Luận văn ThS. Trần Thị Thoa: Nghiên cứu dầm BTCT chịu uốn dùng cốt liệu bê tông cũ

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích Nghiên cứu sự làm việc chịu uốn của dầm bê tông cốt thép có sử dụng một phần cốt liệu từ bê tông cũ, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề

• Tác giả: Trần Thị Thoa
• Người hướng dẫn: TS. Lê Đức Hiển
• Trường học: Đại học Lạc Hồng
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng
• Đề tài: Nghiên cứu sự làm việc chịu uốn của dầm bê tông cốt thép, có sử dụng một phần cốt liệu từ bê tông cũ
• Loại tài liệu: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Xây dựng
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Đồng Nai

Tóm tắt

I. Khám phá Dầm BTCT Chịu Uốn Dùng Cốt Liệu Bê Tông Tái Chế Tương Lai Xanh

Trong bối cảnh toàn cầu ngày càng chú trọng đến giải pháp bền vững trong xây dựng, ngành công nghiệp xây dựng đang tìm kiếm các vật liệu và công nghệ mới. Một trong những hướng đi đầy hứa hẹn là việc sử dụng cốt liệu bê tông tái chế (CLBTTC) để sản xuất dầm bê tông cốt thép tái chế. Sáng kiến này không chỉ góp phần giảm thiểu lượng phế liệu xây dựng khổng lồ mà còn bảo vệ tài nguyên thiên nhiên đang cạn kiệt. Việc tái chế vật liệu xây dựng cũ không còn là lựa chọn mà là một yêu cầu cấp thiết để hướng tới một tương lai xanh hơn. Luận văn “Nghiên cứu sự làm việc chịu uốn của dầm Bê tông cốt thép, có sử dụng một phần cốt liệu từ bê tông cũ” của Trần Thị Thoa (2020) đã đi sâu vào khía cạnh này, nhằm đánh giá khả năng chịu uốn dầm BTCT tái chế và tiềm năng ứng dụng thực tiễn của nó. Nghiên cứu này tập trung vào việc thay thế một phần cốt liệu tự nhiên bằng cốt liệu tái chế, qua đó cung cấp cái nhìn chi tiết về tính chất cơ học dầm tái chế và hiệu suất dầm BTCT cốt liệu tái chế. Mục tiêu là chứng minh rằng dầm BTCT bền vững có thể được chế tạo từ vật liệu tái chế, đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt. Việc phát triển bê tông cốt liệu tái chế chịu uốn không chỉ mang lại lợi ích môi trường mà còn mở ra hướng đi mới cho kinh tế tuần hoàn trong xây dựng, tạo ra các sản phẩm bê tông xanh trong kết cấu hiệu quả. Qua đó, các công trình sẽ không chỉ vững chắc về mặt kết cấu mà còn thân thiện với môi trường, góp phần giảm thiểu lượng khí thải carbon và tác động tiêu cực đến hệ sinh thái. Nghiên cứu này đóng vai trò quan trọng trong việc định hình các tiêu chuẩn và quy trình cho việc sản xuất và thi công dầm BTCT tái chế trong tương lai.

1.1. Giới thiệu Bê tông cốt thép tái chế và Giải pháp bền vững

Sự phát triển không ngừng của các đô thị kéo theo lượng phế liệu xây dựng ngày càng tăng, đặt ra thách thức lớn về môi trường. Tại Việt Nam, đặc biệt là TP.HCM, mỗi ngày có khoảng 2.000 tấn phế liệu xây dựng được thải ra, nhưng chỉ một nửa được xử lý đúng quy định (Trần Thị Thoa, 2020). Điều này thúc đẩy nhu cầu cấp thiết về tái chế vật liệu xây dựng. Dầm bê tông cốt thép tái chế nổi lên như một giải pháp bền vững trong xây dựng, giúp chuyển đổi chất thải thành tài nguyên quý giá. Ý tưởng này xuất phát từ những nghiên cứu tiên phong ở Đức từ những năm 1990, nơi bê tông cốt liệu tái chế chịu uốn được phát triển để tối ưu hóa hiệu suất và giảm gánh nặng môi trường. Việc ứng dụng dầm BTCT bền vững từ cốt liệu tái chế không chỉ giảm áp lực lên các bãi chôn lấp mà còn tiết kiệm nguồn cốt liệu tự nhiên quý giá. Mục tiêu là tạo ra các cấu kiện kết cấu bê tông có độ bền dầm bê tông cốt thép tái chế tương đương với bê tông truyền thống, đồng thời thân thiện hơn với môi trường.

1.2. Cốt liệu bê tông phá dỡ Nguồn gốc và Tiềm năng ứng dụng

Cốt liệu bê tông phá dỡ (CLBTTC) là sản phẩm của quá trình phá dỡ các công trình cũ, bao gồm chung cư, công sở, nhà ở và các tòa nhà xuống cấp. Nguồn vật liệu xây dựng tái chế này rất phong phú và có tiềm năng lớn. Việc ứng dụng cốt liệu bê tông tái chế giúp giảm nhu cầu khai thác đá, cát từ tự nhiên, bảo vệ cảnh quan và hệ sinh thái. Theo luận văn, CLBTTC có thể được phân loại theo chất lượng để tái sử dụng: từ san lấp mặt bằng, làm lớp nền móng đường giao thông đến sản xuất cốt liệu chất lượng cao cho bê tông kết cấu. Đặc biệt, loại phế liệu từ bê tông xi măng được đánh giá là phổ biến và có chất lượng ổn định, rất phù hợp để làm cốt liệu tái sinh cho bê tông mới. Việc tận dụng tối đa nguồn tài nguyên này mở ra cơ hội lớn để phát triển bê tông xanh trong kết cấu, góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành xây dựng.

