Nghiên cứu ứng xử của dầm bê tông cốt thép sử dụng bê tông tái chế

Tài liệu nghiên cứu Hcmute nghiên cứu ứng xử của dầm bê tông cốt thép có thành phần bê tông tái chế, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu về .

• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Dân Dụng
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Xử Dầm Bê Tông Cốt Thép Với Bê Tông Tái Chế
• Loại tài liệu: Luận Văn
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• MỤC LỤC
• DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Nguồn gốc bê tông
• 1.2. Các nghiên cứu sử dụng vụn bê tông
• 1.3. Những khó khăn trong ứng dụng vụn bê tông
• 1.4. Những thuận lợi trong sử dụng phế thải bê tông
• 2. CHƯƠNG 2: SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI VÀ MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
• 2.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 2.2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
• 2.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 2.4. Phương pháp nghiên cứu
• 2.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VỤN BÊ TÔNG THAY THẾ MỘT PHẦN ĐÁ TỰ NHIÊN TRONG HỖN HỢP BÊ TÔNG
• 3.1. Mối tương quan giữa cốt liệu vụn bê tông và cốt liệu thiên nhiên
• 3.2. Khái quát về vụn bê tông
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Nghiên cứu Ứng xử Dầm Bê tông Cốt thép với Bê tông Tái chế

Nghiên cứu này tập trung vào ứng xử dầm bê tông cốt thép sử dụng bê tông tái chế. Công trình đánh giá khả năng chịu lực và biến dạng của dầm bê tông cốt thép khi thay thế một phần hoặc toàn bộ cốt liệu tự nhiên bằng bê tông tái chế. Nghiên cứu bao gồm cả phần thí nghiệm thực tế và mô phỏng bằng phần mềm ATENA. Mục tiêu chính là xác định ảnh hưởng của bê tông tái chế đến tính bền dầm bê tông, từ đó đề xuất hướng ứng dụng hiệu quả và bền vững. Vật liệu xây dựng bền vững là trọng tâm. Nghiên cứu này đóng góp vào việc giảm thiểu chất thải xây dựng và khai thác nguồn tài nguyên một cách hiệu quả hơn.

1.1. Khái quát về Bê tông Tái chế và Ứng dụng

Bê tông tái chế (hay còn gọi là bê tông tái chế từ phế thải xây dựng) đang thu hút sự quan tâm lớn. Việc sử dụng bê tông tái chế mang lại nhiều lợi ích về kinh tế và môi trường, bao gồm giảm thiểu lượng rác thải xây dựng, giảm chi phí nguyên vật liệu, và bảo vệ môi trường. Tuy nhiên, việc ứng dụng bê tông tái chế cũng gặp nhiều thách thức. Chất lượng bê tông tái chế phụ thuộc nhiều yếu tố, bao gồm nguồn gốc phế liệu, phương pháp nghiền, xử lý, và tỷ lệ phối trộn. Cường độ dầm bê tông tái chế cần được đánh giá kỹ lưỡng để đảm bảo độ an toàn công trình. Nhiều nghiên cứu trên thế giới đã chỉ ra khả năng ứng dụng bê tông tái chế trong nhiều loại cấu kiện, bao gồm dầm bê tông cốt thép. Việc nghiên cứu này tiếp tục ứng dụng bê tông tái chế trong xây dựng, đặc biệt chú trọng đến việc đánh giá ảnh hưởng của bê tông tái chế lên cường độ dầm bê tông cốt thép và ứng xử dầm bê tông dưới tải trọng.

1.2. Phương pháp Nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp phương pháp thí nghiệm và mô phỏng số. Phần thí nghiệm tập trung vào việc chế tạo và thử nghiệm các mẫu dầm bê tông cốt thép với các tỷ lệ thay thế bê tông tái chế khác nhau. Các chỉ tiêu quan trọng được đo đạc bao gồm: cường độ dầm bê tông cốt thép, chuyển vị, và hình dạng vết nứt. Phần mô phỏng số sử dụng phần mềm ATENA để xây dựng mô hình ứng xử dầm bê tông cốt thép, phân tích ứng suất dầm bê tông cốt thép, và so sánh với kết quả thí nghiệm. Phương pháp phần tử hữu hạn được áp dụng để mô phỏng quá trình phá hủy. Đo đạc ứng suất bê tông, đo đạc ứng suất cốt thép, và phân tích vết nứt dầm bê tông là những phần quan trọng trong việc đánh giá ứng xử dầm bê tông. Nghiên cứu thực nghiệm dầm bê tông là cơ sở để kiểm chứng độ chính xác của mô hình số.

