Bài viết nghiên cứu giải pháp ứng dụng bê tông tro bay cát mặn cho công trình hạ tầng ven biển hướng tới phát triển bền vững. Trong bối cảnh ngày càng khan hiếm nguồn vật liệu truyền thống như cát nước ngọt cũng như nhu cầu tiêu thụ lượng tro bay phát thải từ nhà máy nhiệt điện dọc dải ven biển, việc nghiên cứu sử dụng cát mặn và tro bay vào công trình hạ tầng là rất cần thiết.
Nghiên cứu ứng dụng bê tông tro bay cát mặn cho cơng trình hạ tầng ven biển hướng tới phát triển bền vững Research and application of sea sand concrete with fly ash for coastal infrastructure works towards sustainable development > PHẠM DUY HÒA, NGUYỄN VIỆT PHƯƠNG, LÊ BÁ DANH Khoa Cầu đường, Trường Đại học Xây dựng Hà Nội Email: danhlb@nuce.edu.vn TÓM TẮT: Bài báo nghiên cứu giải pháp ứng dụng bê tông tro bay cát mặn cho công trình hạ tầng ven biển hướng tới phát triển bền vững Trong bối cảnh ngày khan nguồn vật liệu truyền thống cát nước nhu cầu tiêu thụ lượng tro bay phát thải từ nhà máy nhiệt điện dọc dải ven biển, việc nghiên cứu sử dụng cát mặn tro bay vào cơng trình hạ tầng cần thiết Bài báo tổng quan vấn đề ứng dụng cát mặn tro bay dạng vật liệu đắp loại bê tông khác bê tông geopolymer, bê tông đầm lăn, bê tông cường độ siêu cao,… cho thấy kinh nghiệm kết hợp loại vật liệu mẻ Tiếp đó, nhóm tác giả trình bày ứng dụng theo hướng kết hợp với cát mặn lấy từ vùng biển Hà Tĩnh, tro bay lấy từ nhà máy nhiệt điện Nghi Sơn Hàm lượng tro bay sử dụng thay chất kết dính xi măng nghiên cứu 20% Kết nghiên cứu ứng dụng để sữa chữa hư hỏng kết cấu cơng trình nhà ven biển Hà Tĩnh Kết sửa chữa đánh giá tốt đáp ứng yêu cầu mặt kỹ thuật cho thấy triển vọng áp dụng loại bê tông tro bay cát mặn cơng trình xây dựng TỪ KHĨA: “Bê tông tro bay cát mặn”; “Hạ tầng ven biển”; “Phát triển bền vững” ABSTRACT: This paper presents solutions for application of sea sand concrete with fly ash for coastal infrastructure works towards sustainable development In the context of increasingly scarce sources of traditional materials such as freshwater river sand as well as the need to consume the amount of fly ash emitted from thermal power plants along the coastal strip of Vietnam, the study of using sea sand and fly ash in the infrastructure works is essential The article has reviewed the application of salt sand and fly ash as fill material and different types of concrete such as geopolymer concrete, roller compacted concrete, ultra high strength concrete, etc The combination of these two materials in Vietnamese conditions is still quite new Next, the authors present the research and experiment process in the direction of combining with sea sand taken from Ha Tinh sea, fly ash taken from Nghi Son thermal power plant The content of fly ash used to replace the cement binder in the study was 20% The results of the study were