Luận văn: Nghiên cứu sử dụng cốt liệu thủy tinh để chế tạo bê tông thủy tinh

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu chế tạo bê tông thủy tinh từ cốt liệu thủy tinh tái chế. Phân tích cường độ chịu nén và khả năng ứng dụng thực tế.

• Tác giả: Trần Thị Tuyết Phương
• Người hướng dẫn: PGS. Trương Hoài Chính
• Trường học: Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình Dân dụng và Công nghiệp
• Đề tài: Nghiên cứu sử dụng cốt liệu thủy tinh hạt nhỏ để chế tạo bê tông thủy tinh
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Đà Nẵng

Tóm tắt

I. Bê tông thủy tinh Giải pháp vật liệu xây dựng xanh ưu việt

Bê tông thủy tinh, hay còn gọi là bê tông glasscrete, là một loại vật liệu composite xi măng tiên tiến. Trong đó, cốt liệu truyền thống như cát hoặc đá dăm được thay thế một phần hoặc toàn bộ bằng cốt liệu thủy tinh tái chế. Sáng kiến này không chỉ mở ra một hướng đi mới cho ngành xây dựng mà còn góp phần giải quyết bài toán môi trường cấp bách liên quan đến thủy tinh phế thải. Việc tận dụng nguồn phế liệu này giúp giảm khai thác tài nguyên thiên nhiên, tiết kiệm năng lượng sản xuất và giảm tải cho các bãi chôn lấp. Nghiên cứu của Trần Thị Tuyết Phương (2018) tại Đại học Bách khoa Đà Nẵng đã chỉ ra tiềm năng to lớn của việc sử dụng chai lọ y tế phế thải để chế tạo bê tông, đặc biệt trong bối cảnh lượng rác thải này tại tỉnh Trà Vinh lên đến hàng trăm tấn mỗi năm. Bằng cách biến rác thải thành tài nguyên, bê tông thủy tinh trở thành một ví dụ điển hình cho mô hình kinh tế tuần hoàn trong xây dựng. Nó không chỉ là một vật liệu xây dựng xanh mà còn mang lại giá trị thẩm mỹ độc đáo, tạo ra các bề mặt lấp lánh ấn tượng khi được mài bóng. Sự phát triển của loại vật liệu này hứa hẹn sẽ thay đổi diện mạo của các công trình kiến trúc, hướng tới một tương lai bê tông bền vững và thân thiện với môi trường hơn. Việc nghiên cứu sâu hơn về tỷ lệ pha trộn bê tông thủy tinh và các phụ gia cho bê tông thủy tinh sẽ tiếp tục hoàn thiện công nghệ, tối ưu hóa các đặc tính kỹ thuật và mở rộng phạm vi ứng dụng của nó trong thực tiễn.

1.1. Khái niệm bê tông glasscrete và tiềm năng ứng dụng

Bê tông glasscrete là thuật ngữ dùng để chỉ bê tông sử dụng thủy tinh nghiền nhỏ làm cốt liệu thay thế. Các hạt thủy tinh này có thể thay thế cho cốt liệu mịn (cát) hoặc cốt liệu thô (đá dăm) tùy thuộc vào kích thước hạt và mục đích thiết kế. Tiềm năng của vật liệu này rất lớn, từ các ứng dụng kết cấu chịu lực nhẹ đến các sản phẩm bê tông trang trí cao cấp như mặt bàn, gạch lát, tấm ốp tường. Đặc tính quang học của thủy tinh còn mở ra khả năng phát triển bê tông xuyên sáng, một loại vật liệu đột phá cho kiến trúc hiện đại.

1.2. Lợi ích kép từ việc tái chế thủy tinh trong xây dựng

Việc tái chế thủy tinh trong xây dựng mang lại lợi ích kép. Về mặt môi trường, nó giúp giảm thiểu lượng thủy tinh phế thải không phân hủy trong tự nhiên, vốn là một gánh nặng lớn cho môi trường. Theo nghiên cứu, chỉ 10% rác thải y tế nguy hại được xử lý triệt để, việc tái chế thủy tinh từ nguồn này giúp giảm ô nhiễm nghiêm trọng. Về mặt kinh tế, việc sử dụng cát thủy tinh tái chế giúp tiết kiệm chi phí khai thác và vận chuyển cốt liệu tự nhiên, thúc đẩy mạnh mẽ kinh tế tuần hoàn trong xây dựng và tạo ra các sản phẩm có giá trị gia tăng cao.

