Nghiên cứu chế tạo bê tông rỗng thoát nước sử dụng cốt liệu tái chế từ phế thải xây dựng

Nghiên cứu chế tạo bê tông rỗng thoát nước sử dụng cốt liệu tái chế từ phế thải xây dựngNghiên cứu chế tạo bê tông rỗng thoát nước sử dụng cốt liệu tái chế từ phế thải xây dựngNghiên cứu chế tạo bê tông rỗng thoát nước sử dụng cốt liệu tái chế từ phế thải xây dựngNghiên cứu chế tạo bê tông rỗng thoát nước sử dụng cốt liệu tái chế từ phế thải xây dựngNghiên cứu chế tạo bê tông rỗng thoát nước sử dụng cốt liệu tái chế từ phế thải xây dựngNghiên cứu chế tạo bê tông rỗng thoát nước sử dụng cốt liệu tái chế từ phế thải xây dựngNghiên cứu chế tạo bê tông rỗng thoát nước sử dụng cốt liệu tái chế từ phế thải xây dựngNghiên cứu chế tạo bê tông rỗng thoát nước sử dụng cốt liệu tái chế từ phế thải xây dựngNghiên cứu chế tạo bê tông rỗng thoát nước sử dụng cốt liệu tái chế từ phế thải xây dựngNghiên cứu chế tạo bê tông rỗng thoát nước sử dụng cốt liệu tái chế từ phế thải xây dựngNghiên cứu chế tạo bê tông rỗng thoát nước sử dụng cốt liệu tái chế từ phế thải xây dựngNghiên cứu chế tạo bê tông rỗng thoát nước sử dụng cốt liệu tái chế từ phế thải xây dựngNghiên cứu chế tạo bê tông rỗng thoát nước sử dụng cốt liệu tái chế từ phế thải xây dựngNghiên cứu chế tạo bê tông rỗng thoát nước sử dụng cốt liệu tái chế từ phế thải xây dựngNghiên cứu chế tạo bê tông rỗng thoát nước sử dụng cốt liệu tái chế từ phế thải xây dựngNghiên cứu chế tạo bê tông rỗng thoát nước sử dụng cốt liệu tái chế từ phế thải xây dựngNghiên cứu chế tạo bê tông rỗng thoát nước sử dụng cốt liệu tái chế từ phế thải xây dựngNghiên cứu chế tạo bê tông rỗng thoát nước sử dụng cốt liệu tái chế từ phế thải xây dựngNghiên cứu chế tạo bê tông rỗng thoát nước sử dụng cốt liệu tái chế từ phế thải xây dựngNghiên cứu chế tạo bê tông rỗng thoát nước sử dụng cốt liệu tái chế từ phế thải xây dựngNghiên cứu chế tạo bê tông rỗng thoát nước sử dụng cốt liệu tái chế từ phế thải xây dựngNghiên cứu chế tạo bê tông rỗng thoát nước sử dụng cốt liệu tái chế từ phế thải xây dựngNghiên cứu chế tạo bê tông rỗng thoát nước sử dụng cốt liệu tái chế từ phế thải xây dựngNghiên cứu chế tạo bê tông rỗng thoát nước sử dụng cốt liệu tái chế từ phế thải xây dựngNghiên cứu chế tạo bê tông rỗng thoát nước sử dụng cốt liệu tái chế từ phế thải xây dựngNghiên cứu chế tạo bê tông rỗng thoát nước sử dụng cốt liệu tái chế từ phế thải xây dựngNghiên cứu chế tạo bê tông rỗng thoát nước sử dụng cốt liệu tái chế từ phế thải xây dựngNghiên cứu chế tạo bê tông rỗng thoát nước sử dụng cốt liệu tái chế từ phế thải xây dựngNghiên cứu chế tạo bê tông rỗng thoát nước sử dụng cốt liệu tái chế từ phế thải xây dựng

Lý do chọnđềtài

Quá trình đô thị hóa làm gia tăng diện tích bề mặt được bao phủ bởi các vật liệu như bê tông xi măng, bê tông nhựa (asphalt), các loại vật liệu lát… Các bề mặt đô thị hóalàmthayđổisựphânbốnướcmưavớikhoảng15%đượcthấmxuốngđấtnền,trong khi với bề mặt đất tự nhiên là khoảng 50% Điều này làm gia tăng hiện tượng ngập úng cụcbộdonướcmưachảytràntrênbềmặt,trongkhihệthốngtiêuthoátnướcbịquátải Mực nước ngầm giảm đi nhanh chóng có thể làm tăng hiện tượng sụt lún và ảnh hưởng đến môi trường và cạn kiệt tài nguyên nước Bên cạnh đó, 90% nguyên nhân tăng nhiệt độ ở các khu đô thị là do vật liệu xây dựng hấp thụ và lưu giữ nhiệt [61] Với các diện tích bề mặt bị bao phủ bằng vật liệu không thấm nước thì quá trình làm mát bề mặt và không khí nhờ bay hơi nước không xảy ra Bê tông hóa là một trong hai nguyên nhân chính (bê tông hóa và hiệu ứng nhà kính) làm nhiệt độ trung bình ở các đô thị luôn cao hơn so với các khu vực ngoại thành, nông thôn Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng đảo nhiệt đô thị (UHI) Trong “Quy hoạch chung thủ đô Hà Nội đến năm 2030 và tầm nhìn đến năm 2050” đã nêu rõ vai trò rất lớn của việc sử dụng bề mặt thấm nước để giảm hiệu ứng đảo nhiệt đô thị ở Thủ đô [14]. Trong nghiên cứu của tác giả Trần Đức Hạ [16] nêu bật vai trò của giải pháp sử dụng lớp bề mặt phủ có khả năng thấm nước, lưu giữ và chứa nước để xử lý vấn đề ngập úng và bổ sung nước ngầm cho Hà Nội Bê tông rỗng (BTR) là giải pháp bề mặt thấm nước thân thiện với môi trường và có nhiều ưuđiểmvượttrộinhưkhảnăngthấmnước(nướcchảyquamộtcáchdễdàng),làmgiảm hoặc loại bỏ các vấn đề liên quan đến nước mưa chảy tràn trên bề mặt, giảm nguy cơ ngập úng cục bộ, bổ sung mực nước ngầm, là vật liệu giúp giảm hiệu ứng đảo nhiệt đô thịhiệuquả[69][131][155].Sửdụngbêtôngrỗng(BTR)thấmnướcđãđượcCơquanbảo vệ môi trường của Hoa Kỳ(EPA) công nhận là một trong những biện pháp xử lý nước mưa hiệu quả nhất; được Hiệp hội công nghệ ứng phó với hiệu ứng đảo nhiệt Osaka (Osaka HITEC), Nishioka, Nhật Bản chứng nhận là vật liệu giảm hiệu ứng nhiệt đô thị hiệu quả BTR chủ yếu được sử dụng để làm vỉa hè, bãi đỗ xe,đường giao thông tải trọng nhẹ và đường nội bộ, đường bao quanh hồ bơi, sân thể thao, các ứng dụngtường, sàn cách nhiệt, tiêu âm [56].

BTR thường sử dụng cốt liệu lớn với một cỡ hạt và nguồn gốc khá đa dạng từ cốt liệu tự nhiên đến cốt liệu được gia công nghiền tái chế, hoặc cốt liệu nhẹ BTR có thể sử dụng cốt liệu nhỏ với hàm lượng giới hạn vì có thể ảnh hưởng đến tính thấm của bê tông BTR sử dụng các loại cốt liệu khác nhau sẽ được sử dụng cho các ứng dụng phù hợpdựatrênđặctínhcủacốtliệu(cườngđộ,khốilượngthểtích,hàmlượngbụisét,độ hút nước…) [20]. Ở Việt Nam hiện nay, sự phát triển kinh tế xã hội đã thúc đẩy quá trình xây dựng vàđầutưcơsởhạtầng,kéotheoviệcphátsinhmộtlượnglớnphếthảixâydựng(PTXD) PTXD được phát sinh trong quá trình khảo sát, thi công, sửa chữa, xây dựng công trình [3] Lượng PTXD tăng rất nhanh hàng năm và chiếm khoảng 10 - 15% khối lượng chất thải rắn (CTR) đô thị, đặc biệt ở các đô thị lớn như Hà Nội, TP.Hồ Chí Minh có thể lên đến 25% [1] Cùng với lộ trình phá dỡ, cải tạo các khu chung cư cũ tại các đô thị lớn, giảiphóngmặtbằngchocácdựángiaothôngnênlượngPTXDsẽcòntăngmạnhtrong thời gian tới [2] PTXD được phân loại thành nhiều thành phần như: khối xây, bê tông, đất đá, kim loại, gỗ, thủy tinh, nhựa…Trong đó, thành phần khối xây và bê tông có thể được sử dụng để tái chế làm cốt liệu Cốt liệu tái chế (CLTC) từ chất thải rắn xây dựng (PTXD) đang được quan tâm nghiên cứu và sử dụng thay thế cho cốt liệu tự nhiên. Trongđósửdụngcốtliệutáichế(CLTC)chếtạoBTRlàhướngnghiêncứurấtphổbiến và được ứng dụng rỗng rãi trên thế giới Lượng PTXD này đang gây ra nhiều hệ lụy về vấn đề môi trường, cảnh quan đô thị và xã hội; gây lãng phí nguồn tài nguyên thiên nhiên rất lớn có thể tái chế, tái sử dụng Nhật Bản và một số nước Châu Âu có tỷ lệ tái chế đạt trên 98% khi CLTC đã được nghiên cứu và thay thế hiệu quả cho các vật liệu tự nhiên [135] [145] Ở Việt Nam, mức độ tái chế và tái sử dụng PTXD còn rất thấp, cần có ứng dụng phù hợp để thúc đẩy sử dụng CLTC trong tương laigần.

BTRsửdụngCLTCsẽpháthuyđượccácưuđiểmcủaBTRvềkhảnăngtiêuthoát nước, đồng thời phát huy được đặc tính hút nước và giữ nước của một số loại CLTC từ khối xây, bê tông khí chưng áp (AAC) Với độ hút nước có thể đạt từ 14% – 76% củaCLTC(từkhốixâyvàAAC),BTRvừacókhảnăngthấmnướcvàvừagiữnướcsẽnâng caohiệuquảbayhơinước,từđólàmgiảmnhiệtđộbềmặtvàkhôngkhí,giảmhiệuứng nhiệtđônhiệt(UHI).Trênthếgiớiđãcónhiềunghiêncứusửdụngnguyêntắctươngtự

(sửdụngcốtliệucókhảnănghútnướcvàgiữnướccao)đểchếtạoBTRvớitêngọi“bề mặt làm mát – Cool pavements” nhờ quá trình bay hơi nước [57] [88] [107][125] Giải phápnàyphùhợpvớikhíhậunhiệtđới,nóngẩm,mưanhiềunhưViệtNam,đặcbiệtlà khuvựcHàNộicólượngmưatrungbìnhlêntới1.700-1.800mm/nămvàtậptrungvào các tháng mùa hè[17].

Các đặc tính thấm nước, hút nước và giữ nước của BTR do cấu trúc rỗng quyết định.CấutrúcrỗnglàthôngsốquantrọngnhấtcủaBTR,baogồmđộrỗnggiữacáchạt cốt liệu – quyết định tính thấm nước và độ rỗng trong hạt cốt liệu – quyết định tính hút nước và giữ nước Cấu trúc rỗng trở lên phức tạp khi sử dụng cốt liệu có độ rỗng cao như CLTC từ PTXD (đặc biệt từ AAC và khối xây) Nghiên cứu các đặc tính cấu trúc rỗngsẽlàcơsởkhoahọcquantrọngđểđánhgiáhiệuquảcủaBTRđốivớicácmụctiêu cụ thể là thấm nước và làm mát bề mặt nhờ quá trình bay hơi nước, từ đó làm rõ những hiểubiếtvềcấutrúcrỗngcủaBTRvànghiêncứumốiquanhệcủacácthôngsốcấutrúc rỗng với các tính chất củaBTR.

Nhằm giải quyết tình trạng ô nhiễm môi trường và tiết kiệm nguồn tài nguyên thiên nhiên, nghiên cứu sinh đã quyết định lựa chọn đề tài nghiên cứu: "Nghiên cứu chế tạo bê tông rỗng thoát nước sử dụng cốt liệu tái chế từ chất thải rắn xây dựng" Đề tài này tập trung vào việc tìm kiếm giải pháp tận dụng chất thải rắn xây dựng, vừa góp phần bảo vệ môi trường, vừa tạo ra một loại vật liệu xây dựng mới có khả năng thoát nước tốt, đáp ứng nhu cầu trong thực tiễn xây dựng.

Mục đích và mục tiêunghiêncứu

- Mục đích: nghiên cứu chế tạo BTR sử dụng CLTC từPTXD.

+NghiêncứuvềđặctínhcơlýcủaBTR;đápứngcácyêucầukỹthuậtdùngcho bãi đỗ xe; cụ thể: cường độ nén từ 7 – 15 MPa; hệ số thấm theo phương tạo hình lớn hơn 4mm/s;

+NghiêncứucấutrúcrỗngvàcácthôngsốcấutrúcrỗngcủaBTRsửdụngCLTC từPTXD;+ Nghiên cứu hệ số thấm; mối quan hệ giữa cấu trúc rỗng và hệ số thấm nước;

+Nghiêncứumốitươngquangiữacấutrúcrỗng,quátrìnhbayhơinướcvànhiệt độ bề mặt của BTR sử dụng CLTC từPTXD;

+NghiêncứuứngdụngthíđiểmbãiđỗxesửdụngBTRsửdụngCLTCtừPTXD; đánh giá hiệu quả giảm nhiệt độ bề mặt và thoát nướcmưa.

Đối tượng, phạm vi và nội dungnghiêncứu

- BTR sử dụng CLTC từ bê tông, khối xây và bê tông khí chưng ápAAC;

- Bãi đỗ xe có bề mặt sử dụng BTR có khả năng thoát nước và giảm nhiệtđộ

Phạm vi nghiên cứu của luận án bao gồm:

- Nghiên cứu chế tạo BTR sử dụng CLTC từ bê tông và khối xây (lấy từ công trình Thikeco, 411 Kim Mã, Ba Đình, Hà Nội), cỡ hạt từ 5 – 10 mm; Cốt liệu nhỏ từ AAC có kích thước hạt từ 0,63 đến 5mm;

- BTRđượcthiếtkếvớiđộrỗng15%–20%–25%;hàmlượngAACsửdụngtừ 5% – 10% – 15% (theo thể tích); cường độ nén đạt từ 7 – 15 MPa; hệ số thấm theo phương tạo hình

- Nghiên cứu các tính chất của BTR baogồm:

+ Đặc tính cơ lý (cường độ, mô-đun đànhồi);

+ Đặc tính cấu trúc rỗng (độ rỗng, thông số lỗ rỗng, cấu trúc lỗ rỗng);

+Đặctínhthủylực(hệsốthấmnước,khảnănghútnướcvàgiữnước,độhút nước bão hòa, hệ số hút nước maoquản)

+ Các đặc tính về nhiệt (các thông số vận chuyển khối, quá trình bay hơi nước, nhiệt độ bề mặt, hệ số dẫn nhiệt)

-Nghiên cứu ứng dụng BTR làm bãi đỗ xe có diện tích 80 m 2 tại trường Đạihọc Xây dựng HàNội.

1) Nghiên cứu tổng quan về BTR và BTR sử dụng cốt liệu tái chế từ PTXDtrên thế giới và ở Việt Nam; Tổng quan về hệ thống mặt đường thấm nước và giảm nhiệt độ bề mặt;

2) Nghiên cứu cơ sở khoa học chế tạo BTR sử dụng CLTC từPTXD;

3) Nghiên cứu tính chất nguyên vật liệu; các phương pháp nghiêncứu;

4) NghiêncứuảnhhưởngcủaCLTC(từbêtông,khốixây,bêtôngkhíAAC)đến các đặc tính cơ lý, đặc tính thủy lực củaBTR;

5) Nghiên cứu cấu trúc rỗng và mối quan hệ giữa cấu trúc rỗng với các thông số khác bao gồm: tính chất cơ lý, hệ số thấm nước, các thông số vận chuyển khối, hệ số bay hơi nước và nhiệt độ bề mặt củaBTR.

6) Nghiên cứu ứng dụng BTR làm lớp mặt bãi đỗ xe có tính năng thấm nước và giảm nhiệt độ bềmặt.

Phương phápnghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết đóng vai trò nền tảng trong việc hình thành luận án, bắt đầu bằng phân tích tài liệu tham khảo để xây dựng cơ sở lý luận vững chắc Trên cơ sở đó, các giả thiết khoa học sẽ được đưa ra, dự đoán các tính chất và giải thích kết quả của các thí nghiệm thực tế Bằng cách này, khuôn khổ nghiên cứu được tạo dựng một cách có hệ thống và logic, tạo tiền đề cho việc kiểm chứng và đánh giá kết quả nghiên cứu trong giai đoạn tiếp theo.

Nghiên cứu thực nghiệm nhằm chứng minh và làm rõ các giả thiết khoa học thông qua các thí nghiệm trên mẫu tại phòng thí nghiệm và cấu kiện tại hiện trường Trong nghiên cứu thực nghiệm, các phương pháp chuẩn trong và ngoài nước được áp dụng cùng với một số phương pháp phi chuẩn.

Cơ sởkhoahọc

Để thực hiện các nội dung trên, luận án dựa trên các cơ sở khoa học như sau:

-Cơ sở hình thành cấu trúc rỗng của BTR; vai trò của các thành phần lỗ rỗng và mối quan hệ giữa cấu trúc rỗng đến các đặc tính củaBTR

-Cơ sở khoa học của việc nâng cao hiệu quả giảm nhiệt độ bề mặt củaBTR

-Cơ sở sử dụng CLTC từ chất thải rắn xây dựng vàAAC

-Cơ sở ứng dụng BTR làm lớp mặt bãi đỗ xe thoát nước, giảm nhiệt độ bềmặt

Các luận điểm khoa học củaluậnán

- Các đặc tính của CLTC và cốt liệu nhỏ từ AAC, độ nhớt hồ xi măng, phương pháp đầm, độ rỗng thiết kế, … đóng vai trò quan trọng quyết định cấu trúc rỗng, đặc tính cơ lý và đặc tính thủy lực củaBTR;

-Đặc tính cấu trúc rỗng và các loại độ rỗng có mối liên hệ trực tiếp đến hệ số thấmnướcvàcácthôngsốvậnchuyểnkhối(độkhuếchtánkhí,hệsốthấmkhí)quacấu trúc củaBTR.

-Cấu trúc rỗng và hệ số thấm nước của BTR có tính bất đẳng hướng (theo các phương khác nhau là khácnhau)

-Bổ sung hạt AAC và sử dụng CLTC từ khối xây giúp tăng độ rỗng trong hạt, nângcaokhảnănghútnướcvàgiữnướccủaBTR,từđómanglạihiệuquảbayhơinước làm giảm nhiệt độ bề mặt BTR.

