Chương 1: Giới thiệu chung Chương 2: Vật liệu chế tạo và phương pháp nghiên cứu Chương 3: Thiết kế thành phần cấp phối bê tông sử dụng cốt liệu tái chế Chương 4: Tính chất của bê tông sử dụng cốt liệu phế thải 4 CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1. Tổng quan về bê tông sử dụng cốt liệu tái chế 1. Khái niệm về phế thải xây dựng và tái chế phế thải xây dựng 1. Phế thải xây dựng PTXD là vật liệu được phát sinh trong quá trình phá dỡ toàn bộ hoặc bộ phận công trình xây dựng, ví dụ như: các công trình hiện hữu đã được xây dựng trong một thời gian dài, chất lượng đã xuống cấp nghiêm trọng, không đảm bảo tiện nghi và an toàn, hoặc các công trình này không còn phù hợp với yêu cầu sử dụng hiện tại (như: mở rộng sản xuất, hoặc làm văn phòng, nhà ở ).
Ngoài ra cũng còn có các công trình xây dựng còn mới nhưng xây dựng trên đất lấn chiếm, xây dựng sai với quy hoạch xây dựng, sai với giấy phép xây dựng, hoặc do giải phóng mặt bằng theo quy hoạch sử dụng đất của nhà nước, Trong xu thế phát triển bền vững ở thế kỷ này, việc phát triển bền vững trong ngành xây dựng nói chung và trong ngành sản xuất vật liệu xây dựng nói riêng đã và đang được nhiều nước trên thế giới tập trung nghiên cứu. Ví dụ như ở Anh, Chính phủ đã đưa ra chiến lược phát triển bền vững và kế hoạch hành động trong xây dựng; còn ở Mỹ đã đưa ra khái niệm về tái sử dụng và hướng dẫn thực hành sử dụng các sản phẩm tái chế từ PTXD, phế thải phá dỡ công trình,. Ở Việt Nam, Chính phủ cũng đã ban hành định hướng chiến lược phát triển bền vững ở Việt Nam (Chương trình nghị sự 21 của Việt Nam), chương trình đầu tư xử lý chất thải rắn giai đoạn 2011- 2020, nhằm phát triển bền vững đất nước trên cơ sở kết hợp chặt chẽ, hợp lý và hài hoà giữa phát triển kinh tế, phát triển xã hội và bảo vệ môi trường [4].1 Tỷ lệ phế thải xây dựng và mức độ tái chế PTXD một số nước Phế thải của quá trình xây dựng, cải tạo, phá dỡ công trình có thể được tái sử dụng vào các mục đích khác nhau, tùy thuộc vào nguồn gốc và chất lượng của hỗn hợp phế thải xây dựng. Tùy theo mức độ lẫn các tạp chất mà PTXD được tái chế và sử dụng ở các dạng khác nhau: (1) Đối với hỗn hợp PTXD có chất lượng thấp, có nhiều tạp chất có thể sử dụng cho công tác san lấp mặt bằng hoặc chôn lấp (đối với phế thải có lẫn tạp chất độc hại).
(2) Hỗn hợp PTXD có chất lượng trung bình (như tường xây gạch, hỗn hợp tường xây và kết cấu bê tông, gạch ốp lát, ) thì có thể tái sử dụng làm lớp nền móng đường giao thông. (3) Hỗn hợp PTXD chất lượng tốt (như bê tông xi măng) có thể tái chế làm các loại cốt liệu chất lượng cao sử dụng cho kết cấu móng trên hay mặt đường, sản xuất vữa và bê tông. Phần hạt mịn sẽ làm nguyên liệu cho quá trình sản xuất clanhke xi măng hoặc nghiền thành bột để gia cố nền đất công trình. Ngoài ra, PTXD cũng có thể sử dụng làm vật liệu trang trí cảnh quan, các chi tiết kiến trúc có màu sắc khác nhau góp phần xây dựng kiến trúc xanh (các tường đá xếp, kết cấu non bộ trang trí, vách tường có nước chảy,.
