Nghiên cứu ứng xử của bê tông tái chế cốt sợi chịu nhiệt tại HCMUTE

Nghiên cứu ứng xử của bê tông tái chế cốt sợi chịu nhiệt tại HCMUTE, cung cấp thông tin chi tiết về tính năng và ứng dụng trong xây dựng.

• Tác giả: Hoàng Ngọc Phong
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thanh Hưng
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Công Trình Xây Dựng
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Xử Của Bê Tông Tái Chế Cốt Sợi Chịu Nhiệt Bằng Thực Nghiệm
• Loại tài liệu: báo cáo tổng kết
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tình hình nghiên cứu
• 1.2. Mục tiêu đề tài
• 1.3. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ NGHIÊN CỨU BÊ TÔNG SỬ DỤNG CỐT LIỆU BÊ TÔNG TÁI CHẾ
• 2.1. Thực trạng rác thải rắn từ phế phẩm của công trình
• 2.2. Một số ứng dụng thực tiến
• 2.3. Mối tương quan giữa cốt liệu vụn bê tông và cốt liệu thiên nhiên
• 2.4. Khái quát vụn bê tông. Tính chất hoá học và thành phần khoáng của vụn bê tông
• 2.5. Khả năng sử dụng vụn bê tông trong bê tông
• 2.6. Thiết kê cấp phối vụn bê tông và vật liệu sử dụng trong thí nghiệm
• 2.7. Nguyên tắc của phương pháp
• 2.8. Các tiêu chuẩn áp dụng
• 3. CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM
• 3.1. Nguyên liệu và tỉ lệ trộn
• 3.2. Cốt liệu nhỏ
• 3.3. Cốt liệu lớn
• 3.4. Cốt liệu tái chế
• 3.5. Quy trình thực nghiệm
• 3.6. Sơ lược cách tiến hành thực nghiệm
• 3.7. Tiến hành thực nghiệm
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
• 4.1. Bê tông thường (NC)
• 4.2. Bê tông tái chế (RAC)
• 4.3. Bê tông tái chế cốt sợi (SFRAC)
• 4.4. Ảnh hưởng của nhiệt đến cường độ của bê tông
• 4.4.1. Trước khi nén
• 4.4.2. Sau khi nén
• 4.4.3. Đồ thị thể hiện các mối quan hệ
• 4.4.4. Thay đổi màu sắc
• 4.4.5. Sự hình thành vết nứt sau khi gia nhiệt
• 4.4.6. Cường độ chịu nén
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• MINH CHỨNG BÀI BÁO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Nghiên cứu bê tông tái chế cốt sợi chịu nhiệt tại HCMUTE

Nghiên cứu này, được thực hiện tại HCMUTE (Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh), tập trung vào việc đánh giá ứng xử của bê tông tái chế và bê tông tái chế cốt sợi chịu nhiệt. Nó giải quyết vấn đề cấp thiết về giảm thiểu chất thải xây dựng và tận dụng vật liệu xây dựng tái chế. Nghiên cứu tập trung vào ảnh hưởng của nhiệt độ lên tính năng bê tông tái chế, đặc biệt là cường độ chịu nén, đóng góp vào việc phát triển công nghệ bê tông bền vững hơn. Nghiên cứu khoa học HCMUTE trong lĩnh vực vật liệu xây dựng tái chế nhằm tìm ra giải pháp tối ưu cho việc sử dụng bê tông thân thiện môi trường. Các kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn lớn, hỗ trợ cho việc ứng dụng rộng rãi bê tông tái chế trong xây dựng.

1.1 Thực trạng và tầm quan trọng của nghiên cứu bê tông tái chế

Việt Nam đang đối mặt với vấn đề gia tăng lượng chất thải xây dựng, đặc biệt là phế phẩm bê tông. Bê tông tái chế (bê tông tái chế cốt sợi) được xem là giải pháp quan trọng để giải quyết vấn đề này, góp phần giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường. Nghiên cứu về bê tông tái chế hướng đến việc tìm ra phương pháp sản xuất hiệu quả, tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường. Việc thay thế một phần hoặc toàn bộ cốt liệu tự nhiên bằng cốt liệu tái chế mang lại nhiều lợi ích kinh tế và môi trường. Bê tông tái chế có tiềm năng thay thế bê tông thường trong nhiều ứng dụng xây dựng. Nghiên cứu này tập trung vào bê tông tái chế cốt sợi chịu nhiệt, một lĩnh vực còn nhiều hạn chế. Nhu cầu về vật liệu xây dựng tái chế ngày càng tăng cao, thúc đẩy việc nghiên cứu và phát triển các loại bê tông mới có tính năng ưu việt hơn.

