Tóm tắt: 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 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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI

NGÔ KIM TUÂN

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG RỖNG THOÁT NƯỚC SỬ DỤNG CỐT LIỆU TÁI CHẾ TỪ PHẾ THẢI XÂY DỰNG

RESEARCH AND DEVELOPMENT PERVIOUS CONCRETE USING RECYCLED AGGREGATES FROM CONSTRUCTION

AND DEMOLITION WASTE

PGS.TS Nguyễn Bình Hà

Hà Nội - Năm 2024

Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Xây dựng Hà Nội Người hướng dẫn khoa học 1: GS TS Phan Quang Minh

Người hướng dẫn khoa học 2: GS Ken Kawamoto

Phản biện 1 : PGS.TS Nguyễn Duy Hiếu

Phản biện 2 : PGS.TS Lê Trung Thành

Phản biện 3 : PGS.TS Trần Việt Hùng

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp trường

họp tại Trường Đại học Xây Dựng Hà Nội vào hồi 8 giờ 30 ngày 30 tháng 01 năm 2024

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện Quốc Gia và Thư viện Trường

Đại học Xây dựng Hà Nội

MỞ ĐẦU

1 Lý do lựa chọn đề tài

Quá trình đô thị hóa làm gia tăng diện tích bề mặt bị bao phủ bởi các vật liệu không thấm nước, làm thay đổi sự phân bố nước mưa với khoảng 15% thấm xuống đất nền, trong khi với bề mặt đất tự nhiên là khoảng 50% 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, dẫn đến hiện tượng đảo nhiệt đô thị (UHI) Bê tông rỗng (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 dụng tường, sàn cách nhiệt, tiêu âm BTR thường sử dụng cốt liệu lớn với một cỡ hạt và nguồn gốc khá đa dạng từ cốt liệu tự nhiên (CLTN) đến cốt liệu được gia công nghiền tái chế, hoặc cốt liệu nhẹ

Ở Việt Nam, các hoạt động xây dựng phát sinh lượng lớn phế thải, chiếm khoảng 10 - 15% khối lượng chất thải rắn (CTR) đô thị, (Hà Nội, TP.Hồ Chí Minh có thể lên đến 25%) Phế thải xây dựng (PTXD) được phân loại thành nhiều thành phần như: khối xây, bê tông, đất đá, kim loại, gỗ, thủy tinh, nhựa…Trong đó, khối xây và bê tông có thể được sử dụng để tái chế làm cốt liệu thay thế cho cốt liệu tự nhiên Trong đó sử dụng cốt liệu tái chế (CLTC) chế tạo BTR là hướng nghiên cứu rất phổ biến và được ứng dụng rỗng rãi trên thế giới

BTR sử dụng CLTC sẽ phát huy được các ưu điểm của BTR về khả năng tiêu thoát 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% của CLTC (từ khối xây và AAC), BTR vừa có khả năng thấm nước và vừa giữ nước sẽ nâng cao hiệu quả bay hơi nước, từ đó làm giảm nhiệt độ bề mặt và không khí, giảm hiệu ứng nhiệt đô nhiệt (UHI) Các đặc tính thấm nước, hút nước

và giữ nước của BTR do cấu trúc rỗng quyết định 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) Luận án làm rõ cấu trúc rỗng của BTR và nghiên cứu mối quan hệ của các thông số cấu trúc rỗng với các tính chất của BTR Nghiên cứu khả năng ứng dụng và hiệu quả thực tế của bê tông rỗng

2 Mục đích nghiên cứu của luận án

Mục tiêu của luận án là nghiên cứu chế tạo BTR sử dụng CLTC từ PTXD, trong đó các mục tiêu nghiên cứu cụ thể bao gồm: (1) Nghiên

cứu đặc tính cơ lý của BTR; yêu cầu cường độ nén từ 7 – 15 MPa; hệ

số thấm theo phương tạo hình lớn hơn 4 mm/s; (2) Nghiên cứu cấu trúc rỗng và các thông số cấu trúc rỗng của BTR sử dụng CLTC từ PTXD;

