KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP đề tài : “Thiết kế và thử nghiệm tính năng của bê tông nhẹ sử dụng rơm”.

Tổng quan về bê tông

Một số vấn đề chung về bê tông

Bê tông xi măng (bê tông) là loại vật liệu đá nhân tạo nhận đƣợc sau khi làm rắn chắc hỗn hợp bê tông

Hỗn hợp bê tông (bê tông tươi) là hỗn hợp bao gồm: cốt liệu, xi măng, nước, phụ gia (nếu có) được lựa chọn tính toán thành phần hợp lý, nhào trộn đồng đều, có tính dẻo, tính dính, độ linh động, nhƣng chƣa rắn chắc và chƣa có cường độ

Bê tông có cấu trúc phức tạp, đƣợc tạo thành từ ba thành phần cơ bản: cốt liệu, đá xi măng và hệ thống lỗ rỗng, mao quản

Cốt liệu là những hạt cát, đá, có hình dạng, kích thước, đặc trưng, bề mặt, cường độ khác nhau Đá xi măng được tạo thành từ xi măng tương tác với nước để một giời gian cho rắn chắc lại

Hệ thống mao quản lỗ rỗng có thể chứa nước, không khí và hơi nước Cốt liệu là thành phần chính, tạo nên bộ khung chịu lực của bê tông Nó chính là các hạt vật liệu dạng rời, có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, có thành phần hạt xác định, khi nhào trộn với xi măng và nước thì sẽ đông cứng, rắn chắc như đá Theo kích thước hạt, cốt liệu dùng để chế tạo bê tông được phân ra cốt liệu nhỏ và cốt liệu lớn

Cốt liệu nhỏ (fine aggregate) là hỗn hợp các hạt cốt liệu có kích thước chủ yếu từ 0,14mm đến 0,5mm Cốt liệ nhỏ có thể là cát tự nhiên, cát nghiền hoặc hỗn hợp cát tự nhiên và cát nghiền

Cốt liệu lớn (coare aggregate) là hỗn hợp các hạt cốt liệu có kích thước 5mm đến 70mm Cốt liệu lớn có thể là đá dăm, sỏi, sỏi dăm, hoặc hỗn hợp các loại với nhau Đá dăm (crushed rock) là loại cốt liệu lớn đƣợc sản xuất bằng cách nghiền đá tự nhiên

Sỏi (gravel) là loại cốt liệu lớn đƣợc hình thành do quá trình phong hóa của tự nhiên

Sỏi dăm (crushed gravel) là loại cốt liệu lớn đƣợc sản xuất bằng cách đập, nghiền sỏi, cuội có kích thước lớn

Cốt liệu lớn có thể được cung cấp dưới dạng hỗn hợp nhiều cỡ hạt hoặc các cỡ hạt riêng biệt Thành phần của hạt cốt liệu lớn biểu thị bằng lƣợng sót tích lũy trên các mặt sàng tiêu chuẩn, đƣợc quy định theo tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam: TCVN 7570-2006

Trong bê tông, cốt liệu lớn sau khi đƣợc hồ xi măng gắn kết lại sẽ đóng vai trò là bộ khung chịu lực; cốt liệu nhỏ sẽ lấp lỗ rỗng cốt liệu lớn làm tăng độ đặc, đồng thời đảm bào khả năng co ngót cho bê tông; chết kết dính và nước là thành phần hoạt tính của bê tông, nó lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu, đồng thời đóng vai trò làm chất bôi trơn tạo độ dẻo cho bê tông; trong quá trình ngƣng kết rắn chắc, hồ chất kết dính có nhiệm vụ liên kết các hạt cốt kiệu với nhau tạo thành một khối; khi cần cải thiện một số tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông, đáp ứng yêu cầu thi công và sử dụng có thể sử dụng thêm chất phụ gia

Khi nghiên cứu cũng như sử dụng các loại bê tông, ta thường đặc biệt quan tâm đến tính công tác (độ sụt) của hỗn hợp và cường độ của bê tông Độ sụt là chỉ tiêu quan trọng trong việc đánh giá tính công tác, đây là tính chất đảm bảo tính dễ tạo hình, dễ thi công cho hỗn hợp bê tông, nó biểu thị khả năng lấp đầy khuôn nhƣng vẫn đảm bảo đƣợc độ đồng nhất trong một điều kiện đầm nén nhất định Hỗn hợp có độ sụt lớn, việc thi công có phần dễ dàng và nhanh hơn, nhƣng độ đồng bộ thành phần cũng nhƣ chất lƣợng của bê tông khó đƣợc đảm bảo Việc lựa chọn độ sụt của bê tông sẽ phụ thuộc và đặc điểm của kết cấ, điều kiện thi công

Cường độ là đặc trưng cơ bản, phản ánh khả năng của bê tông chống lại sự phá hoại đươi tác dụng cảu tải trọng Khi đã đông cứng, có khả năng chịu nén và chịu kéo, nhưng cường độ chịu nén rất nhỏ (trị số bằng 5-10% cường độ chịu nén), do đó cường độ chịu nén là tiêu chí quan trọng nhất việc phân cấp và phân Mác bê tông

- Phân loại theo cường độ :

+ Bê tông cường độ cao:

+ Bê tông cường độ rất cao ( siêu cao )

- Phân loại theo cốt liệu :

+ Bê tông cốt liệu đặc

+ Bê tông cốt liệu rỗng

+ Bê tông cốt liệu đặc biệt

- Phân loại theo khối lƣợng thể tích:

+ Bê tông đặc biệt nặng: γ > 3,0 ÷ 5,0 T/m 3

+ Bê tông nặng – Heavyweight concrete : γ = 2,0 ÷ 2,5 T/m 3

+ Bê tông nhẹ - lightweight concrete : γ = 0,9 ÷ 1,9 T/m 3

- Phân loại theo cồn dụng:

+ Bê tông xây dựng đường , sân bay

+ Bê tông dùng cho kết cấu bao che

+ Bê tông công dụng đặc biệt : chịu axit , chống phóng xạ,

+ Khả năng chịu lực cao ( cường độ chịu nén )

+ Bền vững với môi trường (tuổi thọ cao)

+ Cốt liệu có thể sử dụng vật liệu địa phương

+ Dễ thi công và tạo hình dáng cho công trình

+ Tạo đƣợc nhiều loại bê tông có tính chất khác nhau

+ Khả năng cách âm cách nhiệt kém

+ Cường độ chịu kéo nhỏ.

Tính chất cơ bản của bê tông

Bê tông là lâu bền và thỏa mãn những mặt khác trong những điều kiện yêu cầu bảo vệ tránh khỏi tác động cơ sở có thể không phù hợp tất cả khi ở những nơi có điều kiện bất lợi dẫn đến ảnh hưởng phá hủy bê tông Chống chịu nước là cơ sở của kết cấu thủy hóa, nhưng cường độ và độ bền vững là yêu cầu cơ sở của mọi công trình Rõ ràng rằng trong thực tiễn việc thỏa mãn mọi yêu cầu để bê tông hoàn hảo sẽ làm giảm tính kinh tế vì vậy yêu cầu kết cấu mong muốn phải thỏa mãn những yêu cầu hợp lý về tuổi thọ của công trình, độ an toàn, hình dáng Hay nói cách khác kết cấu phải đƣợc thiết kế đủ và việc thi công bê tông hợp lý đảm bảo đủ vững trãi để chịu đƣợc tải trọng thiết kế và kinh tế, nó không phải chỉ là chi phí ban đầu mà còn các điều kiện khác cho đến giai đoạn cuối của tuổi thọ công trình

1.1.2.1 Tính công tác của bê tông

Tính công tác của bê tông đƣợc định nghĩa là sự dễ dàng chuyển giao, vẫn chuyển và đổ tại điểm đổ với giảm thiểu nhất khả năng mất tính đồng nhất của bê tông được làm bởi nhóm vật liệu cho trước Sự quan trọng của độ dẻo và đồng bộ đƣợc nhấn mạnh là cơ sở để tính công tác đƣợc xác định khả năng phục vụ và hình dạng của kết cấu

Tính công tác phụ thuộc vào các vật liệu phối trộn cũng nhƣ các đặc tính của từng loại vật liệu Cấp độ của tính công tác đƣợc yêu cầu phù hợp với việc đổ và cố kết bê tông được điều chỉnh bằng kích thước và hình dạng của kết cấu và khoảng cách, kích cỡ của vật liệu gia cố Qua nhiều năm đã có nhiều thiết bị đƣợc phát kiến để đánh giá tính công tác của bê tông Tuy nhiên không có phương pháp nào đánh giá hết được các đặc tính liên quan Những đặc tính đó là dễ đổ, hoàn thiện chất lượng, và tách nước và các dạng phân tầng khác Việc sử dụng cuốn khí làm giảm thiểu ảnh hưởng khô ráp của bê tông trộn, nhƣng tuy nhiên việc đánh giá tính công tác vẫn độc lập một số cái vẫn phải dựa trên quyết định bằng kinh nghiệm Dòng chảy của bê tông là thành phần quan trọng của tính công tác và có thể đo lường bằng dụng co đo chính xác, hợp lý gọi là dụng cụ đo độ sụt Độ sụt hiệu quả là độ sụt của hỗn hợp của bê tông có thể vào mọi ngóc ngách khi đổ bê tông khi thi công và có đầm rung tốt Nói chung độ sụt càng cao thì phải sử dụng thêm nhiều xi măng nước và phụ gia vì vậy nó càng có khuynh hướng làm cho bê tông tách nước và phân tầng của đá và vữa

Bê tông lâu bền là có khả năng chống chịu đƣợc ở mức độ thỏa mãn những ảnh hưởng trong quá trình sử dụng như phong hóa, tác động hóa học hay bào mòn Nhiều phòng thí nghiệm đã đƣợc dựng lên để đánh giá tính lâu bền của bê tông nhƣng là rất khó để có thể đạt đƣợc mối liên quan trực tiếp kết quả trong phòng thí nghiệm và quá trình sử dụng ở bên ngoài

Chống chịu quá trình phong hóa- phá hủy bởi thời tiết gây ra bởi các hoạt động phá vỡ như đóng băng và tan băng, dãn nở và co ngót, dưới sự kiềm chế kết quả từ sự biến đổi nhiệt độ, liên tục ƣớt và khô Bê tông có khả năng chống chịu tốt nếu cẩn thận khi lựa chọn vật liệu cũng nhƣ tất cả các công đoạn trong quản lý công việc Việc đƣa một hàm lƣợng tối ƣu các bong bóng khí vào bê tông khi trộn giúp cải thiện tính lâu bền của bê tông bằng việc cắt giảm hàm lượng nước và giúp cải thiện tính công tác của bê tông Làm cho bê tông đậm đặc lại giúp tăng khả năng chống chịu nước hay sử dụng sợi giúp tránh nứt vỡ do co ngót bê tông do biến đổi nhiệt độ

Chống chiu phá hủy hóa học: Tác động phá hủy bê tông toàn bộ hay một phần do tác động hóa học của hàm lƣợng kiềm trong xi măng và thành phần khoáng chất của cốt liệu trong bê tông Có hai dạng kiềm cốt liệu: kiềm sili cát và kiềm các bo nát các hoạt động kiềm hóa này làm trương nở bê tông dẫn đến phá vỡ liên kết Để tránh kiềm hóa cốt liệu thì khi trọn mỏ đá phải đánh giá xem xét cẩn thận cũng nhƣ lịch sử của mỏ Bê tông cũng có thể bị phá hủy khi tác động với các chất hóa học khi không đƣợc bảo vệ Nhƣ các loại chất có thể hòa tan vô cơ và hữu cơ: Xăng dầu, axít hữu cơ…Một lƣợng chất kết hợp với xi măng để tạo hỗn hợp nhƣng lại có quá nhiều hơn lƣợng xi măng kết dính nhƣ các loại muối sunfate có sodium, magieum và calcium các muối này được biết như là kiềm trắng Bê tông trong môi trường khô ẩm liên tục có một lƣợng muối nhƣ sodium cacbonat sẽ kết tinh trong các lỗ của bê tông dẫn đến những tác động phá hủy vật lý Trong môi trường như các buồng chưng cất nhanh của các nhà máy khử muối phải chịu tác động lạnh đến nước nóng bốc hơi hay dòng chảy của nước chưng cất bê tông bị tấn công nhanh tróng bởi các khoáng chất tự do trong dung dịch Dung dịch này nhanh tróng phân hủy vôi và các chất hòa tan trong hỗn hợp xi măng làm mất khả năng liên kết thậm chí làm tiêu hủy bê tông Các nhà máy khử muối còn chịu tác động bất lợi do nước đầu vào là nước biển hay nước mặn khai thác từ giếng Ở các nhà máy này bê tông chất lƣợng cao là không phù hợp để chịu đƣợc nước mặn ở nhiệt độ 144ᵒ C nhưng phù hợp được ở mức 94ᵒ C- 122ᵒ C nếu phần bê tông lót bảo vệ phần bề mặt đủ; dưới 94ᵒ C thì không cần lớp lót

1.1.2.3 Tính chống chịu bào mòn

Các nguyên tắc gây bào mòn bê tông là hiện tƣợng khí thực, di chuyển của các vật liệu trà sát như dòng chảy của nước, trà sát và tác động của giao thông, luồng gió thổi … Trong các nguyên nhân trên thì hiện tƣợng khí thực phá hủy lớn nhất và rất nhiều vật liệu để phối trộn nhƣng đem lại ít kết quả

Bê tông đông cứng hoàn toàn có khả năng chống chịu nước Nhưng trong thực tiễn không phải giữa các cốt liệu là lớp xi măng kết dính Để đạt được hỗn hợp bê tông trộn sử dụng làm việc được một lượng nước được thêm vào nhiều hơn lượng xi măng thủy hóa Lượng nước dư này tạo ra các lỗ trong bê tông và có thể nối với nhau tao thành đường dẫn nước Hơn nữa thể tích của bê tông ban đầu và sau khi thủy hóa là không giống nhau và kết quả là quá trình đông cứng của chất kết dính cũng taok ra các lỗ rỗng trong bê tông Ngoài ra còn một lƣợng khí cuốn vào có mục đích cũng tạo ra các lỗ rỗng trong bê tông

