Nghiên cứu chế tạo bê tông xi măng sử dụng cốt liệu nghiền từ bê tông phế thải cấp trường

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG - MÃ SỐ T2017-KTXD-06 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI MỤC TIÊU ĐỀ TÀI ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU CÁCH TIẾP CẬN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU NỘI DUNG ĐỀ TÀI CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG SỬ DỤNG CỐT LIỆU NGHIỀN TỪ BÊ TÔNG PHẾ THẢI 1.1 TỔNG QUAN VỀ CỐT LIỆU NGHIỀN TỪ BÊ TÔNG PHẾ THẢI 1.1.1 Phế thải xây dựng tái chế phế thải xây dựng 1.1.1.1 Phế thải xây dựng 1.1.1.2 Tái chế phế thải xây dựng làm cốt liệu cho bê tông 11 1.1.2 Tình hình nghiên cứu sử dụng cốt liệu nghiền từ bê tông phế thải chế tạo bê tơng xi măng 13 1.2 CÁC ĐẶC TÍNH CƠ-LÝ CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG CỐT LİỆU NGHİỀN TỪ BÊ TÔNG PHẾ THẢI 17 1.2.1 Các nghiên cứu bê tông sử dụng cốt liệu nghiền từ bê tông phế thải giới 17 1.2.2 Các nghiên cứu bê tông sử dụng cốt liệu nghiền từ bê tông phế thải Việt Nam 24 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO BÊ TÔNG SỬ DỤNG CỐT LIỆU NGHIỀN TỪ BÊ TÔNG PHẾ THẢI 26 2.1 VẬT LIỆU CHẾ TẠO 26 2.1.1 Cốt liệu tự nhiên (CLTN) 26 2.1.1.1 Cốt liệu lớn (CLL) 26 2.1.1.2 Cốt liệu nhỏ (CLN) 26 2.1.2 Cốt liệu tái chế 26 2.1.2.1 Nguồn gốc CLTC 26 2.1.2.2 Sản xuất CLTC 26 2.1.2.3 Các đặc tính kỹ thuật khác CLTC 27 2.1.3 Xi măng 29 2.1.4 Phụ gia siêu dẻo 30 2.1.5 Nước 31 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: TS NGUYỄN TIẾN DŨNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG - MÃ SỐ T2017-KTXD-06 2.2 THİẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG SỬ DỤNG CỐT LİỆU NGHİỀN TỪ BÊ TÔNG PHẾ THẢI 31 2.3 THỰC NGHİỆM CHẾ TẠO BÊ TÔNG SỬ DỤNG CỐT LİỆU NGHİỀN TỪ BÊ TÔNG PHẾ THẢI 32 2.3.1 Chuẩn bị vật liệu 32 2.3.2 Nhào trộn hỗn hợp bê tông 32 2.3.3 Đổ mẫu đầm nén 32 2.3.4 Bảo dưỡng 33 2.4 PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHİỆM 33 2.4.1 Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén BT 33 Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén BT thực theo tiêu chuẩn ASTM C39 Mẫu thí nghiệm mẫu hình trụ có đường kính 150 mm, chiều cao 300 mm Với loại bê tơng, thí nghiệm tiến hành mẫu thử loại ngày tuổi: tuổi ngày 28 ngày 33 2.4.2 Thí nghiệm xác định cường độ ép chẻ 33 Cường độ ép chẻ BT thí nghiệm theo tiêu chuẩn ASTM C496 Mẫu thí nghiệm mẫu hình trụ có đường kính 150 mm, chiều cao 300 mm 33 2.4.3 Thí nghiệm xác định độ thấm ion Clo bê tông 34 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 35 3.1 CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG CỐT LIỆU NGHIỀN TỪ BÊ TÔNG PHẾ THẢI 35 3.2 CƯỜNG ĐỘ ÉP CHẺ CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG CỐT LIỆU NGHIỀN TỪ BÊ TÔNG PHẾ THẢI 39 3.3 ĐỘ THẤM ION CLO CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG CỐT LIỆU NGHIỀN TỪ BÊ TÔNG PHẾ THẢI 40 3.4 ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG THAY THẾ CỐT LIỆU NGHIỀN TỪ BÊ TÔNG PHẾ THẢI ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CỦA CỦA BÊ TÔNG 40 3.5 ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG THAY THẾ CỐT LIỆU NGHIỀN TỪ BÊ TÔNG PHẾ THẢI ĐẾN ĐỘ THẤM ION CLO CỦA BÊ TÔNG 42 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 44 CÁC KẾT LUẬN CHÍNH: 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 PHỤ LỤC 48 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: TS NGUYỄN TIẾN DŨNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG - MÃ SỐ T2017-KTXD-06 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1 Máy nghiền BTPT 27! Hình 2.2 Xi măng Bút Sơn PC40 29! Hình 2.3 Phụ gia Viscocrete 3000-20M 30! Hình 2.4 Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén BT 33! Hình 2.5 Thí nghiệm ép chẻ 34! Hình 2.6.Thí nghiệm xác định độ thấm ion Clo bê tông 34! Hình 3.1 Ảnh hưởng hàm lượng CTTC Cầu Giấy đến cường độ chịu nén BTTC 41! Hình 3.2 Ảnh hưởng hàm lượng CTTC GTVT đến cường độ chịu nén BTTC 41! Hình 3.3 Tương quan cường độ chịu nén BTTC BTĐC tuổi 28 ngày42! Hình 3.4 Tương quan điện lượng truyền qua BTTC BTĐC tuổi 28 ngày 43! CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: TS NGUYỄN TIẾN DŨNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG - MÃ SỐ T2017-KTXD-06 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Lượng PTXD mức độ tái sử dụng PTXD nước giới 10! Bảng 1.2 Phân loại lỗ rỗng đá xi măng [18] 16! Bảng 1.3 Cường độ nén bê tông sử dụng CLTC với hàm lượng khác 19! Bảng 1.4 Ảnh hưởng tỷ lệ N/X đến cường độ nén có BTCLTC có hàm lượng CLTC khác [11, 12] 20! Bảng 1.5 Ảnh hưởng CLTC đến cường độ kéo, cường độ kéo uốn bê tông 21! Bảng 1.6 Ảnh hưởng hàm lượng CLTC đến mô đun đàn hồi bê tông [13] 21! Bảng 2.1 Các tính chất kỹ thuật cốt liệu lớn 29! Bảng 2.2.Các tính chất kỹ thuật cốt liệu nhỏ 29! Bảng 2.3 Các tiêu kỹ thuật xi măng Bút Sơn PC40 30! Bảng 2.4 Thành phần vật liệu cho 1m3 hỗn hợp bê tông 32! Bảng 3.1 Cường độ chịu nén ngày tuổi BTTC sử dụng CLTC Cầu Giấy 35! Bảng 3.2 Cường độ chịu nén 28 ngày tuổi BTTC sử dụng CLTC Cầu Giấy 36! Bảng 3.3 Cường độ chịu nén ngày tuổi BTTC sử dụng CLTC GTVT 37! Bảng 3.4 Cường độ chịu nén 28 ngày tuổi BTTC sử dụng CLTC GTVT 38! Bảng 3.5 Cường độ chịu nén 28 ngày tuổi BTĐC 39! Bảng 3.6 Cường độ ép chẻ 28 ngày tuổi BTTC BTĐC 39! Bảng 3.7 Độ thấm ion Clo 28 ngày tuổi BTTC BTĐC 40! 4! CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: TS NGUYỄN TIẾN DŨNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG - MÃ SỐ T2017-KTXD-06 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Ý nghĩa PTXD Phế thải xây dựng BTPT Bê tông phế thải BTTC Bê tông tái chế BTĐC Bê tông đối chứng CLL Cốt liệu lớn CLN Cốt liệu nhỏ CLLTC Cốt liệu lớn tái chế CLNTC Cốt liệu nhỏ tái chế N Nước X Xi măng PG Phụ gia GTVT Giao thông Vận tải CTR Chất thải rắn 5! CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: TS NGUYỄN TIẾN DŨNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG - MÃ SỐ T2017-KTXD-06 MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Theo “Báo cáo môi trường quốc gia 2011 chất thải rắn”, phạm vi toàn quốc, Chất thải rắn (CTR) phát sinh ngày tăng với tốc độ gia tăng khoảng 10% năm tiếp tục gia tăng mạnh thời gian tới CTR được hiểu chất thải thể rắn, thải từ trình sản xuất, kinh doanh, dịch vụ, sinh hoạt hoạt động khác Theo nguồn gốc phát sinh, khoảng 46% CTR phát sinh từ đô thị, 17% CTR từ hoạt động sản xuất công nghiệp; CTR nông thôn, làng nghề y tế chiếm phần cịn lại Trong đó, phế thải xây dựng (PTXD) chiếm 20-25% CTR Dự báo tổng đến năm 2020, lượng CTR thải khoảng gần 22 triệu tấn/năm Để quản lý tốt nguồn chất thải khổng lồ này, đòi hỏi quan hữu quan cần đặc biệt quan tâm đến việc tăng cường tái chế, tái sử dụng CTR, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường CTR gây Những nguy hại từ CTR vô nghiêm trọng như: chiếm dụng đất đai giảm chất lượng thổ nhưỡng, ảnh hưởng tới chất lượng khơng khí, nhiễm mơi trường nước, làm xấu cảnh quan tàn phá môi trường đô thị Việc xử lý tái chế CTR nghiên cứu áp dụng thực tế vài thập kỷ trở lại số nước giới Pháp, Đức, Mỹ, Thuỵ Điển, Nhật Bản Các nghiên cứu giới gần chứng minh cốt liệu nghiền từ bê tông phế thải có khả sử dụng làm cốt liệu cho bê tông, vữa cốt liệu cho xây dựng cơng trình mà đảm bảo u cầu kỹ thuật Điều đem lại lợi ích to lớn mặt kinh tế, kỹ thuật môi trường Tuy nhiên Việt Nam nay, hầu hết lượng CTR nói chung bê tơng phế thải nói riêng đổ thành đống số chơn bãi rác thải Điều gây ô nhiễm môi trường làm tăng giá thành xử lý chôn lấp bãi rác thải Hiện Việt nam chưa có cơng nghệ sản xuất, tái chế tiêu chuẩn, hướng dẫn sử dụng PTXD cho lĩnh vực xây dựng cơng trình Do việc nghiên cứu sử dụng CTR nói chung PTXD nói riêng yêu cầu cấp thiết nhằm tạo tạo vật liệu “xanh”, giảm thiểu ô nhiễm mơi trường giảm thiểu khai thác tài ngun khống vật Để giải đồng thời vấn đề môi trường yêu cầu phát triển bền vững, nghiên cứu chế tạo bê tông sử dụng cốt liệu nghiền từ bê tông phế thải bước đắn đầy triển vọng 6! CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: TS NGUYỄN TIẾN DŨNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG - MÃ SỐ T2017-KTXD-06 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI - Chế tạo bê tơng có cường độ chịu nén từ 30-40 MPa sử dụng cốt liệu nghiền từ bê tông phế thải; - Xác định ảnh hưởng hàm lượng thay cốt liệu nghiền từ bê tông phế thải đến cường độ độ thấm ion Clo bê tông ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu: - Thành phần phương pháp chế tạo bê tông sử dụng cốt liệu nghiền từ bê tông phế thải; - Các đặc tính học độ bền bê tông sử dụng cốt liệu nghiền từ bê tông phế thải cường độ chịu nén, cường độ ép chẻ, độ thấm ion Clo Phạm vi nghiên cứu: Cốt liệu nghiền từ bê tông phế thải khu vực Hà Nội bê tơng có cường độ chịu nén từ 30-40 MPa sử dụng cốt liệu nghiền từ bê tông phế thải; CÁCH TIẾP CẬN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Cách tiếp cận: Đề tài tiếp cận vấn đề nghiên cứu từ góc độ sau: - Kế thừa kết nghiên cứu nước lĩnh vực nghiên cứu đề tài - Nghiên cứu thực nghiệm chế tạo xác định cường độ, độ thấm ion Clo bê tông sử dụng cốt liệu nghiền từ bê tông phế thải Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm phòng: - Nghiên cứu lý thuyết, tổng hợp công nghệ chế tạo số đặc tính học độ bền bê tơng sử dụng cốt liệu nghiền từ bê tông phế thải - Nghiên cứu thực nghiệm nhằm xác định tiêu lý vật liệu chế tạo bê tông, thiết kế thành phần bê tông sử dụng cốt liệu nghiền từ bê tông phế thải, thực nghiệm xác định số đặc tính học độ bền bê tông sử dụng cốt liệu nghiền từ bê tông phế thải: cường độ chịu nén, cường độ ép chẻ, độ thấm ion Clo 7! CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: TS NGUYỄN TIẾN DŨNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG - MÃ SỐ T2017-KTXD-06 -Phân tích, tổng hợp so sánh kết nghiên cứu thực nghiệm đề tài với kết nghiên cứu nước NỘI DUNG ĐỀ TÀI Kết cấu báo cáo đề tài gồm chương: Chương Tổng quan bê tông sử dụng cốt liệu nghiền từ bê tông phế thải Chương Thực nghiệm chế tạo bê tông sử dụng cốt liệu nghiền từ bê tông phế thải Chương Kết nghiên cứu thực nghiệm 8! CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: TS NGUYỄN TIẾN DŨNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG - MÃ SỐ T2017-KTXD-06 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG SỬ DỤNG CỐT LIỆU NGHIỀN TỪ BÊ TÔNG PHẾ THẢI 1.1 Tổng quan cốt liệu nghiền từ bê tông phế thải 1.1.1 Phế thải xây dựng tái chế phế thải xây dựng 1.1.1.1 Phế thải xây dựng PTXD vật liệu phát sinh q trình phá dỡ tồn phận cơng trình xây dựng, ví dụ như: cơng trình hữu xây dụng thời gian dài, chất lượng xuống cấp nghiêm trọng, không đảm bảo tiện nghi an tồn, cơng trình khơng cịn phù hợp với u cầu sử dụng tai (như: mở rộng sản xuất, làm văn phịng, nhà ở…) Ngồi cơng trình xây dựng chưa bao lâu, cơng trình xây dựng đất lấn chiếm, xây dựng sai với quy hoạch xây dựng, sai với giấy phép xây dựng, giải phóng mặt theo quy hoạch sử dụng đất nhà nước,… Trong xu phát triển bên vững kỷ này, việc phát triền bền vững ngành xây dựng nói chung ngành sản xuất vật liệu xây dựng nói riêng nhiều nước giới tập trung nghiên cứu (Bảng 1.1) Ví dụ nước Anh, phủ đưa chiến lược phát triển bền vững kế hoạch hành động xây dựng; Ở Mỹ đưa khái niệm sử dụng hướng dẫn thực hàn sử dụng sản phẩm tái chế từ PTXD, phế thải phá dỡ cơng trình,… Ở Việt Nam, Chính phủ ban hành định hướng chiến lược phát triển bền vững Việt Nam (Chương trình nghị 21 Việt Nam) chương trình đầu tư xử lý chất thải rắn giai đoạn 2011 – 2020, nhằm phát triển bền vững đất nước sở kết hợp chặt chẽ, hợp lý hài hòa phát triển kinh tế, phát triển xã hội bảo vệ môi trường [2, 4] Phế thải trình xây dựng, cải tạo, phá dỡ cơng trình tái sử dụng vào mục đích khác nhau, tùy thuộc nguồn gốc chất lượng hỗn hợp phế thải xây dựng Tùy theo mức độ lẫn tạp chất mà PTXD tái chế sử dụng dạng khác nhau: - Đối với hỗn hợp PTXD có chất lượng thấp, có nhiều tạp chất sử dụng cho công tác san lấp mặt chôn lấp (đối với phế thải có lẫn tạp chất độc hại) 9! CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: TS NGUYỄN TIẾN DŨNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG - MÃ SỐ T2017-KTXD-06 - Hỗn hợp PTXD có chất lượng tốt (như tường xây gạch, hỗn hợp tường xây kết cấu bê tơng, gạch ốp lát,…) tái sử dụng làm lớp đường móng đường giao thơng - Hỗn hợp PTXD chất lượng tốt (như bê tông xi măng) tái chế làm loại cốt liệu chất lượng cao sử dụng cho kết cấu móng hay mặt đường, sản xuất vữa bê tông Phần hạt mịn làm nguyên liệu cho trình sản xuất clanhke xi mặng nghiền thành bột để gia cố đất cơng trình - Ngồi ra, PTXD sử dụng làm vật liệu trang trí cảnh quan, chi tiết kiến trúc màu sắc khác góp phần xây dựng kiến trúc xanh (các tường đá xếp, kết cấu non trang trí, vách tường có nước chảy,…) Trong đề tài tập trung nghiên cứu sử dụng phế thải xây dựng có nguồn gốc từ bê tông xi măng để làm cốt liệu thay CLTN chế tạo bê tông Bảng 1.1 Lượng PTXD mức độ tái sử dụng PTXD nước giới Hàm lượng PTXD so với tổng Tỷ lệ PTXD Nước hảm lượng phế thải rắn, % tái chế, % Australia 44 51 Brazil 15 Đan Mạch 25-50 80 Phần Lan 14 40 Pháp 25 20-30 Đức 19 40-60 Hồng Kong 38 - Nhật 36 65 Italy 30 10 Hà Lan 26 75 Na Uy 30 Tây Ban Nha 70 17 Anh >50 40 Mỹ 29 25 10! CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: TS NGUYỄN TIẾN DŨNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG - MÃ SỐ T2017-KTXD-06 TC100% (100% CLTC) 32.8 29.5 26.8 29.5 27.3 29.3 29.2 2.12 Bảng 3.3 Cường độ chịu nén ngày tuổi BTTC sử dụng CLTC GTVT Loại bê tông (Sử dụng CLTC GTVT) TC15% (15% CLTC+85% CLTN) TC30% (30% CLTC+70% CLTN) TC50% (50% CLTC+50% CLTN) TC75% (75% CLTC+25% CLTN) TC100% (100% CLTC) Cường độ Cường độ chịu nén Độ lệch chuẩn Mẫu chịu nén (MPa) trung bình (MPa) (MPa) 36.3 36.5 1.69 36.8 34.5 38.1 38.6 34.7 34.5 34.8 1.41 33.2 36.9 33.8 34.3 36.1 31.5 31.6 2.21 30.3 30.9 33.8 34.5 28.6 28.3 29.2 2.36 31.5 27.8 26.4 28.6 32.6 27.1 29.2 2.98 26.4 28.8 27.3 31.7 33.9 37! CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: TS NGUYỄN TIẾN DŨNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG - MÃ SỐ T2017-KTXD-06 Bảng 3.4 Cường độ chịu nén 28 ngày tuổi BTTC sử dụng CLTC GTVT Loại bê tông (Sử dụng CLTC GTVT) TC15% (15% CLTC+85% CLTN) TC30% (30% CLTC+70% CLTN) TC50% (50% CLTC+50% CLTN) TC75% (75% CLTC+25% CLTN) TC100% (100% CLTC) Cường độ Cường độ chịu nén Độ lệch chuẩn Mẫu chịu nén (MPa) trung bình (MPa) (MPa) 36.3 36.5 1.69 36.8 34.5 38.1 38.6 34.7 34.5 34.8 1.41 33.2 36.9 33.8 34.3 36.1 31.5 31.6 2.21 30.3 30.9 33.8 34.5 28.6 28.3 29.2 2.36 31.5 27.8 26.4 28.6 32.6 27.1 29.2 2.98 26.4 28.8 27.3 31.7 33.9 38! CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: TS NGUYỄN TIẾN DŨNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG - MÃ SỐ T2017-KTXD-06 Bảng 3.5 Cường độ chịu nén 28 ngày tuổi BTĐC Tuổi (ngày) Mẫu 28 Cường độ Cường độ chịu nén Độ lệch chuẩn chịu nén (MPa) trung bình (MPa) (MPa) 43.2 41.6 1.3 40.1 39.8 41.7 42.4 42.1 48.3 49.5 1.9 51.2 50.6 48.5 51.5 46.78 3.2 Cường độ ép chẻ bê tông sử dụng cốt liệu nghiền từ bê tông phế thải Kết thí nghiệm cường độ ép chẻ loại BTTC với hàm lượng CLTC sử dụng 30, 50, 100 % BTĐC 28 ngày giới thiệu bảng 3.6 Bảng 3.6 Cường độ ép chẻ 28 ngày tuổi BTTC BTĐC Loại bê tông (Sử dụng CLTC GTVT) Cường độ Cường độ ép chẻ Độ lệch chuẩn Mẫu ép chẻ (MPa) trung bình (MPa) (MPa) BTTC sử dụng CLTC Cầu Giấy 3.62 3.49 0.16 TC30% (30% CLTC+70% CLTN) 3.31 3.54 TC50% (50% CLTC+50% CLTN) 3.45 3.33 0.10 3.26 3.28 TC100% (100% CLTC) 2.8 3.03 0.20 3.14 3.15 BTTC sử dụng CLTC GTVT 3.73 3.66 0.09 TC30% (30% CLTC+70% CLTN) 3.56 3.69 TC50% (50% CLTC+50% CLTN) 3.36 3.51 0.15 3.65 3.52 TC100% (100% CLTC) 3.02 3.21 0.22 3.45 3.16 39! CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: TS NGUYỄN TIẾN DŨNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG - MÃ SỐ T2017-KTXD-06 Loại bê tông (Sử dụng CLTC GTVT) BTĐC Cường độ Mẫu ép chẻ (MPa) 4.11 3.97 4.16 Cường độ ép chẻ Độ lệch chuẩn trung bình (MPa) (MPa) 4.08 0.10 3.3 Độ thấm ion Clo bê tông sử dụng cốt liệu nghiền từ bê tông phế thải Kết thí nghiệm độ thấm ion Clo theo phương pháp thấm nhanh (ASTM C1202) loại BTTC với hàm lượng CLTC sử dụng 30, 50, 100 % BTĐC 28 ngày trình bày bảng 3.7 Bảng 3.7 Độ thấm ion Clo 28 ngày tuổi BTTC BTĐC Điện lượng Giá trị trung bình truyền qua (Culơng ) (Culơng ) BTTC sử dụng CLTC Cầu Giấy 2648 2569 TC30% (30% CLTC+70% CLTN) 2339 2720 TC50% (50% CLTC+50% CLTN) 3658 3548 3395 3591 TC100% (100% CLTC) 4453 4526 4397 4728 BTTC sử dụng CLTC GTVT 2104 2268 TC30% (30% CLTC+70% CLTN) 2387 2313 TC50% (50% CLTC+50% CLTN) 3104 3273 3401 3314 TC100% (100% CLTC) 4340 4208 4087 4197 Loại bê tông (Sử dụng CLTC GTVT) BTĐC Mẫu 2048 1855 1875 1926 Mức độ thấm Trung bình Trung bình Cao Trung bình Trung bình Cao Thấp Dựa theo phân loại mức độ thấm ion Clo theo tiêu chuẩn ASTM C1202, mẫu BTTC có điện lượng truyền qua mức trung bình cao BTTC sử dụng 30% 40! CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: TS NGUYỄN TIẾN DŨNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG - MÃ SỐ T2017-KTXD-06 50% hàm lượng CLTC có độ thấm mức trung bình, BTTC sử dụng hồn tồn CLTC có độ thấm mức cao Trong đó, BTĐC có độ thấm mức thấp 3.4 Ảnh hưởng hàm lượng thay cốt liệu nghiền từ bê tông phế thải đến cường độ của bê tơng Kết thí nghiệm ảnh hưởng hàm lượng CLTC đến cường độ chịu nén BTTC tuổi 28 ngày trình bày hình 3.1 hình 3.2 Các kết nghiên cứu cho thấy cường độ chịu nén bê tơng giảm tăng hàm lượng CLTC (hình 3.3) 50 ngày Cường độ chịu nén (MPa) 28 ngày 45 40 35 30 25 20 BTĐC TC15% TC30% TC50% TC75% TC100% Hình 3.1 Ảnh hưởng hàm lượng CTTC Cầu Giấy đến cường độ chịu nén BTTC Hình 3.2 Ảnh hưởng hàm lượng CTTC GTVT đến cường độ chịu nén BTTC Với hàm lượng thay 15%, cường độ chịu nén BTTC tương đương với BTĐC (đạt khoảng 90-95% so với BTĐC) Khi hàm lượng thay 30% cường độ chịu nén BTTC đạt khoảng 80-90 % so với BTĐC Cường độ chịu nén BTTC giảm 15-35% hàm lượng thay CLTC từ 50-75% Ảnh hưởng CLTC đến cường độ chịu nén BTTC rõ rệt thay hồn tồn CLTN CLTC Khi đó, cường độ chịu nén BTTC đạt 36 MPa với trường hợp CLTC GTVT 29 MPa với trường hợp CLTC Cầu Giấy, tương ứng với mức giảm khoảng 30-40% so với BTĐC Sự suy giảm cường độ chịu nén BTTC tăng hàm lượng CLTC chủ yếu gia tăng hàm lượng vữa dính bám chứa nhiều lỗ rỗng bề mặt CLTC mối liên kết yếu cốt liệu - đá xi măng vữa cũ - đá xi măng [23], [30], [45] 41! CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: TS NGUYỄN TIẾN DŨNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG - MÃ SỐ T2017-KTXD-06 Như thay với hàm lượng 30% Rc BTTC đạt 40 MPa giảm nhẹ (khoảng 5-15%) so với BTĐC Tỷ lệ cường độ chịu nén BTTC so với BTĐC (%) 100 28 ngày (CLTC Cầu Giấy) 28 ngày (CLTC GTVT) ngày (CLTC Cầu Giấy) ngày (CLTC GTVT) 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 20 40 60 Hàm lượng CLTC (%) 80 100 Hình 3.3 Tương quan cường độ chịu nén BTTC BTĐC tuổi 28 ngày Loại CLTC sử dụng ảnh hưởng rõ rệt đến cường độ chịu nén BTTC BTTC sử dụng CLTC ĐH GTVT cho cường độ chịu nén lớn khoảng 10-15% so với BTTC sử dụng cốt liệu Cầu Giấy hàm lượng thay 30-75% Khi sử dụng 100% CLTC, BTTC