(3) Nghiên cứu hệ số thấm; mối quan hệ giữa cấu trúc rỗng và hệ số

thấm nước; (4) Nghiên cứu mối tương quan giữa cấu trúc rỗng, quá trình bay hơi nước và nhiệt độ bề mặt của BTR sử dụng CLTC từ PTXD; (5) Nghiên cứu ứng dụng thí điểm bãi đỗ xe sử dụng BTR sử dụng CLTC từ PTXD; đánh giá hiệu quả giảm nhiệt độ bề mặt và thoát nước mưa

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án

3.1 Đối tượng nghiên cứu

BTR sử dụng CLTC từ bê tông, khối xây và AAC; Bãi đỗ xe có bề mặt sử dụng BTR có khả năng thoát nước và giảm nhiệt độ

3.2 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu chế tạo BTR sử dụng CLTC tại Hà Nội, cỡ hạt từ 5 – 10 mm; Cốt liệu nhỏ: AAC, kích thước hạt từ 0,63 - 5 mm, hàm lượng AAC từ 5% – 10% – 15% (theo thể tích); Độ rỗng thiết kế:15% – 20% – 25%; Các tính chất của BTR nghiên cứu: Đặc tính cơ lý; Đặc tính cấu trúc rỗng; Đặc tính thủy lực; Các đặc tính về nhiệt; Nghiên cứu ứng dụng BTR làm bãi đỗ xe

4 Phương pháp nghiên cứu

-Nghiên cứu lý thuyết: tìm ra cơ sở khoa học và hình thành giả thuyết khoa học, dự đoán và giải thích các kết quả thực nghiệm

-Nghiên cứu thực nghiệm: chứng minh, làm rõ các giả thiết khoa học bằng thực nghiệm Sử dụng các phương pháp tiêu chuẩn trong và ngoài nước, và một số phương pháp phi tiêu chuẩn

5 Cơ sở khoa học của luận án

- 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 của BTR

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

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

- Cơ sở ứng dụng BTR làm lớp mặt bãi đỗ xe

5 Nội dung nghiên cứu của luận án

1) Nghiên cứu tổng quan các đối tượng nghiên cứu của luận án; 2) Nghiên cứu cơ sở khoa học chế tạo BTR sử dụng CLTC từ PTXD; 3) Tính chất nguyên vật liệu; lựa chọn phương pháp nghiên cứu; 4) Nghiên cứu ảnh hưởng của CLTC đến các đặc tính cơ lý, đặc tính

thủy lực của BTR;

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

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

7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

a Ý nghĩa khoa học của luận án

(1) Luận án đã làm rõ vai trò của các thành phần nguyên vật liệu đến cấu trúc rỗng của BTR; (2) Làm rõ vai trò của các thành phần lỗ rỗng

và mối quan hệ giữa cấu trúc rỗng đến các tính chất của BTR (3) Chứng minh 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, vận chuyển khối và hiệu quả giảm nhiệt độ bề mặt của BTR

b Ý nghĩa thực tiễn của luận án

(1) Chứng mình được khả năng và hiệu quả sử dụng CLTC để chế tạo BTR (2) Luận án chứng minh được hiệu quả khi sử dụng BTR ứng dụng cho bãi đỗ xe, ngoài khả năng thoát nước hiệu quả, BTR làm giảm đáng kể nhiệt độ bề mặt, góp phần làm giảm hiệu ứng nhiệt đô thị (UHI) (3) Kết quả của luận án là tài liệu tham khảo cho đào tạo và nghiên cứu khoa học trong lĩnh vực vật liệu và môi trường

8 Những đóng góp mới của luận án

1) Nghiên cứu làm rõ cấu trúc rỗng của BTR nhờ phân tích hình ảnh 3D (MFXCT); làm rõ tính dị hướng của cấu trúc rỗng và hệ số thấm 2) Làm rõ vai trò, ảnh hưởng của cốt liệu rỗng (AAC, CLTC từ khối xây) đến đặc tính thủy lực và hiệu quả giảm nhiệt độ bề mặt