II. Kết quả và Phân tích

Phần này trình bày kết quả thí nghiệm và mô phỏng số. Kết quả thí nghiệm cho thấy mối quan hệ giữa tỷ lệ thay thế bê tông tái chế và cường độ dầm bê tông cốt thép. Độ bền dầm bê tông giảm khi tỷ lệ bê tông tái chế tăng. Tuy nhiên, phạm vi giảm này nằm trong giới hạn cho phép. Kết quả mô phỏng số bằng ATENA cho thấy sự tương đồng với kết quả thí nghiệm. Phân tích phần tử hữu hạn giúp hiểu rõ hơn về phân bố ứng suất và biến dạng trong dầm bê tông cốt thép. So sánh bê tông thường và bê tông tái chế cho thấy sự khác biệt về hành vi. Giảm thiểu chất thải xây dựng được xem xét.

2.1. Kết quả Thí nghiệm

Các thí nghiệm trên dầm bê tông cốt thép cho thấy sự ảnh hưởng của tỷ lệ bê tông tái chế đến các đặc tính cơ học. Cường độ dầm bê tông cốt thép giảm nhẹ khi tăng tỷ lệ bê tông tái chế. Tuy nhiên, sự giảm này nằm trong giới hạn chấp nhận được. Chuyển vị dầm bê tông cũng tăng nhẹ. Phân tích ứng suất bê tông và phân tích ứng suất cốt thép cho thấy sự phân bố ứng suất thay đổi theo tỷ lệ bê tông tái chế. Hình dạng vết nứt dầm bê tông cũng được quan sát và phân tích. Nghiên cứu số liệu dầm bê tông cho thấy sự thay đổi rõ ràng trong cường độ chịu lực. Thí nghiệm uốn dầm bê tông giúp xác định giới hạn chịu lực của dầm.

2.2. Kết quả Mô phỏng Số

Mô phỏng số sử dụng phần mềm ATENA cho thấy sự phù hợp với kết quả thí nghiệm. Mô hình toán học ứng xử dầm bê tông được xây dựng dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn. Phân tích ứng suất dầm bê tông và phân tích ứng suất cốt thép cho phép hiểu rõ hơn quá trình phân bố ứng suất trong dầm. So sánh kết quả nghiện cứu dầm bê tông từ mô phỏng và thí nghiệm giúp đánh giá độ chính xác của mô hình. Kết quả nghiên cứu dầm bê tông được trình bày dưới dạng biểu đồ và bảng số liệu. Ứng dụng phần mềm phân tích dầm bê tông đóng vai trò quan trọng trong việc phân tích ứng xử của dầm.

III. Kết luận và Kiến nghị

Nghiên cứu này chứng minh khả năng sử dụng bê tông tái chế trong dầm bê tông cốt thép. Bê tông xanh là hướng đi bền vững. Giảm thiểu chất thải xây dựng là mục tiêu quan trọng. Tuy nhiên, cần nghiên cứu thêm để tối ưu tỷ lệ bê tông tái chế và cải thiện chất lượng bê tông tái chế. Tiêu chuẩn bê tông tái chế cần được hoàn thiện để đảm bảo chất lượng và an toàn công trình. Chi phí bê tông tái chế cần được tính toán kỹ lưỡng. Nghiên cứu đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo, bao gồm khảo sát rộng hơn các loại bê tông tái chế và ứng dụng trong các loại cấu kiện khác.

3.1. Kết luận

Nghiên cứu đã chứng minh khả năng ứng dụng bê tông tái chế trong sản xuất dầm bê tông cốt thép. Cường độ dầm bê tông cốt thép đạt yêu cầu kỹ thuật. Bê tông tái chế góp phần giảm thiểu chất thải xây dựng và bảo vệ môi trường. Tuy nhiên, cần nghiên cứu thêm để tối ưu hóa tỷ lệ phối trộn và cải thiện chất lượng bê tông tái chế. Đánh giá bê tông tái chế cần được thực hiện một cách toàn diện. Nghiên cứu đã cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc ứng dụng rộng rãi bê tông tái chế trong xây dựng.