II. Thách Thức Khi Dùng Cốt Liệu Bê Tông Tái Chế Trong Dầm Chịu Uốn

Việc tích hợp cốt liệu bê tông tái chế vào dầm BTCT chịu uốn dùng cốt liệu bê tông tái chế mang lại nhiều lợi ích, song cũng đặt ra không ít thách thức kỹ thuật. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng cốt liệu tái chế thường có tính chất cơ học kém hơn so với cốt liệu tự nhiên. Điều này là do hạt cốt liệu tái chế thường có cấu tạo rỗng xốp, với các vết nứt nhỏ và lớp vữa cũ bám dính trên bề mặt, làm tăng độ hút nước và giảm cường độ chịu nén của bê tông (Trần Thị Thoa, 2020). Các đặc điểm này ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chịu uốn dầm BTCT tái chế, đòi hỏi các kỹ sư phải có những điều chỉnh đáng kể trong thiết kế dầm BTCT dùng cốt liệu tái chế và quy trình sản xuất. Cụ thể, các vấn đề về độ bền dầm bê tông cốt thép tái chế, độ võng dầm BTCT tái chế và modul đàn hồi bê tông tái chế cần được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo an toàn và hiệu suất làm việc của cấu kiện. Ngoài ra, việc kiểm soát chất lượng của cốt liệu bê tông phá dỡ đầu vào cũng là một yếu tố then chốt, bởi sự lẫn tạp chất có thể làm giảm đáng kể hiệu suất dầm BTCT cốt liệu tái chế. Các nhà nghiên cứu đang tiếp tục tìm kiếm các giải pháp để cải thiện tính chất cơ học của CLBTTC, từ các biện pháp xử lý vật lý đến hóa học, nhằm khắc phục những hạn chế cố hữu và mở rộng phạm vi ứng dụng cốt liệu bê tông tái chế trong các kết cấu chịu lực. Để bê tông cốt liệu tái chế chịu uốn trở thành vật liệu chủ đạo, việc vượt qua những rào cản kỹ thuật này là điều bắt buộc.

2.1. Ảnh hưởng cốt liệu tái chế đến tính chất cơ học dầm tái chế

Một trong những mối quan ngại chính khi sử dụng cốt liệu bê tông tái chế là ảnh hưởng của nó đến tính chất cơ học dầm tái chế. Cốt liệu tái chế thường có độ rỗng cao hơn và độ hút nước lớn hơn cốt liệu tự nhiên do lớp vữa xi măng cũ còn bám dính và cấu trúc hạt không đồng nhất (Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong, Nguyễn Đình Cống, 2011). Điều này dẫn đến sự giảm cường độ chịu nén và modul đàn hồi bê tông tái chế, từ đó ảnh hưởng tiêu cực đến khả năng chịu uốn dầm BTCT tái chế. Hạt cốt liệu không đồng nhất cũng có thể làm tăng nội ma sát và giảm tính công tác của hỗn hợp bê tông tươi. Các vết nứt li ti trên bề mặt hạt CLBTTC cũng góp phần làm giảm độ bền dầm bê tông cốt thép tái chế tổng thể. Để khắc phục, cần có các giải pháp nâng cao chất lượng CLBTTC, ví dụ như xử lý bề mặt hoặc sử dụng phụ gia phù hợp.

2.2. Độ bền dầm bê tông cốt thép tái chế Vấn đề co ngót và từ biến

Độ bền dầm bê tông cốt thép tái chế là một yếu tố then chốt cần được đánh giá kỹ lưỡng. Bê tông cốt liệu tái chế thường có xu hướng co ngót và từ biến lớn hơn so với bê tông thông thường. Co ngót là hiện tượng giảm thể tích khi bê tông khô cứng, gây ra các vết nứt và giảm khả năng chịu lực. Từ biến là biến dạng dẻo tăng theo thời gian dưới tải trọng dài hạn, làm tăng độ võng dầm BTCT tái chế và có thể gây mất mát ứng suất trong cốt thép ứng lực trước (Phan Quang Minh, 2006). Những yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chịu uốn và khả năng chịu cắt dầm BTCT tái chế. Việc hiểu rõ và kiểm soát các hiện tượng này là cực kỳ quan trọng trong thiết kế dầm BTCT dùng cốt liệu tái chế để đảm bảo tuổi thọ và an toàn cho công trình. Các biện pháp hạn chế co ngót như lựa chọn thành phần bê tông thích hợp, đầm chặt tốt, và bảo dưỡng ẩm liên tục cần được áp dụng nghiêm ngặt.