3) Xác định được các mối tương quan giữa: Cấu trúc rỗng và hệ số thấm nước; Cấu trúc rỗng, đặc tính cơ lý và hệ số thấm nước; Quá trình bay hơi nước trong cấu trúc và nhiệt độ bề mặt BTR;

4) 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) Chứng minh được hiệu quả giảm nhiệt độ bề mặt của BTR khi ứng dụng làm bãi đỗ xe thấm nước và xác định được mối tương quan giữa nhiệt độ bề mặt của BTR với các loại bề mặt khác nhau

9 Cấu trúc của luận án

Luận án gồm 150 trang đánh máy A4, được đánh số cụ thể như sau:

Mở đầu (8 trang); Chương 1: Tổng quan về các vấn đề nghiên cứu (32 trang); Chương 2: Cơ sở khoa học của BTR sử dụng CLTC từ PTXD (13 trang); Chương 3: Nguyên vật liệu và phương pháp nghiên cứu (12 trang); Chương 4: Kết quả nghiên cứu và bàn luận (63 trang); Chương 5: Nghiên cứu ứng dụng BTR làm bãi đỗ xe (14 trang); Kết luận (2 trang); Danh mục các công trình đã công bố (2 trang); Tài liệu tham khảo (20 trang); Ngoài ra luận án còn có một số phần không đánh số gồm có: Bìa luận án (2 trang); Lời cam đoan (1 trang); Mục lục (3 trang); Danh mục ký hiệu và chữ viết tắt (2 trang); Danh mục bảng (2 trang); Danh mục hình vẽ (5 trang) và Phụ lục (6 trang) Luận án có 48 bảng và 100 hình vẽ

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan về bê tông rỗng

BTR là loại bê tông cơ bản không có hoặc độ sụt thấp; Cấp phối thành phần hạt gián đoạn; Độ rỗng lớn từ 15 – 30%; Hệ số thấm lớn: 1 – 33 mm/s BTR được sử dụng phổ biến làm vỉa hè, bãi đỗ xe và đường nội bộ Các ưu điểm của BTR: Hệ số thấm cao; Hấp thụ nhiệt và giảm hiệu ứng nhiệt đô thị; Hấp thụ âm thanh; Chống trơn trượt Tuy nhiên, BTR tồn tại một số nhược điểm: (1) Cường độ thấp; (2) Hiện tượng bong bật, tắc nghẽn (3) Hệ số mài mòn cao ;

Tình hình nghiên cứu và ứng dụng BTR trên thế giới

BTR được nghiên cứu và ứng dụng khá phổ biến cho lớp áo đường với cường độ từ 20 – 30 MPa Nhiều ứng dụng khác sử dụng BTR với cường độ thấp hơn như bãi đỗ xe, vỉa hè với mục tiêu giảm hiệu ứng đảo nhiệt đô thị Thành phần cấp phối điển hình của BTR: Xi măng (kg/m3): 150 ÷ 560; Cốt liệu (kg/m3): 565 ÷ 2035; Tỷ lệ N/X: 0,20 ÷ 0,42; Tỷ lệ cốt liệu/X: 1,20 ÷ 6,12; Tỷ lệ CLN/CLL: 0 ÷ 0,17

Tình hình nghiên cứu và sử dụng BTR ở Việt Nam

BTR đã được nghiên cứu ở các trường Đại học kỹ thuật, các viện nghiên cứu chuyên ngành trong lĩnh vực xây dựng, giao thông và chủ yếu được thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm Một số chủ đề nghiên cứu chính: thử nghiệm tại bãi đỗ xe, đường đi bộ; sử dụng vật liệu nhiễm mặn và tro bay; đánh giá khả năng giảm sóng của cấu kiện; nâng cao

cường độ nén và uốn của BTR; sử dụng CLTN, phụ gia khoáng silicafume và tro bay, phụ gia hóa học để chế tạo BTR