Nước thấm vào bê tông đã ninh kết có thể qua các ống mao dẫn hay bởi áp lực của nước ép vào Tuy nhiên Khả năng thẩm thấu có thể quản lý được cho thực hiện lâu bền và kết cấu chống chịu nước không phải là vấn đề nghiệm trọng

Ngay sau khi đổ bê tông các hạt cứng bao gồm cả các hạt xi măng trong trạng không ổn định cân bằng và khi lắng xuống tạo ra lực ép nước ngược lại, do đó bắt đầu hình thành các kênh dẫn nước một số có thể phát triển lên tận bề mặt của bê tông Từ từ các hạt cốt liệu lớn ổn định ở các vị trí và hình thành khung sườn kết cấu nhưng bên trong nó quá trình lắng đọng vẫn tiếp diễn Vữa hồ tiếp tục lắng đọng tạo thành lực ép nước ngược lại và một phần của nó ở lại phần phía dưới của các hạt cốt liệu lớn Cuối cùng các hạt cát và xi măng có khuynh hướng tách ra khỏi nước và xi măng trộn và để lại các khoang nước bên trên lớp xi măng kết dính Ở toàn bộ giai đoạn này trong bê tông trộn Lượng nước ban đầu ( Về nguyên tắc góp phần tránh các lỗ rỗng không cần thiết) phân bố không đồng nhất

Trong quá trình rắn chắc cường độ bêtông không ngừng tăng lên Từ 7 đến 14 ngày đầu cường độ phát triển nhanh, sau 28 ngày chậm dần và có thể tăng đến vài năm gần như theo quy luật logarit Trong môi trường nhiệt độ, độ ẩm cao sự tăng cường độ có thể kéo dài trong nhiều năm, còn trong điều kiện khô hanh hoặc nhiệt độ thấp sự tăng cường độ trong thời gian sau này là không đáng kể Khi dùng hơi nước nóng để bảo dưỡng bê tông làm cho cường độ bê tông tăng rất nhanh trong thời gian vài ngày đầu nhƣng sẽ làm cho bê tông trở lên giòn hơn và có cường độ cuối cùng thấp hơn so với bê tông được bảo dƣỡng trong điều kiện tiêu chuẩn

1.1.2.6 Tính thấm nước của bê tông

Dưới áp lực thuỷ tĩnh nước có thể thấm qua những lỗ rỗng mao quản Thực tế nước chỉ thấm qua những lỗ rỗng có đường kính lớn hơn 1μm, vì màng nước hấp phụ trong các mao quản đã có chiều dày đến 0,5μm Đối với các công trình có yêu cầu về độ chống thấm nước thì cần phải xác định độ chống thấm theo áp lực thuỷ tĩnh thực dụng Căn cứ vào chỉ tiêu này chia bê tông thành các loại mác chống thấm: CT-2, CT-4, CT-6, CT-8, CT-10, CT-12 (hoặc B2, B4, B6, B8, B10, B12).Tính chống thấm của bê tông đƣợc xác định theo TCVN3116:1993

1.1.2.7 Tính co nở thể tích của bê tông

Trong quá trình rắn chắc, bê tông thường phát sinh biến dạng thể tích, nở ra trong nước và co lại trong không khí Về giá trị tuyệt đối độ co lớn hơn nở 10 lần Ở một giới hạn nhất định độ nở có thể làm tốt hơn cấu trúc của bê tông, còn hiện tƣợng co ngót luôn luôn kéo theo hậu quả xấu

Bê tông bị co ngót do nhiều nguyên nhân, trước hết là sự mất nước trong các gel đá xi măng Khi mất nước các mầm tinh thể xích lại gần nhau và đồng thời các gel cùng dịch chuyển làm cho bê tông bị co Quá trình cacbonat hóa hyđrôxi can xi trong đá xi măng cũng là nguyên nhân gây ra co ngót, co ngót còn là hậu quả của việc giảm thể tích tuyệt đối của hệ xi măng - nước.Do bị co ngót nên bê tông bị nứt, giảm cường độ, độ chống thấm, độ ổn định của bê tông và bê tông cốt thép trong môi trường xâm thực.Vì vậy đối với những kết cấu bê tông có chiều dài và diện tích lớn, để tránh nứt người ta phân đoạn để tạo thành các khe co giãn Độ co ngót phát triển mạnh trong thời kỳ đầu và giảm dần theo thời gian sau đó tắt hẳn.Trị số co ngót phụ thuộc vào lƣợng, loại xi măng, lượng nước, tỷ lệ cát trong hỗn hợp cốt liệu và chế độ bảo dƣỡng Độ co ngót trong đá xi măng lớn hơn trong hỗn hợp và bê tông

Ngoài ra độ co ngót còn phụ thuộc vào chế độ bảo dƣỡng Khi bảo dƣỡng nhiệt ẩm độ co ngót xảy ra mạnh và nhanh chóng hơn trong điều kiện thường nhưng trị số cuối cùng lại nhỏ hơn 10 - 15% Nhiệt độ chưng hấp càng cao, độ co ngót cuối cùng càng nhỏ

Tổng quan nguồn phế thải rơm và các phương thức xử lý, tận dụng

Rơm rạ và vấn đề ô nhiễm môi trường do đốt rơm rạ

Với sự gia tăng sản lƣợng lúa gạo và đẩy mạnh trồng trọt, việc quản lý các sản phẩm phụ của cây lúa đang trở thành một vấn đề nhƣng cũng có thể mở ra một cơ hội Trong các hệ thống trồng lúa truyền thống, rơm rạ thường được chuyển dời ra khỏi các cánh đồng khi thu hoạch lúa và người dân thường đem về nhà đánh đống để đun nấu hoặc làm thức ăn cho gia súc, trong thời gian gần đây do lượng phế thải quá lớn, người dân không sử dụng hết nên rơm rạ đƣợc đốt ngay ngoài đồng ruộng Việc đốt rơm rạ trên đồng vẫn còn thực hiện ở nhiều nước và ngày càng trở nên không thể chấp nhận do các nguy cơ đối với môi trường và sức khỏe

Theo đánh giá của một số công trình nghiên cứu, trung bình hàng năm ở châu Á tổng cộng có 730 Tg (1 teragram = 1.000.000 tấn) lƣợng sinh khối đƣợc xử lý bằng cách đốt ngoài trời (open field burning), trong đó có 250 Tg có nguồn gốc từ nông nghiệp Việc đốt ngoài trời các phế thải từ cây trồng là một hoạt động theo truyền thống của con người nhằm chuẩn bị đất trồng cho vụ mùa sau, loại trừ những đầu mẩu dƣ thừa, cỏ dại và giải phóng các chất dinh dƣỡng cho chu kỳ trồng trọt sau Việc đốt rơm rạ ngoài trời là một thực tiễn phổ biến ở những nơi có thời gian ngắn để chuẩn bị đất trồng cho vụ mùa sau

Tại thời điểm thu hoạch, hàm lượng ẩm của rơm rạ thường cao tới 60%, tuy nhiên trong điều kiện thời tiết khô hanh rơm rạ có thể trở nên khô nhanh đạt đến trạng thái độ ẩm cân bằng vào khoảng 10-12% Rơm rạ, có hàm lƣợng tro cao (trên 22%) và lƣợng protein thấp Các thành phần hydrate cacbon chính của rơm rạ gồm lignoxenluloza (37,4%), hemicellulose (bán xenluloza - 44,9%), linhin (4,9%) và hàm lƣợng tro silica (silic dioxyt) cao (9-14%), chính điều này gây cản trở việc sử dụng loại phế thải này một cách kinh tế Thành phần lignoxenluloza trong rơm rạ khó hủy về mặt sinh học, vì vậy để xử lý đòi hỏi phải có bước tiền xử lý Có thể tiến hành tiền xử lý rơm rạ bằng các phương pháp cơ học như xay, nghiền để làm giảm kích thước, hoặc xử lý nhiệt hoặc bằng hóa chất như sử dụng các axit hay bazơ thường có thể cải thiện đƣợc khả năng phân hủy

Việc đốt ngoài trời là một quá trình đốt không kiểm soát, trong đó dioxit cacbon (CO 2 ), sản phẩm chủ yếu trong quá trình đốt đƣợc giải phóng vào khí quyển cùng với cacbon monoxide (CO), khí methane (CH 4 ), các oxit nitơ (NOx) và một lượng tương đối nhỏ dioxit sulphur (SO 2 ) Tại châu Á dựa trên các công trình nghiên cứu cho thấy, hàng năm nguồn phát xạ do đốt sinh khối ngoài trời ƣớc tính đạt 0,37 Tg SO2, 2,8 Tg NOx, 1100 Tg CO2, 67 Tg

CO và 3,1 Tg methane (CH 4 ) Riêng lƣợng phát xạ từ việc đốt phế thải cây trống theo ƣớc tính đạt: 0,10 Tg SO2, 0,96 Tg NOx, 379 Tg CO2, 23 Tg CO và 0,68 Tg CH4

Từ lâu những người dân ở vùng nông thôn thường hay sử dụng rơm rạ để đun nấu mặc dù với số lƣợng không nhiều, gần đây do sản lƣợng lúa gia tăng kéo theo lƣợng phế thải từ rơm rạ, việc đốt rơm rạ ngoài trời trên đồng ruộng và dùng để đun nấu đều có thể dẫn đến phát xạ các khí gây ô nhiễm môi trường Một phần rơm rạ còn sót lại một cách không kiểm soát trên đồng ruộng và chƣa đốt hết dần dần sẽ đƣợc cày lấp vào trong đất để làm phân bón cho vụ mùa sau Tỷ lệ phân hủy kỵ khí của chúng phụ thuộc vào hàm lƣợng ẩm trong đất hay độ ướt của đất trong vụ mùa sắp tới, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến khối lƣợng CH4 đƣợc giải phóng ra từ quá trình này Mặc dù việc rơm đƣợc trộn vào với đất có thể cung cấp một nguồn chất dinh dƣỡng cho vụ mùa sau, nhƣng nó cũng có thể dẫn đến một số bệnh cho cây và thường ảnh hưởng đến sản lượng do tác động bất lợi ngắn hạn của sự bất ổn định hàm lƣợng nitơ Đây là một trong những nguyên nhân giải thích tại sao việc đốt rơm rạ trên đồng ruộng lại thường được tiến hành để xử lý nguồn phế thải này

Trong những năm gần đây, thực tiễn cho thấy việc đốt cháy ngoài trời các phế thải từ cây trồng góp phần làm phát xạ các chất gây ô nhiễm không khí, điều này có thể dẫn đến những tác động nguy hại đến sức khỏe con người, trong đó có các chất như polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), cũng nhƣ polychlorinated dibenzo-p-dioxins (PCDDs), và polychlorinated dibenzofurans (PCDFs) đƣợc coi là các dẫn xuất dioxin mang tính độc hại cao Các chất gây ô nhiễm không khí này mang tính độc hại nghiêm trọng và đáng chú ý là có tiềm năng gây ung thƣ Ô nhiễm không khí không chỉ gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người và môi trường mà còn tác động dán tiếp đến nền kinh tế của một nước Chính vì vậy mà cộng đồng quốc tế đã bắt đầu chú ý đến việc tìm kiếm các phương pháp xử lý và tận dụng rơm rạ theo cách an toàn, thân thiện môi trường nhằm giúp làm giảm được khối lượng rơm rạ đốt ở ngoài trời trên đồng ruộng.

Các phương thức xử lý và tận dụng nguồn rơm rạ

Theo các dữ liệu thu thập đƣợc, các sử dụng sản phẩm phụ rơm rạ theo truyền thống chủ yếu bao gồm sử dụng để làm củi đốt, làm vật liệu xây dựng, nuôi gia súc và trồng nấm

- Lợp nhà: Ở nông thôn, trước đây người nông dân hay sử dụng rơm rạ cũng như lau sậy hay các loại vật liệu tương tự để làm các tấm lợp mái nhà nhẹ và không thấm nước Loại rơm để sử dụng cho mục đích này thường đƣợc trồng riêng và thu hoạch bằng tay hoặc bằng máy gặt bó

- Làm mũ, dép, bện dây thừng: người ta có thể tạo ra nhiều kiểu mũ được bện từ rơm rạ Tại Anh, vài trăm năm trước đây, các mũ bện từ rơm rạ đã rất phổ biến Người Nhật, Triều Tiên có truyền thống sử dụng rơm rạ để làm dép, đồ thủ công mỹ nghệ Tại một số nơi thuộc Đức, nhƣ vùng Black Forest và Hunsruck, người ta thường đi dép rơm trong nhà hoặc tại lễ hội

- Tại nhiều nơi trên thế giới, rơm rạ cho đến nay vẫn đƣợc sử dụng để làm đệm giường nằm cho con người và làm ổ cho vật nuôi

- Làm thức ăn cho động vật: rơm rạ có thể đƣợc sử dụng nhƣ một thành phần thức ăn thô nuôi gia súc để đảm bảo một lƣợng năng lƣợng trong thời gian ngắn Rơm rạ có một hàm lƣợng năng lƣợng và dinh dƣỡng có thể tiêu hóa đƣợc Lƣợng nhiệt đƣợc sinh ra trong ruột của các con vật ăn cỏ, vì vậy việc tiêu hóa rơm rạ có thể hữu ích trong việc duy trì nhiệt độ cơ thể trong thời tiết mùa đông lạnh Do mối nguy hiểm của sự cọ sát mạnh và hàm lƣợng dinh dƣỡng thấp, nên việc sử dụng rơm rạ làm thức ăn chỉ nên giới hạn ở một phần của chế độ ăn cho gia súc

- Trồng nấm: việc trồng các loại nấm ăn đƣợc bằng các phụ phẩm nông nghiệp nhƣ rơm rạ là một quá trình có giá trị gia tăng nhằm chuyển hóa loại nguyên liệu này từ chỗ được coi là phế thải thành thức ăn cho người Trồng nấm được coi là một trong những phương pháp sinh học tận dụng nguồn rơm rạ có hiệu quả nhất bởi rơm rạ có thể dùng quay vòng lại đƣợc Nấm rất giàu protein và là loại thực phẩm ăn ngon Sản lượng trồng nấm tại các nước trồng lúa liên tục gia tăng trong những năm gần đây Các kết quả nghiên cứu cho thấy việc trồng nấm bằng rơm rạ kết hợp với hạt bông mang lại hiệu quả chuyển hóa sinh học cao nhất, đạt 12,82% (đƣợc xác định bằng tỷ lệ phần trăm chuyển hóa chất nền thành thân cây nấm trên cơ sở trọng lƣợng khô) Hàm lƣợng protein trong nấm đạt từ 26,3 - 36,7% Trồng nấm là một trong những phương pháp thay thế để giảm nhẹ các vấn đề ô nhiễm môi trường liên quan đến các phương pháp xử lý hiện nay như đốt ngoài trời hay cho cầy xới với đất Trồng nấm trên nền rơm rạ còn mang lại những biện pháp khuyến khích kinh tế đối với nghề nông, coi nguồn phế thải nhƣ một nguồn nguyên liệu có giá trị và có thể phát triển các cơ sở kinh doanh sử dụng chúng để sản xuất các loại nấm giàu chất dinh dƣỡng Với hiệu suất chuyển hóa sinh học

10% và 90% hàm lượng ẩm ở nấm tươi, một tấn rơm rạ khô có thể cho sản lƣợng khoảng 1000 kg nấm sò Vì vậy việc trồng nấm có thể trở thành một nghề nông mang lại lợi nhuận cao, có thể tạo ra thực phẩm từ rơm rạ và giúp thanh toán loại phế thải này theo cách thân thiện môi trường

Rơm rạ còn có thể tận dụng trong nhiều lĩnh vực ứng dụng khác nhau, ví dụ nhƣ trong ngành hóa chất rơm rạ đƣợc sử dụng làm nguyên liệu thô để sản xuất các sản phẩm hóa chất Trong lĩnh vực công nghiệp và xây dựng, rơm rạ có thể tận dụng cho một loạt các ứng dụng nhƣ làm giấy, làm tấm lớp nhà, làm panen tường

Các phương pháp xử lý đối với nguồn phế thải nông nghiệp là rơm rạ đang gây ra những mối lo ngại về môi trường Việc xử lý rơm rạ bằng cách đốt ngoài trời, ngay trên đồng có thể gây nên vấn đề ô nhiễm không khí, ảnh hưởng đến sức khỏe người dân Nhiều nước như Mỹ đã ban hành Luật hạn chế đốt rơm rạ, điều này đặt ra yêu cầu đối với những người trồng lúa là phải tìm ra các phương pháp thay thế thân thiện với môi trường để xử lý và tận dụng rơm rạ Mặt khác, nhiều công trình nghiên cứu và kinh nghiệm thực tiễn cho thấy nếu không xử lý hết các phế thải rơm rạ trên cánh đồng, và để sót lại trên đất với hàm lƣợng lớn có khả năng làm giảm sản lƣợng cây trồng, tăng các bệnh ở lá và suy thoái độ màu mỡ của đất Chính vì vậy mà các công nghệ xử lý và tận dụng một cách kinh tế nguồn sản phẩm phụ nông nghiệp này cần đƣợc nghiên cứu và phát triển Sản xuất năng lƣợng từ nguồn phế thải rơm rạ đã được nhiều nước và người trồng lúa chú ý đến như một phương pháp thay thế khả thi Hàm lƣợng năng lƣợng của rơm rạ đạt khoảng 6533 kJ/kg, đối với các nước sản xuất lúa gạo lớn, thì tổng nhiệt lượng hàm chứa trong rơm rạ là khá lớn, vì vậy việc coi rơm rạ nhƣ một nguồn nguyên liệu tái tạo để sản xuất năng lƣợng là điều hoàn toàn thực tế

Những sử dụng tiềm năng nhất của rơm rạ có thể xếp theo nhóm nhƣ sử dụng năng lượng, chế tạo vật liệu xây dựng, giảm ô nhiễm môi trường hay chăn nuôi gia súc Thí dụ, các sản phẩm năng lƣợng có thể gồm ethanol, methane, nhiệt cho sản xuất điện và sản xuất khí ga từ quá trình khí hóa Trong lĩnh vực sản xuất gồm một loạt các loại ván ép, nhựa gia cường sợi, bột giấy và các sản phẩm sợi

Tuy có nhiều tiềm năng, nhƣng cho đến nay việc khai thác sử dụng rơm rạ vẫn còn rất hạn chế Các nguyên nhân chủ yếu liên quan là:

1) Các trở ngại về vấn đề kỹ thuật;

2) Tính khả thi về kinh tế, nhất là liên quan đến các vấn đề thu hoạch, vận chuyển và bảo quản.

Kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước

Cho đến nay, trên thế giới cũng chƣa có nhiều kết quả nghiên cứu đƣợc công bố về sử dụng rơm làm vật liệu xây dựng nói chung và làm chất độn cho bê tông nói riêng

Năm 2013, Larisa Brojan, Alja Petric và Peggi L.Clouston [1] qua nghiên cứu so sánh về các hệ thống tường gạch và tường rơm từ quan điểm môi trường, kinh tế và năng lượng đã chỉ ra rằng: gạch là vật liệu xây dựng thông dụng nhất trên thế giới; trong khi rơm mặc dù sẵn có và có nhiều đặc tính ƣu thế, nhƣng chƣa đƣợc khai thác nhiều Trên khía cạnh giá trị môi trường, kinh tế và năng lượng, việc sử dụng các cấu kiện rơm là một lựa chọn tốt thay thế cho gạch

Năm 2014, Larisa Brojan, Peggi L Clouston [2] qua việc phân tích một số ƣu nhƣợc điểm của việc dụng các cấu kiện chế tạo từ rơm trong xây dựng đã khẳng định: cùng với thạch cao tự nhiên, bức tường rơm "hít thở" có sự hấp thụ âm thanh và khả năng chống cháy rất tốt sẽ tạo ra môi trường bên trong của ngôi nhà yên tĩnh, an toàn và lành mạnh hơn Hơn nữa, vật liệu chế tạo các cấu kiện dễ sử dụng, trọng lƣợng nhẹ và không đòi hỏi nhiều máy móc thiết bị Tác giả cũng đề nghị cần có nhiều nghiên cứu để thúc đẩy hơn nữa trong công nghệ và cần những nỗ lực trong tuyên truyền về giá trị các công trình xây dựng rơm và có thể đƣa rơm trở thành vật liệu xây dựng chính

Năm 2016, Muhammad Usman Farooqi và Majid Ali [3] qua nghiên cứu về việc sử dụng sợi rơm cho bê tông mặt đường đã kết luận: bê tông gia cường sợi rơm sử dụng cho áo đường là rất có tiềm năng

Năm 2012, Jun Liu, Honghong Zhou và Bing Zhang [4] đã nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ rơm đến các tính chất vật lý của bê tông rỗng có sử dụng phụ gia và chỉ ra rằng: khi tỷ lệ rơm tăng từ 0 ~ 15% thì cường độ chịu nén, cường độ chịu uốn và tính ổn định nước của bê tông khối rỗng giảm dần, tuy nhiên vẫn đáp ứng các yêu cầu của tiêu chuẩn quy định với bê tông rỗng thông thường

Năm 2010, Andrew Alcorn và Michael Donn [5] qua nghiên cứu về tiềm năng của cấu kiện dùng rơm và gỗ đối với việc hấp thụ cacbon trong xây dựng nhà đã khẳng định: trong xây dựng nhà có thể giảm lƣợng khí thải CO 2 theo hướng cân bằng năng lượng bằng cách sử dụng các vật liệu sinh học như rơm và gỗ

Năm 2012, Min Hall – Đại học Victoria, Wellington [6] qua nghiên cứu về hiệu suất và tiềm năng sử dụng đất và rơm làm vật liệu xây dựng ở New Zealand chỉ ra rằng: sử dụng cùng một tiêu chí, rơm kết hợp với các kết cấu gỗ có nhiều tiềm năng hơn trong việc giảm CO2 và năng lƣợng so với hầu hết các phương pháp xây dựng khác được biết đến ở New Zealand

Năm 2011, Behzad Sodagar, Deepak Rai, Barbara Jones, Jakub Wihan và Dr Rosi Fieldson [7] qua nghiêm cứu về tiềm năng giảm cacbon của nhà rơm đã minh hoạ vai trò của rơm nhƣ một loại vật liệu và kỹ thuật xây dựng để giảm các ảnh hưởng của ngôi nhà ở bằng phương pháp xây dựng mô hình hóa hiệu suất phát thải CO2 Theo ước tính, hơn 15 tấn CO2 có thể được lưu trữ trong các vật liệu sinh học của mỗi ngôi nhà riêng biệt, trong đó có khoảng 6 tấn bị hấp thụ bởi rơm và phần còn lại đƣợc hấp thụ bởi các sản phẩm gỗ Kết quả nghiên cứu cho thấy, tiềm năng cô lập và hấp thụ cacbon của vật liệu tái tạo đƣợc sử dụng trong xây dựng ngôi nhà có khả năng làm giảm lượng khí thải CO 2 của ngôi nhà trong sáu mươi năm tới 61% so với trường hợp ngôi nhà không được hấp thụ cacbon (xây dựng bằng vật liệu thông thường) Ở Việt Nam, chƣa có kết quả nghiên cứu chính thức nào về sử dụng rơm làm vật liệu nói chung và làm chất độn bê tông nói riêng đƣợc công bố.

Vấn đề còn tồn tại và định hướng nghiên cứu

Qua việc tổng hợp các kết quả nghiên cứu cho thấy: sử dụng rơm làm vật liệu xây dựng là xu hướng tiến tiến, không chỉ mang ý nghĩa về kinh tế mà còn có ý nghĩa rất to lớn về giảm thiểu tác động môi trường tự nhiêm và đời sống con người: giảm lượng chất thải nông nghiệp gây ô nhiễm môi trường; tính năng hấp thụ cacbon - giảm thải CO2; các tính năng cách âm, cách nhiệt của vật liệu dùng rơm, … Trong khi đó, nghiên cứu về việc sử dụng rơm làm vật liệu xây dựng chƣa có nhiều; các kết luận đều đƣợc đƣa ra từ các kết quả thí nghiệm có cơ sở khoa học, tuy nhiên số lƣợng thí nghiệm và tính hệ thống, tính toàn diện vẫn còn hạn chế Do đó, vẫn còn nhiều vần đề cần phải tiếp tục nghiên cứu và có thể tổng kết lại một số vấn đề cơ bản nhƣ sau:

(1) Nghiên cứu sử dụng rơm làm vật liệu xây dựng là một vấn đề lớn, cần được giải quyết ở ba khía cạnh: kinh tế, kỹ thuật và môi trường; đồng thời phạm vi ứng dụng của rơm để chế tạo vật liệu xây dựng cũng rất đa dạng, với từng ứng dụng cho từng loại vật liệu đều cần có nghiên cứu cụ thể

(2) Các nghiên cứu về sử dụng rơm làm vật liệu xây dựng còn rất ít và mang tính nhỏ lẻ; chƣa có các kết luận mang tính toàn diện

(3) Một số đề xuất về phương pháp chế tạo vật liệu xây dựng sử dụng rơm vẫn còn tương đối phức tạp, khó có thể áp dụng đại trà ở các vùng nông thôn – nông nghiệp

(4) Chƣa có nghiên cứu về sử dụng rơm làm chất độn cho bê tông nhẹ khi không sử dụng phụ gia

Xuất phát từ các vấn đề cơ bản nhƣ đã trình bày, em thực hiện luận văn tốt nghiệp với tên đề tài: “ Thiết kế và thử nghiệm tính năng của bê tông nhẹ sử dụng rơm ” Đề tài được thực hiện nhằm bước đầu chế tạo và thử nghiệm một số tính năng của bê tông sử dụng chất độn rơm, làm cơ sở để đánh giá khả năng ứng dụng trong thực tế loại vật liệu này trong xây dựng cơ sở hạ tầng ở các vùng nông thôn – nông nghiệp.

Xác định nội dung và phương pháp nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan về bê tông và sử dụng sợi rơm trong bê tông;

- Lựa chọn các vật liệu thành phần dùng chế tạo bê tông rơm;

- Lựa chọn phương pháp và thiết kế thành phần cơ bản của bê tông rơm;

- Nghiên cứu thực nghiệm và hiệu chỉnh thành phần bê tông rơm;

Phương pháp nghiên cứu

+ Phương pháp kế thừa: tham khảo các tài liệu và các kết quả nghiên cứu trước để xây dựng cơ sở lý luận của đề tài, từ đó xác định mục tiêu, nội dung và phương pháp, phương án nghiên cứu

+ Phương pháp phân tích khoa học: sử dụng trình độ kiến thức và năng lực nghiên cứu đã đƣợc đào tạo, bồi dƣỡng để phân tích khoa học nhằm xây dựng và thực hiện các nội dung nghiên cứu cần thiết

+ Phương pháp lý thuyết: sử dụng các kiến thức cơ bản đã được đào tạo để tính toán, phân tích các nội dung nghiên cứu

+ Phương pháp thực nghiệm khoa học: sử dụng các phương pháp về lý thuyết thực nghiệm và thí nghiệm trong phòng để xây dựng phương án thí nghiệm, tiến hành và phân tích kết quả thí nghiệm, từ đó đƣa ra các kết luận và đề xuất

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

Yêu cầu vật liệu chế tạo bê tông

Yêu cầu đối với xi măng

Trong thành phần bê tông, xi măng là chất kết dính có tác dụng liên kết các hạt cốt liệu với nhau, qua quá trình đông kết sẽ tạo ra cường độ cho bê tông Chất lƣợng và hàm lƣợng xi măng là yếu tố quan trọng quyết định cường độ chịu lực và nhiều tính năng khác của bê tông Để tạo ra bê tông có thể dùng các loại xi măng sau : xi măng pooclăng và các dạng đặc biệt của nó nhƣ xi măng pooclăng puzơlan , xi măng pooclăng cứng rắn nhanh , xi măng pooclăng chống sunfat , Ngoài ra có thể dùng ximăng đặc biệt nhƣ xi măng chống co ngót, xi măng nở

Việc đánh giá chất lƣợng và lựa chọn loại xi măng để chế tạo bê tông không những phải phù hợp với yêu cầu của quy phạm mà còn phải kể đến điều kiện sử dụng Trong đó việc lựa chọn mác xi măng là vấn đề cơ bản nhất, để cho bê tông vừa đủ cường độ thiết kế lại vừa kinh tế nhất

Với Rn ≤ 30 Mpa : chọn mác xi măng Rx > 1,2÷1,5 lần ;

Với Rn ≥ 35 Mpa : chọn mác tối thiểu PC40

Có thể sử dụng các loại xi măng khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng và điều kiện của khu vực Việc lựa chọn mác xi măng đƣợc dựa theo cấp bê tông thiết kế, trên cơ sở các số liệu đƣợc thể hiện ở Bảng 2-1 [8]

Bảng 2 1 Lựa chọn mác xi măng theo mác bê tông

Quan hệ giữa cường độ bê tông, cường độ ximăng và tỉ lệ X/N theo công thức Bolomey – Skramtaev :

Trong đó: A, A1 Các hệ số chỉ đến chất lượng cốt liêu và phương pháp kiểm tra mác xi măng

Không dùng ximăng mác quá thấp để chế tạo bê tông mác quá cao và ngƣợc lại

- Lƣợng xi măng tối đa (Xmax):

Phụ thuộc theo tiêu chuẩn, Tiêu chuẩn 272-05: Xmax ≤ 475kg/m 3

- Lƣợng xi măng tối thiểu (Xmin)

+ Theo tiêu chuẩn Pháp: Xmin = (250 + Rb)/D1/3 (kg/m 3 ) (2-3)

Rb –cường độ bê tông ,daN/cm2

D – đường kính lớn nhất của cốt liệu , cm

+ Theo tiêu chuẩn ASTM : Xmin = 300 kg/m 3

- Lƣợng xi măng dùng đƣợc tính theo công thức Bolomay – skramtaev

Sau khi tính toán ta phải so sánh với khối lƣợng xi măng ttối thiểu cho phép

Nếu lƣợng xi măng tính toán lớn hơn lƣợng xi măng tối thiểu ta dùng xi măng tính toán , nếu nhỏ hơn ta phải dùng xi măng tối thiểu Có thể tham khảo xi măng tối thiểu ghi ở bảng sau (TCVN): Điều kiện làm việc của kết cấu công trình

Trực tiếp tiếp xúc với nước 265 240

Bị ảnh hưởng của mưa gió không có thiết bị che

Không bị ảnh hưởng của mưa gió 220 200

Lưu ý: loại ximăng sử dụng phải có chứng chỉ của nhà sản xuất ; đồng thời phải làm thí nghiệm kiểm tra các tiêu chí cơ lý Đề tài sử dụng xi măng pooc lăng PCB 40 đƣợc sản xuất tại Công ty cổ phần xi măng Nam Sơn – Việt Nam Các thông số kỹ thuật cơ bản của loại xi măng này đều thỏa mãn quy định về xi măng sử dụng chế tạo bê tông theo Tiêu chuẩn Việt Nam [9] , chi tiết cụ thể đƣợc thể hiện ở Bảng 2-2

Bảng 2 2 Một số chỉ tiêu kỹ thuật của xi măng PCB-40

TT Chỉ tiêu kỹ thuật Trị số

3 Độ nghiền mịn, xác định theo:

- Phần còn lại trên sàng kích thước lỗ

- Bề mặt riêng, phương pháp Blaine

Yêu cầu đối với cốt liệu nhỏ

Cốt liệu là thành phần chính, tạo nên bộ khung chịu lực của bê tông Nó chính là các vật liệu rời nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo có thành phần hạt xác định, khi nhào trộn với xi măng và nước, tạo thành bê tông hoặc vữa Theo kích thước hạt, cốt liệu dùng chế tạo bê tông được phân ra cốt liệu nhỏ và cốt liệu lớn

Cốt liệu nhỏ (fine aggregate) là hỗn hợp các hạt cốt liệu có kích thước chủ yếu từ 0,14 mm đến 5 mm Cốt liệu nhỏ có thể là cát tự nhiên, cát nghiền và hỗn hợp từ cát tự nhiên và cát nghiền Thành phần hạt (cấp phối) của loại cát sử dụng chế tạo bê tông đƣợc lựa chọn theo Tiêu chuẩn Việt Nam [10] , thể hiện ở Bảng 2-3

Bảng 2 3 Thành phần hạt của cát

Kích thước lỗ sàng Lượng sót tích luỹ trên sàng, % khối lượng

1,25 mm Từ 15 đến 45 Từ 0 đến 15

Lƣợng qua sàng 140 μm, không lớn hơn 10 35

Cốt liệu nhỏ thường được sử dụng là cát Cát dùng chế tạo bê tông không được lẫn quá 5% khối lượng các hạt có kích thước lớn hơn 5 mm; hàm lƣợng các tạp chất (sét cục và các tạp chất dạng cục; bùn, bụi và sét) trong cát đƣợc quy định theo Tiêu chuẩn [10] ; tạp chất hữu cơ trong cát khi xác định theo phương pháp so màu (không được thẫm hơn màu chuẩn) Cụ thể được thể hiện trong Bảng 2-4

Bảng 2 4 Quy định về hàm lượng tạp chất trong cát

Hàm lƣợng tạp chất, % khối lƣợng , không lớn hơn

Bê tông cấp cao hơn B30

Bê tông cấp thấp hơn và bằng B30 Vữa

Sét cục và các tạp chất dạng cục Không đƣợc có 0,25 0,50

Hàm lƣợng bùn, bụi, sét 1,50 3,00 10,00 Đề tài sử dụng cốt liệu nhỏ là loại cát vàng Sông Hồng, khai thác tại khu vực Sơn Tây – Hà Nội, đƣợc dùng phổ biến ở khu vực Xuân Mai – Chương Mỹ - Hà Nội; các thông số kỹ thuật của loại cát này đều thỏa mãn quy định đối với cát dùng làm cốt liệu nhỏ cho bê tông theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7570: 2006 [10]

Yêu cầu đối với cốt liệu lớn

Cốt liệu lớn (coarse aggregate) là hỗn hợp các hạt cốt liệu có kích thước từ 5mm đến 70mm Cốt liệu lớn có thể là đá dăm, sỏi, sỏi dăm (đập hoặc nghiền từ sỏi) và hỗn hợp từ đá dăm và sỏi hay sỏi dăm:

Sỏi (gravel) là loại cốt liệu lớn đƣợc hình thành do quá trình phong hoá của đá tự nhiên Đá dăm (crushed rock) là loại cốt liệu lớn đƣợc sản xuất bằng cách đập, nghiền đá tự nhiên

Sỏi dăm (crushed gravel) là loại cốt liệu lớn đƣợc sản xuất bằng cách đập, nghiền cuội, sỏi có kích thước lớn

Cốt liệu lớn có thể được cung cấp dưới dạng hỗn hợp nhiều cỡ hạt hoặc các cỡ hạt riêng biệt Thành phần hạt của cốt liệu lớn, biểu thị bằng lƣợng sót tích luỹ trên các sàng, đƣợc quy định trong Bảng 2-5 [10]

Bảng 2 5 Thành phần hạt của cốt liêu lớn

Kích thước lỗ sàng mm

Lƣợng sót tích luỹ trên sàng, % khối lƣợng, ứng với kích thước hạt liệu nhỏ nhất và lớn nhất, mm 5-10 5-20 5-40 5-70 10-40 10-70 20-70

Hàm lƣợng bùn, bụi, sét (gọi tắt: tạp chất) trong cốt liệu lớn tuỳ theo cấp bê tông không vƣợt quá giá trị quy định trong Bảng 2-6 [10]

Bảng 2 6 Hàm lượng bùn, bụi, sét trong cốt liệu lớn

Cấp bê tông Hàm lƣợng bùn, bụi, sét, % khối lƣợng, không lớn hơn

Thấp hơn B15 3,0 Đá dăm làm cốt liệu lớn cho bê tông phải có cường độ thử trên mẫu đá nguyên khai hoặc mác xác định thông qua giá trị độ nén dập trong xi lanh lớn hơn 2 lần cấp cường độ chịu nén của bê tông khi dùng đá gốc phún xuất, biến chất; lớn hơn 1,5 lần cấp cường độ chịu nén của bê tông khi dùng đá gốc trầm tích Mác đá dăm xác định theo giá trị độ nén dập trong xi lanh đƣợc quy định theo Tiêu chuẩn Việt Nam [10] , thể hiện ở Bảng 2-7

Bảng 2 7 Mác của đá dăm từ đá thiên nhiên theo độ nén dập

Mác đá dăm Độ nén dập trong xi lanh ở trạng thái bão hòa nước, % Đá trầm tích Đá macma xâm nhập và đá biến chất Đá macma phun trào

20 39 ÷ 54 - - Độ hao mòn khi va đập của cốt liệu lớn dùng chế tạo bê tông đƣợc thí nghiệm trong máy Los Angeles, không lớn hơn 50 % khối lƣợng [10]

Hàm lƣợng hạt thoi dẹt trong cốt liệu lớn đƣợc quy định không đƣợc vƣợt quá 15% đối với bê tông cấp cao hơn B30 và không vƣợt quá 35% đối với cấp nhỏ hơn hoặc bằng B30 [10] Đề tài sử dụng cốt liệu lớn là loại đá dăm đƣợc khai thác và chế biến từ mỏ đá Hòa Thạch – Quốc Oai - Hà Nội Các thông số kỹ thuật của loại đá dăm này đều thỏa mãn quy định đối với đá dăm dùng làm cốt liệu lớn cho bê tông theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7570: 2006 [10]

Yêu cầu đối với nước

Nước dùng để trộn hỗn hợp bê tông phải không có hàm lượng tạp chất vượt quá giới hạn cho phép làm ảnh hưởng tới quá trình đông kết của bê tông cũng nhƣ là giảm độ bền lâu của kết cấu bê tông trong quá trình sử dụng

Nước dùng trộn hỗn hợp bê tông xi măng cần có chất lượng thỏa mãn các yêu cầu theo quy định của tiêu chuẩn Việt Nam [11]

Nước không được chứa váng dầu hoặc váng mỡ; lượng tạp chất hữu cơ không lớn hơn 15mg/l Độ pH không nhỏ hơn 4 và không lớn hơn 12,5;

Không có màu dùng cho bê tông và vữa trang trí;

Theo mục đích sử dụng, tiêu chuẩn Việt Nam [11] quy định hàm lƣợn muối hòa tan , lƣợng ion sunfat , lƣợng ion clo và cặn không tan không đƣợc lớn hơn các giá trị thể hiện ở bảng 2-8

Bảng 2 8 Quy định với nước trộn hỗn hợp bê tông

Mức cho phép (mg/l) Muối hoà tan

1 Nước trộn bê tông và nước trộn vữa bơm bảo vệ cốt thép cho các kết cấu bê tông cốt thép ứng lực trước

2 Nước trộn bê tông và nước trộn vữa chèn mối nối cho các kết cấu bê tông cốt thép

3 Nước trộn bê tông cho các kết cấu không cốt thép Nước trộn vữa xây và trát

Yêu cầu đối với phụ gia

Phụ gia là những chất khi đưa vào mẻ trộn trước hoặc trong quá trình trộn với một hàm lượng nhất định (thường không lớn hơn 5% khối lượng xi măng), nhằm mục đích thay đổi (cải thiện) một số tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông theo yêu cầu Theo Tiêu chuẩn Việt Nam [12] , phụ gia đƣợc phân thành các loại cơ bản nhƣ sau:

(1) Phụ gia hóa dẻo giảm nước (Water-reducing admixtures) Đây là loại phụ gia làm tăng độ sụt của hỗn hợp bê tông khi giữ nguyên tỉ lệ Nước/Xi măng, hoặc làm giảm lượng nước nhào trộn mà vẫn giữ nguyên độ sụt của hỗn hợp bê tông, bê tông có cường độ cơ học cao hơn

(2) Phụ gia chậm đông kết (Retarding admixtures) Đây là loại phụ gia làm giảm tốc độ phản ứng giữa xi măng và nước, do đó kéo dài thời gian đông kết của bê tông

(3) Phụ gia đóng rắn nhanh (Accelerating admixtures) Đây là loại phụ gia làm giảm tốc độ phản ứng giữa xi măng và nước, do đó kéo dài thời gian đông kết của bê tông và làm tăng cường độ của bê tông

(4) Phụ gia hóa dẻo – chậm đông kết (Water-reducing and retarding admixtures) Đây là loại phụ gia kết hợp đƣợc các chức năng của phụ gia hóa dẻo và phụ gia chậm đông kết

(5) Phụ gia hóa dẻo – đóng rắn nhanh (Water-reducing and accelerating admixtures) Đây là loại phụ gia kết hợp đƣợc các chức năng của phụ gia hóa dẻo và phụ gia đóng rắn nhanh

(6) Phụ gia siêu dẻo (giảm nước mức cao) (Water-reducing, high range admixtures) Đây là loại phụ gia cho phép giảm một lượng lớn nước nhào trộn

(không nhỏ hơn 12%) mà vẫn giữ nguyên đƣợc độ sụt của hỗn hợp vữa bê tông, thu được bê tông có cường độ cao hơn

(7) Phụ gia siêu dẻo – chậm đông kết (Water-reducing, high range, and retarding admixtures) Đây là loại phụ gia kết hợp đƣợc chức năng của phụ gia siêu dẻo và phụ gia chậm đông kết

Lưu ý khi sử dụng phụ gia:

- Loại phụ gia phải phù hợp với mục đích sử dụng

- Tổng hàm lƣợng phụ gia sử dụng phải ≤ 5% lƣợng xi măng

- Chỉ sử dụng phụ gia khi có hướng dẫn của nhà sản xuất

- Các loại phụ gia phải được thí nhiệm trước khi sử dụng

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là xác định, đánh giá một số tính chất cơ bản như: tính công tác, cường độ …; khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng các vật liệu thành phần; chưa xét đến ảnh hưởng của các loại phụ gia.

