ii TÓM TẮT ĐỒ ÁN Nội dung của đề tài này nhằm mục đích nghiên cứu khả năng tận dụng sản phẩm đã qua sử dụng của thủy tinh nhằm mục đích phục vụ xây dựng, ảnh hưởng của việc sử dụng thủy
TỔNG QUAN
Tính cấp thiết của đề tài
Bê tông hiện nay là vật liệu xây dựng phổ biến nhất với mức tiêu thụ toàn cầu đạt 11 tỷ tấn, tương đương 1,7 tấn/người Sản xuất xi măng tiêu tốn khoảng 15% tổng năng lượng công nghiệp và phát thải 8% khí CO2 toàn cầu, gây ô nhiễm môi trường và lãng phí năng lượng Dự kiến, lượng phát thải CO2 từ ngành xi măng sẽ tăng 50% vào năm 2030, ảnh hưởng nghiêm trọng đến biến đổi khí hậu Để giảm thiểu tác động này, các nghiên cứu đang hướng tới việc sử dụng sản phẩm thay thế từ công nghiệp nhằm giảm tỷ lệ xi măng Portland Một trong những giải pháp là tái chế thủy tinh từ các nguồn như kính, bóng đèn và chai lọ, sử dụng làm cốt liệu trong bê tông Thủy tinh, có nguồn gốc từ silicat, khi được nghiền nhỏ có thể trở thành vật liệu xây dựng hiệu quả, với nghiên cứu cho thấy bột thủy tinh có thể thay thế xi măng với tỷ lệ từ 10% đến 20%.
Tại Việt Nam, rác thải đô thị chủ yếu bao gồm rác hữu cơ, chiếm 67%, trong khi rác từ thủy tinh chỉ chiếm 4% tổng trọng lượng rác thải rắn Theo báo cáo năm 2022 của Eunomia về tỷ lệ và chi phí tái chế bao bì đồ uống, bao bì thủy tinh trong thị trường đồ uống chiếm 11% về số lượng và 62% về tổng trọng lượng.
Nhóm nghiên cứu đã tiến hành tái chế rác thải thủy tinh thành bột để thay thế xi măng trong xây dựng, nhằm giảm lượng rác thải lớn Việc sử dụng thủy tinh nghiền làm cốt liệu trong bê tông xi măng portland đã cho thấy những hiệu ứng trái ngược về thuộc tính bê tông Nghiên cứu cho thấy giá trị gia tăng của kính được phát huy tốt nhất khi sử dụng làm vật liệu thay thế xi măng Shilpa Raju và P.R.Kumar đã phát hiện rằng bột thủy tinh có kích thước hạt nhỏ hơn 75 μm thể hiện hoạt tính pozzolanic, trong khi các thí nghiệm sử dụng bột tinh thải kích thước 45 μm Kết quả thử nghiệm chỉ ra rằng bột thủy tinh nghiền mịn làm tăng cường độ nén của bê tông, chứng tỏ có đủ đặc tính pozzolan để đóng vai trò là chất độn hoặc thay thế một phần xi măng.
Đồ án này nghiên cứu ảnh hưởng của việc thay thế xi măng bằng thủy tinh phế liệu trong hỗn hợp bê tông Nghiên cứu sẽ tập trung vào bốn tỷ lệ thay thế khác nhau để đánh giá hiệu quả và tính chất của bê tông.
Để xác định mức tối ưu cho việc kết hợp bột thủy tinh, các tỷ lệ 5%, 10%, 15% và 20% sẽ được nghiên cứu Các mẫu bê tông sẽ được phân tích trong phòng thí nghiệm nhằm đánh giá các đặc tính vật lý và cơ tính Việc xác định đặc tính của vật liệu thủy tinh sẽ giúp hiểu rõ hơn về thành phần hóa học và phân bố kích thước hạt Thiết kế hỗn hợp bê tông sẽ được tối ưu hóa bằng cách thay thế một phần xi măng bằng bột thủy tinh theo tỷ lệ quy định Cuối cùng, các tính năng cơ học của mẫu bê tông, đặc biệt là cường độ chịu nén, sẽ được đánh giá để đảm bảo hiệu quả của sự kết hợp này.