1.2 Tổng quan về cốt liệu tái chế từ phế thải xây dựng

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

PTXD rất đa dạng về chủng loại và chất lượng, phụ thuộc nguồn gốc phát sinh Trong đó, hai thành phần bê tông và khối xây có khối lượng lớn nhất Chính sách và mục tiêu xử lý, tái chế PTXD ở mỗi quốc gia

là khác nhau

Cốt liệu tái chế từ phế thải xây dựng

Tính chất của cốt liệu tái chế

Phụ thuộc vào nguồn phá dỡ và quy trình phân loại, xử lý Các ứng dụng và tiêu chuẩn chủ yếu dành cho cốt liệu lớn (CLL) Hiện nay đã

có nhiều tiêu chuẩn đánh giá CLTC từ PTXD, trong đó độ hút nước, khối lượng thể tích hạt là các tiêu chí quan trọng

1.3 Tổng quan về bê tông rỗng sử dụng cốt liệu tái chế từ phế thải xây dựng

Tính chất cơ lý của bê tông rỗng sử dụng cốt liệu tái chế: Các đặc

tính cơ bản sau: Đặc tính cơ học giảm; Độ hút nước và giữ nước cao; Modun đàn hồi giảm; Sử dụng phương pháp trộn 2 bước cho hiệu quả

tốt; Nguồn gốc của phế thải ảnh hưởng đến tính chất

Độ rỗng và cấu trúc rỗng của bê tông rỗng sử dụng cốt liệu tái chế: 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 BTR sử dụng CLTC thường thu được độ rỗng lớn hơn độ rỗng thiết kế, tuy nhiên khi dầm chặt có thể làm vỡ CLTC và giảm độ rỗng CLTC làm tăng độ

rỗng trong hạt của BTR

Đặc tính liên kết lỗ rỗng (lỗ rỗng thông nhau)

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 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

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 thấm nước Các đặc tính thủy lực của BTR phụ thuộc chủ yếu cấu trúc rỗng và đặc tính cốt liệu

Tính chất nhiệt của BTR

Có liên quan đến ứng dụng BTR làm lớp mặt đường hướng đến giảm hiệu ứng nhiệt đô thị (UHI) Bao gồm các đặc tính: Nhiệt dung riêng,

quán tính nhiệt, sự hấp thụ nhiệt, quá trình truyền nhiệt, quá trình giảm nhiệt độ nhờ bay hơi nước

Một số đặc tính khác của BTR

Khả năng chống trơn trượt, độ mài mòn; Khả năng hấp thụ âm thanh (cao hơn từ 3 – 50 lần bê tông thường); Độ bền băng giá của BTR (thoát nước khi băng tan) Co ngót của BTR (khoảng 200 µm/m)

1.4 Tổng quan về hệ thống mặt đường thấm nước áp dụng cho bãi

đỗ xe và hiệu quả giảm nhiệt độ bề mặt

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

Là một hệ thống hoàn thiện từ lớp mặt sử dụng BTR, lớp base và sub-base (nếu có), lớp nền đường và hệ thống thu gom nước (nếu có) Giới hạn tải trọng theo trục bánh xe đơn được khuyến cáo là 9 tấn

Hiệu quả giảm nhiệt độ bề mặt của hệ thống PPS

Hệ thống PPS là giải pháp hiệu quả để giảm hiệu ứng UHI Tùy thuộc vào vật liệu, BTR có thể giữ lại 0,15–0,27 g/cm3 (khoảng 15 kg/m2) nước mưa khi bề mặt đủ ướt Quá trình bay hơi nước và vận chuyển khối sẽ làm giảm đáng kể nhiệt độ bề mặt BTR

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA BÊ TÔNG RỖNG SỬ

DỤNG CỐT LIỆU TÁI CHẾ TỪ PTXD

2.1 Cơ sở hình thành cấu trúc rỗng của BTR

Cấu trúc rỗng của BTR gồm 03

loại lỗ rỗng như sau: Loại 1: Lỗ

rỗng trong đá xi măng; Loại 2: lỗ

rỗng trong cốt liệu hoặc lỗ rỗng

trên bề mặt hạt; Loại 3: Lỗ rỗng

giữa các hạt cốt liệu

Độ rỗng và cấu trúc rỗng của

đá xi măng – (loại 1): Cho phép

nước thấm qua chiều dày của lớp đá CKD và không ngăn cản quá trình hút nước và nhả nước của các loại cốt liệu

