Tái chế bê tông khả năng ứng dụng tại việt nam

Ảnh hưởng của cốt liệu Xuất phát từ điều kiện đồng nhất về cường độ của các thành phần cấu trúc trong bêtông đá xi măng và cốt liệu to, nhỏ hay vữa ximăng với cốt liệu to thì cường độ c

TÁI CHẾ BÊ TÔNG KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM

Tác giả: Nguyễn Bình Nguyên - X05A2

GVHD: ThS.KS Phan Thế Vinh

Đề tài đạt giải : - Ba cấp trường 2008

- Khuyến khích cấp Bộ 2008

I ĐẶT VẤN ĐỀ :

1 Ý tưởng:

Theo tác giả: Phùng Văn Lự - Phạm Duy Hữu – Phạm Khắc Trí ( Nxb Giáo dục -2006) đưa ra khái niệm bê tông có câu : ” Bê tông là một loại đá nhân tạo, nhận được bằng cách đổ khuôn và làm rắn chắc một hỗn hợp hợp lí chất kết dính, nước, cốt liệu và phụ gia ” từ đây tôi có

ý tưởng “ Thành phần cốt liệu chính của bê tông là đá, mà bản thân bê tông cũng là đá, tại sao chúng ta lại không tái chế bê tông ? ”

2 Sự cần thiết và lý do chọn đề tài :

Ngày nay, khi vấn đề bảo vệ môi trường càng trở nên cấp thiêt hơn bao giờ hết thì yêu cầu tái chế tất cả các loại rác thải là một vấn đề được tất cả các quốc gia trên thế giới quan tâm, trong

đó có cả Việt Nam

Hiện nay khi mà quá trình công nghiệp hóa đòi hỏi xây dựng mới và nâng cấp rất nhiều công trình xây dựng, lượng rác thải xây dựng trong đó phần lớn là bê tông vẫn chưa được xử lí một cách triệt để và hữu ích Không những thế việc khai thác đá quá mức phục vụ cho các công trình xây dựng như hiện nay đã và đang làm cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên, đe dọa nghiêm trọng tới cảnh quan, môi trường sinh thái và ảnh hửởng tới một số ngành kinh tế khác

Chính vì những lý do trên mà việc lựa chọn nghiên cứu đề tài “ Tái chế bê tông –Khả năng ứng dụng tại Việt Nam” là vô cùng cần thiết và thời sự

II MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU :

1 Mục tiêu :

Sử dụng bê tông đã qua sử dụng ( rác thải bê tông) để chế tạo các loại bê tông Mác thấp

có giá thành rẻ nhằm chế tạo các cấu kiện đúc sẵn không yêu cầu cường độ chịu lực lớn như : con lươn, dải phân cách trên đường, ghế đá, vách ngăn…

2 Phương pháp nghiên cứu :

Dựa trên các lý thuyết về bê tông đã được khoa học nghiên cứu

3 Cường độ bê tông:

Trong kết cấu xây dựng bê tông có thể làm việc ở những trạng thái khác nhau : nén, uốn, trượt….Trong đó bê tông làm việc ở trạng thái nén là tốt nhất Vì vậy cường độ chịu nén của bê tông là chỉ tiêu quan trọng nhất đánh giá chất lượng bê tông Do vậy nghiên cứu cường

độ chịu nén của bê tông là điều kiện tiên quyết trong việc chế tạo các loại bê tông

Dựa vào cường độ chịu nén giới hạn trung bình của các mẫu bê tông hình lập phương cạnh 15cm dưỡng hộ trong vòng 28 ngày ở điều kiện tiêu chuẩn ( nhiệt độ 0

272 C độ ẩm không khí lớn hơn 90% )

Trong quá trình cứng rắn cường độ bê tông không ngừng tăng lên.Từ 7 ngày đến 14 ngày cường độ phát triển nhanh, sau 28 ngày chậm dần lại và gần như theo quy luật logarit :

n

28

R  lg 28,với n> 3 Trong đó:Rn, R 28 lần lượt là cường độ bê tông ở tuổi n và 28 ngày ; n- tuổi bê tông(ngày)

