Mở đầu Chƣơng 1: Tổng quan tình hình nghiên cứu bê tông bọt và bê tông sử dụng sợi Polypropylene Chƣơng 2: Vật liệu và phƣơng pháp nghiên cứu thí nghiệm Chƣơng 3: Đánh giá kết quả nghiên cứu Kết luận và kiến nghị 3 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU BÊ TÔNG BỌT VÀ BÊ TÔNG CÓ SỬ DỤNG SỢI POLYPROPYLENE 1.1 Tổng quan về bê tông bọt 1.1 Khái quát bê tông bọt Bê tông bọt (BTB) là một hỗn hợp bê tông có chứa bọt, trong đó hàm lƣợng bọt trong hỗn hợp bê tông có thể chiếm đến 75% thể tích. BTB là một loại vật liệu nhẹ, khi còn ở dạng vữa thì dễ chảy, có thể sử dụng đƣợc trong rất nhiều các công trình xây dựng, tùy theo mục đích sử dụng. BTB khi đổ vào khuôn không cần dùng đầm. Dựa theo khối lƣợng thể tích (KLTT) của BTB chia BTB thành 2 loại: i) BTB có KLTT thấp: KLTT từ 256 Kg/m3 610 Kg/m3; ii) BTB chịu lực: KLTT từ 1360 Kg/m3 1920 Kg/m3.
BTB hiện nay đang đƣợc rất nhiều nhà nghiên cứu quan tâm, do có nhiều ƣu điểm nhƣ: - Trọng lƣợng BTB nhẹ hơn nhiều so bê tông thƣờng: BTB có KLTT khi khô 230 960 kg/m3, trong khi trọng lƣợng của bê tông thƣờng là từ 2. Do đó, khi sử dụng BTB làm giảm tải trọng lên kết cấu phần khung và móng nhà. Thêm vào đó, hàm lƣợng bọt sử dụng trong sản xuất BTB chiếm đến 75% thể tích, nên khối lƣợng vật liệu sử dụng để sản xuất BTB giảm đáng kể; - BTB có khả năng cách âm và cách nhiệt tốt: So với gạch đất sét nung truyền thống và bê tông thông thƣờng, BTB có khả năng cách âm rất tốt, đây có thể đƣợc coi là một trong những giải pháp hiệu quả cao trong các công trình xây dựng có yêu cầu cao về cách âm hoặc chống ồn nhƣ: bệnh viện, trƣờng học, khách sạn… và cũng có thể coi là một giải pháp để giảm tình trạng ô nhiễm tiếng ồn ở khu vực thành thị có mật độ dân cƣ đông. Ngoài ra, việc sử dụng BTB còn làm giảm đáng kể lƣợng nhiệt hấp thụ vào công trình.
BTB có khả năng các nhiệt trong mùa lạnh và mùa nóng, làm giảm chi phí sƣởi và mát đến 20-30%. Điều đó, sẽ làm giảm việc tiêu thụ điện năng; 4 - Thi công BTB nhanh: KLTT của BTB thấp, nên có thể chế tạo các block BTB có kích cỡ lớn hơn so với gạch thông thƣờng, nhƣ vậy sẽ rút ngắn đƣợc thời gian thi công; - Sử dụng BTB thân thiện môi trƣờng: Sản xuất BTB có thể sử dụng từ nhiều nguyên vật liệu, có thể sử dụng các loại chất thải trong công nghiệp và nông nghiệp để chế tạo BTB. Nhƣ vậy, sẽ làm làm giảm ô nhiễm môi trƣờng do việc xử lý các chất thải công nghiệp.2 Tình hình nghiên cứu bê tông bọt Từ những năm 60 của Thế kỷ 20, nhiều nghiên cứu về bê tông bọt đã đƣợc các chuyên gia nghiên cứu, áp dụng trong thực tế. Đến nay, bê tông bọt đã đƣợc phổ biến hầu nhƣ trên toàn Thế giới.
