Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu thực nghiệm về tính chất cơ lý của bê tông sử dụng cốt liệu lớn tái chế từ chất thải rắn xay dựng và ứng dụng cho cột bê tông cốt thép chịu nén đúng tâm

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:160

Thêm vào BST

Báo xấu

29
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ "Nghiên cứu thực nghiệm về tính chất cơ lý của bê tông sử dụng cốt liệu lớn tái chế từ chất thải rắn xay dựng và ứng dụng cho cột bê tông cốt thép chịu nén đúng tâm" có mục tiêu nghiên cứu sự phát triển một số tính chất cơ lý của bê tông sử dụng cốt liệu bê tông tái chế với các hàm lượng thay thế khác nhau; Nghiên cứu ứng xử nén của cột bê tông cốt thép chế tạo bằng bê tông sử dụng cốt liệu tái chế. So sánh ứng xử cơ học của cột bê tông cốt liệu tái chế với cột bê tông cốt thép thông thường.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu thực nghiệm về tính chất cơ lý của bê tông sử dụng cốt liệu lớn tái chế từ chất thải rắn xay dựng và ứng dụng cho cột bê tông cốt thép chịu nén đúng tâm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI NGUYỄN THANH QUANG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG CỐT LIỆU LỚN TÁI CHẾ TỪ CHẤT THẢI RẮN XÂY DỰNG VÀ ỨNG DỤNG CHO CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM LUẬN ÁN TIẾN SĨ Ngành: Kỹ thuật xây dựng Mã ngành: 9580201 Hà Nội – Năm 2022
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI NGUYỄN THANH QUANG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG CỐT LIỆU LỚN TÁI CHẾ TỪ CHẤT THẢI RẮN XÂY DỰNG VÀ ỨNG DỤNG CHO CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM LUẬN ÁN TIẾN SĨ Ngành: Kỹ thuật xây dựng Mã ngành: 9580201 Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Nguyễn Hoàng Giang 2. TS. Nguyễn Ngọc Tân Hà Nội – Năm 2022
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với nội dung và kết quả của luận án. Tác giả luận án Nguyễn Thanh Quang
ii LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin nói lời cảm ơn sâu sắc tới hai thầy hướng dẫn đã dành nhiều công sức, thời gian và định hướng khoa học trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án. Đề tài luận án được thực hiện tại Trường Đại học Xây dựng Hà Nội, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. TS. Nguyễn Hoàng Giang và TS. Nguyễn Ngọc Tân Tôi xin chân thành cảm ơn Tổng Công ty Giấy Việt Nam đã hỗ trợ tôi trong công việc và động viên giúp đỡ tôi trong thời gian nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn Dự án SATREPS No. JPMJSA1701 đã cho tôi được tham gia và nghiên cứu về chất thải rắn xây dựng ở Việt Nam. Tôi xin cảm ơn Phòng Thí nghiệm và Kiểm định công trình - Trường Đại học Xây dựng Hà Nội đã hợp tác và tạo điều kiện về trang thiết bị thực hiện các công việc thực nghiệm. Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn Khoa Xây dựng DD&CN, Phòng Quản lý Đào tạo và Bộ môn đã tạo điều kiện giúp đỡ cho tôi trong suốt thời gian thực hiện công tác nghiên cứu của luận án. Xin nói lời biết ơn đến những người thân trong gia đình bởi sự động viên và chia sẻ khó khăn trong suốt thời gian thực hiện luận án. Tác giả luận án Nguyễn Thanh Quang
iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài ........................................................................................... 1 2. Cơ sở khoa học .............................................................................................. 3 3. Mục tiêu nghiên cứu ...................................................................................... 4 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................. 4 5. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................... 5 6. Những đóng góp mới của luận án ................................................................. 5 7. Cấu trúc của luận án ...................................................................................... 