn nhà nước, không còn mùi vị, do vậy không ảnh hưởng tới môi trường đất, nước

Năm 2009, Nhóm tác giả Thạc sĩ Lê Việt Hùng, Thạc sĩ Vũ Hải Nam, Thạc sĩ Vũ Hồng Phong đã “Nghiên cứu sử dụng phế thải phá dỡ công trình làm cốt liệu cho bê tông

và vữa xây dựng” và đã đưa ra kết quả nghiên cứu về tính chất của một số loại cốt liệu tái chế từ rác thải phá dỡ từ các công trình xây dựng tại Hà Nội, khả năng sử dụng của cốt liệu tái chế cho bê tông xi măng và vữa xây dựng cũng như tính chất của một số sản phẩm sử dụng cốt liệu tái chế đó là cấu kiện bê tông mác vừa và thấp (< M300), gạch bê tông lát đường, lát vỉa hè, xây tường và vữa xây dựng Và về công nghệ tái chế rác thải xây dựng và các đề xuất về phân loại, thử nghiệm và đánh giá chất lượng cốt liệu tái chế

sử dụng với mục đích làm cốt liệu cho bê tông và vữa xây dựng

Trang 19

1.3 Mục tiêu nghiên cứu:

1.3.1 Mục tiêu tổng quát:

- Cường độ chịu nén của bê tông kết cấu có sử dụng bê tông cũ làm cốt liệu với tỉ lệ thay thế đá 1x2 (cốt liệu tự nhiên) bằng cốt liệu đá 1x2 (cốt liệu từ bê tông cũ tái chế) nhằm xác định ảnh hưởng của tỷ lệ nước/ xi măng đến độ sụt giảm và độ cứng khối bê tông có sử dụng bê tông cũ làm cốt liệu được thay thế với tỷ lệ lần lượt 0%, 25%, 50%, sự phát triển cường độ chịu nén của khối bê tông có sử dụng bê tông cũ làm cốt liệu được thay thế Để đạt được mục tiêu này, nghiên cứu cần thực hiện được những mục tiêu cụ thể như sau:

- Mức độ hấp thụ nước của khối bê tông có sử dụng bê tông cũ làm cốt liệu sau khi được bảo quản trong phòng thí nghiệm 28 ngày

- Cường độ chịu nén của khối bê tông có sử dụng bê tông cũ làm cốt liệu sau: 7,

14 và 28 ngày được bảo quản trong điều kiện phòng thí nghiệm

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu:

Bê tông cốt liệu đặc chắc với kích thước 150x150x150 và có mác M200, các tỷ lệ thay thế lần lượt 0%, 25%, 50% các cốt liệu tái chế từ bê tông cũ với cát và đá sử dụng trong bê tông mới (tương đương tỷ lệ thay thế); kết hợp với tỉ lệ từ N/X = 25% đến N/X = 50%, sử dụng vật liệu như xi măng PC40, đá dăm cacbonnat, cát

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu:

Cường độ chịu nén của bê tông kết cấu sử dụng bê tông cũ làm cốt liệu Độ sụt giảm khi tăng lượng nước, sự phát triển cường độ chịu nén của bê tông trong điều kiện phòng thí nghiệm

1.5 Phương pháp nghiên cứu

Trong quá trình nghiên cứu đã sử dụng các phương pháp tiêu chuẩn hóa của Việt Nam (TCVN)…hiện hành để nghiên cứu các tính chất vật liệu, nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ nước/ xi măng đến độ sụt của khối bê tông và sự phát triển của cường độ chịu nén của khối bê tông có sử dụng bê tông cũ làm cốt liệu với tỷ lệ thay thế lần lượt 0%, 25%, 50%; kết hợp với tỉ lệ từ N/X = 25% đến N/X = 50%

Ngoài ra, luận văn sử dụng các phương pháp phi tiêu chuẩn như phương pháp toán quy hoạch thực nghiệm đa nhân tố, phương pháp thiết kế thành phần bê tông, v.v… làm tăng tính khoa học và độ tin cậy của kết quả nghiên cứu

1.5.1 Ảnh hưởng của cốt liệu

Xuất phát từ điều kiện đồng nhất về cường độ của các thành phần cấu trúc trong bêtông (đá xi măng và cốt liệu to, nhỏ hay vữa ximăng với cốt liệu to) thì cường độ của cốt liệu ảnh hưởng đến cường độ bêtông chỉ trong trường hợp cường độ của nó thấp hơn hoặc xấp xỉ cường độ của đá hay vữa ximăng Điều này chỉ có thể xảy ra trong bêtông

Trang 20

nhẹ dùng cốt liệu rỗng, vì ở đó cường độ của cốt liệu trong nhiều trường hợp có thể thấp hơn hoặc bằng cường độ của đá hay vữa ximăng

Đối với bêtông nặng dùng cốt liệu đặc thì cường độ của cốt liệu lớn hơn rất nhiều

so với cường độ của đá hay vữa ximăng Vì vậy, ở đây cường độ của cốt liệu không ảnh hưởng lớn đến cường độ của bêtông

Sự phân bố giữa các hạt cốt liệu có ảnh hưởng đến cường độ của bê tông Bình thường hồ ximăng lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu và đẩy chúng ra xa với cự ly bằng 2+3 lần đường kính hạt ximăng Trong trường hợp này do phát huy được vai trò của cốt liệu nên cường độ của bêtông khá cao và yêu cầu côt liệu có cường độ cao hơn cường độ bêtông từ 1.5 lần (đối với bêtông mác nhỏ hơn 300) đến 2 lần (đối với bêtông mac lớn hơn 300) Khi bêtông chứa lượng hồ ximăng lớn hơn, các hạt cốt liệu bị đẩy ra xa nhau hơn đến mức hầu như không có tác dụng tương hỗ với nhau Khi đó cường độ của đá ximăng và cường độ vùng tiếp xúc đóng vai trò quyết định đến cường độ của bêtông, nên yêu cầu về cường độ cốt liệu ở mức thấp hơn

Cường độ của bêtông còn phụ thuộc vào đặc trưng của cốt liệu Nếu bề mặt cốt liệu nhám, sạch cường độ dính kết với vữa ximăng sẽ tăng lên nên cường độ bêtông cũng tăng Ngược lại, nếu bề mặt cốt liệu trơn, bẩn thì cường độ dính kết sẽ giảm làm cường độ bêtông cũng giảm Do đó, với cùng một lượng dùng như nhau thì bêtông dùng đá dăm sẽ cho cường độ cao hơn khi dùng sỏi Ngoài ra, với đường kính cốt liệu nhỏ (cát) tăng thì lớp hồ ximăng cao bọc sẽ dày lên tạo khả năng dính kết cao nên cường độ bêtông cũng sẽ tăng

Nếu sử dụng cốt liệu đặc chắc thì khi lượng dùng tăng lên thì cường độ bêtông cũng tăng

Ngược lại, nếu cốt liệu rỗng thì khi lượng dùng tăng cường độ bêtông sẽ giảm xuống

Đối với một hỗn hợp bêtông, ứng với một điều kiện đầm nén nhất định sẽ có một

tỷ lệ nước thích hợp nhất Với lượng nước đó bêtông sẽ có độ đặc cao nhất, sản lượng hỗn hợp bêtông sẽ nhỏ nhất, do đó cường độ bêtông sẽ đạt giá trị cực đại Nếu lượng nước thấp hơn hoặc cao hơn lượng nước thích hợp thì cường độ bêtông bị giảm xuống, Trong trường hợp đầu do ít nước, hỗn hợp bị khô không lèn ép được tốt Trong trường hợp sau, do thừa nước nên đá ximăng sau khi đã cứng rắn sẽ tồn tại nhiều lỗ rỗng do nước tự do bay hơi để lại

Nếu tăng mức độ lèn chặt lên thì trị số tỷ lệ nước thích hợp trong hỗn hợp bêtông sẽ giảm xuống và cường độ bêtông tăng lên

Biểu thị sự ảnh hưởng của mức độ lèn chặt hỗn hợp bêtông đến lượng nước và cường độ bê tông

Trang 21

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Sơ lược về tình hình tái chế rác thải trong xây dựng và bê tông cũ cũng như công nghệ tái chế làm cốt liệu cho bê tông, cũng như tổng quan về tình hình nghiên cứu, ứng dụng các loại bê tông sử dụng cốt liệu bê tông tái chế trên thế giới và ở Việt Nam Trên

cơ sở đó, rút ra các định hướng nghiên cứu tiếp theo của luận án

2.1 Rác thải xây dựng và tái chế rác thải xây dựng:

2.1.1 Rác thải xây dựng:

Trong xu thế phát triển bền vững ở thế kỷ này, việc phát triển bền vững trong ngành xây dựng nói chung và trong ngành sản xuất vật liệu xây dựng nói riêng đã và đang được nhiều nước trên thế giới tập trung nghiên cứu (nguồn Nguyễn Duy Hiếu, 2010) Ví dụ như ở Anh, Chính phủ đã đưa ra chiến lược phát triển bền vững và kế hoạch hành động trong xây dựng (nguồn Lê Việt Hùng, 2007);

Còn ở Mỹ đã đưa ra khái niệm về tái sử dụng và hướng dẫn thực hành sử dụng các sản phẩm tái chế từ rác thải xây dựng, phá dỡ các công trình (nguồn Lê Việt Hùng, 2012),

Rác thải xây dựng là vật liệu được phát sinh trong quá trình phá dỡ toàn bộ hoặc bộ phận công trình xây dựng, ví dụ như: các công trình hiện hữu đã được xây dựng trong một thời gian dài, chất lượng đã xuống cấp nghiêm trọng, không đảm bảo tiện nghi và an toàn, hoặc các công trình này không còn phù hợp với yêu cầu sử dụng hiện tại (như: mở rộng sản xuất, hoặc làm văn phòng, nhà ở…) Ngoài ra cũng còn có các công trình xây dựng còn mới nhưng xây dựng trên đất lấn chiếm, xây dựng sai với quy hoạch xây dựng, sai với giấy phép xây dựng, hoặc do giải phóng mặt bằng theo quy hoạch sử dụng đất của nhà nước,… (nguồn Lê Việt Hùng, 2014)