II. Thách thức từ thủy tinh phế thải và phản ứng kiềm silica

Mặc dù sở hữu nhiều ưu điểm, việc chế tạo bê tông thủy tinh phải đối mặt với hai thách thức lớn. Đầu tiên là vấn đề quản lý và xử lý nguồn thủy tinh phế thải. Luận văn của Trần Thị Tuyết Phương (2018) đã nhấn mạnh thực trạng ô nhiễm tại Trà Vinh, nơi lượng lớn chai lọ thủy tinh từ rác thải y tế chưa được xử lý triệt để. Việc thu gom, làm sạch và nghiền thủy tinh thành cốt liệu đạt chuẩn đòi hỏi một quy trình công nghệ đồng bộ và chi phí đầu tư ban đầu. Thách thức kỹ thuật quan trọng thứ hai và mang tính quyết định đến độ bền lâu dài của kết cấu là phản ứng kiềm-silica (ASR). Đây là một phản ứng hóa học có hại xảy ra giữa các oxit kiềm (Na₂O, K₂O) có trong xi măng và silica vô định hình có trong thủy tinh. Phản ứng này tạo ra một loại gel trương nở khi gặp độ ẩm, gây ra ứng suất nội trong lòng bê tông, dẫn đến nứt vỡ và suy giảm nghiêm trọng cường độ bê tông thủy tinh theo thời gian. Việc kiểm soát và ức chế ASR là chìa khóa để đảm bảo tính ổn định và an toàn cho các công trình sử dụng loại vật liệu xây dựng xanh này. Các nhà khoa học đang nghiên cứu nhiều giải pháp, bao gồm việc sử dụng các loại xi măng ít kiềm, thêm các phụ gia cho bê tông thủy tinh như tro bay, xỉ lò cao hoặc silica fume để giảm thiểu tác động của phản ứng này.

2.1. Vấn nạn ô nhiễm môi trường từ thủy tinh phế thải

Thủy tinh phế thải là một trong những loại rác thải rắn khó phân hủy nhất, tồn tại hàng nghìn năm trong môi trường. Nguồn thải từ sinh hoạt, công nghiệp và đặc biệt là y tế đang tạo ra áp lực khổng lồ lên hệ thống xử lý rác và các bãi chôn lấp. Nghiên cứu được trích dẫn cho thấy tình trạng đáng báo động tại Trà Vinh, với lượng chai lọ thủy tinh y tế thải ra hàng năm từ 184 đến 355 tấn. Việc biến nguồn phế thải nguy hại này thành cốt liệu thay thế an toàn cho xây dựng là một giải pháp bền vững và cấp thiết.

2.2. Hiểu rõ về phản ứng kiềm silica ASR trong bê tông

Phản ứng kiềm-silica (ASR) là kẻ thù tiềm ẩn của bê tông glasscrete. Khi silica (SiO₂) trong cốt liệu thủy tinh phản ứng với ion kiềm (Na⁺, K⁺) từ hồ xi măng, nó hình thành gel kiềm-silicat. Gel này hút nước và trương nở, tạo ra áp lực lớn có thể phá vỡ liên kết trong ma trận xi măng, gây nứt mạng lưới trên bề mặt và làm suy yếu kết cấu từ bên trong. Việc hiểu rõ cơ chế và các yếu tố ảnh hưởng đến ASR là bước đầu tiên để tìm ra các biện pháp phòng ngừa hiệu quả, đảm bảo tuổi thọ cho công trình.

