Loại hỗn hợp bê tông Đặc biệt cứng Cứng cao Cứng Cứng vừa SN(cm) - - - - ĐC(s) >300 150-200 60-100 30-45 Loại hỗn hợp bê tông Kém dẻo Dẻo Rất dẻo Nhão SN(cm) 1-4 5-8 10-12 15-18 ĐC(s) 15-20 0-10 - - (Nguồn Tiêu chuẩn Vi t Nam TCVN 3105-1993)
2.1.2 Tính th nƣớc của bê tông
Khái niệm về mác bê tông th o độ chống thấm
Dƣới áp lực thuỷ tĩnh nƣớc có thể thấm qua lỗ rỗng mao quản. Thực tế nƣớc chỉ thấm qua những lỗ rỗng có đƣờng kính lớn hơn 1μm, vì màng nƣớc hấp phụ trong các mao quản đã có chiều dày đến 0,5μm. Đối với các công trình có yêu cầu về độ chống thấm nƣớc thì cần phải xác định độ chống thấm theo áp lực thuỷ tĩnh thực dụng.
Mác bê tông theo độ chống thấm là áp lực nƣớc tối đa (atm) mà ở áp lực đó có 4 trong 6 mẫu thử hình trụ d = h = 150 mm chƣa bị nƣớc thấm qua.
Căn cứ vào chỉ tiêu này chia bê tông thành các loại mác chống thấm CT-2, CT-4, CT-6, CT-8, CT-10, CT-12.
Phương pháp ác định (TCVN 3116 1993)
Để kiểm tra mức độ chống thấm của bê tông cần chuẩn bị 6 mẫu thí nghiệm hình trụ d = h = 150 mm. Sau khi lắp các mẫu vào thiết bị thí nghiệm (Hình 2.2) sẽ bơm nƣớc tạo áp lực tăng dần từng cấp, mỗi cấp 2 daN/cm2. Thời gian giữ mẫu ở mỗi cấp áp lực nƣớc là 16 giờ. Tiến hành tăng áp tới khi thấy trên bề mặt viên mẫu nào xuất hiện nƣớc thấm qua thì khoá van và ngừng thử viên mẫu đó. Sau đó tiếp tục thử các mẫu còn lại.
1.Bơm ; 2.T ùn đẳn p ; 3. ồng hồ áp lực ; 4.Van chịu áp lực ; 5.Mẫu thử ; 6. Áo mẫu.
(Nguồn Tiêu chuẩn Vi t Nam TCVN 3116 1993)
Các biện pháp nâng cao kh năng chống thấm
Để nâng cao khả năng chống thấm cho bê tông cần lựa chọn thành phần vật liệu một cách hợp lý, nhào trộn kỹ, đầm chặt tốt cũng nhƣ bảo dƣỡng kịp thời và thƣờng xuyên.
2.1.3 Tính co nở của thể tích bê tông
Trong quá trình rắn chắc, bê tông thƣờng phát sinh biến dạng thể tích, nở ra trong nƣớc và co lại trong không khí, về giá trị tuyệt đối độ co lớn hơn độ nở 10 lần. Ở một giới hạn nhất định độ nở có thể là tốt hơn cấu trúc của bê tông, còn hiện tƣợng co ngót huôn kéo theo hậu quả xấu. Bê tông bị co ngót do nhiều nguyên nhân, đầu tiên là sự mất nƣớc trong các gel đá xi măng. Khi mất nƣớc các mần tinh thể xích lại gần nhau và đồng thời các gel cùng dịch chuyển làm cho bê tông bị co. Quá trình cacbonat hóa hyđrôxi can xi trong đá xi măng cũng là nguyên nhân gây ra co ngót, co ngót còn là hậu quả của việc giảm thể tích tuyệt đối của hệ xi măng- nƣớc. Vì bị co ngót nên bê tông giảm cƣờng độ, độ chống thấm độ ổn định của bê tông và bê tông cốt thép trong quá trình xâm thực. Vì thế đối với những kết cấu bê tông có chiều dài và thể tích lớn ngƣời ta tạo thành các khe co giãn. Độ co ngót phát triển mạnh trong thời kỳ đầu và giản dần theo thời gian và sau đó tắt hẳn.