5 CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CHẤT THẢI RẮN XÂY DỰNG VÀ CÁC ĐẶC TÍNH CƠ HỌC CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG CỐT LIỆU BÊ TÔNG TÁI CHẾ ..................................................................................................................... 7 1.1. Chất thải rắn xây dựng: thực trạng quản lý và tái chế................................ 7 1.1.1. Khái niệm chất thải rắn xây dựng .......................................................7 1.1.2. Thực trạng quản lý và tái chế chất thải rắn xây dựng .........................8 1.2. Tổng quan nghiên cứu về bê tông sử dụng cốt liệu tái chế từ bê tông..... 19 1.2.1. Tính chất của cốt liệu bê tông tái chế (CLBTTC) ............................19 1.2.2. Biện pháp nâng cao chất lượng cho CLBTTC ..................................21 1.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của CLBTTC trong hỗn hợp bê tông ..........23 1.3. Tính chất cơ lý của bê tông sử dụng CLBTTC ........................................ 26 1.3.1. Cường độ chịu nén của bê tông sử dụng CLBTTC ..........................26 1.3.2. Mô đun đàn hồi của bê tông sử sụng CLBTTC ................................29
iv 1.3.3. Tính co ngót của bê tông sử dụng cốt liệu bê tông tái chế ...............33 1.3.4. Quan hệ ứng suất và biến dạng của BTTC .......................................35 1.3.5. Biến dạng dài hạn và tính chất của bê tông sử dụng CLBTTC ........36 1.4. Kết cấu bê tông sử dụng cốt liệu bê tông tái chế ..................................... 42 1.4.1. Một số nghiên cứu ứng dụng BTTC trong cấu kiện dầm, cột ..........42 1.4.2. Tính khả thi của việc ứng dụng bê tông CLBTTC trong cấu kiện cột ..........................................................................................................................45 1.5. Kết luận .................................................................................................... 47 CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU BÊ TÔNG SỬ DỤNG CỐT LIỆU BÊ TÔNG TÁI CHẾ .............................. 49 2.1. Cốt liệu bê tông tái chế từ CTRXD .......................................................... 49 2.1.1. Xác định tính chất cơ lý của vật liệu bê tông tái chế gốc .................49 2.1.2. Quy trình sản xuất cố liệu bê tông tái chế từ CTRXD ......................51 2.1.3. Tính chất cơ lý của cốt liệu bê tông tái chế ......................................54 2.2. Thiết kế cấp phối bê tông sử dụng CLBTTC ........................................... 64 2.3. Phương pháp thực nghiệm xác định tính chất cơ lý của bê tông sử dụng CLBTTC ............................................................................................................... 66 2.3.1. Cường độ chịu nén của bê tông ........................................................66 2.3.2. Mô đun đàn hồi theo của bê tông ......................................................67 2.3.3. Thí nghiệm co ngót theo thời gian ....................................................68 2.3.4. Thí nghiệm từ biến theo thời gian .....................................................69 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG CỐT LIỆU BÊ TÔNG TÁI CHẾ......................................... 78
v 3.1. Sự phát triển cường độ chịu nén của bê tông sử dụng CLBTTC theo thời gian ........................................................................................................................ 78 3.2. Sự phát triển mô đun đàn hồi của bê tông sử dụng CLBTTC.................. 81 3.3. Mối liên hệ giữa cường độ chịu nén và mô đun đàn hồi .......................... 83 3.4. Tính co ngót của bê tông sử dụng CLBTTC ............................................ 87 3.5. Quan hệ ứng suất và biến dạng bê tông sử dụng CLBTTC ..................... 92 3.6. Biến dạng từ biến của bê tông sử dụng CLBTTC .................................... 