Cơ sở nghiên cứu
Việc sử dụng bột thủy tinh để thay thế một phần xi măng là hoàn toàn hợp lý, vì bột thủy tinh với kích cỡ hạt dưới 300 có thể hoạt động như một vật liệu pozzolan, giảm thiểu phản ứng kiềm-silica (ASR) không đáng kể ASR là phản ứng giữa các khoáng chất silic trong cốt liệu và dung dịch kiềm, gây ra giãn nở và có thể dẫn đến nứt nghiêm trọng trong bê tông Một trong những cách hiệu quả để giảm thiểu ASR là thêm các vật liệu silic rất mịn, giúp trung hòa độ kiềm của xi măng, trong khi thành phần chính của bột thủy tinh lại là silic.
Nghiên cứu cho thấy tỷ lệ thủy tinh thay thế xi măng dao động từ 0 đến 20% Các thử nghiệm cho thấy cường độ chịu nén của bê tông khi thay thế xi măng bằng các hạt thủy tinh nhỏ hơn 75 mm có thể cải thiện đến 40%.
Một nghiên cứu cho thấy việc sử dụng 10% bột thủy tinh thay thế cho xi măng chỉ làm giảm nhẹ cường độ nén của bê tông, trong khi độ bền kéo tăng ở mức thay thế 15% và có xu hướng tăng theo số ngày bão dưỡng Độ bền uốn cũng tăng khi hàm lượng thủy tinh tăng Tuy nhiên, phản ứng pozzolanic có thể gây ra những hạn chế và ảnh hưởng không mong muốn đến chất lượng bê tông khi sử dụng như một chất phụ gia cho xi măng.
Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chính của nghiên cứu là xác định tỉ lệ thủy tinh thay thế xi măng dựa trên kết quả đo đạc của các mẫu bê tông, nhằm đạt được chất lượng bê tông tốt nhất sau một khoảng thời gian bảo dưỡng phù hợp Những kết quả này sẽ là cơ sở cho việc nghiên cứu và ứng dụng trong sản xuất thực tế trong tương lai.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
+ Bột thủy tinh (cỡ hạt: thủy tinh qua ray 1 mm; thủy tinh qua ray 0,075 mm); + Xi măng;
+ Bê tông (khối lập phương, cạnh 150 mm);
+ Tỉ lệ bột thủy tinh thay thế xi măng (5%, 10%, 15% và 20%);
+ Tỉ lệ trộn bê tông;
+ Chất phụ gia cho xi măng;
+ Quy trình đúc bê tông;
+ Quy trình bão dưỡng bê tông
Nghiên cứu này dựa trên các bài báo khoa học về bê tông, tập trung vào việc thay đổi tỉ lệ thủy tinh thay thế xi măng và ảnh hưởng của nó đến cường độ nén và độ bền kéo Để đạt được kết quả tốt nhất, nhóm nghiên cứu cần tuân thủ quy trình đúc và bảo dưỡng theo yêu cầu kỹ thuật Do đề tài được thực hiện trong phòng thí nghiệm trường học, nên một số phương pháp nghiên cứu đã được điều chỉnh so với các phương pháp truyền thống.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Nghiên cứu này đóng góp vào việc phát triển bê tông bằng cách thay thế một phần xi măng bằng bột thủy tinh, giúp người đọc hiểu rõ hơn về tính chất của vật liệu này Mục tiêu chính là xác định tính năng của vữa thủy tinh như một giải pháp thay thế cho xi măng, đồng thời so sánh hiệu suất của bê tông chứa bột thủy tinh với bê tông truyền thống Công trình này có ý nghĩa quan trọng trong việc tái chế thủy tinh trong kết cấu bê tông và nâng cao cường độ nén của sản phẩm.
Phương pháp nghiên cứu
+ Tìm kiếm, nghiên cứu các tài liệu về bột thủy tinh, xi măng và bê tông
Bài viết tập trung vào việc tổng hợp các nghiên cứu khoa học liên quan đến bê tông, bao gồm các phương pháp trộn, bảo dưỡng và đo đạc Nó cũng khám phá các tiêu chuẩn quan trọng liên quan đến tỉ lệ trộn bê tông và quy trình bảo dưỡng, nhằm nâng cao chất lượng và độ bền của bê tông trong xây dựng.
