NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG NHẸ SỬ DỤNG HẠT POLYSTYRENE PHỒNG NỞ TÁI CHẾ

Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, NUCE 2021 15 (1V): 72–83 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG NHẸ SỬ DỤNG HẠT POLYSTYRENE PHỒNG NỞ TÁI CHẾ Nguyễn Công Thắnga,∗, Nguyễn Văn Tuấna , Hàn Ngọc Đứcb , Nguyễn Văn Quảnga , Đỗ Thị Vân Anha , Hoàng Văn Thắnga , Đỗ Thị Thanha a Khoa Vật liệu Xây dựng, Trường Đại học Xây dựng, 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam b Khoa Xây dựng dân dụng Công nghiệp, Trường Đại học Xây dựng, 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 22/02/2021, Sửa xong 10/03/2021, Chấp nhận đăng 19/03/2021 Tóm tắt Bê tơng nhẹ cốt liệu rỗng nghiên cứu ứng dụng rộng rãi cơng trình xây dựng với ưu điểm làm giảm nhẹ cho kết cấu đồng thời tăng khả cách âm, cách nhiệt tăng hiệu lượng cho cơng trình xây dựng Bài báo đưa kết ban đầu việc sử dụng cốt liệu rỗng polystyrene tái chế chế tạo bê tông nhẹ Các kết nghiên cứu việc sử dụng cốt liệu rỗng polystyrene tái chế (rEPS) để chế tạo bê tông nhẹ với khối lượng thể tích đạt từ 1000 - 1500 kg/m3 cường độ nén từ 5,0 15 MPa Kết nghiên cứu thực 08 cấp phối với tỷ lệ N/CKD 0,25 0,30; hàm lượng cốt liệu nhẹ sử dụng 25%, 30%, 40% 50% theo thể tích bê tơng Kết nghiên cứu cho thấy, hàm lượng cốt liệu nhẹ tăng khối lượng thể tích giảm Tuy nhiên, độ hút nước mao quản cường độ nén bê tơng có xu hướng giảm Kết đánh giá hệ số dẫn nhiệt bê tông theo công thức thực nghiệm ACI213 R14 cho thấy hệ số dẫn nhiệt bê tông giảm tăng hàm lượng cốt liệu nhẹ Từ khố: bê tơng nhẹ; polystyrene tái chế; khối lượng thể tích; độ hút nước mao quản; cường độ nén, hệ số dẫn nhiệt EXPERIMENTAL STUDY TO PRODUCE LIGHTWEIGHT CONCRETE USING RECYCLED EXPANDED POLYSTYRENE Abstract Expanded polystyrene concrete has been being studied and widely applied in current construction projects with the advantages of reducing the weight for the structures while increasing the sound- and thermal- insulation capability to increase energy efficiency for buildings This paper presents some preliminary experimental results on the use of recycled EPS in producing lightweight concrete The use of recycled Expanded polystyrene (rEPS) can make lightweight concrete with a density and compressive strength ranging from 1000 to 1500 kg/m3 , and 5,0 to 15 MPa, respectively The total 08 mixtures with water to binder ratios of 0,25 and 0,30 were studied, in which the EPS contents of 25%, 30%, 40% and 50% by volume of concrete were applied The research results show that the density decreases when the EPS content increases However, capillary water absorption and compressive strength of concrete tend to be decreased for both water to binder ratios The results of evaluating the thermal conductivity of concrete according to the experimental formula of ACI213 R14 show that the thermal conductivity of concrete decreases with increasing the EPS content Keywords: lightweight concrete; recycled polystyrene; density; capillary water absorption; compressive strength; thermal conductivity coefficient https://doi.org/10.31814/stce.nuce2021-15(1V)-07 © 2021 Trường Đại học Xây dựng (NUCE) ∗ Tác giả đại diện Địa e-mail: thangnc@nuce.edu.vn (Thắng, N C.) 72 Thắng, N C., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Giới thiệu Trong năm thập kỷ trở lại đây, bê tông nặng sử dụng hiệu cơng trình xây dựng, có nhiều ưu điểm bê tơng tồn nhược điểm nặng, giòn số trường hợp khả cách nhiệt không cao Trước nhu cầu thực tế với nhiều kết cấu yêu cầu khả cách nhiệt cách âm tốt, kết cấu nhẹ không yêu cầu cao cường độ, sở có nghiên cứu bê tông nhẹ (Lightweight Concrete-LWC) quan tâm Về nguyên tắc để giảm tỷ trọng bê tông cách tạo khoảng trống (lỗ rỗng) cấu trúc vữa, thân hạt cốt liệu, hạt cốt liệu lớn Tuy nhiên, lỗ rỗng bê tơng nhiều khối lượng bê tơng giảm kéo theo cường độ nén bê tông giảm theo Khi so sánh với bê tông thông thường, bê tông nhẹ (Lightweight Concrete-LWC) cho thấy số đặc tính bật khối lượng thể tích thấp hơn, đặc tính