Tùy theo mức độ lẫn các tạp chất mà rác thải xây dựng được tái chế và sử dụng ở các dạng khác nhau: Đối với hỗn hợp rác thải xây dựng có chất lượng thấp, có nhiều tạp chất có thể sử dụng cho công tác san lấp mặt bằng hoặc chôn lấp (đối với rác thải có lẫn tạp chất độc hại)

Hỗn hợp rác thải xây dựng có chất lượng trung bình (như tường xây gạch, hỗn hợp tường xây và kết cấu bê tông, gạch ốp lát…) thì có thể tái sử dụng làm lớp nền móng đường giao thông Hỗn hợp rác thải xây dựng chất lượng tốt (như bê tông xi măng) có thể tái chế làm các loại cốt liệu chất lượng cao sử dụng cho kết cấu móng trên hay mặt đường, sản xuất vữa và bê tông Phần hạt mịn sẽ làm nguyên liệu cho quá trình sản xuất lanhke xi măng hoặc nghiền thành bột để gia cố nền đất công trình Phần hạt mịn sẽ làm

Trang 22

nguyên liệu cho quá trình sản xuất lanhke xi măng hoặc nghiền thành bột để gia cố nền đất công trình

Ngoài ra, rác thải xây dựng cũng có thể sử dụng làm vật liệu trang trí cảnh quan, các chi tiết kiến trúc có màu sắc khác nhau góp phần xây dựng kiến trúc xanh (các tường đá xếp, kết cấu non bộ trang trí, vách tường có nước chảy, ) Trong luận văn này chỉ tập trung nghiên cứu sử dụng rác thải có nguồn gốc từ bê tông xi măng để làm cốt liệu thay thế cốt liệu tự nhiên trong chế tạo bê tông Đây là loại rác thải phổ biến và có chất lượng tương đối ổn định trong quá trình thi công, cải tạo và phá dỡ công trình xây dựng

Hình 2.1 Sơ đồ các hình thức tái sử dụng RTXD trong xây dựng

(Nguồn: A Allahverdi and E Najafi Kani, 2009)

2.1.2 Tái chế rác thải trong xây dựng làm cốt liệu cũ cho bê tông

Công nghệ sản xuất cốt liệu bê tông tái chế từ rác thải xây dựng không khác nhiều

so với công nghệ sản xuất cốt liệu nghiền từ đá tự nhiên Dây chuyền sản xuất gồm các loại máy nghiền, sàng, thiết bị vận chuyển và các thiết bị loại bỏ tạp chất Phương pháp

cơ bản của tái chế là sử dụng máy nghiền để nghiền các mảnh vỡ rác thải xây dựng sau

đó sàng phân loại ra sản phẩm dạng hạt có kích thước yêu cầu Việc tái chế rác thải xây dựng cũng đòi hỏi phải có một số thiết bị chuyên dụng như máy kẹp, máy cắt và nam châm điện để loại bỏ vật liệu kim loại trong phế thải Hiện nay có nhiều quy trình công nghệ tái chế rác thải xây dựng làm cốt liệu với các mức độ khác nhau như sau:

Trang 23

2.2 Sơ đồ công nghệ tái chế rác thải trong xây dựng

(Nguồn: Descarrega Alexandra (2011)

Công nghệ tái chế bao gồm máy nghiền di động gắn liền các bộ phận nghiền, sàng

và phân loại Công nghệ này khá đơn giản, chỉ có một máy nghiền, thường là máy kẹp hàm để đập nhỏ kích thước của các mảnh phế thải lớn Nhược điểm cơ bản của dây chuyền này là không có bộ phận để loại bỏ tạp chất, nên thường chỉ sử dụng tái chế các loại rác thải xây dựng có thành phần ổn định, ít lẫn tạp chất Ví dụ như được sử dụng trong dự án cải tạo và nâng cấp mặt đường, vỉa hè hoặc tại các công trường đang phá dỡ để giảm chi phí vận chuyển Dây chuyền này cũng có thể sử dụng thêm hệ thống sàng phân loại để tách các cỡ hạt sau khi nghiền nhỏ Quy trình sàng phân loại có thể phân chia thành chu trình kín và chu trình hở như ở sơ đồ 2.2 (B Ajdukiewicz Andrzej and T Kliszczewicz Alina, 2007)

Trang 24

2.3 Sơ đồ các công đoạn tái chế rác thải xây dựng

(Nguồn: Descarrega Alexandra, 2011)

Công nghệ tái chế bao gồm thiết bị của dây chuyền công nghệ nhưng có thêm bộ phận phân tách kim loại bằng từ tính và hệ thống sàng phân loại ra nhiều cỡ hạt khác nhau Trong dây chuyền có thể có một hoặc 2 máy nghiền, một hệ thống phân loại và một bộ phận tách kim loại (sơ đồ 2.3)

Trang 25

Hình 2.4 Sơ đồ trạm rửa tái chế rác thải xây dựng

(Nguồn: T Bakharev, J Sanjayan and Y-B Cheny (1999)

