Tổng quan nghiên cứu

Việc sử dụng vật liệu xây dựng thân thiện với môi trường đang trở thành xu hướng tất yếu trong ngành xây dựng hiện đại. Ở Việt Nam, nhu cầu sử dụng vật liệu xây dựng dự kiến đạt khoảng 42 tỷ viên gạch quy chuẩn vào năm 2020, trong đó gạch đất nung truyền thống tiêu tốn khoảng 57-60 triệu m³ đất sét, tương đương 2.000 ha đất nông nghiệp, đồng thời phát thải khoảng 17 triệu tấn khí CO2 gây hiệu ứng nhà kính. Điều này đặt ra thách thức lớn về bảo vệ môi trường và an ninh lương thực. Gạch không nung, với công nghệ sản xuất không sử dụng nhiệt nung, đã được xem là giải pháp thay thế hiệu quả, giúp tiết kiệm tài nguyên đất, giảm phát thải khí nhà kính và tận dụng phế thải công nghiệp.

Luận văn tập trung nghiên cứu khả năng chịu tải của tường gạch không nung trong các dự án nhà ở xã hội dành cho người thu nhập thấp tại tỉnh Bình Phước. Đặc thù kiến trúc của các công trình này là kết cấu một trệt, một lửng, móng đơn, trong đó hệ tường gạch không nung đóng vai trò chịu tải chính cho tầng lửng và tải trọng công trình. Mục tiêu nghiên cứu nhằm xác định tính chất cơ lý của gạch không nung qua thí nghiệm mẫu thực tế, đánh giá khả năng chịu tải của hệ tường dưới các điều kiện tải trọng sử dụng và tải trọng động đất theo tiêu chuẩn thiết kế Việt Nam, đồng thời xác định giới hạn chịu tải dưới tác động động đất bằng phương pháp Incremental Dynamic Analysis (IDA).

Nghiên cứu có phạm vi áp dụng cho dự án nhà ở xã hội tại tỉnh Bình Phước và có thể làm cơ sở tham khảo cho các dự án tương tự tại các tỉnh, thành khác. Kết quả nghiên cứu góp phần thúc đẩy phát triển vật liệu xây không nung, nâng cao chất lượng công trình, đồng thời hỗ trợ tiết kiệm chi phí và bảo vệ môi trường trong lĩnh vực xây dựng nhà ở xã hội.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về vật liệu xây dựng không nung, đặc biệt là gạch xi măng cốt liệu và các loại gạch bê tông nhẹ như AAC (Aerated Autoclaved Concrete) và CLC (Cellular Lightweight Concrete). Các khái niệm chính bao gồm:

  • Gạch không nung: Vật liệu xây dựng không trải qua quá trình nung đốt, có độ bền cơ học được hình thành nhờ lực ép và phản ứng hóa học trong hỗn hợp nguyên liệu.
  • Tính chất cơ lý của gạch: Bao gồm cường độ chịu nén, độ hút nước, độ thấm nước, kích thước và độ rỗng của viên gạch.
  • Khả năng chịu tải của tường gạch: Đánh giá dựa trên ứng suất trong gạch khi chịu tải trọng sử dụng và tải trọng động đất.
  • Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM): Sử dụng phần mềm SAP2000 để mô phỏng và phân tích ứng suất, biến dạng của hệ tường gạch không nung.
  • Phân tích động đất Incremental Dynamic Analysis (IDA): Phương pháp phân tích theo miền thời gian để xác định giới hạn chịu tải của công trình dưới tác động tải trọng động đất với gia tốc đỉnh ag.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm các mẫu gạch không nung thực tế thu thập từ dự án nhà ở xã hội Hưng Thịnh tại tỉnh Bình Phước và các mẫu gạch trên thị trường tại nhiều tỉnh như Long An, Bến Tre, Vĩnh Long, Bình Dương, Sóc Trăng, Cần Thơ, Hậu Giang, Tiền Giang, Đồng Tháp. Tổng số mẫu thử được thu thập và thí nghiệm đạt khoảng vài trăm viên, đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy.

Phương pháp phân tích gồm:

  • Thí nghiệm xác định tính chất cơ lý của gạch theo tiêu chuẩn TCVN 6477:2016 và TCVN 5573:2011, bao gồm cường độ chịu nén, độ hút nước, độ thấm nước.
  • Mô phỏng khả năng chịu tải của hệ tường gạch không nung bằng phần mềm phần tử hữu hạn SAP2000, với cỡ mẫu mô hình công trình thực tế gồm 350 căn hộ, quy mô tầng trệt + tầng lửng + mái.
  • Phân tích tải trọng sử dụng và tải trọng động đất theo TCVN 9386-2012, sử dụng phương pháp phổ phản ứng và phân tích theo miền thời gian.
  • Áp dụng phương pháp Incremental Dynamic Analysis (IDA) để xác định giới hạn chịu tải của tường gạch dưới tác động động đất với gia tốc đỉnh ag.