96 3.6.1. Kiểm tra nhiệt độ và độ ẩm môi trường ............................................96 3.6.2. Kết quả xác định biến dạng từ biến ..................................................98 3.6.3. Từ biến đặc trưng và hệ số từ biến..................................................103 3.7. Kết luận .................................................................................................. 104 CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ỨNG XỬ NÉN CỦA CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP SỬ DỤNG CỐT LIỆU BÊ TÔNG TÁI CHẾ ......................... 106 4.1. Mở đầu ................................................................................................... 106 4.2. Thiết kế thí nghiệm cột BTTC chịu nén đúng tâm................................. 107 4.2.1. Mô hình thí nghiệm .........................................................................107 4.2.2. Quy trình thí nghiệm .......................................................................109 4.3. Cấp phối bê tông .................................................................................... 110 4.4. Ứng xử cột BTTC chịu tải nén dọc trục ................................................. 112 4.4.1. Mô hình thí nghiệm .........................................................................112 4.4.2. Kết quả đo thí nghiệm cột ...............................................................113 4.4.3. Dạng phá hoại của mẫu cột BTTC ..................................................119 4.5. Kết luận .................................................................................................. 122 KẾT LUẬN ............................................................................................................. 124
vi Kết luận ......................................................................................................... 124 Kiến nghị ....................................................................................................... 125 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 127
vii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT CLTN : Cốt liệu tự nhiên CLBTTC : Cốt liệu Bê tông tái chế BTCLTC : Bê tông sử dụng cốt liệu tái chế BTCLTN : Bê tông sử dụng cốt liệu tự nhiên CLNBTTC : Cốt liệu nhỏ bê tông tái chế CLLBTTC : Cốt liệu lớn bê tông tái chế CTR : Chất thải rắn CTRXD : Chất thải rắn xây dựng CP0 : Bê tông tự nhiên đối chứng CP50 : Bê tông thay thế 50% CLBTTC CP100 : Bê tông thay thế 100% CLBTTC r (%) : tỷ lệ thay thế CLBTTC so với CLTN KLTT : Khối lượng thể tích N/X : Nước / Xi măng TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam fcm (MPa) : Cường độ chịu nén mẫu tại t (ngày) Pt (kN) : Tải trọng phá hoại mẫu tại t (ngày) F (mm2) : Tiết diện chịu lực mẫu Et (GPa) : Mô đun đàn hồi mẫu tại t (ngày)  : Ứng suất bê tông tại t (ngày)  : Biến dạng nén dọc trục tại t (ngày) 𝜀𝑡 (x10-6 m/m) : Giá trị co ngót tại t (ngày) c (x10-6 m/m) : Biến dạng từ biến
viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1. 1. Khối lượng CTRXD của một số địa phương [2] .....................................10 Bảng 1. 2. Chiến lược quốc gia về quản lý chất thải rắn đến năm 2025...................11 Bảng 1. 3. Tái chế CTRXD ở một số quốc gia .........................................................17 Bảng 1. 4. Tỷ lệ giảm cường độ chịu nén của bê tông CLBTTC trong một số kết quả nghiên cứu .................................................................................................................28 Bảng 1. 5. Tỷ lệ giảm giá trị mô-đun đàn hồi khi thay thế 100% cốt liệu lớn tự nhiên bằng cốt liệu lớn tái chế từ BT vỡ trong một số nghiên cứu.....................................30 Bảng 2. 1. Cường độ chịu nén của mẫu bê tông khoan 51 Bảng 2. 2. Khối lượng mẫu cốt liệu lớn để thử độ mòn va đập ............................57 Bảng 2. 3. Số lượng bi thép sử dụng trong máy Los Angeles ...............................58 Bảng 2. 4. Tính chất của CLBTTC ...........................................................................62 Bảng 2. 