applied to repair structural damage of a coastal works in Ha Tinh The repair results are evaluated very well and satisfy the technical requirements, showing the prospect of applying sea sand concrete with fly ash in construction works KEYWORDS: “Sea sand concrete with fly ash”; “Coastal infrastructure”; "Sustainable development" ĐẶT VẤN ĐỀ Việt Nam quốc gia nằm số 10 nước giới có số cao chiều dài bờ biển, mở hướng Đông, Nam Tây; có vùng biển thềm lục địa rộng lớn, diện tích vượt triệu km2, lớn gấp lần diện tích đất liền; có 3000 hịn đảo lớn, nhỏ, gần bờ xa bờ, chạy suốt từ vịnh Bắc Bộ tới vịnh Thái Lan Do đặc thù đó, cơng trình hạ tầng ven biển nước ta chịu tác động nhiều yếu tố từ mơi trường biển như: ăn mịn cốt tnh ngày, ngày 28 ngày 33,2 MPa, 41,4 MPa 49,2 MPa (Bảng 5) Có thể thấy với cấp phối nghiên cứu, hàm lượng tro bay thay 20% chất kết dính xi măng, bê tơng tro bay cát mặn hình thành cường độ nhanh ngày (33,2 MPa) đạt lên tới 49,2 MPa 28 ngày (Hình 9) Với cường độ thu được, bê tơng hồn tồn có tiềm để áp dụng cho cơng trình hạ tầng ven biển Hình Thí nghiệm nén mẫu tiêu chuẩn 150x150x150mm Bảng Kết xác định cường độ chịu nén trung bình bê tơng 3, 28 ngày Tuổi thí nghiệm (ngày) Mẫu M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 Cường độ chịu nén trung bình (MPa) Cường độ chịu nén (MPa) 33,8 33,2 32,6 41,3 41,4 41,6 48,9 49,1 49,6 28 33,2 41,4 49,2 Hình 10 Q trình thi cơng bê tông tro bay cát mặn 60 Cường độ (MPa) bình thu vị trí bắn 34,5 MPa 33,2 MPa Các giá trị đảm bảo yêu cầu cường độ bê tông thiết kế (30 MPa) 49,2 50 41,4 40 33,2 30 20 10 0 12 15 18 Ngày 21 24 27 30 Hình 11 Bề mặt kết cấu sau thi công gia cường bê tơng tro bay cát mặn Hình Biểu đồ phát triển cường độ nén theo thời gian ỨNG DỤNG BÊ TÔNG TRO BAY CÁT MẶN NGHIÊN CỨU CHO CÔNG TRÌNH HẠ TẦNG VEN BIỂN HÀ TĨNH Với cường độ thực tế đạt 49,2 MPa sau 28 ngày, bê tơng tro bay cát mặn nghiên cứu hồn tồn ứng dụng nhiều lĩnh vực cho cơng trình hạ tầng ven biển, cơng trình cầu đường, dân dụng Ngoài ra, loại bê tông tốt để gia cố, sữa chữa vết nứt kết cấu cho cơng trình ven biển, nơi có nguồn cát mặn phong phú Nhóm nghiên cứu sử dụng bê tông để sữa chữa, tăng cường kết cấu để tăng khả chịu lực cho cơng trình nhà ven biển Hà Tĩnh Q trình trộn bê tơng thực thủ cơng trường Lượng bê tông sử dụng để tăng cường chiều dày chịu lực cho kết cấu Một số hình ảnh cơng tác bê tơng sữa chữa kết cấu giới thiệu Hình 10 Hình 11 Qua q trình thi cơng theo dõi sau hồn thành, nhóm nghiên cứu thấy hỗn hợp bê tơng sau thi cơng đóng rắn nhanh, không xuất vết nứt bề mặt Kết cấu sau gia cường đảm bảo yêu cầu mặt chịu lực, mỹ quan Cường độ bê tông tro bay cát mặn sau thi công 28 ngày xác định phương pháp không phá hủy sử dụng súng bật nẩy SCHMIDT loại N hãng Proceq, Thụy Sỹ Thí nghiệm tiến hành vị trí bề mặt sàn Tại vị trí