Thời gian nghiên cứu kéo dài từ tháng 2 đến tháng 12 năm 2020, bao gồm công tác thu thập mẫu, thí nghiệm, mô phỏng và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Tính chất cơ lý của gạch không nung: Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén của các mẫu gạch tại dự án Hưng Thịnh và các địa phương khác cho thấy cường độ trung bình đạt khoảng 5-7 MPa, trong đó có khoảng 70% mẫu đạt hoặc vượt mác thiết kế M5,0 theo TCVN 6477:2016. Độ hút nước trung bình dưới 12%, độ thấm nước dưới 0,35 L/m².h, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật cho công trình nhà ở xã hội.

  2. Khả năng chịu tải của hệ tường gạch không nung: Phân tích phần tử hữu hạn cho thấy ứng suất trong gạch tại các điểm chịu tải trọng lớn nhất không vượt quá giới hạn chịu tải cho phép, với ứng suất nén tối đa khoảng 3,5 MPa, ứng suất kéo tối đa dưới 0,5 MPa. Tỷ lệ ứng suất so với cường độ tính toán đạt khoảng 60-70%, đảm bảo an toàn kết cấu.

  3. Ảnh hưởng tải trọng động đất: Phân tích theo phương pháp phổ phản ứng và phân tích theo miền thời gian cho thấy hệ tường gạch không nung chịu được tải trọng động đất với gia tốc đỉnh ag theo TCVN 9386-2012, với mức an toàn đạt trên 85%. Phân tích IDA xác định giới hạn chịu tải của tường gạch dưới tác động động đất, cho thấy công trình có khả năng chịu được gia tốc nền lên đến khoảng 0,3g trước khi xuất hiện hư hỏng nghiêm trọng.

  4. So sánh với các nghiên cứu khác: Kết quả nghiên cứu phù hợp với các báo cáo ngành và nghiên cứu quốc tế về khả năng chịu tải của gạch không nung, đồng thời khẳng định tính khả thi của việc sử dụng gạch không nung trong các dự án nhà ở xã hội thấp tầng tại Việt Nam.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính giúp hệ tường gạch không nung đạt khả năng chịu tải tốt là do chất lượng gạch xi măng cốt liệu được kiểm soát nghiêm ngặt, quy trình sản xuất hiện đại với công nghệ ép rung tạo ra viên gạch có độ đồng đều cao và cường độ ổn định. Việc sử dụng gạch không nung giúp giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường so với gạch đất nung truyền thống, đồng thời tiết kiệm chi phí và thời gian thi công.

Dữ liệu ứng suất và biến dạng có thể được trình bày qua các biểu đồ ứng suất S11, S22 tại các khung trục của căn hộ điển hình, minh họa rõ ràng sự phân bố ứng suất trong tường gạch dưới các điều kiện tải trọng khác nhau. Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm cường độ và phân tích ứng suất cung cấp cơ sở khoa học cho việc đánh giá an toàn kết cấu.

So với các nghiên cứu trước đây, luận văn đã bổ sung thêm phân tích tải trọng động đất bằng phương pháp IDA, giúp xác định giới hạn chịu tải thực tế của tường gạch không nung trong điều kiện động đất, một đóng góp mới quan trọng cho lĩnh vực kỹ thuật xây dựng nhà ở xã hội.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường kiểm soát chất lượng gạch không nung: Áp dụng quy trình sản xuất tự động hóa cao, kiểm tra nghiêm ngặt các chỉ tiêu cơ lý như cường độ chịu nén, độ hút nước để đảm bảo chất lượng gạch đạt hoặc vượt mác thiết kế M5,0 trở lên. Chủ thể thực hiện: các nhà máy sản xuất gạch không nung. Thời gian: liên tục trong quá trình sản xuất.

  2. Áp dụng mô hình kết cấu tường gạch chịu tải trong thiết kế nhà ở xã hội: Khuyến khích các đơn vị thiết kế và thi công sử dụng kết cấu tường gạch không nung làm kết cấu chịu lực chính cho các công trình thấp tầng, đặc biệt là nhà ở xã hội, nhằm tiết kiệm chi phí và nâng cao hiệu quả thi công. Chủ thể thực hiện: các công ty tư vấn thiết kế, nhà thầu xây dựng. Thời gian: áp dụng cho các dự án mới trong 1-3 năm tới.

  3. Nâng cao năng lực phân tích và đánh giá tải trọng động đất: Đào tạo kỹ sư xây dựng sử dụng phần mềm phần tử hữu hạn và phương pháp IDA để đánh giá chính xác khả năng chịu tải của công trình dưới tác động động đất, đảm bảo an toàn và bền vững. Chủ thể thực hiện: các trường đại học, viện nghiên cứu, doanh nghiệp xây dựng. Thời gian: trong vòng 2 năm.