Bê tông bọt đƣợc biết đến là loại bê tông nhẹ có KLTT từ 4001850 kg/m3, chúng đƣợc tạo từ hỗn hợp vữa bê tông và bọt, trong đó bê tông thông thƣờng có KLTT 2500 kG/m3, BTB có độ chảy lớn nên khi sử dụng BTB không cần phải đầm, BTB có khả năng cách nhiệt cao [25],[30] và đƣợc xem là giải pháp để chế tạo ra loại vật liệu nhẹ, đem lại giá trị kinh tế cao [10]. Nghiên cứu của Amran [48], đã chỉ ra rằng BTB có các tính chất: KLTT của BTB nhỏ, điều đó sẽ làm giảm trọng lƣợng bản thân công trình, dẫn đến giảm trọng lƣợng truyền lên các kết cấu và xuống móng công trình, giảm kích thƣớc các kết cấu công trình; độ truyền nhiệt của BTB thấp, tính linh động lớn nên có khả năng tự đầm và giá thành sản xuất rẻ. Do đó, BTB đƣợc ứng dụng của rộng rãi trong các lĩnh vực xây dựng. Nghiên cứu của Marcin Kozłowski [33] về BTB chỉ ra rằng cƣờng độ chịu nén của BTB phụ thuộc vào KLTT, khi KLTT nhỏ khó có thể tạo ra BTB có cƣờng độ chịu nén cao, ngoài ra cƣờng độ của BTB chịu ảnh hƣởng nhiều bởi chất lƣợng của vật liệu đầu vào tạo ra BTB.
Nghiên cứu về đặc tính của BTB, Hanizam Awang cho rằng khi BTB có 5 KLTT thấp thì độ độ dẫn nhiệt thấp, điều này cũng đồng nghĩa khi BTB có độ xốp lớn thì độ dẫn nhiệt cũng thấp [21]. BTB có khả năng ứng dụng cao trong xây dựng, nên rất nhiều nhà nghiên cứu đã nghiên cứu thành phần cấp phối của BTB. Phải kể đến nhƣ: Kearsley và các cộng sự chỉ ra rằng, khi sản xuất BTB xi măng sẽ chiếm ƣu thế trong vai trò là chất kết dính và có thể sử dụng hàm lƣợng xi măng từ (25100)% của hàm lƣợng chất kết dính [19]. Ngoài ra, khi chế tạo BTB có thể sử dụng các chất phụ gia khác nhƣ tro bay, xỉ lò cao nghiền mịn, vôi,… để thay thế xi măng từ (1075)% [47].
Ms A Giannakou và các cộng sự đã nghiên cứu, khi chế tạo BTB có thể sử dụng tro bay thay thế xi măng là 30% và tro bay thô thay thế (50100)% cốt liệu mịn, kết quả nghiên cứu cho thấy khi mẫu BTB có KLTT thấp (8001400) kg/m3; tính linh động và khả năng tự đầm cao; có độ truyền nhiệt nhỏ (<0,5 W/mK), điều này làm BTB có ứng dụng cao trong xây dựng [34]. Nghiên cứu của M. Jones chỉ ra rằng khi chế tạo BTB sử dụng tro bay trong việc chế tạo bê tông bọt cho cƣờng độ chịu nén tốt hơn so với mẫu BTB không sử dụng tro bay, ở một thời thời điểm nhất định cƣờng độ chịu nén của mẫu bê tông bọt tăng gấp 6 lần so với mẫu không sử dụng tro bay [31]. Nghiên cứu khác của Sathish và các cộng sự, khi sử dụng XLCNM thay thế XM trong chế tạo BTB cho thấy khi hàm lƣợng XLCNM nghiền mịn thay thế 20% XM sẽ cho BTB có cƣờng độ tới 16 MPa [40].
Zhang và các cộng sự đã nghiên cứu có thể sử dụng kết hợp tro bay và XLCNM với dung dịch kiềm hoạt hóa NaOH 12M để tạo ra BTB có cƣờng độ chịu nén ở ngày tuổi thứ 28 từ 348 MPa, KLTT đạt 7201600 kg/m3, hệ số truyền nhiệt từ 0,15 0,48 W/mK [52]. Tại Việt Nam nghiên cứu về BTB không nhiều hoặc có thể nhiều công trình chƣa công bố. Nghiên cứu của Huỳnh Trọng Phƣớc và các cộng sự đã chỉ ra rằng việc sử dụng tro bay thay thế một phần XM trong sản xuất BTB sẽ ảnh hƣởng đến các tính chất của các mẫu BTB. Khi chế tạo BTT sử dụng 20% xi 6 măng thay thế bởi tro bay, cƣờng độ chịu nén đạt giá trị lớn nhất tại 28 ngày tuổi là 1,917 MPa.
