Nghiên cứu thực nghiệm về tính chất cơ lý của bê tông sử dụng cốt liệu lớn tái chế từ chất thải rắn xây dựng và ứng dụng cho cột bê tông cốt thép chịu nén đúng tâm.Nghiên cứu thực nghiệm về tính chất cơ lý của bê tông sử dụng cốt liệu lớn tái chế từ chất thải rắn xây dựng và ứng dụng cho cột bê tông cốt thép chịu nén đúng tâm.Nghiên cứu thực nghiệm về tính chất cơ lý của bê tông sử dụng cốt liệu lớn tái chế từ chất thải rắn xây dựng và ứng dụng cho cột bê tông cốt thép chịu nén đúng tâm.Nghiên cứu thực nghiệm về tính chất cơ lý của bê tông sử dụng cốt liệu lớn tái chế từ chất thải rắn xây dựng và ứng dụng cho cột bê tông cốt thép chịu nén đúng tâm.Nghiên cứu thực nghiệm về tính chất cơ lý của bê tông sử dụng cốt liệu lớn tái chế từ chất thải rắn xây dựng và ứng dụng cho cột bê tông cốt thép chịu nén đúng tâm.Nghiên cứu thực nghiệm về tính chất cơ lý của bê tông sử dụng cốt liệu lớn tái chế từ chất thải rắn xây dựng và ứng dụng cho cột bê tông cốt thép chịu nén đúng tâm.Nghiên cứu thực nghiệm về tính chất cơ lý của bê tông sử dụng cốt liệu lớn tái chế từ chất thải rắn xây dựng và ứng dụng cho cột bê tông cốt thép chịu nén đúng tâm.Nghiên cứu thực nghiệm về tính chất cơ lý của bê tông sử dụng cốt liệu lớn tái chế từ chất thải rắn xây dựng và ứng dụng cho cột bê tông cốt thép chịu nén đúng tâm.Nghiên cứu thực nghiệm về tính chất cơ lý của bê tông sử dụng cốt liệu lớn tái chế từ chất thải rắn xây dựng và ứng dụng cho cột bê tông cốt thép chịu nén đúng tâm.Nghiên cứu thực nghiệm về tính chất cơ lý của bê tông sử dụng cốt liệu lớn tái chế từ chất thải rắn xây dựng và ứng dụng cho cột bê tông cốt thép chịu nén đúng tâm.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI NGUYỄN THANH QUANG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA BÊ TƠNG SỬ DỤNG CỐT LIỆU LỚN TÁI CHẾ TỪ CHẤT THẢI RẮN XÂY DỰNG VÀ ỨNG DỤNG CHO CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Mã ngành: 9580201 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Hà Nội – Năm 2022 Cơng trình hồn thành Trường Đại học Xây dựng Hà Nội Người hướng dẫn khoa học 1: PGS TS Nguyễn Hoàng Giang Người hướng dẫn khoa học 2: TS Nguyễn Ngọc Tân Phản biện 1: TS Nguyễn Đại Minh Phản biện 2: PGS TS Nguyễn Ngọc Phương Phản biện 3: PGS TS Nguyễn Xuân Huy Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp trường họp Trường Đại học Xây Dựng Hà Nội vào hồi ngày tháng năm 2022 Có thể tìm hiểu luận án Thư viện Quốc Gia Thư viện Trường Đại học Xây dựng Hà Nội PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Sự phát triển mạnh mẽ hoạt động xây dựng làm phát sinh lượng lớn chất thải rắn xây dựng (CTRXD) Tại Việt Nam, theo số liệu thống kê năm 2009 lượng CTRXD phát sinh thành phố lớn khoảng 1,46 - 1,92 triệu tấn/năm, nhiên tỷ lệ tái chế thấp khoảng - 2% Hiện nay, CTRXD phát sinh khoảng 3000 tấn/ngày, năm 2020 tổng lượng CTRXD ước tính 6,3 triệu dự kiến đến năm 2025 11 triệu Tuy nhiên, việc ứng dụng hiệu CTRXD với số lượng lớn vào cơng trình xây dựng gặp