  4. Khuyến khích sử dụng vật liệu xây không nung trong chính sách phát triển nhà ở xã hội: Nhà nước và các cơ quan quản lý cần ban hành các chính sách ưu đãi, hỗ trợ đầu tư dây chuyền sản xuất gạch không nung, đồng thời quy định bắt buộc sử dụng vật liệu này trong các dự án nhà ở xã hội nhằm bảo vệ môi trường và tiết kiệm tài nguyên. Chủ thể thực hiện: Bộ Xây dựng, các sở ngành liên quan. Thời gian: trong giai đoạn 2024-2030.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Kỹ sư và chuyên gia xây dựng: Nghiên cứu cung cấp dữ liệu thực nghiệm và mô hình phân tích chi tiết về khả năng chịu tải của tường gạch không nung, hỗ trợ trong thiết kế và thi công các công trình nhà ở xã hội.

  2. Các nhà sản xuất vật liệu xây dựng: Thông tin về công nghệ sản xuất, tiêu chuẩn chất lượng và đánh giá hiệu quả sử dụng gạch không nung giúp cải tiến sản phẩm, nâng cao năng lực cạnh tranh trên thị trường.

  3. Cơ quan quản lý nhà nước và chính sách: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng các chính sách phát triển vật liệu xây không nung, thúc đẩy phát triển bền vững ngành xây dựng và bảo vệ môi trường.

  4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật xây dựng: Luận văn là tài liệu tham khảo quý giá về phương pháp nghiên cứu, thí nghiệm và phân tích kết cấu vật liệu xây dựng không nung trong thực tế, phục vụ cho các đề tài nghiên cứu tiếp theo.

Câu hỏi thường gặp

  1. Gạch không nung có ưu điểm gì so với gạch đất nung truyền thống?
    Gạch không nung không sử dụng đất sét và nhiên liệu đốt, giúp tiết kiệm tài nguyên đất nông nghiệp và giảm phát thải khí CO2. Ngoài ra, gạch có cường độ cao, cách âm, cách nhiệt tốt, kích thước chuẩn xác, giảm chi phí xây dựng và thời gian thi công.

  2. Khả năng chịu tải của tường gạch không nung trong nhà ở xã hội như thế nào?
    Nghiên cứu cho thấy hệ tường gạch không nung chịu được tải trọng sử dụng và tải trọng động đất theo tiêu chuẩn thiết kế Việt Nam, với ứng suất trong gạch không vượt quá giới hạn cho phép, đảm bảo an toàn kết cấu.

  3. Phương pháp Incremental Dynamic Analysis (IDA) là gì và có vai trò gì trong nghiên cứu?
    IDA là phương pháp phân tích động đất theo miền thời gian, giúp xác định giới hạn chịu tải của công trình dưới tác động gia tốc nền tăng dần. Phương pháp này cung cấp đánh giá chính xác về khả năng chịu tải động đất của tường gạch không nung.

  4. Làm thế nào để đảm bảo chất lượng gạch không nung trong sản xuất?
    Cần áp dụng công nghệ ép rung hiện đại, kiểm soát nghiêm ngặt tỷ lệ phối trộn nguyên liệu, thực hiện thí nghiệm định kỳ về cường độ chịu nén, độ hút nước và độ thấm nước theo tiêu chuẩn quốc gia.

  5. Nghiên cứu này có thể áp dụng cho các dự án nhà ở xã hội ở địa phương khác không?
    Có, kết quả nghiên cứu tại tỉnh Bình Phước có thể làm cơ sở tham khảo cho các dự án nhà ở xã hội tại các tỉnh, thành khác, giúp nâng cao hiệu quả sử dụng vật liệu xây không nung và đảm bảo an toàn kết cấu.

Kết luận

  • Đã xác định được tính chất cơ lý của gạch không nung qua thí nghiệm mẫu thực tế, với cường độ chịu nén trung bình đạt khoảng 5-7 MPa, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật.
  • Khả năng chịu tải của hệ tường gạch không nung trong dự án nhà ở xã hội đảm bảo an toàn dưới tải trọng sử dụng và tải trọng động đất theo tiêu chuẩn Việt Nam.
  • Phương pháp Incremental Dynamic Analysis (IDA) giúp xác định giới hạn chịu tải của tường gạch dưới tác động động đất, góp phần nâng cao độ tin cậy trong thiết kế kết cấu.
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc ứng dụng gạch không nung trong các dự án nhà ở xã hội, góp phần phát triển bền vững ngành xây dựng và bảo vệ môi trường.
  • Đề xuất các giải pháp nâng cao chất lượng sản phẩm, áp dụng công nghệ hiện đại và chính sách hỗ trợ nhằm thúc đẩy sử dụng vật liệu xây không nung trong tương lai.

Để tiếp tục phát triển, các đơn vị sản xuất và thiết kế cần phối hợp triển khai các giải pháp đề xuất, đồng thời mở rộng nghiên cứu ứng dụng cho các loại công trình khác. Hành động ngay hôm nay sẽ góp phần xây dựng ngành xây dựng xanh, bền vững và hiệu quả hơn.