Rơm

Sử dụng loại rơm mới (rơm sau khi thu hoạch lúa); rơm đƣợc phơi khô, sau đó băm cắt thành đoạn nhỏ có chiều dài khoảng 3 - 5cm Ngay trước khi đưa vào nhào trộn, rơm được ngâm 20 – 30 phút trong nước sạch, rồi vớt ra để ráo Hình ảnh về quy cách và quá trình xử lý chất độn rơm đƣợc thể hiện ở hình 2-1

Hình 2 1 Quy cách và qúa trình xử lý sợi rơm

Các phương pháp thí nghiệm

Thí nghiệm xác định tính chất cơ bản của xi măng

Một số thông số tính chất cơ bản của xi măng và phương pháp xác định nhƣ sau:

Giới hạn bền nén của xi măng: đƣợc xác định theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6016: 1995 [22];

Thời gian đông kết và lượng nước tiêu chuẩn của xi măng: được xác định theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6017: 1995 [23].

Thí nghiệm xác định tính chất cơ bản của cát

Một số thông số tính chất cơ bản của cát và phương pháp thí nghiệm xác định nhƣ sau:

1) Thành phần hạt của cát:

TCVN 7572-2: 2006 Cốt liệu cho bê tông và vữa - Phương pháp thử - Phần 2: Xác định thành phần hạt [24]:

- Cân kỹ thuật có độ chính xác 1 %;

- Bộ sàng tiêu chuẩn, kích thước mắt sàng 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315; 0,14 và ngăn đáy

- Tủ sấy có bộ phận điều chỉnh nhiệt độ đạt nhiệt độ sấy ổn định từ

Lấy mẫu và chuẩn bị mẫu thử:

Lấy mẫu cốt liệu theo TCVN 7572-1 : 2006 Trước khi đem thử, mẫu đƣợc sấy đến khối lƣợng không đổi và để nguội đến nhiệt độ phòng thí nghiệm

- Cân lấy khoảng 2 000g (mo) cốt liệu từ mẫu thử đã đƣợc chuẩn bị và sàng qua sàng có kích thước mắt sàng là 5 mm

- Xếp chồng từ trên xuống dưới bộ sàng tiêu chuẩn theo thứ tự kích thước mắt sàng từ lớn đến nhỏ nhƣ sau: 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315; 0,14 và ngăn đáy

- Cân 1 000 g (m) cốt liệu đã sàng qua sàng có kích thước mắt sàng 10 mm và 5 mm sau đó đổ cốt liệu đã cân vào sàng trên cùng (sàng có kích thước mắt sàng 2,5 mm) và tiến hành sàng Có thể dùng máy sàng hoặc lắc bằng tay Khi dùng máy sàng thì thời gian sàng theo qui định của từng loại máy Khi sàng bằng tay thì thời điểm dừng sàng là khi sàng trong vòng 1 phút mà lƣợng lọt qua mỗi sàng không lớn hơn 0,1 % khối lƣợng mẫu thử

- Cân lƣợng sót trên từng sàng, chính xác đến 1 g

Lượng sót trên sàng có kích thước mắt sàng 5 mm (S 5 ), tính bằng phần trăm khối lƣợng, chính xác đến 0,1 %, theo công thức:

+ m 5 là khối lượng phần còn lại trên sàng có kích thước mắt sàng 5 mm, tính bằng gam (g);

+ m o là khối lƣợng mẫu, tính bằng gam (g)

Lượng sót riêng trên từng sàng kích thước mắt sàng i (a i ), tính bằng phần trăm khối lƣợng, chính xác đến 0,1 %, theo công thức:

+ m i là khối lượng phần còn lại trên sàng có kích thước mắt sàng i, tính bằng gam (g);

+ m là tổng khối lƣợng mẫu, tính bằng gam (g)

Lượng sót tích lũy trên sàng kích thước mắt sàng i là tổng lượng riêng trên sàng có kích thước lớn hơn nó và lượng sót riêng bản thân nó Lượng sót tích lũy (Ai) tính bằng phần trăm khối lƣợng, chính xác đến 0,1%, theo công thức:

+ ai là lượng sót riêng trên sàng có kích thước mắt sàng i, tính bằng phần trăm khối lƣợng (%);

+ a 2,5 là lượng sót riêng trên sàng có kích thước mắt sàng 2,5, tính bằng phần trăm khối lƣợng (%);

Modun độ lớn của cốt liệu nhỏ (Mđl), không thứ nguyên, chính xác tới 0,1, theo công thức:

+ A 2,5 , A 1,25 , A 0,63 , A 0,315 , A 0,14 là lƣợng sót tích lũy trên các sàng kích thước mắt sàng tương ứng 2,5mm; 1,25mm; 0,63mm; 0,315mm và 0,14mm

2) Khối lƣợng riêng của cát ( ):

Tiêu chuẩn áp dụng: TCVN 7572-4: 2006 Cốt liệu cho bê tông và vữa - Phương pháp thử - Phần 4: Xác định khối lượng riêng, khối lượng thể tích và độ hút nước [25]

- Cân kỹ thuật, độ chính xác 0,1g

- Bình thủy tinh dung tích 250ml

- Tủ sấy, bình hút ẩm

- Phễu, pipet, đũa thủy tinh, giá xúc, giấy thấm

- Cát đƣợc sàng qua sàng 5mm để loại bỏ hạt lớn hơn 5mm, sấy khô đến khối lƣợng không đổi ở nhiệt độ phòng;

- Bình khối lƣợng riêng đƣợc rửa sạch sấy khô, cân đƣợc mb

- Tiếp tục cho cát vào bình,đem cân đƣợc m1

- Cho nước vào bình đến 2/3 bình lắc đều xoay nhẹ cho bọt khí thoát hết ra ngoài;

- Cho thêm nước vào bình đến khi bằng vạch định mức, đem đi cân được m2

- Cho nước và cát trong bình ra và rửa sạch bình, sau đó rót nước đến vạch định mức rồi đem cân đƣợc m 3

Kết quả thí nghiệm xác định khối lƣợng riêng của cát là trị số trung bình cộng của 3 lần thí nghiệm, mà kết quả 3 lần thí nghiệm này không sai quá nhau 0,02

3) Khối lƣợng thể tích của cát ( ):

Tiêu chuẩn: TCVN 7572-4: 2006 Cốt liệu cho bê tông và vữa - Phương pháp thử - Phần 4: Xác định khối lƣợng riêng, khối lƣợng thể tích và độ hút nước [25]

- Cân kỹ thuật, độ chính xác 0,1g

- Bình thủy tinh dung tích 1000ml

- Tủ sấy, bình hút ẩm

- Cát đƣợc sấy khô đến khối lƣợng không đổi ở nhiệt độ phòng

- Xác định khối lƣợng bình thủy tinh bằng cân kỹ thuật m b

- Cát đƣợc đổ vào bình thông qua phễu, lắc nhẹ bình, đổ cát đến vạch định mức thì dừng

- Đem cân bình chứa đầy cát, đƣợc giá trị m1

4) Độ ẩm của cốt liệu nhỏ ( ):

- Cân kỹ thuật có độ chính xác tới 1 %;

- Tủ sấy có bộ phận điều chỉnh nhiệt độ đạt nhiệt độ sấy ổn định từ 105 o C đến 110 o C;

- Dụng cụ đảo mẫu (thìa hoặc dao)

Lấy mẫu cốt liệu theo TCVN 7572-1 : 2006

Cân mẫu theo khối lƣợng qui định ở Bảng 1, chính xác đến 0,1 g, sau đó đổ ngay vào khay và sấy đến khối lƣợng không đổi Chú ý tránh để thất thoát các hạt cốt liệu trong suốt thời gian sấy Sau đó, để nguội cốt liệu đến nhiệt độ phòng, rồi cân chính xác đến 0,1 g

Tính kết quả thử: Độ ẩm (W) của cốt liệu, tính bằng phần trăm khối lƣợng chính xác tới 0,1 %, theo công thức:

+ m 1 là khối lượng mẫu thử trước khi sấy khô, tính bằng gam (g);

+ m 2 là khối lƣợng mẫu thử sau khi sấy khô, tính bằng gam (g)

5) Hàm lƣợng bùn sét trong cát:

TCVN 7572-8: 2006 Cốt liệu cho bê tông và vữa - Phương pháp thử - Phần 8: Xác định hàm lƣợng bùn, bụi, sét trong cốt liệu và hàm lƣợng sét cục trong cốt liệu nhỏ [27].

Thí nghiệm xác định tính chất cơ bản của đá dăm

Một số thông số tính chất cơ bản của đá dăm và phương pháp thí nghiệm xác định nhƣ sau:

1) Thành phần hạt của đá dăm:

Tiêu chuẩn: TCVN 7572-2: 2006 Cốt liệu cho bê tông và vữa - Phương pháp thử - Phần 2: Xác định thành phần hạt [24]

- Cân kỹ thuật có độ chính xác 1 %;

- Bộ sàng tiêu chuẩn, kích thước mắt sàng: 5mm; 10; 20mm; 40mm; 70mm và ngắn đáy;

- Tủ sấy có bộ phận điều chỉnh nhiệt độ đạt nhiệt độ sấy ổn định từ

Lấy mẫu cốt liệu theo TCVN 7572-1 : 2006 Trước khi đem thử, mẫu đƣợc sấy đến khối lƣợng không đổi và để nguội đến nhiệt độ phòng thí nghiệm

- Cân một lƣợng mẫu thử đã chuẩn bị với khối lƣợng phù hợp kích thước lớn nhất của hạt cốt liệu

- Xếp chồng từ trên xuống dưới bộ sàng tiêu chuẩn theo thứ tự kích thước mắt sàng từ lớn đến nhỏ và đáy sàng

- Đổ dần cốt liệu đã cân vào sàng trên cùng và tiến hành sàng Chú ý chiều dày lớp vật liệu đổ vào mỗi sàng không được vượt quá kích thước của hạt lớn nhất trong sàng Có thể dùng máy sàng hoặc lắc bằng tay Khi dùng máy sàng thì thời gian sàng theo qui định của từng loại máy Khi sàng bằng tay thì thời điểm dừng sàng là khi sàng trong vòng 1 phút mà lƣợng lọt qua mỗi sàng không lớn hơn 0,1 % khối lƣợng mẫu thử

- Cân lƣợng sót trên từng sàng, chính xác đến 1 g

Lượng sót riêng (ai) trên từng sàng kích thước mắt sàng là i, tính bằng phần trăm khối lƣợng, chính xác đến 0,1% theo công thức sau:

+ m i là khối lượng phần còn lại trên sàng có kích thước mắt sàng i, tính bằng gam (g);

+ m là tổng khối lượng mẫu, tính bằng gam (g) được lấy tương ứng theo bảng khối lượng mẫu thử tuỳ thuộc vào kích thước lớn nhất của hạt cốt liệu

Lượng sót tích lũy trên sàng kích thước mắt sàng i là tổng lượng riêng trên sàng có kích thước lớn hơn nó và lượng sót riêng bản thân nó Lượng sót tích lũy (Ai) tính bằng phần trăm khối lƣợng, chính xác đến 0,1%, theo công thức:

Ai = amax + … + ai (2-17) Trong đó:

+ ai là lượng sót riêng trên sàng có kích thước mắt sàng i, tính bằng phần trăm khối lƣợng (%);

+ amax là lượng sót riêng trên sàng có kích thước mắt sàng lớn nhất, tính bằng phần trăm khối lƣợng (%);

2) Thí nghiệm xác định khối lƣợng riêng của cốt liệu lớn ( ):

- Khối lượng riêng, khối lượng thể tích và độ hút nước của đá dăm: TCVN 7572-5: 2006 Cốt liệu cho bê tông và vữa - Phương pháp thử - Phần 5: Xác định khối lượng riêng, khối lượng thể tích và độ hút nước của đá gốc và hạt cốt liệu lớn [26]

- Cân kỹ thuật, độ chính xác 1g;

- Bình thủy tinh dung tích 200 ml;

- Cho đá vào máy nghiền, xoay trong 10 phút, sàng bột đá qua mặt sàng 0,2mm để loại bỏ đá có kích thước lớn hơn 0,2mm

- Bình khối lƣợng riêng đƣợc rửa sạch sấy khô, cân đƣợc mb

-Tiếp tục cho đá vào bình,đem cân đƣợc m1

- Cho nước vào bình đến 2/3 bình lắc đều xoay nhẹ cho bọt khí thoát hết ra ngoài;

- Cho thêm nước vào bình đến khi bằng vạch định mức, rồi đem đi cân đƣợc m2

- Cho nước và cát trong bình ra và rửa sạch bình, sau đó rót nước đến vạch định mức rồi đem cân đƣợc m 3

3) Thí nghiệm xác định khối lƣợng thể tích của cốt liệu lớn ( )

- Khối lượng riêng, khối lượng thể tích và độ hút nước của đá dăm: TCVN 7572-5: 2006 Cốt liệu cho bê tông và vữa - Phương pháp thử - Phần 5:

Xác định khối lượng riêng, khối lượng thể tích và độ hút nước của đá gốc và hạt cốt liệu lớn [26];

- Khối lƣợng thể tích xốp và độ rỗng của đá dăm: TCVN 7572-6: 2006 Cốt liệu cho bê tông và vữa - Phương pháp thử - Phần 6: Xác định khối lượng thể tích xốp và độ hổng [28]

