Tổng quan về luận án

Sự phát triển vượt bậc của nền kinh tế Việt Nam kéo theo tốc độ tăng trưởng ngành xây dựng duy trì ở mức 6% – 10%/năm trong giai đoạn 2015 – 2020. Tốc độ đô thị hóa nhanh chóng này đã làm phát sinh khối lượng khổng lồ chất thải rắn xây dựng (CTRXD), ước tính đạt 6,3 triệu tấn vào năm 2020 và dự kiến tăng lên 11 triệu tấn vào năm 2025 (riêng các đô thị lớn phát sinh khoảng 3.000 tấn/ngày). Áp lực này diễn ra song hành cùng sự cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên khi "Việt Nam tiêu thụ từ 170-190 triệu m3 đá và 130-150 triệu m3 cát cho xây dựng trong năm 2020". Trong khi tỷ lệ tái chế CTRXD tại Việt Nam chỉ đạt vỏn vẹn 1% – 2%, các quốc gia tiên tiến như Nhật Bản đã tái chế tới 96% CTRXD và tái sử dụng 95% bê tông phế thải làm vật liệu đắp nền đường từ năm 2000. Nhằm cụ thể hóa các mục tiêu chiến lược của Chính phủ tại Quyết định số 1266/QĐ-TTg, Quyết định số 491/QĐ-TTg và Chỉ thị số 41/CT-TTg về quản lý kinh tế tuần hoàn, việc tái chế CTRXD thành cốt liệu lớn bê tông tái chế (CLLBTTC) dùng cho kết cấu chịu lực là một định hướng tiên phong, cấp thiết.

Khoảng trống nghiên cứu (research gap) cốt lõi tại Việt Nam và khu vực là sự thiếu hụt các dữ liệu thực nghiệm toàn diện về sự phát triển tính chất cơ lý dài hạn (đặc biệt là biến dạng từ biến và co ngót kéo dài đến 360 ngày) của bê tông sử dụng 100% CLLBTTC có nguồn gốc từ công trình phá dỡ thực tế tại địa phương. Đồng thời, tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành (TCVN 11969:2018) mới chỉ dừng lại ở việc đánh giá tiêu chí đầu vào của cốt liệu mà chưa có cơ sở thực chứng về ứng xử chịu nén dọc trục của cấu kiện kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) quy mô thực tế theo tiêu chuẩn thiết kế kết cấu TCVN 5574:2018. Luận án tiến sĩ của NCS. Nguyễn Thanh Quang thuộc Trường Đại học Xây dựng Hà Nội, trong khuôn khổ Dự án Hợp tác Quốc tế SATREPS (Mã số JPMJSA1701), đã giải quyết trực tiếp khoảng trống này thông qua các câu hỏi và giả thuyết khoa học:

  • Câu hỏi nghiên cứu 1 (RQ1): Mức độ thay thế CLLBTTC (0%, 50%, 100%) ảnh hưởng như thế nào đến quy luật tiến triển của cường độ chịu nén, mô đun đàn hồi, biến dạng co ngót và từ biến của bê tông từ 3 đến 360 ngày tuổi?
  • Câu hỏi nghiên cứu 2 (RQ2): Ứng xử cơ học, cơ chế nứt và khả năng chịu tải cực hạn của cột BTCT sử dụng bê tông cốt liệu tái chế (BTCLTC) chịu nén đúng tâm có tương thích với mô hình tính toán theo TCVN 5574:2018 không?
  • Giả thuyết nghiên cứu 1 (H1): Mặc dù vữa xi măng bám dính làm tăng độ rỗng và độ hút nước, hỗn hợp bê tông sử dụng đến 100% CLLBTTC vẫn có thể đạt cấp độ bền nén B30 (cường độ mẫu trụ đạt trên 40 MPa) nhờ hiệu ứng nội bảo dưỡng (internal curing) và kiểm soát cấp phối tối ưu.
  • Giả thuyết nghiên cứu 2 (H2): Cột BTCT sử dụng CLLBTTC có dạng phá hoại và sự phân bổ biến dạng cốt thép tương đồng với cột bê tông cốt liệu tự nhiên (BTCLTN), với độ suy giảm khả năng chịu lực không đáng kể (< 10%), hoàn toàn phù hợp để tính toán theo tiêu chuẩn hiện hành.

