Nghiên cứu sử dụng vỏ sò để thay thế một phần cốt liệu lớn trong bê tông

Chia sẻ: Bigates Bigates | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

54
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nghiên cứu này giúp tiếp cận ứng xử của bê tông trộn với vỏ sò, và xác định tỷ lệ tối ưu của hỗn hợp trộn. Kết quả cho thấy rằng vỏ sò có thể được khuyến nghị làm vật liệu thay thế đá trong hỗn hợp trộn bê tông, đặc biệt là ở các khu vực ven biển và gần nước ngọt nơi vỏ sò được phát hiện là rác thải.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu sử dụng vỏ sò để thay thế một phần cốt liệu lớn trong bê tông

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VỎ SÒ ĐỂ THAY THẾ MỘT PHẦN CỐT LIỆU LỚN TRONG BÊ TÔNG Hồ Thanh Nam, Nguyễn Quốc Ái, Nguyễn Minh Đức Khoa Xây dựng, Trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh GVHD: TS. Hà Minh Tuấn TÓM TẮT Mối quan tâm ngày càng tăng về sự cạn kiệt tài nguyên và ô nhiễm toàn cầu đã dẫn đến việc phát triển các vật liệu mới dựa vào các nguồn tài nguyên tái tạo. Nhiều sản phẩm phụ được sử dụng làm cốt liệu cho bê tông. Vỏ sò có thành phần chủ yếu là canxi và kết cấu thô nên nó thích hợp để sử dụng làm vật liệu thay thế một phần cốt liệu thô, mang lại một giải pháp thay thế kinh tế cho các vật liệu thông thường như sỏi. Nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện trên bê tông thông thường và hỗn hợp vỏ sò với bê tông. Tỷ lệ vỏ sò dao động từ 3% đến 11%. Các tính chất cơ học của bê tông như cường độ nén, cường độ kéo, cường độ uốn và khả năng làm việc được đánh giá. Nghiên cứu này giúp tiếp cận ứng xử của bê tông trộn với vỏ sò, và xác định tỷ lệ tối ưu của hỗn hợp trộn. Kết quả cho thấy rằng vỏ sò có thể được khuyến nghị làm vật liệu thay thế đá trong hỗn hợp trộn bê tông, đặc biệt là ở các khu vực ven biển và gần nước ngọt nơi vỏ sò được phát hiện là rác thải. Từ khóa: vỏ sò, cường độ chịu nén, độ sụt, vật liệu thay thế đá. 1 MỞ ĐẦU Thành phần cơ bản của bê tông là xi măng, cốt liệu mịn (cát), cốt liệu thô (đá granit dăm) và nước. Do đó, tổng chi phí sản xuất bê tông phụ thuộc phần lớn vào sự sẵn có của các thành phần và các chất phụ gia được lựa chọn. Trong thế hệ hiện nay khi dân số tăng nhanh, ngành xây dựng liên tục phát triển đã đặt ra khả năng cạn kiệt cốt liệu tự nhiên trong tương lai, điều này sẽ làm tăng chi phí vật liệu bê tông. Vì vậy nhu cầu thay thế cốt liệu hiện nay đang là mối quan tâm ngày càng tăng để đáp ứng nhu cầu về cốt liệu trong các kết cấu. Các nghiên cứu gần đây tập trung vào chất thải sẵn có tại địa phương được sử dụng làm cốt liệu. Một trong những chất thải đó là vỏ sò thu được từ các khu vực ven biển, hồ nước ngọt và các khu vực ven sông. Vỏ sò là một lớp bảo vệ cứng, một bộ xương ngoài bằng vôi bao bọc, nâng đỡ và bảo vệ các bộ phận mềm của động vật (nhuyễn thể). Khi chúng lớn lên, các vỏ tăng kích thước và trở thành một vỏ bọc chắc chắn cho động vật thân mềm bên trong. Vỏ sò chính của động vật thân mềm bao gồm, hai mảnh vỏ như trai, sò điệp và sò huyết. Vỏ cứng được coi là chất thải, được tích tụ ở nhiều nơi ở vùng ven biển, khi đổ bỏ và không được xử lý có thể gây ra mùi khó chịu và ảnh hưởng đến tầm nhìn xung quanh. Ngoài ra, kết cấu bề mặt cốt liệu ảnh hưởng đến sự liên kết giữa cốt liệu và hồ xi măng trong bê tông đã đ ng cứng. Nhiều nhà nghiên cứu đã nghiên cứu các đặc tính kỹ thuật của vỏ, cốt liệu vỏ sò nghiền nát và tro vỏ sò trong quá khứ. Adewuyi và cộng sự (2008) kết luận rằng cường độ của bê tông vỏ ốc mỡ 768
được xác định dựa trên các đặc tính của vỏ và tỷ lệ phần trăm thay thế khác nhau. Bê tông với 35,4% và 42,5% vỏ ốc vẫn có thể cung cấp các giá trị cường độ chịu nén tối thiểu ở 28 ngày tuổi là 21 N/mm2 và 15 N/mm2 cho hỗn hợp bê tông 1: 2: 4 và 1: 3: 6, tương ứng. Nghiên cứu này khảo sát sự thay đổi các tính chất cơ học của bê tông bằng cách thay đổi tỷ lệ vỏ sò thay thế đá trong hỗn hợp trộn. Vỏ sò biển được lấy từ vùng biển ở Bình Thuận, sau đó được rửa sạch, xấy khô và được sử dụng thay thế cho đá trong hỗn hợp trộn với phần trăm thay thế thay đổi từ 0% (mẫu đối chứng), 3%, 5%, 7%, 9%, và 11%. Các thí nghiệm đo độ sụt, nén, uốn mẫu bê tông được thử nghiệm để khảo sát các tính chất cơ học như độ sụt, cường độ chịu nén, cường độ chịu uốn. Từ các kết quả thu được, nghiên cứu đưa ra khuyến nghị về hàm lượng vỏ sò tối ưu làm cốt liệu thô. 2 NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 2.1 Nguyên vật liệu Xi măng được sử dụng trong nghiên cứu là PC40 Xi măng Hà Tiên. Các đặc tính của xi măng là trọng lượng riêng là 2,89, độ đặc bình thường là 28%, thời gian đ ng kết ban đầu và cuối cùng lần lượt là 27 phút và 535 phút. Trong nghiên cứu này, cốt liệu nhỏ là cát được sấy khô và sàng qua mắt sàng 2mm. Cốt liệu thô là đá và vỏ sò. Trong đó, đá có kích thước danh nghĩa là 10 - 20 mm. Vỏ sò là rác thải thu được từ bãi biển Ngãnh Tam Tân (xã Tiên Tiến, thị xã Lagi, tỉnh Bình Thuận), đó là rác thải biển của ngư dân địa phương. Vỏ sò bao gồm ba lớp bên ngoài, lớp trung gian và lớp trong, lớp ngoài được tạo thành từ vật liệu canxit trong khi lớp bên trong được biết đến với tên gọi khác là xà cừ, được tạo thành từ canxi cacbonat. Vì 95% canxi cacbonat có trong vỏ sò nên nó có độ bền gần bằng cốt liệu thô. Các vỏ sò được đập nhỏ có kích thước 10-20 mm đã được sàng và sử dụng (Hình 1). Hình 1. Vỏ sò được nghiền, sàng, sấy khô có kích thước 10-20 mm 2.2 Phương pháp thí nghiệm Các thử nghiệm sau đây được thực hiện trên bê tông thông thường và bê tông có thay thế một phần vỏ sò làm cốt liệu thô với tỷ lệ phần trăm khác nhau. Bê tông được trộn bằng máy trộn bê tông thông dụng, với cấp phối vật liệu tương ứng vơi bê tông M250. Cốt liệu thô cho nghiên cứu này là hỗn hợp của