cách âm, cách nhiệt tốt hấp thụ lượng lớn thu cách thay toàn phần cốt liệu nặng cốt liệu nhẹ (Lightweight Aggregate-LWA) [1, 2] Hiện nay, loại bê tông nhẹ sử dụng phổ biến bê tơng khí bê tông bọt bê tông nhẹ cốt liệu rỗng polystyrene Với bê tông nhẹ cốt liệu rỗng Polystyrene (EPS-C), loại bê tông nhẹ sản xuất theo công nghệ Pháp, từ hỗn hợp loại vật liệu khác như: xi măng, phụ gia khoáng, cốt liệu nhẹ Polystyrene (hạt EPS - Expanded Polystyrene Beads), nước phụ gia hóa học Hạt EPS (hay hạt nhựa nhiệt dẻo phồng nở) hạt tạo rỗng, hình cầu, khơng thấm nước, khơng độc hại, khối lượng thể tích hạt thấp đến khoảng đến 20 kg/m3 , sản xuất dễ dàng với nhiều nhóm kích thước hạt khác nên đưa hạt EPS vào hỗn hợp bê tơng dẻo dính có lượng nước nhào trộn thấp việc tạo hình khơng gặp khó khăn, cho phép đưa hạt EPS vào với hàm lượng lớn Việc sử dụng hạt polystyrene phồng nở làm giảm khối lượng thể tích, tăng khả cách âm, cách nhiệt cho bê tông Hỗn hợp bê tông nhẹ EPS-C bao gồm hệ thống cấu trúc lỗ rỗng lớn tạo từ độ rỗng xốp hạt polystyrene phồng nở, cấu trúc lỗ rỗng bé tạo nên từ lỗ rỗng gel hệ thống mao quản nằm phần vách ngăn nằm lỗ rỗng lớn Việc sử dụng hạt Polystyrene phồng nở có điểm lớn việc giảm trọng lượng bê tông nhẹ Tuy nhiên, Polystyrene phồng nở (EPS) loại cốt liệu nhẹ với trọng lượng 8-20 kg/m3 Do trọng lượng EPS nhẹ nên hạt EPS có xu hướng dễ phân tầng trình tạo hình Nhiều nhà nghiên cứu nghiên cứu để khắc phục nhược điểm [3–5] sử dụng phụ gia siêu dẻo kết hợp với sợi phân tán để tránh phân tầng hạt EPS, ngồi để cải thiện cường độ bê tơng EPS-C Với ưu điểm đạt EPS-C quan tâm nghiên cứu nhiều, nghiên cứu Sabaa [6] ảnh hưởng tính cơng tác đến số tính chất EPS-C khối lượng thể tích, cường độ Các kết cho thấy tính cơng tác hỗn hợp bê tơng tăng cường độ bê tông cải thiện so với hỗn hợp bê tơng có tính cơng tác thấp Ngồi ra, nghiên cứu [4, 5, 7] ảnh hưởng nano carbon khối lượng thể tích EPS-C đến tính chất bê tơng cho thấy, nano carbon khối lượng thể tích EPS-C ảnh hưởng lớn đến cường độ bê tông, đồng thời mức độ ảnh hưởng yếu tố đến cường độ nén lớn so với cường độ uốn mô đun đàn hồi Tuy nhiên, bê tông EPS-C sử dụng lượng xốp lớn, vật liệu chiếm tỷ trọng lớn giá thành bê tông Trong thực tế nay, lượng rác thải xốp ngày gia tăng, loại xốp nguy hại khơng có biện pháp xử lý hiệu Rác thải xốp phát sinh từ đồ vật thường sử dụng thùng xốp, chi tiết chèn khe cho dụng cụ dễ vỡ Các công bố cho thấy, lượng lớn EPS cuối trở thành chất thải gửi đến bãi chôn lấp đổ bất hợp pháp khu vực trống, đặc biệt nước phát triển Theo nghiên cứu [8–10]; tổng sản lượng polystyrene toàn cầu chế tạo 14 triệu Giá trị Tây Âu 2,5 triệu Mỹ 2,3 triệu tấn, hầu hết số có xu hướng cuối bãi chơn lấp Ở Anh, khoảng 300000 EPS thải gửi đến bãi chôn 73 Thắng, N C., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng lấp số lượng chiếm thể tích 38000000 m3 [11] Theo nghiên cứu, phần lớn loại rác thải xốp thuộc loại khó phân hủy, gây hậu ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe người Rác thải xốp nhiều thải mơi trường nước đất khiến cho biến đổi tính chất đất, gây tắc nghẽn hệ thống nước, theo thời gian nguyên nhân khiến cho nhiều loại vi khuẩn không ngừng phát triển, gây nhiều loại bệnh nguy hiểm cho người [8] Xuất phát từ thực tiễn vậy, nhóm nghiên cứu nghiên cứu sử dụng loại polystyrene phế thải (recycled - Expanded Polystyrene Beads - rEPS) chế tạo bê tông nhẹ Việc nghiên cứu sử dụng loại rác thải xốp chế tạo bê tông nhẹ vừa làm giảm giá thành giảm lượng Tạp chí học Cơng nghệ Xâythời dựng, dùng hạt Khoa EPS nguyên sinh, đồng vừaNUCE góp phần giảm lượng rác thải xốp thải mơi trường, điều có ý nghĩa thực tiễn lớn [5] Xốp thải trước sau tái chế thể Hình Hình thải Xốp thải cốtliệu liệu nhẹ khikhi đượcđược tái chếtái Xốp và hạthạtcốt nhẹsau sau Vật ậ liệu ệ sửửdụng ụ công tác chuẩn bịẩmẫuị chế ẫ 2.1 Vật ậ liệu ệ sửửdụng ụ Vật liệu dùng nghiên cứu gồm: Xi măng Pc lăng (XM) Nghi Sơn PC40 có tính Vật liệu bày dùng1 Xitrong măng lăng (XM) Nghi Sơn chất lý trình Bảng Phụ gianghiên siêu