III. Phương pháp chế tạo bê tông thủy tinh từ cốt liệu tái chế

Quy trình sản xuất bê tông thủy tinh bắt đầu từ khâu xử lý nguyên liệu đầu vào. Theo phương pháp nghiên cứu thực nghiệm trong luận văn của Trần Thị Tuyết Phương, thủy tinh phế thải (cụ thể là chai lọ y tế) được thu gom, làm sạch để loại bỏ tạp chất, nhãn mác và các chất bẩn khác. Sau đó, chúng được đưa vào máy nghiền để tạo ra cốt liệu thủy tinh tái chế có kích thước mong muốn. Trong nghiên cứu này, kích thước hạt được kiểm soát ở mức 0.5 mm để thay thế cho đá dăm. Bước tiếp theo là thiết kế cấp phối. Đây là giai đoạn quan trọng nhất, quyết định đến tính chất cơ lý của bê tông thủy tinh. Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm nhiều tỷ lệ pha trộn bê tông thủy tinh khác nhau, thay thế 30%, 50% và 100% lượng đá dăm bằng cốt liệu thủy tinh. Quá trình trộn được thực hiện tương tự như bê tông thông thường, bao gồm xi măng, cát, cốt liệu thủy tinh, nước và có thể thêm các phụ gia cho bê tông thủy tinh nếu cần thiết để cải thiện tính công tác hoặc kiểm soát phản ứng kiềm-silica (ASR). Sau khi trộn, hỗn hợp bê tông được đúc thành các mẫu lập phương kích thước 150x150x150 mm, bảo dưỡng trong điều kiện tiêu chuẩn và tiến hành thí nghiệm nén ở các ngày tuổi 3, 7, 14 và 28 ngày để xác định sự phát triển cường độ bê tông thủy tinh.

3.1. Các bước xử lý và nghiền thủy tinh thành cốt liệu thay thế

Quy trình xử lý thủy tinh phế thải thành cốt liệu thay thế gồm ba bước chính: (1) Phân loại và làm sạch: Thủy tinh được tách khỏi các tạp chất khác và rửa sạch để đảm bảo không ảnh hưởng đến quá trình thủy hóa của xi măng. (2) Nghiền: Thủy tinh sạch được đưa vào hệ thống máy nghiền búa hoặc nghiền hàm để phá vỡ thành các hạt có kích thước nhỏ hơn. (3) Sàng lọc: Cốt liệu sau khi nghiền được sàng qua các lưới sàng tiêu chuẩn để phân loại theo kích thước hạt, đảm bảo cấp phối hạt đồng đều và phù hợp với yêu cầu thiết kế.

3.2. Bí quyết xác định tỷ lệ pha trộn bê tông thủy tinh tối ưu

Việc xác định tỷ lệ pha trộn bê tông thủy tinh tối ưu là sự cân bằng giữa hiệu quả kinh tế - môi trường và yêu cầu kỹ thuật. Nghiên cứu cho thấy, tỷ lệ thay thế càng cao, lợi ích về tái chế càng lớn nhưng cường độ bê tông thủy tinh có thể bị suy giảm. Kết quả thực nghiệm chỉ ra rằng tỷ lệ thay thế 30% đá dăm bằng cốt liệu thủy tinh cho kết quả cường độ chịu nén tốt nhất trong các mẫu thử nghiệm, chỉ thấp hơn một chút so với bê tông đối chứng. Đây là một cơ sở quan trọng để ứng dụng trong thực tế cho các cấu kiện không yêu cầu chịu lực quá cao.

IV. Phân tích tính chất cơ lý và cường độ của bê tông thủy tinh

Việc đánh giá tính chất cơ lý của bê tông thủy tinh là yếu tố cốt lõi để xác định khả năng ứng dụng của vật liệu. Nghiên cứu của Trần Thị Tuyết Phương đã tập trung vào chỉ tiêu quan trọng nhất là cường độ chịu nén. Kết quả thí nghiệm nén các mẫu bê tông ở 28 ngày tuổi cho thấy một quy luật rõ ràng: cường độ bê tông thủy tinh tỷ lệ nghịch với hàm lượng cốt liệu thủy tinh thay thế. Cụ thể, đối với bê tông cấp bền B15 (M200), mẫu đối chứng (100% đá dăm) đạt cường độ trung bình 218,74 daN/cm². Trong khi đó, các mẫu với tỷ lệ thay thế 30%, 50% và 100% thủy tinh lần lượt đạt 206,24, 156,15 và 144,53 daN/cm². Tương tự, với cấp bền B20 (M250), cường độ của mẫu đối chứng là 272,40 daN/cm², cao hơn so với các mẫu thay thế 30% (219,94 daN/cm²) và 50% (196,70 daN/cm²). Mặc dù cường độ có sự suy giảm, mẫu thay thế 30% vẫn đạt được cường độ khá cao, đáp ứng được yêu cầu cho nhiều loại kết cấu. Ngoài cường độ, một ưu điểm đáng chú ý được quan sát là bê tông thủy tinh có độ hút nước thấp hơn bê tông thường, do bản chất không thấm nước của thủy tinh. Điều này có thể cải thiện khả năng chống mài mòn và độ bền của bê tông trong môi trường ẩm ướt. Tuy nhiên, cần có thêm các nghiên cứu sâu hơn về các tính chất khác như độ co ngót, từ biến và đặc biệt là độ bền lâu dài dưới tác động của phản ứng kiềm-silica (ASR).