2.1.3 Hiệu quả của việc tái sử dụng rác thải xây dựng

Hiệu quả kinh tế bao gồm: Tiết kiệm chi phí và lệ phí xử lý rác thải xây dựng tại các bãi rác; vật liệu tái chế có giá thành hạ, khối lượng thể tích thấp nên giảm tải trọng bản thân cho kết cấu móng, giảm thiểu các chi phí vận chuyển phế thải đi và nhập khẩu vật liệu về công trình (Nguồn Lê Việt Hùng, 2014)

Hiệu quả kỹ thuật: Là nguồn vật liệu tái chế có chất lượng đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật của các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành, có khả năng lèn chặt tốt do trong quá trình lu lèn, có một số hạt vật liệu có thể vỡ nhỏ và lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt khác; hiệu quả sử dụng cao do cốt liệu bê tông tái chế có khối lượng thể tích nhỏ hơn cốt liệu tự nhiên, nên khối lượng thể tích của các sản phẩm bê tông sử dụng cốt liệu bê tông tái chế giảm 8-15% so với bê tông thường Có khả năng sử dụng trong nhiều mục đích xây dựng khác nhau, đảm bảo các yêu cầu thiết kế của công trình

Hiệu quả môi trường: việc sử dụng cốt liệu tái chế từ rác thải xây dựng trong chế tạo bê tông sẽ làm giảm lượng đá, sỏi tự nhiên khai thác; tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên; không tác động đến môi trường sinh thái cũng như gây ô nhiễm môi trường ở khu vực khai thác; Giảm lượng rác thải xây dựng tồn chứa, chôn lấp trong các bãi rác nên tiết kiệm diện tích các bãi rác chôn lấp Việc tái chế và tái sử dụng vật liệu tại chỗ của các công trình phá dỡ sẽ giảm ô nhiễm môi trường và các tác động đến cơ sở hạ tầng giao thông do giảm thiểu được quá trình vận chuyển phế thải đi và vật liệu đến công trường

2.2 Nghiên cứu sử dụng cốt liệu tái chế từ bê tông cũ trong chế tạo bê tông kết cấu:

Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu đặc điểm của cốt liệu, cũng như ảnh hưởng của việc sử dụng cốt liệu bê tông tái chế thay thế cốt liệu tự nhiên đến các tính chất của bê tông đã được nhiều nghiên cứu đề cập (nguồn Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong and Nguyễn Đình Cống, 2011)

Trang 26

Mặc dù có nhiều lợi ích về mặt môi trường, nhưng loại vật liệu này vẫn có những tính chất khác xa so với cốt liệu tự nhiên, là nguyên nhân hạn chế khả năng sử dụng rộng rãi trong xây dựng Theo Kou S.C., độ hút nước, cường độ chịu nén và thành phần hạt là những yếu tố ban đầu cần xem xét khi đánh giá chất lượng của cốt liệu bê tông tái chế và các yếu tố này cũng có ảnh hưởng quyết định đến các tính chất của bê tông Vì vậy luận văn sẽ tập trung phân tích các nghiên cứu về đặc tính của hạt cốt liệu bê tông tái chế và

bê tông sử dụng cốt liệu bê tông tái chế, từ đó đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo của luận văn

2.2.1 Tổng quan về cốt liệu bê tông tái chế:

2.2.1.1 Tính chất của cốt liệu bê tông tái chế:

Thể tích cốt liệu trong bê tông là lớn nhất (chiếm khoảng 65-80%) và đóng vai trò quyết định đến nhiều tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông Các tính chất chủ yếu của cốt liệu bê tông tái chế ảnh hưởng nhiều đến tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông có thể kể đến như: thành phần khoáng hóa, độ rỗng, thành phần hạt, độ hút nước, đặc tính hình dạng và bề mặt hạt, cường độ, mô đun đàn hồi… Nguyên nhân chính làm giảm chất lượng và cốt liệu bê tông tái chế có đặc tính khác xa so với cốt liệu tự nhiên do có lớp vữa

xi măng bám trên bề mặt hạt cốt liệu có hàm lượng lỗ rỗng lớn (nguồn Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong and Nguyễn Đình Cống, 2011)

Hình 2.5 Hình dạng hạt và thành phần của CLBTTC

(Nguồn: Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong and Nguyễn Đình Cống (2011)

Thành phần vật liệu của cốt liệu tái chế tương tự như thành phần của rác thải bê tông gốc, với hai thành phần chính là đá tự nhiên và đá nhân tạo (đá vữa, đá xi măng) (Hình 2.5) Ngoài ra còn có thể có một số tạp chất như gạch đất sét nung, sét cục, thạch cao, vật liệu hữu cơ, tạp chất thép, kính

Trang 27

Các thành phần này có thể làm giảm chất lượng bê tông, cần phải loại bỏ Thành phần vữa và đá xi măng thường có cấu trúc rỗng xốp, kém đồng nhất và có nhiều khuyết tật hơn so với cốt liệu tư nhiên Cho nên, hàm lượng vữa này sẽ ảnh hưởng lớn đến lượng nước trộn, tính công tác và tổn thất tính công tác, khối lượng thể tích của hỗn hợp

bê tông, tính thấm và độ bền của bê tông sử dụng cốt liệu tái chế

Nhìn chung, khi sử dụng cùng công nghệ nghiền đập và sàng phân loại thì thành phần cấp phối hạt của cốt liệu bê tông tái chế tương đương với của cốt liệu tự nhiên (Nguyễn Duy Hiếu, 2010), và phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của cốt liệu cho vữa và bê tông theo TCVN 7570: 2006 và tiêu chuẩn ASTM C33