Nghiên cứu cường độ bê tông có chú ý cốt liệu,cũng như cấu tạo của bê tông(biểu thị

độ đặc của nó)

3.1 Phương pháp và công thức xác định cường độ chịu nén của bê tông:

Chế tạo mẫu hoặc lấy trực tiếp mâuc từ kết cấu côgn trình và tác dụng trực tiếp lên mẫu cho đến khi bị phá hoại.Sự xuất hiện vết nứt, sự tách lớp và biến dạng là các dấu hiệu của phá hoại

Cường độ vật liệu được tính toán từ các kết quả thí nghiệm theo công thức tương ứng :(với các mẫu thí nghiệm hình lập phương cạnh 15cm)

Với:P là tải trọng phá hoại

F là diện tích mặt cắt ngang

3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ của bê tông:

a Ảnh hưởng của cường độ đá ximăng:

Cường độ đá ximăng ảnh hưởng rất lớn đến cường độ bê tông Cuờng độ đá ximăng lại phụ thuộc vào mác ximăng và độ đặc của đá ximăng,tức là tỉ lệ N/X.`

Khi mác ximăng cao thì cường độ đá ximăng tăng dẫn đến cường độ bêtông cũng tăng theo, khi mác ximăng thấp thì ngược lại

Khi tỉ lệ N/X hợp lý thì đá ximăng tăng dẫn đến cường độ bêtông cũng tăng theo, khi mác ximăng thấp thì ngược laị

Khi tỉ lệ N/X quá nhỏ thì không đủ nước để đá ximăng thủy hóa hoàn toàn nên có cường độ đá ximăng giảm Mặt khác,khi đó hỗn hợp bêtông có độ sụt bé gây khó khăn trong quá trình thi công

Khi tỉ lệ N/X quá cao, nước tự do còn tồn tại nhiều khi bay hơi sẽ để lại nhiều lỗ rỗng trong đá ximăng làm cường độ của đá ximăng giảm, nên cường độ bêtông cũng giảm Ngoài

ra, nếu lượng nước quá nhiều thì hỗn hợp bêtông dễ bị phân tầng không thể thi công được

Dưới đây là biểu đồ biểu thị sự phụ thuộc cường độ bê tông vào lượng nước nhào

trộn

b Ảnh hưởng của cốt liệu

Xuất phát từ điều kiện đồng nhất về cường độ của các thành phần cấu trúc trong bêtông (đá xi măng và cốt liệu to, nhỏ hay vữa ximăng với cốt liệu to) thì cường độ của cốt liệu ảnh hưởng đến cường độ bêtông chỉ trong trường hợp cường độ của nó thấp hơn hoặc xấp xỉ cường

độ của đá hay vữa ximăng Điều này chỉ có thể xảy ra trong bêtông nhẹ dùng cốt liệi rỗng , vì ở

đó cường độ của cốt liệu trong nhiều trường hợp có thể thấp hơn hoặc bằng cường độ của đá hay vữa ximăng

Đối với bêtông nặng dùng cốt liệu đặc thì cường độ của cốt liệu lớn hơn rất nhiều so với cường độ của đá hay vữa ximăng.Vì vậy, ở đây cường độ của cốt liệu không ảnh hưởng lớn đến cường độ của bêtông

Sự phân bố giữa các hạt cốt liệu có ảnh hưởng đến cường độ của bêtông.Bình thường hồ ximăng lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu và đẩy chúng ra xa với cự ly bằng 2+3 lần đường kính hạt ximăng.Trong trường hợp này do phát huy được vai trò của cốt liệu nên cường độ của bêtông khá cao và yêu cầu côt liệu có cường độ cao hơn cường độ bêtông từ 1.5 lần (đối với bêtông mác nhỏ hơn 300) đến 2 lần (đối với bêtông mac lớn hơn 300) Khi bêtông chứa lượng hồ ximăng lớn hơn, các hạt cốt liệu bị đẩy ra xa nhau hơn đến mức hầu như không có tác dụng tương hỗ với nhau Khi đó cường độ của đá ximăng và cường độ vùng tiếp xúc đóng vai trò quyết định đến cường độ của bêtông, nên yêu cầu về cường độ cốt liệu ở mức thấp hơn

