Đặc tính cơ học của bê tông cốt sợi polypropylene phân lớp chức năng sử dụng cốt liệu tái chế được xử lý bằng huyền phù xi măng tro bay na2so4

• Tác giả: Nguyễn Cao Hoàng Long
• Người hướng dẫn: PGS. Bùi Phương Trinh
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng
• Đề tài: Đặc Tính Cơ Học Của Bê Tông Cốt Sợi Polypropylene Phân Lớp Chức Năng Sử Dụng Cốt Liệu Tái Chế Được Xử Lý Bằng Huyền Phù Xi Măng – Tro Bay – Na2SO4
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
• 1.1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
• 1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
• 1.3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC
• 2.1. BÊ TÔNG CỐT SỢI
• 2.1.1. Tính chất của các loại sợi polymer
• 2.1.2. Cơ chế hoạt động của sợi
• 2.2. BÊ TÔNG CỐT LIỆU TÁI CHẾ
• 2.2.1. Giới thiệu về bê tông cốt liệu tái chế
• 2.2.2. Tính chất kỹ thuật của RCA
• 2.2.3. Tính chất của bê tông chứa RCA (RAC)
• 2.2.4. Cấu trúc của RAC
• 2.2.5. Vùng chuyển tiếp trong bê tông sử dụng cốt liệu bê tông tái chế
• 2.2.6. Cơ chế cải thiện RCA bằng huyền phù xi măng – tro bay – natri sunfat
• 2.3. BÊ TÔNG PHÂN LỚP CHỨC NĂNG (FGC)
• 2.3.1. Phương pháp chế tạo
• 2.3.2. Khả năng ổn định bề mặt tiếp xúc
• 2.3.3. Tái phân bố lực tác dụng lên các lớp bê tông
• 3. CHƯƠNG 3: HỆ NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
• 3.1. HỆ NGUYÊN VẬT LIỆU
• 3.1.1. Cốt liệu lớn
• 3.1.2. Phụ gia hóa học
• 3.2. THIẾT KẾ CẤP PHỐI VÀ CHI TIẾT MẪU THÍ NGHIỆM
• 3.2.1. Cấp phối bê tông
• 3.2.2. Chi tiết mẫu thí nghiệm
• 3.3. PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
• 3.3.1. Quy trình xử lý RCA
• 3.3.2. Xác định thời gian ninh kết của hỗn hợp bê tông
• 3.3.3. Quy trình nhào trộn hỗn hợp bê tông
• 3.3.4. Tạo mẫu thí nghiệm
• 3.3.5. Phương pháp thử độ sụt hỗn hợp
• 3.3.6. Quá trình chuẩn bị mẫu
• 3.3.7. Phương pháp dưỡng hộ bê tông
• 3.3.8. Phương pháp thử cường độ chịu nén
• 3.3.9. Phương pháp thử cường độ chịu kéo khi uốn
• 3.3.10. Phương pháp thử độ va đập
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. THỜI GIAN NINH KẾT VÀ ĐỘ LIÊN KẾT GIỮA HAI LỚP BÊ TÔNG TRONG FGC
• 4.1.1. Thời gian ninh kết của hỗn hợp bê tông
• 4.1.2. Khả năng làm việc và độ liên kết giữa hai lớp bê tông trong FGC
• 4.2. ĐỘ SỤT CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG
• 4.3. CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG
• 4.4. CƯỜNG ĐỘ CHỊU KÉO KHI UỐN CỦA BÊ TÔNG
• 4.4.1. Cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông
• 4.5. Mối quan hệ giữa cường độ chịu kéo của uốn và cường độ chịu nén của bê tông
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 5.1. Cường độ chịu nén
• 5.2. Cường độ chịu kéo khi uốn
• DANH SÁCH CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

I. Tổng Quan Về Bê Tông Cốt Sợi Polypropylene Phân Lớp

Quá trình đô thị hóa và phát triển cơ sở hạ tầng diễn ra nhanh chóng, kéo theo nhu cầu lớn về vật liệu xây dựng, đặc biệt là bê tông. Tuy nhiên, việc sản xuất và sử dụng bê tông truyền thống gây ra nhiều tác động tiêu cực đến môi trường, từ việc khai thác tài nguyên thiên nhiên đến xử lý chất thải xây dựng. Do đó, việc nghiên cứu và ứng dụng các loại bê tông bền vững như bê tông cốt sợi polypropylene, bê tông phân lớp chức năng sử dụng cốt liệu tái chế đang trở nên cấp thiết. Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá đặc tính cơ học của loại bê tông này, hướng đến việc phát triển vật liệu xây dựng xanh và hiệu quả.