Chất lượng cốt liệu lớn tái chế có thể đạt yêu cầu mà không cần rửa mặc dù có một phần hạt mịn bám trên bề mặt hạt cốt liệu bê tông tái chế thường có hình dạng không xác định, bề mặt nhám ráp, góc cạnh và rỗng xốp hơn so với cốt liệu tự nhiên (nguồn Nguyễn Duy Hiếu, 2010) Theo Zaharrieva R 2010 bề mặt hạt cốt liệu bê tông tái chế thường có nhiều vết nứt làm tăng lượng nước và không khí hấp thụ vào trong hạt, nhưng lại tăng khả năng liên kết giữa đá xi măng và bề mặt hạt cốt liệu Hansen T.C cũng cho rằng cốt liệu nhỏ được tạo ra từ rác thải bê tông thường thô, ráp và góc cạnh hơn so với cát tự nhiên Điều này dẫn đến làm tăng nội ma sát và giảm tính công tác của hỗn hợp cốt liệu bê tông tái chế O’Mahony M.M cho rằng khi cốt liệu được nghiền từ hỗn hợp rác thải tường gạch, do cường độ bản thân gạch thấp, nên hàm lượng hạt nhỏ và mịn sẽ nhiều hơn so với từ phế thải từ bê tông Đây chính là lý do mà cốt liệu nhỏ tái chế thường không được sử dụng để chế tạo hỗn hợp bê tông có yêu cầu tính dẻo cao và bê tông có cường độ cao

Hệ thống lỗ rỗng trong bê tông cũng như hạt cốt liệu sẽ ảnh hưởng lớn đến các tính chất của bê tông (nguồn Nguyễn Duy Hiếu, 2010)

Độ rỗng của bê tông sử dụng cốt liệu đặc chắc và được đầm chặt tốt chủ yếu phụ thuộc vào lỗ rỗng trong đá xi măng và không khí cuốn vào trong quá trình chế tạo bê tông (nguồn Lê Việt Hùng, 2007)

Hạt cốt liệu bê tông tái chế có cấu tạo không đồng nhất, với các phần cấu trúc rỗng xốp khác nhau Phần đá tự nhiên có cấu tạo tương đối đặc chắc, còn phần vữa, đá xi măng và phần liên kết giữa cốt liệu tự nhiên với đá xi măng có nhiều lỗ rỗng do trong quá trình chế tạo bê tông hồ xi măng không điền đầy hoàn toàn sau khi đầm chặt bê tông

và do bọt khí cuốn vào; các lỗ rỗng trong đá xi măng, độ rỗng của các loại cốt liệu bê tông tái chế lớn hơn nhiều so với cốt liệu tự nhiên chủ yếu do hàm lượng vữa xi măng dính bám vào hạt cốt liệu bê tông tái chế hoặc do quá trình gia công cốt liệu Cũng cho rằng lỗ rỗng trong hạt cốt liệu bê tông tái chế có nhiều kích thước khác nhau (Hình 2.6 a,b) (nguồn Lê Việt Hùng, 2012)

Trang 28

Hình 2.6 Sự phân bố kích thước lỗ rỗng của hạt cốt liệu bê tông tái chế từ bê tông

thường, bê tông chất lượng cao so với CLTN

(Nguồn: Lê Việt Hùng, 2007)

Bảng 2.1 Sự ảnh hưởng của hệ thống lỗ rỗng đến tính chất của bê tông

Loại lỗ rỗng Kích thước Mô tả Ảnh hưởng đến tính chất

Tính thấm, độ khuếch tán Tính thấm trong lỗ rỗng vĩ

mô, co ngót ở độ ẩm 80%

Lỗ rỗng gel

2,5-10nm 0,5-2,5 nm

≤ 0,5 nm

Lỗ rỗng nhỏ

Vi lỗ rỗng

Lỗ rỗng giữa các gel

Co ngót ở độ ẩm trong khoảng 50-80%

Co ngót ở tất cả các độ ẩm tương đối, từ biến

Do hạt cốt liệu bê tông tái chế có cấu trúc rỗng xốp nên có khả năng hút nước mạnh trong quá trình trộn hỗn hợp bê tông, đây là nguyên nhân làm tăng tốc độ tổn thất độ sụt của hỗn hợp bê tông sử dụng cốt liệu bê tông tái chế

Tuy nhiên, chính lượng nước cốt liệu tái chế hút vào này sẽ nhả ra và thực hiện quá trình nội bảo dưỡng đá xi măng bê tông trong quá trình rắn chắc, giúp cường độ liên kết vùng tiếp xúc tăng và dẫn đến tăng cường độ của bê tông