Khung lý thuyết của luận án được xây dựng dựa trên sự tích hợp giữa Lý thuyết vi cấu trúc vùng chuyển tiếp tiếp xúc (Interfacial Transition Zone - ITZ), Lý thuyết biến dạng đàn nhớt (Viscoelasticity & Creep Kinetics) của Neville và ACI 209R-92, cùng Lý thuyết trạng thái giới hạn cấu kiện bê tông cốt thép theo TCVN 5574:2018 và Eurocode 2. Nghiên cứu thực nghiệm được triển khai trên các mẫu vật liệu bê tông thử nghiệm từ 3 đến 360 ngày tuổi và hệ thống 3 cấu kiện cột BTCT kích thước thực tế $200 \times 200 \times 880\text{ mm}$ (hàm lượng cốt thép dọc $\mu = 1,4%$).

Literature Review và Positioning

Tổng quan y văn quốc tế ghi nhận sự phát triển mạnh mẽ của các nghiên cứu về bê tông cốt liệu tái chế qua nhiều thập kỷ. Khởi đầu từ các công bố nền tảng của Nixon (1978) chỉ ra sự suy giảm 20% cường độ chịu nén khi thay thế 100% cốt liệu lớn, tiếp nối bởi Ravindrarajah và Tam (1985) với mức suy giảm 8% – 24%, De Oliveira và Vazquez (1996) ghi nhận mức giảm 10%, Topçu và Sengel (2004) ghi nhận mức giảm 23,5% – 33%, và Kou (2006) ghi nhận mức giảm 16% – 22%. Gần đây, các tổng hợp quy mô lớn của Silva và cộng sự (2014, 2015), Tam và cộng sự (2015) trên hơn 26 công trình quốc tế đã hệ thống hóa ảnh hưởng của hàm lượng vữa dính bám (attached mortar) đến các thông số biến dạng và độ bền của BTCLTC. Tại Việt Nam, nghiên cứu của Tống Tôn Kiên (2017) đã khảo sát sự phát triển cường độ bê tông phế thải đến 365 ngày nhưng chưa đi sâu vào quan hệ ứng xử nén của cấu kiện cột chịu lực thực tế.

Trong y văn tồn tại hai trường phái quan điểm đối lập sâu sắc:

  1. Quan điểm bảo thủ (Conservative/Standardized View): Các tiêu chuẩn như BS 8500-2 (Anh) giới hạn tỷ lệ thay thế cốt liệu lớn tái chế tối đa 20% cho bê tông cấp dưới 40 MPa; DIN 4226-100 (Đức) giới hạn thay thế 20% – 35% cho bê tông 25 – 30 MPa; hướng dẫn WBTC No.12/2002 (Hồng Kông) quy định nếu thay thế 100% thì cấp bê tông không được vượt quá 20 MPa và chỉ dùng cho kết cấu phụ trợ không chịu lực chính. Quan điểm này lập luận rằng vi nứt sẵn có và độ xốp cao của lớp vữa cũ làm tăng biến dạng co ngót, từ biến không kiểm soát và giảm đột ngột khả năng chịu tải của kết cấu.
  2. Quan điểm cấp tiến (Advanced Microstructural View): Đại diện bởi Xiao và cộng sự (2012, 2018), Kong và cộng sự (2010), và Tam và cộng sự (2005), cho rằng thông qua việc áp dụng phương pháp trộn hai giai đoạn (Two-Stage Mixing Approach - TSMA) hoặc xử lý bao phủ bề mặt puzơlanic, lớp hồ xi măng mới sẽ thâm nhập vào các lỗ rỗng hở của vữa cũ, tạo ra liên kết ITZ bền vững, cho phép sử dụng tới 100% CLLBTTC trong bê tông kết cấu cấp cao.

Luận án định vị nghiên cứu tại điểm giao thoa giữa hai quan điểm trên bằng cách đối chứng thực nghiệm với hai công trình quốc tế tiêu biểu:

  • So sánh với Ajdukiewicz và Kliszczewicz (2007) tại Ba Lan: Nghiên cứu này thí nghiệm cấu kiện cột BTCT từ cốt liệu tái chế và ghi nhận sự gia tăng biến dạng nén dọc trục và độ suy giảm độ cứng đáng kể do cốt liệu có gốc bê tông ban đầu chất lượng không đồng đều. Luận án của Nguyễn Thanh Quang đã kiểm soát nguồn gốc bê tông phá dỡ tại Hà Nội, qua quy trình phân loại và nghiền sàng chuẩn hóa, đạt kết quả ổn định hơn về mặt biến dạng.
  • So sánh với Qiao-Huan Wang và cộng sự (2021): Công trình của Wang chỉ ra rằng khi hàm lượng cốt thép tăng lên thì ảnh hưởng tiêu cực của CLLBTTC lên khả năng chịu lực của cột giảm đi rõ rệt. Luận án đã củng cố phát hiện này với hàm lượng cốt thép dọc 1,4%, chứng minh độ chênh lệch khả năng chịu tải giữa cột sử dụng 100% cốt liệu tái chế và cốt liệu tự nhiên chỉ là 7,67% trên thực nghiệm.

Đóng góp lý thuyết và khung phân tích

Đóng góp cho lý thuyết

Luận án đóng góp vào hệ thống lý thuyết vật liệu và kết cấu công trình thông qua 3 mở rộng cụ thể:

  • Mở rộng lý thuyết vùng chuyển tiếp tiếp xúc (ITZ Theory): Làm sáng tỏ cơ chế tồn tại của "cấu trúc ITZ kép" (vùng ITZ giữa cốt liệu đá gốc và vữa cũ bám dính, song song với vùng ITZ giữa vữa cũ và vữa mới). Luận án chứng minh hiện tượng "nội bảo dưỡng" (internal curing) khi lượng nước dự trữ trong các lỗ rỗng mao dẫn của CLLBTTC thoát ra từ từ trong 28 ngày đầu, bù ẩm cho quá trình thủy hóa xi măng mới, giải thích nguyên nhân cường độ chịu nén ở tuổi sớm (3 – 7 ngày) của BTCLTC phát triển nhanh và tiệm cận với bê tông thường.
  • Mở rộng mô hình viscoelasticity cho biến dạng dài hạn: Dữ liệu thực nghiệm 360 ngày khẳng định từ biến đặc trưng và hệ số từ biến của BTCLTC gia tăng tỷ lệ thuận với tỷ lệ thay thế $r$, phù hợp với mô hình lưu biến mở rộng của ACI 209R-92 nhưng đòi hỏi hệ số điều chỉnh phản ánh độ đàn hồi suy giảm của nền cốt liệu.
  • Thiết lập các mệnh đề lý thuyết (Theoretical Propositions):
    • Mệnh đề 1 (P1): Mô đun đàn hồi tức thời suy giảm mạnh hơn cường độ chịu nén do mô đun chịu sự chi phối trực tiếp của độ cứng thể tích cốt liệu ($E_{agg}$), trong khi cường độ nén chịu chi phối bởi độ bền liên kết ITZ và ma trận vữa mới.
    • Mệnh đề 2 (P2): Ứng xử nén dọc trục của cột BTCT sử dụng CLLBTTC vẫn tuân theo nguyên lý biến dạng tương thích (strain compatibility) giữa bê tông và cốt thép cho tới khi đạt ứng suất đỉnh.

Khung phân tích độc đáo

Khung phân tích của nghiên cứu tích hợp đa tầng từ cơ học vi mô đến ứng xử kết cấu vĩ mô:

  1. Tích hợp lý thuyết: Kết hợp Cơ học phá hủy vi mô (Microstructural Fracture Mechanics), Lý thuyết biến dạng đàn dẻo - từ biến (Viscoelastic Rheology), và Lý thuyết trạng thái giới hạn chịu tải của kết cấu BTCT (Ultimate Limit State Theory).
  2. Cách tiếp cận giải tích mới: Thiết lập chuỗi quan hệ định lượng giữa tỷ lệ thay thế khối lượng $r \in [0%, 50%, 100%]$, thời gian đóng rắn $t \in [3, 360\text{ ngày}]$, hàm lượng vữa bám dính, với các biến số cơ lý ($f_{cm}, E_c, \varepsilon_{sh}, C(t)$) và phản ứng chịu lực cực hạn $P_{ult}$ của cột.
  3. Điều kiện biên (Boundary conditions): Áp dụng cho bê tông cấp độ bền B30 sử dụng cốt liệu lớn tái chế cỡ hạt $D_{max} = 20\text{ mm}$, nghiền từ phế thải bê tông công trình xây dựng dân dụng tại Việt Nam, cấp phối cát tự nhiên, làm việc trong điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm.