thí nghiệm, tiến hành bắn 16 điểm vùng có kích thước 20 cm x 20 cm Lưới chia tọa độ thí nghiệm thể Hình 12 Tiêu chuẩn TCVN 9334:2012 [34] sử dụng để xác định cường độ trường bê tông phương pháp súng bật nảy Kết xác định cường độ bê tông cát mặn trường 28 ngày phương pháp không phá hủy sử dụng súng bật nẩy thể Bảng Cường độ bê tơng trường trung Hình 12 Vị trí kiểm tra cường độ bê tông súng bật nảy Bảng Kết xác định cường độ bê tông trường 28 ngày súng bật nảy Trị số súng bật nẩy Cột Cột Cột Cột Trung bình 32 32 31 32 30 32 33 33 32 34 32 34 34 31 31 33 32 Vị trí bằn Cường độ bê tơng (MPa) Cột Cột Cột Cột 34,0 30,7 34,0 37,5 34,0 34,0 37,5 32,3 32,3 35,7 34,0 32,3 34,0 35,7 37,5 35,7 Trung bình ISSN 2734-9888 34,5 10.2021 157 PHÁT TRIỂN X ÂY DỰNG BỀN VỮNG TRONG ĐIỀU KIỆN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SƠNG CỬU LONG Cột 30 33 30 33 Cột 30 31 32 32 Trị số súng bật nẩy Cột Cột 33 33 32 32 31 31 31 30 Trung bình 32 Vị trí bằn Cường độ bê tơng (MPa) Cột Cột Cột Cột 30,7 30,7 35,7 35,7 35,7 30,7 35,7 32,3 34,0 34,0 34,0 32,3 32,3 34,0 32,3 30,7 Trung bình 33,2 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Nghiên cứu giới thiệu việc sử dụng bê tông tro bay cát mặn phục vụ thi cơng cơng trình hạ tầng ven biển Việc sử dụng loại bê tông đáp ứng tiêu chí: tận dụng nguồn vật liệu chỗ điều kiện vật liệu cát tự nhiên truyền thống ngày khan hiếm, vừa đảm bảo tiêu chí sử dụng tro bay phế thải công nghiệp để giải tốn mơi trường hướng tới phát triển bền vững Nghiên cứu thiết kế cấp phối chế tạo bê tông tro bay cát mặn sử dụng cát mặn Hà Tĩnh Kết thí nghiệm nén mẫu bê tông 28 ngày 49,2 MPa Với cường độ đạt được, bê tơng hồn ứng dụng nhiều lĩnh vực cho công trình hạ tầng ven biển, cơng trình cầu đường, cơng trình hạ tầng, dân dụng việc xây dựng gia cố, sữa chữa vết nứt kết cấu Kết nghiên cứu ứng dụng vào công việc sữa chữa hư hỏng công trình ven biển tỉnh Hà Tĩnh Kết cơng việc sữa chữa đánh giá tốt đáp ứng yêu cầu mặt kết cấu mỹ quan Nghiên cứu sở để có nghiên cứu chuyên sâu việc ứng dụng bê tơng tro bay cát mặn cho cơng trình hạ tầng ven biển, từ góp phần vào phát triển bền vững ngành xây dựng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] N T L Nguyễn Công Thắng, Nguyễn Văn Tuấn, Phạm Hữu Hanh, “Nghiên cứu chế tạo bê tông chất lượng siêu cao sử dụng hỗn hợp phụ gia khống silica fume tro bay sẵn có Việt nam,” Trường Đại học Xây dựng, Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng số 2, 21, vol 29, 2013 [2] T Ahmed, M Elchalakani, A Karrech, M Dong, M S Mohamed Ali, and H Yang, “ECOUHPC with High-Volume Class-F Fly Ash: New Insight into Mechanical and Durability Properties,” J Mater Civ Eng., vol 33, no 7, p 4021174, 2021 [3] I Ferdosian, A Camões, and M Ribeiro, “High-volume fly ash paste for developing ultrahigh performance concrete (UHPC),” Ciência Tecnol dos Mater., vol 29, no 1, pp e157–e161, 2017 [4] A Alsalman, C N Dang, J R Martí-Vargas, and W M Hale, “Mixture-proportioning of economical UHPC mixtures,” J Build Eng., vol 27, p 100970, 2020 [5] V T A Van, C Rưßler, D D Bui, and H M Ludwig, “Rice husk ash as both pozzolanic admixture and internal curing agent in ultra-high performance concrete,” Cem Concr Compos., 2014, doi: 10.1016/j.cemconcomp.2014.07.015 [6] N C Thang, N V TUAN, L T Thanh, P H Hanh, and Y GUANG, “Ultra high performance concrete using a combination of Silica Fume and ground granulated blast-furnace slag in Vietnam,” in The international Conference on Sustainable Built Environment for Now and the Future, 2013, pp 26–27 [7] P H H Nguyễn Văn Tuấn, Nguyễn Công Thắng, “Nghiên cứu chế tạo bê tông cường độ siêu cao với cường độ nén 200MPa sử dụng vật liệu sẵn có Việt Nam,” Tạp chí xây dựng, Bộ xây dựng, no ISSN 0866-0762, 2014 [8] N T S Phạm Duy Hữu, Nguyễn Ngọc Long, Phạm Hoàng Kiên, “Nghiên cứu cơng nghệ chế tạo bê tơng có cường độ siêu cao ứng dụng kết cấu cầu nhà cao tầng,” 2011 158 10.2021 ISSN 2734-9888 [9] N C Thắng, P H Hanh, and N V Tuấn, “ẢNH HƯỞNG CỦA SỢI THÉP PHÂN TÁN ĐẾN KHẢ NĂNG CHỐNG NỨT DO CO NGĨT CỦA BÊ TƠNG CHẤT LƯỢNG SIÊU CAO,” Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, no 24, pp 19–25 [10] B V Rangan, “Fly ash-based geopolymer concrete,” 2008 [11] D Hardjito, “Studies of fly ash-based geopolymer concrete.” Curtin University, 2005 [12] D Hardjito, S E Wallah, D M J Sumajouw, and B V Rangan, “On the development of fly ash-based geopolymer concrete,” Mater J., vol 101, no 6, pp 467–472, 2004 [13] E I Diaz-Loya, E N Allouche, and S Vaidya, “Mechanical properties of fly-ash-based geopolymer concrete,” ACI Mater J., vol 108, no 3, p 300, 2011 [14] N N L Trần Việt Hưng, Đào Văn Đông, “Phân tích số yếu tố ảnh hưởng đến tính chất học vữa Geopolymer tro bay,” Tạp chí Giao thông Vận tải, số đặc biệt, vol 10, pp 91– 94, 2015 [15] N N L Trần Việt Hưng, Đào Văn Đơng, “Nghiên cứu tính chất học bê tơng Geopolymer tro bay,” Tạp chí Giao thơng Vận Tải, vol 1, 2017 [16] Trần Việt Hưng, “Nghiên cứu thành phần, đặc tính lý bê tơng geopolymer tro bay ứng dụng cho kết cấu Cầu hầm,” 2017 [17] P Q Đạo and P T Tùng, “Nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm mô men kháng nứt dầm geopolymer cốt thép,” Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng (KHCNXD)-ĐHXD, vol 14, no 2V, pp 14–25, 2020 [18] Phạm Quang Đạo, “Nghiên cứu làm việc dầm bê tông cốt thép sử dụng tro bay xỉ lị cao làm chất kết dính geopolymer,” 2021 [19] T Q V Trọng, Nguyễn Đức, Trương Văn Đoàn, “Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng tro bay đến số tính chất lý bê tông đầm lăn sử dụng xỉ thép xây dựng đường ô tô Bà Rịa -Vũng Tàu,” Khoa học Kỹ thuật thủy lợi môi trường, vol 59, 