Ngoài ra, đối với các lỗ rỗng kích thước lớn và hở, hỗn hợp hồ xi măng có thể dễ dàng xâm nhập vào sẽ làm tăng khả năng liên kết giữa bề mặt hạt cốt liệu tái chế và đá xi măng Trên cơ sở các phân tích ở trên, cốt liệu tái luôn có độ hút nước lớn hơn nhiều so với cốt liệu tư Cụ thể, độ hút nước của cốt liệu tái chế từ bê tông thường là 3-12%, còn

từ hỗn hợp rác thải xây dựng là 20-25%, trong khi đó của cốt liệu tự nhiên chỉ là 1,2%

0,5-Độ hút nước của các loại cốt liệu tái chế khác xa nhau là do hàm lượng đá xi măng và lượng vữa dính trên bề mặt hạt cốt liệu, hàm lượng các thành phần có khả năng

Trang 29

hút nước cao như mảnh vỡ gạch xây và gạch ốp lát đất nung; nguồn gốc rác thải bê tông và kích thước hạt cốt liệu bê tông tái chế (Hình 2.7)

Hình 2.7 Quan hệ giữa hàm lượng vữa cũ với độ hút nước

Cường độ của cốt liệu bê tông tái chế có ảnh hưởng lớn đến cường độ của bê tông Trước tiên, cường độ của cốt liệu thường được đánh giá qua cường độ đá gốc hay nói cách khác là cường độ của bản thân từng hạt cốt liệu Giá trị này phụ thuộc rất lớn vào cường độ của đá tự nhiên đã dùng làm cốt liệu, tỷ lệ N/X và hàm lượng vữa xi măng của bê tông Ngoài ra, trong quá trình sử dụng các công trình hoặc gia công nghiền các mảnh vỡ rác thải bê tông thành các cỡ hạt của cốt liệu cũng có thể làm xuất hiện các vết nứt trên bề mặt và trong hạt cốt liệu bê tông tái chế, chính điều này sẽ làm giảm cường độ của hạt cốt liệu

2.2.1.2 Các giải pháp nâng cao chất lượng cốt liệu tái chế :

Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu đề xuất phương pháp nhằm hạn chế các nhược điểm và cải thiện chất lượng của cốt liệu bê tông tái chế như: phương pháp gia công cơ học tách lớp vữa cũ (Lê Việt Hùng) phương pháp hóa học ; phương pháp nhiệt học phương pháp hấp phụ các loại vật liệu khoáng puzơlan trên bề mặt hạt cốt liệu ,v.v… Các phương pháp này cho phép nâng cao chất lượng cốt liệu bê tông tái chế cũng như chất lượng cốt liệu bê tông tái chế với các mức độ rất khác nhau

Phương pháp gia công cơ học: Trong cốt liệu bê tông tái chế luôn có một phần vữa xi măng cũ tự do và vữa xi măng cũ bám dính vào hạt cốt liệu tự nhiên (vữa bám dính) Thành phần này có độ rỗng lớn và có độ hút nước cao, cường độ thấp hơn so với phần đá tự nhiên Do vậy đây là nguyên nhân chính làm giảm tính công tác của hỗn hợp

bê tông, chất lượng cũng như tính bền vững của bê tông sử dụng cốt liệu bê tông tái chế:

Trang 30

Hình 2.8 Sơ đồ hệ thống sản xuất CLBTTC có sử dụng phương pháp xử lý bề mặt bằng phương pháp hóa- lý Phương pháp xử lý bằng cơ nhiệt: Phế thải bê tông được gia nhiệt tới khoảng 3000C, thành phần đá xi măng trở nên bị giòn, dễ vỡ do mất nước của các sản phẩm thủy hóa cốt liệu bê tông tái chế đã đốt nóng được chà sát trong máy nghiền có các vật trợ nghiền, mức độ chà sát khác nhau tùy thuộc vào lượng vật liệu trợ nghiền và tốc độ quay của máy nghiền (Hình 2.9) (nguồn Lê Việt Hùng, 2007)

Hình 2.9 Sơ đồ quá trình tái chế cốt liệu chất lượng cao bằng phương pháp xử lý nhiệt kết hợp máy nghiền ma sát (Nguồn: Lê Việt Hùng, 2007)

Trang 31

Phương pháp xử lý bằng chất hóa học: Tác giả Masato Tsujino, đã nghiên cứu công nghệ cải thiện chất lượng lớp bề mặt cho cốt liệu bê tông tái chế mà không làm suy giảm tính chất cơ học của hạt cốt liệu nhờ vào việc sử dụng 2 loại dung dịch chất hoạt động bề mặt là dầu khoáng và Silane Sơ đồ quá trình xử lý bề mặt hạt cốt liệu bê tông tái chế được nêu ở Hình 2.10 và Hình 2.11 Kết quả thí nghiệm cho thấy các hạt cốt liệu sau khi được xử lý bề mặt giảm độ hút nước, tăng cường độ hạt