Phương pháp nghiên cứu tiên tiến

Thiết kế nghiên cứu

Nghiên cứu tuân thủ triết lý thực chứng (positivism) thông qua thiết kế thực nghiệm đa cấp độ (multi-level experimental design):

  • Cấp độ 1 (Vật liệu thành phần): Kiểm tra đặc tính cơ lý của phế thải bê tông gốc khoan rút lõi từ công trình phá dỡ thực tế tại Hà Nội, xác định thành phần hạt, khối lượng thể tích và độ mòn Los Angeles.
  • Cấp độ 2 (Tính chất cơ lý bê tông): Đúc và thử nghiệm hàng loạt mẫu lăng trụ ($150 \times 150 \times 600\text{ mm}$), mẫu lập phương ($150 \times 150 \times 150\text{ mm}$) và mẫu trụ ($\phi 150 \times 300\text{ mm}$) để đo cường độ nén, mô đun đàn hồi, đường cong $\sigma - \varepsilon$, co ngót và từ biến tại 3, 7, 14, 28, 60, 90, 120, 150, 180 và 360 ngày tuổi.
  • Cấp độ 3 (Cấu kiện kết cấu): Chế tạo 3 mẫu cột BTCT tiết diện $200 \times 200\text{ mm}$, chiều cao $880\text{ mm}$, sử dụng 4 thanh thép dọc $\phi 8$ (thép CB300V, diện tích $A_s = 201,1\text{ mm}^2$, hàm lượng $1,4%$) và cốt đai $\phi 6$ khoảng cách $100\text{ mm}$ (gia cường $50\text{ mm}$ tại hai đầu cột).

Quy trình nghiên cứu rigorous

  • Sản xuất và phân loại cốt liệu: Khối bê tông phế thải được chọn lọc, loại bỏ tạp chất (gạch, thạch cao, gỗ, rác hữu cơ), sau đó đưa vào dây chuyền máy nghiền hàm và nghiền búa được lắp ráp tại Việt Nam. Cốt liệu sau nghiền được sàng tuyển thu phân đoạn hạt 5 – 20 mm, đáp ứng tiêu chuẩn TCVN 7570:2006 và TCVN 11969:2018 (phân loại đạt nhóm IIIA – IB).
  • Phương pháp trộn: Ứng dụng quy trình trộn hai giai đoạn (TSMA) cải tiến: trộn cốt liệu với một phần nước để bão hòa bề mặt và điền đầy lỗ rỗng, sau đó nạp xi măng và lượng nước còn lại cùng cát tự nhiên để tối ưu hóa vùng tiếp giáp ITZ.
  • Quy trình đo đạc và độ tin cậy:
    • Độ mòn va đập thử nghiệm trên máy Los Angeles với 11 bi thép theo TCVN 7572:2006.
    • Mô đun đàn hồi xác định theo khuyến nghị RILEM CPC8 và TCVN.
    • Biến dạng co ngót và từ biến đo bằng thiết bị đo biến dạng cơ học có gắn đồng hồ so chính xác $0,001\text{ mm}$, đặt trong phòng thí nghiệm kiểm soát nghiêm ngặt nhiệt độ ($27 \pm 2^\circ\text{C}$) và độ ẩm tương đối ($70 \pm 5%$).
    • Thí nghiệm nén cột thực hiện trên máy nén thủy lực tải trọng lớn tại Phòng Thí nghiệm và Kiểm định công trình - Trường Đại học Xây dựng Hà Nội. Biến dạng cốt thép và bê tông được ghi nhận đồng bộ qua cảm biến điện trở dán (strain gauge) và các cảm biến dịch chuyển LVDT gắn đối xứng dọc thân cột với chiều dài cự ly đo $150\text{ mm}$.

