Tổng quan nghiên cứu

Tỉnh Đồng Nai, thuộc Vùng Kinh tế trọng điểm phía Nam, có hệ thống giao thông đường bộ phát triển với tổng chiều dài hơn 6.000 km, trong đó đường nhựa chiếm khoảng 1.592 km và đường bê tông xi măng (BTXM) chiếm 80,5 km. Sự phát triển kinh tế nhanh chóng kéo theo nhu cầu xây dựng hạ tầng giao thông ngày càng tăng, đồng thời phát sinh lượng lớn rác thải xây dựng chưa được xử lý triệt để. Tình trạng khan hiếm vật liệu xây dựng truyền thống như đá tự nhiên càng làm nổi bật vai trò của việc tái chế bê tông xi măng phế thải.

Luận văn tập trung nghiên cứu sử dụng bê tông xi măng tái chế làm lớp móng mặt đường ô tô trên các tuyến tỉnh lộ tại tỉnh Đồng Nai, nhằm mục tiêu thiết kế thành phần bê tông tái chế đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật thay thế vật liệu đá dăm truyền thống, đồng thời giảm chi phí xây dựng và tác động môi trường. Phạm vi nghiên cứu bao gồm khảo sát đặc điểm bê tông xi măng truyền thống và bê tông tái chế, thực nghiệm đánh giá cường độ chịu nén và kéo uốn của các cấp phối bê tông tái chế có và không có phụ gia, áp dụng trên các tuyến tỉnh lộ tại Đồng Nai trong giai đoạn 2017-2018.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển vật liệu xây dựng bền vững, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường do rác thải xây dựng, đồng thời khai thác hiệu quả nguồn nguyên liệu tái chế, đáp ứng nhu cầu phát triển hạ tầng giao thông tỉnh Đồng Nai với chi phí hợp lý và thân thiện môi trường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết tính toán thành phần hạt bê tông xi măng: Phương pháp tính toán thành phần hạt nhằm xác định tỷ lệ phối trộn các cốt liệu nhỏ, cốt liệu lớn và xi măng để đạt được hỗn hợp bê tông có độ chặt và cường độ tối ưu.

  • Lý thuyết thủy hóa xi măng và phát triển cường độ bê tông: Giải thích quá trình phản ứng thủy hóa của xi măng pooclăng, ảnh hưởng của độ mịn, tỷ lệ nước/xi măng đến cường độ chịu nén và kéo uốn của bê tông.

  • Mô hình thiết kế cấp phối bê tông tái chế: Áp dụng phương pháp khối lượng tuyệt đối để thiết kế cấp phối bê tông tái chế, bao gồm các thành phần cốt liệu tái chế, xi măng, nước và phụ gia cải thiện tính chất cơ học.

Các khái niệm chính bao gồm: bê tông xi măng tái chế (BTXM tái chế), cốt liệu tái chế, tỷ lệ nước/xi măng (X/N), cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo uốn, phụ gia Sika và Basf.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các thí nghiệm thực nghiệm tại phòng thí nghiệm của Trường Đại học Giao thông Vận tải, kết hợp với phân tích tài liệu chuyên ngành và tiêu chuẩn Việt Nam về bê tông xi măng.

  • Cỡ mẫu: Hơn 100 mẫu bê tông hình trụ kích thước 15x15x15 cm được đúc và bảo dưỡng theo tiêu chuẩn, bao gồm các cấp phối bê tông tái chế không phụ gia và có phụ gia Sika, Basf.

  • Phương pháp chọn mẫu: Lựa chọn mẫu bê tông tái chế từ các nguồn phế thải bê tông xi măng tại tỉnh Đồng Nai, đảm bảo đại diện cho các loại cốt liệu tái chế phổ biến.

  • Phương pháp phân tích: Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén và kéo uốn theo tiêu chuẩn TCVN, đo độ sụt để đánh giá tính dễ thi công, phân tích thành phần hạt cốt liệu bằng sàng tiêu chuẩn ASTM C136 và C702.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2017-2018, bao gồm giai đoạn thiết kế cấp phối, đúc mẫu, bảo dưỡng và thử nghiệm cơ lý.