Cường độ của bêtông còn phụ thuộc vào đặc trưng của cốt liệu Nếu bề mặt cốt liệu nhám, sạch cường độ dính kết với vữa ximăng sẽ tăng lên nên cường độ bêtông cũng tăng Ngược lại, nếu bề mặt cốt liệu trơn, bẩn thì cường độ dính kết sẽ giảm làm cường độ bêtông cũng giảm Do đó, với cùng một lượng dùng như nhau thì bêtông dùng đá dăm sẽ cho cường độ cao hơn khi dùng sỏi Ngoài ra, với đường kính cốt liệu nhỏ ( cát) tăng thì lớp hồ ximăng cao bọc

sẽ dày lên tạo khả năng dính kết cao nên cường độ bêtông cũn sẽ tăng

Nếu sử dụng cốt liệu đặc chắc thì khi lượng dùng tăng lên thì cường độ bêtông cũng tăng Nguợc lại, nếu cốt liệu rỗng thì khi lượng dùng tăng cường độ bêtông sẽ giảm xuống

c Ảnh hưởng của cấu tạo bêtông

Cường độ của bêtông không những chỉ phụ thuộc vào cường độ của đá ximăng, chất lượng cốt liệu mà còn phụ thuộc vào độ đặc riêng của bêtông, nghĩa là phụ thuộc vào sự lựa chọn thành phần và chất lượng thì công hỗn hợp bêtông.Nếu như trong bêtông có các lỗ rỗng , thì nó không những làm giảm diện tích làm việc của vật liệu, mà còn tạo ra trong bêtông nhưng ứng suất tập trung hai bên lỗ rỗng Ứng suât này sẽ làm giảm khả năng của bêtông chống lại ngoại lực tác dụng Vậy để tạo hình được tốt, ngoài việc lựa chọn thành phần bêtông sao cho đặc chắc nhất, thì vấn đề quan trọng là chọn độ dẻo của hỗn hợp bêtông và phương pháp thi công cho thích hợp Có nghĩa là nếu độ dẻo của hỗn hợp bêtông cao , tuy lèn ép dễ không cần lực tác động lớn nhưng cường độ bêtông sau này không cao Ngược lại, nếu dùng hỗn hợp bêtông có độ dẻo

thấp, tuy cần lực lèn ép mạnh trong thời gian dài hơn , nhưng cường độ bêtông về sau này sẽ được nâng cao

Đối với một hỗn hợp bêtông, ứng với một điều kiện đầm nén nhất định sẽ có một tỷ lệ nước thích hợp nhất Với lượng nước đó bêtông sẽ có độ đặc cao nhất, sản lượng hỗn hợp bêtông

sẽ nhỏ nhất, do đó cường độ bêtông sẽ đạt giá trị cực đại Nếu lượng nước thấp hơn hoặc cao hơn lượng nước thích hợp thì cường độ bêtông bị giảm xuống, Trong trường hợp đầu do ít nước, hỗn hợp bị khô không lèn ép được tốt Trong trường hợp sau, do thừa nước nên đá ximăng sau khi đã cứng rắn sẽ tồn tại nhiều lỗ rỗng do nước tự do bay hơi để lại

Nếu tăng mức độ lèn chặt lên thì trị số tỷ lệ nước thích hợp trong hỗn hợp bêtông sẽ giảm xuống và cường độ bêtông tăng lên

Sơ đồ biểu thị sự ảnh hưởng của mức độ lèn chặt hỗn hợp bêtông đến lượng nước và cường độ bê tông

d Ảnh hưởng của điều kiện môi trường bảo dưỡng

Trong điều kiện môi trường nhiệt độ, độ ẩm cao sự tăng cường độ có thể kéo dài trong nhiều năm, còn trong điều kiện khô hanh hoặc nhiệt độ thấp sự tăng cường độ trong thời gian sau này là không đáng kể Khi dưỡng hộ bêtông trong điều kiện nhiệt ẩm cường độ bêtông tăng rất nhanh trong thời gian vài ngày đầu