sỏi và vỏ sò, nghiên cứu thay thế vỏ sò lần lượt cho mỗi lần trộn theo tỷ lệ phần trăm 0%, 3%, 5%, 7%, 9% và 11% so với khối lượng của đá. Sau khi trộn bê tông, thí nghiệm tra độ sụt của bê tông được thực hiện cho mỗi lần trộn ứng với mỗi cấp độ % thay thế vỏ sò (Hình 2). Mỗi mẻ trộn bê tông lấy 6 mẫu bê tông lập phương 150x150x150(mm). Như vậy tổng cộng có tất cả 36 mẫu bê tông lập phương qua các lần thay thế % (0%, 3%, 5%, 7%, 9% và 11%.). Sau 24h kể từ khi đúc, mẫu được lấy ra khỏi khuôn mẫu và bảo dưỡng bằng cách ngâm nước (Hình 3). Quá trình đóng rắn được thực 769
hiện ở nhiệt độ phòng thí nghiệm. Mẫu bê tông bảo dưỡng được lấy ra sau 7 ngày và 28 ngày kể từ ngày đúc và được làm khô ở nhiệt độ phòng trong 2 giờ trước khi thử nghiệm. Sau đó ta tiến hành thí nghiệm kiểm tra khả năng chịu nén của mẫu bê tông (Hình 4). Sau khi có kết quả nén, nhóm nghiên cứu chọn lọc được mẫu thay thế tối ưu để tiến hành thử nghiệm xác định mô đun đàn hồi và cường độ chịu uốn của bê tông. Hình 2. Thí nghiệm kiểm tra độ sụt Hình 3. Ngâm bảo dưỡng mẫu bê tông Hình 4. Thí nghiệm nén mẫu bê tông lập phương, và mẫu bê tông vỏ sò sau khi nén 3 KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT 3.1 Độ sụt Hình 5 cho thấy độ sụt của bê tông giảm khi tỷ lệ vỏ sò được thêm vào khi thay thế một phần cốt liệu thô trở nên cao hơn. Khi thay thế 11% vỏ sò, hỗn hợp bê tông có độ đặc rất thấp và khó trộn đẫn đến độ sụt rất thấp. Nói cách khác, khi lượng vỏ sò được thêm vào tăng lên, vật liệu dạng thô này làm cho hỗn hợp trộn trở nên cứng hơn, khó trộn hơn do đó có giá trị độ sụt thấp hơn. Điều này có lẽ được cho là do sự thay đổi trong kết cấu của vỏ sò thô hơn cốt 770
liệu tự nhiên do các đường gân xuyên tâm đối xứng chạy trên vỏ ngoài. Bề mặt gồ ghề tạo ra nhiều ma sát hơn, do đó làm giảm độ lưu động của hỗn hợp chứa tỷ lệ vỏ sò cao hơn. Hình 5. Sự ảnh hưởng của Độ sụt của bê tông khi thay đổi hàm lượng vỏ sò 35 30 Cường độ chịu nén (MPa) 25 20 15 10 5 0 0% 3% 5% 7% 9% 11% Phần trăm vỏ sò thay thế Cường độ chịu nén của mẫu bê tông sau 28 ngày Cường độ chịu nén của mẫu bê tông sau 7 ngày Hình 6. Sự thay đổi cường độ chịu nén của bê tông sau 7 ngày và 28 ngày 3.2 Cường độ chịu nén của mẫu bê tông lập phương Thí nghiệm nén mẫu bê tông lập phương được thực hiện trên các mẫu ở ngày tuổi thứ 7 và thứ 28. Sự thay đổi cường độ chịu nén ứng với lượng thay thế vỏ sò được thể hiện ở Hình 6. Đối với mẫu bê tông thường (không thay thế vỏ sò), cường độ chịu nén của bê tông thu được là 19,36 MPa ở 7 ngày tuổi và 27,83 MPa ở 28 ngày tuổi. Khi thay thế vỏ sò từ 3%-5% thì cường độ chịu nén của bê tông thay đổi với giá trị lớn nhất khi tỷ lệ thay thế là 3% và lớn hơn cường độ mẫu bê tông thường, sau đó cường độ chịu nén giảm dần khi phần trăm thay thế vỏ sò đạt đến 11%. Cụ thể là, khi thay thế 3% khối lượng đá bằng vỏ sò biển, cường độ 771