3.2. Kiến nghị

Cần nghiên cứu sâu hơn về ảnh hưởng của các yếu tố như kích thước, hình dạng, và nguồn gốc bê tông tái chế đến tính bền dầm bê tông cốt thép. Hoàn thiện tiêu chuẩn bê tông tái chế tại Việt Nam. Đề xuất các chính sách khuyến khích sử dụng bê tông tái chế trong xây dựng. Nghiên cứu mở rộng phạm vi ứng dụng bê tông tái chế vào các loại cấu kiện khác nhau. Phân tích vòng đời bê tông tái chế cần được xem xét. Nghiên cứu ứng xử dầm bê tông này đóng góp vào sự phát triển bền vững của ngành xây dựng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Việc phá dỡ các công trình xây dựng hiện nay tạo ra một lượng lớn bê tông phế thải, gây áp lực lớn lên các bãi chôn lấp và ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường. Trên thế giới, các nước phát triển đã tái chế khoảng 45% phế thải bê tông từ phá dỡ công trình, góp phần giảm thiểu lãng phí tài nguyên và ô nhiễm môi trường. Tại Việt Nam, việc nghiên cứu và ứng dụng bê tông tái chế còn hạn chế, trong khi nhu cầu sử dụng bê tông trong xây dựng ngày càng tăng cao. Đề tài nghiên cứu ứng xử của dầm bê tông cốt thép có thành phần bê tông tái chế nhằm đánh giá khả năng chịu lực và biến dạng của cấu kiện sử dụng bê tông tái chế thay thế một phần đá tự nhiên, từ đó góp phần phát triển vật liệu xây dựng thân thiện với môi trường.

Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu là xây dựng mô hình phần tử hữu hạn mô phỏng ứng xử của dầm bê tông cốt thép có thành phần bê tông tái chế, đánh giá khả năng chịu lực và biến dạng của dầm sử dụng bê tông tái chế thay thế 20% đá tự nhiên so với dầm sử dụng 100% đá tự nhiên. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào vật liệu vụn bê tông tái chế, ảnh hưởng của tỷ lệ thay thế đến cường độ bê tông, ứng xử của dầm dưới tải trọng tác động và so sánh kết quả thực nghiệm với mô hình tính toán bằng phần mềm ATENA. Nghiên cứu có ý nghĩa khoa học trong việc hoàn thiện lý thuyết về ứng dụng vật liệu tái chế và ý nghĩa thực tiễn trong việc giảm chi phí, bảo vệ môi trường và phát triển vật liệu xây dựng bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên lý thuyết về bê tông tái chế (Recycled Concrete Aggregate - RCA), trong đó vụn bê tông được nghiền và sử dụng thay thế một phần cốt liệu tự nhiên trong hỗn hợp bê tông. Các khái niệm chính bao gồm:

• Cốt liệu vụn bê tông: bao gồm các hạt đá dính vữa xi măng và bột vữa xi măng, có tính chất hóa học tương tự bê tông nguyên bản nhưng cường độ thấp hơn đá tự nhiên.
• Cấp phối bê tông tái chế: xác định tỷ lệ các thành phần vật liệu (xi măng, cát, đá, nước, vụn bê tông) để đạt được cường độ và tính chất mong muốn.
• Phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method - FEM): phương pháp số gần đúng để mô phỏng ứng xử phi tuyến của dầm bê tông cốt thép dưới tải trọng, được áp dụng trong phần mềm ATENA.
• Mô hình ứng suất - biến dạng của bê tông và cốt thép: mô hình phi tuyến với các đặc tính làm mềm dưới lực kéo và lực nén, mô phỏng chính xác hành vi vật liệu trong dầm.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thu thập từ các thí nghiệm thực tế và mô phỏng số:

• Thí nghiệm vật liệu: Chế tạo các mẫu bê tông với tỷ lệ thay thế vụn bê tông từ 0% đến 100%, xác định cường độ nén, cường độ kéo uốn, độ sụt, khối lượng thể tích theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 7570:2006, TCVN 3118:1993, TCVN 3106:1993...).
• Thí nghiệm dầm bê tông cốt thép: Mẫu dầm kích thước 200x300x3300 mm, sử dụng bê tông tái chế thay thế 20% đá tự nhiên (mẫu RCA1, RCA2) và dầm đối chứng sử dụng 100% đá tự nhiên (mẫu CC). Thí nghiệm tải trọng phá hoại, đo chuyển vị giữa nhịp và quan sát vết nứt.
• Mô phỏng phần tử hữu hạn: Xây dựng mô hình dầm bê tông cốt thép bằng phần mềm ATENA, khai báo vật liệu bê tông và thép theo đặc tính thực nghiệm, mô phỏng tải trọng và điều kiện biên, so sánh kết quả chuyển vị, ứng suất với thí nghiệm.
• Timeline nghiên cứu: Từ năm 2018 đến 2019, bao gồm giai đoạn thu thập vật liệu, thí nghiệm mẫu bê tông, thí nghiệm dầm, xây dựng mô hình số và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của tỷ lệ vụn bê tông đến cường độ bê tông: Khi thay thế 20% đá tự nhiên bằng vụn bê tông, cường độ nén giảm khoảng 1,7%, cường độ kéo giảm 6%. Tỷ lệ thay thế 80% làm giảm cường độ nén tối đa đến 28,9%. Tuy nhiên, khi sử dụng 100% vụn bê tông, cường độ nén có cải thiện nhẹ do tính đồng nhất vật liệu (Hình 4.1).

2. Khả năng chịu tải của dầm bê tông cốt thép: Tải trọng phá hoại của dầm sử dụng 20% bê tông tái chế (RCA1, RCA2) đạt lần lượt 136 kN và 138,3 kN, chỉ thấp hơn 6,27% so với dầm sử dụng 100% đá tự nhiên (CC) với 144,8 kN (Hình 4.3).

3. Chuyển vị giữa nhịp của dầm: Dầm sử dụng bê tông tái chế có chuyển vị tương đương với dầm đối chứng, tuy nhiên dầm sử dụng 100% đá tự nhiên có độ cứng lớn hơn (Hình 4.4).

4. Hình thái vết nứt: Dầm RCA có số lượng vết nứt nhiều hơn dầm CC (12 và 10 so với 9 vết nứt), vết nứt rộng hơn nhưng không khác biệt đáng kể về vị trí và chiều cao vết nứt (Hình 4.5).

5. Mô phỏng phần tử hữu hạn: Kết quả mô phỏng chuyển vị và ứng suất bê tông, cốt thép bằng phần mềm ATENA tương đồng với kết quả thực nghiệm, sai số nhỏ và chấp nhận được (Hình 6.1, 6.2). Ứng suất nén và kéo tập trung tại các vị trí tương tự giữa mô hình và thực nghiệm (Hình 6.3 - 6.5).

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân giảm nhẹ cường độ bê tông khi sử dụng vụn bê tông là do độ hút nước của vụn bê tông cao hơn đá tự nhiên, ảnh hưởng đến tỷ lệ nước-xi măng và tính đồng nhất của hỗn hợp. Tuy nhiên, với tỷ lệ thay thế 20%, sự ảnh hưởng này không đáng kể, đảm bảo khả năng chịu lực và biến dạng của dầm. Kết quả phù hợp với các nghiên cứu quốc tế cho thấy bê tông tái chế có thể thay thế một phần cốt liệu tự nhiên mà không làm giảm đáng kể hiệu suất cấu kiện.

Số lượng vết nứt nhiều hơn ở dầm sử dụng bê tông tái chế có thể do tính chất vật liệu vụn bê tông làm giảm độ bền liên kết giữa các hạt, dẫn đến sự phân bố ứng suất khác biệt. Tuy nhiên, chiều cao và vị trí vết nứt tương tự cho thấy cấu kiện vẫn đảm bảo tính ổn định và an toàn.

Mô hình phần tử hữu hạn bằng phần mềm ATENA chứng minh khả năng mô phỏng chính xác ứng xử phi tuyến của dầm bê tông cốt thép có thành phần bê tông tái chế, hỗ trợ hiệu quả cho công tác thiết kế và đánh giá cấu kiện trong thực tế. Các biểu đồ tải trọng - chuyển vị và ứng suất có thể được sử dụng để minh họa sự tương đồng giữa mô hình và thực nghiệm, làm cơ sở cho việc áp dụng rộng rãi bê tông tái chế trong xây dựng.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Khuyến khích sử dụng bê tông tái chế với tỷ lệ thay thế tối đa 20% đá tự nhiên trong các cấu kiện bê tông cốt thép nhằm đảm bảo hiệu suất chịu lực và giảm chi phí vật liệu. Thời gian áp dụng: ngay trong các dự án xây dựng hiện tại. Chủ thể thực hiện: các nhà thầu xây dựng và chủ đầu tư.