+ Lên danh sách các dụng cụ và vật liệu cần mua
+ Tìm hiểu và tạo ra mẫu khuôn đúc dành riêng cho việc nghiên cứu
+ Tiến hành đúc thử bê tông trong khuôn nhằm điều chỉnh các yếu tố cần thiết
4 cho phù hợp với việc nghiên cứu
+ Tạo các mẫu thể hiện cơ tính theo tiêu chuẩn ASTM C39/C39M-18
+ Nén các sản phẩm đã được hoàn chỉnh
+ Nghiệm thu kết quả và các tiêu chuẩn đánh giá
Kết cấu đồ án tốt nghiệp
Thuyết minh được chia thành 5 phần chính:
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Bê tông
Bê tông là vật liệu đá nhân tạo được hình thành từ các chất kết dính vô cơ như xi măng, vôi silic và thạch cao, kết hợp với nước và cốt liệu như cát, sỏi, đá dăm Quá trình trộn các thành phần này theo tỷ lệ hợp lý giúp bê tông đông đặc lại sau một thời gian Ngoài ra, bê tông cũng có thể được sản xuất từ chất kết dính hữu cơ như bitum Gudrong cho bê tông atphan, hoặc sử dụng chất làm dẻo (polime) để tạo ra bê tông polime.
Trong bê tông, ngoài các thành phần cơ bản như chất kết dính, nước và cốt liệu, việc thêm các chất phụ gia có thể cải thiện tính năng của bê tông Những chất phụ gia này giúp tăng tính lưu động của hỗn hợp, giảm lượng nước và xi măng, điều chỉnh thời gian ninh kết và đông đặc, cũng như nâng cao khả năng chống thấm của bê tông.
Bê tông là vật liệu thiết yếu trong xây dựng, đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực kinh tế như xây dựng, công nghiệp, thủy lợi và cầu đường.
2.1.2.1 Phân loại theo khối lượng thể tích
+ Đặc biệt nặng: mv > 2500 kg/m 3 , gồm cốt liệu dày đặc và đá chứa quặng Bê tông này chặn tia X và tia γ
Bê tông nặng, hay còn gọi là bê tông thường, có mật độ từ 1800 đến 2500 kg/m³, được chế tạo từ các loại đá đặc chắc và đá chứa quặng Loại bê tông này được sử dụng phổ biến trong xây dựng cơ bản và sản xuất các cấu kiện chịu lực.
Bê tông nhẹ có mật độ từ 500 đến 1800 kg/m³, bao gồm các loại bê tông được chế tạo từ cốt liệu rỗng tự nhiên và nhân tạo, cũng như bê tông tổ ong không cốt liệu với nhiều ô kín hình tổ ong.
Bê tông đặc biệt nhẹ là loại vật liệu xây dựng có khả năng cách nhiệt hiệu quả, với mật độ dưới 500 kg/m³ Loại bê tông này có cấu trúc tổ ong với mật độ rỗng lớn hoặc được sản xuất từ cốt liệu rỗng nhẹ không chứa cát, giúp giảm trọng lượng và tăng khả năng cách âm.
2.1.2.2 Phân loại theo chất kết dính dùng trong bê tông
+ Bê tông xi măng: Chất kết dính là xi măng, chủ yếu là xi măng Portland và các dạng khác của nó
Bê tông silicat được chế tạo từ vôi và cát silic, qua quá trình xử lý khử trùng ở nhiệt độ và áp suất cao.
+ Bê tông thạch cao: Được làm từ thạch cao hoặc xi măng thạch cao
Bê tông xỉ là loại bê tông sử dụng chất kết dính từ xỉ lò cao trong ngành luyện thép hoặc xỉ nhiệt điện, có thể không cần clinker xi măng, và phải trải qua quy trình xử lý nhiệt ẩm dưới áp suất bình thường hoặc cao Trong khi đó, bê tông polime được tạo ra từ chất kết dính bao gồm các chất hóa dẻo và phụ gia vô cơ, mang lại tính chất vượt trội cho sản phẩm.
2.1.2.3 Phân loại theo phạm vi sử dụng
+ Bê tông công trình: Sử dụng trong các kết cấu, công trình chịu lực đòi hỏi cường độ và khả năng chống biến dạng phù hợp
+ Bê tông cách nhiệt: Vừa có khả năng chịu lực, vừa cách nhiệt, được sử dụng để bọc các kết cấu như tường ngoài, tấm mái
Bê tông thủy công không chỉ cần có khả năng chịu lực và chống biến dạng, mà còn phải đảm bảo mật độ cao, khả năng chống thấm tốt và ổn định trước tác động ăn mòn của nước môi trường.
Bê tông làm đường được sử dụng để trải bề mặt đường và đường băng sân bay, yêu cầu có cường độ cao, khả năng chịu mài mòn tốt và khả năng chống chọi với sự thay đổi lớn về nhiệt độ và độ ẩm.