III. Tối Ưu Hóa Thiết Kế Dầm BTCT Chịu Uốn Với Cốt Liệu Tái Chế

Để khai thác tối đa tiềm năng của dầm BTCT chịu uốn dùng cốt liệu bê tông tái chế, việc tối ưu hóa thiết kế dầm BTCT dùng cốt liệu tái chế là không thể thiếu. Quá trình này đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về tính chất cơ học dầm tái chế và cách chúng bị ảnh hưởng bởi tỷ lệ thay thế cốt liệu tái chế. Các yếu tố như cấp phối bê tông tái chế, loại và kích thước cốt liệu bê tông phá dỡ, cũng như các phương pháp xử lý CLBTTC đều đóng vai trò quyết định đến cường độ chịu uốn dầm bê tông tái chế và modul đàn hồi bê tông tái chế. Mục tiêu là đạt được hiệu suất dầm BTCT cốt liệu tái chế tối ưu, đồng thời tuân thủ các tiêu chuẩn bê tông cốt liệu tái chế hiện hành. Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm với nhiều tỷ lệ thay thế khác nhau (0%, 30%, 40%, 50% cốt liệu tự nhiên bằng cốt liệu tái chế) để đánh giá ảnh hưởng đến khả năng chịu uốn dầm BTCT tái chế (Trần Thị Thoa, 2020). Kết quả từ các thử nghiệm này cung cấp dữ liệu quan trọng để điều chỉnh thiết kế dầm BTCT dùng cốt liệu tái chế sao cho phù hợp với đặc tính riêng của bê tông cốt liệu tái chế chịu uốn. Việc sử dụng phần mềm mô phỏng và các tính toán lý thuyết dựa trên TCVN 5574-2018 kết hợp với thực nghiệm là cách tiếp cận toàn diện để đảm bảo an toàn và hiệu quả kinh tế cho dầm BTCT bền vững.

3.1. Thiết kế dầm BTCT dùng cốt liệu tái chế Nguyên tắc cơ bản

Thiết kế dầm BTCT dùng cốt liệu tái chế cần tuân thủ các nguyên tắc thiết kế kết cấu bê tông cốt thép truyền thống, nhưng có sự điều chỉnh để phù hợp với đặc tính của cốt liệu bê tông tái chế. Cụ thể, cần xem xét sự giảm nhẹ về cường độ chịu nén và modul đàn hồi bê tông tái chế so với bê tông sử dụng cốt liệu tự nhiên. Việc tính toán khả năng chịu lực chịu uốn của dầm phải dựa trên các thông số vật liệu đã được kiểm nghiệm thực tế hoặc qua các nghiên cứu tin cậy. Luận văn của Trần Thị Thoa (2020) đã sử dụng TCVN 5574-2018 làm cơ sở lý thuyết để tính toán khả năng chịu uốn dầm BTCT tái chế, sau đó so sánh với kết quả thực nghiệm. Điều này giúp xác định các hệ số an toàn phù hợp và đảm bảo độ bền dầm bê tông cốt thép tái chế trong quá trình sử dụng. Lớp bảo vệ cốt thép, kích thước tiết diện dầm, và bố trí cốt thép cần được xem xét cẩn thận để bù đắp cho những thay đổi về tính chất cơ học dầm tái chế.

3.2. Cấp phối bê tông tái chế Đảm bảo cường độ chịu uốn dầm

Cấp phối bê tông tái chế là yếu tố then chốt quyết định cường độ chịu uốn dầm bê tông tái chế. Do cốt liệu tái chế có độ hút nước cao hơn và bề mặt xốp hơn, tỷ lệ nước/xi măng cần được điều chỉnh cẩn thận để đảm bảo tính công tác và cường độ chịu nén mong muốn. Việc lựa chọn phân loại cốt liệu tái chế theo kích thước hạt và thành phần vữa cũ bám dính là rất quan trọng. Các nghiên cứu chỉ ra rằng, việc sử dụng phụ gia siêu dẻo hoặc các chất hoạt tính bề mặt có thể cải thiện hiệu suất dầm BTCT cốt liệu tái chế bằng cách giảm lượng nước trộn và tăng độ đặc chắc của hỗn hợp. Luận văn đã thiết kế cấp phối bê tông cho các tỷ lệ thay thế cốt liệu 0%, 30%, 40% và 50% để đánh giá trực tiếp ảnh hưởng của chúng lên khả năng chịu uốn dầm BTCT tái chế (Trần Thị Thoa, 2020). Mục tiêu là tìm ra cấp phối tối ưu để dầm BTCT bền vững có thể đạt cường độ chịu uốn yêu cầu mà vẫn tối đa hóa lượng vật liệu tái chế sử dụng.