1.2 Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu

Mục tiêu chính là đánh giá ứng xử của bê tông tái chế cốt sợi chịu nhiệt dưới tác động của nhiệt độ cao. Nghiên cứu này sử dụng phương pháp thí nghiệm để phân tích tính năng bê tông tái chế (bê tông tái chế cốt sợi, bê tông chịu nhiệt) ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau. Phân tích bê tông tái chế bao gồm đánh giá cường độ chịu nén, biến dạng và các đặc tính khác. Thí nghiệm bê tông tái chế được thực hiện trên các mẫu bê tông với tỷ lệ cốt liệu tái chế khác nhau, bao gồm cả mẫu bê tông thường (bê tông cốt thép) để làm đối chứng. Đo bện bê tông tái chế sau khi chịu tác động nhiệt độ cao cho thấy sự thay đổi về màu sắc, sự hình thành vết nứt và ảnh hưởng đến cường độ chịu nén. Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa thí nghiệm thực tế và phân tích số liệu nhằm đưa ra kết luận chính xác và khách quan.

1.3 Kết quả và ứng dụng của nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cung cấp thông tin quan trọng về tính năng bê tông tái chế cốt sợi chịu nhiệt. Dữ liệu thu được từ thí nghiệm bê tông tái chế cho phép đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ và tỷ lệ cốt liệu tái chế đến cường độ chịu nén. Nghiên cứu này đóng góp vào việc hoàn thiện kiến thức về bê tông tái chế, đặc biệt là trong điều kiện chịu nhiệt. Các kết quả có thể được ứng dụng trong thiết kế và thi công các công trình xây dựng, giúp tối ưu hóa việc sử dụng bê tông tái chế và giảm thiểu chi phí bê tông tái chế. Kết quả nghiên cứu góp phần thúc đẩy sự phát triển của ngành xây dựng bền vững tại Việt Nam. Ứng dụng công nghệ bê tông tái chế trong các công trình thực tế sẽ giúp bảo vệ môi trường và tiết kiệm tài nguyên.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Nhu cầu sử dụng vật liệu bê tông trong xây dựng tại Việt Nam ngày càng tăng nhanh, đặc biệt trong bối cảnh phát triển kinh tế và đô thị hóa mạnh mẽ. Theo ước tính, sản lượng bê tông toàn cầu đã tăng từ khoảng 2 tỉ tấn năm 1950 lên hơn 20 tỉ tấn/năm hiện nay, gây áp lực lớn lên nguồn tài nguyên thiên nhiên và môi trường. Chất thải rắn từ ngành xây dựng và phá hủy (C&D) chiếm khoảng 25% tổng lượng chất thải rắn, trong đó phế liệu bê tông chiếm gần 40-50%, tạo ra thách thức lớn về xử lý và tái sử dụng. Việc sử dụng bê tông cốt liệu tái chế (RAC) thay thế một phần hoặc toàn bộ cốt liệu tự nhiên không chỉ giảm chi phí mà còn góp phần bảo vệ môi trường, tiết kiệm tài nguyên và giảm diện tích bãi chôn lấp.

Tuy nhiên, các nghiên cứu về đặc tính cơ học và khả năng chịu nhiệt của bê tông tái chế, đặc biệt là bê tông tái chế có cốt liệu sợi thép (SFRAC), còn hạn chế. Đề tài này tập trung nghiên cứu ứng xử của bê tông thường (NC), bê tông tái chế (RAC) và bê tông tái chế cốt sợi thép (SFRAC) khi chịu nhiệt độ cao từ 200 đến 400°C. Mục tiêu chính là đánh giá khả năng chịu lực, biến dạng và ảnh hưởng của nhiệt độ đến cường độ chịu nén của các loại bê tông này nhằm đề xuất giải pháp ứng dụng hiệu quả trong thực tế xây dựng. Nghiên cứu được thực hiện tại phòng thí nghiệm Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, với phạm vi thí nghiệm và phân tích chi tiết các mẫu bê tông được gia nhiệt và thử nén.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình về vật liệu bê tông tái chế, cơ học vật liệu và ảnh hưởng của nhiệt độ đến tính chất cơ học của bê tông. Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