1.1. Tầm quan trọng của vật liệu xây dựng bền vững

Việc sử dụng cốt liệu tái chế trong bê tông không chỉ giảm thiểu lượng chất thải xây dựng mà còn giúp tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên. Bê tông cốt sợi polypropylene giúp tăng cường độ bền và khả năng chịu lực của bê tông, giảm thiểu nứt vỡ và kéo dài tuổi thọ công trình. Nghiên cứu này góp phần vào việc hiện thực hóa mục tiêu phát triển bền vững trong ngành xây dựng.

1.2. Ưu điểm của bê tông phân lớp chức năng

Bê tông phân lớp chức năng cho phép điều chỉnh thành phần và tính chất của các lớp bê tông khác nhau, tạo ra vật liệu có khả năng đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật khác nhau tại các vị trí khác nhau trong công trình. Điều này giúp tối ưu hóa hiệu quả sử dụng vật liệu và nâng cao hiệu suất của công trình.

II. Vấn Đề Thách Thức Trong Sử Dụng Cốt Liệu Tái Chế

Mặc dù việc sử dụng cốt liệu tái chế mang lại nhiều lợi ích, song vẫn còn tồn tại một số thách thức cần giải quyết. Cốt liệu tái chế trong bê tông thường có chất lượng không đồng đều, độ hút nước cao và chứa nhiều tạp chất, ảnh hưởng đến đặc tính cơ học của bê tông. Để khắc phục vấn đề này, cần có các phương pháp xử lý cốt liệu tái chế hiệu quả, đảm bảo chất lượng và độ tin cậy của vật liệu. Luận văn này tập trung vào việc sử dụng huyền phù xi măng tro bay Na2SO4 để xử lý cốt liệu tái chế.

2.1. Ảnh hưởng của cốt liệu tái chế đến cường độ bê tông

Việc sử dụng cốt liệu tái chế trong bê tông có thể làm giảm cường độ bê tông cốt sợi polypropylene do chất lượng không ổn định của cốt liệu. Cần có các biện pháp kiểm soát chất lượng cốt liệu và điều chỉnh cấp phối bê tông để đảm bảo cường độ và độ bền của vật liệu.

2.2. Giải pháp nâng cao chất lượng cốt liệu tái chế

Các phương pháp xử lý cốt liệu tái chế như nghiền, sàng, rửa và sử dụng huyền phù xi măng có thể giúp cải thiện chất lượng cốt liệu, tăng cường độ bám dính giữa cốt liệu và xi măng, từ đó nâng cao đặc tính cơ học của bê tông. Việc sử dụng tro bay và Na2SO4 trong huyền phù xi măng có thể giúp tăng cường khả năng thủy hóa và giảm thiểu tác động tiêu cực của các tạp chất trong cốt liệu.

III. Cách Xử Lý Cốt Liệu Tái Chế Bằng Huyền Phù Xi Măng

Nghiên cứu này đề xuất phương pháp xử lý cốt liệu tái chế bằng huyền phù xi măng tro bay Na2SO4 nhằm cải thiện đặc tính cơ học của bê tông cốt sợi polypropylene phân lớp chức năng. Huyền phù xi măng giúp lấp đầy các lỗ rỗng trên bề mặt cốt liệu tái chế, tăng cường độ bám dính với xi măng. Tro bay và Na2SO4 đóng vai trò là chất phụ gia khoáng, tăng cường quá trình thủy hóa và cải thiện độ bền của bê tông. Quá trình này góp phần nâng cao cường độ bê tông cốt sợi polypropylene và độ bền của vật liệu.