3.3. Tiêu chuẩn bê tông cốt liệu tái chế Quy định và Thực hành

Để dầm BTCT chịu uốn dùng cốt liệu bê tông tái chế được chấp nhận rộng rãi, việc ban hành và tuân thủ các tiêu chuẩn bê tông cốt liệu tái chế là thiết yếu. Hiện nay, nhiều quốc gia phát triển đã có các quy định cụ thể về việc sử dụng CLBTTC trong xây dựng. Tại Việt Nam, các tiêu chuẩn như TCVN 3105:1993 (lấy mẫu, chế tạo và bảo dưỡng mẫu thử), TCVN 3118:1993 (xác định cường độ nén) và TCVN 7570:2006 (yêu cầu kỹ thuật cốt liệu) là cơ sở để đánh giá chất lượng bê tông cốt liệu tái chế. Luận văn của Trần Thị Thoa (2020) đã áp dụng các tiêu chuẩn này trong quá trình thực nghiệm và tính toán, minh chứng cho sự cần thiết của một khung pháp lý rõ ràng. Việc phát triển các tiêu chuẩn bê tông cốt liệu tái chế chuyên biệt sẽ giúp các nhà thiết kế và thi công dễ dàng hơn trong việc ứng dụng cốt liệu bê tông tái chế, đảm bảo độ bền dầm bê tông cốt thép tái chế và an toàn cho công trình. Sự đồng bộ giữa lý thuyết, thực hành và tiêu chuẩn là chìa khóa để thúc đẩy việc sử dụng giải pháp bền vững trong xây dựng này.

IV. Đánh Giá Khả Năng Chịu Uốn Của Dầm Bê Tông Cốt Thép Tái Chế

Việc đánh giá khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép tái chế là trọng tâm của nhiều nghiên cứu, bao gồm cả luận văn của Trần Thị Thoa (2020). Mục tiêu là xác định hiệu suất dầm BTCT cốt liệu tái chế khi một phần cốt liệu tự nhiên được thay thế bằng cốt liệu bê tông phá dỡ. Các thí nghiệm thực tế đóng vai trò quyết định trong việc cung cấp dữ liệu chính xác về cường độ chịu uốn dầm bê tông tái chế, độ võng dầm BTCT tái chế và khả năng chịu cắt dầm BTCT tái chế. Trong nghiên cứu, các mẫu dầm BTCT chịu uốn dùng cốt liệu bê tông tái chế với tỷ lệ thay thế 0%, 30%, 40% và 50% đã được chế tạo và kiểm tra dưới tải trọng uốn tại một điểm giữa dầm. Các thiết bị đo biến dạng (Strain Gauges) và chuyển vị (LVDTs) được lắp đặt để ghi lại dữ liệu về ứng xử của dầm. Kết quả thực nghiệm sau đó được so sánh với các tính toán lý thuyết dựa trên TCVN 5574-2018. Sự so sánh này không chỉ giúp đánh giá mức độ ảnh hưởng của CLBTTC đến tính chất cơ học dầm tái chế mà còn xác định tính hợp lệ của các phương pháp tính toán hiện hành khi áp dụng cho bê tông cốt liệu tái chế chịu uốn. Việc kiểm tra cẩn thận độ bền dầm bê tông cốt thép tái chế là cần thiết để đảm bảo rằng các cấu kiện này có thể hoạt động an toàn và hiệu quả trong các kết cấu chịu lực, góp phần vào sự phát triển của dầm BTCT bền vững.

4.1. Phương pháp thực nghiệm xác định khả năng chịu uốn dầm BTCT tái chế

Để xác định khả năng chịu uốn dầm BTCT tái chế, luận văn đã tiến hành một chuỗi thí nghiệm nghiêm ngặt. Các mẫu dầm BTCT chịu uốn dùng cốt liệu bê tông tái chế kích thước 80x150x1200mm, mác bê tông M200, với cốt thép chịu lực D10 và cốt thép đai D6 được chế tạo (Trần Thị Thoa, 2020). Tỷ lệ cốt liệu tái chế được thay thế lần lượt là 0%, 30%, 40% và 50% so với cốt liệu tự nhiên. Công tác thi công dầm BTCT tái chế được thực hiện cẩn thận, bao gồm chuẩn bị cấp phối, đổ và bảo dưỡng bê tông trong điều kiện phòng thí nghiệm. Sau 28 ngày, các dầm được đặt trên hệ thống thí nghiệm để chịu tải trọng tập trung tại giữa dầm. Biến dạng của cốt thép và bê tông, cùng với chuyển vị của dầm, được đo bằng cảm biến Strain Gages và LVDTs. Dữ liệu thu thập được giúp phân tích sự làm việc chịu uốn của dầm ở các giai đoạn tải trọng khác nhau, từ đó rút ra cường độ chịu uốn dầm bê tông tái chế và độ võng dầm BTCT tái chế cuối cùng.

4.2. So sánh hiệu suất dầm BTCT cốt liệu tái chế với dầm truyền thống

Việc so sánh hiệu suất dầm BTCT cốt liệu tái chế với dầm sử dụng cốt liệu tự nhiên (tỷ lệ 0% cốt liệu tái chế) là rất quan trọng. Kết quả thí nghiệm đã chỉ ra sự khác biệt về cường độ chịu uốn, độ võng và biến dạng giữa các mẫu dầm. Luận văn đã tổng hợp các lực trung bình phá hoại dầm và chuyển vị trung bình, biến dạng cốt đai, cốt dọc, biến dạng bê tông cho từng tỷ lệ thay thế (Trần Thị Thoa, 2020). Từ các biểu đồ so sánh, có thể thấy rằng việc sử dụng cốt liệu bê tông tái chế có ảnh hưởng nhất định đến khả năng chịu uốn dầm BTCT tái chế. Mặc dù tính chất cơ học dầm tái chế có thể thấp hơn một chút so với dầm truyền thống, nhưng với các tỷ lệ thay thế nhất định, dầm BTCT bền vững vẫn có thể đáp ứng yêu cầu chịu lực. Điều này khẳng định tiềm năng của bê tông cốt liệu tái chế chịu uốn trong việc trở thành một lựa chọn thay thế khả thi.

