Nghiên cứu tính khả thi của kết hợp xà bần và thủy tinh phát quang thay thế cát vữa trong xây dựng

Chia sẻ: Mộ Dung Vân Thư | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

6
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết "Nghiên cứu tính khả thi của kết hợp xà bần và thủy tinh phát quang thay thế cát vữa trong xây dựng" trình bày những kết quả nghiên cứu về việc sử dụng xà bần kết hợp với thủy tinh phát quang để chế tạo ra vữa trang trí sử dụng trong xây dựng. Vật liệu mới này nhằm tạo ra vật liệu xanh tiết kiệm nguồn nhiên liệu, tận dụng được nguồn xà bần thải ra ngoài môi trường và bảo vệ môi trường không bị ô nhiễm. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu tính khả thi của kết hợp xà bần và thủy tinh phát quang thay thế cát vữa trong xây dựng

NGHIÊN CỨU TÍNH KHẢ THI CỦA KẾT HỢP XÀ BẦN VÀ THUỶ TINH PHÁT QUANG THAY THẾ CÁT VỮA TRONG XÂY DỰNG Cao Ngọc Thạch*, Nguyễn Tấn Thành, Nguyễn Văn Đoan, Đào Nguyễn Thanh Bình Khoa Xây dựng, Trường Đại học Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh GVHD: TS. Hà Minh Tuấn TÓM TẮT Trong những năm gần đây, nguồn xà bần thải ra môi trường từ các công trình xây dựng là rất nhiều. Nguồn xà bần được thải ra hầu như không có cách xử lý tạo nên các bãi tập kết xà bần gây ô nhiễm môi trường. Thêm vào đó, rác thải thuỷ tinh cũng đang là vấn đề môi trường nghiêm trọng ở các quốc gia, đặc biệt là Việt Nam. Bài nghiên cứu này này trình bày những kết quả nghiên cứu về việc sử dụng xà bần kết hợp với thuỷ tinh phát quang để chế tạo ra vữa trang trí sử dụng trong xây dựng. Vật liệu mới này nhằm tạo ra vật liệu xanh tiết kiệm nguồn nhiên liệu, tận dụng được nguồn xà bần thải ra ngoài môi trường và bảo vệ môi trường không bị ô nhiễm. Từ khóa: thủy tinh phát quang, vữa trang trí, vật liệu xanh 1. MỞ ĐẦU Trên thế giới, việc nghiên cứu sử dụng vật liệu tái chế để thay thế cho cốt liệu trong hỗn hợp trộn bê tông cũng thu hút được nhiều nhà nhiên cứu trong thời gian gần đây (Kunitomi và cộng sự, 2015; Torii và cộng sự, 2016; Ha và cộng sự, 2017; Ha và cộng sự, 2019) và đạt được những thành tựu nhất định. Nổi bật trong đó là các nghiên cứu sử dụng vật liệu tái chế là xỉ lò cao, tro bay thay thế cho xi măng trong hỗn hợp trộn bê tông. Trong những năm vừa qua, việc nghiên cứu tận dụng rác thải công nghiệp trong lĩnh vực xây dựng đang thu hút nhiều nhà nghiên cứu trong nước. Nhiều công trình nghiên cứu tái chế vật liệu xanh để thay thế cốt liệu lớn nhỏ trong xây dựng như tận dụng hỗn hợp phụ gia silica fume và tro bay chế tạo bê tông chất lượng siêu cao (Nguyễn và cộng sự, 2013), chế tạo bê tông từ Polyme (Ngô và cộng sự, 2017), tận dụng thủy tinh để sản xuất bê tông (Huỳnh, 2018), tái sử dụng bột nhựa thải trong sản xuất bo mạch điện làm gạch bê tông xây dựng (Ngô, 2018), chế tạo bê tông đầm lăn từ xỉ thép (Nguyễn, 2018), chế tạo hạt nhẹ từ phế thải phá dỡ công trình (Nguyễn và cộng sự, 2019), tận dụng muội than đen và xỉ lò cao nghiền mịn làm tăng khả năng tự cảm biến của bê tông (Đỗ và cộng sự, 2019). Dựa vào các