5. Cấp phối B30 cho BTTC và BTTN .........................................................64 Bảng 2. 6. Thành phần hạt ........................................................................................65 Bảng 3. 1. Cường độ chịu nén của bê tông theo thời gian 78 Bảng 3. 2. Mô đun đàn hồi các cấp phối theo thời gian ............................................81 Bảng 3. 3. Kết quả đo co ngót của bê tông CP0 .......................................................88 Bảng 3. 4. Kết quả đo co ngót của bê tông CP50 .....................................................89 Bảng 3. 5. Kết quả đo co ngót của bê tông CP100 ...................................................90 Bảng 3. 6. Tải trọng và biến dạng của bê tông..........................................................92 Bảng 3. 7. Tải trọng thí nghiệm đo từ biến của bê tông............................................96 Bảng 3. 8. Kết quả tính toán mô đun đàn hồi tức thời ..............................................99 Bảng 3. 9. Kết quả đo thí nghiệm trên mẫu đo từ biến CP0 ...................................100 Bảng 3. 10. Kết quả đo thí nghiệm trên mẫu đo từ biến CP50 ...............................101
ix Bảng 3. 11. Kết quả đo thí nghiệm trên mẫu đo từ biến CP100 .............................102 Bảng 4.1. Cấp phối bê tông sử dụng 111 Bảng 4.2. Kết quả của các cột thí nghiệm dưới tải trọng đúng tâm ........................114 Bảng 4. 3. Thông số kỹ thuật thép ..........................................................................121 Bảng 4. 4. So sánh sức chịu tải của cột giữa thực nghiệm và lý thuyết ..................122
x DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1. 1. Một số ví dụ về thành phần CTRXD từ các nguồn khác nhau ..................8 Hình 1. 2. Xử lý CTRXD ở Việt Nam ......................................................................11 Hình 1. 3. Quy trình quản lý CTRXD tại các địa phương ........................................16 Hình 1. 4. Quy trình quản lý và tái chế CTRXD phù hợp luật pháp tại Việt Nam ...16 Hình 1. 5. Sơ đồ quá trình tái chế cốt liệu chất lượng cao bằng phương pháp xử lý nhiệt kết hợp máy nghiền ma sát [129] .....................................................................23 Hình 1. 6. Sơ đồ quy trình trộn hỗn hợp bê tông sử dụng CLBTTC: (a) Sơ đồ trộn theo hai giai đoạn [144]; (b) Sơ đồ trộn 3 giai đoạn [98] .........................................25 Hình 1. 7. Độ hút nước của bê tông sử dụng các loại CLBTTC khác nhau [111] ....26 Hình 1. 8. Phát triển mô đun đàn hồi của bê tông theo thời gian [156] ....................31 Hình 1. 9. Mối liên hệ giữa mô đun đàn hồi và cường độ chịu nén của bê tông sử dụng CLBTTC [156] ..........................................................................................................32 Hình 1. 10. Độ co khô của bê tông sử dụng CLLBTTC theo thời gian [52] ............33 Hình 1. 11. Quan hệ ứng suất- biến dạng (a) và giá trị biến dạng tới hạn (b) của bê tông sử dụng CLBTTC [92] ......................................................................................35 Hình 1. 12. Mối quan hệ giữa từ biến và tỷ lệ thay thế cốt liệu tái chế: từ biến cơ bản (nét liền), từ biến khô (nét đứt) [69]..........................................................................37 Hình 1. 13. Từ biến của bê tông theo thời gian [109] ...............................................37 Hình 1. 14. Nghiên cứu về cột BTCLBTTC của Ajdukiewicz và Kliszczewicz (2007): a) Chi tiết cấu kiện cột; b) Vị trí dụng cụ đo biến dạng; c) Sơ đồ thí nghiệm ..........43 Hình 1. 15. Mặt cắt ngang cột BTCLTC cốt thép chịu tải trọng lệch tâm và biểu đồ phân bố biến dạng tỷ đối [38] ...................................................................................46 Hình 1. 16. Đường cong thực nghiệm liên hệ giữa lực dọc N và mô-men uốn M với các tỷ lệ thay thế cốt liệu tái chế khác nhau [148] ....................................................47