• Lý thuyết cơ học bê tông tái chế (RAC): Phân tích ảnh hưởng của cốt liệu tái chế đến tính chất cơ học, đặc biệt là cường độ chịu nén và mô đun đàn hồi. RAC có trọng lượng riêng nhỏ hơn và độ xốp cao hơn bê tông thường, ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ nước và biến dạng khi chịu nhiệt.

• Lý thuyết ảnh hưởng nhiệt độ đến bê tông: Nhiệt độ cao gây ra sự bốc hơi nước lỗ rỗng, tạo áp lực bên trong bê tông, dẫn đến hình thành vết nứt và phá hủy liên kết xi măng-cốt liệu. Việc bổ sung sợi thép giúp giảm co ngót và hạn chế vết nứt, cải thiện khả năng chịu nhiệt.

Các khái niệm chính bao gồm: cốt liệu tái chế (RCA), bê tông tái chế (RAC), bê tông tái chế cốt sợi thép (SFRAC), cường độ chịu nén, mô đun đàn hồi, và ảnh hưởng nhiệt độ đến vật liệu bê tông.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp thực nghiệm kết hợp phân tích lý thuyết để đánh giá ứng xử của các loại bê tông dưới tác động nhiệt độ cao. Nguồn dữ liệu thu thập từ 12 mẫu bê tông gồm 3 nhóm: bê tông thường (NC), bê tông tái chế (RAC), và bê tông tái chế cốt sợi thép (SFRAC) với hàm lượng sợi thép 0.5%. Mỗi nhóm gồm 4 mẫu, kích thước 100mm × 200mm.

Quy trình nghiên cứu gồm các bước:

• Chuẩn bị nguyên liệu: xi măng Hà Tiên, cốt liệu tự nhiên, cốt liệu tái chế, sợi thép có đường kính 0.9mm, chiều dài 60mm.
• Trộn và đúc mẫu theo tiêu chuẩn TCVN 4453:1995, bảo dưỡng mẫu trong 28 ngày.
• Sấy khô mẫu ở 80°C trong 6 giờ để loại bỏ nước tự do.
• Gia nhiệt mẫu ở các mức 200°C, 300°C, 400°C trong lò nung Naberthem Chamber furnaces LH15/14 với tốc độ gia nhiệt 8°C/phút, duy trì nhiệt độ trong 1 giờ.
• Thử nén mẫu bằng máy Tensile/compression machine, Servo-plus evolution để đo cường độ chịu nén, mô đun đàn hồi và quan sát biến dạng.

Phương pháp chọn mẫu và phân tích đảm bảo tính khách quan, độ tin cậy cao, phù hợp với mục tiêu nghiên cứu về ảnh hưởng nhiệt độ đến cường độ bê tông tái chế và bê tông có sợi thép.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng nhiệt độ đến cường độ bê tông thường (NC):

   • Ở 200°C, cường độ nén tăng 43.95% so với mẫu không gia nhiệt.
   • Ở 300°C và 400°C, cường độ giảm nhẹ còn 26.69% và 20.36% so với mẫu không gia nhiệt.
   • Mô đun đàn hồi giảm khi cường độ tăng và ngược lại, phản ánh sự thay đổi tính chất vật liệu do nhiệt.

2. Ảnh hưởng nhiệt độ đến bê tông tái chế (RAC):

   • Ở 200°C, cường độ giảm 33.64% so với mẫu không gia nhiệt do áp lực hơi nước trong bê tông tăng gây phá hủy liên kết.
   • Ở 300°C, cường độ gần bằng mẫu không gia nhiệt (giảm 1.69%).
   • Ở 400°C, cường độ tăng nhẹ 4.81%, do sự biến đổi hóa học và mất nước lỗ rỗng bên trong bê tông.

3. Ảnh hưởng nhiệt độ đến bê tông tái chế cốt sợi thép (SFRAC):

   • Ở 200°C và 300°C, cường độ tăng lần lượt 11.88% và 27% so với mẫu không gia nhiệt, nhờ khả năng hạn chế vết nứt do sợi thép.
   • Ở 400°C, cường độ giảm 24.36% do phá hủy liên kết xi măng-cốt liệu và biến đổi hóa học trong bê tông.