chịu nén thu được là 21,04 MPa ở 7 ngày tuổi và 29,56 MPa ở ngày tuổi thứ 28, cao hơn cường độ của bê tông thường lần lượt là 8,7% và 6,2%. Do đó, trong nghiên cứu này, phần trăm tối ưu thay thế của vỏ sò cho độ bền nén là 3%. Điều này có thể được giải thích dựa trên giả thiết bề mặt phía trên của vỏ sò nhám hơn cốt liệu tự nhiên giúp cải thiện độ liên kết và tăng ma sát giữa các hạt, từ đó giúp tăng cường độ nén của bê tông. 3.3 Cường độ chịu uốn của dầm bê tông cốt vỏ sò Để khảo sát ảnh hưởng của phần trăm thay thế đá bằng vỏ sò đến cường độ chịu uốn của dầm bê tông vỏ sò, hai mẫu dầm bê tông có chiều dài 600mm và kích thước mặt cắt ngang 150mm x 150mm được chế tạo. Trong đó, một dầm được chế tạo với cấp phối vật liệu tương ứng vơi bê tông M250 (mẫu 0%), một dầm có sự thay thế 5% khối lượng đá bằng vỏ sò trong cấp phối vật liệu (mẫu 5%). Sau chế tạo, hai mẫu dầm được bảo dưỡng trong điều kiện phòng thí nghiệm đến 28 ngày tuổi trước khi được uốn phá hoại để xác định cường độ chịu uốn. Hình 7 thể hiện sơ đồ uốn 4 điểm và cách bố trí thí nghiệm trên 2 mẫu dầm. Kết quả thí nghiệm được thể hiện ở Hình 8. Dựa vào Hình 8, mẫu 0% và mẫu 5% lần lượt bị phá hoại ở cấp tải 29,76kN và 31,2kN. Qua đó, khi thay thế 5% khối lượng của đá trong cấp phối bê tông bằng vỏ sò cường độ chịu uốn của mẫu 5% thu được từ thí nghiệm cao hơn mẫu 0% (cấp phối chuẩn) khoảng 4,8%. Thêm vào đó, đường biểu diễn quan hệ giữa tải (load) và bước gia tải (Load stroke) của các mẫu dầm có xu hướng giống nhau ở cấp tải dưới 15kN và khác biệt khi tăng tải lớn hơn 15kN. Trong nghiên cứu này, hai dầm được gia tải với cùng tốc độ gia tải. Hình 7. Cách sắp xếp thí nghiệm uốn 4 điểm 35 Mẫu 0% 30 Mẫu 5% 25 Load (kN) 20 15 10 5 0 0 50 100 150 200 250 Loading stroke Hình 8. Kết quả thí nghiệm uốn 4 điểm 772
4 KẾT LUẬN Nghiên cứu này khảo sát sự thay đổi các tính chất cơ học của bê tông bằng cách thay đổi tỷ lệ vỏ sò thay thế đá trong hỗn hợp trộn. Kết quả thu được từ nghiên cứu này như sau: - Độ sụt của bê tông giảm khi tỷ lệ vỏ sò được thêm để thay thế một phần cốt liệu thô trở nên cao hơn. - Khi tỷ lệ thay thế đá bằng vỏ sò đạt 3%, cường độ chịu nén của bê tông đạt giá trị lớn nhất và lớn hơn cường độ mẫu bê tông thường, sau đó cường độ chịu nén giảm dần khi phần trăm thay thế vỏ sò đạt đến 11%. - Khi tỷ lệ thay thế đá bằng vỏ sò đạt 5%, cường độ chịu uốn của mẫu dầm bê tông cao hơn mẫu 0% (cấp phối chuẩn) khoảng 4,8%. LỜI CẢM ƠN Nhóm nghiên cứu xin được gửi lời cảm ơn đến Khoa Xây dựng, Trường ĐH Công nghệ TP.HCM và Thầy Nguyễn Ngọc Quảng đã tạo điều kiện cho nhóm thực hiện các thí nghiệm trong nghiên cứu này. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Adewuyi AP, Adegoke T (2008) Exploratory Study of Periwinkle Shells as Coarse Aggregates in [2] Concrete Works. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 3(6): 1-5. 773