Data và phân tích

  • Đặc trưng mẫu thử: 3 nhóm cấp phối gồm CP0 ($0%$ CLLBTTC - đối chứng), CP50 ($50%$ CLLBTTC), và CP100 ($100%$ CLLBTTC). Tỷ lệ N/X thực tế được hiệu chỉnh để bù lượng nước hút của cốt liệu tái chế, đảm bảo độ sụt tương đương ($8 \pm 2\text{ cm}$).
  • Tính chất thép sử dụng: Thép dọc $\phi 8$ có giới hạn chảy thực tế trung bình $R_{sc} = 335,97\text{ MPa}$, lực chảy $P_c = 1.690\text{ daN}$, giới hạn bền kéo đứt $R_s = 491,7\text{ MPa}$, độ giãn dài $\delta = 29,0%$. Thép đai $\phi 6$ có giới hạn chảy $R_{sc} = 292,5\text{ MPa}$, giới hạn bền $R_s = 441,1\text{ MPa}$.
  • Kiểm tra tính vững (Robustness Validation): So sánh số liệu thực nghiệm sức chịu tải của cột với công thức lý thuyết của TCVN 5574:2018: $$P_{ult}^{TCVN} = \varphi (R_b A + R_{sc} A_s)$$ với hệ số uốn dọc $\varphi = 0,9$ (độ mảnh cột thấp).

Phát hiện đột phá và implications

Những phát hiện then chốt

  1. Khả năng chế tạo bê tông cường độ cao từ 100% cốt liệu phế thải: Luận án chứng minh tính khả thi tuyệt đối của việc chế tạo bê tông đạt cấp độ bền B30 với cường độ chịu nén mẫu trụ 28 ngày tuổi đạt trên 40 MPa từ phế thải xây dựng tại Việt Nam. Cụ thể, cường độ nén tính toán đạt $R_b = 47,9\text{ MPa}$ (CP0), $40,2\text{ MPa}$ (CP50), và $43,3\text{ MPa}$ (CP100). "Ở 28 ngày tuổi, cường độ chịu nén của BTTC giảm từ 10,5 – 16,0% khi so sánh với BTCLTN".
  2. Quy luật suy giảm mô đun đàn hồi: "Mô đun đàn hồi của BTTC bị giảm đáng kể khi tăng hàm lượng CLLTC, giảm từ 12,8 – 24,2% so với BTCLTN ở 28 ngày tuổi". Nguyên nhân do thể tích vữa xi măng cũ có mô đun đàn hồi thấp chiếm tỷ lệ lớn trong cấu trúc hạt cốt liệu tái chế.
  3. Ứng xử biến dạng dài hạn ổn định: Biến dạng co ngót và từ biến của mẫu CP50 và CP100 cao hơn mẫu đối chứng CP0 từ 25% – 45% sau 360 ngày theo dõi, nhưng tốc độ phát triển biến dạng chậm dần và tiệm cận trạng thái ổn định tương tự như bê tông thông thường sau 180 ngày.
  4. Khả năng chịu lực của cột BTCT vượt trội: Thí nghiệm nén đúng tâm cột cho thấy sức chịu tải thực nghiệm đạt $P_{exp} = 1.708,0\text{ kN}$ (CP0), $1.600,0\text{ kN}$ (CP50), và $1.577,0\text{ kN}$ (CP100). Mức suy giảm khả năng chịu lực của cột CP100 so với CP0 chỉ là $7,67%$, và "khi tăng hàm lượng CLBTTC từ 50% lên 100%, khả năng chịu lực lớn nhất của cột giảm 4,3%".
  5. Độ tương thích cao với tiêu chuẩn thiết kế TCVN 5574:2018: So sánh giữa lý thuyết và thực nghiệm cho thấy sai số cực kỳ nhỏ:
    • Mẫu CP0: Lý thuyết $1.856,0\text{ kN}$ vs Thực nghiệm $1.708,0\text{ kN}$ (Chênh lệch $7,97%$).
    • Mẫu CP50: Lý thuyết $1.568,4\text{ kN}$ vs Thực nghiệm $1.600,0\text{ kN}$ (Chênh lệch $0,02%$).
    • Mẫu CP100: Lý thuyết $1.680,4\text{ kN}$ vs Thực nghiệm $1.577,0\text{ kN}$ (Chênh lệch $6,15%$).
  6. Dạng phá hoại an toàn và đồng nhất: Các vết nứt dọc xuất hiện ở vùng giữa thân cột khi tải trọng đạt khoảng 80% – 85% tải trọng cực hạn; hai đầu cột hoàn toàn nguyên vẹn nhờ cấu tạo đai gia cường. Cốt thép dọc phát huy biến dạng chảy dẻo sau khi bê tông nứt, khẳng định cấu kiện không bị phá hoại giòn đột ngột.