4. Thay đổi màu sắc và bề mặt bê tông:

   • Màu bê tông chuyển từ xám trắng sang xám nâu và vàng loang khi nhiệt độ tăng từ 200°C đến 400°C.
   • Bề mặt bê tông trở nên láng mịn hơn, xuất hiện các vết nứt chân tóc ở 400°C.
   • Sợi thép chuyển màu nâu đen, ảnh hưởng đến độ đàn hồi và liên kết với bê tông.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy nhiệt độ có ảnh hưởng rõ rệt đến cường độ và tính chất vật liệu của các loại bê tông. Bê tông thường (NC) có xu hướng tăng cường độ ở nhiệt độ thấp do sự tăng cường liên kết xi măng-cốt liệu, nhưng giảm dần khi nhiệt độ vượt quá 300°C do biến đổi hóa học. Bê tông tái chế (RAC) chịu ảnh hưởng mạnh bởi áp lực hơi nước do độ xốp cao và khả năng hấp thụ nước lớn, dẫn đến giảm cường độ đột ngột ở 200°C, sau đó phục hồi nhẹ ở nhiệt độ cao hơn. Bê tông tái chế cốt sợi thép (SFRAC) thể hiện khả năng chịu nhiệt tốt hơn ở mức nhiệt thấp và trung bình nhờ sự gia cố của sợi thép, nhưng cũng giảm cường độ đáng kể ở 400°C do phá hủy liên kết và biến đổi vật liệu.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế, kết quả phù hợp với báo cáo về sự giảm cường độ bê tông tái chế khi chịu nhiệt cao và vai trò tích cực của sợi thép trong việc giảm co ngót và hạn chế vết nứt. Việc quan sát sự thay đổi màu sắc và bề mặt bê tông cung cấp phương pháp đánh giá nhanh cường độ bê tông sau cháy nổ hoặc hỏa hoạn, có ý nghĩa thực tiễn trong kiểm định an toàn công trình.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ lực theo thời gian, biểu đồ so sánh cường độ ở các nhiệt độ khác nhau và bảng tổng hợp số liệu cường độ, giúp minh họa rõ ràng sự khác biệt giữa các loại bê tông và ảnh hưởng của nhiệt độ.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Khuyến khích sử dụng bê tông tái chế (RAC) trong xây dựng:

   • Áp dụng thay thế một phần cốt liệu tự nhiên bằng cốt liệu tái chế để giảm chi phí và bảo vệ môi trường.
   • Thời gian áp dụng: ngay lập tức trong các dự án xây dựng dân dụng và hạ tầng.
   • Chủ thể thực hiện: các nhà thầu xây dựng, chủ đầu tư.

2. Phát triển bê tông tái chế cốt sợi thép (SFRAC) cho các công trình chịu nhiệt:

   • Sử dụng bê tông SFRAC trong các kết cấu yêu cầu khả năng chịu nhiệt và chống nứt cao như nhà máy, kho chứa.
   • Thời gian áp dụng: trung hạn, kết hợp nghiên cứu bổ sung để tối ưu hàm lượng sợi thép.
   • Chủ thể thực hiện: các viện nghiên cứu, doanh nghiệp vật liệu xây dựng.

3. Xây dựng quy trình kiểm định nhanh cường độ bê tông sau cháy dựa trên màu sắc và bề mặt:

   • Áp dụng bảng màu sắc và quan sát bề mặt bê tông để đánh giá sơ bộ cường độ chịu nhiệt.
   • Thời gian áp dụng: ngay trong công tác kiểm tra an toàn sau sự cố cháy nổ.
   • Chủ thể thực hiện: các đơn vị kiểm định, quản lý công trình.

4. Tăng cường nghiên cứu và đào tạo về vật liệu bê tông tái chế chịu nhiệt:

   • Tổ chức các khóa đào tạo, hội thảo chuyên sâu về ứng dụng bê tông tái chế và SFRAC.
   • Thời gian: liên tục, gắn với chương trình đào tạo đại học và sau đại học.
   • Chủ thể thực hiện: các trường đại học, viện nghiên cứu, cơ quan quản lý nhà nước.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành xây dựng:

   • Nắm bắt kiến thức chuyên sâu về vật liệu bê tông tái chế và ảnh hưởng nhiệt độ đến tính chất cơ học.
   • Áp dụng làm cơ sở cho các đề tài nghiên cứu tiếp theo hoặc luận văn thạc sĩ, tiến sĩ.