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa lý thuyết tính toán và thực nghiệm nhằm đánh giá toàn diện tính khả thi và hiệu quả của bê tông xi măng tái chế trong ứng dụng làm lớp móng mặt đường ô tô.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Cường độ chịu nén của bê tông tái chế: Mẫu bê tông tái chế không phụ gia đạt cường độ nén trung bình khoảng 16,6 MPa sau 3 ngày và tăng lên 27,4 MPa sau 28 ngày, tương đương khoảng 85% so với bê tông sử dụng cốt liệu tự nhiên. Khi sử dụng phụ gia Sika và Basf, cường độ nén tăng lên lần lượt 30,2 MPa và 32,1 MPa sau 28 ngày, cải thiện khoảng 10-15% so với mẫu không phụ gia.

  2. Cường độ chịu kéo uốn: Bê tông tái chế có cường độ kéo uốn đạt khoảng 3,5 MPa không phụ gia, tăng lên 4,2 MPa và 4,5 MPa khi sử dụng phụ gia Sika và Basf, tương ứng tăng 20-28% so với mẫu cơ bản.

  3. Tính dễ thi công và độ sụt: Độ sụt của bê tông tái chế cao hơn bê tông truyền thống khoảng 1,5 inch (3,8 cm) với cùng tỷ lệ nước/xi măng, cho thấy bê tông tái chế có tính lưu động tốt hơn, thuận lợi cho thi công.

  4. Chi phí sản xuất: Chi phí sản xuất bê tông tái chế giảm khoảng 10,8% so với bê tông truyền thống do sử dụng nguyên liệu phế thải, góp phần giảm chi phí xây dựng lớp móng mặt đường.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy bê tông xi măng tái chế có khả năng đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật làm lớp móng mặt đường ô tô trên các tuyến tỉnh lộ Đồng Nai. Việc sử dụng phụ gia Sika và Basf giúp cải thiện đáng kể cường độ cơ học, đồng thời giữ được tính dễ thi công. So với nghiên cứu quốc tế, kết quả tương đồng với các báo cáo tại Mỹ và Đức về khả năng tái chế bê tông và cải thiện tính chất cơ học bằng phụ gia.

Nguyên nhân chính của sự khác biệt về cường độ giữa bê tông tái chế và bê tông truyền thống là do cốt liệu tái chế có độ hấp thụ nước cao hơn và trọng lượng riêng thấp hơn, ảnh hưởng đến tỷ lệ nước/xi măng và cấu trúc vi mô của bê tông. Tuy nhiên, việc điều chỉnh tỷ lệ phối trộn và sử dụng phụ gia đã khắc phục được hạn chế này.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phát triển cường độ nén và kéo uốn theo thời gian, bảng so sánh chi phí sản xuất và biểu đồ độ sụt giữa các cấp phối bê tông. Những kết quả này khẳng định tính khả thi của bê tông tái chế trong ứng dụng xây dựng hạ tầng giao thông, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tiết kiệm tài nguyên.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng bê tông xi măng tái chế làm lớp móng mặt đường trên các tuyến tỉnh lộ Đồng Nai: Khuyến nghị sử dụng cấp phối bê tông tái chế có phụ gia Sika hoặc Basf để đảm bảo cường độ và độ bền, giảm chi phí xây dựng khoảng 10-15%. Thời gian áp dụng trong vòng 2-3 năm tới, do Sở Giao thông Vận tải tỉnh chủ trì.

  2. Xây dựng quy trình thu gom, xử lý và tái chế bê tông phế thải đồng bộ: Thiết lập hệ thống trạm trung chuyển và nhà máy nghiền tái chế tại các khu vực trọng điểm, đảm bảo nguồn nguyên liệu ổn định và chất lượng. Thời gian triển khai 1-2 năm, phối hợp giữa các đơn vị môi trường và doanh nghiệp xây dựng.

  3. Đào tạo và nâng cao nhận thức cho cán bộ kỹ thuật và nhà thầu thi công: Tổ chức các khóa tập huấn về thiết kế cấp phối, thi công và kiểm soát chất lượng bê tông tái chế nhằm đảm bảo hiệu quả và an toàn công trình. Thời gian thực hiện liên tục hàng năm, do Trường Đại học Giao thông Vận tải và Sở Giao thông Vận tải phối hợp.

  4. Nghiên cứu mở rộng ứng dụng bê tông tái chế cho các kết cấu mặt đường khác và công trình hạ tầng: Khuyến khích các đề tài nghiên cứu tiếp theo tập trung vào bê tông tái chế mác cao, bê tông cốt thép tái chế và các phụ gia mới nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng. Thời gian nghiên cứu 3-5 năm, do các viện nghiên cứu và trường đại học thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách giao thông: Luận văn cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn để xây dựng chính sách phát triển vật liệu xây dựng bền vững, giảm chi phí và bảo vệ môi trường trong lĩnh vực giao thông.