- Cân kỹ thuật, độ chính xác 0,1g

- Tủ sấy, bình hút ẩm

- Đá đƣợc phơi khô đến khối lƣợng không đổi ở nhiệt độ phòng

- Xác định khối lƣợng bình thủy tinh bằng cân kỹ thuật m b

- Đá đƣợc đổ vào bình thông qua phễu,độ cao rơi so với miệng bình 10cm

- Đem cân bình chứa đầy đá, đƣợc giá trị m1

4) Thí nghiệm xác định độ ẩm của cốt liệu lớn:

- Cân kỹ thuật có độ chính xác tới 1 %;

- Tủ sấy có bộ phận điều chỉnh nhiệt độ đạt nhiệt độ sấy ổn định từ

- Dụng cụ đảo mẫu (thìa hoặc dao)

Cân mẫu theo khối lƣợng qui định ở Bảng 1, chính xác đến 0,1 g, sau đó đổ ngay vào khay và sấy đến khối lƣợng không đổi Chú ý tránh để thất thoát các hạt cốt liệu trong suốt thời gian sấy Sau đó, để nguội cốt liệu đến nhiệt độ phòng, rồi cân chính xác đến 0,1 g

Tính kết quả: Độ ẩm (W) của cốt liệu, tính bằng phần trăm khối lƣợng chính xác tới 0,1 %, theo công thức:

+ m 1 là khối lượng mẫu thử trước khi sấy khô, tính bằng gam (g);

+ m 2 là khối lƣợng mẫu thử sau khi sấy khô, tính bằng gam (g)

5) Hàm lƣợng tạp chất trong đá dăm:

TCVN 7572-9: 2006 Cốt liệu cho bê tông và vữa - Phương pháp thử - Phần 9: Xác định tạp chất hữu cơ [29];

TCVN 7572-10: 2006 Cốt liệu cho bê tông và vữa - Phương pháp thử - Phần 10: Xác định cường độ và hệ số hoá mềm của đá gốc[30];

7) Độ nén dập và hệ số hoá mềm của đá dăm:

TCVN 7572-11: 2006 Cốt liệu cho bê tông và vữa - Phương pháp thử -

Phần 11: Xác định độ nén dập và hệ số hoá mềm của cốt liệu lớn [31];

8) Độ hao mòn của đá dăm:

TCVN 7572-12: 2006 Cốt liệu cho bê tông và vữa - Phương pháp thử - Phần 12: Xác định độ hao mòn khi va đập của cốt liệu lớn trong máy Los

9) Hàm lƣợng hạt thoi dẹt trong đá dăm:

TCVN 7572-13: 2006 Cốt liệu cho bê tông và vữa - Phương pháp thử - Phần 13: Xác định hàm lƣợng hạt thoi dẹt trong cốt liệu lớn [33].

Thí nghiệm xác định độ sụt của hỗn hợp bê tông

Trong thi công, kiểm tra độ sụt của hỗn hợp bê tông là công tác đƣợc được làm thường xuyên tại công trường hoặc tại phòng thí nghiệm Về mặt bản chất, kiểm tra độ sụt là phương thức kiểm soát chất lượng Đối với mẻ trộn cụ thể độ sụt phải đảm bảo tính nhất quán Sự thay đổi chiều cao độ sụt biểu thị sự thay đổi không mong muốn trong tỷ lệ thành phần hỗn hợp bê tông và tỷ lệ thành hỗn hợp sau đó đƣợc điều chỉnh để đảm bảo mẻ trộn bê tông tính nhất quán Tính đồng nhất này đảm bảo nâng cao chất lƣợng và tính toàn vẹn của kết cấu ninh kết của bê tông

Việc xác định độ sụt của hỗn hợp bê tông đƣợc thực hiện theo Tiêu chuẩn Việt Nam: TCVN 3106: 1993 Hỗn hợp bê tông nặng – Phương pháp thử - Phương pháp xác định độ sụt [34] Độ sụt (ký hiệu: S) là chỉ tiêu quan trọng nhất trong tính công tác của hỗn hợp bê tông, nó đánh giá khả năng dễ chảy của hỗn hợp dưới tác dụng của trọng lƣợng bản thân hoặc rung động, đảm bảo khả năng dễ thi công Độ sụt được xác định bằng côn sụt hình nón cụt Abrams; kích thước bên trong của côn sụt Abrams sử dụng phụ thuộc vào đường kính lớn nhất của cốt liệu lớn, đƣợc thể hiện trong bảng 2-12

Bảng 2 9 Kích thước bên trong của côn sụt Abrams

Kích thước, mm N 0 -1 N 0 -2 Đường kính đáy trên 100 150 Đường kính đáy trên 200 300

Trong bảng 2-12: kích thước N 0 -1 dùng cho hỗn hợp bê tông có đường kính cốt liệu không quá 40 mm, kích thước N 0 -2 dùng cho hỗn hợp bê tông có đường kính cốt liệu 70 ÷ 100 mm Đề tài sử dụng loại côn sụt N 0 -1 Để xác định độ sụt, ta đổ hỗn hợp bê tông vào đầy khuôn nón cụt bằng

3 lớp, mỗi lớp đầm 25 lần, sau đó rút khuôn lên và đo độ sụt Để đánh giá khả năng giữ độ sụt trong thi công, đề tài sử dụng hai chỉ tiêu độ sụt: độ sụt ban đầu (độ sụt sau 1 phút - S1) là độ sụt đƣợc xác định ngay sau khi kết thúc nhào trộn hỗn hợp; độ sụt sau 30 phút (S 30 ) là độ sụt của hỗn hợp đƣợc xác định sau 30 phút kể từ khi kết thúc nhào trộn hỗn hợp Đề tài sử dụng dụng cụ để xác định độ sụt là côn sụt của Phòng thí nghiệm Vật liệu xây dựng – Trung tâm Thí nghiệm thực hành Khoa Cơ điện và Công trình – Đại học Lâm nghiệp Loại côn sụt này có kích thước tương đương loại N 0 -1 Hình ảnh cụ thể về côn sụt và quá trình làm thí nghiệm được thể hiện ở Hình 2-2

Hình 2 2 Dụng cụ và thí nghiệm đo độ sụt của hỗn hợp bê tông

Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của bê tông

Cương độ chịu nén fà khả năng chịu nén của mẫu bê tông, mẫu để đo cường độ có kích thước 100 x100 x100mm; 150 x150 x150mm; 200 x 200 x 200mm đƣợc thực hiện theo điều kiện tiêu chuẩn trong thời gian 28 ngày Trong kết cấu xây dựng, bê tông chịu nhiều tác động khác nhau: chịu nén, uốn, kéo, trượt, trong đó chịu nén là ưu thế lớn nhất của bê tông Do đó, người ta thường lấy cường độ chịu nén là chỉ tiêu đặc trưng để đánh giá chất lượng bê tông, gọi là mác bê tông

Việc xác định cường độ chịu nén của bê tông được thực hiện theo Tiêu chuẩn Việt Nam: TCVN 3118: 1993 Bê tông nặng – Phương pháp thử - Phương pháp xác định cường độ nén [35]

Cường độ chịu nén (R b ) là chỉ tiêu tính chất quan trọng nhất của bê tông Cường độ chịu nén của bê tông được xác định bằng thí nghiệm nén mẫu bê tông (hình lập phương 15x15x15cm hoặc hình trụ d = 15 cm, h = 2d) dƣỡng hộ 28 ngày trong điều kiện tiêu chuẩn (T = 27 ± 2 0 C, Wkk = 90 ÷ 100%) hoặc ở các ngày tuổi yêu cầu

Chuẩn bị mẫu thử nén theo nhóm mẫu Mẫu nhóm mẫu gồm tối thiểu 3 viên mẫu (hình lập phương hoặc hình trụ) Khi sử dụng bê tông khoan cắt từ kết cấu, nếu không có đủ 3 viên thì đƣợc phép lấy 2 viên làm một nhóm mẫu thử

Việc lấy hỗn hợp bê tông, đúc bảo dƣỡng, khoan cắt mẫu bê tông và chọn kích thước viên mẫu thử nén phải được tiến hành theo TCVN 3105:

Mẫu chuẩn để xác định cường độ nén của bê tông là viên mẫu lập phương kích thước 150 x 150 x 150mm Các viên mẫu lập phương kích thước khác viên chuẩn và các viên mẫu bê tông hình trụ sau khi thử nén phải đƣợc tính đổi kết quả thử về cường độ viên chuẩn

Kết cấu sản phẩm yêu cầu thử mẫu để nghiệm thu thi công hoặc đƣa vào sửa dụng ở tuổi trạng thái nào thì phải thử nén các viên mẫu ở đúng tuổi và trạng thái đó

Kiểm tra và chọn hai mặt chịu nén của các viên mẫu thử sao cho:

- Khe hở lớn nhất giữa chúng với thước thẳng đặt áp sát xoay theo các phương không vượt quá 0,05mm trên 100mm tính từ điểm tì thước

- Khe hở lớn nhất giữa chúng với thành thước kẻ góc vuông khi đặt thành kia áp sát các mặt kề bên của mẫu lập phương hoặc các đường sinh của mẫu bê tông trụ không vượt quá 1mm trên 100nm tính từ điểm tì thước trên mặt kiểm tra

- Đối với các viên mẫu lập phương và các viên nửa dầm đã uốn không lấy mặt tạo bởi đáy khuôn đúc và mặt hở để đúc mẫu làm hai mặt chịu nén

Trong trường hợp các mẫu thử không thoả mãn các yêu cầu, mẫu phải đƣợc gia công lại bằng cách mài bớt hoặc làm phẳng mặt bằng một lớp hồ xi măng cứng đanh không dày quá 2mm Cường độ của lớp xi măng này khi thử phải không được thấp hơn một nửa cường độ dự kiến sẽ đạt của mẫu bê tông

- Xác định diện tích chịu lực của mẫu bê tông

+ Đo chính xác tới 1mm các cặp cạnh song song của hai mặt chịu nén (đối với mẫu lập phương) các cặp đường kính vuông góc với nhau từng đôi một trên từng mặt chịu nén (đối với mẫu trụ), xác định diện tích hai mặt chịu nén trên và dưới theo các giá trị trung bình của các cặp cạnh hoặc các cặp đường kính đã đo Diện tích chịu lực nén của mẫu khi đó chính là trung bình số học diện tích của hai mặt

+ Diện tích chịu lực khi thử các nửa viên dầm đã uốn gãy đƣợc tính bằng trung bình số học diện tích các phần chung giữa các mặt chịu nén phía trên và phía dưới với các đệm thép truyền lực tương ứng

- Xác định tải trọng phá hoại mẫu

+ Chọn thang lực thích hợp của máy để khi nén tải trọng phá hoại nằm trong khoảng 20 – 80% tải trọng cực đại của thang lực nén đã chọn Không đƣợc nén mẫu bê tông ngoài thang lực trên

+ Đặt mẫu vào máy nén sao cho một mặt chịu nén đã chọn nằm đúng tâm thớt dưới của máy Vận hành máy cho mặt trên của mẫu nhẹ nhàng tiếp cận với thớt trên của máy Tiếp đó tăng tải liên tục với tốc độ quy định cho tới khi mẫu bị phá hoại Dùng tốc độ gia tải nhỏ đối với các mẫu bê tông có cường độ thấp, tốc độ gia tải lớn đối với các mẫu bê tông cường độ cao

+ Lực tối đa đạt đƣợc là giá trị tải trọng phá hoại mẫu

Cường độ nén mẫu bê tông từng viên (R) được tính bằng daN/cm 2 (KG/cm 2 ) theo công thức:

P – Tải trọng phá hoại, tính bằng daN;

F – Diện tích chịu lực nén của viên mẫu, tính bằng cm 2 ; α – Hệ số tính đổi kết quả thử nén các viên mẫu bê tông kích thước khác viên chuẩn về cường độ của viên mẫu chuẩn kích thước 150 x 150 x 150mm Giá trị α lấy theo bảng 2-13

Bảng 2 10 Hệ số điều chỉnh khi kích thước mẫu không tiêu chuẩn

Hình dáng và kích thước của mẫu (mm) Hệ số tính đổi

Cường độ chịu nén của bê tông được xác định từ các giá trị cường độ nén của các viên trong tổ mẫu bê tông nhƣ sau:

+ So sánh các giá trị cường độ nén lớn nhất và nhỏ nhất với cường độ nén của viên mẫu trung bình

+ Nếu cả hai giá trị đo đều không lệch quá 15% so với cường độ nén của viên mẫu trung bình thì cường độ nén của bê tông được tính bằng trung bình số học của ba kết quả thử trên ba viên mẫu Nếu một trong hai giá trị đó lệch quá 15% so với cường độ nén của viên mẫu trung bình thì bỏ cả hai kết quả lớn nhất và nhỏ nhất Khi đó cường độ nén của bê tông là cường độ nén của một viên mẫu còn lại

KẾ THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA BÊ TÔNG RƠM

Các phương pháp thiết kế thành phần bê tông

Thiết kế thành phần bê tông là lựa chọn tỷ lệ hợp lý các vật liệu thành phần cho 1m3 bê tông sao cho đảm bảo các yêu cầu kinh tế, kỹ thuật Kết quả tính toán thường được biểu thị bằng tỉ số về khối lượng hay thể tích trên một đơn vị khối lƣợng và thể tích xi măng

Các phương pháp thường được sử dụng để thiết kế thành phần bê tông có thể đƣợc phân làm 3 nhóm: tra bảng hoàn toàn, thực nghiệm hoàn toàn và tính toán lý thuyết kết hợp thực nghiệm

- Phương pháp tra bảng hoàn toàn: Đây là phương pháp dựa vào các bảng biểu đã được lập sẵn theo kinh nghiệm Căn cứ vào mác xi măng, cỡ hạt lớn nhất của cốt liệu, độ sụt của mác bê tông cần chế tạo, dung tra bảng để xác định sơ bộ thành phần vật liệu cho 1 m 3 bê tông Phương pháp này đơn giản, thuận lợi cho người sản xuất nhưng không bám sát thực tế vật liệu Do đó, phương pháp này chỉ nên áp dụng khi khối lượng bê tông ít, mác bê tông thấp và thông thường dùng để lập dự toán xây dựng

- Phương pháp thực nghiệm hoàn toàn:

Dựa vào một số vật liệu nhất định, tiến hành chế tạo mẫu với các thành phần cấp phối khác nhau Đem các mẫu đi kiểm tra các yêu cầu kỹ thuật và lập bảng cấp phối ứng với cường độ tương ứng cho riêng loại vật liệu đó Phương pháp này tương đối tốn kém cho công tác thí nghiệm và phạm vi sử dụng hạn hẹp (vì chỉ áp dụng đƣợc đối với loại vật liệu thí nghiệm) nhƣng cho kết quả chính xác và phù hợp với thực tế vật liệu Người ta dùng phương pháp này thì khối lƣợng bê tông lớn hoặc khi thiết kế cấp phối một loại bê tông đặc biệt chƣa có trong tiêu chuẩn

- Phương pháp tính toán kết hợp thực nghiệm:

Việc thiết kế thành phần bê tông đƣợc dựa trên cơ sở tính toán lý thuyết, trong đó có dựa vào một số bảng tra có sẵn; đồng thời làm thí nghiệm kiểm tra một số chỉ tiêu tính chất cơ bản để hiệu chỉnh các thành phần vật liệu Trình tự thực hiện nhƣ sau:

+ Lựa chọn các thành phần định hướng;

+ Chế tạo mẫu, kiểm tra các yêu cầu kỹ thuật và điều chỉnh lại cấp phối cho hợp lý;

+ Lựa chọn thành phần chính;

+ Chuyển thành phần chính thức sang thành phần bê tông hiện trường Phương pháp này có nhiều ưu điểm hơn vì vừa kết hợp tính toán vừa kết hợp thực tế vật liệu nhƣng không tốn kém nhiều chi phí thí nghiệm Phương pháp tính toán kết hợp thực nghiệm hiện nay đang được dùng rộng rãi đối với các loại bê tông thường.