dẻocứu (SD)gồm: sử dụng nghiên cứu có gốc polycarboxylate PC40 có lý% trình bàylượng Bảng dẻoSD theo sử dụng với lượng dùngtính đượcchất tính theo theo khối xi măng,Phụ gia tính siêu chất cơng bố nhà nghiên cứu có gốc polycarboxylate với lượng dùng tính theo % theo khối lượng Bảng Tính bố chấtcủa lýnhà xisản măng măng, tính chất S theo cơng x́t phù hợp theo tiêu chuẩn Đơn ụ vị ảm nướ ời gian đơng kếchúLượ Tính chất Giá trị Quy phạm Ghi ụ ứu đượ ể ệ 1,9 Bảng ≤ Nướ ộn bê tơng là nướ Lượng sót sàng N◦ 009 % 10 ỏ ầ ỹ ậ ới nướ ộ Thời gian đông kết - Bắt đầu - Kết thúc ổn định thể tích TínhĐộchất Độ dẻo tiêu chuẩn Lượng sótđộsàng Cường nén N phút Bảng > 45 Tính chất cơ120 lý xi măng 165 mm Giá trị 1,7 Đơn vị % 31,5 Sau ngày Kết thúc Độ ổn định thể tích phạm < 10 - d MPa 33,5 50,4 ThờiSau gian đông kết 28 ngày Bắt đầu < 375 74 ≥ 21,0 ≥ 40,0 Thắng, N C., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng sản xuất phù hợp theo tiêu chuẩn ASTM C494 loại F G với phụ gia giảm nước kéo dài thời gian đông kết Lượng SD sử dụng nghiên cứu thể Bảng Nước trộn bê tông nước máy, thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật với nước trộn bê tông theo TCVN 4506:2012 Bảng Tính chất lý rEPS Tính chất Khối lượng thể tích đổ đống Khối lượng thể tích hạt Đơn vị Giá trị kg/m kg/m3 9,6 20,8 Ghi Thành phần hạt rEPS Cỡ sàng, mm Lượng sót riêng biệt, % 2,5 53,0 1,25 23,2 0,63 21,6 0,315 2,0 0,14 Cốt liệu rỗng polystyrene tái chế (rEPS) cung cấp Công ty cổ phần Tường nhẹ Nucewall Trong đó, xốp phế thải sau làm sạch, nghiền phân loại theo cỡ sàng yêu cầu Các tính chất lý rEPS trình bày Bảng Cốt liệu rỗng rEPS sau tái chế thể Hình 2.2 Chuẩn bị mẫu thí nghiệm Thành phần bê tơng nhẹ tính tốn theo phương pháp thể tích tuyệt đối, sở Hình Cốt liệu rỗng polystyrene tái chế thông số đầu vào, cụ thể: bê tông nhẹ lựa chọn nghiên cứu với khối lượng thể tích tương ứng: 1500 kg/m3 , 1200 kg/m3 1000 kg/m3 , thể tích cốt liệu rEPS lựa chọn với hàm lượng tương ứng 25%, 30%, 40% 50% theo thể tích bê tơng Tỷ lệ N/CKD lựa chọn 0,25 0,3 Hàm lượng bọt khí lựa chọn 3% Để cải thiện tính cơng tác hỗn hợp bê tông đề tài sử dụng phụ gia siêu Bảng Thành phần bê tông nhẹ TT Tỷ lệ thành phần vật liệu Lượng vật liệu tính cho m3 N/CKD VEPS , m3 SD, % XM, kg SD, kg N, kg VEPS , lít 0,30 0,30 0,30 0,30 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,30 0,40 0,50 0,25 0,30 0,40 0,50 0,4 0,4 0,4 0,4 0,6 0,6 0,6 0,6 1150 1074 920 767 1194 1115 955 796 4,6 4,3 3,7 3,1 7,2 6,7 5,7 4,8 345 322 276 230 299 279 239 199 250 300 400 500 250 300 400 500 75 Thắng, N C., cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng dẻo (SD), hàm lượng SD lấy 0,6% 0,4% theo khối lượng chất kết dính tương ứng với tỷ lệ N/CKD lựa chọn trộn 0,25vàvàchế 0,3 cấp phối bê tông tạoThành bê tôngphần nhẹ EPS thực hiệnnhẹ theorEPS quy trình thểthể trênở Bảng Quá trình trộn chế tạo bê tông nhẹ rEPS thực theo quy trình thể Hình XM + 60% Nước Trộn phút Hỗn hợp ẩm Trộn phút 40% Nước +SD Hỗn hợp ướt Trộn phút Hỗn hợp bê tông nhẹ EPS tái chế hợp bêbê tông nhẹnhẹ sử sử dụng Hình 3.Quy Quytrình trìnhtrộn trộnhỡn hỗn hợp tơng dụng rEPS Phương pháp thí nghiệ Khối lượng thể tích bê tơng thực sở tiêu chuẩn với mẫu có kích thước 100×100×100 mm 2.3 Phương pháp thí nghiệm Phương đổ bê tơng Khối lượng củabêbêtông tông tiêu chuẩn TCVN 3115:1993 [12] với Cườngthể độ tích nén thựcthực hiệnhiện sở tiêusở chuẩn mẫu có kích thước 100×100×100 mm Cường độ nén bê tông thực sở tiêu chuẩn với mẫu có kích thước 100×100×100 mm TCVN 3118:1993 [13] với mẫu có kích thước 100×100×100 mm Thí nghiệm phân tầng bê Thí nghiệm phân tầng bê tông nhẹ sử dụng EPS thực mẫu có kích tơng nhẹ sử dụng rEPS thực mẫu có kích thước 100×100×100 mm Để xác định độ thước 100×100×100 mm Để xác định độ phân tầng bê tông ta chia mẫu thành phân tầng bê tông ta chia mẫu thành phần theo chiều cao theo phương đổ bê tông phần theo chiều cao theo phương đổ mẫu mẫu (Hình 4) Dùng máy cắt, cắt mẫu thành phần chia Sau sấy khơ mẫu cắt cắt cắt mẫu thành phần chia Sau sấy khơ mẫu cắt đến khối không