Trang 32

2 Nguồn gốc Tường Bê tông

Hỗn hợp (bê tông

+ Bê tông Tường xây Tường xây Tường xây Bê tông Hỗn hợp Tường Bê Hỗn

4 Độ hút nước (%) - - - ≤ 7,0 ≤ 5,0 ≤ 3,0 ≤ 20,0 ≤ 10,0 ≤ 3,0 - - -

Trang 33

STT Tính chất

10

Phản ứng kiềm cốt

Na2O ≤ 2,5 kg/m hoặc

≤ 0,2 Na2O/100kg CLTC độ nở thanh vữa sau 2 năm <0,08%

hoặc độ nở thanh vữa <0,1%

11 Hàm lượng iôn Cl- ≤ 1% cho bê tông không cốt thép ≤ 0,04% Như tiêu chuẩn Châu Âu - - -

và ≤ 0,4% cho BTCT hoặc 0,1% theo thỏa thuận

Trang 34

Hình 2.10 Sơ đồ quá trình cải thiện bề mặt CLBTTC bằng dầu khoáng

Hình 2.11 Sơ đồ quá trình cải thiện bề mặt CLBTTC bằng dung dịch silane (Nguồn: Lê Việt Hùng, 2007)

K Sakata và T Ayano, Valerie Spaeth và Assia Djerbi Tegguer, cũng đã đề xuất phương pháp cải thiện các tính chất của cốt liệu bê tông tái chế bằng cách ngâm tẩm trong các loại dung dịch dầu khoáng hoặc silane có nồng độ khác nhau Kết quả cho thấy các lớp phủ kỵ nước được hình thành trên bề mặt hạt cốt liệu đã làm giảm độ hút nước và nâng cao khả năng chống mài mòn Los Angeles của cốt liệu bê tông tái chế; từ đó cải thiện cường độ và khả năng chống thấm CO2 của cốt liệu bê tông tái chế

Trang 35

liệu bê tông tái chế Quá trình xử lý được tiến hành bằng cách ngâm cốt liệu bê tông tái chế trong axit có nồng độ thấp để loại bỏ bụi bẩn trên bề mặt cốt liệu và sau đó tiếp tục ngâm tẩm với silicat canxi (CS) Kết quả cho thấy phương pháp xử lý kết hợp này cải thiện đáng kể cường độ nén của bê tông sử dụng cốt liệu bê tông tái chế nhờ việc loại bỏ lớp đá xi măng cũ trên bề mặt hạt cốt liệu và các hạt CS có vai trò như vật liệu điền đầy các lỗ rỗng và các vết nứt trên bề mặt hạt, hoặc hòa tan trong khi trộn hỗn hợp bê tông và thực hiện phản ứng puzơlanic trong quá trình rắn chắc của bê tông, góp phần cải thiện vi cấu trúc bê tông

Nhìn chung, các phương pháp xử lý bề mặt hạt cốt liệu bê tông tái chế bằng các loại hóa chất có thể loại bỏ lượng vữa cũ dính bám trên bề mặt hạt, giảm độ hút nước của cốt liệu; nâng cao cường độ cũng như mô đun đàn hồi của cốt liệu bê tông tái chế Tuy nhiên việc sử dụng các loại axít vô cơ (H2SO4; HCl) không phù hợp với các loại rác thải xây dựng có chứa hạt cốt liệu từ đá cacbonat, hàm lượng muối SO42-, Cl- trong cốt liệu bê tông tái chế tăng nên có thể làm giảm tính bền của bê tông và BTCT Một số loại hợp chất polymer cũng có thể làm giảm cường độ bám dính giữa

đá xi măng mới với cốt liệu bê tông tái chế hoặc làm tăng mạnh giá thành bê tông

2.2.1.3 Thành phần, tính chất của hỗn hợp bê tông sử dụng bê tông tái chế làm cốt liệu

Thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông sử dụng cốt liệu tái bê tông tái chế: Về

nguyên tắc, việc thiết kế thành phần bê tông sử dụng cốt liệu tái là tương tự như bê tông sử dụng cốt liệu tư nhiên cốt liệu tự nhiên có thể được thay thế từ 0 - 100% bằng cốt liệu tái chế theo hàm lượng khối lượng hoặc theo hàm lượng thể tích Một số nghiên cứu cho rằng không nên sử dụng cốt liệu bê tông tái chế để chế tạo bê tông

do khó xác định được chính xác độ hút nước, lượng nước tự do cũng như khối lượng thể tích bão hòa bề mặt của chúng Trong khi nghiên cứu khác lại cho thấy có thể sử dụng 10-30% cốt liệu tái chế trong tổng khối lượng cốt liệu nhỏ mà bê tông vẫn có cường độ tương đương với bê tông sử dụng cốt liệu tự nhiên

Lượng xi măng tính toán trong bê tông cốt liệu tái chế sẽ cao hơn 5-15% lượng dùng xi măng của bê tông cốt liệu tự nhiên để đảm bảo cường độ bê tông thiết kế do lượng nước tự do yêu cầu đảm bảo tính công tác cao hơn Trong nhiều trường hợp cường độ nén của bê tông có thể tăng khi sử dụng lượng xi măng cao hơn hoặc thay thế một phần cốt liệu tái bằng cốt liệu tự nhiên Vì thế trong quá trình nghiên cứu của luận văn đã giữ tỷ lệ cốt liệu nhỏ/ cốt liệu bằng tỷ lệ tối ưu của cốt liệu tự nhiên, nhằm tạo ra sự sắp xếp các hạt trong khung cốt liệu ít thay đổi