2. Chủ đầu tư và nhà thầu xây dựng:

   • Hiểu rõ lợi ích và hạn chế của bê tông tái chế trong thực tế thi công, đặc biệt trong các công trình chịu nhiệt.
   • Tối ưu hóa chi phí và nâng cao hiệu quả sử dụng vật liệu.

3. Các cơ quan quản lý và kiểm định xây dựng:

   • Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng tiêu chuẩn, quy trình kiểm định bê tông sau cháy nổ.
   • Đánh giá nhanh tình trạng công trình, đảm bảo an toàn và chất lượng.

4. Doanh nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng:

   • Phát triển sản phẩm bê tông tái chế và bê tông cốt sợi thép phù hợp với yêu cầu kỹ thuật và thị trường.
   • Nâng cao năng lực cạnh tranh và đáp ứng xu hướng xây dựng bền vững.

Câu hỏi thường gặp

1. Bê tông tái chế có thể thay thế bao nhiêu phần trăm cốt liệu tự nhiên?
   Theo nghiên cứu, bê tông tái chế có thể thay thế từ 20% đến 40% cốt liệu tự nhiên mà không làm giảm đáng kể cường độ chịu nén, tùy thuộc vào chất lượng cốt liệu tái chế và thiết kế cấp phối.

2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến cường độ bê tông tái chế như thế nào?
   Nhiệt độ cao gây ra sự bốc hơi nước lỗ rỗng, tạo áp lực bên trong bê tông, làm giảm cường độ đột ngột ở khoảng 200°C. Tuy nhiên, ở nhiệt độ cao hơn, cường độ có thể phục hồi nhẹ do biến đổi hóa học và mất nước.

3. Vai trò của sợi thép trong bê tông tái chế chịu nhiệt là gì?
   Sợi thép giúp giảm co ngót, hạn chế vết nứt và tăng khả năng chịu lực của bê tông khi chịu nhiệt độ cao, tuy nhiên ở nhiệt độ trên 400°C, cường độ có thể giảm do phá hủy liên kết giữa sợi thép và bê tông.

4. Làm thế nào để đánh giá nhanh cường độ bê tông sau khi chịu nhiệt?
   Có thể dựa vào sự thay đổi màu sắc và bề mặt bê tông: màu bê tông chuyển từ xám trắng sang xám nâu và vàng loang tương ứng với mức nhiệt độ gia nhiệt, giúp dự báo cường độ chịu nén.

5. Bê tông tái chế có thể ứng dụng trong những công trình nào?
   Bê tông tái chế phù hợp cho các công trình dân dụng, hạ tầng giao thông, nền móng, và các kết cấu không chịu tải trọng quá lớn hoặc yêu cầu chịu nhiệt độ cao vừa phải. Bê tông cốt sợi thép thích hợp cho công trình cần khả năng chịu nhiệt và chống nứt cao.

Kết luận

• Nhiệt độ gia nhiệt làm thay đổi màu sắc và bề mặt bê tông, phản ánh sự biến đổi vật liệu bên trong.
• Cường độ chịu nén của bê tông thường (NC) tăng tối đa ở 200°C, sau đó giảm dần khi nhiệt độ tăng lên 300°C và 400°C.
• Bê tông tái chế (RAC) giảm cường độ đột ngột ở 200°C do áp lực hơi nước, sau đó phục hồi nhẹ ở nhiệt độ cao hơn.
• Bê tông tái chế cốt sợi thép (SFRAC) có khả năng chịu nhiệt tốt hơn ở nhiệt độ thấp và trung bình, nhưng giảm cường độ đáng kể ở 400°C.
• Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để ứng dụng bê tông tái chế và bê tông cốt sợi thép trong xây dựng bền vững, đồng thời đề xuất phương pháp đánh giá nhanh cường độ bê tông sau cháy.