nhiều khó khăn đặc biệt việc đánh giá chất lượng, tính chất học vật liệu tái chế khả ứng dụng kết cấu cơng trình cột dầm sàn, móng lớp lót cho cơng trình hạ tầng Vì vậy, đề tài tập trung nghiên cứu ứng xử học vật liệu bê tông sử dụng cốt liệu lớn tái chế (CLLBTTC) từ CTRXD, nhằm đánh giá khả ứng dụng bê tông tái chế (BTTC) kết cấu chịu lực cơng trình xây dựng Việc tái sử dụng làm giảm áp lực lượng lớn CTRXD phát thải môi trường, giảm nguyên nhân gây ô nhiễm tác động ảnh hưởng xấu đến sống người đồng thời cung cấp thị trường xây dựng lượng lớn vật liệu tái chế đáp ứng yêu cầu kỹ thuật nhằm giảm khai thác tài nguyên thiên nhiên tạo giá trị gia tăng cho sản phẩm vật liệu có hàm lượng khoa học giá trị cao Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu phát triển số tính chất học bê tơng sử dụng cốt liệu bê tông tái chế với hàm lượng thay khác - Nghiên cứu ứng xử nén cột bê tông cốt thép chế tạo bê tông sử dụng cốt liệu tái chế So sánh ứng xử học cột bê tông cốt liệu tái chế với cột bê tông cốt thép thông thường Đối tượng phạm vi nghiên cứu Bê tông từ trình phá dỡ cơng trình xây dựng nghiền theo quy trình thiết kế cho máy nghiền lắp ráp Việt Nam Các hạt cốt liệu tái chế nghiên cứu có đường kính từ đến 20 mm, đường kính cốt liệu lớn 20 mm Bê tơng tái chế thiết kế có cấp độ bền nén B30 thí nghiệm 3, 7, 14, 28, 60, 90, 120, 150, 180 360 ngày tuổi, với tỷ lệ thay cốt liệu lớn tự nhiên theo khối lượng r = 0%; 50%; 100% Cốt liệu tái chế dùng cho thí nghiệm cột với kích 200 x 200 x 880 mm hạm lượng cốt liệu tái chế thay cột r = 0%; 50%; 100% Cột thí nghiệm chịu nén tâm nhằm nghiên cứu ứng xử khả chịu lực cấu kiện cột bê tông cốt liệu tái chế so với cột bê tông cốt liệu tự nhiên (BTCLTN) Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết: Dựa tài liệu nghiên cứu để thực nghiên cứu tổng quan đề tài luận án Nghiên cứu thực nghiệm: Luận án thực chủ yếu phương pháp thực nghiệm Các kết thu từ thí nghiệm thực mẫu thử bê tông cấu kiện cột bê tông cốt thép Những đóng góp luận án - Chứng minh tính khả thi việc chế tạo bê tơng có cường độ trung bình mẫu trụ tới 40 MPa sử dụng cốt liệu lớn tái chế (CLLTC) từ chất thải rắn xây dựng (CTRXD) điều kiện Việt Nam; - Cung cấp số liệu thực nghiệm đặc trưng lý bê tông CLLTC từ CTRXD với tỷ lệ thay cốt liệu 0, 50 100%, bao gồm: cường độ chịu nén, mô đun đàn hồi tuổi 3, 7, 14, 28, 60, 90 360 ngày, từ đề xuất mối quan hệ tốn học đại lượng theo thời gian; đường cong quan hệ ứng suất - biến dạng; biến dạng co ngót từ biến; - Đã nghiên cứu thực nghiệm làm việc cột BTCT chịu nén tâm sử dụng bê tông CLLTC từ CTRXD Kết nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn chứng minh khả ứng dụng CLLTC kết cấu cơng trình Việt Nam Cấu trúc luận án Luận án gồm có phần mở đầu, bốn chương nội dung, phần kết luận danh mục tài liệu tham khảo Luận án dài 144 trang, 72 hình vẽ, 26 bảng biểu 21 tài liệu tham khảo tiếng việt, 160 tài liệu tham khảo tiếng anh CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CHẤT