Bê tông ổn định hóa học cần đáp ứng các chỉ tiêu kỹ thuật và có khả năng chống lại tác động ăn mòn của dung dịch muối, axit, kiềm cùng với hơi của các chất này mà không bị hư hại hay mất khả năng sử dụng.
+ Bê lông chịu lửa: Chịu được tác động lâu dài trong điều kiện nhiệt độ của quá trình sử dụng
+ Bê tông trang trí: Dùng trang trí bề mặt công trình, có màu sắc đa dạng tùy vào nhu cầu và chịu được điều kiện của thời tiết
Bê tông nặng chịu bức xạ được sử dụng trong các công trình đặc biệt như phòng thí nghiệm và nhà máy điện hạt nhân, giúp hấp thụ bức xạ gamma và bức xạ neutron hiệu quả.
2.1.3.1 Hai yêu cầu cơ bản của hỗn hợp bê tông
Hỗn hợp bê tông là sự kết hợp của các thành phần như cốt liệu, chất kết dính, nước và các loại chất phụ gia, được trộn theo tỷ lệ chuẩn và đồng đều bằng tay hoặc máy trộn, trước khi bắt đầu quá trình ninh kết và rắn chắc.
Xác định tỷ lệ trộn phù hợp là yếu tố quan trọng để đảm bảo chất lượng hỗn hợp bê tông, không chỉ giúp duy trì tính năng kỹ thuật ở các giai đoạn quan trọng mà còn đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật trong sản xuất, bao gồm lựa chọn phương pháp tạo hình, loại hình thiết bị đầm và các chế độ công tác khác.
Bất kỳ loại hỗn hợp bê tông nào, bất kể phương pháp hay công nghệ tạo hình, đều phải đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau đây.
Mác bê tông
Mác bê tông thể hiện cường độ chịu nén của mẫu bê tông hình lập phương có kích thước cạnh 150 mm, theo tiêu chuẩn TCVN 3105:1993, và được bảo trì trong điều kiện tiêu chuẩn trong 28 ngày.
Bảng 2.4: Một số loại mác bê tông [17]
Mác bê tông Cấp độ bền Cường độ chịu nén
Thủy tinh
2.3.1 Tổng quan về thủy tinh
Thủy tinh là vật liệu rắn vô cơ, thường trong suốt hoặc mờ, có tính chất cứng, giòn và không thấm nước Từ xa xưa, thủy tinh đã được sử dụng để chế tạo đồ trang trí và vẫn giữ vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực như xây dựng, đồ gia dụng và viễn thông.
Thủy tinh cơ bản được hình thành thông qua quá trình làm nguội nhanh chóng các phần nóng chảy, chủ yếu là cát trắng, nhằm ngăn chặn sự hình thành của các tinh thể có thể nhìn thấy.
Hình 2.6: Cấu trúc nguyên tử thủy tinh
Các loại thủy tinh với thành phần hóa học khác nhau mang lại nhiều tính chất đa dạng, nhưng hầu hết đều có những đặc điểm chung Tất cả thủy tinh trải qua giai đoạn nhớt khi làm mát từ trạng thái lỏng, và khi được nung chảy với oxit kim loại, chúng tạo ra các màu sắc đặc trưng Ở nhiệt độ thấp, thủy tinh có khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt kém, dễ bị gãy khi va chạm hoặc chịu sốc Ngoài ra, thủy tinh cũng bị ảnh hưởng nhẹ bởi các dung môi thông thường, nhưng đặc biệt dễ bị axit hydrofluoric ăn mòn.
Cách phân loại thủy tinh phổ biến nhất là dựa theo các nguyên tố hoặc hợp chất cấu tạo nên chúng Cụ thể:
Thủy tinh silicat là loại thủy tinh phổ biến trong cuộc sống hàng ngày, thường được sử dụng cho cửa kính, chai lọ và đồ thủy tinh gia dụng Thành phần chính của thủy tinh silicat bao gồm cát, tro bay và thạch anh Loại thủy tinh này nổi bật với tính chất trong suốt, dễ tạo hình, nhưng có độ giãn nở nhiệt cao và khả năng chịu nhiệt kém.
Thủy tinh borosilicate, với thành phần chính là silica và boron trioxide, nổi bật với hệ số giãn nở nhiệt thấp, cho phép nó chống sốc nhiệt tốt hơn so với các loại thủy tinh thông thường Chính vì đặc tính này, thủy tinh borosilicate thường được ưa chuộng trong các dụng cụ thí nghiệm, dụng cụ nấu ăn và thiết bị chiếu sáng.