3.1. Thành phần và tỷ lệ huyền phù xi măng

Tỷ lệ giữa xi măng, tro bay, Na2SO4 và nước trong huyền phù cần được tối ưu hóa để đạt được hiệu quả xử lý cao nhất. Nghiên cứu sẽ tiến hành các thí nghiệm để xác định tỷ lệ phù hợp, đảm bảo khả năng thẩm thấu, lấp đầy các lỗ rỗng và tăng cường độ bám dính của cốt liệu.

3.2. Quy trình xử lý cốt liệu tái chế

Quy trình xử lý cốt liệu tái chế bao gồm các bước: chuẩn bị huyền phù, ngâm cốt liệu trong huyền phù, làm khô và kiểm tra chất lượng. Thời gian ngâm, nhiệt độ và các yếu tố khác cần được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo hiệu quả xử lý và chất lượng cốt liệu.

3.3. Tác động của Na2SO4 đến quá trình xử lý

Na2SO4 trong bê tông có tác dụng thúc đẩy quá trình thủy hóa xi măng và tăng cường khả năng liên kết giữa cốt liệu và xi măng. Nghiên cứu sẽ đánh giá ảnh hưởng của Na2SO4 đến hiệu quả xử lý cốt liệu tái chế và đặc tính cơ học của bê tông.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Bê Tông Phân Lớp Chức Năng Cốt Sợi PP

Nghiên cứu này tập trung vào ứng dụng thực tiễn của bê tông cốt sợi polypropylene phân lớp chức năng sử dụng cốt liệu tái chế đã qua xử lý trong các công trình xây dựng. Bằng cách kết hợp các lớp bê tông với thành phần và tính chất khác nhau, có thể tạo ra vật liệu có khả năng chịu tải cao, độ bền tốt và khả năng chống nứt hiệu quả. Bê tông phân lớp chức năng đặc biệt phù hợp cho các cấu kiện chịu uốn, chịu nén và chịu tải trọng động.

4.1. Thiết kế cấp phối bê tông phân lớp chức năng

Việc thiết kế cấp phối bê tông phân lớp chức năng cần xem xét đến các yêu cầu kỹ thuật khác nhau của từng lớp. Lớp chịu nén có thể sử dụng bê tông cường độ cao với cốt liệu tái chế đã qua xử lý, trong khi lớp chịu kéo có thể sử dụng bê tông cốt sợi polypropylene để tăng cường độ bền và khả năng chống nứt.

4.2. Quy trình sản xuất bê tông phân lớp chức năng

Quy trình sản xuất bê tông phân lớp chức năng bao gồm các bước: trộn bê tông cho từng lớp, đổ bê tông vào khuôn theo thứ tự, đầm và dưỡng hộ. Cần đảm bảo sự liên kết tốt giữa các lớp bê tông để đảm bảo tính toàn vẹn của vật liệu.

4.3. Đánh giá hiệu quả kinh tế của bê tông cốt sợi PP

Nghiên cứu sẽ tiến hành phân tích chi phí để so sánh hiệu quả kinh tế của bê tông cốt sợi polypropylene sử dụng vật liệu tái chế so với bê tông truyền thống. Cần xem xét đến các yếu tố như chi phí vật liệu, chi phí xử lý cốt liệu, chi phí sản xuất và chi phí bảo trì.

V. Kết Quả Nghiên Cứu Đặc Tính Cơ Học Của Bê Tông

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc sử dụng huyền phù xi măng tro bay Na2SO4 để xử lý cốt liệu tái chế giúp cải thiện đáng kể đặc tính cơ học của bê tông cốt sợi polypropylene phân lớp chức năng. Cường độ bê tông cốt sợi polypropylene chịu nén, cường độ chịu kéo khi uốn và độ bền va đập đều tăng lên so với bê tông sử dụng cốt liệu tái chế chưa qua xử lý. Điều này chứng minh tính hiệu quả của phương pháp xử lý và tiềm năng ứng dụng của vật liệu trong thực tế.

5.1. Ảnh hưởng của tro bay đến đặc tính bê tông

Việc sử dụng tro bay trong bê tông giúp tăng cường độ bền, giảm thiểu nứt vỡ và cải thiện khả năng chống thấm của vật liệu. Nghiên cứu sẽ đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến đặc tính cơ học và độ bền của bê tông.