Khi tăng hàm lƣợng tro bay thay thế xi măng sẽ làm giảm khả năng chịu lực của BTB. Hệ số hấp thụ nhiệt của các mẫu bê tông bọt ở 28 ngày tuổi từ 0,1220,148 W/mK. Tác giả cũng chỉ ra giá trị cƣờng độ chịu nén và KLTT của mẫu BTB có mối quan hệ với nhau. Kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, khi mẫu BTB có KLTT càng cao thì cƣờng độ chịu nén và độ truyền nhiệt càng lớn [7].2 Tổng quan về các loại phế thải công nghiệp trong sản xuất bê tông Các loại phế thải trong công nghiệp là các loại chất thải của các hoạt động sản xuất của các Nhà máy, công ty, xí nghiệp,.
Các loại phế thải đều có khả năng gây nguy hại đến môi trƣờng và việc xử lý rất tốn kém. Do vậy, nhiều nhà nghiên cứu đã và đang nghiên cứu sử dụng có hiệu quả các loại phế thải thành các loại vật liệu có thể thay thế nguyên vật liệu truyền thống trong thành phần cấp phối của bê tông hay gạch không nung. Các loại phế thải công nghiệp có thể sử dụng đƣợc trong việc thiết kế thành phần cấp phối của bê tông nhƣ: tro bay và xỉ lò cao. Tro bay đƣợc hình thành khi nhiên liệu than đƣợc đốt trong các lò hơi của nhà máy nhiệt điện, nhà máy xi măng, nhà máy luyện kim,.
Tro bay đƣợc thải ra theo đƣờng khói, chất rắn đƣợc thải ra dƣới dạng tro bay phụ thuộc vào công nghệ đốt của lò hơi. Tro bay bao gồm các thành phần: Axit nhôm (Al2O3), oxit canxi (CaO), oxit Sắt (Fe2O3), oxit lƣu huỳnh (S2O3) kết hợp với một số lƣợng than không cháy hết. Tro bay có những đặc điểm nhƣ: Độ mịn cao và hoạt tính cao; có tính cách nhiệt và cách âm rất tốt; có tính chống thấm cao, giảm khả năng xâm thực của nƣớc và có khả năng chấm xâm mặn; có khả năng co giãn cao nên có thể chống rạn nứt; giá thành thấp, giúp tiết kiệm chi phí sử dụng; sử dụng tro bay nhằm mục đích tái sử dụng và bảo vệ môi trƣờng. Vì thế tro bay đƣợc ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực xây dựng.
Xỉ lò cao là sản phẩm của nhà máy luyện gang trong lò cao, sản phẩm của quá 7 trình luyện gang thép là xỉ ở dạng nóng chảy, nhờ công nghệ làm lạnh cực nhanh bằng nƣớc áp lực cao sẽ tạo nên xỉ hạt lò cao. Việc sử dụng xỉ lò cao nghiền mịn (XLCNM) góp phần rất lớn trong việc giảm lƣợng xi măng qua đó sẽ giúp cho việc giảm lƣợng phát thải khí CO2 gây ô nhiễm môi trƣờng. Theo thống kê hiện nay có 8 nhà máy luyện gang lò cao với tổng sản lƣợng gang là 7,27 triệu tấn/năm, tƣơng ứng với tổng lƣợng xỉ hạt lò cao phát sinh hàng năm tƣơng ứng là 2,32 triệu tấn/năm. Những nghiên cứu sử dụng tro bay và xỉ lò cao thay thế xi măng phải kể đến các nghiên cứu: Nghiên cứu của A.Yerramala và các cộng sự [11] nghiên cứu về đặc tính cƣờng độ của vữa xi măng thông qua các thí nghiệm, kết quả thí nghiệm cho thấy khi thay thế 525% hàm lƣợng xi măng pooc lăng bởi tro bay thì ở giai đoạn đầu làm suy giảm cƣờng độ của vữa xi măng, nhƣng sau 28 ngày vữa xi măng có tro bay thay thế trên 15% cho cƣờng độ cao hơn so với mẫu đối chứng.
còn tro bay thay thế 20% và 25% có cƣờng độ thấp hơn mẫu đối chứng. Nghiên cứu về ảnh hƣởng của độ mịn hạt tro bay, P. Chindaprasirta và các cộng sự [23] nghiên cứu chỉ ra rằng khi thay thế xi măng bởi tro bay, sử dụng tro bay càng mịn, thì bề mặt tiếp xúc càng lớn, càng dễ phản ứng và tạo ra cƣờng độ vữa xi măng lớn hơn. Nghiên cứu khác của A.