sử dụng CLTC GTVT có cường độ chịu nén cao BTTC sử dụng CLTC Cầu Giấy 17% 24%, tuổi 28 ngày Điều giải thích khác biệt chất lượng nguồn bê tông phế thải Trên thực tế, CLTC GTVT sản xuất từ nguồn bê tơng có cường độ cao (cường độ chịu nén bê tông gốc khoảng 50-70 MPa), CLTC Cầu Giấy có nguồn gốc từ bê tơng cơng trình dân dụng thơng thường Thí nghiệm cho thấy độ hút nước độ nén dập xi lanh CLTC Cầu Giấy cao CLTC GTVT (bảng bảng 2), điều liên quan chặt chẽ đến hàm lượng chất lượng lớp vữa dính bám bề mặt BTTC ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ BTTC 3.5 Ảnh hưởng hàm lượng thay cốt liệu nghiền từ bê tông phế thải đến độ thấm ion Clo bê tông Bên cạnh sụt giảm cường độ chịu nén, kết nghiên cứu cho thấy độ thấm ion Clo bê tông tăng tăng hàm lượng CLTC (hình 3.4) 42! CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: TS NGUYỄN TIẾN DŨNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG - MÃ SỐ T2017-KTXD-06 Hình 3.4 Tương quan điện lượng truyền qua BTTC BTĐC tuổi 28 ngày Kết thí nghiệm trường hợp CLTC Cầu Giấy, mức độ thấm ion clo tăng dần từ 1926 Culông lên đến 2569 3548 Culông sử dụng hàm lượng CLTC 30 50%, tương ứng với mức tăng 33% 84% Khi sử dụng 100% CLTC Cầu Giấy thay CLTN độ thấm ion Clo BTTC tăng mạnh, điện lượng truyền qua 4526 Culông, tương ứng tăng 135 % so với BTĐC Các kết độ thấm ion Clo BTTC sử dụng CLTC GTVT cho kết tương tự Tuy nhiên với hàm lượng CLTC sử dụng thay CLTN, loại bê tơng có độ thấm ion Clo thấp so với Bê tông sử dụng CLTC Cầu Giấy Như vậy, độ thấm ion Clo tăng tăng tỷ lệ hàm lượng cốt liệu tái chế Trên thực tế CLTC có độ rỗng lớn CLTN Trên bề mặt CLTC tồn lớp vữa dính bám, BTCLTC tồn vùng tiếp xúc cốt liệu-đá xi măng (ITZ), ITZ vùng có độ rỗng lớn cấu trúc lỗ rỗng hở khiến khả lan truyền ion Clo lớn so với CLTN 43! CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: TS NGUYỄN TIẾN DŨNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG - MÃ SỐ T2017-KTXD-06 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Các kết luận chính: Từ kết nghiên cứu, rút số kết luận sau: - CLTC có độ hút nước lớn khoảng 10 lần so với CLTN độ hút nước CLTC tăng lên giảm kích thước CLTC Do đó, cần ý đến lượng nước hấp thụ cốt liệu thiết kế thành phần bê tông sử dụng đồng thời CLL tái chế CLN tái chế nhằm đảm bảo cường độ độ sụt theo yêu cầu - Cường độ chịu nén, cường độ ép chẻ mô đun đàn hồi BTTC giảm 15-40% sử dụng hàm lượng CLTC từ 50-100 % - Độ thấm ion Clo BTTC tăng đáng kể (150-250%) sử dụng hàm lượng CLTC từ 50-100 % - Có thể hạn chế ảnh hưởng CLTC đến tính học độ bền chống thấm ion Clo BTTC sử dụng với hàm lượng thay 30% - Nguồn gốc CLTC ảnh hưởng đáng kể đến tính học BTTC Với hàm lượng CLTC, sử dụng CLTC có nguồn gốc từ bê tơng có chất lượng cao, cường độ chịu nén mơ đun đàn hồi BTTC cải thiện khoảng 15-20 % - Có thể sử dụng 100% CLTC để chế tạo bê tơng có cường độ chịu nén 30 MPa, ứng dụng cho kết cấu chịu lực thông thường điều kiện Việt Nam Kiến nghị: Trong phạm vi nghiên cứu, điều kiện kinh phí, khảo sát yếu tố sở giả thiết yếu tố độc lập, tác động tương hỗ số lượng mẫu thí nghiệm cịn hạn chế Vì vậy, để có kết xác cần tiếp tục nghiên cứu khảo sát đồng yếu tố nguyên tắc xét đến tác động tương hỗ yếu tố 44! CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: TS NGUYỄN TIẾN DŨNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG - MÃ SỐ T2017-KTXD-06 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ Tài nguyên môi trường, “Báo cáo môi trường quốc gia 2011: Chất Thải Rắn”, Hà Nội, 2011 [2] Bùi Ngọc Kiên, “Nghiên cứu sử dụng bê tông cốt liệu tái chế xây dựng mặt đường cứng, Tạp chí XD”, Số 05/2014 [3] Phạm Duy Hữu, Đào Văn Đông, Phạm Duy Anh, Vật liệu xây dựng mới, NXB GTVT, 2012 [4] Phạm Duy Hữu, Nguyễn Ngọc Long, Đào Văn Đông, Phạm Duy Anh, Bê tông cường độ cao chất lượng