THẢI RẮN XÂY DỰNG VÀ CÁC ĐẶC TÍNH CƠ HỌC CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG CỐT LIỆU BÊ TÔNG TÁI CHẾ Chương tập trung trình bày định nghĩa CTRXD, tổng quan tình hình quản lý, nghiên cứu tính chất ứng dụng loại bê tông sử dụng CLLBTTC giới Việt Nam Trên sở rút định hướng nghiên cứu luận án 1.1 Chất thải rắn xây dựng: thực trạng quản lý tái chế 1.1.1 Khái niệm chất thải rắn xây dựng Theo định nghĩa tiêu chuẩn TCVN 6705:2000 Chất thải rắn không nguy hại – Phân loại: phế thải từ hoạt động xây dựng phế thải thải phá dỡ, cải tạo hạng mục / cơng trình xây dựng cũ, xây dựng hạng mục / cơng trình (nhà, cầu cống, đường giao thơng…); vơi vữa, gạch ngói vỡ, bê tông, ống dẫn nước, lợp vật liệu khác Như vậy, CTRXD phát sinh trình xây dựng, phá dỡ toàn bộ, phá dỡ phận cơng trình xây dựng Hình 1.1 số ví dụ thành phần CTRXD từ nguồn phá dỡ dạng cơng trình khác nhau, đơn cử như: Các dạng cơng trình nhà cao tầng, nhà dân dụng, cầu, đường kết cấu có sử dụng bê tơng Hình 1.1 Một số ví dụ thành phần CTRXD từ nguồn khác 1.1.2 Thực trạng quản lý tái chế CTRXD Việt Nam a) Hiện trạng quản lý CTRXD Với tốc độ thi hóa nhanh với phát triển kinh tế mặt, hoạt động xây dựng diễn nhiều nơi, đặc biệt thành phố lớn Việt Nam Theo Báo cáo môi trường quốc gia 2011 Quản lý chất thải rắn Bộ Tài Nguyên Môi Trường, tổng lượng chất thải rắn đô thị thể Bảng 1.1 Bảng 1.1 Khối lượng CTRXD số địa phương Thành phố Khối lượng Tỷ lệ thu gom (%) CTRXD (tấn/ngày) Hà Nội 1000 – 1500 70 Tp Hồ Chí Minh 2000 – 2500 75 Hải Phòng 400 – 450 40 - 45 Đà Nẵng 500 - 600 60 Các đô thị khác 100 - 200 20 - 30 Việc tái chế CTRXD nhấn mạnh chiến lược quốc gia quản lý chất thải rắn đến năm 2025 tầm nhìn đến năm 2050 Theo đó, 50% - 60% lượng CTR thu gom tái chế b) Các vấn đề tồn Khái niệm quản lý CTRXD mẻ Việt Nam Chính phủ Việt Nam phải đối mặt với thách thức lớn quản lý CTRXD Cơng nghệ xây dựng cịn lạc hậu, đó, sinh lượng lớn rác thải Việc đổ CTRXD bừa bãi gây ảnh hưởng đến sức khỏe người môi trường, chẳng hạn gây cản trở giao thông (CTR vỉa hè đường) dẫn đến nhiều tai nạn, gây tác động đến cảnh quan đô thị, nhiễm khơng khí (do bụi bẩn), làm xuống cấp sở hạ tầng (tắc đường ống nước), lãng phí tài ngun đất Thêm vào đó, việc quản lý lỏng lẻo vật liệu xây dựng độc hại tường thạch cao (tạo khí H2S) vật liệu amiang (có thể gây ung thư) gây rủi ro sức khoẻ cao người Bên cạnh đó, Việt Nam chưa có nhiều thu hút từ nhận thức quan điểm công chúng rác thải sinh từ xây dựng phá dỡ công trình 1.1.3 Thực trạng tiềm tái chế CTRXD Việc quản lý CTRXD nằm chiến lược quản lý xử lý CTR Chính phủ, Chỉ thị số 41/CT-TTg (giảm chơn lấp xuống 20% tỉnh lại giảm xuống 25% tính đến năm 2025) Thơng tư 08/2017/TT-BXD quy định việc phải tiến hành báo cáo việc thu gom xử lý CTRXD tỉnh thành phố Việt Nam Do đó, việc đưa quy trình quản lý phương pháp nghiền chế tạo vật liệu tái chế từ bê tông việc cấp thiết quan trọng Có thể thấy rằng, CTRXD nguồn tài nguyên lớn sử dụng