nghệ đổi, tiến hành cân đo lại kích thước phần cắt, cân mẫu tính Tạpđến chí khối Khoalượng học Cơng Xây dựng, lượng khơng đổi, tiến hành cân vàNUCE đo lại kích thước phần cắt, cân mẫu và khối lượngtính thể khối tích lượng phần để so sánh với giá trị trung bình thể tích phần để so sánh với giá trị trung bình M1 M2 M3 M4 Sơ mẫu đồ chiatheo mẫu theo phươngđổ đổ bê để xác phân độ tầngphân tầng Sơ Hình đồ chia phương bêtông tông đểđịnh xácđộđịnh Độ hútcủa nướcbê củatông bê tông đượcthực thực sở 3113:1993 [14] với mẫu có kích Độ hút nước hiệntrên cơTCVN sở TCVN 3113 với thước mẫu có mm Thí nghiệm xác định độ hút nước mao quản bê tông nhẹ sử dụng rEPS kích 100×100×100 thước 100×100×100 mm thực sở tiêu chuẩn ASTM C1585-20 [15] với mẫu có kích thước 100×100×50 mm Sơ đồ thí nghiệm đượcđịthể ệ độ Hìnhướ ả ủ nhẹ sử dụng EPS thực Thí nghiệm xác định hệ số dẫn nhiệt bê tông nhẹ sử dụng rEPS tính tốn dựa theo ACI 213R14 cơ[16] sở Trong tiêu chuẩ có kích thước cơng thức xác định hệ số dẫn nhiệtvới đượcmẫu tính tốn sau: Sơ đồ thí nghiệm thể λ = 0,086 × e0,00125×Wc , W/ m.◦ C Tấm nhựa e = 2,71828; Wc khối lượng thể tích khơ bê tơng, kg/m3 76 Lớp epoxy Mẫu bê tông ệ đị độ ướ ả ủ nhẹ sử dụng EPS thực sở tiêu chuẩ với mẫu có kích thước Sơ đồ thí nghiệm thể Thắng, N C., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Tấm nhựa Lớp epoxy mm 50 mm 100 mm Mẫu bê tơng Nước Hình Sơ đồ thí nghiệm hútnước nước mao quản bê tơng Sơ đồ5.thí nghiệm độđộ hút mao quản bêrEPS tơng Thí nghiệm xác định hệ số dẫn nhiệt bê tông nhẹ sử dụng EPS tính tốn dựa Kết nghiên cứu bàn luận Trong cơng thức xác định hệ số dẫn nhiệt tính tốn 3.1 Ảnh hưởng hàm lượng rEPS đến khối lượng thể tích phân tầng bê tơng Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, NUCE Khối lượng thể tích, kg/m3 Kết thí nghiệm ảnh hưởng hàm lượng rEPS đến khối lượng thể tích bê tơng λ =nghiệm cho thấy với tỷ lệ N/CKD xác định, hàm lượng rEPS thể Hình Kết thí nhỏtrong rất nhiềutăng so vớikhối khốilượng lượngthểthể tích xigiảm măngĐiều tương khoảng 2000là sử dụng bê tơng tích củacủa bê đá tơng nàyứng giải thích Trong đó: khối lượng ,thể rEPS 20,8 kg/m nhỏxihơn nhiều so vớiEPS khốisẽlượng thể tích đá tích việchạt thay thếlàthể tích đá măng hạt làm giảm khối xi măng tương ứng khoảng 2000 kg/m , việc thay thể tích đá xi măng hạt lượng thể tích bê tơng.lượng Khi tỷ thể lệ N/CKD giảm lượng thể tích bê tơngrEPS : khối tích khơ củathìbêkhối tơng, kg/m làm giảm khối lượng thể tích bê tơng Khi tỷ lệ N/CKD giảm khối lượng thể tích bê tăng ứng với thể tích hạt EPS sử dụng Khi tỷ lệ N/CKD = khối lượng thể tơng tăng ứng với thể tích hạt rEPS sử dụng Khi tỷ lệ N/CKD = 0,3 khối lượng thể tích tíchlớn củanhất bê tơng lớn nhất , và1010 thấpkg/m nhất3đạt 1010tự, kg/m Tương tự, tỷ bê tông đạt 1490 kg/mđạt , và1490 thấpkg/m đạt Tương tỷ lệ N/CKD = 0,25 N/CKD = 0của 25 khối lớn lượng bê 3tông lớn nhất kg/m3 , Như và thấp khối lượng bê tông đạttích 1550 kg/m , thấp đạt đạt 1550 1128 kg/m vậy, với ế lệ ả thể tích ứ ậ thể đạt 112hàm lượng Như lệ N/CKD vàtạo hàm lượng EPSvới lựakhối chọnlượng hoànthể toàn tỷ lệ nhất N/CKD rEPSvậy, lựa với chọntỷhoàn toàn chế bê tơng tích từ 3lượ Ảnh hưở hàm EPS đế ối lượ ể ự ầ ủ 1000 kg/m đến 1500 kg/m chế tạo bê tông với khối lượng thể tích từ đến 1500 kg/m 2000 V(EPS)=25% V(EPS)=30% V(EPS)=40% V(EPS)=50% Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng hàm lượng EPS đến khối lượng thể tích bê 1600 thể Kết quả thí nghiệm cho thấy với mỗi tỷ lệ N/CKD xác 1200 định, hàm lượng sử dụng bê tông tăng khối lượng thể tích bê tơng giảm Điều này giải thích 800 là khối lượng thể tích hạt 400 N/CKD=0,3 N/CKD=0,25 Cấp phối bê tơng Ảnh củamẫu hàmtheo lượng EPS khối thểđộtích bê tơng Hình hưởng Sơ đồ chia phương đổ đến bê tông để lượng xác định phâncủa tầng Bê tông nhẹ sử dụng EPS tạo thành phần bao gồm: xi măng, nước, phụ Bê tông nhẹ sử dụng rEPS tạo thành phần bao gồm: xi măng, nước, phụ gia hạt gianhẹ và hạt cốt liệu tái nhẹchế polystyrene chế Đâyđồng là hỗn hợp đồng gồmlượng cốt liệu polystyrene Đây hỗntáihợp