4 Thiết kế bê tông mác thấp (m100) sử dụng bê tông đã qua sủ dụng:

4.1 Vật liệu chế tạo:

a Ximăng:

Sử dụng ximăng pooclăng PC40 Hà Tiên 1

Theo lí thuyết trong giáo trình vật liệu xây dựng khuyên nên chon ximăng có mác 200

dể chế tạo bêtông mác 100 hiện nay trên thị trường bán lẻ không có loại xi măng nay,nên trong khuôn khổ các mẫu thí nghiệm sử dụng ximăng như trên

b Cốt liệu nhỏ:

Sử dụng cát vàng thô có cấp phối cho phép như sau:

Trong đề tài sử dụng cát ở phòng thí nghiệm của trường có cáp phối đạt yêu cầu đề ra (không xách định lại cấp phôí hạt của cát)

c Cốt liệu lớn

Trong đề tài nghiên cứu này sử dụng loại đá từ bê tông đã qua sử dụng tạm gọi là đá bêtông để làm cốt liệu thô

 Xác định khối lượng riêng của đá bê tông :

Chúng ta không thể sử dụng lại khối lượng riêng của bê tông làm khối lượng riêng của

đá bê tông mà phải thí nghiệm xác định lại khối lượng riêng của dá bê tông do khi sử dụng ta

đã đập vỡ khối bê tông thành đá đường kính nhỏ hơn( thường là đá 1-2,hay 3-4) và tỉ lệ bám dính của cát ximăng ban đầu của khối bê tông lên đá bê tông này là khác nhau

Xác định như sau:

o Sử dụng các mẫu bê tông ở phòng thí nghiệm của trường để làm nguyên liệu chế tạo đá bê tông

o đá bê tông sau khi đập ra từ bê tông thì có đường kính từ 1-4(cm) đem bỏ vào trong 1 thùng có thể tích V,khối lựong m1.Đem cân ta được khối lượng của đá

và thùng là m2

Sau nhiều thí nghiệm được mô tả như trên ta có khối lượng thể tích của đá là 1,4

d Nước

Sử dụng nước sinh hoạt (nước thủy cục):

4.2 Thiết kế cấp phối theo phương pháp Bolomey-Skramtaev:

 Tỉ lệ X/N tính theo công thức: b

X

R X

0,5

N  A.R 

 Xác định lượng ximăng :X (X).N

N

 (kg) , đem so sánh lượng ximăng tối thiểu Điều kiện làm việc của

kết cấucông trình

Phương pháp đầm chặt

Phương pháp đầm chặt Bằng tay Bằng máy -Trực tiếp tiếp xúcvới nước

-Bị ảnh hưởng của mưa

gió phưong tiện bảo vệ

-Không bị ảnh hưởng

của mưa gió

265

250

220

240

220

200

m1 m2 V



 

 Khối lượng đá bêtông:

d bt V d

1000 D

.r





 Khối lượng cát :

D 1000     N

 Với 1 m3

bê tông thì chọn N=195(l)

 Thể tích nguyên vật liệu ở trạng thai ẩm:X1=X

C1=C(1+WC)

D1=D(1+Wd)

N1=N-(C.WC+D.Wd)

 Thể tích mẻ trộn có kích thước : 11 (l)

X2=0.011.X1

C2=0.011.C1

D2=0.011.D1

N2=0.011.N1

4.3 Thí nghiệm nén mẫu bê tông M100 sử dụng đá bê tông là bê tông đã qua

sử dụng

(các mẫu đúc đuợc nén sau 28 ngày đúc,bảo quản trong điều kiện chuẩn)

Stt

thí

ngh

iệm

Cấp phối

Cường độ

(kg/cm2)

Chú thích

ẩm

Mẻ trộn

11(l)

1

N=195(l)

X=185,25

(kg)<220

(kg)