Trong nghiên cứu này nhóm chỉ tập trung nghiên cứu sử dụng phế thải có nguồn gốc từ bê tông xi măng để làm cốt liệu thay thế CLTN trong chế tạo bê tông. Đây là loại phế thải phổ biến và có chất lượng tương đối ổn định trong quá trình thi công, cải tạo và phá dỡ công trình xây dựng [4].2 Các hình thức tái chế PTXD 1. Tái chế phế thải xây dựng làm cốt liệu cho bê tông Công nghệ sản xuất CLTC từ PTXD không khác nhiều so với công nghệ sản xuất cốt liệu nghiền từ đá tự nhiên. Dây chuyền sản xuất gồm các loại máy nghiền, sàng, thiết bị vận chuyển và các thiết bị loại bỏ tạp chất.
Phương pháp cơ bản của tái chế là sử dụng máy nghiền để nghiền các mảnh vỡ PTXD sau đó sàng phân loại ra sản phẩm dạng hạt có kích thước yêu cầu. Việc tái chế PTXD cũng đòi hỏi phải có một số thiết bị chuyên dụng như máy kẹp, máy cắt và nam châm điện để loại bỏ vật liệu kim loại trong phế thải. Hiện nay có nhiều quy trình công nghệ tái chế [8]. Công nghệ tái chế mức độ thứ nhất: Bao gồm máy nghiền di động gắn liền các bộ phận nghiền, sàng và phân loại.
Công nghệ này khá đơn giản, chỉ có một máy nghiền, thường là máy kẹp hàm để đập nhỏ kích thước của các mảnh phế thải lớn. Nhược điểm cơ bản của dây chuyền này là không có bộ phận để loại bỏ tạp chất, nên thường chỉ sử dụng tái chế các loại PTXD có thành phần ổn định, ít lẫn tạp chất. Ví dụ như được sử dụng trong dự án cải tạo và nâng cấp mặt đường, vỉa hè hoặc tại các công trường đang phá dỡ để giảm chi phí vận chuyển. Dây chuyền này cũng có thể sử dụng thêm hệ thống sàng phân loại để tách các cỡ hạt sau khi nghiền nhỏ.
Quy trình sàng phân loại có thể phân chia thành chu trình kín và chu trình hở. Chu trình hở có ưu điểm là cho công suất cao hơn chu trình kín, nhưng có nhược 7 điểm là có nhiều thành phần hạt lớn hơn, đặc biệt khi vật liệu đầu vào khác nhau Hình 1.3 Tái chế PTXD theo chu trình kín Hình 1.4 Tái chế PTXD theo chu trình hở Công nghệ tái chế mức độ thứ hai: Bao gồm thiết bị của chuyền công nghệ mức độ 1 nhưng có thêm bộ phận phân tách kim loại bằng từ tính và hệ thống sàng 8 phân loại ra nhiều cỡ hạt khác nhau. Trong dây chuyền có thể có một hoặc 2 máy nghiền, một hệ thống phân loại và một bộ phận tách kim loại.5: Sơ đồ tái chế PTXD ở mức độ thứ 2 Công nghệ tái chế mức độ thứ ba: có thể xử lý được tất cả các loại phế thải. Đây là mô hình lý tưởng đáp ứng được cả mặt môi trường lẫn kinh tế.
Nhà máy đầu tiên theo mô hình này trên thế giới đã được lắp đặt để tái chế các loại PTXD và phế thải gỗ ở Rotterdam, Hà Lan. Hiện nay, sơ đồ trạm tái chế PTXD hoàn chỉnh đã được CDE nghiên cứu và lắp đặt ở nhiều nước trên thế giới. Trong dây chuyền này 9 có bố trí thêm thiết bị thùng rửa tách các tạp chất nhẹ (gỗ, giấy, ni lông, ), thiết bị ép tách bùn và tái chế nước rửa.6 Sơ đồ tái chế PTXD mức độ thứ ba 1. Lợi ích của việc tái sử dụng phế thải xây dựng Hiệu quả kinh tế bao gồm: Tiết kiệm chi phí và lệ phí xử lý PTXD tại các bãi rác; vật liệu tái chế có giá thành hạ, khối lượng thể tích thấp nên giảm tải trọng bản thân cho kết cấu móng, giảm thiểu các chi phí vận chuyển phế thải đi và nhập khẩu vật liệu về công trình, v.v cho nên có thể giảm đến 15% chi phí đầu tư xây dựng công trình [7].