Thủy tinh chịu nhiệt, hay còn gọi là thủy tinh cường lực, là loại thủy tinh an toàn được xử lý đặc biệt để tăng cường độ bền và an toàn hơn so với kính thông thường Khi bị vỡ, thủy tinh cường lực tạo thành những mảnh nhỏ dạng hạt, không giống như kính bình thường vỡ thành những mảnh lớn sắc nhọn Nhờ vào những đặc tính ưu việt này, thủy tinh chịu nhiệt thường được sử dụng trong các ứng dụng như cửa sổ xe hơi, cửa tắm, bể cá và màn hình điện thoại di động.
Hình 2.9: Thủy tinh chịu nhiệt
Thủy tinh lớp là loại kính an toàn, được cấu tạo từ hai hoặc nhiều lớp kính có xen kẽ một hoặc nhiều lớp polime mỏng, giúp ngăn kính vỡ thành những mảnh sắc nhọn Loại thủy tinh này thường được ứng dụng rộng rãi trong kiến trúc và nghệ thuật, đồng thời có khả năng ngăn chặn tia cực tím hiệu quả.
Thủy tinh sợi là vật liệu tổng hợp được tạo ra bằng cách gia cố nhựa với sợi thủy tinh, thông qua quá trình nung chảy và kéo sợi thủy tinh Những sợi này được dệt lại thành vải và kết hợp với nhựa dẻo Sợi thủy tinh có nhiều ứng dụng trong ngành xây dựng, chế tạo vỏ thuyền, bộ phận thân xe, và vật liệu composite trong hàng không vũ trụ.
Thủy tinh cách âm là loại thủy tinh nhiều lớp, được tạo ra bằng cách ghép các lớp thủy tinh với lớp PVB (polyvinyl butyral) Lớp PVB không chỉ kết nối các lớp thủy tinh mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc cách âm nhờ khả năng hấp thụ âm thanh xuất sắc Cửa sổ làm từ thủy tinh cách âm có khả năng loại bỏ tới 90% tiếng ồn bên ngoài, mang lại không gian sống yên tĩnh hơn cho ngôi nhà của bạn.
Hình 2.12: Thủy tinh cách âm
Cát
Cát là vật liệu dạng hạt tự nhiên, chủ yếu cấu tạo từ silicat và khoáng vật nhỏ Kích thước hạt cát được xác định theo thang Wentworth (0,0625mm đến 2mm) tại Hoa Kỳ hoặc thang Kachinskii (0,05mm đến 1mm) tại Nga và Việt Nam Nếu một hạt vật liệu tự nhiên nằm trong khoảng kích thước này, nó được phân loại là hạt cát.
Dựa vào kích thước hạt, có thể chia cát thành các loại:
Bảng 3.1 Phân loại cát theo kích thước
Kachinskii 0,05 ≤ cát mịn ≤ 0,25 Cát trung bình Cát thô
Đá xây dựng
Một số loại đá phổ biến trong xây dựng bao gồm đá 0x4 và đá 1x2 Đá 0x4 có kích thước nhỏ dưới 40mm, thường được sử dụng cho các công trình như vá mặt đường, phân phối mặt nền đường và san lấp nền móng nhà Đá 1x2 cũng được ưa chuộng trong nhiều ứng dụng xây dựng khác.
Đá 1×2 là loại đá được chế biến từ đá đen hoặc đá xanh, với nhiều kích cỡ khác nhau, phổ biến như 10x28mm, 10x22mm và 10x16mm, thường được sử dụng trong các công trình dân dụng và xây dựng như đường giao thông, bê tông tươi, cầu cảng và sân bay Đá 3×4 có kích thước khoảng 30-40mm, nổi bật với khả năng chịu lực tốt nhưng chi phí cao, do đó ít được sử dụng trong các công trình dân dụng Đá 4×6 được sàng lọc từ các loại đá có kích thước lớn hơn, phục vụ cho các ứng dụng xây dựng khác nhau.
Đá có kích thước từ 40 đến 70mm được sử dụng phổ biến trong các công trình như kè móng, lót nền và nền móng, đồng thời còn là phụ gia trong sản xuất vật liệu xây dựng khác Đá 5×7, với kích thước từ 50mm đến 70mm, thường được dùng để làm gạch lót sàn và gạch bông, cũng như là phụ gia cho bê tông trong công trình giao thông và đúc ống cống Đá mi sàng có kích thước nhỏ từ 3 đến 14mm, được tạo ra trong quá trình sản xuất các loại đá 1×2, 2×3 và 4×6.