5.2. So sánh với bê tông cốt sợi truyền thống

Kết quả nghiên cứu sẽ được so sánh với các số liệu về đặc tính cơ học của bê tông cốt sợi polypropylene truyền thống để đánh giá ưu điểm và nhược điểm của vật liệu mới, từ đó đưa ra các khuyến nghị về ứng dụng trong thực tế.

5.3. Độ bền của bê tông cốt sợi polypropylene

Nghiên cứu sẽ tập trung vào việc đánh giá độ bền và khả năng chống chịu các tác động môi trường của bê tông cốt sợi polypropylene phân lớp chức năng sử dụng cốt liệu tái chế. Điều này bao gồm các thí nghiệm về độ bền trong môi trường ẩm ướt, môi trường hóa chất và môi trường nhiệt độ cao.

VI. Kết Luận Hướng Phát Triển Bê Tông Cốt Sợi PP

Nghiên cứu đã chứng minh tính khả thi và hiệu quả của việc sử dụng cốt liệu tái chế đã qua xử lý bằng huyền phù xi măng tro bay Na2SO4 trong bê tông cốt sợi polypropylene phân lớp chức năng. Vật liệu mới này không chỉ giúp giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường mà còn mang lại những lợi ích về mặt kỹ thuật và kinh tế. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các phương pháp xử lý cốt liệu tái chế tiên tiến hơn, cũng như tối ưu hóa thành phần và quy trình sản xuất bê tông phân lớp chức năng để mở rộng phạm vi ứng dụng của vật liệu.

6.1. Tương lai của vật liệu xây dựng xanh

Sự phát triển của các loại vật liệu xây dựng xanh như bê tông cốt sợi polypropylene phân lớp chức năng là xu hướng tất yếu trong bối cảnh biến đổi khí hậu và cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên. Cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các nhà nghiên cứu, các nhà sản xuất và các cơ quan quản lý để thúc đẩy ứng dụng rộng rãi các loại vật liệu này trong thực tế.

6.2. Nghiên cứu sâu hơn về ứng xử lâu dài

Cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về ứng xử chịu uốn bê tông cốt sợi polypropylene lâu dài của bê tông phân lớp chức năng sử dụng cốt liệu tái chế, đặc biệt là khả năng chống chịu các tác động môi trường và tải trọng lặp đi lặp lại, để đảm bảo độ an toàn và độ bền của công trình.

6.3. Tiềm năng phát triển bê tông tái chế

Bê tông tái chế có tiềm năng lớn trong việc giảm thiểu chất thải xây dựng và tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên. Cần có các chính sách hỗ trợ và khuyến khích để thúc đẩy ứng dụng rộng rãi bê tông cốt sợi polypropylene trong các công trình xây dựng.

Tổng quan nghiên cứu

Quá trình đô thị hóa nhanh chóng đã tạo ra lượng lớn phế thải xây dựng, đồng thời làm tăng nhu cầu khai thác tài nguyên thiên nhiên để sản xuất bê tông, gây áp lực lớn lên môi trường. Theo ước tính, sản lượng bê tông toàn cầu hiện đạt khoảng 35 tỷ tấn mỗi năm, trong đó đá chiếm tỷ lệ lớn nhất làm vật liệu cấu thành bê tông. Tuy nhiên, việc khai thác đá quá mức không chỉ làm cạn kiệt nguồn tài nguyên mà còn gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến đời sống dân cư. Bên cạnh đó, mỗi năm Việt Nam thải ra khoảng 16 triệu tấn tro bay và xỉ từ các nhà máy nhiệt điện than, tạo áp lực lớn về xử lý và tận dụng chất thải.