Hiệu quả kỹ thuật: Là nguồn vật liệu tái chế có chất lượng đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật của các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành; có khả năng lèn chặt tốt do trong quá trình lu lèn, có một số hạt vật liệu có thể vỡ nhỏ và lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt khác; hiệu quả sử dụng cao do CLTC có khối lượng thể tích nhỏ hơn CLTN, nên khối lượng thể tích của các sản phẩm bê tông sử dụng CLTC giảm 8- 15% so với bê tông thường; Có khả năng sử dụng trong nhiều mục đích xây dựng khác nhau, đảm bảo các yêu cầu thiết kế của công trình. Hiệu quả môi trường: việc sử dụng CLTC từ PTXD trong chế tạo bê tông sẽ 10 làm giảm lượng đá, sỏi tự nhiên khai thác; tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên; không tác động đến môi trường sinh thái cũng như gây ô nhiễm môi trường ở khu vực khai thác; Giảm lượng PTXD tồn chứa, chôn lấp trong các bãi rác nên tiết kiệm diện tích các bãi rác chôn lấp. Việc tái chế và tái sử dụng vật liệu tại chỗ của các công trình phá dỡ sẽ giảm ô nhiễm môi trường và các tác động đến cơ sở hạ tầng giao thông do giảm thiểu được quá trình vận chuyển phế thải đi và vật liệu đến công trường. Tình hình nghiên cứu sử dụng cốt liệu tái chế từ phế thải xây dựng trong chế tạo bê tông trên thế giới Bê tông sử dụng CLTC từ PTXD đã được biết đến đầu tiên từ thời kỳ La Mã.
Thời gian đầu, thành phần chính của loại bê tông này chủ yếu gồm các mảnh vỡ và hỗn hợp chất kết dính của vôi, bột gạch với các loại vật liệu puzolan, loại bê tông này còn được gọi là bê tông gạch vỡ. Công trình đầu tiên ứng dụng loại bê tông này là kênh nước Eiffel ở Cologne (Đức). Đến nằm 1860, bê tông gạch vỡ sử dụng xi măng đã được sản xuất ở Đức; nhưng phải sau chiến tranh thế giới thứ 2, các loại bê tông tái chế mới được sử dụng phổ biến trong quá trình tái thiết các thành phố của Đức. Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu đặc điểm của cốt liệu cũng như ảnh hưởng của việc sử dụng CLBTTC thay thế CLTN đến các đặc tính của bê tông đã được nhiều nghiên cứu đề cập.
Mặc dù có nhiều lợi ích về mặt môi trường, nhưng loại vật liệu này vẫn có những tính chất khác xa so với CLTN, là nguyên nhân hạn chế khả năng sử dụng rộng rãi trong xây dựng.C, độ hút nước, cường độ nén dập và thành phần hạt là các yếu tố ban đầu cần xem xét khi đánh giá chất lượng của CLBTTC và các yếu tố này cũng có ảnh hưởng quyết định đến các tính chất của bê tông. Vì vậy đề tài sẽ tập trung phân tích các nghiên cứu về đặc tính của hạt CLBTTC và về bê tông sử dụng CLBTTC, từ đó đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài. Các nghiên cứu về cốt liệu bê tông tái chế Thể tích cốt liệu trong bê tông là lớn nhất (chiếm khoảng 65-80%) và đóng vai trò quyết định đến nhiều tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông.