CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG SỬ DỤNG CỐT LIỆU NGHIỀN TỪ BÊ TÔNG PHẾ THẢI 1.1 Tổng quan về cốt liệu nghiền từ bê tông phế thải 1.1 Phế thải xây dựng và tái chế phế thải xây dựng 1.1 Phế thải xây dựng PTXD là vật liệu được phát sinh trong quá trình phá dỡ toàn bộ hoặc một bộ phận công trình xây dựng, ví dụ như: các công trình hiện hữu đã được xây dụng 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 tai (như: mở rộng sản xuất, hoặc làm văn phòng, nhà ở…). Ngoài ra cũng có thể các công trình xây dựng chưa được bao lâu, nhưng do các công trình này đã 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 bên vững ở thế kỷ này, việc phát triền 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 (Bảng 1. Ví dụ như ở nước Anh, chính phủ đã đưa ra các chiến lược phát triển bền vững và kế hoạch hành động trong xây dựng; Ở Mỹ đã đưa ra khái niệm sử dụng và hướng dẫn thực hàn sử dụng các sản phẩm tái chế từ PTXD, phế thải phá dỡ công trình,… Ở Việt Nam, Chính phủ cũng đang 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 hòa giữa phát triển kinh tế, phát triển xã hội và bảo vệ môi trường [2, 4].
Phế thải trong quá trình xây dựng, cải tạo, phá dỡ công trình có thế được tái sử dụng vào các mục đích khác nhau, tùy thuộc và 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: - 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). 9! CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: TS. NGUYỄN TIẾN DŨNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG - MÃ SỐ T2017-KTXD-06 - Hỗn hợp PTXD có chất lượng tốt hơn (như tường xây gạch, hỗn hợp tường xây và kết cấu bê tông, gạch ốp lát,…) thì có thể tái sử dụng làm lớp đường móng đường giao thông.
- 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 mặng hoặc nghiền thành bột để gia cố đất nền công trình. - Ngoài ra, PTXD cũng có thể sử dụng làm vật liệu trang trí cảnh quan, các chi tiết kiến trúc và màu sắc khác góp phần xây dựng kiến trúc xanh (các tường đá xếp, kết cấu non bộ trang trí, vách tường có nước chảy,…). Trong đề tài này chỉ tập trung nghiên cứu sử dụng phế thải xây dựng có nguồn gốc từ bê tông xi măng để làm cốt liệu thay thế CLTN trong chế tạo bê tông.1 Lượng PTXD và mức độ tái sử dụng PTXD ở các nước trên thế giới Hàm lượng PTXD so với tổng Tỷ lệ PTXD Nước hảm lượng phế thải rắn, % được tái chế, % Australia 44 51 Brazil 15 8 Đan Mạch 25-50 80 Phần Lan 14 40 Pháp 25 20-30 Đức 19 40-60 Hồng Kong 38 - Nhật 36 65 Italy 30 10 Hà Lan 26 75 Na Uy 30 7 Tây Ban Nha 70 17 Anh >50 40 Mỹ 29 25 10! CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: TS.
NGUYỄN TIẾN DŨNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG - MÃ SỐ T2017-KTXD-06 1.2 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 từ đó phân loại ra các sản phẩm dạng hạt có kích thước yếu 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 PTXD làm cốt liệu với các mức độ khác nhau như sau: 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 đẻ đập nhỏ kích thước của các mảnh phế thải lớn. Dây chuyền này cũng có thể sử dụng thêm hệ thông sàng phân loại để tách các cỡ hạt sau khi nghiền nhỏ. 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.
Dây chuyền tái chế này thường sử dụng trong dự án cải tạo và nâng cấp mặt đường, vỉa hè ở các nước đang phát triển hoặc tại các công trường đang phá dỡ để giảm chi phí vận chuyển. Quy trình sàng phân loại có thể phân chia thành chu trình kín và chu trình hở. Chu trình hở có ưu điểm là khả năng cho công suất cao hơn chu trình kín mặc dù sản phẩm cuối cùng của chu trình hở có nhiều thành phần hạt lớn hơn so với chu trình kín, đặc biệt khi vật liệu đầu vào khác nhau. Công nghệ tái chế mức độ thứ hai: Bao gồm thiết bị của dây chuyền công nghệ mức độ 1 nhưng có thêm bộ phận tách kim loại bằng từ tính và hệ thông sàng 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. Phần lớn các mảnh vỡ PTXD từ các công trường phá dỡ được đập đến kích thước tối đa 0,4-0,7m bằng quả chùy và máy kẹp thủy lực. Các mảnh gỗ, sắt thép, nhựa và giấy lớn thường được loại bỏ bằng tay. Nguyên liệu đầu vào sau đó được nghiền trong máy nghiền sơ cấp, thường là các máy kẹp hàm hoặc máy đập búa.
Sản phẩm từ máy ghiền sở cấp được sàng trên bộ sàng bao gồm sàng 10 và 40mm. Các hạt vật liệu nhỏ hơn 10mm được loại bỏ do lẫn nhiều tạp chất. Các hạt vật liệu lớn 11! CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: TS. NGUYỄN TIẾN DŨNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG - MÃ SỐ T2017-KTXD-06 hơn 40mm sẽ cho qua máy nghiền thứ cấp dạng kẹp hàm, hình nón hoặc đập búa để giảm kích thước.
Tất cả vật liệu 40-100mm từ mát nghiền sơ cấp được đưa tới máy thứ cấp. Toàn bộ vật liệu sau dó được rửa sạch hoặc sàng khô để tiếp tục loại bỏ các vật liệu nhẹ còn lại như gỗ, giấy và nhựa; các sản phẩm sạch được sàng phân loại thành các kích thước khác nhau theo yêu cầu của khách hàng. Tất cả sắt và thép được lấy ta bởi nam châm được đặt tại một hoặc nhiều địa điểm tập trung trên bằng tải tự làm sạch. Khi CLTC được sản xuất từ phế thải có chưa hơn 95% bê tông thì sản phẩm cuối cùng thường sẽ đạt đọ sạch, đủ đáp ứng các chỉ tiêu kỹ thuật để làm cốt liệu cho bê tông mà không cần phải rửa.
Công nghệ tái chế mức độ thứ ba: Có thể xử lý được tất cả các loại phế thải. Đây là một mô hình lý tưởng đáp ứng dược cả mặt môi trường lẫn kinh tế. Nhà máy đầu tiên theo mô hình này trên thế giớ đã được lắp đặt để tái chế các loại PTXD và phế thải gỗ ở Rotterdam, Hà Lan. Lợi ích của việc tái sử dụng phế thải xây dựng Lợi ích của việc tái chế PTXD là rất lớn, đem lại đồng thời lợi tích kỹ thuật, môi trường và kinh tế.
Các lợi ích cụ thể của việc tái chế PTXD làm vật liệu xây dựng được thống kê dưới đây: Lợi ích kỹ thuật: - Là nguồn vật liệu tái chế có chất lượng đảm bảo được các yêu cầu chỉ dẫn kỹ thuật theo 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 [9]; hiệu quả sử dụng cao do cốt liệu tái chế có khối lượng thể tích nhẹ hơn cốt liệu thường, nên khối lượng riêng thể tích của các sản phẩm bê tông sử dụng CLTC giảm 8-15% so với bê tông thường. Điều này dẫn đến giảm chi phí vận chuyển, giảm tải trọng bản thân của các kết cấu. - Có khả năng sử dụng trong nhiều mục đích xây dựng khác nhau, đảm bảo các yêu cầu thiết kế của công trình.
Lợi ích môi trường: 12! CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: TS. NGUYỄN TIẾN DŨNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG - MÃ SỐ T2017-KTXD-06 Việc sử dụng cốt liệu tái chế từ PTXD trong chế tạo bê tông sẽ làm giảm lượng đá, sỏi tự khai thác; tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên; không tác động đến môi trường sinh thái như gây ô nhiễm môi trường của 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 và vật liệu. Lợi ích kinh tế: - Tiết kiệm chi phí và lệ phí xử lý PTXD tại các bãi rác.
- Việc sử dụng cốt liệu tái chế có thể giảm đến 15% chi phí dầu tư xây dựng công trình do: sử dụng vật liệu tái chế có giá thành hạ, giảm tải trọng của bản thân cho kết cấu móng, giảm thiểu các chi phí vận chuyển phé thải đi và nhập khẩu vật liệu về công trình,… 1.