Độ rỗng và cấu trúc rỗng trong hạt cốt liệu (loại 2): 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 Lỗ rỗng loại 2 quyết định đường cong giữ nước của vật liệu

Độ rỗng và cấu trúc rỗng giữa các hạt cốt liệu (loại 3): Hình thành

lỗ rỗng hở thông nhau, quyết định hệ số thấm nước

Hình 2.1 Các loại lỗ rỗng của bê tông rỗng sử dụng CLTC từ PTXD

2.2 Cơ sở hình thành tính thấm của BTR

Hệ số thấm được hình thành trên cơ sở các lỗ rỗng thông nhau và do

ba thông số cấu trúc rỗng quyết định: đường kính hiệu quả của lỗ rỗng (reff), Số lỗ rỗng liên kết quanh một lỗ rỗng (Cn) (Mối liên kết của lỗ rỗng), chiều dài và tiết diện đường thấm (độ quanh co, T)

Hình 2.6 Đặc tính hệ thống lỗ rỗng thông nhau

2.3 Cơ sở hình thành cường độ của BTR

Cường độ BTR là hàm phức tạp giữ kết cấu bộ khung cốt liệu và cường độ đá xi măng Kết cấu bộ khung cốt liệu phụ thuộc cấp phối hạt; cường độ, hình dạng, tính chất của cốt liệu và phương pháp đầm

2.4 Cơ sở nâng cao hiệu quả giảm nhiệt bề mặt của BTR

Cần tăng cường các thành phần giúp giải phóng nhiệt: (1) Giảm dòng nhiệt bức xạ: vật liệu phản chiếu bức xạ hoặc hấp thụ bức xạ thấp; (2) Tăng cường đối lưu nhiệt; (3) Tăng cường nhiệt hóa hơi nhờ bay hơi nước; (4) Tăng cường truyền nhiệt xuống các lớp phía dưới (tăng độ ẩm của vật liệu)

Từ đó: (1) Tăng độ ẩm BTR → tăng khả năng dẫn nhiệt; (2) tăng

độ rỗng → tăng khả năng đối lưu nhiệt; (3) Tăng khả năng hút nước và giữ nước → tăng chuyển hóa nhiệt hấp thụ thành nhiệt hóa hơi

2.5 Cơ sở lựa chọn trong thiết kế bãi đỗ xe thấm nước

Cơ sở thiết kế hệ thống PPS: Hạn chế/loại bỏ nước chảy tràn bề mặt bằng cách sử dụng BTR; Lớp base/subbase có khả năng thấm nước và giữ nước; Khả năng chứa và giữ nước của lớp mặt BTR và base/subbase (trước khi chảy vào hệ thống gom tiêu nước)

2.6 Cơ sở khoa học của việc sử dụng cốt liệu tái chế

CLTC có bề mặt hạt nhám ráp, góc cạnh, có khả năng liên kết tốt với đá chất kết dính Hình dạng của CLTC ảnh hưởng đến phương pháp tạo hình, cường độ và độ rỗng của BTR (hình 2.9) Trong ứng dụng cụ thể liên quan đến vỉa hè tự làm mát, khả năng hút và giữ nước của cốt liệu được xem là yếu tố ưu tiên và cần được tăng cường thay vì cường

độ

Hình 2.9 Đặc điểm hình dạng hạt cốt liệu, CLTC từ bê tông-(a), CLTC

từ khối xây (gạch đất sét nung)- (b), Cốt liệu tự nhiên-(c)