1-Của đ ; 2-Của vữa ; 3-Của x măn
(Nguồn Tiêu chuẩn Vi t Nam TCVN 3105-1993)
Trị số co ngót phụ thuộc vào lƣợng loại xi măng, lƣợng nƣớc, tỷ lệ cát trong hỗn hợp cốt liệu và chế độ bảo dƣỡng. Độ co ngót trong đá xi măng lớn hơn trong hỗn hợp và bê tông.
Ngoài ra độ co ngót còn phụ thuộc vào chế độ bảo dƣỡng. Khi bảo dƣỡng nhiệt ẩm độ co ngót xảy ra mạnh và nhanh chóng hơn trong điều kiện thƣờng nhƣng trị số cuối cùng lại nhỏ hơn 10 - 15%. Nhiệt độ chƣng hấp càng cao, độ co ngót cuối cùng càng nhỏ.
2.1.4 Tính chịu nhiệt của bê tông
Bê tông là loại vật liệu chịu nhiệt kém không nên sử dụng bê tông nặng trong môi trƣờng chịu tác dụng lâu dài của nhiệt độ
Không nên sử dụng bê tông nặng trong môi trƣờng chịu tác dụng lâu dài của nhiệt độ lớn hơn 250oC.
-Khi có nhiệt độ 250oC – 300oC tác dụng lâu dài, cƣờng độ bê tông giảm đi rõ rệt do nƣớc tự do, nƣớc liên kết trong đá xi măng bị tách ra làm cho đá xi măng co lại dẫn đến phá hoại cấu trúc của bê tông.
-Khi nâng nhiệt độ đến 500 – 550 oC hoặc cao hơn bê tông sẽ bị phá hoại nhanh.
Trong thực tế bê tông nặng có thể chịu đƣợc nhiệt độ đến 1200 oC trong một thời gian ngắn do bê tông gặp nhiệt độ cao, lớp ngoài cùng của kết cấu bị phá hoại và tạo nên một màng xốp có tác dụng cách nhiệt, làm cho nhiệt truyền vào bên trong chậm. Nhƣng nếu nhiệt độ tác dụng lên bê tông cao hơn hoặc lâu hơn thì bê tông sẽ tiếp tục bị phá hoại.
Nhƣ vậy khi xây dựng các công trình hay bộ phận kết cấu thƣờng xuyên tiếp xúc với nhiệt độ cao ngƣời ta phải dùng các loại bê tông chịu nhiệt.
2.2 Phế liệu xây dựng và tái chế phế liệu xây dựng2.2.1 Phế liệu xây dựng 2.2.1 Phế liệu xây dựng
Trong xu thế phát triển bền vững ở thế kỷ này, việc phát triển bền vững trong ngành xây dựng nói chung và trong ngành sản xuất vật liệu xây dựng nói riêng đã và đang đƣợc nhiều nƣớc trên thế giới tập trung nghiên cứu. Ví dụ nhƣ ở Anh, Chính phủ đã đƣa ra chiến lƣợc phát triển bền vững và kế hoạch hành động trong xây dựng.
Còn ở Mỹ đã đƣa ra khái niệm về tái sử dụng và hƣớng dẫn thực hành sử dụng các sản phẩm tái chế từ phế liệu xây dựng, phá dỡ các công trình.
Phế liệu xây dựng là vật liệu đƣợc phát sinh trong quá trình phá dỡ toàn bộ hoặc bộ phận công trình xây dựng, ví dụ nhƣ các công trình hiện hữu đã đƣợc xây dựng trong một thời gian dài, chất lƣợng đã xuống cấp nghiêm trọng, không đảm bảo tiện nghi và an toàn, hoặc các công trình này không còn phù hợp với yêu cầu sử dụng hiện tại (nhƣ mở rộng sản xuất, hoặc làm văn phòng, nhà ở…). Ngoài ra cũng còn có các công trình xây dựng còn mới nhƣng xây dựng trên đất lấn chiếm, xây dựng sai với quy hoạch xây dựng, sai với giấy phép xây dựng, hoặc do giải phóng mặt bằng theo quy hoạch sử dụng đất của nhà nƣớc,…
Tùy theo mức độ lẫn các tạp chất mà phế liệu xây dựng đƣợc tái chế và sử dụng ở các dạng khác nhau Đối với hỗn hợp phế liệu xây dựng có chất lƣợng thấp, có nhiều tạp chất có thể sử dụng cho công tác san lấp mặt bằng hoặc chôn lấp (đối với phế liệu có lẫn tạp chất độc hại).