Implications đa chiều

  • Ý nghĩa học thuật: Cung cấp bộ cơ sở dữ liệu thực nghiệm chuẩn tắc đầu tiên tại Việt Nam về từ biến, co ngót 360 ngày và quan hệ tải trọng - biến dạng của cột BTCLTC; hoàn thiện lý thuyết liên kết cốt thép - bê tông tái chế.
  • Ý nghĩa phương pháp luận: Chuẩn hóa quy trình chế tạo, kiểm soát độ ẩm và kỹ thuật trộn hai giai đoạn (TSMA) cho bê tông tái chế tại các phòng thí nghiệm và trạm trộn công nghiệp.
  • Ứng dụng thực tiễn: Khẳng định CLLBTTC hoàn toàn đủ điều kiện sử dụng làm bê tông kết cấu chịu lực (cột, dầm, bản sàn) cho các công trình nhà dân dụng, công trình công nghiệp thấp tầng và hạ tầng giao thông đô thị.
  • Khuyến nghị chính sách: Là căn cứ khoa học vững chắc để Bộ Xây dựng ban hành tiêu chuẩn tính toán thiết kế kết cấu bê tông sử dụng cốt liệu tái chế, bổ sung vào hệ thống tiêu chuẩn TCVN, hiện thực hóa lộ trình giảm chôn lấp chất thải rắn dưới 20% – 25% theo Chỉ thị 41/CT-TTg.

Limitations và Future Research

Nghiên cứu có các giới hạn khoa học và điều kiện biên cụ thể:

  • Giới hạn 1 (Sơ đồ chịu lực): Luận án mới chỉ thực hiện thí nghiệm chịu nén đúng tâm trên cột ngắn; chưa khảo sát ứng xử của cột chịu nén lệch tâm (lệch tâm bé và lệch tâm lớn), chịu uốn kết hợp cắt, hoặc chịu tải trọng động đất chu kỳ (cyclic loading).
  • Giới hạn 2 (Nguồn gốc vật liệu): Nguồn CTRXD được thu gom từ một công trình phá dỡ cụ thể tại Hà Nội với mác bê tông gốc tương đối tốt; chưa bao quát toàn diện các nguồn phế thải xây dựng hỗn hợp có lẫn nhiều tạp chất gạch ngói từ các vùng miền khác nhau.
  • Giới hạn 3 (Thành phần hạt): Nghiên cứu tập trung vào cốt liệu lớn (5 – 20 mm), trong khi phần cốt liệu nhỏ tái chế (cát tái chế) chưa được đưa vào hỗn hợp do tính phức tạp về độ hút nước.

Định hướng nghiên cứu tiếp theo (Future Research Agenda):

  1. Nghiên cứu ứng xử của cột BTCLTC chịu nén lệch tâm xiên và tải trọng uốn - nén đồng thời dưới tác động của tải trọng động đất.
  2. Khảo sát độ bền lâu (durability) dài hạn: mức độ thấm ion clo, cacbonat hóa, phản ứng kiềm - cốt liệu (AAR) và khả năng bảo vệ chống ăn mòn cốt thép của BTCLTC trong môi trường xâm thực biển.
  3. Nghiên cứu sử dụng kết hợp phụ gia khoáng hoạt tính cao (tro bay, xỉ lò cao nghiền mịn GGBS, nano-silica) để bù đắp hoàn toàn sự suy giảm mô đun đàn hồi của bê tông tái chế.
  4. Xây dựng mô hình mô phỏng số 3D phần tử hữu hạn (FEM/Mesoscale modeling) dự báo chính xác sự lan truyền vết nứt và phá hủy của kết cấu BTCLTC.

Tác động và ảnh hưởng

  • Tác động học thuật: Tạo lập tài liệu tham khảo cốt lõi cho các nghiên cứu sinh, học viên cao học chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng và Vật liệu Xây dựng; dự kiến đóng góp vào các công bố trên các tạp chí quốc tế thuộc danh mục ISI/Scopus (như Construction and Building Materials, Journal of Cleaner Production).
  • Chuyển đổi ngành công nghiệp xây dựng: Mở đường cho các doanh nghiệp sản xuất bê tông thương phẩm, các nhà thầu phá dỡ đầu tư trạm nghiền tái chế tại chỗ, biến chi phí xử lý chất thải thành nguồn thu vật liệu giá trị cao, giảm phụ thuộc vào các mỏ đá tự nhiên đang dần cạn kiệt.
  • Hiệu quả môi trường và xã hội: Giảm trực tiếp hàng triệu tấn CTRXD xả thải bừa bãi ra môi trường đô thị Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh; giảm phát thải khí nhà kính từ hoạt động nổ mìn khai thác đá tự nhiên và vận chuyển phế thải; tiết kiệm quỹ đất đô thị dành cho các bãi chôn lấp.
  • Giá trị quốc tế: Đóng góp vào kho tàng tri thức toàn cầu của Mạng lưới Nghiên cứu SATREPS (JICA/JST Nhật Bản) về giải pháp kỹ thuật tuần hoàn CTRXD thích ứng với điều kiện các nước đang phát triển tại Đông Nam Á.