  2. Các kỹ sư thiết kế và thi công công trình giao thông: Tham khảo phương pháp thiết kế cấp phối bê tông tái chế, quy trình thi công và kiểm soát chất lượng, giúp nâng cao hiệu quả và độ bền công trình.

  3. Doanh nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng và tái chế: Nắm bắt công nghệ tái chế bê tông, ứng dụng phụ gia cải thiện tính chất cơ học, từ đó phát triển sản phẩm bê tông tái chế chất lượng cao, đáp ứng nhu cầu thị trường.

  4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật xây dựng: Cung cấp tài liệu tham khảo về lý thuyết tính toán, phương pháp thí nghiệm và phân tích kết quả bê tông tái chế, hỗ trợ nghiên cứu và phát triển khoa học công nghệ.

Câu hỏi thường gặp

  1. Bê tông xi măng tái chế có đảm bảo cường độ chịu lực như bê tông truyền thống không?
    Theo kết quả thí nghiệm, bê tông tái chế đạt khoảng 85-90% cường độ chịu nén so với bê tông truyền thống, và có thể cải thiện lên trên 95% khi sử dụng phụ gia Sika hoặc Basf. Ví dụ, mẫu bê tông tái chế có phụ gia đạt cường độ nén 32,1 MPa sau 28 ngày.

  2. Việc sử dụng bê tông tái chế có giúp giảm chi phí xây dựng không?
    Có, chi phí sản xuất bê tông tái chế giảm khoảng 10,8% so với bê tông truyền thống do tận dụng nguyên liệu phế thải, giảm nhu cầu khai thác đá tự nhiên và tiết kiệm vật liệu.

  3. Bê tông tái chế có dễ thi công và đảm bảo tính ổn định không?
    Bê tông tái chế có độ sụt cao hơn khoảng 3,8 cm so với bê tông truyền thống cùng tỷ lệ nước/xi măng, cho thấy tính lưu động tốt, thuận lợi cho thi công. Tuy nhiên cần kiểm soát tỷ lệ phối trộn và sử dụng phụ gia để đảm bảo ổn định.

  4. Phụ gia Sika và Basf có vai trò gì trong bê tông tái chế?
    Phụ gia giúp cải thiện cường độ chịu nén và kéo uốn, tăng tính liên kết giữa các hạt cốt liệu, đồng thời nâng cao khả năng chống thấm và độ bền lâu dài của bê tông tái chế.

  5. Làm thế nào để đảm bảo chất lượng bê tông tái chế trong thực tế?
    Cần xây dựng quy trình thu gom, xử lý và kiểm soát chất lượng nguyên liệu tái chế, đào tạo kỹ thuật viên và nhà thầu thi công, đồng thời áp dụng các tiêu chuẩn kỹ thuật và thử nghiệm định kỳ theo TCVN.

Kết luận

  • Bê tông xi măng tái chế có khả năng thay thế vật liệu đá dăm truyền thống làm lớp móng mặt đường ô tô trên các tuyến tỉnh lộ Đồng Nai với cường độ chịu nén đạt trên 85% bê tông truyền thống.
  • Sử dụng phụ gia Sika và Basf giúp tăng cường cường độ chịu nén và kéo uốn, cải thiện tính chất cơ học của bê tông tái chế.
  • Việc áp dụng bê tông tái chế góp phần giảm chi phí xây dựng khoảng 10,8% và giảm thiểu ô nhiễm môi trường do rác thải xây dựng.
  • Quy trình thu gom, xử lý và thiết kế cấp phối bê tông tái chế cần được hoàn thiện và áp dụng đồng bộ để đảm bảo chất lượng công trình.
  • Đề xuất triển khai áp dụng bê tông tái chế trong 2-3 năm tới, đồng thời nghiên cứu mở rộng ứng dụng và phát triển công nghệ tái chế mới.

Hành động tiếp theo: Các cơ quan quản lý và doanh nghiệp xây dựng cần phối hợp triển khai thí điểm ứng dụng bê tông tái chế trên các tuyến tỉnh lộ, đồng thời tổ chức đào tạo và kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt để đảm bảo hiệu quả và an toàn công trình.