-Chứng minh được mối liên hệ giữa kích thước hạt của tác nhân gây tắc nghẽn và kích thước lỗ rỗng hiệu quả của BTR; chứng minh được mối quan hệ giữa chiềudày củaBTRvàlượngtácnhângâytắcnghẽnđọnglạitrongmẫu.Từđóđánhgiáđượcmối quan hệ giữa hệ số thấm và các loại tác nhân gây tắc nghẽn như đất,cát.

Các đóng góp mới củaluậnán

1) Làm rõ các thông số độ rỗng, cấu trúc lỗ rỗng và cấu trúc rỗng của BTR nhờ phân tích hình ảnh 3D (MFXCT); từ đó làm rõ tính dị hướng trong cấu trúc rỗng và hệ số thấm nước củaBTR.

2) Làm rõ ảnh hưởng của các loại cốt liệu rỗng (AAC và CLTC từ khốixây):

- Tăng độ rỗng trong hạt từ đó tăng khả năng hút nước và giữ nước củaBTR;

- LàmgiảmnhiệtđộbềmặtcủaBTRnhờquátrìnhbayhơinướckếthợpvớiquá trình vận chuyển khối qua cấu trúcrỗng.

3) Luận án đã xác định được các mối tương quan giữa:

- Cấu trúc rỗng và hệ số thấmnước;

- Cấu trúc rỗng, đặc tính cơ lý và hệ số thấmnước;

- Quá trình bay hơi nước trong cấu trúc và nhiệt độ bề mặtBTR;

Nghiên cứu đã làm rõ mối quan hệ giữa kích thước hạt của tác nhân gây tắc nghẽn, kích thước lỗ rỗng hiệu quả của BTR, chiều cao mẫu và hệ số thấm của BTR Đánh giá được ảnh hưởng của các tác nhân gây tắc nghẽn đến hệ số thấm nước của BTR ở quy mô phòng thí nghiệm và tại hiện trường sau 2 năm sử dụng.

5) Làm rõ hiệu quả giảm nhiệt độ bề mặt của BTR khi ứng dụng làm bãi đỗ xe thấmnướcvàxácđịnhđượcmốitươngquangiữanhiệtđộbềmặtcủaBTRvớicácloại bề mặt khácnhau.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn củaluận án

a Ý nghĩa khoa học của luậnán

(1) Luận án đã làm rõ vai trò của các thành phần nguyên vật liệu đến cấu trúc rỗngcủaBTR;(2)Đãnghiêncứulàmrõvaitròcủacácthànhphầnlỗrỗngvàmốiquan hệ giữa cấu trúc rỗng đến các tính chất của BTR (3) Đã chứng minh được mối quan hệ giữa cấu trúc rỗng và khả năng hút nước và giữ nước của BTR (4) Chứng minh mối quan hệ giữa quá trình bay hơi nước, quá trình vận chuyển khối và hiệu quả giảm nhiệt độ bề mặt củaBTR. b Ý nghĩa thực tiễn của luậnán

(1) Chứng mình được khả năng và hiệu quả sử dụng CLTC để chế tạo BTR (2)LuậnánchứngminhđượchiệuquảkhisửdụngBTRứngdụngchobãiđỗxe,ngoàikhả năng thoát nước hiệu quả, BTR làm giảm đáng kể nhiệt độ bề mặt, góp phần làm giảm hiệuứngnhiệtđôthị(UHI)(3)Kếtquảnghiêncứucủaluậnánlàtàiliệuthamkhảocho đào tạo và nghiên cứu khoa học trong lĩnh vực vật liệu và môitrường.

Những vấn đề còntồn tại

(1) Việc sử dụng các cốt liệu AAC có kích thước hạt khác nhau với cùng khối lượng thể tích hạt, điều nhày giúp đơn giản hóa quá trình tính toán, thống nhất số liệu nhưng có thể gây ra sai số tính toán Tuy nhiên, kích thước hạt nhỏ từ 0,63 đến 5 mm do đó khối lượng thể tích hạt có thể thay đổi phụ thuộc vào cấu trúc lỗ rỗng và sự đồng nhất của AAC Điều này là khó kiểm soát trong thựctế.

(2) LuậnánchưađánhgiácấutrúcvàđộbềncủaBTRtheothờigiandàikhixảy ra các chu kỳ khô – ướt biến thiên theo điều kiện thực tế Luận án mới chỉ đánh giá các tính chất sau 02 năm sử dụng do giới hạn về thờigian.

(3) Khilàmviệctrongđiềukiệnnướchấpthụđanghóahơikhuếchtánvàokhông khí, không những nhiệt độ bề mặt của BTR giảm mà nhiệt độ không khí phía trên bề mặt BTR cũng giảm, và đây là minh chứng về giảm hiệu ứng UHI Tuy nhiên trong phạm vi nghiên cứu của luận án chưa đánh giá, đo đạc nhiệt độ không khí ở các độ cao khác nhau so với bề mặt BTR Nội dung này sẽ được thực hiện ở các nghiên cứu tiếp theo.

Cấu trúcluậnán

Tổng quan về bêtôngrỗng

Bê tông thấm nước (BTR) theo định nghĩa của Viện Bê tông Mỹ (ACI) là loại bê tông không có độ sụt, sử dụng cốt liệu hạt gián đoạn tạo nên cấu trúc rỗng Loại bê tông này có khả năng thấm nước tuyệt vời nhờ hệ thống lỗ rỗng thông nhau, hệ số thấm dao động từ 0,1 đến 3,3 cm/s BTR được đánh giá là vật liệu thân thiện với môi trường, giúp giảm lượng nước chảy tràn khỏi bề mặt, bổ sung nguồn nước ngầm, chống trượt, hấp thụ âm thanh và giảm hiện tượng đảo nhiệt đô thị Ngoài ra, BTR còn cho phép sử dụng nhiều loại cốt liệu khác nhau, góp phần cải thiện cường độ bê tông, mở rộng phạm vi ứng dụng của loại vật liệu này.

CácưuđiểmnổibậtcủaBTRbaogồm:thoátnướcbềmặtnhanhchóngnhờhệsố thấmcao,giảmhiệntượngngậpúng,loạibỏvũngnướcđọngtrênbềmặt,bổsungmực nước ngầm;hấp thụ nhiệt và giảm hiệu ứng nhiệt đô thị; hấp thụ âm thanh; chống trơn trượt v.v…Tuy nhiên, BTR tồn tại một số nhược điểm: (1) Cường độ thấp; (2) Hiện tượng bong bật nếu hoàn thiện bề mặt và bảo dưỡng sau thi công không đảm bảo; (3) Hệ số mài mòn cao hơn so với các loại bê tông thông thường; (4) Quá trình bảo dưỡng yêucầukhắtkhehơn,đặcbiệttrongđiềukiệnthờitiếtkhô,nóng;(5)Hiệntượngtắc nghẽn làm giảm hệ số thấm hoặc làm mất hoàn toàn hệ số thấm nước của BTR

(Hình 1.1)…Trong các nhược điểm, hiện tượng tắc nghẽn cần được xem xét và đánhgiácụthểdocóảnhhưởnglớnnhất đến đặc tính của BTR Nguyên nhân tắc nghẽn chủ yếu do một lượng lớn các hạt như bùn sét, đất, cát hoặc các mảnh vụn liên tục đi qua hệ thống lỗ rỗng và bị đọng lại trong cấu trúc hoặc trên bềmặt[155] Bên cạnh đó, các tác nhân tíchlũytừ phương tiện giao thông, các thảmthực vật, lá cây hoặc bụi bẩn cũng có thểgâyra tắc nghẽn lỗrỗng.

Sự tắc nghẽn được phân loại theo thờigianhoặctheobảnchấtcủatácnhân.Phân loại theo thời gian có hai loại:

Hình 1.1 Hiện tượng tắc nghẽn của BTR

Hình 1.2 Ảnh hưởng của kích thước cátgây tắc nghẽn đến hệ số thấm [70] lượng nhỏ trầm tích hoặc một số tác nhân khác gây ra; (2) quá trình tắc nghẽn đột ngột do xói mòn đất, cát, lá cây [103] Phân loại tắc nghẽn theo tác nhân được chia làm 3 loại: (1) Tác nhân vật lý; (2) Tác nhân do hiện tượng hóa học (quá trình cacbonat hoặc sunfuacủacáckhoángdẫnđếnkếttủa);(3)Sựtắcnghẽnsinhhọckhicácloạitảo,nấm, rễ cây gâyra.

Hiệu suất của bê tông nhựa (BTR) giảm đáng kể khi khả năng thấm nước của nó suy giảm Hệ số thấm nước của BTR có thể giảm tới 90% chỉ sau 5 năm sử dụng, khiến vật liệu này dần trở nên không thấm nước Một nghiên cứu cho thấy hệ số thấm nước của mặt đường BTR sau 8 năm sử dụng chỉ còn 0,007 mm/s, tương đương khoảng 1/1000 so với giá trị ban đầu.

Yếu tố ảnh hưởng đến sự tắc nghẽn chủ yếu là kích thước của tác nhân gây tắc nghẽn Theo nghiên cứu của Huang và cộng sự [70]: tác nhân tắc gây nghẽn có kích thước từ 10 -7 – 10 -4 m, và được phõn loại thành hạt keo cú kớch thước 0,01 – 10àm;cỏc hạt lơ lửng trong nước cú kớch thước từ 10 - 100 àm và cỏc hạt kớch thước lớn trờn100 àmvàthườnggiớihạnđến5mm(dođườngkớchlỗrỗngthườngtừ1–5mm[20].Tỏc nhângâytắcnghẽnvàkíchthướclỗrỗngcủaBTRcómốiquanhệvớinhau,kíchthước lỗ rỗng càng lớn càng hạn chế ảnh hưởng của tác nhân gây tắc nghẽn, trong khi tăng kíchthướccủatácnhânlàmtănghiệntượngtắcnghẽn(Hình1.2)[70].Cùngquanđiểm đó, Chen và cộng sự [42] kết luận kích thước tác nhân từ 0,15 – 0,3 và 1,18 – 2,36 mm làmgiảmmạnhnhấthệsốthấmcủaBTR.TrongnghiêncứucủaHaselbach[66],đấtsét là tác nhân rất nguy hiểm làm suy giảm hệ số thấm, tác động có thể lớn hơn so với cát do khó loại bỏ đất sét bám trên bề mặt hoặc trong cấu trúc rỗng Trong một nghiên cứu khác, tác giả Kayhanian [82] kết luận cỏc hạt trầm tớch nhỏ hơn 38 àm là một yếu tố quan trọng gõy ra hiện tượng tắcnghẽn

Mộtsốbiệnphápkhắcphụcthểgiảmđángkểhiệntượngtắcnghẽnđãđượcnghiên cứu gồm: thổi áp lực cao, rửa áp lực cao và hút chân không Hút chân không sẽ không có hiệu quả với trường hợp tác nhân lắng đọng và tắc sâu trong cấu trúc BTR, chỉ hiệu quả khi tác nhân ở lớp mặt, trong trường hợp này rửa áp lực cao sẽ có hiệu quả caohơn [44] Các phương pháp này có thể đạt hiệu quả lên đến 90% so với hệ số thấm ban đầu Nếu kết hợp cả hai phương pháp thổi áp lực cao và rửa áp lực cao sẽ có hiệu quả cao nhất[159].

Ngoài ra, nghiên cứu về tác động của chiều dày bê tông thẩm thấu (BTR) đến hệ số thấm còn hạn chế và ít liên hệ với tình trạng tắc nghẽn Khi thay đổi chiều dày mẫu từ 50 mm, 75 mm đến 100 mm cho thấy BTR có các quy luật hệ số thấm khi có tác nhân gây tắc nghẽn khác nhau Đây là hiện tượng phức tạp, ngẫu nhiên tùy thuộc vào cơ chế chiếm ưu thế: (1) Tăng chiều dày giảm nguy cơ tắc nghẽn vì với cùng lượng tác nhân gây tắc nghẽn và diện tích bề mặt, tăng chiều dày làm tăng thể tích bê tông và thể tích lỗ rỗng, giảm tỷ lệ giữa thể tích tác nhân gây tắc nghẽn/thể tích lỗ rỗng và làm tăng hệ số thấm, giảm nguy cơ tắc nghẽn; (2) Tác nhân gây tắc nghẽn phải di chuyển quãng đường dài hơn khi tăng chiều dày, làm tăng nguy cơ tắc nghẽn do bịt kín lỗ rỗng trong quá trình di chuyển, giảm hệ số thấm Cơ chế (2) phụ thuộc vào kích thước tác nhân gây tắc nghẽn và kích thước lỗ rỗng của BTR.

Tình hình nghiên cứu và ứng dụng BTR trên thế giới

BTRđượcnghiêncứuvàứngdụngsớmnhấttạiChâuÂutừgiữathếkỷ19(1852) với các thành phần cấp phối chỉ gồm sỏi và xi măng Đến năm 1923, sau hơn 70 năm, các ứng dụng của BTR mới xuất hiện trở lại với khoảng 50 ngôi nhà hai tầng được xây dựng bằng BTR sử dụng cốt liệu từ clanker ở Edinburgh, Scotland Những năm 1930, Hiệp hội nhà ở đặc biệt ở Scotland thông qua việc sử dụng BTR thấm nước cho xây dựng nhà ở Từ đó việc sử dụng BTR trở lên phổ biến với hơn 900 ngôi nhà được xây dựng đến năm 1942 BTR ban đầu được sử dụng với mục đích giảm chi phí nguyên vật liệu.BTRdầnđượcsửdụngphổbiếnởcáckhuvựckhácnhưAustralia,TâyPhi,Trung Đông, Nga…Ở Mỹ, chỉ đến khi quá trình đô thị hóa diễn ra quá nhanh, làm nhiều diện tíchđấttựnhiênbịbaophủbởibêtôngdẫnđếncáchiệntượngngậpúngởcáckhudân cư,lúcnàyBTRđượcquantâmsửdụngnhờtínhnăngthấmnước.Từnhữngnăm1970 trở đi, BTR bắt đầu được thi công tại Florida, Utah và New Mexico rồi sau đó đã phát triển nhanh chóng trên toàn nước Mỹ với mục tiêu chính là kiểm soát lượng nước mưa và lượng nước hình thành do băng tan[31].

Hiện nay, một số nước trên thế giới như Mỹ, Nhật, các nước Châu âu sử dụngBTR chủ yếu cho lớp áo đường tại các khu đô thị với cường độ từ 20 – 30 MPa [79].Nhiều ứng dụng khác sử dụng BTR với cường độ thấp như lớp mặt khu vực đỗ xe, vỉa hèvớimụctiêugiảmhiệuứngđảonhiệtđôthị[57][127].Vớiưuđiểmvàkhảnăngứng dụng nêu trên, BTR trở thành chủ đề được quan tâm trong các nghiên cứu gần đây Số lượng bài báo,công trình nghiên cứu về BTR trong những năm gần đây được thể hiện trong Hình 1.3 vàBảng 1.1 [166].

Năm công bố (tính đến tháng 6/2023)

Hình 1.3 Số lượng các bài báo được công bố về BTRBảng 1.1 Các tính chất BTR đã được thực hiện[56]

Lĩnh vực ảnh hưởng Tính chất Số lượng nghiên cứu

Môi trường Chất xúc tác quang 5

Hiệu ứng đảo nhiệt đô thị 12

Thấm nước 93 Đặc tính thủy lực Tắc nghẽn 19 Độ rỗng 9

Tính an toàn Băng giá 9 Độ cứng 5

Cường độ nén 49 Đặc tính cơ học Độ bền kéo gián tiếp 13

Mô hình toán Dự báo 3

Số lượng bài báo công bố 20062007

Mục đích chính của lớp mặt đường bê tông nhựa trát thảm (BTR) là thấm nước mưa vào các lớp kết cấu phía dưới hoặc gom về vị trí thu nước Đặc điểm, kích thước, thành phần cấp hạt của cốt liệu, cũng như tỷ lệ nước/xi măng (N/X), hàm lượng xi măng và phụ gia được sử dụng đều ảnh hưởng đến đặc tính của BTR, dẫn đến sự biến đổi trong đặc tính cơ học, cấu trúc rỗng và đặc tính thủy lực Trong Bảng 1.2, tỷ lệ trung bình vật liệu được sử dụng trong hỗn hợp BTR được tổng hợp.

Bảng 1.2 Thành phần cấp phối điển hình của BTR[56]

Thành phần Khoảng giá trị Giá trị phổ biến

Tình hình nghiên cứu và sử dụng BTR ở Việt Nam

BTRởViệtNamhiệnđãđượcnghiêncứuởcácđơnvịnhưTrườngĐạihọcXây dựng Hà Nội, Trường Đại học Giao thông Vận tải (Hà Nội, TP HCM), Đại học Bách khoa Tp HCM, Đại học Kiến Trúc Hà Nội; các viện chuyên ngành như Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng (IBST); Bộ Giao thông vận tải…Một số nghiên cứu điển hình được tóm tắt sau đây thể hiện bức tranh tổng quát về tình hình nghiên cứu, ứng dụng BTR ở Việt Nam Các nghiên cứu chủ yếu được thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm nhằm đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố: nguyên vật liệu, phương pháp thiết kế…đến các đặc tính cơ lý và khả năng thấm nước Tác giả Nguyễn Văn Chánh [8] đã nghiên cứu chế tạo BTR dùng cho khu Đô thị nhưng chủ yếu phạm vi phòng thí nghiệm Từ năm 2012 đến nay, trường Đại học Xây dựng Hà Nội đã có nhiều nghiên cứu về BTR và trong đó có các ứng dụng thử nghiệm tại bãi đỗ xe, đường đi bộ tại Bình Dương do tác giả Phạm Hữu Hanh chủ trì [11]; bãi đỗ xe, vỉa hè tại cơ sở 2 của trường Đại học Xây dựng Hà Nội (Hà Nam) năm 2019 do tác giả

Phan Quang Minh chủ trì đề tài cấp quốcgiathựchiện[13].CácnghiêncứuứngdụngnàyđềusửdụngCLTNđểchếtạo

BTR.TácgiảNguyễnTuấnTrung[7],trườngĐạihọcXâydựngHàNộiđãnghiêncứu chếtạoBTRtừvậtliệunhiễmmặnvàtrobaychếtạocácdạngcấukiệnứngdụngtrong xâydựngcôngtrìnhhạtầngkỹthuậtvenbiển.Tuynhiênđềtàicótínhchấtnghiêncứu ứngdụng,chếtạocấukiện.NhómtácgiảLêHảiTrung[4],trườngĐạihọcThủylợiđã khai thác một ứng dụng khác của BTR nhờ đặc tính rỗng của vật liệu khi đánh giá khả nănggiảmsóngcủacấukiệnBTRdùngchocáccôngtrìnhbảovệbờbiểnnhờkhảnăng hấpthụnănglượngsóngtheocơchếchủđộng.NhómtácgiảNguyễnThanhSang[112]

Đại học Giao thông Vận tải đã tiến hành nghiên cứu phương pháp thiết kế nhằm nâng cao cường độ chịu tải của kết cấu mặt đường bê tông thấm nước (BTR) bằng cách ứng dụng phụ gia khoáng và lưới vải địa kỹ thuật Nghiên cứu của nhóm tác giả Nguyễn Thị Hồng, Lê Thanh Hà tập trung vào việc cải thiện khả năng chịu lực và thoát nước của kết cấu BTR thông qua việc tiến hành thử nghiệm ngoài hiện trường với tải trọng xe dưới 2,5 tấn Kết quả cho thấy phương pháp thiết kế mới này làm giảm lưu lượng xả khỏi kết cấu từ 10-20% so với kết cấu bê tông xi măng truyền thống trong cùng thời gian mưa, góp phần nâng cao hiệu quả thoát nước và lưu giữ nước của kết cấu BTR.