Hỗn hợp phế liệu xây dựng có chất lƣợng trung bình (nhƣ tƣờng xây gạch, hỗn hợp tƣờng xây và kết cấu bê tông, gạch ốp lát…) thì có thể tái sử dụng làm lớp nền móng đƣờng giao thông. Hỗn hợp phế liệu xây dựng chất lƣợng tốt (nhƣ bê tông xi măng) có thể tái chế làm các loại cốt liệu chất lƣợng cao sử dụng cho kết cấu móng trên hay mặt đƣờng, sản xuất vữa và bê tông. Phần hạt mịn sẽ làm nguyên liệu cho quá trình sản xuất lanhke xi măng hoặc nghiền thành bột để gia cố nền đất công trình. Phần hạt mịn sẽ làm nguyên liệu cho quá trình sản xuất lanhke xi măng hoặc nghiền thành bột để gia cố nền đất công trình.
Ngoài ra, phế liệu xây dựng cũng có thể sử dụng làm vật liệu trang trí cảnh quan, các chi tiết kiến trúc có màu sắc khác nhau góp phần xây dựng kiến trúc xanh (các tƣờng đá xếp, kết cấu non bộ trang tr , vách tƣờng có nƣớc chảy,...). Trong luận văn này chỉ tập trung nghiên cứu sử dụng phế liệu có nguồn gốc từ bê tông xi măng để làm cốt liệu thay thế cốt liệu tự nhiên trong chế tạo bê tông. Đây là loại phế liệu phổ biến và có chất lƣợng tƣơng đối ổn định trong quá trình thi công, cải tạo và phá dỡ công trình xây dựng.
(Nguồn A. Allahverdi and E. Najafi Kani, 2009)
Hình 2.4 ơ đồ ìn t ứ t sử dụn PLXD tron x y dựn
2.2.2 Tái chế phế liệu trong xây dựng làm cốt liệu cũ cho bê tông
Công nghệ sản xuất cốt liệu bê tông tái chế từ phế liệu xây dựng không khác nhiều so với công nghệ sản xuất cốt liệu nghiền từ đá tự nhiên.
(Nguồn Descarrega Alexandra (2011)
Dây chuyền sản xuất gồm các loại máy nghiền, sàng, thiết bị vận chuyển và các thiết bị loại bỏ tạp chất. Phƣơng pháp cơ bản của tái chế là sử dụng máy nghiền để nghiền các mảnh vỡ phế liệu xây dựng sau đó sàng phân loại ra sản phẩm dạng hạt có k ch thƣớc yêu cầu. Việc tái chế phế liệu xây dựng cũng đòi hỏi phải có một số thiết bị chuyên dụng nhƣ máy kẹp, máy cắt và nam châm điện để loại bỏ vật liệu kim loại trong phế thải. Hiện nay có nhiều quy trình công nghệ tái chế phế liệu xây dựng làm cốt liệu với các mức độ khác nhau nhƣ sơ đồ 2.5.