4.1. So sánh cường độ chịu nén so với bê tông truyền thống

Kết quả thực nghiệm cho thấy cường độ bê tông thủy tinh ở 28 ngày tuổi thấp hơn so với bê tông đá dăm thông thường. Sự suy giảm này có thể do một số nguyên nhân: bề mặt trơn nhẵn của hạt thủy tinh làm giảm độ bám dính với hồ xi măng; hình dạng hạt không tối ưu; và khả năng xảy ra vi nứt do phản ứng kiềm-silica (ASR) ở giai đoạn sớm. Tuy vậy, với tỷ lệ thay thế hợp lý (khoảng 30%), mức độ suy giảm không quá lớn, cho thấy tiềm năng sử dụng vật liệu này trong các hạng mục phù hợp.

4.2. Đánh giá khả năng chống mài mòn và độ bền vật liệu

Thủy tinh là vật liệu có độ cứng cao (5-7 trên thang Mohs). Khi được sử dụng làm cốt liệu, nó có thể cải thiện khả năng chống mài mòn của bề mặt bê tông, đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng sàn công nghiệp, vỉa hè hoặc các bề mặt bê tông trang trí được mài bóng. Thêm vào đó, độ hút nước thấp của cát thủy tinh tái chế giúp hạn chế sự xâm nhập của các tác nhân ăn mòn, góp phần nâng cao độ bền tổng thể của bê tông bền vững trong điều kiện khắc nghiệt.

V. Ứng dụng thực tiễn và tương lai của bê tông thủy tinh

Với những đặc tính độc đáo, bê tông thủy tinh mở ra nhiều hướng ứng dụng thực tiễn, vượt ra ngoài khuôn khổ của một loại vật liệu xây dựng thông thường. Một trong những ứng dụng nổi bật nhất là trong lĩnh vực bê tông trang trí. Các hạt thủy tinh với màu sắc đa dạng khi được phối trộn vào bê tông và mài bóng bề mặt sẽ tạo ra hiệu ứng thẩm mỹ lấp lánh, sang trọng. Vật liệu này rất lý tưởng để làm mặt bàn bếp, bồn rửa, gạch lát sàn, tấm ốp tường và các chi tiết kiến trúc khác. Bên cạnh đó, với định hướng phát triển bê tông bền vững, bê tông glasscrete là một lựa chọn hoàn hảo cho các công trình xanh, giúp các dự án đạt được các chứng chỉ môi trường như LEED. Việc sử dụng vật liệu tái chế giúp giảm dấu chân carbon và thúc đẩy kinh tế tuần hoàn trong xây dựng. Mặc dù cường độ chịu nén có phần hạn chế hơn bê tông truyền thống, nó vẫn hoàn toàn phù hợp cho các cấu kiện không chịu lực chính như gạch block không nung, bó vỉa hè, tấm panel cách âm, cách nhiệt. Trong tương lai, với sự phát triển của công nghệ phụ gia cho bê tông thủy tinh để kiểm soát ASR và cải thiện cường độ, phạm vi ứng dụng sẽ còn được mở rộng. Một hướng đi đầy hứa hẹn là nghiên cứu phát triển bê tông xuyên sáng, sử dụng sợi quang hoặc các hạt thủy tinh đặc biệt để cho phép ánh sáng tự nhiên truyền qua, tạo ra không gian kiến trúc độc đáo và tiết kiệm năng lượng chiếu sáng.

5.1. Bê tông trang trí Nâng cao giá trị thẩm mỹ cho công trình

Thủy tinh mang lại vẻ đẹp mà các loại cốt liệu thông thường không có được. Các sản phẩm bê tông trang trí từ cốt liệu thủy tinh tái chế có thể được tùy biến về màu sắc và kích thước hạt, tạo ra những bề mặt độc nhất vô nhị. Ứng dụng này không chỉ tận dụng phế thải mà còn tạo ra các sản phẩm xây dựng có giá trị kinh tế và nghệ thuật cao, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về các vật liệu kiến trúc độc đáo và thân thiện môi trường.