4.3. Phân tích biến dạng và độ võng dầm BTCT tái chế

Phân tích biến dạng và độ võng dầm BTCT tái chế là yếu tố then chốt để đánh giá sự làm việc của cấu kiện dưới tải trọng. Kết quả thực nghiệm cho thấy sự thay đổi của biến dạng cốt thép, bê tông và độ võng dầm BTCT tái chế khi tăng tỷ lệ cốt liệu bê tông tái chế (Trần Thị Thoa, 2020). Mặc dù modul đàn hồi bê tông tái chế có thể thấp hơn, việc bố trí cốt thép hiệu quả giúp kiểm soát biến dạng và độ võng. Luận văn đã so sánh các biểu đồ biến dạng và chuyển vị giữa các mẫu dầm có tỷ lệ thay thế cốt liệu khác nhau. Việc hiểu rõ ứng xử biến dạng này cho phép các kỹ sư thiết kế dầm BTCT dùng cốt liệu tái chế một cách chính xác hơn, đảm bảo dầm không vượt quá giới hạn biến dạng cho phép và duy trì độ bền dầm bê tông cốt thép tái chế trong suốt vòng đời sử dụng. Điều này cũng liên quan đến khả năng chịu cắt dầm BTCT tái chế, một yếu tố quan trọng trong thiết kế an toàn.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn Dầm BTCT Cốt Liệu Tái Chế Kết Quả Mới

Những nghiên cứu về dầm BTCT chịu uốn dùng cốt liệu bê tông tái chế đã mở ra nhiều cơ hội ứng dụng cốt liệu bê tông tái chế trong thực tiễn xây dựng. Từ các công trình dân dụng đến hạ tầng, bê tông cốt liệu tái chế chịu uốn đang dần chứng minh giá trị của mình. Mặc dù có những thách thức ban đầu về tính chất cơ học dầm tái chế, nhưng với các giải pháp kỹ thuật phù hợp, hiệu suất dầm BTCT cốt liệu tái chế có thể được tối ưu hóa để đáp ứng các yêu cầu thiết kế. Việc thi công dầm BTCT tái chế đã được thử nghiệm và triển khai tại nhiều dự án trên thế giới, góp phần tạo nên các công trình xanh và bền vững. Tại Singapore, cốt liệu bê tông tái chế đã được sử dụng để xây dựng và cải tạo cảng xuất nhập khẩu tại sân bay quốc tế Changi (Trần Thị Thoa, 2020), chứng tỏ tính khả thi và hiệu quả của nó. Tương tự, ở Đức và Pháp, các dự án bê tông xanh trong kết cấu đang được đẩy mạnh nhằm thay đổi nhận thức và khuyến khích sử dụng vật liệu xây dựng tái chế. Các kết quả nghiên cứu cho thấy, với việc kiểm soát chất lượng chặt chẽ và tuân thủ tiêu chuẩn bê tông cốt liệu tái chế, dầm bê tông cốt thép tái chế có thể được ứng dụng rộng rãi, mang lại lợi ích kinh tế đáng kể thông qua việc giảm chi phí vận chuyển phế liệu và mua sắm vật liệu mới. Điều này không chỉ giúp tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên mà còn giảm lượng phát thải carbon, góp phần vào mục tiêu phát triển bền vững toàn cầu. Việc phổ biến ứng dụng cốt liệu bê tông tái chế sẽ định hình lại ngành xây dựng trong tương lai.

5.1. Thi công dầm BTCT tái chế Kinh nghiệm từ các dự án

Thi công dầm BTCT tái chế đòi hỏi sự điều chỉnh trong quy trình so với dầm truyền thống, chủ yếu do đặc tính của cốt liệu bê tông tái chế. Một số kinh nghiệm từ các dự án quốc tế cho thấy, việc kiểm soát độ sụt và tính công tác của hỗn hợp bê tông tươi là rất quan trọng để đảm bảo đầm chặt tốt và tránh phân tầng. Tại Singapore, việc sử dụng máy nghiền di động kết hợp hệ thống sàng phân loại giúp sản xuất CLBTTC có kích thước phù hợp, đảm bảo chất lượng vật liệu đầu vào (Trần Thị Thoa, 2020). Quá trình thi công dầm BTCT tái chế cũng cần chú ý đến việc bảo dưỡng ẩm lâu dài hơn để bù đắp cho độ hút nước cao của cốt liệu tái chế, góp phần cải thiện độ bền dầm bê tông cốt thép tái chế. Việc áp dụng các biện pháp kiểm soát chất lượng vật liệu và cấu kiện dầm trong suốt quá trình thi công sẽ tối đa hóa hiệu suất dầm BTCT cốt liệu tái chế.