Chọn

X=220(kg)

D=1385

(kg)

C=625(kg)

N 1 =182,5(l)

X 1 =220(kg

D 1 =1385(kg) (với W d =0%)

C 1 =625(kg) (với W c =2%)

N 2 =2(l)

X 2 =2,42 (kg)

D 2 =14,7 (kg)

C 2 =7(Kg)

Mẫu1 66,3 Trung

bình

Sử dụng

đá bê tông đập

ra bằng

đá 1-2

Mẫu2 75

65,8 Mẫu3 56,3

Mẫu1 48,8 Trung

bình

Sử dụng

đá bê tông bằng đá 3-4

Mẫu2 89,16

65,22 Mẫu3 57,7

Tru

ng bìn

h

Sử dụng

đá bê tông có nhiều

Mẫu2 95

73,48

kích thước khác nhau,

có lẫn vữa xi măng trong quá trình đập

ra (giống như xà bần) Mẫu3 66,16

4

Như trên Như trên Như nhưng trên

N 2 =2,3 (l) ( điều chỉnh 15%nước)

Mẫu 1

82,65

Trung bình

Sử dụng đá

bê tông giống thí nghiệm 3,điều chỉnh 15% nước

Mẫu2 75,1

82,4 Mẫu3 89,7

Như trên nhưng

N 2 =2,86 (l),X 2 =3, 15kg(

điều chỉnh đồng thời 30%

nước,

xi măng)

Mẫu1 133,3

Tru

ng bìn

h

Sử dụng

đá bê tông giống thí nghiệm 3,điều chỉnh 30% nước, 30%xi măng

Mẫu2 150,2

Mẫu3 146,7 143,4

 Nhận xét về kết quả thí nghiệm

+ Thí nghiệm 1 và 2 với đá bê tông có đường kính 1-2 (cm),và 3-4 (cm).Mẫu sau khi đúc có độ rỗng lớn,lúc trộn bê tông thì khô Cường độ đạt được là khoảng 65kg/cm2,

có thể giải thích cho điều này là cốt liệu lớn quá

+ Thí nghiệm thứ 3 khi sử dụng đá bê tông có nhiều đường kính khác nhau có lẫn vữa

do trong quá trình múc đá bê tông cố ý không sàng lọc, và xem đây giống như xà bần (để sát với thực tế của việc sử dụng bê tông đã qua sử dụng) Mẫu thí nghiệm thu được có độ rỗng lớn tuy có ít hơn 2 thí nghiệm trước đó, hỗn hợp đem trộn làm bê tông vẫn khô

+ Qua 3 thí nghiệm đầu tiên thấy rằng các mẫu đều có độ rỗng tương đối lớn, khi trộn bê tông thì khô

+ Thí nghiệm 4: điều chỉnh 15% lượng nước so với lượng nước thiết kế theo phương pháp Bolomey-Skramtaev

+ Sau khi điều chỉnh như vậy thì khi trộn bê tông thì hỗn hợp bê tông đã không còn khô như trước nữa tuy vẫn chưa được một độ nhão tương đối cho quá trình trộn, mẫu sau khi đúc độ rỗng cũng giảm đi đáng kể,Kết quả thí nghiệm cường độ bê tông đạt được là 82,4 kg/cm2

vẫn chưa đạt yêu cầu về cường độ so với yêu cầu thiết kế bêtông M100

Đá

Vận

Dây chuyền sản xuất đá

thành phẩm

Dây chuyền xử lí rác thải bê tơng thành đá thành phẩm

Nguyên liệu:đá

,xi măng ,cát

,nước

Nguyên liệu:đá ,xi măng ,cát ,nước

Dây chuyền sản

xuất bê tơng

thành phẩm

Dây chuyền sản xuất bê tơng thành phẩm

Rác thải

bê tơng

+ Sau khi điều chỉnh nước mẫu bê tơng dù đã tốt hơn so với các mẫu trước đĩ nhưng vẫn chưa đạt yêu cầu