(Nguồn Descarrega Alexandra, 2011)
Hình 2.6 ơ đồ ôn đoạn t ế p ế l u x y dựn
nghiền, sàng và phân loại. Công nghệ này khá đơn giản, chỉ có một máy nghiền, thƣờng là máy kẹp hàm để đập nhỏ k ch thƣớc của các mảnh phế thải lớn. Nhƣợc điểm cơ bản của dây chuyền này là không có bộ phận để loại bỏ tạp chất, nên thƣờng chỉ sử dụng tái chế các loại phế liệu xây dựng có thành phần ổn định, ít lẫn tạp chất. Ví dụ nhƣ đƣợc sử dụng trong dự án cải tạo và nâng cấp mặt đƣờng, vỉa hè hoặc tại các công trƣờng đang phá dỡ để giảm chi phí vận chuyển. Dây chuyền này cũng có thể sử dụng thêm hệ thống sàng phân loại để tách các cỡ hạt sau khi nghiền nhỏ. Quy trình sàng phân loại có thể phân chia thành chu trình kín và chu trình hở.
Công nghệ tái chế bao gồm thiết bị của dây chuyền công nghệ nhƣng có thêm bộ phận phân tách kim loại bằng từ tính và hệ thống sàng phân loại ra nhiều cỡ hạt khác nhau. Trong dây chuyền có thể có một hoặc 2 máy nghiền, một hệ thống phân loại và một bộ phận tách kim loại (sơ đồ 2.7)
(N uồn T. Bak arev, J. anjayan and Y-B. Cheny (1999)
Hình 2.7 ơ đồ trạm rửa t ế p ế l u x y dựn
2.2.3 Hiệu quả của việc tái sử dụng phế liệu xây dựng
Hiệu quả kinh tế bao gồm Tiết kiệm chi phí và lệ phí xử lý phế liệu xây dựng tại các bãi rác; vật liệu tái chế có giá thành hạ, khối lƣợng thể tích thấp nên giảm tải trọng bản thân cho kết cấu móng, giảm thiểu các chi phí vận chuyển phế thải đi và nhập khẩu vật liệu về công trình.
Hiệu quả kỹ thuật Là nguồn vật liệu tái chế có chất lƣợng đáp ứng đƣợc các yêu cầu kỹ thuật của các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành, có khả năng lèn chặt tốt do trong quá trình lu lèn, có một số hạt vật liệu có thể vỡ nhỏ và lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt khác; hiệu quả sử dụng cao do cốt liệu bê tông tái chế có khối lƣợng thể tích nhỏ hơn cốt liệu tự nhiên, nên khối lƣợng thể tích của các sản phẩm bê tông sử dụng cốt liệu bê tông tái chế giảm 8-15% so với bê tông thƣờng. Có khả năng sử dụng trong nhiều mục đ ch xây dựng khác nhau, đảm bảo các yêu cầu thiết kế của công trình.
Hiệu quả môi trƣờng việc sử dụng cốt liệu tái chế từ phế liệu xây dựng trong chế tạo bê tông sẽ làm giảm lƣợng đá, sỏi tự nhiên khai thác; tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên; không tác động đến môi trƣờng sinh thái cũng nhƣ gây ô nhiễm môi trƣờng ở khu vực khai thác; Giảm lƣợng phế liệu xây dựng tồn chứa, chôn lấp trong các bãi rác nên tiết kiệm diện tích các bãi rác chôn lấp. Việc tái chế và tái sử dụng vật liệu tại chỗ của các công trình phá dỡ sẽ giảm ô nhiễm môi trƣờng và các tác động đến cơ sở hạ tầng giao thông do giảm thiểu đƣợc quá trình vận chuyển phế thải đi và vật liệu đến công trƣờng.
2.3 Nghiên cứu sử dụng cốt liệu tái chế từ bê tông cũ trong chế tạo bêtông kết c u tông kết c u
Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu đặc điểm của cốt liệu, cũng nhƣ ảnh hƣởng của việc sử dụng cốt liệu bê tông tái chế thay thế cốt liệu tự nhiên đến các tính chất của bê tông đã đƣợc nhiều nghiên cứu đề cập (nguồn Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong and Nguyễn Đình Cống, 2011).