2017 [20] Hồng Tùng, “Ứng dụng bê tơng đầm lăn xây dựng mặt đường cấp thấp,” Tạp chí khoa học công nghệ XD, vol 11, no 2, pp 70–76, 2012 [21] Đ V V Nguyễn Việt Phương, “Một số định hướng sử dụng tro xỉ nhiệt điện xây dựng đường tơ điều kiện Việt Nam,” Tạp chí khoa học công nghệ xây dựng, vol 2, no 11, pp 22–25, 2017 [22] P V Q Lê Việt Hùng, “Nghiên cứu đánh giá khả sử dụng cát biển làm cốt liệu cho bê tơng,” Tạp chí vật liệu xây dựng, pp 18–24, 2020 [23] Lê Văn Bách, “Nghiên cứu sử dụng cát biển Bình Thuận Vũng Tàu làm bê tông xi măng xây dựng đường ô tô,” Luận án tiến sỹ kỹ thuật, Trường Đại học GTVT, 2006 [24] Báo Người lao động online, “Người biến cát nước biển thành bê tông,” https://nld.com.vn/nguoi-cua-cong-chung/nguoi-bien-cat-va-nuoc-bien-thanh-be-tong93143.htm [25] V.-P NGUYEN, D.-H PHAM, and B U I Phu-Doanh, “RESEARCH THE POSSIBILITY OF USING SEA SAND IN ROADBED CONSTRUCTION IN VIETNAM,” Int J., vol 20, no 77, pp 123–131, 2021 [26] PGS TS Trần Tuấn Hiệp TS Tơ Nam Tồn, “Nghiên cứu sử dụng cát biển Quảng Ninh chế tạo bê tông xi măng xây dựng đường ô tô,” http://tailieu.vn/doc/bao-cao-khoa-hocnghien-cuu-su-dung-cat-bien-quang-ninh-che-tao-be-tong-xi-mang-trong-xay-dung-duo822336.html [27] Phạm Duy Hòa, “Nghiên cứu sử dụng tro bay nhiệt điện kết hợp với cát mặn cốt sợi thủy tinh FRP cơng trình hạ tầng ven biển hải đảo,” Đề tài KHCN cấp Quốc gia, mã số ĐTĐL.CN-19/17 [28] Lê Bá Danh, “Nghiên cứu sở lý luận thực tiễn để phát triển ứng dụng vật liệu thân thiện môi trường công nghệ phù hợp xây dựng cơng trình hạ tầng vùng ven biển phục vụ yêu cầu phát triển bền vững,” Đề tài cấp Bộ, mã số CT-2020-04-XDA-01 [29] Wikipedia, “Https://vi.wikipedia.org/wiki/Hà_Tĩnh.” [30] Vatlieuxaydung.org.vn, “https://vatlieuxaydung.org.vn/vlxd-co-ban/cat-da-soi/hatinh-cat-xay-dung-khan-hiem-cong-trinh-dap-chieu-cho-vat-lieu-12092.htm.” [31] ASTM C618-19, “Standard Specification for Coal Fly Ash and Raw or Calcined Natural Pozzolan for Use in Concrete.” [32] ASTM C494 / C494M-19, “Standard Specification for Chemical Admixtures for Concrete.” [33] TCVN3118:1993, “bê tông nặng - phương pháp xác định cường độ nén.” [34] TCVN 9334:2012, “Bê tông nặng - phương pháp xác định cường độ nén súng bật nẩy,” 2012 ... kết cấu sau thi công gia cường bê tông tro bay cát mặn Hình Biểu đồ phát triển cường độ nén theo thời gian ỨNG DỤNG BÊ TÔNG TRO BAY CÁT MẶN NGHIÊN CỨU CHO CƠNG TRÌNH HẠ TẦNG VEN BIỂN HÀ TĨNH Với... bảo tiêu chí sử dụng tro bay phế thải công nghiệp để giải tốn mơi trường hướng tới phát triển bền vững Nghiên cứu thiết kế cấp phối chế tạo bê tông tro bay cát mặn sử dụng cát mặn Hà Tĩnh Kết... đạt 49,2 MPa sau 28 ngày, bê tông tro bay cát mặn nghiên cứu hồn tồn ứng dụng nhiều lĩnh vực cho công trình hạ tầng ven biển, cơng trình cầu đường, dân dụng Ngồi ra, loại bê tơng tốt để gia cố,