5.2. Bê tông xanh trong kết cấu Các công trình tiêu biểu

Sự phát triển của bê tông xanh trong kết cấu là một minh chứng cho tiềm năng của dầm BTCT chịu uốn dùng cốt liệu bê tông tái chế. Nhiều công trình trên thế giới đã tiên phong trong việc ứng dụng cốt liệu bê tông tái chế. Ví dụ, Bảo tàng V&A Dundee ở Anh đã sử dụng bê tông tái chế đúc sẵn cho mặt tiền thô mộc, thể hiện tính thẩm mỹ độc đáo và cam kết về bền vững (Trần Thị Thoa, 2020). Các dự án như vậy không chỉ là biểu tượng kiến trúc mà còn là bài học thực tiễn về hiệu suất dầm BTCT cốt liệu tái chế trong điều kiện thực tế. Những thành công này khuyến khích việc thiết kế dầm BTCT dùng cốt liệu tái chế rộng rãi hơn, chứng minh rằng vật liệu xây dựng tái chế không chỉ thân thiện với môi trường mà còn đáp ứng các yêu cầu cao về kết cấu và thẩm mỹ. Đây là bước tiến quan trọng trong việc xây dựng một ngành công nghiệp xây dựng ít phụ thuộc vào tài nguyên thiên nhiên.

VI. Dầm BTCT Bền Vững Tiềm Năng Phát Triển Cốt Liệu Bê Tông Tái Chế

Dầm BTCT bền vững từ cốt liệu bê tông tái chế đại diện cho một hướng đi đầy triển vọng trong tương lai của ngành xây dựng. Mặc dù luận văn của Trần Thị Thoa (2020) đã cung cấp những cái nhìn sâu sắc về khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép tái chế, vẫn còn nhiều tiềm năng để tiếp tục cải thiện hiệu suất dầm BTCT cốt liệu tái chế. Việc nâng cao tính chất cơ học dầm tái chế, đặc biệt là modul đàn hồi bê tông tái chế và cường độ chịu uốn dầm bê tông tái chế, là mục tiêu hàng đầu. Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc phát triển các công nghệ xử lý cốt liệu bê tông phá dỡ tiên tiến hơn, ví dụ như xử lý hóa học bề mặt hạt cốt liệu để cải thiện liên kết với vữa xi măng mới, hoặc tối ưu hóa cấp phối bê tông tái chế bằng cách sử dụng các loại phụ gia đặc biệt. Hơn nữa, việc mở rộng và cập nhật các tiêu chuẩn bê tông cốt liệu tái chế quốc gia và quốc tế sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc ứng dụng cốt liệu bê tông tái chế rộng rãi hơn trong các loại kết cấu chịu lực khác nhau. Khi vật liệu xây dựng tái chế và cốt liệu tái sinh trở thành lựa chọn ưu tiên, ngành xây dựng sẽ đóng góp đáng kể vào việc giảm thiểu tác động môi trường, tiết kiệm tài nguyên và tạo ra các công trình thực sự bền vững cho thế hệ tương lai. Điều này không chỉ là một xu hướng mà là một sự chuyển đổi cần thiết, định hình lại cách chúng ta xây dựng và tương tác với môi trường.

6.1. Modul đàn hồi bê tông tái chế và ảnh hưởng đến tuổi thọ công trình

Modul đàn hồi bê tông tái chế là một trong những tính chất cơ học quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến độ võng dầm BTCT tái chế và sự phân bố ứng suất trong cấu kiện. Các nghiên cứu thường chỉ ra rằng bê tông cốt liệu tái chế có modul đàn hồi thấp hơn so với bê tông thông thường do đặc tính rỗng xốp của CLBTTC. Điều này có thể dẫn đến biến dạng lớn hơn dưới tải trọng, ảnh hưởng đến tuổi thọ công trình và sự làm việc của các cấu kiện khác. Tuy nhiên, việc kiểm soát cấp phối bê tông tái chế và sử dụng các loại phụ gia khoáng hoạt tính có thể giúp cải thiện modul đàn hồi bê tông tái chế. Ngoài ra, việc tăng cường cốt thép hoặc thiết kế tiết diện hợp lý trong thiết kế dầm BTCT dùng cốt liệu tái chế cũng là giải pháp để đảm bảo độ bền dầm bê tông cốt thép tái chế và giới hạn độ võng trong phạm vi cho phép, góp phần vào hiệu suất dầm BTCT cốt liệu tái chế tổng thể.

6.2. Hướng phát triển vật liệu xây dựng tái chế và cốt liệu tái sinh

Tương lai của vật liệu xây dựng tái chế và cốt liệu tái sinh hứa hẹn nhiều tiềm năng. Các nhà khoa học và kỹ sư đang không ngừng nghiên cứu để nâng cao chất lượng của cốt liệu bê tông tái chế, biến chúng thành vật liệu xây dựng có hiệu suất cao, thậm chí vượt trội trong một số ứng dụng nhất định. Một hướng phát triển quan trọng là việc áp dụng các công nghệ xử lý tiên tiến như xử lý nhiệt-cơ học, xử lý hóa học để loại bỏ lớp vữa cũ bám dính và cải thiện bề mặt hạt cốt liệu tái chế (Trần Thị Thoa, 2020). Ngoài ra, việc phát triển các loại bê tông xanh với chất kết dính thay thế xi măng, kết hợp với cốt liệu tái chế, cũng là một hướng đi đầy hứa hẹn. Những đổi mới này không chỉ cải thiện tính chất cơ học dầm tái chế mà còn mở rộng ứng dụng cốt liệu bê tông tái chế trong các loại dầm BTCT bền vững có yêu cầu kỹ thuật cao, thúc đẩy một nền kinh tế tuần hoàn và ngành xây dựng thực sự bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