Mặc dù có nhiều lợi ích về mặt môi trƣờng, nhƣng loại vật liệu này vẫn có những tính chất khác xa so với cốt liệu tự nhiên, là nguyên nhân hạn chế khả năng sử dụng rộng rãi trong xây dựng. Theo Kou S.C., độ hút nƣớc, cƣờng độ chịu nén và thành phần hạt là những yếu tố ban đầu cần xem xét khi đánh giá chất lƣợng của cốt liệu bê tông tái chế và các yếu tố này cũng có ảnh hƣởng quyết định đến các tính chất của bê tông. Vì vậy luận văn sẽ tập trung phân tích các nghiên cứu về đặc tính của hạt cốt liệu bê tông tái chế và bê tông sử dụng cốt liệu bê tông tái chế, từ đó đề xuất các hƣớng nghiên cứu tiếp theo của luận văn.
2.3.1 Tổng quan về cốt liệu bê tông tái chế
Tính chất của cốt liệu bê tông tái chế
Thể tích cốt liệu trong bê tông là lớn nhất (chiếm khoảng 65-80%) và đóng vai trò quyết định đến nhiều tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông. Các tính chất chủ yếu của cốt liệu bê tông tái chế ảnh hƣởng nhiều đến tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông có thể kể đến nhƣ thành phần khoáng hóa, độ rỗng, thành phần hạt, độ hút nƣớc, đặc tính hình dạng và bề mặt hạt, cƣờng độ, mô đun đàn hồi…. Nguyên nhân ch nh làm giảm chất lƣợng và cốt liệu bê tông tái chế có đặc tính khác xa so với cốt liệu tự nhiên do có lớp vữa xi măng bám trên bề mặt hạt cốt liệu có hàm lƣợng lỗ rỗng lớn (Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong and Nguyễn Đình Cống, 2011).
(Nguồn Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong and Nguyễn ìn Cống (2011)
Hình 2.8 ìn dạn ạt v t n p n ủa CLBTTC
Thành phần vật liệu của cốt liệu tái chế tƣơng tự nhƣ thành phần của phế liệu bê tông gốc, với hai thành phần ch nh là đá tự nhiên và đá nhân tạo (đá vữa, đá xi măng) (Hình 2.8). Ngoài ra còn có thể có một số tạp chất nhƣ gạch đất sét nung, sét cục, thạch cao, vật liệu hữu cơ, tạp chất thép, kính.
Các thành phần này có thể làm giảm chất lƣợng bê tông, cần phải loại bỏ. Thành phần vữa và đá xi măng thƣờng có cấu trúc rỗng xốp, kém đồng nhất và
có nhiều khuyết tật hơn so với cốt liệu tƣ nhiên. Cho nên, hàm lƣợng vữa này sẽ ảnh hƣởng lớn đến lƣợng nƣớc trộn, tính công tác và tổn thất tính công tác, khối lƣợng thể tích của hỗn hợp bê tông, tính thấm và độ bền của bê tông sử dụng cốt liệu tái chế.
Nhìn chung, khi sử dụng cùng công nghệ nghiền đập và sàng phân loại thì thành phần cấp phối hạt của cốt liệu bê tông tái chế tƣơng đƣơng với của cốt liệu tự nhiên, và phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của cốt liệu cho vữa và bê tông theo TCVN 7570 2006 và tiêu chuẩn ASTM C33.
Chất lƣợng cốt liệu lớn tái chế có thể đạt yêu cầu mà không cần rửa mặc dù có một phần hạt mịn bám trên bề mặt hạt cốt liệu bê tông tái chế thƣờng có hình dạng không xác định, bề mặt nhám ráp, góc cạnh và rỗng xốp hơn so với cốt liệu tự nhiên. Theo Zaharrieva R. 2010 bề mặt hạt cốt liệu bê tông tái chế thƣờng có nhiều vết nứt làm tăng lƣợng nƣớc và không khí hấp thụ vào trong hạt, nhƣng lại tăng khả năng liên kết giữa đá xi măng và bề mặt hạt cốt liệu. Hansen T.C. cũng cho rằng cốt liệu nhỏ đƣợc tạo ra từ phế liệu bê tông thƣờng thô, ráp và góc cạnh hơn so với cát tự nhiên. Điều này dẫn đến làm tăng nội ma sát và giảm tính công tác của hỗn hợp cốt liệu bê tông tái chế. O’Mahony M.M cho