nghiên cứu trong nước và ngoài nước, ta thấy tính khả thi trong việc áp dụng các rác thải công nghiệp để thay thế một hoặc hoàn toàn thành phần trong vữa. Trong đó, việc áp dụng thuỷ tinh phát quang để thay thế cát trong hỗn hợp vữa xi măng là hoàn toàn khả thi mặc dù vẫn còn bị hạn chế về cường độ nén. Ngoài ra, việc sử dụng xà bần để thay thế cát lại làm tăng cường độ nén. Do đó, nghiên cứu này khảo sát khả năng và hiệu quả của việc thay thế xà bần cho cốt liệu nhỏ trong hỗn hợp trộn của vữa xi măng kết hợp với thuỷ tinh phát quang. 714
2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 2.1 Nguyên vật liệu  Cát Trong nghiên cứu lần này loại cát được dùng là loại cát được sử dụng phổ biến nhiều trong thi công để đổ bê tông, mẫu vữa là cát vàng (Hình 1(a)). Đặc điểm của loại cát này là chúng có màu vàng đặc trưng, sử dụng loại cát này làm cho việc đổ bê tông, mẫu vữa nhanh cứng. Cát được mua từ cửa hàng vật liệu xây dựng. Khối lượng riêng của cát và khoảng 2500 kg/m3.  Xi măng Nghiên cứu này sử dụng loại xi măng PCB40 (Hình 1(b)), có nhiều điểm vượt trội, phù hợp với nhiều dạng công trình xây dựng như: cầu đường, nhà cao tầng, nhà dân dụng. Xi măng được mua loại của công ty Star Max, đảm bảo hạn sử dụng của xi măng dưới 3 tháng và đạt yêu cầu kĩ thuật theo TCVN 2682:2009 về Xi măng Poóc-lăng - Yêu cầu kỹ thuật.  Xà Bần Thực tế, xà bần được lấy từ các công trình xây dựng có sự thay đổi nhiều về chất lượng và độ ổn định. Chất lượng xà bần sẽ ảnh hưởng đến các tính chất cơ lý của vữa xi măng. Nghiên cứu tập trung chỉ khảo sát ảnh hưởng của phần trăm thay thế xà bần đến cường độ chịu nén và uốn của vữa xi măng. Do đó, nguồn vật liệu xà bần được kiểm soát về chất lượng. Cụ thể, vật liệu xà bần dùng cho nghiên cứu được lấy từ những mẫu xi măng kết hợp với nước với tỉ lệ 0.5. Sau khi trộn, các mẫu xà bần sẽ được đổ vào khuôn vữa có kích thước 40mm x 40mm x 160mm. Sau 24 giờ, các mẫu sẽ được tháo khuôn và bảo dưỡng trong môi trường nước trong ít nhất 28 ngày. Sau đó, các mẫu sẽ được nghiền nhỏ và dùng để thay thế cát trong các mẫu vữa (Hình 1(c)).  Nước Nước trộn và bảo dưỡng bê tông sử dụng nước sinh hoạt trong phòng thí nghiệm (Hình 1(d)), không chứa ván dầu hoặc ván mỡ, lượng hợp chất hữu cơ không vượt quá 15mg/l. Có độ pH không nhỏ hơn 4 và không lớn hơn 12.5, nước đạt tiêu chuẩn TCVN 4506:2012 Nước trộn bê tông và vữa – Yêu cầu kỹ thuật.  Thuỷ tinh Do để tối giản cho việc nghiên cứu, thuỷ tinh sử dụng trong nghiên cứu này có hình dạng cầu dẹp (Hình 1(e)) với đường kính vào khoảng 2 cm và khối lượng riêng vào khoảng 2450 kg/m3. Nguyên nhân của sự lựa chọn trên nhằm đạt được sự đồng bộ về hình dạng của thuỷ tinh cũng như tăng độ sáng và tính thẩm mĩ cho vữa thuỷ tinh phát quang.  Bột phát quang Bột phát quang sử dụng trong nghiên cứu là loại bột phốt – pho SrAl2O4:Eu2+/Dy3+ (Hình 1(f)) với kích cỡ hạt vào khoảng 20~40 µm có màu xanh ánh vàng. Đây là loại bột phát quang tốt nhất trên thị trường, thường xuyên được sử dụng trong các vật dụng phát quang. Thời gian phát quang sau khi tắt sáng là khoảng 12 giờ với cường độ sáng duy trì là 0.41 cd/m2. 715