PHẦN MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Ngày nay, khi vấn đề bảo vệ môi trƣờng càng trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết thì yêu cầu tái chế tất cả các loại vật liệu cũ là một vấn đề đƣợc tất cả các quốc gia trên thế giới quan tâm, trong đó có cả Việt Nam. Trong nhiều thế kỷ vừa qua, con ngƣời luôn tìm kiếm một vật liệu xây dựng thỏa mãn các yêu cầu về sử dụng, chịu lực, độ bền và hiệu quả kinh tế. Cùng với sự phát triển chung của khoa học, nhiều loại vật liệu mới đã đƣợc nghiên cứu và chế tạo thành công trong đó có bê tông cốt liệu tái chế (Textile-Reinforced Concrete, TRC).

Bê tông cốt liệu tái chế là một thành tựu mới trong lĩnh vực kết cấu bê tông, đƣợc phát triển đầu tiên tại Đức bởi hai trung tâm nghiên cứu tại trƣờng Đại học Kỹ thuật Tổng hợp Dresden và trƣờng Đại học Kỹ thuật RWTH Aachen từ những năm 1990. Hiện nay, “xanh hóa” môi trƣờng đã trở thành ƣu tiên hàng đầu trong xã hội của chúng ta và kiến trúc bền vững hiện đi đầu trong cuộc cách mạng này. Theo thống kê tại Việt Nam, chỉ t nh riêng địa bàn TP HCM, mỗi ngày có khoảng 2.000 tấn phế liệu xây dựng, nhƣng chỉ khoảng 1.000 tấn trong số này đƣợc đổ đúng nơi quy định. Việc đổ trộm xà bần, ảnh hƣởng đến nhiều công trình khác và gây mất mỹ quan thành phố.

Trong bối cảnh rất nhiều nhà thiết kế tập trung nghiên cứu các vật liệu mới để thay thế vật liệu trong tự nhiên, việc sử dụng vật liệu tái chế đang dần trở thành phƣơng pháp thiết kế hiệu quả và mang tính thẩm mỹ riêng của kiến trúc bền vững. Việc phá hủy các tòa nhà cũ, các công trình xuống cấp là hiện tƣợng thƣờng xuyên là việc làm thƣờng xuyên trên thế giới ngày nay. Tái sử dụng vật liệu nhƣ: phế liệu xây dựng (xà bần) từ những công trình bị phá bỏ nhƣ: chung cƣ, công sở, nhà tƣ nhân, các tòa nhà cũ… đang trở thành xu hƣớng mới trong ngành xây dựng. Sử dụng cốt liệu bê tông tái chế trong hỗn hợp bê tông mới giúp tiết kiệm không gian chôn lấp, giảm nhu cầu khai thác và bảo vệ tài nguyên thiên nhiên môi trƣờng.

Để tận dụng lại một phần phế liệu sau phá dỡ công trình kết cấu bê tông cốt thép, đồng thời góp phần bảo vệ môi trƣờng, bằng cách nghiên cứu trong các 2 phế phẩm đƣa 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. Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu chính của nghiên cứu này là so sánh khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép, sử dụng cốt liệu bê tông cũ đƣợc thay thế tỷ lệ đá 1x2 (cốt liệu tự nhiên) bằng cốt liệu đá 1x2 (cốt liệu từ bê tông tái chế) theo các tỉ lệ 0%; 30%; 40% và 50% bằng phƣơng pháp thử nghiệm vật liệu, khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép, đánh giá chất lƣợng của cốt liệu thô tái chế. Để hoàn thành đƣợc mục tiêu nghiên cứu này cần phải hoàn thành các mục tiêu cụ thể bao gồm: - Cƣờng độ chịu uốn của dầm bê tông cốt thép cốt liệu thô tái chế và cốt liệu tự nhiên - So sánh cƣờng độ chịu uốn của dầm bê tông cốt thép cốt liệu thô tái chế đƣợc thay thế theo tỷ lệ 0%, 30%, 40% và 50% cốt liệu tự nhiên. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu: Khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép M200 có k ch thƣớc dầm 80x150x1200; cốt thép chịu lực D10, cốt thép đai D6 với khoảng cách 150mm; lớp bê tông bảo vệ 20mm; dầm chịu uốn tại 1 điểm giữa dầm.

Phạm vi nghiên cứu: Khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép với tỷ lệ khác nhau của dầm bê tông cốt liệu tự nhiên với dầm bê tông cốt liệu tái chế thay thế 0%, 30%, 40% và 50%. Điều kiện bảo dƣỡng bê tông trong phòng thí nghiệm, thời gian nén bê tông ở độ tuổi 28 ngày. Phƣơng pháp nghiên cứu Sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm. Nghiên cứu lý thuyết đƣợc thực hiện trên cơ sở tham khảo các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép.