Đá mi sàng, với kích thước nhỏ, thường được sử dụng làm chân đế cho gạch lát sàn và gạch bông, cũng như làm phụ gia trong sản xuất gạch khối, đúc ống cống và san lấp mặt bằng Đá mi bụi, loại đá có kích thước nhỏ nhất dưới 5mm, có đặc điểm mịn và bóng, thường được dùng thay thế cho cát trong các công trình Ngoài ra, đá mi bụi còn là nguyên liệu quan trọng trong sản xuất tấm đan bê tông, gạch không nung và bê tông nhựa trong ngành xây dựng.
NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM
Nguyên vật liệu
Chọn xi măng portland theo tiêu chuẩn TCVN 6260 : 2020 loại PCB40 (xi măng Phương Nam)
Hình 3.1: Xi măng Phương Nam
Sử dụng cát vàng sông, cỡ hạt dưới 4 mm, phù hợp với TCVN 7572:2006
Sử dụng loại đá 1 x 2, kích thước cỡ hạt lớn nhất là 20 mm phù hợp với TCVN 7570:2006
Sử dụng Sikament R7 N làm phụ gia giảm nước và kéo dài thời gian ninh kết cho bê tông
Nhóm chọn hai loại cỡ hạt cho thủy tinh: thủy tinh qua ray 1 mm; thủy tinh qua ray 0,075 mm Các bước cụ thể như sau:
Bước 1: thu gom thủy tinh phế liệu
Thủy tinh tái chế bao gồm các chai, lọ, và cốc thủy tinh đã qua sử dụng, đồng thời cũng được bổ sung từ các mảnh thủy tinh thu mua từ các cửa hàng cắt kính trên thị trường.
Phế liệu thủy tinh sau khi thu gom sẽ được làm sạch bụi bẩn và các nhãn mác gắn trên sản phẩm, nhằm giảm thiểu tạp chất, đảm bảo chất lượng của thủy tinh thu hồi.
Nhóm sử dụng máy nghiền thủy tinh công suất lớn, tại phòng thí nghiệm vật liệu Sản phẩm thu được sau khi nghiền có kích cỡ hạt từ 1÷2 mm
Hình 3.5: Máy nghiền thủy tinh
Hình 3.6: Sản phẩm nghiền lần 1
Hình 3.7: Máy xay thủy tinh
Hình 3.8: Sản phẩm nghiền lần 2
Sau khi nghiền hạt bằng máy xay Seko, sản phẩm sẽ được sàng qua hai loại lưới với kích thước mắt lưới khác nhau Kết quả thu được là bột thủy tinh với kích thước qua ray 1 mm và bột thủy tinh qua ray 0,075 mm.
Cơ sở thí nghiệm
Hiện nay, nhờ vào sự phát triển của các chất liệu phụ gia mới, bê tông có thể được sản xuất với độ bền từ M1000 đến M1500 Đối với các dự án xây dựng thông thường như nhà ở, trường học và bệnh viện, bê tông có độ bền 250 là sự lựa chọn phổ biến.
Bảng 3.2: Mác bê tông thông dụng
Xi măng (kg) 293 341 390 Cát (m 3 ) 0.466 0.447 0.427 Đá (m 3 ) 0.847 0.838 0.829
3.2.2 Mẫu thử thí nghiệm theo tiêu chuẩn Việt Nam
Lấy mẫu xác định cường độ chịu nén theo tổ mẫu Mỗi tổ mẫu gồm 3 viên được chuẩn bị theo TCVN 3105:2022
Bài nghiên cứu này khảo sát bốn tỷ lệ thủy tinh thay thế cho xi măng là 5%, 10%, 15% và 20%, với hai dạng hạt (thô và min) cho mỗi tỷ lệ Mỗi loại hạt có thể có hoặc không có phụ gia Các mẫu sẽ được kiểm nghiệm tại các mốc tuổi 7, 14, 21 và 28 ngày Đặc biệt, mẫu 0% thủy tinh sẽ bao gồm 8 mẫu, với 4 mẫu có phụ gia và 4 mẫu không có phụ gia, tương ứng với các mốc ngày tuổi Tổng cộng, sẽ có 72 mẫu được thí nghiệm trong nghiên cứu này.