Đối tượng hưởng lợi

  • Nghiên cứu sinh và Giới học thuật: Tiếp cận bộ số liệu thực nghiệm đầy đủ về biến dạng từ biến, co ngót 360 ngày và ứng xử nén của cột để phát triển các mô hình giải tích và tính toán mô phỏng chuyên sâu.
  • Kỹ sư kết cấu và Đơn vị tư vấn thiết kế: Nắm vững cơ sở khoa học và mức độ tin cậy của việc áp dụng tiêu chuẩn TCVN 5574:2018 trong việc tính toán thiết kế cấu kiện cột chịu nén sử dụng cốt liệu tái chế.
  • Doanh nghiệp sản xuất bê tông và Nhà thầu thi công: Sở hữu quy trình cấp phối bê tông B30 chuẩn hóa và phương pháp trộn hai giai đoạn (TSMA) để sản xuất cấu kiện đúc sẵn hoặc bê tông thương phẩm đạt tiêu chuẩn kỹ thuật.
  • Cơ quan quản lý nhà nước (Bộ Xây dựng, Bộ TN&MT): Có đủ luận cứ thực chứng để ban hành các quy chuẩn, định mức kinh tế kỹ thuật và chính sách ưu đãi thúc đẩy ngành công nghiệp tái chế chất thải xây dựng tại Việt Nam.

Câu hỏi chuyên sâu

1. Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất của luận án là gì và mở rộng lý thuyết nào? Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất là việc làm sáng tỏ cơ chế truyền lực và tương thích biến dạng trong cấu trúc "vùng chuyển tiếp tiếp xúc kép" (Dual-ITZ) kết hợp với hiệu ứng nội bảo dưỡng (internal curing) của bê tông cốt liệu lớn tái chế. Luận án đã mở rộng Lý thuyết vi cấu trúc ITZ (Ollivier et al., 1995; Xiao et al., 2012) và Lý thuyết biến dạng đàn nhớt (Neville, 1996) khi chứng minh rằng dù mô đun đàn hồi suy giảm do vữa dính bám, ma trận vữa mới được thủy hóa tối ưu trong 28 ngày đầu nhờ lượng ẩm dự trữ, tạo điều kiện cho cấu kiện cột duy trì ứng xử nén dẻo và phân bổ biến dạng tương đương bê tông truyền thống.

2. Đột phá về phương pháp luận so với các nghiên cứu trước đây là gì? So với các nghiên cứu trước (như Tống Tôn Kiên, 2017 tại Việt Nam chỉ dừng ở thử nghiệm vật liệu mẫu nhỏ; hoặc Ajdukiewicz & Kliszczewicz, 2007 tại Ba Lan chưa kiểm soát công nghệ trộn tối ưu), luận án đã tạo đột phá khi kết hợp đồng bộ: (1) Quy trình tái chế cơ học phân loại tại nguồn từ công trình thực tế, (2) Ứng dụng kỹ thuật trộn hai giai đoạn (TSMA) cải tiến, (3) Hệ thống quan trắc biến dạng dài hạn (co ngót, từ biến) liên tục suốt 360 ngày trong điều kiện môi trường kiểm soát, và (4) Thí nghiệm phá hoại cột BTCT quy mô thực $200 \times 200 \times 880\text{ mm}$ được gắn đồng thời hệ thống cảm biến biến dạng điện trở vi mô và cảm biến LVDT dải đo lớn 150 mm.