không baokhơng gồm vậtnhất liệu bao có khối cáckhác vật liệu tích chênh lệch rất lớn, vậyHiện rất dễtượng thể tích nhaucóvàkhối có sựlượng chênhthể lệch rấtkhác lớn, vậyvàrấtcódễsựxảy tượng phândotầng cho tượng tầng.cóHiện tầng khiến cốt liệu EPS cólên khối phânxảy tầngrakhiến cốt phân liệu rEPS khốitượng lượng phân thể tích nhỏ có xucho hướng dịch chuyển lượng thể tích nhỏ có xu hướng dịch chuyển lên và hồ chất kết dính nặng có xu 77 hướng dịch chuyển xuống Vì tượng phân tầng bê tơng cần hạn chế để dảm bảo độ đồng nhất tính chất hỡn hợp bê tơng và bê tông Trong nghiên cứu này đánh giá ảnh hưởng hàm lượng EPS và tỷ lệ N/CKD đến phân Thắng, N C., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng hồ chất kết dính nặng có xu hướng dịch chuyển xuống Vì tượng phân tầng bê tông cần hạn chế để dảm bảo độ đồng tính chất hỗn hợp bê tông bê tông Trong nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng hàm lượng rEPS tỷ lệ N/CKD đến phân tầng bê tơng Kết thí nghiệm đánh giá phân tầng bê tông thể Bảng Kết thí nghiệm cho thấy, chênh lệch khối lượng thể tích mặt cắt mẫu so với giá trị trung bình lớn 5,26% với mẫu sử dụng rEPS với hàm lượng 25% tỷ lệ N/CKD = 0,25 Với hàm lượng rEPS tăng đến 50% chênh lệch khối lượng thể tích hỗn hợp bê tơng nhỏ 5% Như vậy, khẳng định khơng có phân tầng xảy với cấp phối thử nghiệm sử dụng rEPS phế thải Hỗn hợp bê tông đảm bảo độ đồng không xảy tượng phân tầng giải thích sử dụng hạt cốt liệu rỗng polystyrene tái chế, hạt sau nghiền có bề mặt nhám ráp góc cạnh, điều làm tăng ma sát khô hạt đồng thời hạn chế dịch chuyển hạt cốt liệu lên phía Bên cạnh đó, việc lựa chọn tỷ lệ N/CKD mức thấp hàm lượng SD phù hợp đủ đảm bảo tính cơng tác hỗn hợp bê tơng yếu làm tăng độ nhớt cho hồ CKD, từ hạn chế phân tầng hỗn hợp bê tông xảy Bảng Sự chênh lệch khối lượng thể tích bê tơng nhẹ mặt cắt khác Cấp phối/mặt cắt M1 M2 M3 M4 ρT B , kg/m3 CP1 ρk , kg/m3 ∆ρ, % 1469 2,10 1495 0,37 1499 0,10 1539 2,57 1501 CP2 ρk , kg/m3 ∆ρ, % 1358 0,46 1359 0,54 1344 0,57 1346 0,43 1352 CP3 ρk , kg/m3 ∆ρ, % 1196 0,06 1206 0,77 1201 0,36 1184 1,07 1197 CP4 ρk , kg/m3 ∆ρ, % 941 5,17 1009 1,69 1021 2,90 998 0,58 992 CP5 ρk , kg/m3 ∆ρ, % 1459 5,26 1568 1,82 1572 2,08 1561 1,36 1540 CP6 ρk , kg/m3 ∆ρ, % 1422 1,49 1441 0,17 1453 0,66 1458 1,00 1444 CP7 ρk , kg/m3 ∆ρ, % 1225 3,60 1258 1,00 1292 1,67 1308 2,93 1271 CP8 ρk , kg/m3 ∆ρ, % 1090 2,50 1141 2,06 1145 2,42 1096 1,97 1118 3.2 Ảnh hưởng hàm lượng rEPS đến cường độ nén bê tông Ảnh hưởng hàm lượng rEPS tỷ lệ N/CKD đến cường độ nén bê tơng thể Hình Kết thí nghiệm cho thấy, ứng với tỷ lệ N/CKD tăng hàm lượng rEPS cường độ nén bê tông giảm Đồng thời, ứng với hàm lượng rEPS sử dụng, giảm tỷ lệ N/CKD cường độ nén bê tơng tăng, điều hồn toàn phù hợp với lý thuyết Cường độ nén bê tông lớn đạt 21 MPa, tỷ lệ N/CKD = 0,25 với hàm lượng rEPS 25% Ngược lại, cường 78 vậy, với khối lượng thể tích bê tơng đạt 1000 kg/m cường độ nén bê tông đạt MPa, khối lượng thể tích bê tơng tăng đến 1500 kg/m cường độ nén Thắng, N C., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng bê tông đạt 20 MPa Kết quả nghiên cứu đạt cho thấy, gia tăng hàm độ nén bê tông nhỏ đạt 6,3 MPa, ứng với tỷ lệ N/CKD = 0,3 hàm lượng rEPS lượng ốt liệu EPS sẽlượng dẫn đến giảm cường độ 1000 kg/m3 cường điều độ này thể 50% Như vậy, với khối thể tích bê tơng đạt néncócủa bê giải tơng thích: đạt 6,3 MPa, khối lượng thể tích bê tơng tăng đến 1500 kg/m cường độ nén bê tơng xét bản chất, cốt liệu EPS chứa đến 98% là khơng khí, cường độ rất yếu và cóđạttính 20 MPa Kết nghiên cứu đạt cho thấy, gia tăng hàm lượng cốt liệu rEPS dẫn đến kỵ giảm nước,cường có liên kết rất với đá xi măng việc sử dụng EPS làm cốt liệu độ bê tơng, điều giải thích: xét chất, cốt liệu rEPS chứa đến 98% bê tơng khí, làmcường giảmđộcường nén tơng Bên đó,với ường độ nén củaviệc bê sử tơng khơng yếuđộ có tính kỵ bê nước, có liên kếtcạnh đá xi măng làmđược cốt liệu tronggiá bê tông giảmtiếp cường nén bê tông sử dụng dụngrEPS EPS đánh là tỷsẽlệlàmtrực vớiđộkhối lượng thểBên tíchcạnh củađó,bêcường