Hình 3.9: Số lượng mẫu thử nghiệm
3.2.3 Tỷ lệ trộn bột thủy tinh với xi măng
Bảng 3.3: Khối lượng riêng của cát và đá
Khuôn là khối lập phương, kích thước lòng khuôn: 150 mm Suy ra thể tích khối bê tông là: 150 3 = 3375 x 10 3 (mm 3 ) = 0,003375 (m 3 )
Dựa vào bảng 3.3, ta có tỷ lệ trộn mac 250 cho 1 m 3 khuôn
Bảng 3.4: Tỷ lệ trộn cho từng khuôn theo mác 250
Mác 250 Xi măng (kg) Cát (kg) Đá (kg)
Dựa vào bảng 3.4, ta có tỷ lệ trộn cho từng loại mẫu thủy tinh
Bảng 3.5: Bảng trộn mẫu thủy tinh qua ray 1 mm và qua ray 0,075 mm
100% xi măng và 0% thủy tinh
95% xi măng và 5% thủy tinh
90% xi măng và 10% thủy tinh
85% xi măng và 15% thủy tinh
80% xi măng và 20% thủy tinh
Bảng 3.6: Bảng trộn mẫu thủy tinh qua ray 1 mm và qua ray 0,075 mm
KẾT QUẢ
Hình ảnh mẫu sau khi gỡ khuôn
Hình 4.1: Mẫu dùng để thí nghiệm Mẫu 5%:
A Mẫu thủy tinh thô không chất phụ gia; B Mẫu thủy tinh mịn không chất phụ gia;
C Mẫu thủy tinh thô có chất phụ gia; D Mẫu thủy tinh mịn có chất phụ gia
Hình 4.2: Mẫu bê tông 5% bột thủy tinh thay thế xi măng
A Mẫu thủy tinh thô không chất phụ gia; B Mẫu thủy tinh mịn không chất phụ gia;
C Mẫu thủy tinh thô có chất phụ gia; D Mẫu thủy tinh mịn có chất phụ gia
Hình 4.3: Mẫu bê tông 10% bột thủy tinh thay thế xi măng
A Mẫu thủy tinh thô không chất phụ gia; B Mẫu thủy tinh mịn không chất phụ gia;
C Mẫu thủy tinh thô có chất phụ gia; D Mẫu thủy tinh mịn có chất phụ gia
Hình 4.4: Mẫu bê tông 15% bột thủy tinh thay thế xi măng
A Mẫu thủy tinh thô không chất phụ gia; B Mẫu thủy tinh mịn không chất phụ gia;
C Mẫu thủy tinh thô có chất phụ gia; D Mẫu thủy tinh mịn có chất phụ gia
Hình 4.5: Mẫu bê tông 20% bột thủy tinh thay thế xi măng
Mẫu vật liệu được bão dưỡng tại phòng thí nghiệm vật liệu học thuộc bộ môn Hàn và công nghệ kim loại, Khoa Cơ Khí Máy, Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Sau đó, các mẫu này được chuyển đến Phòng thí nghiệm Công trình xây dựng, Khoa Xây Dựng của trường để tiến hành kiểm nghiệm độ bền nén.
Kết quả thí nghiệm
4.2.1 Máy kiểm tra mẫu thí nghiệm
Quá trình kiểm tra cường độ chịu nén được thực hiện tại trung tâm thí nghiệm Khoa Xây Dựng, trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, sử dụng thiết bị kiểm tra Matest, model 1000KN-H001P, theo tiêu chuẩn TCVN 3015:1993.