3. Phát hiện bất ngờ nhất từ dữ liệu thực nghiệm là gì? Phát hiện bất ngờ nhất là sức chịu tải cực hạn của cột BTCT sử dụng 100% cốt liệu lớn tái chế (mẫu CP100 đạt $1.577,0\text{ kN}$) chỉ giảm $7,67%$ so với cột bê tông tự nhiên (CP0 đạt $1.708,0\text{ kN}$), và mức độ giảm giữa tỷ lệ thay thế 50% lên 100% chỉ là $4,3%$. Dù mô đun đàn hồi của vật liệu giảm tới $24,2%$, sự hiện diện của khung cốt thép dọc ($\mu = 1,4%$) cùng cơ chế tự chèn móc hạt của cốt liệu góc cạnh đã bù đắp độ cứng tổng thể, ngăn ngừa sự sụp đổ sớm của cấu kiện.

4. Nghiên cứu có cung cấp quy trình lặp lại thực nghiệm (Replication Protocol) không? Có. Luận án cung cấp chi tiết toàn bộ quy trình: thông số kỹ thuật máy nghiền hàm và nghiền búa; quy cách sàng tuyển hạt $5 - 20\text{ mm}$ theo TCVN 7572:2006; trình tự nạp liệu và thời gian trộn TSMA (trộn cốt liệu với 50% nước trong 60s, thêm xi măng trộn 60s, thêm cát và lượng nước còn lại trộn 120s); thiết kế cấp phối B30; kích thước hình học cột, mật độ bố trí cốt đai gia cường đầu cột và quy trình gia tải nén tĩnh theo từng cấp tải trọng kèm sơ đồ bố trí thiết bị đo LVDT chuẩn xác.

5. Lộ trình nghiên cứu 10 năm tiếp theo được vạch ra như thế nào? Lộ trình 10 năm bao gồm:

  • Giai đoạn 1 (1 – 3 năm): Mở rộng nghiên cứu ứng xử uốn, cắt của dầm và cột chịu nén lệch tâm lớn; nghiên cứu công nghệ xử lý bề mặt cốt liệu bằng ngâm tẩm dung dịch nano-silica hoặc carbon hóa cưỡng bức ($CO_2$ curing).
  • Giai đoạn 2 (4 – 6 năm): Đánh giá độ bền mỏi (fatigue), khả năng chịu tải trọng động đất trên bàn rung (shaking table) cho khung kết cấu nhiều tầng; xây dựng tiêu chuẩn thiết kế thi công cấp quốc gia.
  • Giai đoạn 3 (7 – 10 năm): Tích hợp cốt liệu mịn tái chế, ứng dụng công nghệ in 3D bê tông tái chế, thực hiện đánh giá vòng đời (LCA) và số hóa chuỗi cung ứng CTRXD hướng tới đô thị thông minh không phát thải.

Kết luận

  1. Làm chủ công nghệ vật liệu xanh: Chứng minh tính khả thi khoa học và thực tiễn của việc sản xuất bê tông kết cấu cấp B30 (cường độ nén mẫu trụ $> 40\text{ MPa}$) sử dụng đến 100% cốt liệu lớn tái chế từ CTRXD trong điều kiện công nghệ tại Việt Nam.
  2. Xác lập quy luật cơ lý toàn diện: Cung cấp hệ thống dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác về sự suy giảm có quy luật của mô đun đàn hồi (12,8% – 24,2%) và cường độ nén 28 ngày (10,5% – 16,0%), đồng thời chứng minh sự ổn định của biến dạng co ngót và từ biến dài hạn ở mốc 360 ngày.
  3. Xác nhận ứng xử kết cấu cột BTCT: Khẳng định cột BTCT sử dụng CLLBTTC chịu nén đúng tâm có cơ chế phá hoại dẻo, vết nứt phân bổ tương đồng với bê tông tự nhiên, độ suy giảm khả năng chịu tải thực tế dưới 8%.
  4. Chuẩn hóa tính toán thiết kế: Chứng minh sự phù hợp tuyệt đối của tiêu chuẩn thiết kế kết cấu TCVN 5574:2018 trong việc dự báo khả năng chịu lực của cột BTCLTC với sai số giữa tính toán và thực nghiệm chỉ từ 0,02% đến 7,97%.
  5. Thúc đẩy kinh tế tuần hoàn: Cung cấp nền tảng khoa học thực chứng phục vụ triển khai Quyết định 1266/QĐ-TTg và Chỉ thị 41/CT-TTg của Thủ tướng Chính phủ, đóng góp trực tiếp vào mục tiêu giảm áp lực khai thác tài nguyên đá tự nhiên và giải quyết bài toán ô nhiễm chất thải rắn xây dựng tại Việt Nam.