2. Phát triển tiêu chuẩn kỹ thuật và quy chuẩn về bê tông tái chế tại Việt Nam, bao gồm các chỉ tiêu về vật liệu, cấp phối, và phương pháp kiểm tra chất lượng. Thời gian: trong vòng 2 năm tới. Chủ thể thực hiện: Bộ Xây dựng, Viện Vật liệu xây dựng.

3. Đầu tư trang thiết bị nghiền, phân loại và tái chế bê tông phế thải tại các khu vực đô thị và công nghiệp lớn để tạo nguồn vật liệu tái chế chất lượng cao, đồng thời giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Thời gian: 3-5 năm. Chủ thể thực hiện: các doanh nghiệp vật liệu xây dựng, chính quyền địa phương.

4. Tăng cường nghiên cứu ứng dụng mô hình phần tử hữu hạn trong thiết kế và đánh giá cấu kiện bê tông tái chế, nhằm nâng cao độ chính xác và tin cậy trong thiết kế kỹ thuật. Thời gian: liên tục. Chủ thể thực hiện: các viện nghiên cứu, trường đại học, đơn vị tư vấn thiết kế.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật xây dựng, kỹ thuật dân dụng: Nghiên cứu cung cấp cơ sở lý thuyết và thực nghiệm về bê tông tái chế, hỗ trợ phát triển đề tài và luận văn liên quan.

2. Chuyên gia thiết kế kết cấu và kỹ sư xây dựng: Tham khảo mô hình phần tử hữu hạn và kết quả thí nghiệm để áp dụng bê tông tái chế trong thiết kế cấu kiện bê tông cốt thép.

3. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách trong ngành xây dựng và môi trường: Tài liệu giúp xây dựng chính sách phát triển vật liệu xây dựng bền vững, giảm thiểu rác thải xây dựng.

4. Doanh nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng và nhà thầu thi công: Hướng dẫn kỹ thuật và đánh giá hiệu quả kinh tế khi sử dụng bê tông tái chế trong thi công công trình.

Câu hỏi thường gặp

1. Bê tông tái chế có ảnh hưởng lớn đến cường độ bê tông không?
   Với tỷ lệ thay thế 20%, cường độ nén giảm khoảng 1,7% và cường độ kéo giảm 6%, mức giảm này không đáng kể và vẫn đảm bảo chất lượng bê tông cho các ứng dụng thông thường.

2. Tỷ lệ thay thế vụn bê tông tối đa là bao nhiêu?
   Nghiên cứu cho thấy tỷ lệ 20% là phù hợp để giữ được hiệu suất chịu lực và biến dạng của dầm bê tông cốt thép, trong khi tỷ lệ cao hơn có thể làm giảm cường độ đáng kể.

3. Mô hình phần tử hữu hạn có thể thay thế hoàn toàn thí nghiệm thực tế không?
   Mô hình phần tử hữu hạn là công cụ hỗ trợ hiệu quả, giúp dự đoán ứng xử cấu kiện nhưng không thể thay thế hoàn toàn thí nghiệm thực tế do các sai số và giả định trong mô hình.

4. Bê tông tái chế có thể sử dụng cho các công trình lớn không?
   Với tỷ lệ thay thế hợp lý và kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt, bê tông tái chế có thể áp dụng cho nhiều loại công trình dân dụng và giao thông, góp phần bảo vệ môi trường.

5. Làm thế nào để đảm bảo chất lượng bê tông tái chế?
   Cần kiểm soát nguồn phế thải, quy trình nghiền, phân loại và cấp phối vật liệu theo tiêu chuẩn kỹ thuật, đồng thời thực hiện thí nghiệm đánh giá cường độ và tính chất vật liệu trước khi sử dụng.