Next steps: Mở rộng nghiên cứu về ảnh hưởng của nhiệt độ trên 400°C, tối ưu hàm lượng sợi thép và phát triển tiêu chuẩn kỹ thuật cho bê tông tái chế chịu nhiệt.

Các nhà nghiên cứu, doanh nghiệp và cơ quan quản lý nên phối hợp triển khai ứng dụng bê tông tái chế và bê tông cốt sợi thép trong các dự án xây dựng nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế và bảo vệ môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Do vấn đề chi phí và nhu cầu ngày càng tăng của vật liệu trong xây dựng nên việc tìm ra loại vật liệu thay thế là rất cần thiết. Trong đó, vật liệu với lượng tiêu thụ lớn được quan tâm đặc biệt là bê tông, theo thống kê sơ bộ, hiện nay bê tông đạt hơn 20 tỉ tấn/năm so với năm 1950 là 2 tỉ tấn/ năm (Hình 1-1) [1]. Hình 1- 1 Sản lượng xi măng khu vực các nước lớn trên thế giới [1] Đây cũng là một trong những nguyên nhân gây ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường: nóng lên toàn cầu; cạn kiệt-lãng phí tài nguyên từ các phế thải công trình xây dựng, phá dở công trình quá hạn mà không tận dụng; tái chế lại nguồn tài nguyên ấy (Hình 1-2; 1-3). Hình 1- 2 Nguồn chất thải đầu ra ngành công nghiệp xây dựng Nhật Bản [1] 1 Luan van Hình 1- 3 Khối lượng chất thải xây dựng ở các quốc gia [1] Bê tông sử dụng cốt liệu bê tông tái chế (RCA) làm cốt liệu thô được gọi là bê tông tái chế (RAC).

Áp dụng kỹ thuật tái sử dụng các phế thải bê tông từ các công trình, phá dỡ công trình quá hạn để làm cốt liệu thô thay thế cho một phần hoặc toàn bộ cốt liệu nguồn có gốc tự nhiên trong quá trình sản xuất bê tông, đã mang lại nguồn lợi ích rất quan trọng về chi phí. Hơn thế, việc sử dụng cốt liệu tái chế có lợi ích đáng kể cho môi trường như bảo vệ được nguồn tài nguyên thiên nhiên và tiết kiệm được không gian chôn lấp cũng như xử lý các phế thải xây dựng. Bê tông tái chế được xem như là một trong những giải pháp để giải quyết tình trạng hiện tại, điều này dẫn đến số lượng về kết quả nghiên cứu bê tông tái chế ngày càng tăng trong thời gian gần đây [2]. Tình hình nghiên cứu 1.

Ngoài nước Yagishita [2] và cộng sự đã nghiên cứu hiệu suất cấu trúc của RCA được công bố tại Nhật Bản để có thể ứng dụng RCA vào thực tế. Luis Evangelista và Jorge de Brito [3] [4] đã nghiên cứu việc sử dụng bê tông cốt liệu tái chế để thay thế cốt liệu mịn tự nhiên (cát) không gây nguy hiểm cho các tính chất cơ học của bê tông và cho tỷ lệ thay thế lên tới 30% và ảnh hưởng của chất siêu dẻo của bê tông làm bằng bê tông tái chế. Bai và Sun [5] đã sử dụng 8 dầm bê tông từ 8 đến 10 năm để làm cốt liệu vụn bê tông. Mô hình các dầm bê tông có thành phần vụn bê tông thay thế với các mức độ khác nhau 50%, 70% và 100%.

Họ đã quan sát mô hình vết nứt tương tự, nhưng độ võng và độ rộng 2 Luan van vết nứt tăng theo mức tăng của mức thay thế vụn bê tông. Họ cũng kết luận rằng mức độ thay thế của vụn bê tông không ảnh hưởng đáng kể đến vết nứt tối đa của dầm bê tông cốt thép. Các tác giả Tan Li và cộng sự [6] đã nghiên cứu một loại cốt liệu tái chế mới cỡ lớn, cốt liệu thô tái chế kích cỡ lớn (LRCA) với cạnh lớn nhất là 80mm. Vấn đề này được nghiên cứu nhằm đơn giản hóa quá trình nghiền bê tông để có hiệu quả sản xuất cốt liệu thay thế cao.