+ Thí nghiệm 5: tăng 30% cả nước và xi măng so với thiết kế cấp phối theo phương pháp Bolomey-Skramtaev

+ Cường độ các mấu đã tăng lên như mong đợi 143,4 kg/cm2,khi trộn mẻ bê tơng thì độ nhã( độ sụt) lớn,độ rỗng của mâu sau khi đúc là rất ít

+ Như vậy mẫu 5 sau khi điều chỉnh đã đạt được cường độ cao hơn so với thiết kế

+ Với cường độ trung bình là 143,4kg/cm2 thì khơng phải là sự chênh lêch quá lớn so với yêu cầu thiết kế bê tơng M100

 Cấp phối cho 1 mẻ trộn 11 (l)

N2=2,86 (l)

X2=3,15 (kg)

D2=14,7 (kg)

C2=7 (kg)

 Vậy cấp phối cho 1 m3

bê tơng :

N2=236 (l)

X2=286 (kg)

D2=1336 (kg)

C2=636 (kg)

5 Đánh giá kinh tế kĩ thuật

5.1 So sánh dây chuyền sản xuất bê tơng thường và sản xuất bê tơng sử dụng bêtơng đã qua sử dụng(bê tơng tái chế):

không có tốn phí

có tốn phí

 Nhận xét:

+ Với 2 dây chuyền sản xuất bê tông như trên, có thể thấy rằng về cơ bản quy trình sản xuất ra 1m3

bê tông thành phẩm là tương đối giống nhau, điểm khác biệt ở đây chính là giai đoạn tạo ra cốt liệu thô (đá)

+ Chi phí sản xuất trong giai đoạn này mang ý nghĩa rất lớn đối với việc sản xuất bê tông thành phẩm

5.2 Chi phí để sản xuất ra 1m 3 đá thành phẩm từ tái chế bê tông:

a Quy trình sản xuất đá thành phẩm từ bê tông tái chế:

b Quy trình thu gom rác thải bê tông:

Bãi tập trung xử lí rác thải bê tông

KHU VỰC

A

KHU VỰC

B

KHU VỰC

C

…KHU VỰC thứ n

Rác thải bêtông

Thu gom

Bãi tập trung rác thải bê tông

Dây chuyền xử

lí rác thải bê tông thành đá thành phẩm

Đá thành phẩm

(Hình ảnh thu gom rác thai xây dựng trên website:www.citenco.com.vn )

 Nhận xét:

Câu hỏi được đăng từ báo Sài Gòn giải phóng về vấn đề rác thải xây dựng

Để giải quyết vấn đề này xin nêu ra một số phương án giải quyết như sau:

- Phương án1:

Kết hợp với công ty đô thị môi trường với mô hình như sau: chúng ta (bên A) nhận xủ lí rác thải xây dựng (sử dụng các loại máy sang lọc để lấy nguồn bê tông đã qua sử dụng phần còn lại đem làm xà bần phục vụ công tác san lấp) còn công ty đô thị môi trường (bên B) sẽ phụ trách khâu thu gom

 Lợi ích của 2 bên sẽ là:

+ Bên A sẽ có được nguồn nguyên liệu không tốn phí mua

+ Bên B khi thu gom rác đã nhận được phí thu gom,và phần xà bần để bán cho khác hàng có nhu cầu san lấp mặt bằng

Vậy 2 bên đều có lợi

+ Phương án 2

Tổ chức đội thu gom rác thải xây dựng

 So sánh 2 phương án:

- Phương án 1:

+ Ưu điểm : không phải giải quyết bài toán thu gom rác thải xây dựng, chúng ta không tốn chi phí mua rác thải mà vẫn có nguồn nguyên liệu

+ Khuyết điểm : Có sự lệ thuộc nào đó vào công ty đo thị môi trường Thực tế thực hiện cần có một quá trình đàm phán với công ty này

- Phương án 2 :

+ Ưu điểm : Tận thu được nguồn phí thu gom rác thải xây dựng, xà bần để bán cho các công trình cần san lấp mặt bằng,và đặc biệt là nguyên liệu phục vụ cho việc tái chế bêtông