(a) (b) (c) (d) (e) (f) Hình 1. Vật liệu được sử dụng để làm vữa thủy tinh phát quang 2.2 Phương pháp thí nghiệm Quy trình nghiên cứu được chia làm 2 bước: Bước 1: Đầu tiên, xà bần sẽ được chuẩn bị. Sau đó, xà bần sẽ được dùng để thay thế cát với các hàm lượng khác nhau trong vữa thông thường. Các mẫu vữa xà bần – xi măng sẽ được trộn với 3 tỉ lệ Nước/Xi măng 0.5. Sau đó, các các thí nghiệm xác định cường độ uốn và nén của các mẫu theo các ngày tuổi sẽ được xác định. Dựa trên kết quả, chúng ta có thể xác định ảnh hưởng của hàm lượng của xà bần và tỉ lệ N/XM lên cường độ của vữa. Cuối cùng, ta có thể xác định được hàm lượng xà bần thay thế cát tối ưu. Bước 2: Đầu tiên thuỷ tinh phát quang sẽ được chuẩn bị. Sau đó, dựa trên kết quả của bước 1, vữa thuỷ tinh phát quang sẽ được chuẩn bị trong đó xà bần và thuỷ tinh phát quang sẽ thay thế những hàm lượng nhất định của cát. Mẫu vữa thành phẩm sẽ trải qua các thí nghiệm về đặc tính cơ lý như: độ chảy xoè, cường độ nén và uốn và các thí nghiệm về đặc tính phát quang: cường độ sáng ban đầu, thời gian phát quang, độ bền chất phát quang… 3. KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT 3.1 Vữa xà bần-xi măng Sự thay đổi của cường độ uốn và cường độ nén của các mẫu vữa với tỉ lệ N/XM 0.5 với 20% và 40% xà bần qua 7 ngày, 14 ngày và 28 ngày được thể hiện ở Hình 2. Với kết quả như trên ta có thể thấy rằng khi thay thế cát bằng xà bần với tỉ lệ dưới 40% sẽ cải thiện cường độ nén và uốn của vữa. Kết quả này tương thích với kết quả tìm được của Ren và đồng tác giả (2020). Nguyên nhân là do trong xà bần vẫn còn tồn tại một phần nhỏ (khoảng 5~10%) xi măng chưa hoàn toàn thuỷ hoá và sẽ tiếp tục thuỷ hoá khi được tái trộn lại với nước và xi măng mới. Từ đó dẫn đến tăng lên về cường độ nén. Ngoài ra, khi lượng xà bần vượt quá 40% thì sẽ dẫn đến sự sụt giảm về mặt cường độ nguyên nhân là do sự liên kết giữa xi măng mới thuỷ hoá và xà bần yếu hơn cát (2020). Từ đó ta có thể dùng xà bần thay thế cát với khối lượng dưới 40%. 716
(a) Cường độ chịu uốn (b) Cường độ chịu nén Hình 2: Ảnh hưởng của hàm lượng xà bần lên cường độ của mẫu vữa 0.5 theo ngày tuổi n. Vữa xà bần-thuỷ tinh phát quang i. Cường độ chịu uốn Cường độ chịu uốn 1 ngày của các mẫu vữa xà bần-thuỷ tinh phát quang được trình bày trong Hình 3(a) cường độ chịu uốn tăng theo tỉ lệ thay thế của cát bằng xà bần, lần lượt với các giá trị là 5.71%, 7.11% và 12.69% đối với các mẫu LM1, LM2, LM3. Kết quả này phù hợp với kết quả thu được ở Hình 2 chứng tỏ việc kết hợp với thuỷ tinh phát quang không làm ảnh hưởng khả năng tăng cường độ của xà bần đối với cát. Nguyên nhân là do một số hàm lượng xi măng chưa được thuỷ hoá trong xà bần sẽ tiếp tục thuỷ hoá và gia tăng độ liên kết. ii. Cường độ chịu nén Cường độ chịu nén 1 ngày của các mẫu vữa xà bần-thuỷ tinh phát quang được trình bày trong Hình 3(b). Khi tỉ lệ thay thế cát bằng xà bần dưới 20% thì cường độ nén của các mẫu LM1 và LM2 là tương tự với mẫu