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Nguyên vật liệu chế tạo

Cốt liệu AAC sử dụng với 3 kích thước: 0,63 – 1,25 mm; 1,25 – 2,5

mm và 2,5 – 5 mm Độ hút nước đạt từ 61,0% – 78,4%

Phụ gia siêu dẻo

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

3.2 Phương pháp nghiên cứu

Kích thước mẫu tùy theo từng chỉ tiêu: Viên gạch bê tông tiêu chuẩn

210 x 100 x 60 (mm): cường độ nén, uốn, độ rỗng, hệ số thấm, đặc tính thủy lực; Mẫu lăng trụ 150 x 300 (mm): modul đàn hồi; Hình hộp: 100x100x60, 100x100x100, 100x100x150 (mm): nghiên cứu nguy cơ tắc nghẽn

3.2.1 Các phương pháp tiêu chuẩn

a) Sử dụng các tiêu chuẩn TCVN và ASTM để xác định tính chất

của nguyên vật liệu đầu vào, hỗn hợp BTR và BTR thoát nước

b) Hệ thấm nước: xác định theo tiêu chuẩn JIS A 1218:2009/ JIS

A 5371-2016/ ASTM D5856-95:1995

c) Phương pháp xác định độ rỗng được áp dụng theo ASTM

C1754/C1754M, 2012 Sử dụng các công thức tính toán độ rỗng dựa trên phương pháp cân trong trong nước và thể tích nước chiếm chỗ

d) Xác định cường độ nén và cường độ uốn: 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 đàn hồi: Modun đàn hồi được xác định theo TCVN 5726 – 1993 (ASTM C 469)

f) Phương pháp xác định độ hút nước bão hòa: Xác định theo

tiêu chuẩn JIS A 5371: 2016 (Tương tự TCVN 6355-4:2009)

g) Phương pháp xác định độ hút nước mao quản

Xác định theo tiêu chuẩn JIS A 5371: 2016

h) Phương pháp xác định hiệu quả giảm nhiệt độ bề mặt

Thí nghiệm mô phỏng được thực hiện trong phòng thí nghiệm, theo

tiêu chuẩn JSTM H1001 – 2015

3.2.2 Các phương pháp phi tiêu chuẩn

a) Phương pháp thiết kế thành phần cấp phối BTR: theo ACI 522R-10 có hiệu chỉnh phù hợp với các đặc tính của CLTC

b) Quy trình trộn hỗn hợp bê tông và tạo mẫu BTR thấm nước Quy trình trộn hỗn hợp BTR sử dụng CLTC như sau:

Tạo hình 2 lớp và sử dụng phương pháp đầm nhẹ để hoàn thiện mẫu

Sử dụng đầm proctor trong trường hợp đầm chặt

c) Phương pháp xác định độ nhớt của hồ xi măng

Độ nhớt của hồ xi măng được xác định bằng thiết bị DVNXRV do hãng Brookfield – USA sản xuất

d) Phương pháp xác định các thông số vận chuyển khối

Bao gồm: độ khuếch tán khí (Dp/D0) và hệ số thấm khí (ka), hệ số dẫn nhiệt, (λ)

e) Phương pháp xác định cấu trúc rỗng bằng máy quét MFXCT: Thực hiện bằng hệ thống quét MFXCT - InspeXio SMX- 90CT và tái tạo thành cấu trúc 3D bằng phần mềm Exfact VR 2.1 f) Phân tích cấu trúc rỗng bằng hình ảnh 2D

Nghiên cứu cấu trúc rỗng 2D nhằm so sánh độ rỗng và sự phân bố

lỗ rỗng giữa các mặt cắt, sử dụng phần mềm ImageJ

Trộn ẩm

CLTC

Trộn CLTC +

Xi măng

Thêm nước + PGSD

Bổ sung AAC (đã trộn ẩm)

Xả HHBT và Tạo hình

g) Xác định mức độ tắc nghẽn

Xác định tương tự như hệ số thấm

và sử dụng tác nhân tắc nghẽn là cát

vàng và đất sét với mỗi chu kỳ là 50g

và lặp lại 10 chu kỳ Thử nghiệm theo

phương tạo hình (phương zz)

h) Xác định hệ số dẫn nhiệt (λ)