Kết luận

• Nghiên cứu đã chứng minh khả năng sử dụng bê tông tái chế thay thế 20% đá tự nhiên trong dầm bê tông cốt thép mà không làm giảm đáng kể khả năng chịu lực và biến dạng.
• Mô hình phần tử hữu hạn bằng phần mềm ATENA mô phỏng chính xác ứng xử của dầm bê tông tái chế, hỗ trợ thiết kế và đánh giá kỹ thuật.
• Việc sử dụng bê tông tái chế góp phần giảm chi phí vật liệu, bảo vệ môi trường và phát triển vật liệu xây dựng bền vững.
• Cần phát triển tiêu chuẩn kỹ thuật và quy chuẩn áp dụng bê tông tái chế tại Việt Nam để thúc đẩy ứng dụng rộng rãi.
• Các bước tiếp theo bao gồm mở rộng nghiên cứu với tỷ lệ thay thế cao hơn, ứng dụng trong các loại cấu kiện khác và hoàn thiện mô hình tính toán.

Hành động khuyến nghị: Các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp xây dựng nên áp dụng kết quả nghiên cứu để phát triển vật liệu bê tông tái chế, đồng thời phối hợp với cơ quan quản lý để xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật phù hợp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Hiện nay, việc phá vỡ các công trình cũ đã tạo ra lượng bê tông phế thải rất lớn được đem vào những bãi rác thải. Các bãi chôn lấp để xử lý còn rất hạn chế và không đủ khả năng để xử lý do chiếm rất nhiều không gian. Vấn đề này đã gây ra rất nhiều những vấn đề khác như lãng phí, ô nhiễm môi trường, cạn kiệt các tài nguyên,… Trên thế giới các phế thải từ phá hủy công trình đã được nghiên cứu tái chế sử dụng, nhất là ở các nước liên minh Châu Âu đã tái chế được khoảng 45% phế thải từ phá dỡ công trình [1].

Do vậy, việc nghiên cứu tái chế các phế phẩm từ xây dựng là rất cần thiết. Nguồn gốc bê tông Bê tông là một loại đá nhân tạo, được hình thành bởi việc trộn các thành phần: Cốt liệu thô, cốt liệu mịn, chất kết dính,…theo một tỷ lệ nhất định (được gọi là cấp phối bê tông). Trong bê tông, chất kết dính (ximăng + nước, phụ gia…) làm vai trò liên kết các cốt liệu thô (đá, sỏi…) và cốt liệu mịn (cát, đá xay…) và khi đóng rắn cho tất cả thành một khối cứng như đá. Kết cấu bê tông được sử dụng rộng rãi nhờ những ưu điểm: giá thành thấp (do được cấu thành từ các vật liệu tự nhiên sẵn có như cát, đá, sỏi…), khả năng chịu lực lớn, độ bền cao, dễ tạo hình, chống cháy tốt (dưới 400oC thì cường độ bê tông không suy giảm đáng kể), hấp thụ năng lượng (do có khối lượng lớn)…vì vậy bê tông đã được sử dụng phổ biến từ thời La Mã cổ đại, và đến ngày nay vẫn là loại vật liệu được sử dụng phổ biến khi kết hợp với các loại vật liệu khác, đặc biệt là thép để tăng thêm khả năng chịu lực cho cấu kiện trong công trình xây dựng dân dụng, công trình giao thông,.

1 Đấu trường Collosseum [www.com] Luan van 2 1. Các nghiên cứu sử dụng vụn bê tông 1. Ngoài nước Trên thế giới, đã có một số công trình nghiên cứu về bê tông tái chế dựa trên thực nghiệm và lý thuyết như: Nghiên cứu ban đầu về hiệu suất cấu trúc của RCA đã được công bố tại Nhật Bản [2]. Tác giả KhaldounRahal [3] đã nghiên cứu thực nghiệm giữa bê tông tái chế và bê tông cốt liệu tự nhiên khi ở 28 ngày cường độ nén của khối và cường độ chịu cắt trực tiếp của bê tông cốt liệu tái chế trung bình 90% so với bê tông cốt liệu tự nhiên có cùng tỷ lệ trộn, đối với các mẫu bê tông có cường độ nén khối từ 25 đến 30 MPa thì mô đun đàn hồi của bê tông cốt liệu tái chế chỉ thấp hơn 3% so với bê tông cốt liệu tự nhiên.