Trong bối cảnh đó, việc sử dụng cốt liệu bê tông tái chế (RCA) từ phế thải xây dựng và phát triển bê tông phân lớp chức năng (FGC) được xem là giải pháp bền vững, giúp tiết kiệm tài nguyên và giảm thiểu tác động môi trường. Nghiên cứu này nhằm đánh giá đặc tính cơ học của FGC gồm hai lớp bê tông: lớp trên sử dụng bê tông thường (NC) và lớp dưới sử dụng bê tông chứa RCA đã xử lý kết hợp với sợi polypropylene (PP). Mục tiêu cụ thể là thiết kế cấp phối bê tông có cường độ thiết kế 70 MPa ở 28 ngày tuổi, xử lý RCA bằng huyền phù xi măng – tro bay – Na2SO4, và đánh giá các chỉ tiêu cơ học như cường độ chịu nén, chịu kéo khi uốn và độ va đập. Nghiên cứu được thực hiện tại phòng thí nghiệm Đại học Bách Khoa, TP. Hồ Chí Minh trong khoảng thời gian từ tháng 9 đến tháng 12 năm 2023. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển vật liệu xây dựng xanh, bền vững, góp phần giảm thiểu khai thác tài nguyên thiên nhiên và xử lý phế thải xây dựng hiệu quả.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên ba lý thuyết và mô hình chính:

1. Lý thuyết bê tông cốt sợi (Fiber Reinforced Concrete - FRC): Sợi polypropylene (PP) được sử dụng để tăng cường độ chịu kéo, độ dẻo dai và kiểm soát vết nứt trong bê tông. Sợi PP có khả năng giảm co ngót dẻo và co ngót khô, cải thiện tính thấm và độ mài mòn của bê tông. Tuy nhiên, hàm lượng sợi cần được kiểm soát để tránh ảnh hưởng tiêu cực đến tính công tác và cường độ bê tông.

2. Lý thuyết bê tông cốt liệu tái chế (Recycled Aggregate Concrete - RAC): RCA có đặc tính kỹ thuật kém hơn cốt liệu tự nhiên do lớp vữa cũ bám trên bề mặt và vùng chuyển tiếp (ITZ) yếu. Việc xử lý RCA bằng huyền phù xi măng – tro bay – Na2SO4 giúp cải thiện bề mặt, giảm độ rỗng và độ hút nước, từ đó nâng cao cường độ và độ bền của bê tông chứa RCA.

3. Mô hình bê tông phân lớp chức năng (Functionally Graded Concrete - FGC): FGC gồm nhiều lớp bê tông với thành phần và tính năng khác nhau, giúp tái phân bố lực tác dụng và tăng khả năng chịu tải. Phương pháp tạo hình theo phương ngang (fresh on hardened - FOH) được áp dụng để đảm bảo tính ổn định bề mặt tiếp xúc giữa các lớp.

Các khái niệm chính bao gồm: cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo khi uốn, độ va đập, vùng chuyển tiếp (ITZ), phản ứng pozzolanic của tro bay, và cơ chế hoạt hóa natri sulfat trong huyền phù.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Nghiên cứu sử dụng nguyên vật liệu địa phương gồm xi măng Hà Tiên Portland loại I, cát sông, đá dăm, RCA, tro bay, natri sulfat, sợi PP với hàm lượng 0.3% thể tích, và phụ gia Sika ViscoCrete 3168.

• Thiết kế cấp phối: Bê tông thường (NC) có cường độ thiết kế 70 MPa ở 28 ngày tuổi, bê tông có sợi PP (NP), bê tông sử dụng RCA thay thế 50% đá dăm (cả xử lý và không xử lý), kết hợp hoặc không kết hợp sợi PP.

• Xử lý RCA: RCA được ngâm trong huyền phù xi măng – tro bay – Na2SO4 với tỷ lệ và thời gian ngâm tối ưu nhằm cải thiện bề mặt và tính chất cơ học.

• Phương pháp thí nghiệm:

  • Cỡ mẫu: mẫu lập phương 100×100×100 mm (cường độ chịu nén), mẫu dầm 100×100×400 mm (cường độ chịu kéo khi uốn), mẫu trụ d150×h63.5 mm (độ va đập).
  • Phương pháp chọn mẫu: lấy mẫu đại diện theo tiêu chuẩn ACI 318-11 và ACI 211.1-91.
  • Phân tích: đo cường độ chịu nén, chịu kéo khi uốn và độ va đập ở các tuổi 3, 7, 28 và 56 ngày.
  • Timeline nghiên cứu: từ tháng 9 đến tháng 12 năm 2023, tại phòng thí nghiệm Bộ môn Vật liệu Xây dựng, Đại học Bách Khoa, TP. Hồ Chí Minh.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Cường độ chịu nén: Mẫu FGC sử dụng RCA đã xử lý có cường độ chịu nén cao hơn khoảng 10-15% so với mẫu sử dụng RCA chưa xử lý ở 28 ngày tuổi. Cường độ chịu nén của bê tông NC đạt 70 MPa, trong khi mẫu FGC NC–T.P (lớp trên NC, lớp dưới RCA xử lý kết hợp sợi PP) đạt giá trị tối ưu nhất.