Năm 2021, NCS Nguyễn Văn Đồng bảo vệ thành công luận án tiến sĩ với đề tài nghiên cứu chế tạo BTR thoát nước ứng dụng trong công trình giao thông sử dụng CLTN, phụ gia khoáng silicafume và tro bay, phụ gia hóa học chế tạo BTR có cường độ lớn hơn 20MPa, hệ số thoát nước lớn hơn 4mm/s và ứng dụng trong kết cấu áo đường giao thông cấp IV, bãi đỗ xe, vỉa hè Luận án đánh giá sự phân bố độ rỗng theo chiều cao mẫu do ảnh hưởng của độ nhớt hồ CKD bằng phần mềm Image J Đánh giá độ rỗng dựa trên phân tích mặt cắt 2D, so sánh độ rỗng giữa các mặt cắt với độ chính xác tương đối Luận án chưa phân tích các thông số cấu trúc rỗng và mối liên hệ với hệ số thấm nước và cường độ.

Tổng quan về cốt liệu tái chế từ phế thảixâydựng

Tình hình quản lý, tái chế PTXD trên thế giới và ở Việt Nam

PTXDlàchấtthảirắnđượcphátsinhtrongquátrìnhkhảosát,thicôngxâydựng côngtrình(baogồmcôngtrìnhxâydựngmới,sửachữa,cảitạo,didời,tubổ,phụchồi, phá dỡ) [3].PTXD rất phong phú và đa dạng về chủng loại, chất lượng khác nhau phụ thuộcnguồngốcphátsinh.Vídụ,thànhphầnPTXDđiểnhìnhởViệtNambaogồm

Hình 1.4 Thành phần của PTXD tại Việt Nam khoảng 36% đất, sỏi, cát; 31% khối xây; 23% là bê tông và các thành phần khác chiếm khoảng

10% (Hình 1.4) [1][3] Trong đó, thành phần bê tông phế thải và khối xây là hai thành phần có khối lượng lớn nhất trong quá trình phá dỡ, cải tạo, sửa chữa các công trình xây dựng và có khả năng tái chế thành cốt liệu sử dụng cho bê tông.

Các nội dung tiếp theo về PTXD chủ yếu về 2 thành phần bê tông phế thải và khối xây.

1.2.1.1 Tình hình quản lý, tái chế PTXD trên thếgiới

Ngànhxâydựnglàngànhtiêuthụtàinguyênthiênnhiênchủyếuvàtổngsảnlượng toàn cầu tăng gần gấp đôi từ 21 tỷ tấn năm 2007 lên 40 tỷ tấn năm 2014 Hiện nay, CLTN có thể được thay thế bằng (CLTC) với nhiều tỷ lệ khác nhau tùy thuộc vào từng quốc gia Sử dụng CLTC còn vướng mắc ở một số nước đang phát triển do thiếukhuôn khổ pháp lý, tiêu chuẩn và các chỉ dẫn kỹ thuật Trong khi đó, các nước phát triển việc sửdụngCLTCtừPTXDđangtănglênvàtrởthànhmộtphầnquantrọngcủathịtrường vật liệu xây dựng[143]. Ở Liên minh Châu Âu [150], các quốc gia thành viên có mức thu hồi và tái chế 70% PTXD từ công trường; 50% tái sử dụng và tái chế PTXD từ các hộ gia đình vào năm 2020 Ở Đan Mạch, PTXD được đẩy mạnh theo hướng tái chế với chất lượng tốt và tỷ lệ tái chế cao; ngược lại, ở Pháp, quản lý PTXD là một vấn đề mới nổi và đang thiếu các chính sách và thị trường Các nước Anh, Hà Lan, Bỉ, Thụy Sĩ và Đức với khoảng1.300triệutấnCTRphátsinhmỗinăm,trongđókhoảng40%,tươngđương510 triệutấnlàPTXD.Tại Úc,chínhphủkhôngquảnlývấnđềvềPTXDnhưngcácvấnđề môi trường do chính quyền các bang và vùng lãnh thổ chịu trách nhiệm Trong năm 2006–2007, Úc có 43,78 triệu tấn chất thải được hình thành, 38% trong số đó là từ PTXD.Mỹhìnhthànhkhoảng325triệutấnvàNhậtBảnkhoảng77triệutấnPTXDmỗi năm[46].ỞTrungQuốc,lượngPTXDphátsinhngàycàngtăng,đặcbiệtlàởcácthành phố lớn và chiếm khoảng 30% CTR đô thị trên toàn thế giới và 40% trong số đólà

PTXD Hoạt động xây dựng mới tạo ra khoảng 100 triệu tấn trong khi việc phá dỡ tạo ra200triệutấnPTXDhàngnăm[48].ỞHồngKông,tổnglượngPTXDlàkhoảng1,53 triệu tấn (2015), chiếm 28% tổng CTR [58] Tuy nhiên, tỷ lệ tái chế PTXD thực tế ở Hồng Kông rất thấp do được bán sang Trung Quốc dưới dạng chất thải có khả năng tái tạo Trung Quốc và Ấn Độ hiện đang sản xuất và sử dụng hơn 50% lượng bê tông của thếgiới.

Vídụ,NhậtBảnlàquốcgiađiđầutrongviệctáichếPTXDvàđạtmứctáichếtrên98% [145] Một trong những yếu tố chính quyết định khả năng ứng dụng của CLTC là sử dụng thuế để áp lên CLTN, ngoài ra còn có các chính sách như thu phí chôn lấp [58] Các quốc gia có thuế suất đối với CLTN tương đối cao (Anh) có tỷ lệ tái chế cao hơn các quốc gia khác Bảng 1.3 thể hiện tỷ lệ phát thải và tái chế PTXD ở một số quốc gia trên thếgiới.

Bảng 1.3: Tỷ lệ tái chế PTXD ở một số quốc gia[143]

(Triệu tấn) Tổng lượng PTXD tái chế (Triệu tấn) Tỷ lệ PTXD tái chế (%) Ý 46,3 - -

(Triệu tấn) Tổng lượng PTXD tái chế (Triệu tấn) Tỷ lệ PTXD tái chế (%) Đức 192 165,4 86 Đài Loan 63 58 91 Đan Mạch 21,7 20,4 94

1.2.1.2 Tình hình quản lý PTXD ở ViệtNam

Theo Báo cáo môi trường quốc gia 2011 của Bộ Tài Nguyên Môi Trường, tổng lượng CTR đô thị trung bình là 60 nghìn tấn/ngày, trong đó PTXD chiếm 10%-12% Quản lý PTXD quy mô lớn là vấn đề nan giải cho các cơ quan quản lý, cơ quan hoạch định chính sách Hà Nội có 5 bãi chôn lấp đang hoạt động, lớn nhất là bãi Xuân Sơn ở Đông Anh với diện tích 9,5 ha Quy hoạch tổng thể các bãi chôn lấp PTXD thành phố Hà Nội đến năm 2030, tầm nhìn 2050 sẽ có 24 bãi chôn lấp/bãi đổ PTXD và 3 bãi chôn lấp bùn thải thấm nước Hải Phòng có duy nhất một bãi chôn lấp hoạt động tại quận Hải An với diện tích 29,6 ha, trong đó có một phần dành cho PTXD Đa số các tỉnh thành trên cả nước đang thiếu bãi tập kết, chung chuyển và xử lý PTXD Tái chế PTXD được nhấn mạnh trong chiến lược quốc gia về quản lý CTR đến năm 2025 và tầm nhìn đến năm 2050.

2050 Theo đó, 50% - 60% lượng CTR thu gom sẽ được tái chế, với mục tiêu thu gom 90% Ở Việt Nam, số liệubáocáotrongQuyhoạchtổngthểcủaHàNộivềquảnlýCTRchothấythànhphần

PTXDgồmcóđất,cát,đádăm(36%),khốixây(31%),bêtông(23%),vàloạikhácnhư kim loại, nhựa(10%).

Trong những năm gần đây, vấn đề quản lý CTR xây dựng đã nhận được nhiều sự quan tâm của chính quyền các địa phương cũng như các cơ quan chức năng nhằm thúc đẩy quá trình đánh giá, quản lý và tái chế PTXD Trong một nghiên cứu nhằm định lượngtỷlệphátthảiPTXDtạiHàNội,nhómtácgiả[72]đãápdụngphươngphápphân tích hình ảnh để tìm ra thành phần PTXD tại các khu vực tập kết PTXD Các tác giả đã đưa ra tỷ lệ phát thải trên một mét vuông sàn xây dựng của công trình xây dựng, công trìnhphádỡ(quymônhỏvàquymôlớn),vàcáccôngtrìnhcôngcộng.Mộtnghiêncứu độc lập của nhóm tác giả [111] năm 2019 đã đưa ra một ước tính tương tự về tỷ lệ phát thải trên một đơn vị diện tích sàn từ công trình phá dỡ ở Hà Nội với một cách tiếp cận khác.TiếnhànhphỏngvấnchuyênsâuvớicácnhàthầuxâydựngvàphádỡtạiHàNội,

HảiPhòng,QuảngNinh,ĐàNẵngvàThànhphốHồChíMinhđểđánhgiáquymôhoạt động, nhận thức về quy định pháp luật hiện hành về quản lý PTXD, thái độ của họ đối với việc tái chế PTXD Nhóm tác giả Lockrey [94] đã sử dụng thông tin được thu thập từcáccuộcphỏngvấnđểpháttriểnmôhìnhLCAvàmôphỏngluồngPTXDtạiHàNội, tiềm năng áp dụng các sản phẩm tái chế từ PTXD cho bêtông.

HiệnnaycácnghiêncứuchuyênsâuvềPTXDcònđangkháhạnchế.Nhómnghiên cứucủatácgiảTốngTônKiên[86]đãnghiêncứutínhchấtcơhọccủabêtôngsửdụng CLTC từ PTXD Nhóm tác giả Nguyễn Mạnh Hùng [93] đã tiến hành đánh giá về các cơhộivàtháchthứckhitáisửdụngvàtáichếPTXDtạiViệtNam.NhómtácgiảNguyễn

VănTuấn[152]đãtrìnhbàycáinhìntổngthểvềtìnhhìnhquảnlýPTXDtạiViệtNam: xu hướng phát thải PTXD trên cả nước, các bên liên quan và thực trạng quản lýPTXD, các quy định pháp lý về PTXD, cùng với các khuyến nghị để quản lý PTXD hợp lý tại ViệtNam.

Cốt liệu tái chế từ phế thải xây dựng

PTXDsaukhiđượctậpkếtvềkhuvựctáichếsẽđượcchođiquamộtdâychuyền nghiền,sàngtrởthànhcốtliệuphụcvụchocácmụcđíchkhácnhau.Nhiềumôhìnhdây chuyền tái chế được đề xuất tại các quốc gia [54] [63] Công nghệ tái chế PTXD có nhiều mức độ khácnhau:

- Mức độ thứ 1: bao gồm máy nghiền di động gắn liền các bộ phận nghiền, sàng và phân loại, không có bộ phận để loại bỏ tạp chất.

- Mức độ thứ 2: bao gồm thiết bị của dây chuyền công nghệ mức độ 1 nhưng có thêmbộphậnphântáchkimloạibằngtừtínhvàhệthốngsàngphânloạiranhiềucỡhạt khác nhauhơn.

- Mức độ thứ 3: có thể xử lý được tất cả các loại phế thải với việc bổ sung quy trìnhloạibỏtạpchất.Cácquytrìnhkhô,quytrìnhướtvàquytrìnhnhiệtphânhủyđược sử dụng để loại bỏ tạpchất.

Trong luận án sử dụng dây chuyền nghiền đáp ứng theo công nghệ tái chế ở mức độ thứ 2 Dây chuyền nghiền được lắp đặt tại xã Kim Chung, huyện Đông Anh,

1.2.2.2 Tính chất của cốt liệu táichế

Tính chất của CLTC từ PTXD phụ thuộc vào nguồn phá dỡ và quy trình phân loại, xử lý tại nguồn Trên thế giới có các tiêu chuẩn phân loại CLTC từ PTXD, ví dụ, tiêu chuẩn Anh BS 8500-2:2006 chia cốt liệu lớn tái chế từ PTXD thành 02 chủng loại như được trình bày tại Bảng 1.4 [71] Tiêu chuẩn Nhật Bản chia CLTC từ PTXD thành

03 chủng loại (Bảng 1.5), và đồng thời đưa ra khuyến cáo về phạm vi sử dụng củal o ạ i

Tại Việt Nam, tiêu chuẩn TCVN 11969 - 2018 quy định các yêu cầu cụ thể về cốt liệu lớn tái chế từ phụ thải xây dựng Cốt liệu lớn thu hút nhiều nghiên cứu và ứng dụng hơn so với cốt liệu nhỏ, mặc dù cốt liệu nhỏ chiếm tới 50% khối lượng sau tái chế Tuy nhiên, cốt liệu nhỏ ít được sử dụng do vữa xi măng khiến độ hút nước của nó cao hơn đáng kể so với cát tự nhiên.

Bảng 1.4 Yêu cầu của cốt liệu lớn tái chế từ PTXD theo BS 8500-2:2006

Tiêu chí Tỷ lệ gạch xây

Tỷ lệ cốt liệu nhỏ lớn nhất

Tỷ lệ vật liệu nhẹ lớn nhất B)

Tỷ lệ nhựa đường lớn nhất

Tỷ lệ vật liệu khác lớn nhất, VD: kính, nhựa, kim loại…

Tỷ lệ sunfat hòa tan trong axit lớn nhất (SO3) Cốt liệulớntái chế từBT vỡ (RCA) A),C)

Cốt liệul ớ n tái chế (RA) 100 3 1,0 10 1 D)

A)Khi CLTC được nghiền từ BT có thành phần biết trước chưa qua sử dụng,

B)Vật liệu có khối lượng riêng nhỏ hơn 1000 kg/m 3 C) Tiêu chí của RCA có thể dùng cho cả hỗn hợp với cốt liệu lớn tự nhiên gần giống với các thành phần được xác định D) Giới hạn và phương pháp thử cần phải được xác định trong từng trường hợp

Bảng 1.5 Yêu cầu cho CLTC từ PTXD trong Tiêu chuẩn Nhật Bản

Tiêu chí CLTC từ PTXD

Tiêu chuẩn JIS A 5021:2018 JIS A 5022:2018 JIS A 5023:2018 Độh ú t nước

CLN < 3,6% < 7% < 13% Ứng dụng Không có giới hạn về phạm vi sử dụng

BT cấu kiện cọc,dầm,móng BT san nền, mác thấp Trên thực tế, độ hút nước là một tiêu chí quan trọng để đánh giá chất lượng của CLTC từ PTXD Nghiên cứu của nhóm tác giả [134] đã tổng hợp 236 công bố trong38 năm, từ 1977 đến 2014, và đưa ra tiêu chí để phân loại chất lượng của CLTC từ PTXD dựa trên mối quan hệ giữa độ hút nước và khối lượng riêng của cốt liệu sau khi sấykhô(ρ d) Độ hút nước càng lớn ứng với chất lượng cốt liệu càng kém (Bảng 1.6) Hình 1.5thể hiện quan hệ giữa độ hút nước và khối lượng thể tích hạt của CLTC Mối quan hệ này do kích thước cốt liệu, nguồn gốc và phương pháp gia công quyếtđịnh.

Bảng1.6YêucầuvềtínhchấtvậtlýcủatừngloạiCLTCtừPTXDtheophânloạichất lượng của Silva và cộng sự(2014)[134]

I II III I II III I II III

Khối lượng thể tích hạtρ d

Không giới hạn Độ hút nước

Ghi chú: Các giá trị ghi trong bảng là giới hạn lớn nhất

Trong các loại CLTC từ PTXD, cốt liệu từ khối xây sử dụng gạch đất sét nung cótỷlệtươngđốilớndothóiquenxâydựngcủangườiViệtNam,tuynhiênởViệtNam và cả trên thế giới nghiên cứu sử dụng CLTC từ gạch đất sét nung còn rất hạn chế, đặc biệt là sử dụng để chế tạo BTR Tác giả Barnali Debnath và cộng sự [49] đã đánh giá cấu trúc rỗng của BTR sử dụng CLTC từ gạch già lửa (có độ hút nước 7,3%) Độ rỗng và hệ số thấm của BTR sử dụng gạch đều nhỏ hơn so với khi sử dụng cốt liệu tự nhiên vàbịảnhhưởngnhiềubởiphươngpháptạohìnhvàphươngphápđầmchặt.TácgiảSata vàcộngsự[132]đãsửdụnggạchđấtsétnungvàbêtôngtáichếcókíchthước4,5–9,5 mm để chế tạo BTR sử dụng chất kết dính geopolymer Cường độ BTR đạt 7,0 – 10,3 MPa khi sử dụng hỗn hợp cốt liệu và đạt 2,9 – 6,6 MPa khi chỉ sử dụng cốt liệu gạch đất sét nung Tác giả Wang và cộng sự [156] đã sử dụng cốt liệu từ gạch nhằm tăng cường khả năng hút nước của BTR, từ đó làm tăng hiệu quả quá trình bay hơi làm mát Hệ số hấp thụ nước mao dẫn có thể đạt 2,04 lit/m 2 s 0,5 , gấp 30 – 200 lần so với BTR thông thường Sử dụng CLTC từ gạch đất sét nung với hàm lượng từ 0 – 100% để chế tạogạchblocklàmgiảmkhốilượngthểtích,cườngđộnénvàcườngđộuốnnhưnglàm tăng độ hút nước của gạch block [124] Tác giả [67] [86] [118] sử dụng CLTC nghiền từ gạch đất sét nung với độ hút nước từ 17% đến 19% do đó cần tăng tỷ lệ N/X để duy trì tính công tác của hỗn hợp bê tông, tuy nhiên sẽ làm giảm đặc tính cơ lý của bê tông Ở Việt Nam, nhóm tác giả Phạm Đình Huy Hoàng và cộng sự [10] đã nghiên cứu sử dụng hỗn hợp CLTC gồm gạch đất sét nung và bê tông để chế tạo bê tông, độ sụt của hỗn hợp BT giảm nhanh sau 30 và 60 phút, cường độ giảm theo hàm lượng CLTC sử dụng.