vật liệu tái chế cho xây dựng sở hạ tầng: - Sản xuất cốt liệu tái chế từ CTRXD ứng dụng làm nền, lớp lót cho đường giao thông - Sản xuất vật liệu xây dựng sở hạ tầng giao thông: bê tông dùng cốt liệu tái chế, kè, đắp cho đường xá, san lấp mặt bằng,… - Phụ gia sản xuất xi măng; sản xuất cọc bê tông cốt thép - Xử lý nước thải: Sử dụng sản phẩm tái chế làm vật liệu lọc - Xử lý nước nước biển nhiễm dầu, khắc phục xói lở bờ biển 1.2 Tổng quan nghiên cứu bê tông sử dụng CLBTTC 1.2.1 Tính chất cốt liệu bê tơng tái chế Các tính chất chủ yếu bê tơng sử dụng cốt liệu tái chế ảnh hưởng nhiều đến tính chất hỗn hợp bê tơng có, thể kể đến như: thành phần khoáng, độ rỗng, thành phần hạt, độ hút nước, đặc tính hình dạng, cường độ cốt liệu Thành phần vật liệu CLBTTC tương tự thành phần bê tơng thải gốc, với hai thành phần đá tự nhiên vữa nhân tạo (cát, đá, xi măng) Cho nên, hàm lượng ảnh hưởng lớn đến lượng nước trộn, tính cơng tác tổn thất tính cơng tác, khối lượng thể tích, tính thấm độ bền bê tông sử dụng CLBTTC Khi sử dụng cơng nghệ nghiền sàng phân loại thành phần cấp phối hạt CLBTTC tương đương với CLTN phù hợp với yêu cầu kỹ thuật tiêu chuẩn TCVN 7570: 2006, tiêu chuẩn TCVN 11969:2018 cốt liệu lớn sử dụng cho bê tông CLBTTC có độ hút nước lớn nhiều so với CLTN Cụ thể, độ hút nước CLBTTC từ bê tông thường 3-12%, từ hỗn hợp CTRXD 20-25%, CLTN 0,5-1,2% 1.2.2 Tính chất lý bê tơng sử dụng CLBTTC a) Cường độ nén bê tông sử dụng CLBTTC Các nghiên cứu từ năm 70-80 kỷ trước bê tông sử dụng CLBTTC cường độ chịu nén loại bê tông nói chung có xu hướng giảm so với bê tơng sử dụng cốt liệu tự nhiên có cấp phối (Bảng 1.2) Bảng 1.2 Tỷ lệ giảm cường độ chịu nén bê tông CLBTTC số kết nghiên cứu Tác giả (năm) Nixon (1978) Ravindrarajah Tam (1985) De Oliveira v Vazquez (1996) Topỗu v Sengel (2004) Kou (2006) Xiao (2018) Tỷ lệ thay (%) Suy giảm cường độ chịu nén 28 ngày tuổi (%) 100 100 100 100 20 50 100 30 50 70 100 20 8-24 10 23,5-33 4-6 13-17 16-22 5,6 12 10 11,5 Do hạn chế đặc tính học số quốc gia có quy định rõ ràng cho việc sử dụng CLBTTC Ví dụ tiêu chuẩn Anh BS 8500:2 (20% thay thế, cường độ tối đa 40MPa), Đức DIN 4226100:200 (20-35% thay thế, cường độ tối đa 30MPa), Hồng Koong WBTC No.12/2002 (20-100% thay thế, cường độ tối đa 35MPa) Tại Việt Nam, tiêu chuẩn TCVN 11969:2018 cốt liệu lớn tái chế cho bê tông chủ yếu đánh giá chất lượng đầu vào cốt liệu lớn tái chế phù hợp sản xuất bê tông b) Mô đun đàn hồi bê tông sử dụng CLBTTC Mơ đun đàn hồi tính chất học nghiên cứu hầu hết công bố bê tơng sử dụng CLBTTC Tóm tắt tỷ lệ giảm giá trị mô đun đàn hồi số công bố tiêu biểu thay 100% CLTN CLBTTC Có thể nhận thấy mơ đun đàn hồi bê tông sử dụng sử dụng 100% CLBTTC giảm khoảng 17,5% - 45% so với bê tơng sử dụng cốt liệu tự nhiên c) Tính co ngót bê tơng sử dụng CLBTTC Việc sử dụng CLBTTC thay CLTN thường làm tăng độ co ngót bê tơng Ngun nhân hàm lượng vữa cao CLBTTC có hệ thống lỗ rỗng hở thơng với kích thước khác làm tăng mạnh tính thấm hút