xi Hình 2. 1. Khoan rút lỗi mẫu bê tông để sử dụng làm CLBTTC ............................. 49 Hình 2. 2. Chuẩn bị mẫu thử thí nghiệm cường độ chịu nén ....................................50 Hình 2. 3. Thí nghiệm nén mẫu khoan lõi trụ CLBTTC gốc ....................................50 Hình 2. 4. CLBTTC được phân loại tại cồng trường phá dỡ ....................................52 Hình 2. 5. CLBTTC đã được xử lý tạp chất trước khi nghiền ..................................52 Hình 2.6. Sơ đồ dây chuyền nghiền CLBTTC ..........................................................53 Hình 2.7. Cốt liệu lớn tái chế từ CTRXD bằng phương pháp nghiền ......................53 Hình 2. 8. Mẫu được ngâm trong phòng thí nghiệm .................................................54 Hình 2. 9. Làm khô bề mặt mẫu ................................................................................55 Hình 2. 10. Cân mẫu trạng thái bão hòa....................................................................55 Hình 2. 11. Thiết bị xác đinh Los Angeles ...............................................................57 Hình 2. 12. Mẫu thử và bi thép được cho vào thiết bị ..............................................58 Hình 2. 13. Lấy và sàng vật liệu sau quá trình quay thiết bị .....................................59 Hình 2. 14. Sàng hỗn hợp cốt liệu .............................................................................60 Hình 2. 15. Đo kích thước các hạt thoi dẹt ...............................................................61 Hình 2. 16. Mối liên hệ khối lượng thể tích và độ hút nước của vật liệu [134]........63 Hình 2. 17. Thành phần hạt cốt liệu lớn tái chế ........................................................65 Hình 2. 18. Sản xuất mẫu thử trong phòng thí nghiệm từ CLBTTC ........................66 Hình 2. 19. Thí nghiệm nén bê tông .........................................................................67 Hình 2. 20. Thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi của bê tông .................................68 Hình 2. 21. Gắn thiết bị đo co ngót trong phòng thí nghiệm ....................................69 Hình 2. 22. Phân tích các thành phần biến dạng của từ biến ....................................70 Hình 2. 23. Sơ đồ khung thiết bị thí nghiệm đo từ biến bê tông ...............................71
xii Hình 2. 24. Thí nghiệm đo từ biến thực hiện trên các mẫu thử bê tông ...................72 Hình 2. 25. Lắp đặt mẫu vào khung gia tải ...............................................................75 Hình 3. 1. Cường độ chịu nén của bê tông theo thời gian ....................................... 79 Hình 3. 2. Quan hệ giữa tỷ lệ cường độ chịu nén và tỷ lệ sử dụng CLBTTC ..........80 Hình 3. 3. So sánh mô đun đàn hồi giữa các loại bê tông .........................................81 Hình 3. 4. Quan hệ giữa tỷ lệ mô đun đàn hồi và tỷ lệ sử dụng CLBTTC ...............82 Hình 3. 5. Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và mô đun đàn hồi của bê tông sử dụng CLBTTC. .........................................................................................................84 Hình 3. 6. Mối liên hệ giữa cường độ chịu nén và mô đun đàn hồi..........................86 Hình 3. 7. Lắp đặt thiết bị đo co ngót trong phòng thí nghiệm .................................87 Hình 3. 8. Đọc chỉ số co ngót theo thời gian.............................................................87 Hình 3. 9. Co ngót các mẫu sử dụng CLBTTC .........................................................91 Hình 3. 10. Lắp đặt mẫu thí nghiệm nén phá hủy mẫu .............................................93 Hình 3. 11. Mối quan hệ ứng suất và biến dạng mẫu CP0........................................93 Hình 3. 12. Mối quan hệ ứng suất và biến dạng mẫu CP50......................................94 Hình 3. 13. Mối quan hệ ứng suất và biến dạng mẫu CP100....................................94 Hình 3. 14. Hình ảnh phá vỡ mẫu khi nén tới hạn ....................................................95 Hình 3. 15. Đường cong ứng suất và biến dạng bê tông ...........................................96 Hình 3. 16. Biến thiên nhiệt độ, độ ẩm trong quá trình thí nghiệm ..........................97 Hình 3. 17. Biến dạng từ biến của các loại bê tông khi chịu nén dài hạn .................98 Hình 3. 18. Từ biến đặc trưng của các loại bê tông khi chịu nén theo thời gian ....103 Hình 3. 19. Hệ số từ biến của các loại bê tông sử dụng ..........................................104 Hình 4.1. Chuẩn bị cốp pha, cốt thép cột thí nghiêm ............................................. 107