Bê tông khí chưng áp (AAC) là loại PTXD mới ở Việt Nam, hiện nay dạng phế thải chủ yếu là thải phẩm của nhà máy hoặc sản phẩm hư hỏng do vận chuyển, phế thảiAAC từ công trình xây dựng dự báo sẽ hình thành trong tương lai gần do việc sử dụngAAC ở Việt Nam trở lên phổ biến từ đầu những năm 2000 AAC là vật liệu nhẹ và có cấu trúc gồm bộ khung (thành vách) và hệ thống lỗ rỗng (môi trường rỗng) Hiện nay,

Tổng quan về bê tông rỗng sử dụng cốt liệu tái chế từ phế thảixâydựng

dựngTính chất cơ lý của bê tông rỗng sử dụng cốt liệu táichế

BTRcầnđápứngcácyêucầuvềtínhchấtcơlýtùytheoứngdụngcụthể.Cường độ nén là đặc trưng cơ lý quan trọng được sử dụng trong các thiết kế, trong đó có kết cấumặtđường[156].BTRcóxuhướngbịpháhủykhinhữngđiểmyếuđượchìnhthành tạivùngliênkếtgiữacáchạtcốtliệu,điềunàylàmchođặctínhcơlýcủaBTRkhácvới bê tông thường Vị trí liên kết giữa các hạt cốt liệu thường là vị trí yếu nhất Tuy nhiên nhậnđịnhnàycònphụthuộcvàocườngđộcủabảnthâncốtliệu.Cườngđộnéncủa

BTR sử dụng CLTC thường chỉ đạt trong khoảng 5 – 24 MPa [172], một số nghiêncứu có thể đạt trên 40 MPa [160], độ bền kéo từ 1,5-3,0 MPa [162] và độ bền uốn trên 4,0 MPa Tuy nhiên, các kết quả này tùy thuộc vào phương pháp thử nghiệm, phươngpháp đầm,vậtliệusửdụng,thờigianbảodưỡngvàcấpphối.ĐặctínhcơlýcủaBTRcaohơn khităngthờigiandưỡnghộvàlựcđầmnén[77].Ngoàira,nghiêncứu[33]chothấysử dụng phụ gia siêu dẻo trong BTR là không cần thiết trong việc cải thiện đặc tính cơ lý Bảng 1.7 thể hiện kết quả tổng hợp cường độ nén và uốn của BTR từ các nghiên cứu tổngquan.

Bảng 1.7 Tổng hợp cường độ nén và uốn của BTR sử dụng CLTC từ tổng quan

Tài liệu tham khảo Rn(

MPa) Cốt liệu Kết quả

Güneyisi và cộng sự [64] 12,8 1 – 1,4 100% CLTC

Cường độ nén giảm, tăng hệ số thấm và hệ số mài mòn 54,2% và 27,1%

P W Barnhouse và cộng sự [34] 2,1 – 4 - CLTC Độrỗnglớntrên30%,CLTC không ảnh hưởng đếncườngđộ nén và mô-đun đànhồi

H El-Hassan và cộng sự [55] 2,3 – 9 0,6 –

CLTC từ bê tông và xỉ

CLTC làm giảm cường độ, độ mài mòn nhưng tăng tổng độ rỗng, hệ số thấm

[18] 5,79 2,14 CLTC từ gạch và bê tông

CLTC làm giảm mạnh cường độ của BTR

Yuwadee Zaetang và cộng sự [168] 12 – 15 2,8 –

4,1 CLTC từ gach bê tông và bê tông

CLTC làm tăng cường độdotăng liên kết giữa đá ximăngvà cốt liệu (bề mặt hạt)

2,5 CLTC từ bê tông Cường độ nén giảm 49 –

53%, cường độ uốn giảm30 –32%sovớicốtliệutựnhiên

Barnali Debnath và cộng sự [49] 6 - 30 - CLTC từ gạch

Cườngđộphụthuộcvàokíchthư ớccốtliệu,hàmlượngcốt liệu nhỏ và tỷ lệN/X

Các nghiên cứu cho rằngkếthợp sử dụng CLTC trongBTRdẫn đến giảm đặc tính cơ họccủabê tông, nhưng còn khá ít tàiliệuchứng minh về các cơ chếnày.T á c g i ả [ 1 0 6 ] đ ã k ế t l u ậ n r ằ n g khi cùng độ rỗng như nhau, cườngđộ

Hình 1.7 Phát triển vết nứt của bê tông sử dụngcốt liệu (a)Tự nhiên, (b) CLTC của BTR sử dụng CLTC từ bê tông gốc có cường độ 15MPa sẽ thấp hơn khi sử dụng CLTC từ bê tông gốc có cường độ 25 MPa Các nghiên cứu [164] [165] cho thấy vết nứt trên mẫu sử dụng CLTC tập trung ở vết nứt lớn, ít hình thành vết nứt nhỏ và phân nhánh do đó làm gia tăng sự phá hủy cục bộ, làm giảm cường độ của BTR Trong khi đó bề mặt hư hỏng của mẫu sử dụng CLTN cho thấy vết nứt phân nhánh và chuyển hướng nhiều hơn Khi vết nứt phân nhánh dẫn đến cường độ nén cao hơn vì cần nhiều năng lượng hơn để gây ra sự phá hoại cấu trúc bê tông (Hình 1.7)

Mô-đun đàn hồi của BTR

Có nhiều quan điểm khác nhau được đưa ra về mô-đun đàn hồi của BTR:

Hàm lượng hồ xi măng đóng vai trò chủ yếu trong việc quyết định mô đun đàn hồi của Bê tông tươi tự chảy (BTR), trong khi cốt liệu thì ít ảnh hưởng hơn Khi hàm lượng hồ xi măng giảm, mô đun đàn hồi của BTR cũng giảm theo.

(ii) Mô-đun đàn hồi phụ thuộc vào loại cốt liệu và độ rỗng của bê tông [142]. MốiliênhệgiữahàmlượngCLTCvàhàmlượngximăngcũngảnhhưởngđến Mô-đun đàn hồi Khi tăng hàm lượng CLTC thì mô-đun đàn hồi của BTR tăng Có hai nguyênnhân:(1)DoảnhhưởngcủaCLTClàmtăngmô-đunđànhồi;(2)VìtăngCLTC dẫn đến lượng hồ xi măng liên kết sẽ giảm xuống, dẫn đến hình thành các điểm yếu trongcấutrúc,từđólàmtăngmô-đunđànhồi[165].Nhưvậychưathểkếtluậnmô-đun đàn hồi tăng do ảnh hưởng của CLTC hay do hàm lượng hồ xi măng liênkết. Độ rỗng và cấu trúc rỗng của bê tông rỗng sử dụng cốt liệu tái chế

Hiện có hai nhóm phương pháp xác định độ rỗng và cấu trúc rỗng là phương pháp thử nghiệm và phương pháp phân tích hình ảnh trực rỗng vi mô như: quét kính hiển vi điện tử (SEM), phát xạ âm (AE), chụp cắt lớp vi tính (CT) Độ rỗng đo bằng phương pháp thực nghiệm phản ánh lỗ rỗng hở hoặc lỗ rỗng có thể bị nước chiếm chỗ Độ rỗng này luôn nhỏ hơn độ rỗng lý thuyết (được xác định bằng tỷ số thể tích khối lượng (γ0) và khối lượng riêng (γa)).

(tăngmứcđộbãohòa)sẽlàm2giátrịnàygầnnhauhơn.Phươngphápphântíchhìnhảnh3D hiện đang được ứng dụng ngày càng phổ biến để xác định cấu trúcrỗng.

1.3.2.1 Độ rỗng của BTR sử dụngCLTC

Cấu trúc rỗng bao gồm độ rỗng, thông số lỗ rỗng, cấu trúc lỗ rỗng và là chỉ số cơ bản và toàn diện để mô tả đặc tính của BTR Độ rỗng được xác định gồm các thành phần: rỗng giữa các hạt cốt liệu, rỗng trong hạt cốt liệu và rỗng trong đá CKD BTR sử dụngCLTCthườngthuđượcđộrỗngcógiátrịlớnhơnđộrỗngthiếtkếkhiđộrỗngthu được có thể đạt từ 22 - 28%, trong khi độ rỗng thiết kế là 20 – 25% [18][84] Điều này là do CLTC có nhiều góc cạnh làm tăng độ rỗng giữa các hạt và độ rỗng trong hạt cốt liệu cũng làm tăng đáng kể tổng độ rỗng của bê tông Trong nghiên cứu của El-Hassan và cộng sự [55] sử dụng từ 0 – 100% CLTC từ bê tông làm tăng tổng độ rỗng và khả năng thấm ước Độ rỗng tăng dẫn đến hệ số thấm tăng, điều này là do khi tăng độ rỗng sẽ làm tăng khả năng hình thành hệ thống lỗ rỗng thông nhau [70] Tuy nhiên, có các nghiên cứu cho thấy độ rỗng của BTR thay đổi không đáng kể khi sử dụng các tỷ lệ CLTC khác nhau [149]. Trong khi đó, một số nghiên cứu lại cho rằng độ rỗng giảmkhi sử dụng CLTC từ gạch đất sét nung so với

CLTN [49] Điều này được giải thích do cườngđộcủagạchthấpvàtrongquátrìnhđầmnén,cáchạtcốtliệubịvỡvàlấpđầycác khoảng trống, làm giảm độ rỗng và hệ sốthấm.

Nhiềunghiêncứuđãsửdụngcốtliệunhẹhoặccốtliệurỗnglàmtăngtổngđộrỗng củabêtông,đồngthờinângcaohiệuquảvềnộibảodưỡng,cáchâm,cáchnhiệtcủa

BTR [40] [50] [83] Độ rỗng của BTR tăng lên 13,7% khi sử dụng một số cốt liệu rỗng (tro từ vỏ cây) với tỷ lệ 25% [148].

Các kết quả phân tích độ rỗng cho thấy phần lớn các lỗ rỗng trong bê tông thấm nước nằm trong khoảng từ 0 đến 2000 mm 3 [133], kích thước lỗ rỗng trong BTR thay đổi từ 0 ~ 350 mm 2 (diện tích) [167] hoặc ≤ 40 mm (đường kính) [171] Hơn nữa, lỗ rỗngcókíchthước≤ 6mmchiếmđasố.TrongtổngđộrỗngcủaBTRcómộtsốlỗrỗng kín không ảnh hưởng đến hệ số thấm nước Tương tự, có những lỗ rỗng có kích thước nhỏhơnlạicókhảnănghútnướcvàgiữnước,đồngthờicũngkhôngảnhhưởngđếnhệ số thấm nước[35].

1.3.2.2 Đặc tính liên kết lỗ rỗng (lỗ rỗng thôngnhau)

Lỗ rỗng trong BTR được phân chia làm 3 loại: lỗ rỗng hở 2 mặt thông nhau (liên kết), lỗ rỗng hở không thông nhau (bán liên kết) và lỗ rỗng kín (Hình 1.8) [174] Đặc tính liên kết lỗ rỗng được thể hiện thông qua hai hệ số chính là hệ số lỗ rỗng kết nối và hệ số quanh co Trong đó, hệ số lỗ rỗng kết nối được tính bằng tỷ lệ các lỗ rỗng kết nối sovớitổngđộrỗng.TheonghiêncứucủaAgar-Ozbekvàcộngsự[21],sốlượnglỗrỗng trong BTR có liên kết với nhau tạo thành hệ thống lỗ rỗng thông nhau không vượt quá 30%, hệ số kết nối lỗ rỗng thay đổi từ 0,034 đến 0,180 Trong một nghiên cứu có tính tổng hợp của Yu và cộng sự [166] cho thấy hệ số kết nối lỗ rỗng thay đổi từ 0,5 – 0,7 vớitổngđộrỗngtrongkhoảng13,6%– 21,4%.Trongkhimộtsốkếtquảkhácchothấy rằngkhảnăngkếtnốilỗrỗngcaohơn,khoảng0,9vớitổngđộrỗnglà20,8%–26,2%; 0,860– 0,997vớitổngđộrỗnglà12,9%–28,75%.Khiphântíchđộrỗngbằngphương phápcântrongnước,độrỗngnàyđượccoilàđộrỗnghiệuquảhayhệsốkếtnốilỗrỗng từ 0,15 – 0,31 và thấp hơn khá nhiều so với các phương pháp phân tích hìnhảnh.

Tác giả Andriamihaja và cộng sự [22] đã nghiên cứu ảnh hưởng của yếu tố liên quan đến sự phân bố lỗ rỗng và hệ số kết nối của lỗ rỗng được gọi là “Mối liên kết của lỗ rỗng” Khái niệm mối liên kết của lỗ rỗng được hiểu là số lỗ rỗng liên kết quanhmột lỗ rỗng, mối liên kết có thể từ 0, 1, 2…Khi mối liên kết bằng 0 tức là lỗ rỗng kín Mối liên kết càng cao thì hệ số kết nối lỗ rỗng cànglớn.

Hệsốquanhco(Tortuosity),T,đượcđịnhnghĩalàtỷlệgiữađộdàicủađườngliênkết lỗ rỗng (Le) với khoảng cách ngắn nhất giữa 2 mặt của mẫu, L (Hình 1.9) Từ địnhnghĩanàythìđộquanhcothườnglớnhơn1.TrongBTR,độquanhco(T)cóảnhhưởng đáng kể đến các tính chất vĩ mô, đặc biệt là hệ số thấm nước Độ quanh co cũng là một thông số thể hiện sự không đồng nhất trong cấu trúc của BTR Tác giả Zhu và cộngsự

[174] kết luận BTR có hệ số T càng lớn thì càng có nhiều đường liên kết lỗ rỗng và hệ số thấm càng cao Tuy nhiên, khi tăng độ rỗng thì hệ số quanh co giảm xuống [133]. Nhiều nghiên cứu đã đánh giá mối quan hệ giữa tính thấm, độ rỗng và độ quanh co của cấu trúc rỗng [49] [108] [173] Bảng 1.8 thể hiện mối quan hệ giữa độ quanh co, T và độ rỗng của các hệ thống lỗ rỗng của các loại vật liệu khác nhau.

Hình1.8PhânloạilỗrỗngcấutrúcBTR[174] Hình 1.9 Hệ sốqu an h co của lỗ rỗng, T=Le/L[174] Bảng 1.8 Tổng hợp mối quan hệ giữa độ rỗng và độ quanh co từ các nghiên cứu

Tài liệu tham khảo Tương quan Hệ vật liệu

[36] Berryman và cộng sự, 1981 T = (1 +ФT, -1 )/2 Vật liệu rỗng

[39] Boving và cộng sự, 2001 T = ФT, -p ,p từ0.4 - 0.5 Đá trầm tích

[109] Neithalath và cộng sự, 2006 T = 1/(FSSo 2[σ]2]2 BTR

[49] Debnath và cộng sự, 2019 T = αee βω Hỗn hợp một cấp hạt [49] Debnath và cộng sự, 2019 T=αeξ ν (ξ= 𝑑 ⃛ 𝑝 )

𝑑 𝑎 Hỗn hợp một cấp hạt

Tài liệu tham khảo Tương quan Hệ vật liệu

T – Hệ số quanh co ФT, – Tổng độ rỗng a, b, p, αe, β, ω, ν – là các hằng số thực nghiệm 𝑑⃛–Làđườngkínhlỗrỗngtrungbình;

𝑑 𝑎 – Đường kính trung bình của cốt liệu FS– Hệ số hình dạng của lỗ rỗng

S0– Diện tích bề mặt riêng của lỗ rỗng Đặc tính thủy lực của BTR sử dụng CLTC Đặc tính thủy lực bao gồm các tính chất: khả năng hút nước và giữ nước, hệ số thấmnước.CácđặctínhthủylựccủaBTRphụthuộcchủyếuvàotỷlệcốtliệu,ximăng, thành phần cấp phối hạt, nguồn gốc cốt liệu (từ bê tông và khối xây…), đặc điểm cốt liệu (rỗng xốp) và phương pháp đầm[41][64].

Hệ số thấm nước của BTR thông thường đạt được từ 1 – 33 mm/s, một số nghiên cứukháchệsốthấmcóthểthayđổitừ0,30mm/sđến47,7mm/s,tùythuộcvàocấutrúc rỗng [41] Cấu trúc rỗng quyết định hệ số thấm, trong đó độ rỗng là một thông số ảnh hưởngđếnhệsốthấm.Vớicùngđộrỗngcóthểcónhiềugiátrịhệsốthấmvàngượclại Ví dụ, trong một nghiên cứu cho thấy độ rỗng cao nhất là 42%, với hệ số thấm chỉ là 17,4 mm/s Vì vậy, bên cạnh độ rỗng thì thông số lỗ rỗng, cấu trúc lỗ rỗng quyết định hệ số thấm nước của BTR [158].

Một trong những thông số lỗ rỗng và cấu trúc lỗ rỗng ảnh hưởng đến hệ số thấm làtínhliênkếtkhônggiancủalỗrỗng,đượcthểhiệnthôngquamốiliênkếtcủalỗrỗng.

Mốiliênkếtcủalỗrỗngđượcđịnhnghĩalàsốlỗrỗngliênkếtquanh1lỗrỗng.Mốiliên kếtcủalỗrỗngsẽquyếtđịnhđặctínhliênkết lỗrỗng(mục1.3.2)vàhệsốquanhco,T, từ đó ảnh hưởng đến hệ số thấm Các nghiên cứu sử dụng phương pháp phân tíchMFXCTgiúptáitạocấutrúc3DcủahệthốnglỗrỗngtrongBTR,từđólàrõcấutrúclỗ

Tổng quan về hệ thống mặt đường thấm nước áp dụng cho bãi đỗ xe và hiệuquả giảm nhiệt độbềmặt

Hệ thống mặt đường thấm nước ứng dụng cho bãi đỗ xe

Hệ thống mặt đường thấm nước (PPS) được định nghĩa gồm một hệ thống hoàn thiện từ lớp mặt, lớp base và sub-base (nếu có), lớp nền đường và hệ thống thu gom nước(nếucó).Ởcácnướcpháttriển,PPSđượcứngdụngrộngrãichocáctuyếnđường cótảitrọngnhẹ(hoặcgiớihạntảitrọng),bãiđậuxevàvỉahè[82][90].Việcápdụnghệ thống PPS hiện không phổ biến ở phần lớn các nước đang phát triển như Việt Nam. Trong khi các hệ thống tiêu thoát nước truyền thống kém hiệu quả và tốn kém, thường gặpcácsựcốnhưtắcnghẽn,quátải[74].TrongcấutrúcPPS,mặtđườngBTRsửdụng CLTC được ứng dụng ở nhiều nước trên thế giới và phù hợp với tất cả các công trình phi kết cấu như vỉa hè, lề đường và bãi đỗ xe [148] Độ dày lớp mặt đường BTR thiết kế cho bãi đỗ xe (không có tải trọng nặng) tại Mỹ là 125 – 300 mm[20].