Phƣơng pháp thực nghiệm đƣợc thực hiện để đánh giá ảnh hƣởng cốt liệu đến khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép và đƣa ra đánh giá. Đề tài dựa trên cơ sở của phƣơng pháp tiêu chuẩn Việt Nam gồm: 3 - Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 3105:1993 về Hỗn hợp bê tông và bê tông nặng - Lấy mẫu, chế tạo và bảo dƣỡng mẫu thử. - Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 3106:1993 về Hỗn hợp bê tông nặng - Phƣơng pháp thử độ sụt. - Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3118:1993 về bê tông nặng - phƣơng pháp xác định cƣờng độ nén.

- Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10303: 2014 về Bê tông – Kiểm tra và đánh giá cƣờng 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. - Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7570:2006 về cốt liệu cho bê tông và vữa - yêu cầu kỹ thuật 5. Ý nghĩa của luận văn Ý nghĩa khoa học của luận văn: Nghiên cứu sự làm việc chịu uốn của dầm Bê tông cốt thép có sử dụng một phần cốt liệu từ bê tông cũ bằng phƣơng pháp lý thuyết kết hợp với thí nghiệm, từ đó lựa chọn phƣơng pháp t nh toán tỷ lệ phần trăm cốt liệu cũ cho phù hợp với kết cấu dầm bê tông cốt thép.

Ý nghĩa thực tiễn của luận văn: Kết quả nghiên cứu của luận văn có thể coi là tài liệu tham khảo tốt cho việc ứng dụng bê tông cốt liệu cho kết cấu dầm bê tông tại Việt Nam. Bố cục của luận văn Bố cục luận văn gồm 03 chƣơng: Chƣơng 1. Tổng quan về đề tài Chƣơng 2. Cơ sở chế tạo và tính toán dầm chịu uốn bê tông cốt thép Chƣơng 3.

Thực nghiệm sự làm việc chịu uốn của dầm Bê tông cốt thép có sử dụng một phần cốt liệu từ bê tông cũ. 4 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 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, lƣợng phế liệu xây dựng trong đó phần lớn là bê tông vẫn chƣa đƣợc xử l một cách triệt để và hữu ch. Không những thế việc khai thác đá quá mức phục vụ cho các công trình xây dựng nhƣ hiện nay đã và đang làm cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên, đe dọa nghiêm trọng tới cảnh quan, môi trƣờng sinh thái và ảnh hƣởng tới một số ngành kinh tế khác. Trong quá trình xây dựng, chúng ta đang sử dụng một lƣợng 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 trƣờng sinh thái. Trong khi đó, việc xây dựng, cải tạo nâng cấp và phá dỡ các công trình, sẽ thải ra lƣợng lớn phế liệu trong xây dựng (PLXD). Nhƣng lƣợng phế liệu này lại chƣa đƣợc tận dụng, gây ô nhiễm môi trƣờng. Vì thế, nhiều nƣớc trên thế giới đã và đang nỗ lực tìm kiếm mọi cách để có thể sử dụng lại và tái chế các loại PLXD nhằm giải quyết đồng thời các vấn đề trên.

Bê tông là loại vật liệu chủ yếu chiếm khối lƣợng lớn trong các công trình xây dựng. Theo ƣớc t nh 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 ƣu thế hơn hẳn nhƣ chế tạo đơn giản, dễ tạo hình, giá thành thấp do sử dụng đƣợc nguồn nguyên liệu địa phƣơng, có cƣờng độ nén cao, bê tông bền nƣớc và ổn định với các tác động của môi trƣờng, có mô đun đàn hồi phù hợp với kết cấu bê tông cốt thép và bê tông cốt thép dự ứng lực, v.

Việc tái chế phế liệu bê tông trong xây dựng giúp bảo vệ môi trƣờng, đồng thời sẽ giảm sử dụng nguyên vật liệu thiên nhiên. Để tận dụng hiệu quả phế liệu bê tông, có thể sử dụng các loại phế liệu bê tông làm cốt liệu trong sản xuất bê tông. T nh đến nay đã có nhiều tác giả đã tập trung nghiên cứu từ quá trình tái chế phế liệu bê tông đến việc thiết kế thành phần bê tông và nghiên cứu các tính 5 chất cơ lý, độ bền lâu của bê tông cốt liệu tái chế. Có thể thấy rằng, bê tông cốt liệu tái chế thƣờng 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 thƣờng có cấu tạo rỗng xốp do có phần vữa cũ bám d nh, có nhiều vết nứt do quá trình gia công cốt liệu. Nhƣng 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 lƣợng. 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 lƣợng lớn phế liệu xây dựng phần lớn là bê tông vẫn chƣa đƣợc xử lý một cách triệt để và hữu ch. 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 chƣa đƣa ra đƣợc 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 1.1 Các nghiên cứu nƣớc ngoài Các quốc gia phát triển nhƣ Mỹ, Singapore, Pháp, Đức, Bỉ và Luxembourg đã có những ch nh sách và biện pháp để xử lý bê tông phế liệu xây dựng, đồng thời sử dụng cốt liệu bê tông tái chế trong xây dựng.