Lượng nước nhào trộn và tính công tác của hỗn hợp bê tông: Do độ hút nước

của CLTC cao hơn so với cốt liệu tự nhiên nên lượng nước nhào trộn cần nhiều hơn để đảm bảo độ sụt ban đầu của hỗn hợp bê tông Hỗn hợp bê tông sử dụng cốt liệu lớn tái chế và cát tự nhiên cần thêm khoảng 5% nước so với bê tông thường để đạt tính

Trang 36

thái khô sẽ tiếp tục hút nước sau khi trộn Đây là nguyên nhân gây tăng tốc độ tổn thất độ sụt và tính công tác của hỗn hợp bê tông Hơn nữa, Tavakoli M đã chứng minh được rằng, bê tông sử dụng 100% cốt liệu bê tông tái chế ở trạng thái khô sẽ có tỷ lệ N/X thực tế thấp hơn trong bê tông thường

Để cải thiện tính công tác của hỗn hợp bê tông, nhiều nhà nghiên cứu đã đề xuất các biện pháp khác nhau: Hansen T.C và Etxerberia M cho rằng nên làm ẩm cốt liệu trước khi trộn, khi cốt liệu bê tông tái chế được hút nước đạt đến khoảng 80-90% độ hút nước bão hòa thì cường độ vùng tiếp xúc giữa cốt liệu và đá xi măng sẽ đạt tốt nhất

Neville A.M lại cho rằng không nên làm ẩm trước bất kỳ loại cốt liệu nào, bởi vì hạt cốt liệu bị bao bọc quá nhanh bởi lượng hồ xi măng sẽ làm ngăn cản quá trình hút nước tiếp theo của cốt liệu, dẫn đến làm tăng tỷ lệ nước/xi măng so với cốt liệu được trộn ở trạng thái khô

Cường độ nén của bê tông: cường độ nén của bê tông thường giảm 12÷ 25% khi sử dụng cốt liệu tái chế và có thể giảm tới 40% Trong nghiên cứu của Etxeberria

M đã chỉ ra rằng cường độ nén có thể giảm từ 20÷ 25% khi thay thế 100% cốt liệu bê tông tái chế Tuy nhiên có thể hạn chế sự ảnh hưởng này bằng cách chỉ thay thế dưới 30% đối với cốt liệu lớn hoặc dưới 20% đối với cốt liệu nhỏ Một số kết quả nghiên cứu cụ thể được tổng hợp ở Bảng 2.3 Sự suy giảm cường độ nén trong bê tông sử dụng cốt liệu tái chế chủ yếu là do hàm lượng vữa có lỗ rỗng trong bê tông nhiều, tăng số lượng các liên kết yếu giữa cốt liệu và đá xi măng hoặc giữa vữa cũ và đá xi măng; tăng tỷ lệ N/X; bản thân cường độ của rác thải bê tông gốc thấp hơn đá tự nhiên; Ngoài ra, cường độ nén của bê tông sử dụng cốt liệu tái chế còn phụ thuộc vào nguồn gốc và hàm lượng sử dụng cốt liệu tái chế, được thể hiện trên Hình 2.12 tỉ lệ N/X và hàm lượng sử dụng cốt liệu tái chế được đề cập ở Bảng 2.3

Trang 37

Tài liệu

tham khảo

Loại cốt liệu

Tỷ lệ giảm cường độ nén,

Bê tông có cường độ C16

Bê tông có cường độ C20 Gomez-Soberon

[60]

Cốt liệu lớn tái chế từ tường xây

2 (15)

5 (30) 11,5 (100)

Cốt liệu thay thế theo thể tích và được ngâm nước trước khi trộn 10 phút

Kou và Poon

[78]

CLLBTTC 4-6 (20)13-17 (50)

16-22 (100)

Cốt liệu thay thế theo thể tích và ở độ

ẩm bão hòa bề mặt Cường độ giảm khi tăng hàm lượng vữa

CLLBTTC 5,7 (100) Tỷ lệ N/X= 0,47 và độ sụt bằng 24mm

Hình 2.12 Ảnh hưởng của hàm lượng CLBTTC và

CLTC đến cường độ nén của bê tông(Nguồn: Lê Việt Hùng, 2007)

Trang 38

(nguồn Lê Việt Hùng, 2007)

Mô đun đàn hồi: Việc sử dụng cốt liệu lớn tái chế hay cốt liệu nhỏ tái chế đều làm giảm mô đun đàn hồi của bê tông một cách rõ rệt từ 5-35% so với bê tông đối chứng Điều này có thể giải thích bằng “hiệu ứng vữa” Lớp vữa dính vào hạt cốt liệu

bê tông tái chế thường có mô đun đàn hồi thấp hơn nhiều so với đá tự nhiên; do đó kích thước cốt liệu bê tông tái chế càng giảm, thành phần vữa càng cao, thì mô đun đàn hồi của bê tông càng thấp (Hình 2.13)

Bảng 2.5 Ảnh hưởng của hàm lượng CLTC

đến mô đun đàn hồi của bê tông

Định dạng
Số trang	76
Dung lượng	2,67 MB