5.2. Tiềm năng chế tạo bê tông xuyên sáng từ thủy tinh tái chế

Bê tông xuyên sáng là một loại vật liệu thông minh, kết hợp tính vững chắc của bê tông và khả năng truyền ánh sáng của thủy tinh. Bằng cách tích hợp các sợi quang hoặc các loại cốt liệu thủy tinh đặc biệt vào ma trận bê tông, các tấm tường hoặc khối bê tông có thể cho phép ánh sáng đi qua, làm mờ ranh giới giữa trong và ngoài nhà. Đây là một lĩnh vực nghiên cứu tiên tiến, hứa hẹn tạo ra những bước đột phá trong thiết kế chiếu sáng và kiến trúc bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 Ngày nay thủy tinh là một trong những vật liệu quan trọng nhất nó không còn là vật liệu chỉ được sử dụng trong sản xuất đồ dùng gia đình mà nó được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực: quang học, xây dựng. Đối với các ứng dụng này, thủy tinh thường được sử dụng vì sức bền và hệ số giãn nở nhiệt thấp, tạo cho nó sự chống lại tốt hơn đối với các yếu tố môi trường và phần lớn đáp ứng nhu cầu sản xuất hàng loạt ngày nay nói chung và trong lĩnh vực xây dựng nói riêng. Với xu hướng phát triển xanh, bền vững, tránh cạn kiệt nguồn tài nguyên thiên nhiên, việc sản xuất và sử dụng vật liệu xây dựng thủy tinh từ các nguồn phế thải y tê và công nghiệp ngày càng được quan tâm. Vật liệu thủy tinh không chỉ được sử dụng trong xây dựng, nó còn được sử dụng như loại vật liệu không thể thay thế được trong các ngành khác như: chế tạo chi tiết máy, y tế, tên lửa, hàng không, vũ trụ, hóa chất, điện và điện tử, … 10 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG THỦY TINH 2.

MỤC ĐÍCH XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ BÊ TÔNG THỦY TINH Khi nói đến cường độ bê tông là nói đến khả năng chịu nén của mẫu bê tông thủy tinh. Theo tiêu chuẩn xây dựng của Việt Nam (TCVN 7570:2006)mẫu dùng để đo cường độ chịu nén là một mẫu bê tông hình lập phương có kích thước 150×150× 150mm được dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn quy định trong TCVN 7570:2006 , trong thời gian 03,07,14,28 ngày khi bê tông ninh kết sau đó sẽ được đưa vào máy nén để đo ứng suất nén phá hủy mẫu. Qua đó so sánh cường độ chịu nén của bê tông thủy tinh với bê tông đá dăm thông thường, đơn vị tính bằng MPa (N/mm²) hoặc daN/cm² (kG/cm²). Trong kết cấu xây dựng, bê tông chịu nhiều tác động khác nhau: chịu nén, uốn, kéo, trượt, trong đó chịu nén là ưu thế lớn nhất của bê tông.

Do đó, lấy cường độ chịu nén là chỉ tiêu đặc trưng để đánh giá chất lượng bê tông gọi là mác bê tông. Mác bê tông được phân loại từ 100, 150, 200, 250, 300, 400, 500 và 600. Khi nói rằng mác bê tông 200 chính là nói tới ứng suất nén phá hủy của mẫu bê tông kích thước tiêu chuẩn, được dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn, được nén ở tuổi 28 ngày, đạt 200 kG/cm². Còn cường độ chịu nén tính toán của bê tông mác 200 chỉ là 90 kG/cm² (được lấy để tính toán thiết kế kết cấu bê tông theo trạng thái giới hạn thứ nhất).

Ngày nay, người ta có thể chế tạo bê tông có cường độ rất cao từ 1000 – 2000 kg/cm². Ở các quốc gia khác nhau quy định kích thước mẫu có thể khác nhau. Theo tiêu chuẩn Mỹ, mẫu bê tông hình trụ tròn đường kính 150 mm, chiều cao 300 mm (thí nghiệm nén dọc trục). Để các tiêu chuẩn được tương đương cần có hệ số quy đổi.

CƯỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG Cường độ là chỉ tiêu quan trọng, là một đặc trưng cơ bản thể hiện khả năng chịu lực của bê tông. Cường độ của bê tông phụ thuộc vào thành phần và cấu trúc của nó. Để xác định cường độ của bê tông người ta đi thí nghiệm mẫu. Thí nghiệm phá hoại là phương pháp xác định cường độ một cách trực tiếp và phổ biến nhất.

Ngoài ra còn có thể dùng các phương pháp gián tiếp không phá hoại mẫu thử như: dùng sóng siêu âm, ép lõm viên bi trên bề mặt bê tông. Cường độ chịu nén Trong kết cấu xây dựng, bê tông chịu nhiều tác động khác nhau: chịu nén, uốn, kéo, trượt, trong đó chịu nén là ưu thế lớn nhất của bê tông. Do đó, người ta thường lấy cường độ chịu nén là chỉ tiêu đặc trưng để đánh giá chất lượng bê tông. Theo tiêu chuẩn xây dựng của Việt Nam (TCVN 3105:1993, TCVN 4453:1995), mẫu dùng để đo cường độ là một mẫu bê tông hình lập phương có kích thước 150 mm × 150 mm × 150 mm, được dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn quy định trong TCVN 3105:1993, trong thời gian 28 ngày sau khi bê tông ninh kết.

Sau đó được đưa vào máy nén để đo ứng suất nén phá hủy mẫu (qua đó xác định được cường độ chịu nén của bê tông), đơn vị tính bằng MPa (N/mm²) hoặc daN/cm² (kg/cm²). Mẫu thí nghiệm cường độ chịu nén Với khối trụ tròn thường có diện tích đáy A = 200 cm2; chiều cao h = 2D = 320 mm. Khi khoan mẫu từ kết cấu có sẵn thường lấy mẫu trụ tròn có đường kính D = 50 ÷ 150 mm; chiều cao h = (1÷1,5)D. Thí nghiệm bằng máy nén.

Tăng lực nén từ từ cho đến khi mẫu bị phá hoại. Gọi lực phá hoại là P thì cường độ của mẫu là R được xác định như sau: P R (0.2) A A – diện tích tiết diện ngang của mẫu. Đơn vị tính của R thường dùng là MPa (Meega Pascan) hoặc kG/cm2 1MPa = 106 Pa = 106 N/m2= N/mm2= 9,81 kG/cm2. Bê tông thông thường có R = 5 ÷ 30 MPa.

Bê tông có R > 40MPa là loại cường độ cao. Hiện nay, người ta đã chế tạo được các loại bê tông đặc biệt có R ≥ 80MPa. Khi bị nén, ngoài biến dạng co ngắn theo phương tác dụng của lực, bê tông còn bị nở ngang. Thông thường chính sự nở ngang quá mức làm cho bê tông bị nứt và bị phá vỡ.

Nếu hạn chế được mức độ nở ngang của bê tông có thể làm tăng khả năng chịu nén của nó. Trong thí nghiệm nếu không bôi trơn mặt tiếp xúc giữa mẫu thử và bàn máy nén thì tại đó sẽ xuất hiện lực ma sát có tác dụng cản trở sự nở 12 ngang, kết quả mẫu bị phá hoại theo hình tháp đối đỉnh. Nếu bôi trơn mặt tiếp xúc để bê tông tự do nở ngang thì khi biến dạng ngang quá mức trong mẫu sẽ xuất hiện các vết nứt dọc và sự phá hoại xảy ra như Hình 2. Cường độ của mẫu được bôi trơn thấp hơn cường độ của mẫu khối vuông có ma sát.

Sự phá hoại mẫu thử khối vuông 1 – mẫu; 2 – bàn máy nén; 3 – ma sát; 4 – bê tông bị ép vụn; 5 – hình tháp phá hoại; 6 – vết nứt dọc trong mẫu Vì ma sát làm cản trở biến dạng ngang mà với mẫu khối vuông khi tăng cạnh a thì R giảm và cường độ của mẫu hình trụ thấp hơn cường độ của mẫu khối vuông. Các phương pháp xác định cường độ chịu nén của bê tông gồm 2 phương pháp chính : - Phương pháp trực tiếp: là lấy mẫu thử tại công trình cần xác định bằng cách khoan trực tiếp hay đúc riêng mẫu (các số liệu của mẫu đúc đều giống với mẫu ở công trình), sau đó đưa vào phòng thí nghiệm để kiểm tra. Ở phương pháp này gây phá hoại trực tiếp mẫu thí nghiệm và cho kết quả chính xác với sai số nhỏ. - Phương pháp gián tiếp: là dùng các thiết bị chuyên dụng như: máy bắn bê tông, máy đo cường độ nén,.