tơngđộ nén bê tơng sử dụng rEPS đánh giá tỷ lệ trực tiếp với khối lượng thể tích bê tơng, tăng hàm là tăng thểrỗng tích rỡng tronggiảm bê khối tơng, giảm lượng thể tăng hàmlượng lượng rEPS tứctức tăng thể tích bê tơng, lượng thể khối tích bê tơng dẫntích néntới bê tơng giảm củatớibêcường tơngđộdẫn cường độ nén bê tông giảm Cường độ nén, MPa 25 20 V(EPS)=25% V(EPS)=30% V(EPS)=40% V(EPS)=50% 15 10 N/CKD=0,3 N/CKD=0,25 Cấp phối bê tơng Hìnhhưởng Ảnh hưởng hàm lượng rEPS cường độ nénđộ củanén bê tông Ảnh của hàm lượng EPSđếnđến cường bê tông 3.3 Độ hút nước độ hút nước mao quản bê tông nhẹ sử dụng rEPS tái chế Độ hút nướ độ hút nướ ả ủ ẹ ụ ế Kết thí nghiệm độ hút nước độ hút nước mao quản bê tông thể Hình Kếtnghiệm thí nghiệm thấy,và khiđộ giảm lệ N/CKD độ hút nước bê tông giảm Bên KếtHình quả9.thí độ hútcho nước húttỷnước maothìquản bê tơng thể cạnh với tỷ lệ N/CKD, tăng hàm lượng rEPS độ hút nước bê tơng tăng Điều Kết quả thíN/CKD nghiệm thấy, độ thể húttích nước giải thích, giảm tỷ lệ hoặccho giảm hàm lượnggiảm rEPStỷ lệ làmN/CKD tăng khốithì lượng tơng,giảm làm tăng hàmcạnh lượngđó đá xi măng, độ N/CKD, đặc bê tơng làm giảm độ hútEPS nước độ củacủa bêbêtông Bên với mỗităng tỷ lệ từ tăng hàm lượng bê tông Khi hàm lượng rEPS tăng đến 40% theo thể tích bê tơng, độ hút nước bê tơng có tăng hút nước bê tơng tăng Điều này giải thích, giảm tỷ lệ N/CKD giảm đột biến, tiếp tục tăng hàm lượng rEPS đến 50% độ hút nước bê tơng tăng, nhiên mức độ hàm lượng EPS làm tăng khối lượng thể tích bê tơng, làm tăng hàm lượng đá xi tăng giảm dần tôngđộ nhẹ sử dụng rEPS, đâytừ loạilàm cốt liệu có cấu nước sử dụng măng,Bê tăng đặc bê tông giảm độ trúc hút rỗng nướcxốp, củakỵbê tông Khikhihàm lượng rEPS ảnh hưởng đến hệ thống lỗ rỗng mao quản, tác động đến độ hút nước mao quản bê EPS tăng đến 40% theo thể tích bê tơng, độ hút nước bê tơng có tăng đột biến, tông Kết độ hút nước mao quản thể Hình 9, kết thí nghiệm cho thấy tiếptăng tụchàm tăng hàm lượng đếnmao 50% thìcuối độ hút nước bê tơng nhiên mức lượng rEPS độEPS hút nước quản có xu hướng giảm Vớităng, tỷ lệ N/CKD = 0,3; 60 phút đầudầ thí nghiệm, khơng có khác biệt độ hút nước mao quản hàm lượng rEPS độ ởtăng giảm khác nhau, nhiên tiếp tục thí nghiệm theo thời gian độ hút nước mao quản bê tông tăng, độ hút nước mao quản giảm lớn với hàm lượng rEPS 25% Trong khoảng 120 phút đầu thí nghiệm, 79 Thắng, N C., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng tốc độ hút nước mao quản nhanh, sau độ hút nước tiếp Cấp phối bê tục tôngtăng với tốc độ chậm dần Khi giảm tỷ lệ N/CKD độ hút nước mao quản giảm nhiên theo quy luật tăng hàm lượng rEPS độ hút nước mao quản Việc sử dụng cốt liệu rEPS làm giảm độ hút nước mao quản Độ giảm hút nước bê tông với hàm lượng bê tông, điều giải thích hạt cốt liệu rEPS có cấu trúc rỗng kỵ nước, sử dụng rEPS tông hạt rEPS sẽdựng, làm tụccó củacấu cáctrúc lỗ rỗng maoxốp, quảnkỵ đá xi Tạp chítrong Khoa Cơng nghệ Xây NUCE Bê tơng nhẹbêhọc sử dụng EPS, là loại cốtliên liệu rỗng nước domăng vậytừkhi ngăn cản hút nước mao quản bê tơng sử dụng EPS ảnh hưởng đến hệ thống lỗ rỗng mao quản, tác động đến độ hút Độ hút nước mao quản, kg/m2 Độ hút nước mao quản, kg/m2 Độ hút nước, % nước mao quản bê tông 10 Kết quả độ hút nước mao quản thể V(EPS)=25% kết quả thí nghiệm cho thấy tăng hàm lượng EPS độ hút nước mao quản V(EPS)=30% cuối có xu hướng giảm ới tỷ lệ N/CKD=0 V(EPS)=40% 3, phút đầu thí nghiệm, khơng V(EPS)=50% có khác biệt độ hút nước lượng mao quản hàm tiếp tục thí nghiệm theo thời gian độ hút nước mao quản bê tông tăng, độ hút nước mao quản giảm lớn nhất với hàm lượng Trong khoảng 120 phút đầu thí nghiệm, tốc độ hút nước mao quản nhanh, sau độ hút nước tiếp tục tăng với tốc độ chậm dần Khi giảm tỷ lệ N/CKD độ hút nước mao quản giảm nhiên theo quy luật tăng hàm lượng EPS độ hút nước mao quản giảm Việc sử dụng cốt N/CKD=0,3 N/CKD=0,25 liệu EPS làm giảm độ hút nước mao quản bê tông, điều này giải thích Cấp phối bê tơng hạt cốt liệu EPS có cấu trúc rỡng và kỵ nước, sử dụng hạt rEPS làm mất liên tục cácvới