[ 1 1 6 ] , khôngcótiêuchuẩnnàoyêucầucườngđộnéncủaBTRcholớpmặtđường,đặc tínhyêucầuchínhcủaBTRlàtínhthấm–thôngsốtỷlệnghịchvớicườngđộnén.Yêu cầu trong thiết kế bãi đậu xe, vỉa hè thường liên quan đến hệ số thấm và chiều dày của BTR.

Vớicáchtiếpcậnkhác,nghiêncứucủaPaulD.Tennisvàcộngsự[147]đưaragiới hạn tải trọng theo trục bánh xe đơn là 9 tấn Tùy theo lưu lượng trung bình/ngày hoặc tải trọng trung bình có thể điều chỉnh cho phùhợp.

Hiệu quả giảm nhiệt độ bề mặt của hệ thống mặt đường thấm nước

Hệ thống mặt đường thấm nước (PPS) được xem là giải pháp hiệu quả để giảm hiệuứngđảonhiệtđôthị-UHI,đặcbiệtkhikếthợpvớikhảnănggiữnước.TheoFerrari và cộng sự [61], hơn 90% nguyên nhân tăng nhiệt ở các khu vực đô thị là do vật liệu xây dựng hấp thụ và lưu giữ nhiệt mà không có quá trình làm mát do bay hơi nước và chỉ 1 – 10% còn lại đến từ khí thải hoạt động của xe cộ, tòa nhà và nhà máy Cơ quan BảovệMôitrườngHoaKỳđịnhnghĩathuậtngữmặtđườngcókhảnănglàmgiảmhiệu ứng UHI gồm các vật liệu lát nền phản xạ nhiều năng lượng mặt trời hơn, tăng cường sự bốc hơi nước hoặc được trao đổi nhiệt theo cách khác để có nhiệt độ thấp hơn sovới các loại mặt đường thôngthường.

Một trong số các biện pháp giảm UHI là giảm nhiệt độ bề mặt bằng cách sử dụng vật liệu BTR có thể làm nhờ quá trình bay hơi Ngay cả khi không xét đến hiệu quảcủa quá trình bay hơi, bề mặt BTR có nhiệt độ thấp hơn vào ban đêm và nguội nhanh hơn bêtôngthôngthườngcóthểđượccoilàmặtđườngtựlàmmáthiệuquả.Mặtđường thấm nước và giữ nước luôn mát hơn nhờ khả năng giảm hấp thụ năng lượng mặt trời, tăng khả năng dẫn nhiệt, chuyển hóa nhiệt hấp thụ thành nhiệt hóa hơi Bảng 1.10 trình bàyhiệuquảlàmmátcủamộtsốloạimặtđường.Bảng1.11trìnhbàyđặctínhgiữnước và bay hơi nước của BTR.

Bảng 1.10 Hiệu quả giảm nhiệt độ bề mặt của các loại mặt đường khác nhau [105]

Mặt đường Miêu tả Hiệu quả

Trồng cỏ Hiệu quả bay hơi cao hơn khoảng 243% so với loại vật liệu tự chèn

Mặtđườngcấ u trúcrỗng(rỗn gcôngnghệ) Cấu trúc ô rỗng kết hợp trồng cỏ

Giảm tỏa nhiệt từ 100 –150 W/m 2 vào ban ngày và khoảng 50 W/m 2 vào đêm (so với mặt đường nhựa).

Giảm 2,6 o C so với mặt đường nhựa and 1,6 o C so với khi không có cỏ

Tỷ lệ khe hở từ 8–20% [125]

Có khả năng thấm nước nhưng nhiệt độ tương đương mặt đường thông thường Mát hơn bê tông nhựa vào ban đêm nhưng nóng hơn vào ban ngày.

Không chênh lệch nhiều so với bê tông nhựa, tương tự như bê tông thường (điều kiện khô)

Bê tông xi măng thấm nước

Có hiệu quả làm mát rõ rệt sau mưa

Nhiệt độ bề mặt tương đương hoặc cao hơn so với bê tông thường vào ban ngày nhưng thấp hơn vào ban đêm.

Nhiệt độ bề mặt cao vào ban ngày nhưng thấp hơn từ 4-6 o C so với mặt đường nhựa vào đêm.

Cấu trúc lỗ rỗng và khả năng bay hơi của bê tông giữ nước và bê tông thấm nước được thể hiện trong Bảng 1.11.

Bảng 1.11: Đặc tính của bê tông thấm nước và giữ nước[125]

Loại mặt đường Độ rỗng (%)

Hệ số hấp thụ nước (%)

Khả năng giữ nước (g/cm 3 )

Quá trình bay hơi làm mát

Kích thước lỗ rỗng (μmm)

Bề mặt giữ nước 22-43 10 -11 – 10 -13 >70 0,15– 0,17 1 tuần 0,03 - 400

BTRcókíchthướclỗrỗnglớncóthểthấmnướcdễdàngxuốngcáclớpphíadưới do trọng lực, hầu hết nước không đc giữ lại trong bê tông nếu cấu trúc lớp phía dưới cũng có khả năng thấm nước, điều này có nghĩa là có ít nước được giữ lại để bay hơi, do đó làm giảm đáng kể hiệu quả làm mát [129] Một số nghiên cứu và ứng dụng gần đây đã sử dụng vật liệu tái chế và phụ phẩm công nghiệp để chế tạo PPS Sử dụng vật liệu tái chế và bê tông khí chưng áp (AAC) cho lớp base và sub-base cải thiện đáng kể khả năng giữ nước trong khi vẫn đáp ứng khả năng chịu lực tối thiểu cho vật liệu nền đường [122] Khi BTR sử dụng cốt liệu mịn hơn, hệ thống lỗ rỗng nhỏ có thể duy trì vận chuyển chất lỏng từ lớp dưới lên bề mặt trong thời gian dài hơn Vì vậy, hệ số độ hútnướcmaodẫncầnđạtđến≥70%[76].ChỉsốnàykhóđạtđượcvớiBTRthấmnước sử dụng cốt liệu từ 5 – 10 mm hoặc lớnhơn. Đểgiảmnhiệtđộbềmặthiệuquảcầntăngkhảnănghútnướcvàgiữnướccủavật liệu, đồng thời tăng khả năng vận chuyển nước, hơi nước từ các lớp phía dưới lên bề mặt qua cấu trúc rỗng hoặc các khe hở; tăng cường các hình thức truyền nhiệt như dẫn nhiệt và đối lưu Các cơ chế này liên quan đến đặc tính vận chuyển khối của BTR. CácthôngsốvậnchuyểnkhốicủaBTRđượcđánhgiábaogồm:Độkhuếchtánkhí(D p /Do), hệ số thấm khí (ka) và hệ số dẫn nhiệt, (λ) Các thông số này thể hiện: khả năng đối lưunhiệtcủaBTRvàkhảnăngvậnchuyểnhơinướctrongcấutrúcbêtôngvàhơinướcbay hơi từ lớp nền Thông qua các hệ số này có thể đánh giá được cấu trúc rỗng củaBTR.

Ngoàira,quátrìnhlàmmátdobayhơiphụthuộcrấtnhiềuvàocácyếutốmôi trườngkhíhậunhư:Bứcxạmặttrời→Nhiệtđộkhôngkhí→Ápsuấtriêngphầncủahơi nước→Tốc độ gió [155].

Các biện pháp tăng cường khả năng giữ nước của bề mặt BTR

Nước thấm qua BTR quá nhanh sẽ làm giảm khả năng giữ nước cần thiết để bay hơilàmmát.Đểgiữnước,cácchấtđộncókhảnănggiữnướccaođãđượcđưavàotrong bê tông Các chất độn có thể là xỉ lò cao, vữa xây dựng, tro đáy, rêu than bùn, sợi ưa nước, các chất độn thấm nước khác [126] Tùy thuộc vào vật liệu, bê tông giữ nước có thể giữ lại 0,15–0,27 g/cm 3 (khoảng 15 kg/m 2 ) nước mưa khi bề mặt đủ ướt [163] Khả nănghấpthụnướccaohơnkhoảng2lầnsovớibêtôngthấmnướcthôngthường.Một

Hình 1.11 Nhiệt độ bề mặt BTR giữ nước so với bê tông khác [126] số thành phố ở Nhật Bản như Tokyo và Osaka, nước thải (sau xử lý) đã được phun trên cácvỉahègiữnướcđểkéodàiquátrìnhbayhơilàmmát[140].Cácthửnghiệmquymô lớnđãđượcthựchiệnởShioSite,Tokyovớicácđườngốngdẫnnướcđượclắpđặtdọc theo vỉa hè để phun nước tự động và mặt đường vẫn mát hơn so với các khu vực trồng cây [140]

[163] Hình 1.12 thể hiện nhiệt độ bề mặt của 3 loại bê tông khác nhau, với nhiệt độ bề mặt của bê tông giữ nước là thấp nhất, đặc biệt là sau khi tưới nước hoặc những ngày mưa[126].

Với độ rỗng lớn, khả năng hút nước cao, cốt liệu AAC có thể sử dụng ở các kích thướch ạ t k h á c n h a u đ ể n â n g c a o h i ệ u quả giữ nước khi sử dụng trong BTR.

Bên cạnh đó, CLTC từ khối xây vớiđộhút nước lớn (16,2%, trong khi cốt liệu bê tông tái chế là 4,58% và cốt liệu tự nhiên là 0,21% [132]) cũng góp phần khôngnhỏvàokhảnănghútnướcvàgiữ nước của BTR AAC có thể được sử dụng làm cốt liệu trong bê tông cốtl i ệ u nhẹ sau khi gia công nghiền đến kích thước yêu cầu [81], từ đó có thể sản xuất bê tông nhẹ sử dụng hạt AAC, lượng dùng xi măng cao nếu có yêu cầu về cường độ chịu lực, nếu không chịu tải trọng có thể sử dụng lượng xi măng thấp hơn [60] Hạt AAC cũng cóthểđượcdùngnhưcốtliệuchếtạoblockBTRvớilượngdùngximăngthấpvàlượng vật liệu tái sử dụng sẽ lớn hơn [65] Cường độ của BTR sử dụng AAC có thể đạt 5,32 MPa, trong khi chế tạo viên gạch block có thể đạt cường độ 1,43 MPa Loại AAC dạng bộtđượcdùnglàmchấtđầyhoặcphụgiaximăngcóthểlàmtăngcườngđộ,độbềncủa bê tông nhờ nội bảo dưỡng[24].

Nhận xét:Dựa trên nghiên cứu tổng quan về hệ thống mặt đường thấm nước áp dụng cho bãi đỗ xe, vỉa hè và hiệu quả giảm nhiệt độ bề mặt, luận án đưa ra các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu nhưsau:

- Nghiên cứu hiệu quả của quá trình bay hơi nước và mối quan hệ giữa quá trình bay hơi nước và nhiệt độ bề mặt của BTR sử dụng CLTC (Quy mô phòng thí nghiệm). TừđólàmrõvaitròcủacáccốtliệucóđộhútnướccaonhưCLTCtừAACvàgạchđất sétnung;

- NghiêncứuứngdụngthíđiểmBTRsửdụngCLTCtừPTXDlàmbãiđỗxedựa trên thiết kế của kết cấu PPS Từ đó đánh giá hiệu quả làm giảm hiệu ứng UHI thông qua nhiệt độ của các bề mặt tại hiệntrường.

Những nội dung cầnnghiêncứu

Dựa trên các phân tích tổng quan, luận án đưa ra các nội dung cần nghiên cứu như sau:

(1) NghiêncứuảnhhưởngcủathànhphầnhỗnhợpCLTCtừPTXDđếncáctính chất của BTR, cụ thể:

- Làm rõ ảnh hưởng của thành phần hỗn hợp CLTC (tỷ lệ CLTC từ bê tông, từ khối xây và AAC) đến các đặc tính cơ lý, đặc tính thủy lực củaBTR;

- LàmrõảnhhưởngcủacốtliệunhỏAACcókhảnănghútnướcvàgiữnướcđến mục tiêu nâng cao khả năng hút nước và giữ nước củaBTR;

(2) NghiêncứucấutrúcrỗngcủaBTR;làmrõcácđặctính:độrỗng,thôngsốlỗ rỗng, cấu trúc lỗ rỗng của BTR sử dụng CLTC, từ đó làm rõ các mối quan hệgiữa:

- Các thông số cấu trúc rỗng, đặc tính cơ lý và hệ số thấm củaBTR;

- Các thông số cấu trúc rỗng, hệ số thấm và hiện tượng tắcnghẽn

(3) Làm rõ hiệu quả giảm nhiệt độ bề mặt nhờ quá trình bay hơi nước (quy mô phòng thínghiệm):

- Làm rõ hiệu quả của quá trình bay hơi của BTR khi sử dụngCLTC

- Chỉ ra mối quan hệ giữa hệ số bay hơi nước và nhiệt độ bềmặt

(4) ÁpdụngthiếtkếđiểnhìnhcủahệthốngPPStrongthicôngthíđiểmBTRsử dụngCLTC từ PTXD làm vị trí đỗ xe Làm rõ hiệu quả của BTR sử dụng CLTC trong việc làm giảm nhiệt độ bề mặt (tại hiện trường) và khả năng tiêu thoát nước tính toán theo lượngmưa.

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA BÊ TÔNG RỖNG SỬ DỤNG CỐT LIỆU

TÁI CHẾ TỪ PTXD Để thực hiện các nội dung cần nghiên cứu đã được xác định trong Chương Tổng quan, luận án đưa ra các cơ sở khoa học để thực hiện các nội dung nghiên cứu, chứng minh, giải thích các luận điểm khoa học được đưa ra.

Cơ sở hình thành cấu trúc rỗngcủaBTR

Thành phần cấu trúc rỗng của BTR được phân loại thành 03 loại lỗ rỗng như sau [23] [53]:

- Lỗ rỗng trong đá xi măng (loại 1), gồm có: lỗ rỗng gel và lỗ rỗng mao quản Lỗ rỗnggelnhỏhơnlỗrỗngmaoquản;lỗrỗngmaoquảnchịuảnhhưởngcủatỷlệnước/xi măng và thời gian bảo dưỡng;

- Lỗ rỗng trong cốt liệu (loại 2): Lỗ rỗng trong hạt hoặc lỗ rỗng trên bề mặthạt;

- Lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu (loại 3): là lỗ rỗng cho phép hình thành hệ thốnglỗ rỗngthôngnhauchonướcthấmqua.Cácyếutố:kíchthướccốtliệu,hàmlượnghồchất kết dính và mức độ đầm… q u y ế t định kích thước lỗ rỗng loại 3;

Mỗi loại lỗ rỗng trong bê tông rỗng sử dụng chất lượng từ phế thải xây dựng (CLTC từ PTXD) đều có vai trò riêng, được hình thành dựa trên sự lựa chọn vật liệu và kích thước hạt Đây chính là cơ sở khoa học để cấu thành nên những đặc tính riêng biệt của loại bê tông này Độ rỗng và cấu trúc rỗng của đá xi măng (loại 1) là một ví dụ điển hình.

Lỗ rỗng loại 1 được hình thành do quá trình bay hơi nước tự do và các vết nứt hìnhthànhdoquátrìnhcongótcủađáximăng.Lỗrỗngloại1chophépnướcthấmqua chiều dày của lớp đá chất kết dính và không ngăn cản quá trình hút nước và nhả nước củacáclạicốtliệucóđộhútnướccaonhưCLTCtừgạchđấtsétnungvàAAC(Bảng

2.1) Theo nghiên cứu [9], chiều dày tối đa của hồ CKD của BTR dùng CLTN là 0,243 – 0,710 mm tùy theo độ nhớt Bên cạnh đó, nghiên cứu [89] cho thấy khi được phủ 15 mm chiều dày gồm 4 lớp vật liệu hoàn thiện: silicon, sơn phủ và sơn lót (thủy lực) và lớp xi măng – đô lô mít thì AAC vẫn có độ hút nước mao dẫn 26% trong 24 giờ; đồng thời khả năng bay hơi nước và thấm hơi nước của mẫu AAC không bị ảnhhưởng.

Hình 2.2 Thí nghiệm xác định khả năng hút nước và vận chuyển hơi của AAC

[89]Bảng 2.1 Sự ảnh hưởng của hệ thống lỗ rỗng của đá xi măng[ 1 0 2 ]

Loại lỗ rỗng Kích thước Mô tả Vai trò

Rỗng mao quản vĩ mô Rỗng mao quảnlớn trung bình

Tính thấm, độ khuếch tán Tínht h ấ m t r o n g l ỗ r ỗ n g v ĩ mô, co ngót ở độ ẩm 80%

Loại lỗ rỗng Kích thước Mô tả Vai trò

Lỗ rỗng giữa các gel

Co ngót ở tất cả các độ ẩm tương đối, từ biến

Nghiên cứu của [136] xác định tổng độ rỗng trong đá xi măng (N/X = 0,43) đạt 10,3 - 19,5%, trong đó độ rỗng thông nhau là 8,8 - 18,3% [68] sử dụng phương pháp thấm thủy ngân MIP xác định độ rỗng đá xi măng ở các tỷ lệ N/X Với N/X từ 0,33 - 0,35, độ rỗng đạt 10 - 12%, gồm 7 - 10% là lỗ rỗng mao quản, hệ số quanh co T đạt 1,4 - 2,46 Mô hình GEM xác định mối quan hệ giữa mức độ thủy hóa và độ rỗng mao quản, khi N/X = 0,3 và 0,35, độ rỗng đạt 16,7 - 19,5% tương ứng với mức độ thủy hóa 55,0 và 61,3%.

Như vậy hoàn toàn có cơ sở cho rằng lỗ rỗng loại 1 giúp đảm bảo quá trình hút nước và nhả nước của CLTC có độ hút nước cao. Độ rỗng và cấu trúc rỗng trong hạt cốt liệu (loại 2)

Lỗrỗngloại2 làlỗrỗngtrongcấutrúccủacáchạtcốtliệu,hệthốnglỗrỗngnày giúp tăng cường khả năng hút nước và giữ nước của cốt liệu, từ đó nâng cao khả năng hút nước và giữ nước của BTR Việc bổ sung AAC với vai trò cốt liệu nhỏ đồng thời đạt mục tiêu tăng tỷ lệ lỗ rỗng loại 2 Thành phần lỗ rỗng loại 2 của CLTC từ bê tông và khối xây có được nhờ các yếu tố: sự tồn tại của lớp vữa cũ bám trên bề mặt các hạt CLTC [119]; độ rỗng cấu trúc của gạch đất sét nung; vết nứt và khuyết tật hình thành trong quá trình nghiền CLTC[169].