để tiến hành đo trực tiếp cường độ bê tông tại chỗ. Phương pháp này có độ chính xác thấp hơn phương pháp trực tiếp. Nhân tố quyết định cường độ của bê tông 2. Thành phần và cách chế tạo bê tông Chất lượng và số lượng xi măng: Với cường độ bê tông đã dự kiến, khi dùng xi măng chất lượng cao hơn thì số lượng sẽ ít hơn.

Trong một giới hạn nào đó khi tăng lượng xi măng cũng sẽ tăng cường độ bê tông nhưng nói chung hiệu quả không cao và thường làm tăng biến dạng co ngót gây hậu quả xấu. Khi cần có bê tông cường độ cao nên dùng xi măng mác cao với số lượng hợp lý. 13 Độ cứng, độ sạch và tỉ lệ thành phần của cốt liệu (cấp phối): Khi chọn được cấp phối hợp lí không những tăng được cường độ bê tông mà còn sử dụng xi măng một cách tiết kiệm. Tỉ lệ nước - xi măng: Khi tỉ lệ này tăng lên thì cường độ và độ đặc chắc của bê tông đều bị giảm và biến dạng do co ngót tăng.

Chất lượng của việc nhào trộn vữa bê tông, độ đầm chắc của bê tông khi đổ khuôn và điều kiện bảo dưỡng. Điều kiện thí nghiệm Khi bị nén ngoài biến dạng co ngắn theo phương lực tác dụng, bê tông còn bị nở ngang, chính sự nở ngang quá mức làm bê tông bị phá vỡ. Hạn chế sự nở ngang sẽ làm tăng khả năng chịu nén của bê tông. Trong thí nghiệm nếu không bôi trơn bề mặt tiếp xúc thì ma sát tại mặt tiếp xúc hạn chế sự nở ngang của bê tông cho nên cường độ khi nén sẽ lớn hơn khi ta bôi trơn bề mặt tiếp xúc.

Cũng do ma sát nên mẫu bé có cường độ lớn hơn. Tốc độ gia tải có ảnh hưởng đến giá trị cường độ thu được. Tốc độ gia tải quy định là 0.2MPa/giây thì cường độ đạt được là R. Khi gia tải rất nhanh cường độ của bê tông có thể đạt được (1.2)R, còn khi gia tải rất chậm cường độ chỉ đạt được (0.

Thí nghiệm nén một mẫu bê tông đến ứng suất vượt quá 0.95R) rồi giữ nguyên lực nén trong thời gian dài thì đến một lúc nào đó mẫu sẽ bị phá hoại. Đó là hiện tượng bê tông bị giảm cường độ khi tải trọng tác dụng dài hạn. Điều kiện thí nghiệm chuẩn: không bôi trơn, tốc độ gia tải 0,2MPa/giây. Sự phát triển cường độ của bê tông theo thời gian Tuổi của bê tông là thời gian t (tính bằng ngày) kể từ khi chế tạo đến khi thí nghiệm mẫu.

Kết quả thí nghiệm cho biết quan hệ giữa R và t của bê tông dưỡng hộ trong điều kiện bình thường thể hiện trên Hình 2. Đồ thị sự phát triển cường độ của bê tông theo thời gian 14 Trong quá trình khô cứng cường độ tăng dần lên, thời gian đầu tăng nhanh, sau tăng chậm dần. Với bê tông dùng xi măng Pooclăng chế tạo và bảo dưỡng bình thường cường độ tăng nhanh trong 28 ngày đầu. Để biểu diễn sự tăng R theo t có thể dùng công thức thực nghiệm của B.

Xkramtaep theo quy luật logarit, dùng được khi t = 7 ÷ 300 ngày.3) Công thức của viện nghiên cứu bê tông Mỹ ACI: t R  R 28 (0.t a, b: hệ số phụ thuộc vào loại xi măng. Thông thường a= 4; b= 0,85, với xi măng đông cứng nhanh a= 2,3; b= 0,92 Nếu dùng xi măng puzơlan thời gian tăng Rbđ là 90 ngày.