xiii Hình 4.2. Lắp đặt điện trở và cảm biến đo ..............................................................108 Hình 4.3. Chi tiết cột và mô hình mẫu ....................................................................109 Hình 4.4. Kiểm tra cường độ chịu nén mẫu trụ 28 ngày tuổi .................................109 Hình 4.5. Kết nối hệ thống thiết bị đo và mẫu ........................................................110 Hình 4.6. Đúc mẫu cột BTTC .................................................................................111 Hình 4. 7. Thiết lập hệ thống thí nghiệm cột ..........................................................112 Hình 4.8. Mối quan hệ tải trọng dọc trục và biến dạng nén ....................................114 Hình 4.9. Ảnh hưởng của tỷ lệ thay thế CLTC (r) đến tải trọng giới hạn ..............115 Hình 4. 10. Mối quan hệ ứng và biến dạng trên mẫu bê tông và BTCT .................117 Hình 4.11. Mối quan hệ tải trọng dọc trục và biến dạng thép.................................118 Hình 4.12. Hình dạng vết nứt sau khi nén...............................................................120
1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Nền kinh tế Việt Nam phát triển mạnh mẽ trong những năm qua và kéo theo là tốc độ tăng trưởng mạnh về lĩnh vực xây dựng. Tốc độ này luôn ổn định trong khoảng 6 – 10% một năm trong giai đoạn 2015 – 2020. Sự phát triển mạnh mẽ của hoạt động xây dựng này làm phát sinh một lượng lớn chất thải rắn xây dựng (CTRXD). Tại Việt Nam, theo số liệu thống kê năm 2009 thì lượng CTRXD phát sinh tại các thành phố lớn là khoảng 1,46 - 1,92 triệu tấn/năm, tuy nhiên tỷ lệ tái chế rất thấp chỉ khoảng 1 - 2% [2]. Hiện nay, CTRXD phát sinh khoảng 3000 tấn/ngày, năm 2020 tổng lượng CTRXD ước tính là 6,3 triệu tấn và dự kiến đến năm 2025 là 11 triệu tấn [99]. Trong khi đó, ở nhiều quốc gia khác, CTRXD đã được nghiên cứu và được sử dụng thay thế hiệu quả cho các nguyên vật liệu tự nhiên. Ví dụ, ở Nhật Bản, 95% bê tông được nghiền và tái sử dụng làm vật liệu đắp nền đường vào năm 2000 [135], không chỉ mang lại giá trị kinh tế mà còn giảm áp lực lên môi trường đô thị. Ở Việt Nam, chưa triển khai tốt công tác quản lý CTRXD, dẫn đến hiện tượng đổ trộm loại phế thải này trở nên phổ biến, gây ra nhiều vấn đề ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe cộng đồng. Các bãi chứa CTRXD theo quy hoạch tại các thành phố lớn đã đầy và chưa có công nghệ xử lý, cũng như công cụ giám sát hiệu quả cho hoạt động này tại các địa phương. Ngoài ra, tăng trưởng nhanh trong lĩnh vực xây dựng trong khi hệ thống quản lý kém hiệu quả dẫn đến hệ lụy khai thác tài nguyên thiên nhiên vô cùng lớn và các vấn nạn xã hội trong khai thác cát, đá, sỏi gây ảnh hưởng tiêu cực tới môi trường, kinh tế và xã hội. Việt Nam tiêu thụ từ 170-190 triệu m3 đá và 130-150 triệu m3 cát cho xây dựng trong năm 2020 [6]. Đây là lượng vật liệu khổng lồ mà nếu tiếp tục khai thác tự nhiên sẽ không đủ để đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế xã hội. Nhằm thay đổi hiện trạng này, Quyết định số 1266/QĐ-TTg ngày 18/08/2020 của Thủ tướng Chính phủ đã quy định rõ việc hạn chế tối đa sử dụng tài nguyên thiên nhiên, yêu cầu