Xác định phương pháp thiết kế thành phần bê tông rơm

Đề tài áp dụng phương pháp tính toán lý thuyết kết hợp thực nghiệm để thiết kế thành phần cơ bản của bê tông nhẹ sử dụng rơm làm chất độn; cụ thể:

- Tính toán lý thuyết thành phần của bê tông nền (bê tông thường);

- Thành phần bê tông nhẹ đƣợc xác định từ việc dùng rơm làm chất độn thay một phần cốt liệu lớn qua thực nghiệm thử dần: trực quan quá trình nhào trộn và đúc mẫu Trình tự các bước thực hiện như sau:

Bước 1: Xác định lượng nước nhào trộn (N);

Bước 2: Xác định tỉ lệ xi măng – nước (X/N);

Bước 3: Xác định lượng xi măng (X);

Bước 4: Xác định lượng cốt liệu lớn (Đ) và cốt liệu nhỏ (C);

Bước 5: Xác định lượng rơm thay thế cốt liệu lớn (R);

Bước 6: Kiểm tra bằng thực nghiệm và hiệu chỉnh.

Trình tự và kết quả tính toán lý thuyết thành phần bê tông nền

3.3.1 Xác định lượng nước nhào trộn Để xác định lượng nước nhào trộn (N), đề tài căn cứ các điều kiện về nguyên vật liệu và yêu cầu thiết kế:

Chọn cấp độ bền của loại bê tông thiết kế là B15 (cường độ chịu nén trung bình Rb = 20MPa);

Dùng cấp phối đá dăm có đường kính danh định lớn nhất D max 20mm;

Dựa vào yêu cầu Độ sụt hoặc Độ cứng, xác định lượng nước nhào trộn

N từ bảng tra; Độ sụt của hỗn hợp bê tông thường được lựa chọn dựa theo phương pháp thi công, thể hiện ở Bảng 3-1 [8]

Bảng 3 1 Độ sụt hỗn hợp bê tông nên dùng cho dạng kết cấu

SN, cm ĐC, giây SN, cm

Bê tông nền - móng công trình 1÷2 25÷35 2÷3

Bê tông khối lớn ít hay không có cốt thép 2÷4 15÷25 3÷6 Bản, dầm, cột, lanh tô, ô văng,… 4÷6 12÷15 6÷8

Bê tông có hạm lƣợng cốt thép trung bình 6÷8 10÷12 8÷12

Bê tông có hàm lƣợng cốt thép dày 8÷12 5÷10 12÷15

Bê tông đổ trong nước 12÷18 < 5 -

Bê tông xi măng mặt đường 1÷4 25÷35 2÷6

Lượng nước nhào trộn ban đầu được lựa chọn theo Bảng 3-2 Lượng nước xác định từ Bảng 3-2 tương ứng với sử dụng loại cát hạt thô có độ ẩm 7% và độ ẩm của cốt liệu lớn không đáng kể; nếu độ ẩm thực tế của cát và cốt liệu thô tại thời điểm trộn hỗn hợp khác với các giá trị này thì sẽ phải hiệu chỉnh lại lượng nước nhào trộn

Với các số liệu về các loại cốt liệu: cấp phối đá dăm có đường kính danh định lớn nhất D max = 20mm và cát hạt thô có độ ẩm 7%; mục tiêu độ sụt của hỗn hợp là 2 - 6cm (bê tông ít hoặc không sử dụng cốt thép), đề tài xác định lượng nước nhào trộn hỗn hợp ban đầu cho 1m 3 bê tông nằm trong khoảng 190 - 205 lít (Bảng 3-2) [8]

Bảng 3 2 Lượng nước dùng trộn bê tông Độ cứng

(ĐC) (giây) Độ sụt (SN) (cm)

Lượng nước ứng với loại cốt liệu lớn và D max

3.3.2 Xác định tỉ lệ xi măng/nước Để xác định tỉ lệ xi măng/nước nhào trộn (X/N), đề tài sử dụng công thức Bolomey – Skramtaev [8] :

- Đối với bê tông thường (X/N = 1,4÷2,5): yc x

- Đối với bê tông cường độ cao (X/N > 2,5): yc

N  A R  0,5 (3-2) Trong đó : R x - cường độ (mác) của xi măng (Rx = 40MPa);

Ryc - cường độ chịu nén yêu cầu của bê tông 28 ngày tuổi;

A và A1 - hệ số chất lƣợng vật liệu, lấy theo Bảng 3-3

Bảng 3 3 Hệ số chất lượng vật liệu

Các loại đá dăm và cát sử dụng có chất lượng tương đối tốt, đề tài lựa chọn hệ số A = 0,60

Thay các thông số vào công thức tính toán, đề tài xác định đƣợc tỉ lệ xi măng – nước (X/N) là 1,42

3.3.3 Xác định lượng xi măng Để xác định lƣợng xi măng đề tài dựa vào tỷ lệ X/N đã xác định đƣợc ở bước thực hiện trước:

Từ lượng nước N là 205 lít và tỷ lệ X/N là 1,42, đề tài xác định được lƣợng xi măng sử dụng cho 1m 3 bê tông là 292kg

Sau khi xác định đƣợc lƣợng xi măng, cần so sánh với lƣợng xi măng tối thiểu (Xmin) và tối đa (Xmax) đƣợc quy định theo từng tiêu chuẩn:

- Theo ASTM: Xmin = 300kg/m 3 bê tông;

- Theo TC Pháp: Xmin = (250 + Rb)/D 1/3

- Theo TCVN: X max = 475kg/m 3 bê tông (TCVN 272-05);

Xmin phụ thuộc phương pháp thi công và điều kiện làm viêc của kết cấu công trình, xác định theo Bảng 3-4

Vậy lƣợng xi măng tính toán ban đầu đảm bảo quy định về hàm lƣợng tối thiểu và tối đa theo tiêu chuẩn Việt Nam

Bảng 3 4 Lượng xi măng tối thiểu theo TCVN Điều kiện làm việc của kết cấu công trình

Phương pháp đầm chặt Bằng tay Bằng máy

Trực tiếp tiếp xúc với nước 265 240

Bị ảnh hưởng của mưa gió không có phương tiện bảo vệ 250 220

Không bị ảnh hưởng của mưa gió 220 200

3.3.4 Xác định lượng cốt liệu lớn và cốt liệu nhỏ

3.3.4.1 Xác định lượng cốt liệu lớn

Việc tính toán xác định lƣợng cốt liệu lớn (đá dăm - Đ) dùng cho 1m 3 bê tông đƣợc thực hiện theo công thức sau [8] : d D oD aD Đ 1000 ;kg k r 1

Trong đó: rD – độ rỗng của đá dăm; kd – hệ số dƣ vữa, xác định theo Bảng 3-5:

Bảng 3 5 Hệ số dư vữa trong bê tông

Lƣợng XM trong 1m 3 bê tông

Hệ số dƣ vữa k d Đá dăm Sỏi

Theo kết quả tính toán ở trên, đề tài đã sơ bộ lựa chọn đƣợc lƣợng xi măng là 292kg, vậy từ Bảng 3-5 có thể lấy hệ số dƣ vữa k d là 1,36 γ 0D - khối lƣợng thể tích của đá dăm, kg/lít; γaD - khối lƣợng riêng của đá dăm, kg/lít

Loại đá dăm sử dụng có các thông số kỹ thuật sau:

Khối lƣợng thể tích: γ0D = 1,48g/cm 3 ; Khối lƣợng riêng: γ aD = 2,8g/cm 3 ; Độ rỗng: rD = 0,47

Thay các thông số vào công thức tính toán, đề tài xác định đƣợc lƣợng đá dăm (Đ) dùng cho 1m 3 bê tông: Đ = 1197kg

3.3.4.2 Xác định lượng cốt liệu nhỏ

Sau khi xác định được lượng nước nhào trộn (N), lượng xi măng (X) và lƣợng đá dăm (Đ), việc các định lƣợng cốt liệu nhỏ (cát - C) cho 1m 3 bê tông đƣợc thực hiện theo công thức sau [8] : aC aX aD

        (3-5) Trong đó:γaX, γaD và γaC - lần lƣợt là khối lƣợng riêng của xi măng, của đá dăm và của cát, kg/lít; với xi măng và các loại cốt liệu đã lựa chọn sử dụng có các thông số kỹ thuật sau:

Khối lƣợng riêng của xi măng: γ aX = 3,05 kg/lít;

Khối lƣợng riêng của đá dăm: γaD = 2,8 kg/lít; Khối lƣợng riêng của cát: γaC = 2,75 kg/lít Thay các thông số vào công thức tính toán, đề tài xác định đƣợc lƣợng cát (C) dùng cho 1m 3 bê tông:

3.3.5 Tổng hợp kết quả tính toán lý thuyết

Tổng hợp kết quả tính toán lý thuyết các thành phần vật liệu chế tạo bê tông đƣợc thể hiện ở Bảng 3-6

Bảng 3 6 Kết quả tính toán lý thuyết các thành phần vật liệu

D (kg) C (kg) X (kg) N (lít) R (kg)

THỰC NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH THÀNH PHẦN BÊ TÔNG

Phương án nghiên cứu

Để hiệu chỉnh thành phần bê tông rơm, đề tài thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng rơm đến tính công tác, đến khối lượng thể tích và đến cường độ chịu nén của bê tông, từ kết quả thiết kế các thành phần vật liệu cơ bản cho bê tông rơm, đề tài chế tạo và xác định các tính năng với các nhóm mẫu có hàm lượng rơm khô biến đổi trong khoảng tương ứng 10 ÷ 18% (so với khối lƣợng xi măng); cụ thể về các thành phần vật liệu chế tạo các nhóm mẫu đƣợc ghi ở Bảng 4-1

Bảng 4 1 Thành phần vật liệu chế tạo các nhóm mẫu

Nhóm mẫu D (kg) C (kg) X (kg) N (lít) R (kg)

Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng sợi tới độ sụt

4.2.1 Kết quả thí nghiệm độ sụt

Kết quả thí nghiệm độ sụt ban đầu (S1) và độ sụt sau 30 phút (S30) với các mẫu hỗn hợp bê tông rơm có hàm lượng rơm thay đổi các khoảng tương ứng 10%; 12%; 14%; 16% và 18% đƣợc ghi ở Bảng 4-2

Bảng 4 2 Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của hàm lượng rơm tới độ sụt

(%) Độ sụt của hỗn hợp, cm

Lần 1 Lần 2 Lần 3 Trung bình

4.2.2 Phân tích sự ảnh hưởng tới độ sụt Đồ thị quan hệ giữa hàm lƣợng rơm và độ sụt của các nhóm mẫu hỗn hợp bê tông rơm đƣợc thể hiện ở Hình 4-1

Hình 4 1 Đồ thị quan hệ hàm lượng rơm và độ sụt

Từ kết quả ở bảng 4-2 cho thấy: độ sụt của hỗn hợp bê tông về cơ bản thỏa mãn yêu cầu, tuy nhiên có 01 nhóm mẫu không đo đƣợc độ sụt do sau khi lèn hỗn hợp trong cột sụt và rút côn lên thì hỗn hợp vẫn bám chặt trong côn (hỗn hợp không tụt ra khỏi côn – không đảm bảo tính công tác)

Quan hệ giữa hàm lƣợng rơm và độ sụt của hỗn hợp có thể đƣợc mô tả bởi các công thức (4-1) và (4-2)

S1 – độ sụt của hỗn hợp ngay sau nhào trộn, cm;

S 30 – độ sụt của hỗn hợp ngay sau nhào trộn 30 phút, cm;

R – hàm lƣợng rơm sử dụng (tỉ lệ phần trăm về khối lƣợng rơm khô so với xi măng), %.

Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng sợi tới khối lượng thể tích

4.3.1 Kết quả thí nghiệm khối lượng thể tích

Kết quả thí nghiệm khối lƣợng thể tích ở trạng thái khô tự nhiên (γ k ) và ở trạng thái bão hòa nước (γ bh ) của các mẫu bê tông rơm có hàm lượng rơm thay đổi ở các khoảng tương ứng 10%; 12%; 14%; 16% và 18% được ghi ở Bảng 4-3

Bảng 4 3 Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của hàm lượng rơm tới KLTT

Khối lƣợng thể tích (g/cm 3 )

Lần 1 Lần 2 Lần 3 Trung bình γ k γ bh γ k γ bh γ k γ bh γ k γ bh

4.3.2 Phân tích sự ảnh hưởng tới khối lượng thể tích Đồ thị quan hệ giữa hàm lƣợng rơm và khối lƣợng thể tích của các nhóm mẫu bê tông rơm đƣợc thể hiện ở Hình 4-2

Từ kết quả ở bảng 4-3 cho thấy: khối lƣợng thể tích của bê tông về cơ bản đều đảm bảo phù hợp với quy định của tiêu chuẩn Việt Nam về bê tông nhẹ (bê tông nhẹ có γ < 1,9T/m 3 )

Hình 4 2 Đồ thi quan hệ hàm lượng rơm và khối lượng thể tích

Quan hệ giữa hàm lƣợng rơm và khối lƣợng thể tích có thể đƣợc mô tả bởi các công thức (4-3) và (4-4) γ k = - 0,0172R + 2,0324 (4-3) γ bh = - 0,0353R + 2,5207 (4-3)

Khối lƣợng thể tích, g/cm3

28 ngày - bão hòaLinear (28 ngày - khô tự nhiên) Linear (28 ngày - bão hòa) γk – khối lƣợng thể tích của bê tông độn rơm ở trạng thái khô tự nhiên trong điều kiện phòng thí nghiệm ở tuổi 28 ngày, g/cm 3 ; γ bh – khối lƣợng thể tích của bê tông độn rơm ở trạng thái ngâm bão hòa nước sau 3 giờ, g/cm 3 ;

R – hàm lƣợng rơm sử dụng (tỉ lệ phần trăm về khối lƣợng rơm khô so với xi măng), %.

Khảo sát ảnh hưởng tới cường độ chịu nén

4.4.1 Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén

Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén ở trạng thái khô tự nhiên (Rb) và ở trạng thái bão hòa nước (Rbh) của các mẫu bê tông rơm có hàm lượng rơm thay đổi các khoảng tương ứng 10%; 12%; 14%; 16% và 18% ở tuổi 28 ngày đƣợc ghi ở Bảng 4-4

Bảng 4-4 Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của hàm lượng rơm tới cường độ chịu nén

Bảng 4 4 Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của hàm lượng rơm tới cường độ chịu nén

Cường độ chịu nén (MPa)

Lần 1 Lần 2 Lần 3 Trung bình

4.4.2 Phân tích sự ảnh hưởng tới cường độ chịu nén Đồ thị quan hệ giữa hàm lượng rơm và cường độ chịu nén của các nhóm mẫu bê tông rơm đƣợc thể hiện ở Hình 4-3

Hình 4 3 Đồ thị quan hệ hàm lượng rơm và cường độ chịu nén

Từ kết quả ở bảng 4-4 cho thấy: cường độ của bê tông về cơ bản đều đảm bảo phù hợp với quy định của tiêu chuẩn Việt Nam về bê tông nhẹ (bê tông nhẹ có Rb = 1,5 ÷ 50MPa)

Quan hệ giữa hàm lượng rơm và cường độ chịu nén có thể được mô tả bởi các công thức (4-5) và (4-6)

R b – cường độ của bê tông độn rơm ở trạng thái khô tự nhiên trong điều kiện phòng thí nghiệm ở tuổi 28 ngày, MPa;

Rbh – cường độ của bê tông độn rơm ở tuổi 28 ngày và ngâm bão hòa nước sau 3 giờ, MPa;

R – hàm lƣợng rơm sử dụng (tỉ lệ phần trăm về khối lƣợng rơm khô so với xi măng), % y = -0,2251x + 6,6985 R² = 0,9954 y = -0,367x + 9,9907 R² = 0,9971

28 ngày - khô tự nhiên Linear (28 ngày - bão hòa)Linear (28 ngày - khô tự nhiên)

Quan hệ khối lượng thể tích và cường độ chịu nén

Kết quả thí nghiệm khối lượng thể tích và cường độ chịu nén của các mẫu bê tông rơm có hàm lượng rơm thay đổi các khoảng tương ứng 10%; 12%; 14%; 16% và 18% đƣợc ghi ở Bảng 4-2, Bảng 4-3 và Bảng 4-4

4.5.2 Phân tích quan hệ khối lượng thể tích và cường độ chịu nén Đồ thị quan hệ giữa khối lượng thể tích và cường độ chịu nén của các nhóm mẫu bê tông rơm đƣợc thể hiện ở Hình 4-4

Hình 4 4 Đồ thị quan hệ khối lượng thể tích và cường độ chịu nén

Từ kết quả thí nghiệm và đồ thị ở Hình 3-4 cho thấy: cường độ của bê tông độn rơm tỉ lệ nghịch với khối lƣợng thể tích Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài, quan hệ giữa khối lượng thể tích và cường độ chịu nén có thể được mô tả bởi các công thức (4-7) và (4-8)

Khối lƣợng thể tích, g/cm3

28 ngày - khô tự nhiên Linear (28 ngày - bão hòa)Linear (28 ngày - khô tự nhiên)

R b – cường độ của bê tông độn rơm ở trạng thái khô tự nhiên trong điều kiện phòng thí nghiệm ở tuổi 28 ngày, MPa;

Rbh – cường độ của bê tông độn rơm ở tuổi 28 ngày và ngâm bão hòa nước sau 5 giờ, g/cm 3 ; γk – khối lƣợng thể tích của bê tông độn rơm ở trạng thái khô tự nhiên trong điều kiện phòng thí nghiệm, g/cm 3 ; γ bh – khối lƣợng thể tích của bê tông độn rơm ở trạng thái ngâm bão hòa nước sau 3 giờ, g/cm 3

KẾT LUẬN – TỒN TẠI – KIẾN NGHỊ

Qua quá trình nghiên cứu, đề tài đã đạt đƣợc một số kết quả cùng với các kết luận cơ bản nhƣ sau:

- Việc nghiên cứu sử dụng hợp lý nguồn phế thải rơm rạ là cần thiết, nó không chỉ đơn thuần có ý nghĩa về kinh tế mà còn mang ý nghĩa đặc biệt về môi trường; trong khi đó, cả trên thế giới và trong nước số lượng các nghiên cứu về sử dụng rơm rạ, đặc biệt là sử dụng rơm rạ làm vật liệu xây dựng còn rất hạn chế

- Bằng phương pháp tính toán kết hợp thực nghiệm, đề tài đã thiết kế đƣợc thành phần cơ bản của bê tông nhẹ sử dụng chất độn rơm; qua kết quả thí nghiệm kiểm tra cho thấy: hỗn hợp bê tông độn rơm với hàm lƣợng các vật liệu thành phần lựa chọn đã đảm bảo tính công tác, đồng thời đạt yêu cầu về chỉ tiêu khối lượng thể tích và cường độ quy định với bê tông nhẹ

- Từ kết quả thí nghiệm của các nhóm mẫu cũng chỉ ra rằng, hàm lƣợng chất độn rơm ảnh hưởng rõ rệt đến tính công tác của hỗn hợp, đến cường độ và đến khối lƣợng thể tích của bê tông Trên cơ sở yêu cầu về các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản (tính công tác của hỗn hợp; cường độ và khối lượng thể tích của bê tông), lựa chọn hàm lƣợng chất độn rơm hợp lý trong khoảng 10 – 16%

- Từ kết quả thí nghiệm bước đầu có thể nhận thấy, bê tông sử dụng chất độn rơm với thành phần lựa chọn hợp lý sẽ đáp ứng đƣợc yêu cầu quy định với bê tông nhẹ dùng trong xây dựng công trình

Qua quá trình nghiên cứu, đề tài cũng nhận ra một số điểm còn hạn chế chƣa giải quyết đƣợc nhƣ sau:

- Chỉ tiêu nghiên cứu chƣa nhiều, chƣa đầy đủ: mới chỉ nghiên cứu về tính công tác, khối lượng thể tích và cường độ chịu nén;

- Số lƣợng mẫu thí nghiệm còn hạn chế: kết quả thí nghiệm mới chỉ là các trị số trung bình, chƣa xác định đƣợc các trị số đặc trƣng;

- Chƣa nghiên cứu đƣợc các tính chất cơ – lý – hóa của rơm và các phương pháp xử lý sợi rơm để tìm ra phương pháp sử dụng tối ưu

Qua quá trình nghiên cứu, trên cơ sở các kết quả đạt đƣợc và những điểm hạn chế, đề tài kiến nghị một số vấn đề nhƣ sau:

- Việc nghiên cứu sử dụng rơm làm vật liệu xây dựng là cấn thiết và có nhiều ý nghĩa nên cần đƣợc tiếp tục;

- Cần có nghiên cứu các tính chất cơ – lý – hóa của rơm và phương pháp xử lý sợi rơm để tìm ra phương pháp sử dụng sợi rơm làm chất độn bê tông sao cho vừa đảm bảo tính kỹ thuật, vừa đảm bảo tính kinh tế, cũng nhƣ tính khả thi cho địa bàn nông nghiệp – nông thôn;

- Cần nghiên với số lƣợng mẫu đủ lớn, đồng thời nghiên cứu thêm một số chỉ tiêu quan trọng khác của loại bê tông tạo ra nhƣ: tính cách âm, tính cách nhiệt, độ bền nước, tính thấm nước, để có các kết luận toàn diện hơn

[1] Larisa Brojan, Alja Petric và Peggi L.Clouston A COMPARATIVE STUDY

OF BRICK AND STRAW BALE WALL SYSTEMS FROM

ENVIRONMENTAL, ECONOMICAL AND ENERGY PERSPECTIVES ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 2013 1: 920-926

[2] Larisa Brojan, Peggi L Clouston Advantages and disadvantages of straw-bale buiding Architecture Research, 2014 1: 21-26

[3] Muhammad Usman Farooqi và Majid Ali Compressive Behavior of Wheat Straw Reinforced Concrete for Pavement Applications Fourth International Conference on Sustainable Construction Materials and Technologies, Las Vegas, USA, August 7-11, 2016

[4] Jun Liu, Honghong Zhou và Bing Zhang Effect of Rice Straw Amount Portion on Physical Properties of Adding Admixtures Hollow Block Advanced Materials Research, 2012: 727-732

[5] Andrew Alcorn và Michael Donn Life Cycle Potential of Strawbale and Timber for Carbon Sequestration in House Construction Coventry University and the University of Wisconsin Milwaukee Centre for By-products Utilization, Second International Conference on Sustainable Construction Materials and Technologies, June 28 – June 30, 2010

[6] Min Hall Earth and Straw Bale: An investigation of their performance and potential as building materials in New Zealand Victoria University of Wellington, Master thesis of Architecture 2012

[7] Behzad Sodagar, Deepak Rai, Barbara Jones, Jakub Wihan và Dr Rosi Fieldson The carbon reduction potential of strawbale housing Building Research & Information, 2011, 39 (1): 727-732

[8] Phạm Duy Hữu cùng các tác giả Vật liệu xây dựng 2011 Nhà xuất bản Giao thông vân tải, Hà Nội, 2011

[9] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2682: 2009 – Xi măng Poóc lăng – Yêu cầu kỹ thuật Hà Nội, 2009

[10] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7570: 2006 – Cốt liệu cho bê tông và vữa – Yêu cầu kỹ thuật Hà Nội, 2006

[11] Tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN 302: 2004 – Nước trộn bê tông và vữa – Yêu cầu kỹ thuật Hà Nội, 2004

[12] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 8826: 2011 – Phụ gia hóa học cho bê tông Hà Nội, 2011

[13] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6016: 1995 – Xác định giới hạn bền nén của xi măng Hà Nội, 1995

[14] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6017: 1995 – Xác định thời gian đông kết và lượng nước tiêu chuẩn của xi măng Hà Nội, 1995

[15] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7572-2: 2006 - Cốt liệu cho bê tông và vữa - Phương pháp thử - Phần 2: Xác định thành phần hạt Hà Nội, 2006

[16] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7572-4: 2006 - Cốt liệu cho bê tông và vữa - Phương pháp thử - Phần 4: Xác định khối lượng riêng, khối lượng thể tích và độ hút nước Hà Nội, 2006

[17] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7572-5: 2006 - Cốt liệu cho bê tông và vữa - Phương pháp thử - Phần 5: Xác định khối lượng riêng, khối lượng thể tích và độ hút nước của đá gốc và hạt cốt liệu lớn Hà Nội, 2006

[18] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7572-6: 2006 - Cốt liệu cho bê tông và vữa - Phương pháp thử - Phần 6: Xác định khối lượng thể tích xốp và độ hổng Hà Nội, 2006

[19] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7572-8: 2006 - Cốt liệu cho bê tông và vữa - Phương pháp thử - Phần 8: Xác định hàm lượng bùn, bụi, sét trong cốt liệu và hàm lƣợng sét cục trong cốt liệu nhỏ Hà Nội, 2006

[20] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7572-9: 2006 - Cốt liệu cho bê tông và vữa - Phương pháp thử - Phần 9: Xác định tạp chất hữu cơ Hà Nội, 2006

[21] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7572-10: 2006 - Cốt liệu cho bê tông và vữa - Phương pháp thử - Phần 10: Xác định cường độ và hệ số hoá mềm của đá gốc

[22] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6016: 1995 – Xác định giới hạn bền nén của xi măng Hà Nội, 1995

[23] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6017: 1995 – Xác định thời gian đông kết và lượng nước tiêu chuẩn của xi măng Hà Nội, 1995

[24] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7572-2: 2006 - Cốt liệu cho bê tông và vữa - Phương pháp thử - Phần 2: Xác định thành phần hạt Hà Nội, 2006

[25] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7572-4: 2006 - Cốt liệu cho bê tông và vữa - Phương pháp thử - Phần 4: Xác định khối lượng riêng, khối lượng thể tích và độ hút nước Hà Nội, 2006