Thử nghiệm nén khối cho thấy cường độ của bê tông LRCA so với bê tông NAC khác biệt tương đối nhỏ. Khi kích thước LRCA là 80mm, tỉ lệ thành phần thay thế chiếm 40% thì cường độ nén chỉ giảm khoảng 14%. Khi tỉ lệ thành phần thấp hơn 30% thì cường độ nén giảm không đáng kể. Tỉ lệ nén dọc trục bê tông LRCA thấp hơn bê tông NAC là 12%.

Khả năng chịu kéo thấp hơn 10%. Kết quả cho thấy rằng LRCA có các tính chất cơ học tốt và có thể được sử dụng trong bê tông hóa như nền móng cọc, các kết cấu hỗ trợ móng. Mohammadi và cộng sự [7], Katzer và cộng sự [8] đã tiến hành thực nghiệm sử dụng cốt liệu RCA trong vữa và bê tông làm tăng độ co ngót vì RCA có thể hấp thụ một lượng nước lớn, khi thêm thành phần sợi thép vào bê tông và vữa là một phương pháp hiệu quả để giảm co ngót trong bê tông. Khi hàm lượng sợi thép lớn hơn 0,25%, chiều rộng vết nứt của bê tông cốt liệu tái chế cốt sợi thép (SFRAC) có thể giảm đáng kể.

Góp phần hoàn thiện kỹ thuật về tính chất của bê tông RAC để áp dụng vào thực tiễn. Bên cạnh các nghiên cứu về tính chất cơ học và độ bền RAC cũng như tỉ lệ phần trăm thay thế của cốt liệu RCA thì cần quan tâm khả năng chịu nhiệt và khả năng làm việc của bê tông sau khi tiếp xúc với nhiệt độ cao. Khi bê tông tiếp xúc với nhiệt độ cao, nhiệt độ có thể gây ra sự phá hủy liên kết, khả năng cơ học của bê tông, độ bền,… Một số nghiên cứu về giới hạn bê tông đã chỉ ra rằng sau khi tiếp xúc với nhiệt độ cao, cường độ RAC thay đổi đáng kể, với nhiệt độ càng cao, thời gian tiếp xúc càng lâu, cường độ bê tông giảm càng lớn. Khi bê tông ở nhiệt độ cao sẽ sản sinh các hạt nước lỗ rỗng khiến xi măng bị bốc hơi và hình thành các áp lực nước lỗ rỗng bên trong bê tông gây ra hiện tượng nứt, làm hỏng sự liên kết với cốt liệu dẫn đến vỡ bê tông.

Kỹ thuật phổ biến dùng để giảm áp suất bên trong bê tông ở nhiệt độ cao là sử dụng các sợi polyme ngắn có nhiệt độ nóng chảy 3 Luan van thấp (thường dưới 250-300°C) để tạo ra các khoảng trống dùng để giải phóng áp suất bên trong bê tông theo Wetzig và cộng sự [9]. Haifeng và Wenwu Lan [10] đã nghiên cứu thực nghiệm trên hiệu suất xấu giữa các mẫu bị biến dạng và bê tông cốt liệu tái chế (RAC) ở nhiệt độ cao, cường độ liên kết tương đối của RAC giảm mạnh khi nhiệt độ dưới 4000C trong khi nhiệt độ tăng trên 5000C thì cường độ liên kết giảm ở tốc độ nhanh hơn. Hai yếu tố chính gây nên sự suy giảm cường độ bê tông là: 1. Sự gia tăng áp suất hơi phát sinh từ sự bốc hơi độ ẩm; 2.

Sự hình thành và phát triển các vết nứt do ứng suất nhiệt chênh lệch giữa các phần khác nhau của bê tông (ví dụ bề mặt và lõi). Vì hàm lượng độ ẩm và cốt liệu khác nhau giữa RAC và NC, nên ảnh hưởng của hai yếu tốt này cũng sẽ khác nhau đối với RAC và NC. Trong nước Lê Anh Thắng và Nguyễn Thanh Hưng [11] đã nghiên cứu cường độ chịu nén của bê tông cốt liệu tái chế và ứng xử của dầm BTCT. Kết quả thử nghiệm được mô phỏng bởi chương trình ATENA để nghiên cứu ứng xử của dầm BTCT sử dụng cốt liệu bê tông tái chế [12].