2 tái chế cho đá xây dựng và sử dụng cát tái chế từ 60% trở lên [5]. Để đáp ứng mục tiêu này, việc thiết lập được hệ thống quản lý thông minh, đồng bộ ứng dụng công nghệ cao, nhằm quản lý và tái chế CTRXD hiệu quả là rất cần thiết. CTRXD có thể được coi là một nguồn tài nguyên quý giá, từ đó hoạt động quản lý tái chế hiệu quả sẽ đem lại hiệu quả kinh tế xã hội cao. Chỉ thị số 41/CT-TTg ngày 1/12/2020 của Thủ tướng Chính phủ cũng quy định các thành phố trực thuộc trung ương: Hà Nội, Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Cần Thơ, Hải Phòng đầu tư vận hành hệ thống hiện đại nhằm xử lý chất thải rắn (CTR) và giảm chôn lấp xuống dưới 20%, trong khi các tỉnh còn lại giảm xuống dưới 25% tính đến năm 2025 [3]. CTR được yêu cầu phải ứng dụng công nghệ hiện đại nhằm tái sử dụng (Reuse) và tái chế (Recycle). Theo Quyết định số 491/QĐ-TTg ngày 16/4/2009, Thủ tướng Chính phủ đã quy định tổng hợp quản lý CTR là trách nhiệm chung của toàn xã hội và nhà nước đóng vai trò chủ đạo, công nghệ thu gom đồng bộ được đặt vào ưu tiên đầu tư phát triển [7]. Tuy nhiên, việc ứng dụng hiệu quả CTRXD với số lượng lớn vào các công trình xây dựng đang gặp nhiều khó khăn đặc biệt trong việc đánh giá chất lượng, tính chất cơ lý của vật liệu tái chế và khả năng ứng dụng trong các kết cấu công trình như cột dầm sàn, nền móng và các lớp lót cho công trình hạ tầng. Các tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật, chỉ dẫn kỹ thuật có liên quan đến hoạt động quản lý CTRXD (công tác phân loại, xử lý, tái chế...) còn chưa đầy đủ. Việc nghiên cứu, sử dụng các sản phẩm tái chế CTRXD chưa phổ biến rộng rãi trên quy mô công nghiệp. Trong khi đó, một số quốc gia phát triển trên thế giới đã có các chính sách, quy định cụ thể đối với công tác quản lý CTRXD. Nhật Bản đã có luật Tái chế Vật liệu Xây dựng (ban hành năm 2000) và các tiêu chuẩn, chỉ dẫn kỹ thuật về phân loại, tái chế CTRXD; Hàn Quốc có luật Kiểm soát Chất thải (ban hành năm 1986), luật khuyến khích tái chế CTRXD (ban hành năm 2003). Hiện về vật liệu bê tông tái chế ở Việt Nam mới có thể dùng TCVN 11969:2018 Cốt liệu lớn tái chế cho bê tông; Năm 2019, Bộ Xây dựng đã giao Viện Vật liệu xây dựng thực hiện đề tài “Nghiên cứu xây dựng tiêu chuẩn và chỉ dẫn kỹ thuật phế thải phá dỡ công trình và phế thải xây dựng (PTPDCT&XD) làm vật
3 liệu san lấp”, mã số RD 13-19. Trường đại học Xây dựng thực hiện nhiệm vụ Xây dựng tiêu chuẩn TCVN “Yêu cầu kỹ thuật – Phương pháp thử cho vật liệu tái chế từ phế thải xây dựng làm lớp móng đường giao thông đô thị”. Mã số: TC 40-19. Tuy nhiên cho tới nay cả hai tiêu chuẩn vẫn chưa được ban hành. Các nội dung trên cho thấy việc nghiên cứu đánh giá tính chất cơ lý của bê tông tái chế và khả năng ứng dụng làm việc trong cấu kiện công trình của loại vật liệu này còn chưa được nghiên cứu đầy đủ dẫn đến việc ứng dụng loại tài nguyên này còn nhiều hạn chế. Vì vậy, đề tài tập trung nghiên cứu ứng xử cơ học vật liệu bê tông sử dụng cốt liệu lớn tái chế (BTCLTC) từ CTRXD, nhằm đánh giá khả năng ứng dụng bê tông tái chế (BTTC) trong kết cấu chịu lực trong công trình xây dựng. Việc tái sử dụng làm giảm áp lực của lượng lớn CTRXD phát thải ra môi trường, giảm nguyên nhân gây ô nhiễm và các tác động ảnh hưởng xấu đến cuộc sống con người đồng thời cung cấp ra thị trường xây dựng lượng lớn vật liệu tái chế đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật nhằm giảm khai thác tài nguyên thiên nhiên và tạo ra giá trị gia tăng cho sản phẩm vật liệu có hàm lượng khoa học giá trị cao. 2. Cơ sở khoa học Trên thế giới, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện nhằm xác định các tính chất cơ lý của vật liệu bê tông chế tạo bằng cốt liệu tái chế từ CTRXD. Nghiên cứu của Tam và cộng sự (2015) [137] đã tổng hợp các kết quả nghiên cứu thu được từ hơn 26 nghiên cứu được thực hiện trước đó, chỉ ra rằng cốt liệu lớn tự nhiên (CLLTN) có thể được thay thế bằng cốt liệu lớn tái chế (CLLTC), với các tỷ lệ thay thế thường dùng là 30%, 50%, 70% và đến 100%. Nghiên cứu của Silva và cộng sự (2014) [132][133] cũng chỉ ra rằng cường độ cơ học của bê tông tái chế phụ thuộc vào chất lượng của cốt liệu tái chế (cốt liệu lớn, cốt liệu nhỏ) và hàm lượng sử dụng. Ở Việt Nam, những mục tiêu cụ thể về quản lý, thu gom và tái chế CTRXD đã được cụ thể trong Chiến lược quốc gia [8]. Hiện nay, mới chỉ có tiêu chuẩn TCVN 11969:2018 [8] về CLLTC cho bê tông. Tuy nhiên, sự không đầy đủ của hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật liên quan đến vật liệu tái chế, cũng như tư duy BTCLTC có chất