2. Cường độ chịu kéo khi uốn: Các mẫu FGC có kết hợp sợi PP ở lớp dưới có cường độ chịu kéo khi uốn cao hơn từ 20-25% so với các mẫu không có sợi PP. Điều này chứng tỏ sợi PP đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường độ chịu kéo và kiểm soát vết nứt.

3. Độ va đập: Mẫu FGC có sợi PP thể hiện khả năng chịu va đập cao hơn gấp đôi so với mẫu không có sợi PP, đặc biệt ở các tuổi 28 và 56 ngày. Sự liên kết của sợi PP giúp ngăn chặn sự lan truyền vết nứt nhỏ, nâng cao độ bền va đập.

4. Tính ổn định bề mặt tiếp xúc: Thời gian ninh kết lớp dưới ảnh hưởng đến độ liên kết giữa hai lớp bê tông trong FGC. Khoảng thời gian đổ lớp trên sau 20-60 phút giúp đảm bảo tính ổn định và liên kết tốt giữa các lớp.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy việc xử lý RCA bằng huyền phù xi măng – tro bay – Na2SO4 cải thiện đáng kể đặc tính bề mặt, giảm độ rỗng và độ hút nước, từ đó nâng cao cường độ chịu nén của bê tông chứa RCA. Sự kết hợp sợi PP trong lớp dưới của FGC giúp tăng cường khả năng chịu kéo và độ dẻo dai, phù hợp với các nghiên cứu trước đây về bê tông cốt sợi.

So sánh với các nghiên cứu trong và ngoài nước, kết quả này đồng nhất với nhận định rằng FGC có thể tối ưu hóa tính năng cơ học bằng cách phân lớp vật liệu phù hợp. Việc sử dụng FGC với lớp trên là bê tông thường và lớp dưới là bê tông chứa RCA xử lý kết hợp sợi PP (NC–T.P) mang lại hiệu quả tối ưu về cường độ và độ bền va đập, đồng thời góp phần tiết kiệm tài nguyên và bảo vệ môi trường.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh cường độ chịu nén, chịu kéo khi uốn và số lần va đập giữa các mẫu FGC khác nhau theo các tuổi bê tông, giúp minh họa rõ ràng sự cải thiện tính chất cơ học nhờ xử lý RCA và bổ sung sợi PP.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng xử lý RCA bằng huyền phù xi măng – tro bay – Na2SO4: Khuyến nghị các nhà sản xuất bê tông tái chế áp dụng phương pháp xử lý này để cải thiện đặc tính bề mặt RCA, nâng cao cường độ và độ bền của bê tông tái chế. Thời gian xử lý tối ưu khoảng 72 giờ, thực hiện trong vòng 6 tháng tới.

2. Sử dụng sợi polypropylene với hàm lượng 0.3% thể tích: Đề xuất bổ sung sợi PP trong lớp bê tông dưới của FGC nhằm tăng cường độ chịu kéo và độ dẻo dai, giảm vết nứt và tăng khả năng chịu va đập. Thực hiện áp dụng trong các dự án xây dựng có yêu cầu cao về độ bền cơ học trong 1 năm tới.

3. Phát triển và ứng dụng bê tông phân lớp chức năng (FGC): Khuyến khích nghiên cứu và triển khai FGC với cấu trúc hai lớp (lớp trên bê tông thường, lớp dưới bê tông chứa RCA xử lý và sợi PP) trong các công trình hạ tầng, đặc biệt là hầm giao thông và kết cấu chịu tải trọng lớn. Thời gian thử nghiệm và áp dụng thực tế trong 2 năm.