Xu hướng phát triển cường độ chịu nén, lực cắt và biến dạng ứng suất cực đại trong bê tông cốt liệu tái chế tương tự như trong bê tông cốt liệu tự nhiên. Ajdukiewicz và Kliszczewicz [4] đã sử dụng tổng hợp tái chế một phần hoặc toàn bộ tất cả các dầm là hình chữ nhật có tiết diện là 200x300 mm và chiều dài là 2600 mm với hai tỷ lệ cốt thép dọc (0,90% và 1,60%). Họ báo cáo rằng các dầm bê tông tái chế có khả năng chịu mômen thấp hơn một chút (trung bình 3,5%) và chuyển vị lớn hơn so với dầm sử dụng cốt liệu tự nhiên. Các tác giả Luis Evangelista và Jorge de Brito [5] đã nghiên cứu việc sử dụng bê tông cốt liệu tái chế để thay thế cốt liệu mịn tự nhiên (cát) không gây nguy hiểm cho các tính chất cơ học của bê tông và cho tỷ lệ thay thế lên tới 30%.

Bai và Sun [6] đã sử dụng 8 dầm bê tông từ 8 đến 10 năm để làm cốt liệu vụn bê tông. Mô hình các dầm bê tông có thành phần vụn bê tông thay thế với các mức độ khác nhau 50%, 70% và 100%. Họ đã quan sát mô hình vết nứt tương tự, nhưng độ võng và độ rộng vết nứt tăng theo mức tăng của mức thay thế vụn bê tông. Họ cũng kết luận rằng mức độ thay thế của vụn bê tông không ảnh hưởng đáng kể đến vết nứt tối đa của dầm bê tông cốt thép.

Mahdi Arezoumandi, Adam Smith, Jeffery S. Khayat [7] kiểm tra thực nghiệm về cường độ uốn của dầm bê tông cốt thép sử dụng bằng 100% cốt liệu bê tông tái chế và dầm bê tông sử dụng hoàn toàn cốt liệu tự nhiên. Các dầm có sử dụng cốt liệu tái chế thay thế cho thấy khả năng uốn tương đương với các dầm cốt liệu tự nhiên.Tabsh and Akmal S.Abdelfatah [8] đã nghiên cứu thực nghiệm khi Luan van 3 sử dụng cốt liệu bê tông tái chế với cường độ bằng 50 MPa sẽ tạo ra cường độ chịu nén và cường độ kéo bê tông tương đương với bê tông cốt liệu tự nhiên. Sato R, Maruyama I, Sogabe T, Sogo M [9] đã thử nghiệm 37 dầm với ba tỷ lệ cốt thép dọc khác nhau (0,59%, 1,06% và 1,65%).

Họ đã sử dụng tổng hợp 100% cốt liệu tái chế cho dầm. Kết quả nghiên cứu của họ cho thấy rằng các dầm sử dụng bê tông tái chế có độ võng lớn hơn so với các dầm bê tông cốt liệu tự nhiên. Về khoảng cách vết nứt, không có sự khác biệt đáng kể. Tuy nhiên, dầm bê tông cốt thép có sử dụng thành phần tái chế có vết nứt rộng hơn so với dầm cốt liệu tự nhiên.

Họ cũng đã báo cáo cường độ chịu uốn giới hạn của hai dầm có sử dụng và không sử dụng cốt liệu tái chế là tương đương nhau. Knaack và Kurama [10] đã thử nghiệm dầm có tiết diện 150x230 mm và dầm dài 2000 mm. Họ đã sử dụng cốt liệu tái chế từ cuối những năm 1920 và với cả mức độ thay thế 50% và 100%. Họ đã báo cáo độ võng cao hơn cho các dầm có thành phần cốt liệu tái chế, nhưng họ đã kết luận rằng các mô hình phân tích hiện có và các quy định về tiêu chuẩn có thể được sử dụng cho các dầm có sử dụng cốt liệu tái chế.

Tác giả Ammon Katz [11] nghiên cứu về thời gian bê tông phế thải ảnh hưởng đến cường độ bê tông sử dụng bê tông phế thải. Levy and Paulo Helene cho ra kết quả nghiên cứu độ bền của bê tông làm bằng bê tông tái chế 20%, 50% và 100%. Các tác giả Luis Evangelista, Jorge de Brito và Pereira [12] đã nghiên cứu về ảnh hưởng của chất siêu dẻo của bê tông làm bằng bê tông tái chế. Trên thế giới, đã có một số công trình ứng dụng vào thực tế như: - Tại Mỹ, bê tông dùng cho xây dựng và bê tông phế liệu chiếm xấp xỉ 135 triệu tấn mỗi năm, tương đương với 1,36kg/người/ngày.