cao, NXB GTVT, 2009 [5] Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 2682:2009 – Xi măng Pc Lăng –u cầu kỹ thuật [6] Tống Tơn Kiên, “Nghiên cứu tái chế phế thải phá dỡ công trình làm cốt liệu thay nguyên liệu tự nhiên”, Tạp chí Vật liệu xây dựng- Hội Vật liệu xây dựng Việt Nam, ISSN 1859-3011, 4/2013 [7] A M Knaack, Design of Concrete Mixtures with Recycled Concrete Aggregates, ACI Materials Journal, 2013, 110(5), pp 483-494 [8] A.M Neville, J.J Brooks, Concrete technology-Second edition, Pearson Education Limited, 2010 [9] A.M Neville, Properties of concrete-5th edition, Pearson Education Limited, 2011 [10] ACI Committee 211, ACI 211.4R-08, Guide for Selecting Proportions for HighStrength Concrete Using Portland Cement and Other Cementitious Material [11] Alaejos Gutiérrez P., Sánchez de Juan M., “Utilization of recycled concrete aggregate for structural concrete” , RILEM Proceeding 40, 2004, pp.693-704 [12] ASTM C33-Standard Specification for Concrete Aggregates [13] Barra M, Vázquez E The influence of retained moisture in aggregates from recycling on the properties of new hardened concrete Waste Manage 1996;16(1– 3):113–7 [14] Bernier G., “ Le béton concassé source de granulats pour béton”, Cycle “Formuler les bétons” Module 2: la gamme des bétons modernes, Ponts Formation Edition, 14 et 15 octobre 2008 [15] Binici H., Shah T., Aksogan O and Kaplan H., Durability of concrete made with granite and marble as recycle aggregates, Journal of Materials Processing Technology, 208 (1-3), pp 299- 308, 2008 [16] Bodin, Durabilité des bétons base de granulats recyclés, Université d'Artois, , p., 1988 [17] Corinaldesi V, Moriconi G Influence of mineral additions on the performance of 100% recycled aggregate concrete Constr Build Mater 2009;23(8):2869–76 [18] Correia JR, de Brito J, Pereira AS Effects on concrete durability of using recycled ceramic aggregates Mater Struct 2006;39(2):169–77 [19] Cyr M., Aubert J E., Husson B., Clastres P., “Recycling waste in cement based materials: a studying method”, RILEM Proceeding 40, 2004, pp.306-315 [20] Cyr M., Aubert J E., Husson B., Clastres P., Recycling waste in cement based materials: a studying method, RILEM Proceeding 40, 2004, pp.306-315 45! CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: TS NGUYỄN TIẾN DŨNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG - MÃ SỐ T2017-KTXD-06 [21] De Juan M.S and Gutiérrez P.A., Study on the influence of attached mortar content on the properties of recycled concrete aggregate, Construction and Building Materials, 23 (2), pp 872-877, 2009 [22] Douara T.H., Caractérisation physiques et chimiques des granulats recyclés et granulats naturels 2009 [23] Duc-Tung Dao, These de Doctorat, “Multi-recyclage du béton hydraulique”, Ecole Centrale de Nantes, France, 2012 [24] Etxeberria M., VAZQUEZ A., MARI A and BARRA M., Influence of amount of recycled coarse aggregates and production process on properties of recycled concrete, Cement and concrete research, pp 2007 [25] G Fathifazl, New Mixture Proportioning Method for Concrete Made with Coarse Recycled Concrete Aggregate, Journal of Materials in Civil Engineering, 2009, 34(10), pp.601-611 [26] Gómez-Soberón J.M.V., Porosity of recycled concrete with substitution of recycled concrete aggregate: An experimental study, Cement and concrete research, 32 (8), pp 1301-1311, 2002 [27] Hendricks Ch.F., “European standard for recycled aggregates in construction”, Proceedings of the International Recycling World Congress R’99 vol III, Geneva, Switzerland, Feb.2-5, 1999 [28] Hendriks Ch F , Xing W., “Quality improvement of granular wastes by separation techniques”, , RILEM Proceeding 40, 2004, pp.142-149 [29] Hendriks Ch F., Janssen G M T., “Reuse and recycling of building materials”, RILEM Proceeding 40, 