Quá trình hút nước và giữ nước phụ thuộc vào kích thước lỗ rỗng và được thể hiện qua đường cong giữ nước Đường cong giữ nước biểu thị mối liên hệ giữa độ ẩm và trạng thái năng lượng của nước trong cấu trúc rỗng Khi độ ẩm càng thấp, nước lúc này nằm trong các lỗ rỗng có kích thước nhỏ hoặc lỗ rỗng mao quản thì năng lượng để tiếptụclàmgiảmđộẩmcàngcao,hay nói cách khác nước lúc này có thế năng lớn Thế năng này được gọi là thế năng nước hay lực hút (suction, ψ) là trạng) là trạng thái năng lượng của nước trong lỗ rỗng liên quan đến khả năng giữ nước củavật liệu Khi các loại cốt liệu có độ rỗngcao nhưvữa,gạchđấtsétnung,hạtAAChútnước, nước bị giữ lại cho đến khi tất cả cáck h o ả n g t r ố n g c h ứ a đ ầ y n ư ớ c (đi ều

Hình 2.3 Đường cong giữ nước của bêtôngrỗng, bê tông thường và của đất [61] Trong đó: W là lượng nước trong mẫu(kg/ m3); p c là lực hút mao dẫn(Pa) kiện bão hòa) Quá trình bay hơi nước cần có năng lượng lớn hơn thế năng nước Điều này giải thích tại sao quá trình bay hơi thường diễn ra nhanh ở giai đoạn đầu sau đó chậm dần và ổn định trong trạng thái một lượng nước vẫn bị giữ lại trong các lỗ mao quản,lỗrỗngđườngkínhnhỏvàtrênbềmặtcủachấtrắn,tạonênmộtlớpnướchấpphụ [153] Đặc tính hút nước và giữ nước của một số loại vật liệu nhưđất, bê tông thường,

BTR thông thường với các độ rỗng khác nhau được thể hiện qua đường cong giữ nước được trình bày trong Hình 2.3 [61] Các loại BTR thông thường chỉ tồn tại nước nằm trên diện tích bề mặt và trong các lỗ rỗng hở không thông nhau, vì vậy độ ẩm tăng khi độ rỗng tăng từ 10%, 20% đến 30% Tuy nhiên, nước trên bề mặt bay hơi rất nhanh và dễ dàng, vì vậy các đường cong giữa nước của BTR thông thường trong Hình 2.3 cóđộ dốclớnvàđộẩmgiảmđếnmứckhôngđổirấtnhanh.Trongkhiđó,đấtcókhảnănghút nước và giữa nước tốt nhất Bê tông thông thường có khả năng hút nước thấp, nhưng cần thế năng rất lớn để làm bay hơi nước trong bê tôngthường. Độ rỗng và cấu trúc rỗng giữa các hạt cốt liệu (loại 3)

KhảnăngthấmnướccủaBTRlàdosựhìnhthànhhệthốnglỗrỗnghởthôngnhau giữacáchạtcốtliệu.MộthỗnhợpcốtliệuchếtạoBTRcóthànhphầnhạttốiưukhicác hạtđóngvaitròlàmbộkhungchịulực,vàkhoảngtrốnghìnhthànhhệthốnglỗrỗngcó tính liên kếttốt.

Có nhiều mô hình và quy tắc thiết kế thành phần hạt và dự báo ảnh hưởng của thành phần hạt đến các tính chất của bê tông Thuyết Cainarski [177] đưa ra nguyên lý: Đối với hỗn hợp chiết rây độc lập, sự phân bố kích cỡ hạt tối ưu thu được khi giá trị phần còn lại trên rây lớn nhất gấp khoảng 2-3 lần giá trị phần còn lại trên rây kế tiếp Trong đó, phần còn lại trên rây là thể tích vật liệu còn lại trên rây chia cho thể tích vật liệu ban đầu Quy tắc này có thể được mở rộng cho hỗn hợp chiết rây phụ thuộc vào kích thước và hình dáng của hạt.

“thế năng cấu trúc nhỏ nhất” khi các hạt luôn sắp xếp sao cho thế năng giữa chúng nhỏ nhất, sắp xếp chặt chẽ, mật độ càng cao cấu trúc càng bền vững với thế năng cực tiểu. Tuy nhiên, tùy theo mục tiêu mà các phương pháp thiết kế thành phần hạt được chia thành 2 mô hình: mô hình liên tục và mô hình gián đoạn Trong mô hình liên tục (cấp phối hạt liên tục) thường có đa cấp hạt trong khi mô hình gián đoạn thường giới hạn số lượng cấu tử và thiếu các cấu tử trung gian Để đánh giá cấu trúc do sự sắp xếp của các cấu tử (các cấp hạt) cần giả thiết các hạt có hình cầu, có các dạng sắp xếp khác nhau, kết quả cho thấy độ ổn định, độ rỗng của mỗi kiểu sắp xếp là khác nhau Với hỗn hợp có một cấp hạt sẽ có 05 cách sắp xếp như Hình 2.4. b d a c e

Hình 2.4 Các kiểu sắp xếp của các đơn hạt dạng hình cầu[12] a- Kiểuhình hộp b- Kiểu bàn cờ đơngiản c- Kiểu bàn cờ kép d- Kiểutứdiện e- Kiểu hìnhtháp

Theotínhtoán,độrỗngthựctếphụthuộcvàosốđiểmtiếpxúc,phươngphápsắp xếp và gốc hình thành giữa đường nối tâm các hạt Độ rỗng của hỗn hợp hạt theo các kiểu sắp xếp được thể hiện trong Bảng2.2.

Bảng 2.2: Độ rỗng của hỗn hợp hạt phụ thuộc vào số điểm tiếp xúc

TT Kiểu sắp xếp Số điểm tiếp xúc với hạt hình cầu Độ rỗng, %

4 Hình tháp và tứ diện 12 25,95

Khi sử dụng một cấp hạt thì độ rỗng của hỗn hợp hạt chỉ phụ thuộc vào cáchsắp xếpcáchạtmàkhôngphụthuộcvàocácthôngsốcủahạt(đườngkínhhạt).Độrỗngthu được với hỗn hợp một cấp hạt là khá cao từ 25,95% – 47,64% tùy thuộc vào kiểu sắp xếp [9] Độ rỗng theo lý thuyết và thực nghiệm của hỗn hợp hạt theo các phương pháp lèn chặt khác nhau được thể hiện trong Bảng2.3.

Khi tăng số cấp hạt thì độ rỗng giảm đi nhanh chóng McGeary [101] đã nghiên cứuvàđưarasựphốihợpcủa2,3,4cấphạtdạngcầucókíchthướckhácnhau,kếtquả cho thấy nếu sử dụng từ 3 cấp hạt trở lên thì độ rỗng thực tế chỉ còn dưới 11,2% Theo lý thuyết thì hỗn hợp hạt có thể tiến đến độ rỗng bằng 0 nếu có đủ các hạt nhỏ chènvào khoảng trống giữa các hạt lớn hơn Trong hệ có từ 2 cấp hạt trở lên thì độ rỗng có thể được tính toán lý thuyết như trong Bảng2.4.

Bảng 2.3– Sự phụ thuộc của độ đặc vào phương pháp lèn chặt [176]

Phương pháp sắp xếp các quả cầu

Số lượng các phần cầu,% có số điểm tiếp xúc với bên cạnh

4 5 6 7 8 9 10 11 12 Lý thuyết Thực tế Đổ tự do 0,7 8,6 26,

Rung lắc đến mật độ cao nhất

1 26 9,51 66 63 Đầm lèn chặt các lớp 0,1 0,8 5 16,

Bảng 2.4 - Độ rỗng lý thuyết của hỗn hợp nhiều cỡ hạt [101]

Các cỡ hạt Các giá trị Thứ nhất

Phần hạt đưa vào sắp xếp để lèn chặt

Bán kính hạt R 0,414R 0,225R 0,175R 0,117R Độ rỗng (%) 25,95 20,7 19 15,8 14,9

Bảng 2.5 Độ rỗng của hỗn hợp hạt theo mô hình liên tục và mô hình gián đoạn Độ rỗng của hỗn hợp cốt liệu(%)

Cơ sở hình thành tính thấmcủaBTR

Hệ số thấm của BTR được hình thành trên cơ sở các lỗ rỗng thông nhau vàđược thể hiện qua ba thông số cấu trúc rỗng quan trọng là: đường kính hiệu quả của lỗ rỗng(r eff ), Số lỗ rỗng liên kết quanh một lỗ rỗng (Cn) (mối liên kết của lỗ rỗng) và chiều dàicủa đường liên kết lỗ rỗng thông nhau Các yếu tố này sẽ quyết định: sự hình thành các đường thấm nước, chiều dài đường thấm (độ quanh co, T) và tiết diện của đường thấm [166] Hình 2.6 thể hiện 3 yếu tố ảnh hưởng đến hệ số thấm: (a) Số lỗ rỗng quanh 1 lỗ rỗng (tô vàng) là 4, tồn tại các nút thắt có tiết diện nhỏ nhất, (b) Hệ thống đườngt h ấ m ,

(c) Hệ số quanh co, T = L/Ls.

Kích thước lỗ rỗng lớn sẽ tăng khả năng kết nối của lỗ rỗng, từ đó tăng tính thấm nước Kích thước cốt liệu lớn làm tăng độ quanh co (T), nhưng không có lợi cho hệ số thấm Tổng thể, tăng kích thước cốt liệu sẽ làm tăng hệ số thấm Cốt liệu nhỏ có nhiều đường thấm và diện tích mặt cắt ngang nhỏ hơn, dù độ quanh co ít hơn Lỗ rỗng kết nối và kích thước lỗ rỗng ảnh hưởng đến hệ số thấm nhiều hơn so với độ quanh co.

Hình 2.6 Đặc tính hệ thống lỗ rỗng thông nhau

Trong quá trình tạo hình, hồ xi măng chịu tác động của trọng lực, rung lắc, đầm chặt có thể gây ra hiện tượng tách hồ xi măng, làm chiều dày hồ xi măng bao bọc cốt liệuởcácmặtcắttheochiềucaotạohìnhkhônggiốngnhau.Vìvậyđộrỗngtheophương tạohìnhcóthểkhôngđồngnhất,từđóảnhhưởngđếnhệsốthấm.Đasốcácnghiêncứu vềcấutrúcrỗngcủaBTRthườngkhôngxétđếnảnhhưởngcủasựphânbốlỗrỗngtheo các phương,cấu trúc rỗng tổng thể thường được ưu tiên đánh giá Tuy nhiên, việcđánh giáhệsốthấmvàđộrỗngtheocácphươnglàcầnthiếtđểhiểurõnguyênlýdịchchuyển của nước trong cấu trúc bê tông theo các phương khác nhau Thực tế cho thấy, nước có thểdịchchuyểnđaphươngtrongquátrìnhtiêuthoátnước,đặcbiệtởđịahìnhcóđộdốc nhấtđịnh.

Cơ sở hình thành cường độcủaBTR

Cường độ nén và cường độ uốn là đặc trưng cơ học được sử dụng để xem xét các ứngdụngcủaBTR,trongđócóthiếtkếmặtđường[155].TrongBTR,hỗnhợpcốtliệu lớn sắp xếp hình thành bộ khung chịu lực Kết cấu bộ khung cốt liệu phụ thuộc vàocấp phối hạt, cường độ hạt, hình dạng hạt và phương pháp đầm chặt BTR có xu hướng bị phá hủy khi vô số những điểm yếu được hình thành tại vị trí liên kết giữa các hạt cốt liệu.Tuynhiênnhậnđịnhnàycònphụthuộcvàocườngđộcủacốtliệu[64].Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi BTR sử dụng CLTC thì nguyên nhân chính quyết định cường độ của BTR là cường độ của CLTC và khả năng liên kết giữa đá xi măng và cốt liệu bị ảnh hưởng do lớp vữa cũ Điều này được thể hiện trong nghiên cứu sử dụng từ0 – 100% cốt liệu từ bê tông tái chế cho thấy CLTC làm giảm đặc tính cơ học của BTR, nguyên dân là do cốt liệu có cường độ yếu và lớp vữa cũ làm giảm khả năng liên kết giữaCLTCvàđáchấtkếtdínhmới[55].LiênkếtgiữaCLTCvàhồximăngcũngđược xem là nguyên nhân chính dẫn đến giảm cường độ của BTR trong một số nghiên cứu khác [55] [64] Tính chất bề mặt của cốt liệu có liên quan đến cường độ liên kết giữa đá ximăngvàcốtliệu.Khicốtliệucóbềmặtnhámráp,tỷdiệntíchbềmặtlớnsẽlàmtăng cường độ liên kết giữa đá xi măng và cốt liệu (cường độ vùng ITZ) Tuy nhiên, vai trò của cường độ vùng ITZ trong việc hình thành cường độ của BTR còn phụ thuộc vào cườngđộcủacốtliệusửdụng[168].Khibềmặtcốtliệutrơnnhẵnsẽlàmgiảmcảcường độ nén và uốn của bê tông[110].

NhiềunghiêncứuđãchỉrakhisửdụngCLTC,mứcđộgiảmcườngđộnénthường lớn hơn so với cường độ uốn, đồng nghĩa với việc tỷ lệ giữa cường độ uốn và cườngđộ néncủabêtôngrỗngsửdụngCLTCsẽcaohơnsovớikhisửdụngcốtliệutựnhiên.Cụ thể, khi hàm lượng sử dụng 60 – 100% CLTC sẽ làm giảm khoảng 50% cường độ nén nhưng chỉ giảm

30 – 32% cường độ uốn [165] Độ hút nước của CLTC góp phần nâng cải thiện cường độ uốn của BTR do sản phẩm thủy hóa có khả năng xâm nhập sâu hơn trên bề mặt CLTC,giảm chiều dày vùng ITZ Nghiên cứu sử dụng CLTC từ gạch ceramic cho cường độ uốn của mẫu là 2,14 MPa, cao hơn so với khi sử dụng CLTC từ bê tông (1,77 MPa)[149].

Cơ sở nâng cao hiệu quả giảm nhiệt bề mặtcủaBTR

Theo nguyên lý bảo toàn năng lượng, năng lượng nhiệt chiếu xuống các bề mặt(R) sẽbằngtổngnănglượngnhiệtrờikhỏibềmặt.Có3cơchếvậnchuyểnnhiệtrakhỏibề mặt: đối lưu, S, (phương thẳng đứng); nhiệt truyền xuống các lớp phía dưới JH(phương thẳng đứng); nhiệt để bay hơi nước từ bề mặt (dòng nhiệt ẩn, Hv.ET với ET là hệsốthoáthơinướcvàHvlànhiệthóahơi(nhiệtẩn).Phươngtrìnhcânbằngnănglượngđược thể hiện nhưsau:

Cân bằng nhiệt bề mặt và các thành phần được thể hiện trong hình 2.8.

Hình 2.7 Thành phần của cân bằng nhiệt bề mặt

Từ phân tích trên cho thấy để giảm nhiệt độ bề mặt cần tăng cường các thành phần giúp giải phóng nhiệt của bề mặt một cách nhanh nhất, vì vậy cần thay đổi các thành phần sau: [125]

- Giảm dòng nhiệt bức xạ: vật liệu phản chiếu bức xạ hoặc hấp thụ bức xạthấp;

- Tăng cường đối lưu nhiệt (Tăng diện tích tiếp xúc bềmặt)

- Tăng cường nhiệt hóa hơi nhờ bay hơi nước (tăng độ hút nước và giữnước)

- Tăng cường truyền nhiệt xuống các lớp phía dưới (tăng độ ẩm của vậtliệu)

Mặt đường BTR hút nước và giữ nước có nhiệt độ thấp hơn các bề mặt khác vì chúngcókhảnăng:tăngkhảnăngdẫnnhiệtsovớimặtđườngkhô,tăngcườngkhảnăng đốilưunhiệtvàchuyểnhóanhiệthấpthụthànhnhiệthóahơi.Cácthànhphầnnhiệtnày đạt được bằngcách:

- Tăng cường khả năng hút nước và giữ nước của BTR nhờ các vật liệu có khả năng hút nước cao như CLTC, từ đó nâng cao hệ số dẫn nhiệt (ở trạng thái ẩm) và thúc đẩy quá trình bay hơi nước trong cấu trúc của BTR và bay hơi nước từ các lớp nền.

-BTRthấmnướccóhệsốđốilưunhiệtlớnhơnbêtôngthườngnhờđộrỗngcao, vì vậy có thể làm mát đối lưu theo hướng lên trên trong hệ thống lỗ rỗng khi sự chênh lệch nhiệt độ đủ lớn Hệ số đối lưu nhiệt tăng trong điều kiện thời tiết cógió.

Tuy nhiên, theo tác giả Asaeda [26], về mặt lý thuyết, khi ở trạng thái khô, BTR có quán tính nhiệt và độ phản xạ bề mặt ít hơn (vì bề mặt gồ ghề) so với mặt đường thông thường, vì vậy bề mặt BTR có thể nóng hơn vào ban ngày khi nhiệt độ cao và bê tôngởtrạngtháikhô.Tuynhiênvớikhảnăngđốilưuvàlượngnhiệttíchlũyít(nhờcấu trúc rỗng), BTR sẽ giải phóng nhiệt nhanh hơi và mát hơn vào banđêm.

Quá trình làm mát được tăng cường nếu có sự vận chuyển chất lỏng lên bề mặt nhờ lực mao dẫn Điều này đạt được với 2 yếu tố: lớp base/sub-base có khả năng giữ nước[122]vàBTRcókhảnăngduytrìvậnchuyểnchấtlỏngtừlớpdướilênbềmặt.Vì vậy theo tiêu chuẩn JIS A 5731-2016 của Nhật Bản [76], chỉ số độ hút nước mao quản cần được đánh giá đối với BTR hút nước và giữnước.

Hệ số dẫn nhiệt (λ) được sử dụng để đánh giá khả năng dẫn nhiệt của BTR ở cácđiềukiệnđộẩmkhácnhau.ĐộkhuếchtánkhíD p /D0vàhệsốthấmkhíKađượcsửdụngđểđánhgiák hảnăngđốilưunhiệtvàsựvậnchuyểnhơinướctrongcấutrúcmặtđường thấm nước và giữnước.