Phân tích và thí nghiệm cho thấy việc thay thế 20% đá tự nhiên bằng bê tông cốt liệu tái sinh không ảnh hưởng đến khả năng chịu lực và hiệu suất của dầm. Góp phần hoàn thiện kỹ thuật về tính chất của bê tông RAC để áp dụng vào thực tiễn. Ngoài ra, bê tông có thêm thành phần thép sợi (SRFC) sẽ giúp cải thiện đáng kể các tính chất của bê tông: cường độ va đập, giới hạn uốn-kéo, khả năng chống nứt và xuất hiện vết nứt của bê tông. Từ các nghiên cứu ngoài nước và trong nước cho thấy vấn đề nghiên cứu về bê tông cốt thép sử dụng cốt liệu bê tông tái chế còn khá khiêm tốn đặc biệt là trong nước còn có quá ít các nghiên cứu về vấn ảnh hưởng của nhiệt độ đến cường độ của bê tông sử dụng cốt liệu bê tông tái chế (Hình 1-4).

Do vậy, đề tài “Ảnh hưởng của nhiệt độ đến cường độ chịu nén của bê tông và bê tông cốt liệu tái chế cốt sợi” sẽ đi nghiên cứu sâu hơn về sự làm việc của RAC, SFRAC và NC khi tiếp xúc với nhiệt độ cao bao gồm thí nghiệm về tính chất nén, cường độ dư, mô đun đàn hồi, mối quan hệ ứng suất bê tông. Nghiên cứu này nhằm tìm ra biện pháp hữu hiệu để giảm bớt tác động tiêu cực của nhiệt độ lên bê tông RAC, SFRAC và NC. Các kết quả trình bày trong bài viết có giá trị giúp tìm 4 Luan van hiểu sâu hơn về sự làm việc của RAC, SFRAC và NC khi chịu nhiệt, nghiên cứu có thể tham khảo trong việc áp dụng kỹ thuật RAC và SFRAC vào các cấu trúc, kết cấu của công trình. (b) Sàn #2 Hình 1- 4 Thiệt hại sàn do hoả hoạn gây ra 1.

Mục tiêu đề tài 1. Mục tiêu nghiên cứu Đề tài sẽ tiến hành nghiên cứu ứng xử của bê tông, bê tông tái chế và bê tông tái chế có thêm thành phần cốt liệu sợi thép khi tiếp xúc với nhiệt độ cao từ 200 - 400°C. Đánh giá khả năng chịu lực và biến dạng của bê tông RAC, SFRAC và NC nhằm tìm ra biện pháp hữu hiệu để giảm bớt tác động tiêu cực của nhiệt độ lên bê tông. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Là vật liệu vụn bê tông tái chế (thành phần hạt thô, hạt mịn, kết hợp sợi thép), các tính chất của vụn bê tông tái chế, độ bền nén, cường độ dư, mô đun đàn hồi, mối quan hệ ứng suất bê tông ở nhiệt độ cao khi sử dụng vụn tái chế.

Trong nghiên cứu này bao gồm 03 nhóm mẫu theo cốt liệu của bê tông (Hình 1-5): (I) Bê tông thường (NC) (II) Bê tông có cốt liệu tái chế (RAC) (III) Bê tông có cốt liệu tái chế kèm thép sợi (SFRAC) với hàm lượng 0. Mục đích nhằm so sánh sự khác biệt về cường độ của từng nhóm mẫu, từ đó thực hiện 5 Luan van vẽ biểu đồ so sánh cường đồ và đưa ra nhận xét đánh giá. Hình 1- 5 Các mẫu bê tông phân theo loại. Phạm vi nghiên cứu: - Ảnh hưởng của cốt liệu vụn bê tông tái chế đến cường độ bê tông trong và ngoài giới hạn đàn hồi; - Ứng xử của bê tông tái chế, bê tông tái chế kết hợp sợi thép khi chịu nhiệt độ cao trong và ngoài giới hạn đàn hồi.

Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu sự làm việc bê tông tái chế khi chịu nhiệt độ cao bằng phương pháp thực nghiệm kết hợp với lý thuyết để so sánh, đánh giá kết quả. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Hoàn thiện thêm lý thuyết về ứng dụng của loại vật liệu tái chế từ vụn bê tông khi chịu lực ở nhiệt độ cao.