lỗhàm rỗng mao quản Hình Độ hút nước bêtơng tơng lượng rEPS khác đá xi măng từ Độ hút nước bê với hàm lượng ngăn cản hút nước mao quản bê tông Bê tông nhẹ sử dụng EPS, là loại cốt liệu có cấu trúc rỗng xốp, kỵ nước 1,4 sử dụng EPS ảnh hưởng đến hệ thống lỡ1,4 rỗng mao quản, tác động đến độ hút N/CKD=0,3 N/CKD=0,25 1,2 1,2 nước mao quản bê tông Kết quả độ hút nước mao quản thể 1,0 kết1,0quả thí nghiệm cho thấy tăng hàm lượng EPS độ hút nước mao quản 0,8 có xu hướng giảm ới tỷ lệ N/CKD=0 0,83, phút đầu thí nghiệm, khơng cuối 0,6 biệt độ hút nước mao quản các0,6 có khác hàm lượng V(EPS)=25% V(EPS)=25% tiếp tục0,4thí nghiệm theo thờiV(EPS)=30% gian độ hút nước mao độ hút nước 0,4 quản bê tông tăng, V(EPS)=30% V(EPS)=40% mao quản hàm lượng Trong khoảng 120 phút đầu thí 0,2 giảm lớn nhất vớiV(EPS)=40% 0,2 V(EPS)=50% V(EPS)=50% nghiệm, 0,0tốc độ hút nước mao quản nhanh, sau đó0,0độ hút nước tiếp tục tăng với 200tuy nhiên 300vẫn dần Khi 100 giảm tỷ 200 300thì độ hút nước tốc độ chậm lệ N/CKD mao100 quản giảm 0,5 0,5 ngâmViệc mẫu, sử s dụng cốt Thời hàm gian ngâm mẫu, s độ hút nước mao Thời theo quy luật tăng lượng EPS quảngian giảm Hình Độ nước mao quản củaquản bê tơng vớivới hàm lượng rEPS khácnày nhaucó thể giải thích liệu EPS làm giảm độhúthút nước mao bêhàm tông, điều Độ hút nước mao quản bê tông lượng hạt cốt liệu EPS có cấu trúc rỡng và kỵ nước, sử dụng các3.4 hạtHệrEPS sẽnhiệt làmcủa mất củarEPS lỗ rỗng mao quản đá xi măng từ số dẫn bê tơngliên nhẹ tục sử dụng tái chế ngăn cản nước mao quản bê tơng Tínhsự dẫnhút nhiệt bê tơng chịu ảnh hưởng đặc tính cốt liệu, loại hàm lượng cốt 80 c mao quản, kg/m c mao quản, kg/m liệu, yếu tố khác bao gồm độ ẩm, tỷ trọng nhiệt độ bê tông Tính dẫn nhiệt thấp ưu điểm cho việc ứng dụng loại bê tơng Trong nghiên cứu đánh giá ảnh Thắng, N C., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng hưởng hàm lượng rEPS đến hệ số dẫn nhiệt bê tơng, kết tính tốn hệ số dẫn nhiệt bê tông sử dụng rEPS tái chế thể Bảng Hình 10 Các kết tính tốn cho thấy có giảm mạnh hệ số dẫn nhiệt bê tông với gia tăng hàm lượng hạt rEPS Độ dẫn nhiệt bê tông nhẹ rEPS giảm bê tông nhẹ hơn, tức khối lượng thể tích bê tơng giảm Do đó, hệ số dẫn nhiệt bê tơng rEPS đánh giá tỷ lệ thuận với khối lượng thể tích bê tơng hàm lượng hạt rEPS, kết với tỷ lệ N/CKD = 0,25 0,3 Kết tính tốn hồn tồn phù hợp với nghiên cứu ảnh hưởng hạt rEPS nguyên sinh đến hệ số dẫn nhiệt bê tông tăng hàm lượng hạt rEPS nguyên sinh hệ số dẫn nhiệt bê tơng giảm [17–19] Bảng Hệ số dẫn nhiệt bê tông sử dụng rEPS tái chế Hệ số dẫn nhiệt, W/m.°C Thể tích rEPS, % N/CKD = 0,25 N/CKD = 0,30 25% 0,598 30% 0,543 40% 0,442 50% Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, NUCE 0,352 0,555 0,489 0,404 0,304 Hệ số dẫn nhiệt, W/(m.oC) 0,6 0,5 0,4 0,3 N/CKD=0,3 N/CKD=0,25 0,2 1000 1200 1400 1600 Khối lượng thể tích, kg/m3 Hình 10.dẫn Hệ sốnhiệt dẫn nhiệt tơng với lượng thể tích khác Hệ số củacủabêbêtơng vớikhối khối lượng thể tích khác Kết luận Kết luận Trên sở kết nghiên cứu đạt được, số kết luận sau: - Hồn tồnquả sử dụng cốt đạt liệu được, rỗng polystyrene tái chế vật liệu sẵn có Việt Nam để chế Trên sở kết nghiên cứu số kết luận sau: tạo bê tông nhẹ thỏa mãn yêu cầu: khối lượng thể tích bê tơng đạt từ 1000 - 1500 kg/m3 ; cường Hoàn toàn cốt liệu rỗng tái chế và vật liệu sẵn có Việt độ nén bê có tơngthể đạtsử đếndụng 20,0 MPa - Khi dụng với hàm tích lượng bê tơng,thể khối lượng củađạt bê từ Nam để sử chế tạorEPS bê tông nhẹlượng thỏa 25%-50% mãn utheo cầu:thểkhối tích củathể bêtích tơng tơng tương ứng giảm Khối lượng thể tích bê tơng lớn đạt 1550 kg/m3 ứng với tỷ lệ N/CKD ; cường độ nén bê tông đạt đến = 0,25 hàm lượng rEPS 25% cường độ nén bê tông lớn đạt 21 MPa Khối lượng thể tích Khi sử dụng EPS với hàm lượng 25% 50% 81 theo thể tích bê tơng, khối lượng thể bê tơng tương ứng giảm hối lượng thể tích bê tông lớn nhất đạt 1550 kg/m ứng với tỷ lệ N/CKD = 25 hàm lượng EPS là 25% và cường độ nén bê tông Thắng, N C., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng bê tông nhỏ đạt 1010 kg/m3 ứng với tỷ lệ N/CKD = 0,3, hàm lượng rEPS 50% cường độ nén bê tông nhỏ 6,3 MPa; - Khi sử dụng rEPS tái chế đến 50% thể tích bê tơng, khối lượng thể tích bê tơng theo chiều cao mẫu khơng có chênh lệch đáng kể, khơng xảy tượng phân tầng hỗn hợp rEPS phân bố đồng hỗn hợp bê tông - Khi tăng hàm lượng rEPS đồng thời tỷ lệ N/CKD tăng độ hút nước bê tông tăng, độ hút nước bê tông lớn đạt 6,25% tỷ lệ N/CKD = 0,3 hàm lượng rEPS 50% Ngược lại với độ hút nước, độ hút nước mao quản bê tông giảm tăng hàm lượng rEPS đồng thời giảm tỷ lệ N/CKD Độ hút nước mao quản nhỏ 0,84 kg/m2 s0,5 tỷ lệ N/CKD = 0,25 hàm lượng rEPS 50% - Hệ số dẫn nhiệt bê tơng tính tốn theo ACI 213R14 cho thấy; tăng tỷ lệ N/CKD đồng thời tăng hàm lượng rEPS hệ số dẫn nhiệt bê tông giảm Với hỗn hợp sử dụng N/CKD = 0,3 50% rEPS, hệ số dẫn nhiệt bê tông nhỏ đạt 0,3039 W/m.°C Lời cảm ơn Nghiên cứu tài trợ Bộ Giáo Dục Đào Tạo Trường Đại học Xây dựng cho đề tài “Nghiên cứu sử dụng vật liệu phế thải công nghiệp thay vật liệu truyền thống để xây lắp cơng trình hạ tầng kỹ thuật theo hướng tự động hóa”, mã số CT2019.03.03 Tài liệu tham khảo [1] Chandra, S., Berntsson, L (2002) Lightweight Aggregate Concrete: Science, Technology and Applications (Building Materials Science Series) [2] Phong, N H., cs (2019) Nghiên cứu chế tạo đánh giá mô đun đàn hồi bê tông nhẹ sử dụng cốt liệu nhẹ chế tạo từ phế thải phá dỡ cơng trình xây dựng Tạp chí xây dựng Việt Nam, 3-2019 [3] Le Roy, R., Parant, E., Boulay, C (2005) Taking into account the inclusions’ size in lightweight concrete compressive strength prediction Cement and Concrete Research, 35(4):770–775 [4] Thang, N C., Duc, H N., Nghia, H T (2018) Nghiên cứu thực nghiệm nâng cao số tính chất bê tơng nhẹ cốt liệu rỗng Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng (KHCNXD)-ĐHXD, 12(2):104–109 [5] Thang, N C., Duc, H N (2020) Effect of Carbon Nanotube on properties of lightweight concrete using recycled Expanded Polystyrene (EPS) IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, IOP Publishing, 869(3) [6] Sabaa, B., Ravindrarajah, R S (1999) Workability assessment for polystyrene aggregate concrete VII Quality Control Congress, 18–21 [7] Collins, J., Ravindrarajah, R (1998) Temperature development in Concrete with EPS breads AUSTCERM 98 Melbourne Australia [8] Pacheco-Torgal, F., Khatib, J., Colangelo, F., Tuladhar, R (2009) Use of recycled plastics in eco-efficient concrete Woodhead Publishing Series in Civil and Structural Engineering [9] EPA (2003) Environmental Protection Agency (USA) Plastic Wastes: Management, Control, Recycling and Disposal [10] APME (2004) An Analysis of Plastics Consumption and Recovery in Western Europe 2000 Association of Plastics Manufacturers in Europe [11] Polymelt (2013) Polystyrene recycling [12] TCVN 3115:1993 Bê tông nặng - Phương pháp xác định khối lượng thể tích Bộ Khoa học Cơng nghệ, Việt Nam [13] TCVN 3118:1993 Bê tông nặng - Phương pháp xác định cường độ nén Bộ Khoa học Công nghệ, Việt Nam 82 Thắng, N C., cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng [14] TCVN 3113:1993 Bê tông nặng - Phương pháp xác định độ hút nước Bộ Khoa học Công nghệ, Việt Nam [15] ASTM C1585-2020 Standard Test Method for Measurement of Rate of Absorption of Water by HydraulicCement Concretes American Concrete Institute, Detroit [16] ACI 213R-14 Guide for Structural Lightweight-Aggregate Concrete American Concrete Institute, Detroit [17] Sayadi, A A., Tapia, J V., Neitzert, T R., Clifton, G C (2016) Effects of expanded polystyrene (EPS) particles on fire resistance, thermal conductivity and compressive strength of foamed concrete Construction and Building Materials, 112:716–724 [18] Demirboˇga, R., Găul, R (2003) Thermal conductivity and compressive strength of expanded perlite aggregate concrete with mineral admixtures Energy and Buildings, 35(11):1155–1159 [19] Al-Jabri, K S., Hago, A W., Al-Nuaimi, A S., Al-Saidy, A H (2005) Concrete blocks for thermal insulation in hot climate Cement and Concrete Research, 35(8):1472–1479 83