2004, pp 316-321 [30] IREX, Projet de R&D, PN RECYBETON (Recyclage complet des bétons):“Etude de faisabilité”, France, 2011 [31] Jorge de Brito, Nabajyoti Saikia, “Recycled Aggregate in Concrete , Use of Industrial Construction and Demolition Waste”, , Springer-Verlag London, 2013 [32] Katz A., Properties of concrete made with recycled aggregate from partially hydrated old concrete, Cement and concrete research, 33 (5), pp 703-711, 2003 [33] Lauritzen E K., “Recycling concrete- An overview of development and challenges”, RILEM Proceeding 40, 2004, pp.297-305 [34] M.S Shetty, Concrete Tecnology, S Chand, 2005 [35] Oikonomou N.D., Recycled concrete aggregates, Cement and Concrete Composites, 27 (2), pp 315-318, 2005 [36] Padmini A.K., Ramamurthy K and Mathews M.S., Influence of parent concrete on the properties of recycled aggregate concrete, Construction and Building Materials, 23 (2), pp 829-836, 2009 [37] Poon CS, Shui ZH, Lam L, Fok H, Kou SC Influence of moisture states of natural and recycled aggregates on the slump and compressive strength of concrete Cem Concr Res 2004;34(1):31–6 [38] Poon CS, Shui ZH, Lam L Effect of microstructure of ITZ term on compressive strength of concrete prepared with recycled aggregates Constr Build Mater 2004;18(6):461–8 46! CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: TS NGUYỄN TIẾN DŨNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG - MÃ SỐ T2017-KTXD-06 [39] Rahal K Mechanical properties of concrete with recycled coarse aggregate Build Environ 2007;42(1):407–15 [40] T.C.Hansen , “Recycling of Demolished Concrete and Masonry”, RILEM Report 6, E &F N Spon , 1992 [41] Tam V.W.Y., Wang K and Tam C.M., Assessing relationships among properties of demolished concrete, recycled aggregate and recycled aggregate concrete using regression analysis, Journal of Hazardous Materials, 152 (2), pp 703-714, 2008 [42] Tong T Kien, Le T Thanh and Phung V Lu, “Recycling construction demolition waste in the world and in Vietnam”, Proceeding of The International Conference on Sustainable Built Environment for Now and the Future (SBE2013), Hanoi, Vietnam, 26-27 Mar 2013, pp 247-256, ISBN: 978-604- 82-0018- SBE2013 [43] Tong T Kien, Le T Thanh and Phung V Lu, “Utilisation of construction demolition waste as stabilised materials for road base applications”, Proceeding of The International Conference on Sustainable Built Environment for Now and the Future (SBE2013), Hanoi, Vietnam, 26-27 Mar 2013, pp 285-293, ISBN: 978-60482-0018- SBE2013 [44] Wirquin, Utilisation de l'absorption d'eau des bétons comme critères de leur durabilité- Application aux bétons de granulats recyclés, Materials and Structures, 33 pp 403-408, 2000 [45] Yang CC Effect of the transition zone on the elastic moduli of mortar Cem Concr Res 1998;28(5):727–36 47! CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: TS NGUYỄN TIẾN DŨNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG - MÃ SỐ T2017-KTXD-06 PHỤ LỤC 48! CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: TS NGUYỄN TIẾN DŨNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG XI MĂNG SỬ DỤNG CỐT LIỆU NGHIỀN TỪ BÊ TÔNG PHẾ THẢI Mã số: T2017-KTXD-06 Chủ nhiệm đề tài: TS Nguyễn Tiến Dũng Thời gian thực hiện: 01/2017 đến 12/2017 Ngày viết báo cáo: 12/2017 Hà Nội, 12/2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG XI MĂNG SỬ DỤNG CỐT LIỆU NGHIỀN TỪ BÊ TÔNG PHẾ THẢI Mã số: T2017-KTXD-06 Chủ nhiệm đề tài: TS Nguyễn Tiến Dũng Thời gian thực hiện: 01/2017 đến 12/2017 Ngày viết báo cáo: 12/2017 Hà Nội, 12/2017 Danh sách thành viên tham gia nghiên cứu đề tài : TT Họ tên Đơn vị công tác Nội dung nghiên cứu giao TS Nguyễn Bộ môn VLXD Tiến Dũng TS Nguyễn Bộ môn VLXD Đình Hải Nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm, tổng hợp báo cáo Thí nghiệm, Tổng hợp