Được xác định bằng thiết bị đo hệ số

dẫn nhiệt QTM-700, do công ty Kyoto

EleCTR onics Manufacturing Co Ltd.,

Japan)

i) Phương pháp xác định nhiệt độ bề mặt tại hiện trường

Sử dụng thiết bị camera nhiệt hồng ngoại Thermal Imager Testo 882 của Mỹ và phân tích trên phần mềm IRSoft Software

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN

4.1 Nghiên cứu đặc tính cơ lý và đặc tính thủy lực của BTR 4.1.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của độ nhớt hồ xi măng

Độ nhớt hồ xi măng ít ảnh hưởng đến tổng độ rỗng nhưng ảnh hưởng đến sự phân bố lỗ rỗng và hệ số thấm theo phương tạo hình -zz

Mặt cắt số 3 có độ rỗng thay đổi theo độ nhớt của hồ

xi măng, độ nhớt càng thấp độ rỗng mặt cắt số 3 càng thấp

Độ nhớt tối ưu từ 4 – 5 Pa.s, tương ứng với tỷ lệ N/X từ 0,3 – 0,35 (không sử dụng PGSD)

4.1.2 Cấp phối bê tông rỗng

Độ rỗng thiết kế từ: 15 –

20 – 25 (%); hàm lượng AAC từ: 5 – 10 – 15 (%) theo thể tích; Kích thước AAC thay đổi từ: 0,63 – 1,25; 1,25 – 2,5 và 2,5 – 5 (mm) Cốt liệu lớn (CLL) là CLTC từ bê tông, tỷ lệ N/X được cố định là 0,33 Tạo hình bằng phương pháp đầm nhẹ Ký hiệu: R20A5/1,25: rỗng thiết kế 20%, AAC- 5%; kích thước 1,25 – 2,5 mm

050100

Hình 3.9 Biểu đồ thành phần hạt của tác nhân tắc nghẽn

Hình 4.1 Quan hệ giữa độ nhớt hồ CKD,

độ rỗng và hệ số thấm (phương -zz)

02468

4.1.3.Nghiên cứu ảnh hưởng của AAC đến tính chất BTR

Ảnh hưởng của cốt liệu AAC đến độ rỗng: Với cùng độ rỗng thiết

kế, tổng độ rỗng tăng khi tăng hàm lượng cốt liệu AAC Mẫu sử dụng AAC kích thước 0,63 – 1,25 mm có tổng độ rỗng nhỏ hơn so với khi sử

dụng AAC kích thước lớn hơn Tăng hàm lượng và kích thước hạt AAC

làm tăng độ rỗng trong hạt và giảm độ rỗng hiệu quả của BTR

Ảnh hưởng của hạt AAC đến cường độ của bê tông rỗng: Khi tăng

hàm lượng AAC làm giảm cường độ nén của bê tông Mức độ giảm cường độ nén phụ thuộc vào tỷ lệ và kích thước hạt AAC, hạt càng lớn càng làm giảm cường độ BTR so với mẫu không có AAC (giảm 9,6%

với hạt 0,63 – 1,25 và 28,9% với hạt 2,5 – 5 mm)

Mối quan hệ giữa tổng độ rỗng, hệ số thấm và cường độ

Hệ số thấm nước không tăng

tuyến tính theo tổng độ rỗng mà

phụ thuộc vào đặc tính cấu trúc

rỗng Không xác định được mối

kích thước và hàm lượng AAC

Ảnh hưởng của AAC đến đặc tính hút nước của gạch BTR: Cốt

liệu AAC làm tăng khả năng hút nước và giữ nước của BTR, từ đó quyết

định hiệu quả giảm nhiệt độ bề mặt do quá trình bay hơi

4.1.4 Ảnh hưởng của CLTC từ khối xây (gạch đất sét nung) đến các tính chất của BTR

Hàm lượng CLTC từ khối xây trong hỗn hợp cốt liệu từ 0, 20, 40,

60, 80 và 100% theo thể tích Cố định hàm lượng sử dụng AAC là 10%

và kích thước 1,25 – 2,5 mm trong tất cả các cấp phối

Hình 4.9 Quan hệ giữa tổng độ rỗng, cường độ nén và hệ số thấm