Hình 4.6: Máy kiểm tra cường độ chịu nén Bảng 4.1: Thông số của máy Matest, model 1000KN-H001P
Khả năng tải tối đa 1000 kN Độ chính xác ±1%
Tốc độ thí nghiệm 0,5÷50 mm/phút
Tốc độ di chuyển lên xuống tối đa 200 mm/phút
Khoảng cách ngang giữa các trụ 570 mm
Khoảng cách kéo tối đa 750 mm Đường kính trụ 90 mm
Chiều dài của ngàm kẹp 110 mm
Khoảng cách nén tối đa 570 mm
Kớch thước tấm nộn ỉ148 x 40 mm
Khoảng cách điều chính giữa 2 gối đỡ
Chiều dài gối uốn 160 mm Đường kính gối uốn 50 mm Độ sâu uốn 180 mm
Kích thước (dài x rộng x cao) 900 x 650 x 2665 mm
4.2.2 Mẫu thủy tinh qua ray 1 mm
Bảng 4.2: Kết quả của mẫu thủy tinh qua ray 1 mm
95% xi măng và 5% thủy tinh
90% xi măng và 10% thủy tinh
85% xi măng và 15% thủy tinh
80% xi măng và 20% thủy tinh
Hình 4.7: Kết quả của mẫu thủy tinh thô
4.2.3 Mẫu thủy tinh qua ray 1 mm (có phụ gia)
Bảng 4.3: Kết quả của mẫu thủy tinh qua ray 1 mm (có phụ gia)
95% xi măng và 5% thủy tinh
90% xi măng và 10% thủy tinh
85% xi măng và 15% thủy tinh
80% xi măng và 20% thủy tinh
Hình 4.8: Kết quả của mẫu thủy tinh thô có phụ gia
4.2.4 Mẫu thủy tinh qua ray 0,075 mm
Bảng 4.4: Kết quả của mẫu thủy tinh qua ray 0,075 mm
95% xi măng và 5% thủy tinh
90% xi măng và 10% thủy tinh
85% xi măng và 15% thủy tinh
80% xi măng và 20% thủy tinh
Hình 4.9: Kết quả của mẫu thủy mịn
4.2.5 Mẫu thủy tinh qua ray 0,075 mm (có phụ gia)
Bảng 4.5: Kết quả của mẫu thủy tinh qua ray 0,075 mm (có phụ gia)
95% xi măng và 5% thủy tinh
90% xi măng và 10% thủy tinh
85% xi măng và 15% thủy tinh
80% xi măng và 20% thủy tinh
Hình 4.10: Kết quả của mẫu thủy tinh mịn có phụ gia
Nhận xét
Nhận xét về giá trị cường độ nén:
Giá trị cường độ chịu nén của các mẫu thủy tinh được quan sát từ hình 4.7 đến bảng 4.10 cho thấy, tỷ lệ 90% xi măng và 10% thủy tinh luôn đạt kết quả cao nhất Điều này khẳng định rằng 4 mẫu thủy tinh khác nhau đều có hiệu suất tốt hơn so với các tỷ lệ khác trong cùng một mẫu.
62 ngày) Cụ thể, giá trị cao nhất lần lượt là: 20,463 MPa (bảng 4.2); 21,918 MPa (bảng 4.3); 22,441 MPa (bảng 4.4); 23,935 MPa (bảng 4.5)
Giá trị cường độ chịu nén ở tỷ lệ 80% xi măng và 20% thủy tinh trong bốn bảng đều thấp hơn so với các tỷ lệ khác trong cùng một mẫu sau 28 ngày, với các giá trị cụ thể là: 13,221 MPa (bảng 4.2), 14,781 MPa (bảng 4.3), 14,214 MPa (bảng 4.4) và 15,738 MPa (bảng 4.5).
So sánh đồ thị trong 4 loại mẫu:
Cường độ chịu nén tối ưu đạt được là 23,955 MPa với tỷ lệ 10% thủy tinh trong mẫu thủy tinh qua ray 0,075 mm (có phụ gia), trong khi cường độ chịu nén thấp nhất là 5,152 MPa ở tỷ lệ 20% thủy tinh trong mẫu qua ray 1 mm Sự khác biệt rõ rệt trong cường độ chịu nén giữa các tỷ lệ thủy tinh cho thấy rằng tỷ lệ 10% thủy tinh đạt giá trị cao nhất sau 28 ngày, trong khi tỷ lệ 20% thủy tinh chỉ đạt 6,324 MPa sau 7 ngày Nhìn chung, cường độ chịu nén giảm khi tỷ lệ thủy tinh tăng, với tỷ lệ 10% mang lại hiệu quả tốt nhất và tỷ lệ 20% có hiệu quả kém nhất.
So sánh sự khác nhau giữa bột thủy tinh qua ray 1 mm và 0,075 mm:
Kích thước hạt có ảnh hưởng rõ rệt đến cường độ chịu nén của bê tông, như thể hiện qua các hình 4.7, 4.8, 4.9 và 4.10 So sánh giữa hình 4.7 và 4.9 cho thấy mẫu thủy tinh qua ray 1 mm đạt cường độ chịu nén cao nhất là 20,463 MPa, trong khi hình 4.9 chỉ đạt 22,441 MPa, tăng khoảng 10% Tương tự, sự so sánh giữa hình 4.8 và 4.10 cho thấy rằng độ mịn của hạt cũng đóng vai trò quan trọng trong việc ảnh hưởng đến cơ tính của bê tông.