4 lượng thấp đã ăn sâu vào suy nghĩ của người dân, dẫn đến việc ứng dụng các loại cốt liệu tái chế, trong đó có CLLBTTC vào công trình thực tế là rất hạn chế. Trong thời gian vừa qua, một số các nghiên cứu về hiện trạng quản lý và thành phần của CTRXD đã được thực hiện [75][113][114][19][17], tuy nhiên các nghiên cứu khoa học về vật liệu tái chế và đặc biệt ứng xử của kết cấu BTTC chưa thực sự được quan tâm thực hiện. Do đó, nghiên cứu này tập trung nghiên cứu phương pháp nghiền CTRXD thành cốt liệu bê tông tái chế, từ đó nghiên cứu tính chất cơ lý, sự làm việc theo thời gian của vật liệu này và khả năng làm việc của kết cấu cột BTCT chịu lực điển hình. 3. Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu sự phát triển một số tính chất cơ lý của bê tông sử dụng cốt liệu bê tông tái chế với các hàm lượng thay thế khác nhau. - Nghiên cứu ứng xử nén của cột bê tông cốt thép chế tạo bằng bê tông sử dụng cốt liệu tái chế. So sánh ứng xử cơ học của cột bê tông cốt liệu tái chế với cột bê tông cốt thép thông thường. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Bê tông từ quá trình phá dỡ các công trình xây dựng được nghiền theo quy trình thiết kế cho máy nghiền được lắp ráp tại Việt Nam. Các hạt cốt liệu tái chế trong nghiên cứu này có đường kính từ 5 đến 20 mm, đường kính cốt liệu lớn nhất là 20 mm. Bê tông tái chế được thiết kế có cấp độ bền nén B30 và thí nghiệm lần lượt ở 3, 7, 14, 28, 60, 90, 120, 150, 180 và 360 ngày tuổi, với các tỷ lệ thay thế cốt liệu lớn tự nhiên theo khối lượng lần lượt là r = 0%; 50%; 100%. Cốt liệu tái chế được dùng cho thí nghiệm cột với kích thước 200 x 200 x 880 mm và hạm lượng cốt liệu tái chế thay thế của cột là r = 0%; 50%; 100%. Cột được thí nghiệm chịu nén đúng tâm nhằm nghiên cứu ứng xử và khả năng chịu lực của cấu kiện cột bê tông cốt liệu tái chế so với cột bê tông cốt liệu tự nhiên (BTCLTN).
5 5. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết: Dựa trên các tài liệu nghiên cứu để thực hiện nghiên cứu tổng quan về đề tài luận án. - Nghiên cứu thực nghiệm: Luận án được thực hiện chủ yếu bằng phương pháp thực nghiệm. Các kết quả chính thu được từ các thí nghiệm được thực hiện trên các mẫu thử bê tông và các cấu kiện cột bê tông cốt thép. 6. Những đóng góp mới của luận án - Chứng minh được tính khả thi của việc chế tạo bê tông có cường độ trung bình mẫu trụ tới 40 MPa sử dụng cốt liệu lớn tái chế (CLLTC) từ chất thải rắn xây dựng (CTRXD) trong điều kiện Việt Nam; - Cung cấp bộ số liệu thực nghiệm về các đặc trưng cơ lý cơ bản của bê tông CLLTC từ CTRXD với các tỷ lệ thay thế cốt liệu lần lượt là 0, 50 và 100%, bao gồm: cường độ chịu nén, mô đun đàn hồi tại các tuổi 3, 7, 14, 28, 60, 90 và 360 ngày, từ đó đề xuất mối quan hệ toán học giữa các đại lượng này theo thời gian; đường cong quan hệ ứng suất - biến dạng; biến dạng co ngót và từ biến; - Đã nghiên cứu thực nghiệm về sự làm việc của cột BTCT chịu nén đúng tâm sử dụng bê tông CLLTC từ CTRXD. Kết quả nghiên cứu này có ý nghĩa thực tiễn khi chứng minh được khả năng ứng dụng CLLTC trong kết cấu công trình ở Việt Nam. 7. Cấu trúc của luận án Luận án gồm có phần mở đầu, bốn chương nội dung, phần kết luận và danh mục tài liệu tham khảo. - Phần mở đầu: Trình bày lý do chọn đề tài, cơ sở khoa học, mục tiêu nghiên cứu, đối tượng và phạm vi nghiêm cứu, nội dung nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu và cấu trúc của luận án. - Chương 1: Trình bày nghiên cứu tổng quan về chất thải rắn xây dựng và các đặc tính cơ học của bê tông sử dụng cốt liệu bê tông tái chế.