Vụn bê tông thường được tái chế để sử dụng làm đường cao tốc ở Hoa Kỳ; ứng dụng chính của vụn bê tông ở Hoa Kỳ được coi như một vật liệu cơ bản; việc sử dụng vụn bê tông trong nhựa đường nóng không được chấp nhận rộng rãi ở Hoa Kỳ. - Tại Newzealand, bê tông phế thải được nghiền sử dụng làm nền hạ (subbase) trong đường giao thông, thông thường ở Việt Nam đang sử dụng đá 0x4 loại 1 và loại 2 để làm nền hạ. Luan van 4 Hình 1. 2 Cấu tạo đường giao thông sử dụng phế thải bê tông [www.

3 Nền hạ đường giao thông sử dụng phế thải bê tông [www.nz] - Tại Singapore, cốt liệu bê tông tái chế đã được sử dụng để xây dựng và cải tạo nhiều công trình, trong đó có việc xây dựng cảng xuất nhập khẩu tại sân bay quốc tế Changi. Tập đoàn sân bay Changi đã khởi xướng dự án sử dụng bê tông tái chế từ việc phá dỡ các công trình quanh sân bay để tái tạo mặt sàn cứng cho máy bay. Dự án đã thể hiện tính khả thi của việc sử dụng vụn bê tông như một giải pháp thay thế cho cốt liệu tự Luan van 5 nhiên trong bê tông để xây dựng. Để khắc phục mặt sàn cứng đã bị hỏng hóc, máy cắt thủy lực và bê tông phế liệu đã được vận chuyển đến cơ sở tái chế gần đó để chế biến.

Phế liệu này chủ yếu là bê tông nghiền, kim loại màu. Việc chế biến được thực hiện bằng cách sử dụng máy nghiền di động kết hợp với hệ thống băng tải. Các quy trình chính bao gồm nghiền, sàng lọc vụn bê tông theo kích cỡ yêu cầu cho ứng dụng bê tông. 4 Tái sử dụng vụn bê tông, sân bay Changi – Singapore - Tại Luxembourg, nguồn gốc chủ yếu của phế liệu xây dựng đến từ các tòa nhà bao gồm gạch, ngói, gốm sứ, đất, thạch cao, vật liệu cách điện, gỗ và kim loại.

Bê tông tái chế của Luxembourg có chất lượng trung bình. Cốt liệu bê tông tái chế của Luxembourg sẽ được cấp chứng nhận từ Laboratoire d’Essais des Matériaux des Ponts et Chaussées du Luxembourg. Vụn bê tông chủ yếu được sử dụng trong xây dựng đường xá, lớp phụ gia trong xây dựng nền móng nhưng không được sử dụng trong sản xuất bê tông mới. Tuy nhiên, việc sử dụng vụn bê tông vẫn chưa đạt được mục tiêu mang tính tiềm năng của Luxembourg.

- Tại Pháp, Theo các chuyên gia Pháp, quốc gia này có một số đơn đặt hàng nhỏ cho các nước khác trong việc phát triển các quy trình và yêu cầu chi tiết cho việc sử dụng cốt liệu bê tông tái chế. Do đó, Chính phủ Pháp đã đưa ra một dự án phạm vi quốc gia về việc nghiên cứu và phát triển vụn bê tông được gọi là RECYBETON. Mục đích của dự án này là thay đổi xu hướng bằng cách sử dụng lại tất cả các vật liệu từ phế liệu bê Luan van 6 tông như các thành phần bê tông mới, keo thủy lực. - Tại Đức, theo các chuyên gia Đức, việc sử dụng vụn bê tông mang tính khả thi.

Tuy nhiên, vẫn còn một số hạn chế như quy trình sản xuất vụn bê tông bằng máy nghiền không được thực hiện một cách hiệu quả. Có những dự án xây dựng chỉ sử dụng vật liệu tái chế này ở quy mô rất nhỏ so với số lượng dự án trên tổng thể và động lực thường xuất phát từ nhận thức về môi trường của một nhóm nhỏ. Bên cạnh đó, các tiêu chuẩn của Đức cũng hạn chế những ứng dụng sử dụng cốt liệu bê tông tái chế. 5 Máy nghiền bê tông [www.