nước thấm khí bê tơng Độ co ngót tăng 10-25% 20-70% d) Tính khả thi sử dụng CLBTTC cấu kiện cột So với bê tông thường, việc ứng dụng bê tông sử dụng CLBTTC kết cấu chịu lực thường cân nhắc cách cẩn trọng Hình 1.1 Mặt cắt ngang cột BTCLTC cốt thép chịu tải trọng lệch tâm biểu đồ phân bố biến dạng tỷ đối Nghiên cứu độ tin cậy cột sử dụng CLBTTC cốt thép chịu tác dụng tải trọng lệch tâm (Hình 1.1) đưa kết luận cột BTTC có khả chịu nén phân bố dải rộng Tại Trung Quốc, tiến hành thí nghiệm cột bê tông CLBTTC chịu tải trọng lệch tâm để xác định sức chịu tải, vẽ đường cong liên hệ lực dọc N mơ-men uốn M (Hình 1.2) Hình 1.2 Đường cong thực nghiệm liên hệ lực dọc N mô-men uốn M với tỷ lệ thay cốt liệu tái chế khác 1.3 Nhận xét Việc sử dụng BTCLTC cho kết cấu bê tơng cịn hạn chế thiếu thơng tin đáng tin cậy nguồn gốc cốt liệu tái chế khả làm việc CLBTTC gia tăng giá trị cách tái chế chất lượng cao Ứng dụng cách thực tế tái chế CLBTTC mang lại lợi ích cho ngành cơng nghiệp xây dựng, khuyến khích quản lý CLBTTC 3R quốc gia Do vậy, nghiên cứu tập trung đánh giá tính chất học vật liệu bê tông sử dụng CLBTTC khả làm việc kết cấu cột BTCLTC chịu tải trọng Từ nghiên cứu trước thấy, chất lượng BTCLTC phụ thuộc nhiều vào chất lượng nguồn vật liệu đầu vào trình trộn kiểm soát chất lượng Các tiêu chuẩn giới xây dựng cho loại vật liệu phù hợp với khu vực vật liệu địa phương, Việt Nam có tiêu chuẩn cho cốt liệu lớn tái chế chưa có đặc thù từ bê tơng tái chế Các loại bê tông Việt Nam với đặc tính khác ảnh hưởng tới q trình phát triển cường độ vật liệu cấu kiện từ bê tơng sử dụng CLBTTC khác Do đó, cần nghiên cứu chuyên sâu cho BTCLTC phù hợp với yêu cầu tiêu chuẩn cần có hệ số điều chỉnh cho q trình tính tốn thiết kế phù hợp Việt Nam Hiện tại, Việt Nam chưa có quy trình cơng nghệ, quản lý cốt liệu lớn sau q trình nghiền bê tơng phá dỡ quy trình trộn phù hợp cho bê tơng sử dụng CLBTTC Do đó, việc nghiên cứu, triển khai thử xây dựng quy trình cần thiết nhằm đưa công tác tái chế ứng dụng BTCLTC vào thực tiễn Cần có nghiên cứu cho BTCLTC từ bê tơng phá dỡ q trình cần tính tới yếu tố phát triển BTCLTC theo thời gian làm việc BTCLTC cấu kiện điển hình so sánh với BTCLTN để có điều chỉnh khuyến cáo phù hợp cho việc sử dụng hiệu vật liệu thực tế 11 Thí nghiệm thực phịng thí nghiệm SATREPS, Trường Đại học Xây dựng Hà Nội (ĐHXDHN) theo tiêu chuẩn TCVN 7572:2006 nhằm xác định chất lượng đầu vào CLBTTC Các tính chất vật liệu tái chế nghiên cứu thể Bảng 2.2 Các thí nghiệm tiến hành bao gồm: (i) Độ ẩm, (ii) độ hút nước, (iii) khối lượng thể tích, (iv) độ hao mịn Los Angeles (LA), (v) hàm lượng hạt thoi dẹt Kết cho thấy CLBTTC sử dụng đạt tiêu loại I tiêu chuẩn TCVN 11969:2018 phù hợp với tiêu chuẩn công bố giới Bảng 2.2 Tính chất CLBTTC JIS A 5022:2018 - Loại M Tính chất vật lý CLLBTTC Kết thí nghiệm TCVN 11969:2018 Loại I GB/T 251772010 Độ ẩm (%) Độ hút nước (%) Khối lượng thể tích (g/cm3) Độ hao mòn Los Angeles, % Hàm lượng hạt thoi dẹt, % 1,87 -