4. Đào tạo và nâng cao nhận thức về vật liệu xanh: Tổ chức các khóa đào tạo, hội thảo cho kỹ sư, nhà thầu và cán bộ quản lý về lợi ích và kỹ thuật sử dụng bê tông tái chế và FGC nhằm thúc đẩy phát triển bền vững ngành xây dựng. Triển khai trong vòng 1 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư và nhà thiết kế kết cấu: Nghiên cứu cung cấp dữ liệu và phương pháp thiết kế bê tông phân lớp chức năng, giúp tối ưu hóa vật liệu và nâng cao hiệu quả công trình.

2. Nhà sản xuất vật liệu xây dựng: Tham khảo quy trình xử lý RCA và phối hợp sợi PP để sản xuất bê tông tái chế chất lượng cao, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và môi trường.

3. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng tiêu chuẩn, quy định về sử dụng vật liệu tái chế và bê tông xanh trong xây dựng, góp phần phát triển bền vững.

4. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật xây dựng: Tài liệu tham khảo chuyên sâu về cơ sở lý thuyết, phương pháp thí nghiệm và kết quả nghiên cứu mới về bê tông phân lớp chức năng và vật liệu tái chế.

Câu hỏi thường gặp

1. Bê tông phân lớp chức năng (FGC) là gì?
   FGC là loại bê tông gồm nhiều lớp với thành phần và tính năng khác nhau, giúp tối ưu hóa khả năng chịu lực và độ bền của kết cấu. Ví dụ, lớp trên có thể là bê tông thường, lớp dưới là bê tông chứa cốt liệu tái chế và sợi PP để tăng cường độ dẻo dai.

2. Tại sao cần xử lý cốt liệu bê tông tái chế (RCA)?
   RCA có lớp vữa cũ bám trên bề mặt và vùng chuyển tiếp yếu, làm giảm tính chất cơ học. Xử lý bằng huyền phù xi măng – tro bay – Na2SO4 giúp cải thiện bề mặt, giảm độ rỗng và tăng cường độ chịu nén của bê tông chứa RCA.

3. Hàm lượng sợi polypropylene (PP) tối ưu trong bê tông là bao nhiêu?
   Nghiên cứu cho thấy hàm lượng 0.3% thể tích sợi PP giúp tăng cường độ chịu kéo khi uốn và độ va đập mà không ảnh hưởng tiêu cực đến tính công tác của bê tông.

4. Phương pháp tạo hình FGC nào được sử dụng trong nghiên cứu?
   Phương pháp fresh on hardened (FOH) được áp dụng, tức là đổ lớp trên khi lớp dưới đã ninh kết, giúp đảm bảo tính ổn định bề mặt tiếp xúc và liên kết giữa các lớp.

5. Lợi ích của việc sử dụng FGC trong xây dựng là gì?
   FGC giúp tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên, giảm chi phí vật liệu, tăng cường độ và độ bền của kết cấu, đồng thời góp phần phát triển xây dựng bền vững và thân thiện với môi trường.

Kết luận

• Đã thiết kế và chế tạo thành công bê tông phân lớp chức năng (FGC) gồm lớp trên là bê tông thường và lớp dưới là bê tông chứa RCA xử lý kết hợp sợi PP với cường độ thiết kế 70 MPa.
• Xử lý RCA bằng huyền phù xi măng – tro bay – Na2SO4 cải thiện đáng kể đặc tính bề mặt và nâng cao cường độ chịu nén của bê tông chứa RCA.
• Bổ sung sợi polypropylene 0.3% thể tích giúp tăng cường độ chịu kéo khi uốn và độ va đập của FGC, nâng cao độ dẻo dai và khả năng chịu lực.
• Mẫu FGC NC–T.P cho kết quả cơ học tối ưu, phù hợp ứng dụng trong các công trình xây dựng bền vững.
• Đề xuất triển khai áp dụng xử lý RCA, bổ sung sợi PP và phát triển FGC trong thực tế xây dựng trong vòng 1-2 năm tới nhằm tiết kiệm tài nguyên và bảo vệ môi trường.

Luận văn mở ra hướng nghiên cứu mới về vật liệu xây dựng xanh, bền vững, kêu gọi các nhà nghiên cứu, kỹ sư và nhà quản lý cùng hợp tác phát triển ứng dụng rộng rãi bê tông phân lớp chức năng sử dụng cốt liệu tái chế và sợi polypropylene.