Cơ sở lựa chọn trong thiết kế bãi đỗ xethấmnước

Dựa trên những ưu điểm của hệ thống thấm nước (PPS) đã trình bày trong phần tổng quan, luận án đưa ra các cơ sở lý thuyết và thực nghiệm để lựa chọn cấu tạo bãi đỗ xe thấm nước điển hình Cơ sở để thiết kế hệ thống PPS dựa trên các nguyên tắc:

-Hạnchế/loạibỏnướcchảytrànbềmặtbằngcáchsửdụnglớpmặtđườngcókhả năng thấm nước(BTR);

-Lớp base/subbase có khả năng thấm nước và giữnước

-Khả năng chứa và giữ nước của lớp mặt BTR và base/subbase (trước khi chảy vào hệ thống gom tiêunước)

Các quy tắc thiết kế được tóm tắt trong Hình 2.8 Hệ thống PPS có thể được thiết kế và xây dựng để đáp ứng các hình thức thấm nước bao gồm [123]:

- Nướcthấmqualớpmặtvàlớpmóngsauđóthấmxuốnglớpđấtnền(Hình2.8a) hoặc một phần được thu gom bằng hệ thống đường ống gom nước (Hình 2.8b)

- Nước thấm qua lớp mặt và móng sau đó không thấm xuống lớp đất nền, nước được gom qua đường ống (Hình 2.8 c) hoặc được thu trong một bể chứa (Hình 2.8 d). a) b)

Hình 2.8 Cấu trúc điển hình của PPS:(a) Thấm hoàn toàn; (b) Thấm một phần, (c) Không thấm + ống thoát; (d) Không thấm +thu gom về bể chứa

Việctínhtoánlượngmưavàđặcđiểmthấmnướccủalớpđấtnềnlàcácthôngsố quantrọngđểthiếtkếcấutrúccủaPPS.CácloạikếtcấuPPSnàycósựkhácnhauđáng kể về chiều dày và cấu trúc của các lớp[74][120].

Nếukhôngcónướcchảytrànbềmặt,sựchênhlệchgiữatổnglượngmưavàtổng lượngnướcthugomđượcsẽphảnánhlượngnước:nướclàmướttoànbộhệthống;nước bayhơi;nướchấpthụtrongvậtliệu;nướcngấmxuốnglớpđấtnền.Sựchênhlệchcàng lớn,tứccónhiềunướcđượcgiữlạitrongcấutrúccủaPPS,từđólàmtănghiệuquảlàm mát của hệ thống PPS Trong phạm vi của luận án sẽ lựa chọn một cấu trúc PPS điển hìnhvàtậptrungnângcaokhảnănggiữnướccủalớpmặtđườngthấm,ngoàira,sựđáp ứng khả năng thấm nước của hệ thống PPS tính toán theo lượng mưa điển hình cũng được nghiêncứu.

Cơ sở khoa học của việc sử dụng cốt liệutáichế

QuátrìnhgiacôngtáichếPTXDbằngmáykẹphàmvàđậpbúasẽlàmCLTCcó bề mặt hạt nhám ráp, góc cạnh, có khả năng liên kết tốt với đá chất kết dính Hìnhdạng của CLTC ảnh hưởng đến phương pháp tạo hình, cường độ và độ rỗng của BTR Dobề mặtnhámráp,góccạnh,hàmlượnghạtthoidẹtcao,cáchạtcốtliệusẽtiếpxúcnhautại các điểm có

“độ mảnh” cao hơn, từ đó làm yếu bộ khung chịu lực Điểm tiếp xúc giữa cáchạtcốtliệubịdậpvỡnếutạohìnhbằngphươngphápđầmchặtsửdụngProctortiêu a) b) c) chuẩn.Sửdụngphươngphápđầmnhẹ(đượctrìnhbàytrongChương3)làphùhợptrong tạo hình hỗn hợp BTR sử dụng CLTC Ngoài ra, diện tích bề mặt của CLTC lớn hơn CLTN, vì vậy chiều dày hồ CKD bao bọc hạt cốt liệu sẽ mỏng hơn (với cùng lượng hồ xi măng, cùng độ rỗng thiết kết).

Vì vậy, với đặc điểm hình dạng của CLTC vàphương pháp tạo hình bằng đầm nhẹ, độ rỗng (giữa các hạt cốt liệu) của bê tông rỗng thường cao hơn so với thiết kế Quan điểm này cũng được khẳng định trong một số nghiên cứu trước đó[18][84].

Hình2.9Đặcđiểmhìnhdạnghạtcốtliệu,CLTCtừbêtông(a),CLTCtừkhốixây(gạchđất sét nung)

Đá xây dựng và bê tông trong Phế thải xây dựng là hai thành phần được quan tâm nhất do có tỷ lệ lớn và dễ tái chế Tính chất của cốt liệu tái chế phụ thuộc vào thành phần khoáng, độ rỗng, kích thước hạt, hàm lượng vữa cũ bám dính, khả năng hút nước, hình dạng và bề mặt của hạt, cũng như cường độ và mô đun đàn hồi của vật liệu gốc Trong cốt liệu tái chế, cốt liệu từ gạch đất nung và cốt liệu có vữa cũ có khả năng hút và giữ nước tốt Tỷ lệ cốt liệu có vữa cũ thường có nguồn gốc từ bê tông, trong khi cốt liệu từ gạch đất nung chủ yếu được thu được sau khi nghiền khối xây do vữa trát có cường độ yếu và bị phá vỡ trong quá trình nghiền.

Trong chế tạo hỗn hợp BTR, cốt liệu có độ hút nước cao ảnh hưởng đến tính công tác do hút nước hồ xi măng, trong khi đối với loại có hàm lượng xi măng thấp thì càng nhanh khô Để hạn chế ảnh hưởng này, phương pháp trộn ẩm trước có thể được áp dụng Ngoài ra, cốt liệu có độ hút nước cao ở trạng thái bão hòa hoặc hút nước một phần còn giúp cải thiện vùng chuyển tiếp ITZ Vì vậy, khi tính toán tỷ lệ nước/xi măng (N/X), cần điều chỉnh theo trạng thái bão hòa của cốt liệu.

Trong luận án, CLTC từ bê tông khí chưng áp (AAC) và cốt liệu tái chế từ gạch đất sét nung được sử dụng với mục đích tăng cường khả năng hút và giữ nước của bê tông.Từđócóthểtănghiệuquảcủaquátrìnhbayhơinướctừcấutrúcrỗngcủabêtông, giúp giảm nhiệt độ bề mặt, giảm hiệu ứng UHI Tuy nhiên, nhược điểm của cốt liệu AAC và cốt liệu từ gạch đất sét nung là cường độ rất yếu, vì vậy cần sử dụng với hàm lượng và kích thước phù hợp để đảm bảo cường độ của BTR Để tăng độ hút nước và giữ nước của BTR, một số loại chất độn rỗng khác cũng đã được nghiên cứu sử dụng (tro xỉ, xỉ lò cao, đá bọt…)[148].

Từ các phân tích nêu trên, luận án đã đưa ra các cơ sở khoa học để chứng minh cácluậnđiểmkhoahọcđưara(mục6–Mởđầu).CácđặctínhcơbảncủaBTRsửdụng CLTC từ PTXD được hình thành và được quyết định bởi 3 thành phần lỗrỗng:

-Lỗ rỗng trong hồ xi măng: ảnh hưởng đến khả năng hút nước và giữ nước của cốt liệu (do hồ xi măng bao bọc một phần hoặc toàn bộ hạt cốtliệu)

-Lỗ rỗng trong hạt cốt liệu: quyết định hiệu quả hút nước và giữ nước; từ đó quyết định hiệu quả của quá trình bay hơi nước, từ đó quyết định hiệu quả giảm nhiệt độ bềmặt

-Lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu: quyết định hệ số thấm nước nhờ hình thành các hệ thống lỗ rỗng thôngnhau.

Các phân tích đã chỉ ra các mối quan hệ giữa tính chất nguyên vật liệu – thông số cấu trúc rỗng – hệ số thấm – đặc tính cơ lý – hệ số bay hơi và nhiệt độ bề mặt Các mối quan hệ này phụ thuộc nhiều vào tính chất của nguyên vật liệu sử dụng.

CHƯƠNG 3 NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Dựa trên cơ sở khoa học vững chắc, luận án đã lựa chọn các nguyên vật liệu phù hợp để nghiên cứu Các tính chất của nguyên vật liệu được đánh giá kỹ lưỡng, từ đó lựa chọn các phương pháp nghiên cứu tối ưu Quá trình này giúp chứng minh các luận điểm khoa học đưa ra, đảm bảo tính thuyết phục và tin cậy của kết quả nghiên cứu.

Nguyên vật liệuchếtạo

Ximăngđóngvaitròchấtkếtdínhtạotínhcôngtáccầnthiếtchohỗnhợpbêtông và hình thành cường độ bê tông Luận án sử dụng xi măng PC40 Bút Sơn, các chỉ tiêu kỹ thuật được đưa ra trong Bảng 3.1, 3.2 và3.3.

Bảng 3.1 Thành phần hóa của xi măng PC40 Bút Sơn

Oxit SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O MKN

Bảng 3.2 Thành phần khoáng của xi măng PC40 Bút Sơn

Bảng 3.3 Tính chất cơ lý xi măng PC40 Bút Sơn theo TCVN 2682:2020

Tính chất Đơn vị Yêu cầu Kết quả Phương pháp thử

Nước tiêu chuẩn % - 29,5 TCVN 4031:2003 Độ ổn định thể tích mm ≤10 1,00 TCVN 6017:2015

Khối lượng riêng g/cm 3 - 3,10 TCVN 4030:1995

Bắt đầu đông kết Phút ≥45 150 TCVN 6017:2015

Kết thúc đông kết Phút ≤375 230 TCVN 6017:2015

Các tính chất của xi măng sử dụng đạt yêu cầu kỹ thuật của xi măng PC 40 theo TCVN 2682:2020.

Cốt liệu tái chế từ PTXD

CLTC sử dụng có nguồn gốc từ kết cấu bê tông cốt thép và khối xây (tường xây gạch đất sét nung) được thu gom từ việc phá dỡ công trình Thikeco, 411 Kim Mã, Ba Đình,HàNội.Quátrìnhgiacôngtừkẹphàm,đậpbúavàsàngphânloạiđượcthựchiện trêndâychuyềntáichếcôngsuất20-50tấnphếthải/giờ,đặttạinhàmáybêtôngBình

DươngtạiĐôngAnh,HàNội.CLTCđượcsàngphânloạivàcỡhạt5–10mmđượcsử dụng trong nghiên cứu Cốt liệu tự nhiên (CLTN) đá dăm (Phủ Lý- Hà Nam) cấp hạt5

Tính chất của cốt liệu tái chế (CLTC) và cốt liệu tự nhiên (CLTN) được so sánh trong Bảng 3.4 Thành phần hạt của các loại cốt liệu được thể hiện trong Hình 3.1 CLTC từ bê tông đạt yêu cầu kỹ thuật cốt liệu lớn tái chế loại I theo TCVN 11969-2018, trong khi CLTC từ khối xây không đạt loại II về khối lượng thể tích.

Bảng 3.4 Tính chất của CLTC từ PTXD

STT Tính chất thí nghiệm Đơn vị CLTC

Từ bê tông Từ khối xây

2 Khối lượng thể tích xốp kg/m 3 1520 1370 1057

3 Khối lượng thể tích lèn chặt kg/m 3 1625 1620 1256

4 Khối lượng thể tích hạt ở trạng thái khô kg/m 3 2677 2270 1620

5 Độ hút nước ở trạng thái bão hòa khô bề mặt % 0,15 4,8 14,7

6 Hàm lượng hạt thoi dẹt % 1,4 3,9 17,5

7 Hàm lượng bụi, bùn, sét % 0,08 0,86 0,53

8 Độ nén dập trong xilanh % 13,9 19,7 36,8

9 Độ mài mòn Los Angeles % 28,4 32,1 47,5

CLTC từ bê tông khí chưng áp (AAC) ở dạng phế phẩm của nhà máy Bê tông khí chưngápViglaceratạiYênPhong,BắcNinh.ThảiphẩmAACthuộcloạiB4,cườngđộ nén≥5MPa,khốilượngthểtích800kg/m 3 ,độhútnước76%.AACđượcgiacông,đập nhỏ và sàng lấy kích thước hạt từ 0,63 – 1,25 (mm); 1,25 – 2,5 (mm) và 2,5 - 5 (mm) Trong phạm vi của luận án, AAC được đập, sàng trong phòng thí nghiệm Đặc tính hút nước của các cấp hạt AAC có sự khác nhau do ảnh hưởng của kích thước hạt đã làm thay đổi thành phần cấu trúc rỗng của AAC, kết quả nghiên cứu tính chất của các cấp hạt AAC được trình bày trong Bảng 3.5. Trong phạm vi nghiên cứu của luận án, khối lượng thể tích hạt AAC lấy bằng khối lượng thể tích của blockAAC. a) CLTC từ bê tông b) CLTC từ khối xây c) CLTC từ AAC

Hình 3.1 Hình ảnh CLTC từ PTXD sau khi gia công đến kích thước hạt yêu cầu

Hình 3.2 Biểu đồ thành phần hạt của các loại CLTC (RCA: bao gồm cả CLTC từ bêtông và gạch đất sét nung)

Bảng 3.5 Tổng hợp thông số của hạt AAC

Cỡ hạt AAC Khốilượng riêng (kg/m 3 )

Khối lượngthểtíchhạ (kg/mt 3 ) Độ ẩm tự nhiên(W AD ),

Luận án sử dụng phụ gia siêu dẻo Sikamen R7 đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn ASTM C494 Type A & F Hàm lượng sử dụng phụ thuộc vào từng cấp phối.

Luận án sử dụng nước sinh hoạt để chế tạo bê tông như bê tông thường Nước sử dụng thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật của TCVN 4560 : 2012.

Phương phápnghiên cứu

Luận án sử dụng các phương pháp nghiên cứu tiêu chuẩn (TCVN, ASTM; tiêu chuẩn Nhật Bản (JIS)) Ngoài ra, còn một số phương pháp nghiên cứu phi tiêu chuẩn được áp dụng.

Lựa chọn kích thước mẫu:nội dung nghiên cứu của luận án gồm nhiều thí nghiệm yêu cầu kích thước mẫu khác nhau, để thuận tiện cho nghiên cứu, kích thước mẫu được lựa chọn sao cho phù hợp với nhiều thí nghiệm nhất, phù hợp với các mẫu sản phẩm thương mại được sử dụng làm mẫu đối chứng, cụ thể:

- Kích thước viên gạch bê tông tiêu chuẩn: 210 x 100 x 60 (mm): nghiên cứu cường độ nén, uốn; nghiên cứu độ rỗng, hệ số thấm theo khác phương; đặc tính thủy lực;

- Kích thước mẫu lăng trụ: 150 x 300 (mm) nghiên cứu modul đànhồi;

-Kích thước hình hộp: 100x100x60, 100x100x100, 100x100x150 (mm): nghiên cứu nguy cơ tắc nghẽn.

Các phương pháp tiêu chuẩn a) Các phương pháp tiêu chuẩn xác định tính chất nguyên vậtliệu

Luận án sử dụng các tiêu chuẩn TCVN và ASTM hiện hành để thí nghiệm xác định các tính chất của nguyên vật liệu đầu vào, hỗn hợp BTR và BTR thoát nước. b) Thí nghiệm xác định hệ số thấm nước

Tính thấm nước của BTR được áp dụng theo định luật Darcy mô tả chuyển động tuyến tính của chất lỏng trong dòng chảy tầng qua hệ thống lỗ rỗng bằng nguyên lý cột nước ổn định (Hình 3.3) Phương pháp thí nghiệm được quy định theo tiêu chuẩn JISA 1218:2009/ JIS A 5371-2016/ ASTMD5856-95:1995.

Hệ số thấm phụ thuộc vào độ nhớt của chất lỏng (nước), nên kết quả hệ số thấm sẽ khác nhau ở các điều kiện nhiệt độ thí nghiệm khác nhau Tiêu chuẩn JGS 0311-2009 (Nhật Bản) quy định hệ số chuyển đổi theo hệ số thấm chuẩn ở 15 độ C như sau:

Bảng 3.6 Hệ số chuyển đổi hệ số thấm theo hệ số thấm chuẩn ở 15 0 C

Hình 3.3 Sơ đồ thínghiệm xác định hệ số thấm nước

Thínghiệmhệsốthấmtheocácphươngxx,yy,zzđượcthựchiệnvớicùngnguyên lý như trên nhưng với các thiết bị được thiết kế riêng phù hợp với kích thước củam ẫ u

Hệ số thấm nước ngoài hiện trường được xác định theo tiêu chuẩn ASTM C1701/ C1701M – 09 c) Độ rỗng củaBTR

Phương pháp xác định tổng độ rỗng được áp dụng theo ASTM C1754/C1754M,

Tổngđộrỗng,ФT,Tcóthểđượcxácđịnhbằnghaicôngthứckhá cnhau.Nếubỏquacáclỗrỗngkínbịcôlập sau khi ngâm bão hòa nước thì tổng độ rỗng (%) được tính theo công thức (1) nhưsau:

Nếu tính theo phương pháp thể tích nước thay thế theo các tài liệu tham khảo [30] [104] thì tổng độ rỗng được tính toán theo công thức (2) như sau:

(2) Độ rỗng hiệu quả eff thể hiện các lỗ rỗng hở có kết nốivớinhauhìnhthànhlênkhảnăngtiêuthấmnước và được tính toán dựa trên công thức (3) nhưsau:

(3) Khibãohòa,nướcsẽđiềnđầyhệthốnglỗrỗngtrong các hạt cũng như độ rỗng đá xi măng, Độ rỗng giữacác hạt ФT,intercó thể đươc tính toán sử dụng thông sốkhả năng hút nước và khối lượng thể tích nhưsau: ФT,inter= ФT,T- 𝑊 𝑎𝑏𝑠 𝜌 𝑑

(4) Độ rỗng trongh ạ t (%) có thể tính toánthông intra qua lượng nước hấp thụ như sau:

- ФT, eff : Độ rỗng hiệu quả(%)

- ФT, intra : Độ rỗng trong hạt(%)

- ФT, inter : Độ rỗng giữa các hạt(%)

- M sub : khối lượng mẫu trong nước(g)

- W abs : Lượng nước hấp thụ(%)

- ρ d : Khối lượng thể tích khô(g/cm3)

- V T : Thể tích của mẫu(cm3)

- G s : Khối lượng riêng của mẫu(g/cm3)

- ρ w : Khối lượng riêng của nước(g/cm3)

- M d :Khốilượngmẫuởtrạngtháikhô(g) d) Xác định cường độ nén và cường độuốn

Tiêu chuẩn thí nghiệm được áp dụng theo phương pháp thử cường độ nén đối với gạch bê tông, TCVN 6477-2016 và phương pháp thử cường độ uốn đối với gạch xây, TCVN 6355-2:1998 e) Phương pháp xác định Mô-đun đànhồi

Modun đàn hồi được xác định theo TCVN 5726 – 1993 (ASTM C 469) Do bề mặt mẫu không bằng phẳng nên sử dụng phương pháp đo bằng bộ gá đo biến dạng. f) Phương pháp xác định độ hút nước bãohòa

Xác định theo tiêu chuẩn JIS A 5371: 2016 (Tương tự TCVN 6355-4:2009) g) Phương pháp xác định độ hút nước maoquản

XácđịnhtheotiêuchuẩnJISA5371:2016.Mẫuđượcsấykhôhoàntoàn,sauđó nhúng trong nước với độ sâu 5mm (Theo phương tạo hình) Sau 30 phút tiến hành cân mẫu Độ hút nước mao quản được xác định theo côngthức:

Trongđó: Halà độ hút nước maoquản;

Malà khối lượng mẫu sau 30 phút ngâm trong nước ở độ sâu 5 mm.Các thông số còn lại như trong công thức (2) (3) h) Phương pháp xác định hiệu quả giảm nhiệt độ bềmặt

Các thí nghiệm đánh giá hiệu quả giảm nhiệt độ bề mặt được thực hiện trong cả điều kiện phòng thí nghiệm lẫn thực tế Các thí nghiệm mô phỏng được tiến hành theo tiêu chuẩn JSTM H1001 – 2015 (Phụ lục 1).

Các phương pháp phi tiêu chuẩn a) Phương pháp thiết kế thành phần cấp phốiBTR

Luận án lựa chọn phương pháp thiết kế cấp phối BTR dựa ACI 522R-10 [20].Phương pháp thiết kế này áp dụng cho BTR sử dụng cốt liệu tự nhiên, vì vậy cấp phối cần được hiệu chỉnh phù hợp với các đặc tính của CLTC Các bước thiết kế thành phần

BTR dựa trên nguyên tắc thể tích tuyệt đối, thể tích của BTR bao gồm: Thể tích cốt liệu + Thể tích hồ xi măng + Thể tích độ rỗng (theo thiết kế) Tính toán thiết kế điển hình được đưa ra chi tiết trong Phụ lục 2. b) Quy trình trộn hỗn hợp bê tông và chế tạo mẫu BTR thấmnước

- Thiếtbịtrộn:hỗnhợpBTRđượctrộntrongmáytrộncưỡngbứctrụcđứng150 lít Hỗn hợp BTR yêu cầu quá trình trộn nhanh và đồng đều, phù hợp với quy trình trộn gồm nhiều bước bổ sung vậtliệu.

- Quy trình trộn hỗn hợp BTR sử sụng CLTC được lựa chọn nhưsau:

• Bước 1: Trộn ẩm cốt liệu, tỷ lệ 60% - 70% so với độ hút nước bão hòa khô bề mặt; thời gian trộn: 2phút

• Bước 2: Trộn cốt liệu (sau khi đã được trộn ẩm) với xi măng, thời gian trộn: 2phút

• Bước3:Chodungdịchnướcvàphụgiasiêudẻovàomáytrộn,chấttạomàu(nếucó), thời gian trộn: 3phút

• Bước 4: Cho hạt AAC (sau khi đã được trộn ẩm) vào hỗn hợp bê tông, thời gian trộn:

30 giây nhằm mục đích phân tán đều hạtAAC.

Chất lượng hỗn hợp bê tông phụ thuộc vào độ liên kết và độ "tách rời" của hỗn hợp [20] Đánh giá chất lượng này đòi hỏi kinh nghiệm thông qua việc điều chỉnh và đảm bảo khả năng bám dính, liên kết tốt, cũng như duy trì được trạng thái khi thi công.

-Tạo hình các mẫu BTR thấm nước:

+ Các mẫu khác được đúc theo yêu cầu của từng thí nghiệm cụ thể;

+Hỗnhợpbêtôngđượcchovàokhuônlàm2lớpvàsửdụngphươngphápđầm nhẹ để hoàn thiện mẫu Theo Chỉ dẫn kỹ thuật về thi công lớp mặt BTR của Mỹ, khái niệmđầmnhẹlàsửdụngcácthiếtbịnhưquảlôhoặcbay,bànxoatạoáplựcthẳngđứng từ68,95–206,85kPa(0,068–0,207kg/cm 2 ).Áplựcnàyrấtnhỏ,tươngđươngvớiviệc sử dụng bay, bàn xoa gạt phẳng, điền đầy góc cạnh và miết làm phằng bề mặt[137]. a) b)

+Trongtrườnghợpsửdụngphươngphápđầmchặtbằngchàyproctor,hỗnhợp bêtôngđượcchovàokhuôn2lớp,lớpthứnhấtđượcđầm25cáibằngchàyproctor(thả quả nặng 25 lần), tương tự cho lớp thứ 2, sau đó hoàn thiện bề mặtmẫu.

Nghiên cứu đặc tính cơ lý và đặc tính thủy lực của bêtôngrỗng

Nghiên cứu ảnh hưởng của độ nhớt hồ xi măng đến sự phân bố lỗ rỗng

4.1.1.1 Độ nhớt của hồ ximăng

Với cùng một cấp phối, khi độ nhớt hồ xi măng thay đổi sẽ ảnh hưởng đến các đặc tính của BTR, trong đó có cấu trúc rỗngtheophương tạo hình Luận án tiến hành nghiên cứuđộnhớtcủahồximăngvớicáctỷlệN/X và hàm lượng PGSD khác nhau, kết quả thể hiện trong Bảng 4.1 Độ nhớt được xácđịnhtrên hồ xi măng được trộn riêng Sau đócấpphối bê tông sử dụng tỷ lệ thành phần hồ xi măng tương tự Nghiên cứu sử dụng cấpphốibê tông điển hình có độ rỗng 20%,

CLTCtừbê tông, không sử dụng CLN từ

Bảng 4.1 Độ nhớt của hồ xi măng

10 0,28 0,4 0,40 hình bằng phương pháp đầm nhẹ (Phụ lục 2) Các tỷ lệ N/X được lựa chọn dựa trêncác tỷ lệ điển hình chế tạo BTR trong trường hợp có và không có phụ gia siêu dẻo Cácđặc tính nghiên cứu bao gồm: độ nhớt, sự phân bố độ rỗng và hệ số thấm theo phương tạo hình (-zz) và phương ngang (-xx, -yy) Hình 4.1 thể hiện kết quả nghiên cứu mối quan hệ giữa độ nhớt với tổng độ rỗng và hệ số thấm nước của BTR Kết quả đáng chú ý là tổng độ rỗng của các cấp phối không bị ảnh hưởng nhiều bởi độ nhớt hồ xi măng,đ i ề u nàycóthểgiảithíchdophươngpháptínhtoán,tổngcácthànhphầnphacốtliệu,phahồ xi măng và pha khí bằng 100%, như vậy khi cố định cấp phối, tỷ lệ các thành phần pha này là không đổi Tuy nhiên, vẫn có sự khác nhau về tổng độ rỗng khi thay đổi độ nhớt hồ xi măng, điều này là do độ rỗng được xác định theo phương pháp cân trong nước, khi độ nhớt của hồ xi măng thay đổi sẽ ảnh hưởng đến sự hình thành các lỗ rỗng kín hoặc khả năng hút nước của cốt liệu, vì vậy ảnh hưởng đến tổng độ rỗng của BTR (dao động trong khoảng từ 19% đến21,8%).

0 1 2 3 4 5 Độ nhớt hồ xi măng (Pa.s)

Hình 4.1 Mối quan hệ giữa độ nhớt hồ CKD, độ rỗng và hệ số thấm (Phương zz)

Ngượclại,ảnhhưởngcủađộnhớthồximăngđếnhệsốthấmnướctheophương phương tạo hình -zz là rất rõ ràng Cụ thể, khi độ nhớt nhỏ hơn 3 Pa.s, hệ số thấmnước giảm trên 50% so với các mẫu có độ nhớt hồ xi măng từ 4 đến 5 Pa.s Một số cấp phối cóhệsốthấmtheophươngtạohìnhbằng0khiđộnhớtdưới1Pa.s.Nguyênnhânđược xácđịnhdođộnhớtthấp,hồximăngcóxuhướngbịphântáchvàtậptrungởphầnđáy mẫu (do trọng lực), làm bịt kín lỗ rỗng hoặc làm mất tính kết nối của hệ thống lỗ rỗng, từđógiảmhệsốthấmtrongkhitổngđộrỗngcủamẫuthayđổikhôngnhiều.Ngượclại, khi độ nhớt lớn hơn, hồ xi măng phân bố đều trên bề mặt cốt liệu do quá trình trộn hỗn hợp bê tông, cấu trúc rỗng đồng đều hơn, từ đó làm tăng hệ số thấm nước Để minh chứngrõhơnmốiquanhệgiữađộnhớthồximăngvàsựphânbốđộrỗng,luậnánphân tích sự thay đổi độ rỗng mặt cắt theo chiều cao mẫu (phương-zz). Độ rỗng (%) Hệ số thấm nước (mm/s)_

4.1.1.2 Mối quan hệ giữa độ nhớt hồ xi măng và sự phân bố độrỗng

Kích thước mẫu sử dụng là mẫu lập phương 100x100x100 mm được cắt thành các lát cắt theo chiều dọc và theo chiều ngang mẫu.

Mặt cắt theo phương ngang (Hình 4.2)

Mẫuđượccắtthành04látcắtvuônggócvớiphươngtạo hình, lát trên mặt và dưới đáy dày 1 cm, 2 lát giữa dày 4 cm, thuđược3ảnhchụpcấutrúctheochiềucaomẫu.Hình4.3 thểhiệncáchìnhảnhphânbốlỗrỗng(hìnhảnhnhịphân)của03 mặt cắt theo thứ tự từ trên xuốngdưới.

1 2 3 1 2 3 Độ nhớt 4.2 Pa.s Độ nhớt 3.2 Pa.s

1 2 3 1 2 3 Độ nhớt 2.65 Pa.s Độ nhớt 0.4 Pa.s

Hình 4.3 Phân bố lỗ rỗng theo mặt cắt ngang tương ứng với các độ nhớt hồ ximăng khác nhau Thứ tự (1) – (2) – (3) theo chiều cao từ trên xuống dưới.

Lát cắt dọc phương tạo hình (-zz) (Hình 4.4)

Sự phân bố lỗ rỗng theo chiều cao tạo hình được thể hiện trên mặt cắt Theo hình 4.5, có thể thấy rõ sự phân bố lỗ rỗng thay đổi khi độ hớt hồ xi măng có sự thay đổi.

Lỗ rỗng phân bố tương đối đồng đều theo chiều cao với các mẫucóđộnhớtcao(4,2và3,2Pa.s).Trongkhimẫucóđộnhớt thấp2,65Pa.s,lỗrỗngphânbốchủyếuởphíatrên,hồximăng

Biểu đồ hiển thị mặt cắt theo phương tạo hình -zz tập trung ở đáy Khi mô hình có độ nhớt 0,4 Pa.s, lỗ rỗng phía đáy bị bịt kín hoàn toàn Các phương trình hồi quy cho thấy mối quan hệ logarit giữa độ nhớt và kích thước lỗ rỗng ở đáy, với các hệ số xác định R² cao, chỉ ra sự phù hợp tốt của mô hình.

Hình 4.5 Ảnh hưởng của độ nhớt đến phân bố lỗ rỗng theo mặt cắt dọc (phương -zz)

Kếtquảnghiêncứumốiquanhệgiữađộnh ớthồximăngvàđộrỗngcủacácmặttheo chiều cao mẫu được thể hiệntrongHình 4.6 Mặt cắt số 3 (mặt đáy) củacácm ẫ u c ó đ ộ r ỗ n g t h ấ p n h ấ t ( t h ấ p h ơ n độrỗng trung bình) Mẫu có độ nhớt

0,4Pa.s, độ rỗng bằng 0 do hồ xi măng có độlinhđ ộ n g l ớ n , đ i ề n đ ầ y h o à n t o à n c á c khoảngtrống giữa các hạt cốt liệu Độ rỗngcủamặt cắt số 3 tăng lên khi khi tăng độnhớtcủa hồ ximăng.

0 1 2 3 4 Độ nhớt hồ xi măng, Pa.s Mặtcắt1 Mặtcắt2 Mặt cắt3

Hình 4.6 Mối quan hệ giữa độ nhớt hồ ximăng và độ rỗng theo mặt cắt ngang

Hình 4.6 đưa ra mối quan hệ giữa độ nhớt hồ xi măng và độ rỗng theo mặt cắt, trong đó có sự tương đồng về mối quan hệ tỷ lệ nghịch giữa độ nhớt hồ xi măng và độ rỗng của mặt cắt số 1 và số 2, trong khi đó độ nhớt hồ xi măng tỷ lệ thuận với độ rỗng của mặt cắt số 3 Đối với mặt cắt số 1 và số 2: độ rỗng chênh lệch không lớn; tăng độ nhớthồximănglàmgiảmđộrỗng;giảmđộnhớthồximăng,độrỗngtăngkhoảng12%

- 14% so với độ rỗng trung bình.

Nhận xét:Độ nhớt hồ xi măng có ý nghĩa quan trọng, quyết định sự phân bố độ rỗngtheophươngtạohình.Khigiảmđộnhớthồximăngdẫnđếnhiệntượngphântầng xảy ra rõ ràng, giảm độ rỗng của phần đáy mẫu Từ đó ảnh hưởng đến hệ số thấm của BTR theo phương tạo hình Kết quả nghiên cứu chỉ ra khoảng độ nhớt tối ưu từ 4 – 5 Pa.s sẽ đảm bảo sự đồng nhất của hỗn hợp BTR, tương ứng với tỷ lệ N/X từ 0,3 –0 , 3 5 Độ rỗng (%)

(không sử dụng PGSD) Vì vậy, nghiên cứu sử dụng tỷ lệ N/X = 0,33 cho các nghiên cứu tiếp theo Nội dung tiếp theo, luận án sẽ nghiên cứu, phân tích cấu trúc rỗng và hệ số thấm theo các phương khác nhau và đánh giá tính dị hướng của BTR.

Cấp phối bê tông rỗng

Trên cơ sở các thiết kế điển hình của BTR, độ rỗng thiết kế được lựa chọn thay đổi từ: 15 – 20 – 25 (%); Trên cơ sở hàm lượng sử dụng CLN trong BTR và kết quả khảo sát sơ bộ về lượng dùng và kích thước hạt AAC phù hợp với phạm vi nghiên cứu, luận án lựa chọn hàm lượng AAC từ: 5 – 10 – 15 (%) theo thể tích; Kích thước AAC thayđổitừ:0,63–1,25;1,25–2,5và2,5–5(mm).Cốtliệulớn(CLL)sửdụnglàCLTC từ bê tông Để đạt độ nhớt lớn hơn 4 Pa.s đảm bảo tính đồng nhất của hỗn hợp BTR, tỷ lệ N/X được cố định là 0,33 HHBT tạo hình bằng phương pháp đầm nhẹ Quy ước ký hiệu cấp phối sử dụng trong luận án được thể hiện trong Bảng4.2.

Bảng 4.2 Quy ước ký hiệu cấp phối BTR Độ rỗng thiết kế (a) Hàm lượng AAC (b) Kích thước AAC (c) Ký hiệu mẫu a = 15; 20; 25 b = 0; 5; 10; 15

Ghi chú: Nếu b = 0 thì bỏ c trong ký hiệu mẫu.

Ví dụ: R15A5/0,63 là ký hiệu cấp phối có độ rỗng thiết kế 15%, AAC sử dụng 5% và kích thước 0,63 – 1,25 R20A0 là ký hiệu của cấp phối có độ rỗng thiết kế 20% và không sử dụng AAC.

Sau khi tính toán thành phần cấp phối theo Phụ lục 2, 30 cấp phối được sử dụng đểtiếnhànhnghiêncứucáctínhchấtcủaBTR(CáccấpphốisửdụngPGSDvàsửdụng CLTC từ gạch đất sét nung sẽ được trình bày ở các nội dung sau) Cấp phối BTR được thể hiện tại Bảng 4.3. Một số tính chất của bê tông rỗng cũng được thể hiện trongbảng

4.3 bao gồm tổng độ rỗng(được xác định theo công thức (2)),Cường độ nén tuổi 28 ngày, và hệ số thấm theo phương tạo hình – zz.

Bảng 4.3 Cấp phối thí nghiệm và các kết quả nghiên cứu

CLL AAC X N độ rỗng độ nén thấm

(Kg) (kg) (kg) (kg) MPa (mm/s)

CLL AAC X N độ rỗng độ nén thấm

(Kg) (kg) (kg) (kg) MPa (mm/s)

Nghiên cứu ảnh hưởng của cốt liệu nhỏ AAC đến các đặc tính của BTR

4.1.3.1 Ảnh hưởng của cốt liệu AAC đến tổng độrỗng Ảnh hưởng của cốt liệu nhỏ AAC đến các đặc tính của BTR được thể hiện thông qua: độ rỗng và các thông số độ rỗng, cường độ và khả năng thấm nước Bảng 4.3 thể hiện các kết quả nghiên cứu tổng độ rỗng, cường độ nén và hệ số thấm nước.

Hình 4.7 thể hiện mối quan hệ giữa hàm lượng cốt liệu AAC với tổng độ rỗng của BTR Nghiên cứu cho thấy tổng độ rỗng tăng lên khi tăng hàm lượng cốt liệu AAC Kích thước hạt cốt liệu AAC cũng ảnh hưởng đến tổng độ rỗng, mẫu sử dụng AAC kích thước 0,63–1,25mm có tổng độ rỗng nhỏ hơn mẫu sử dụng AAC kích thước 1,25–2,5mm và 2,5–5mm do sự phân bố lỗ rỗng của AAC và ảnh hưởng của kích thước hạt đến cấu trúc rỗng bề mặt hạt AAC.

Kích thước hạt AAC ảnh hưởng đến độ hút nước của vật liệu Tuy nhiên, sự ảnh hưởng này không đáng kể do kích thước hạt AAC vẫn lớn hơn nhiều so với kích thước lỗ rỗng trên bề mặt vật liệu Độ hút nước chủ yếu phụ thuộc vào các lỗ rỗng có kích thước nhỏ hơn 100 micromet Nghiên cứu cho thấy khi sử dụng hạt AAC có kích thước 2,5-5 mm, độ rỗng đạt được lớn hơn so với sử dụng hạt AAC có kích thước 0,63-1,25 mm hoặc 1,25-2,5 mm Kết quả này phù hợp với lý thuyết khi sự chênh lệch kích thước các cấp hạt càng lớn thì độ rỗng của hỗn hợp càng giảm.

Hình 4.7 Ảnh hưởng của hàm lượng và kích thước cốt liệu nhỏ AAC đến tổng độ rỗng của BTR

Bêncạnhđó,tăngđộrỗngthiếtkếđồngnghĩagiảmlượnghồximăng,từđógiảm ảnhhưởngcủachiềudàyhồximăngđếnkhảnănghútnướccủahạtAAC.Vídụ,2mẫu có độ rỗng thiết kế 20% là R20A15/0,63 và R20A15/2,5 có chênh lệch tổng độ rỗng là 13,5%, trong khi mẫu R25A15/0,63 và R25A15/2,5 chỉ có chênh lệch tổng độ rỗng7,3