LM0. Cường độ nén của các mẫu lần lượt là: 25.5, 24.451, 25.518 kN/mm2. Khi tỉ lệ thay thế lớn hơn 20%, cường độ chịu nén của mẫu LM3 đạt được 28.486 kN/mm2, cao hơn 11% so với mẫu chuẩn LM0. Kết quả này cũng phù hợp với cường độ chịu nén các mẫu xà bần – xi măng (Hình 2) và cũng chứng tỏ thuỷ tinh phát quang không làm ảnh hưởng đến cường độ nén và uốn của các mẫu vữa xà bần – xi măng. Kết quả trên cũng cao hơn với kết quả thu được của Xiao và đồng tác giả (2022) khi cường độ nén trong 1 ngày là vào khoảng 18 kN/mm2. Lưu ý rằng trong bài nghiên cứu trên, Xiao và đồng tác giả (2022) sử dụng thuỷ tinh phát quang để thay thế hoàn toàn cho cát. 717
(a) Cường độ chịu uốn (b) Cường độ chịu nén Hình 3. Cường độ chịu uốn và chịu nén 1 ngày của các mẫu vữa xà bần-thuỷ tinh phát quang iii. Sự phát sáng Dù cho sự khác nhau về cường độ sáng ban đầu thì rõ ràng ánh sáng phát ra rất mạnh chỉ trong 50 giây đầu tiên kể từ khi rời nguồn sáng đối với cả thuỷ tinh và vữa xà bần – thuỷ tinh phát quang (Hình 4). Đến thời điểm 50 giây thì cường độ ánh sáng của các mẫu là như nhau và sau 150 giây thì cường độ sáng các mẫu giảm xuống nhỏ hơn 1 lux và đến sau 200 giây thì tất cả các mẫu đều ở bên dưới 0.2 lux và vượt quá khả năng đo đạc của máy cường độ ánh sáng. Tuy nhiên, cường độ sáng vẫn được duy trì ở trên ngưỡng nhận biết của mắt thường đến hơn 8 giờ kể từ khi cách ly khỏi nguồn sáng. Qua đó chứng minh khả năng ứng dụng của vữa xà bần – thuỷ tinh phát quang vào các công trình cầu đường về đêm. Hình 4: Độ tắt sáng của thuỷ tinh phát quang và vữa xà bần – thuỷ tinh phát quang 4. KẾT LUẬN Nghiên cứu này khảo sát tính khả thi của việc kết hợp xà bần và thuỷ tinh phát quang thay thế cho cát trong vữa nhằm tạo ra một loài vữa có khả năng hấp thụ ánh sáng mặt trời vào ban ngày và phát quang vào ban đêm. Ứng dụng của loại vật liệu mới này được dùng cho các công trình phụ của cầu đường đặc biệt là các đường cao tốc hoặc các tuyến đường ít người qua lại vào ban đêm. Ngoài ra, nghiên cứu này còn tiến hành tái chế hai loại rác thải hiện nay là xà bần và rác thuỷ tinh để tạo nên các công trình xây dựng. Ứng dụng loại vật liệu này không chỉ tạo nên một vật liệu xây dựng bền vững, còn góp phần giảm đi nguồn năng lượng điện tiêu thụ cho các công trình cầu đường cũng như tăng tính thẩm mỹ. 718
 Dựa trên kết quả thí nghiệm, kết quả cho thấy xà bần hoàn có thể thay thế cát sử dụng cho các công trình xây dựng. Hàm lượng thay thế là dưới 40% và tỉ lệ N/XM cần thiết là dưới 0.5.  Cường độ ánh sáng giảm nhanh chóng trong 50 giây đầu tiên và các mẫu đạt cùng cường độ sau 50 giây. Mẫu vẫn tiếp tục có thể phát quang cho đến sau 8 giờ. LỜI CẢM ƠN Nhóm nghiên cứu xin chân thành cảm ơn TS. Phạm Bá Tùng (GV Khoa Xây Dựng, Trường Đại học Nguyễn Tất Thành), đã giúp đỡ, gợi ý và góp ý cũng như cung cấp nhiều thông tin quý báu và tạo điều kiện cho nhóm trong quá trình thực hiện chuyên đề này. Ngoài ra nhóm cũng xin được gửi lời cảm ơn đặc biệt tới thầy ThS. Nguyễn Ngọc Quảng và Khoa Xây Dựng HUTECH đã tạo điều kiện thuận lợi nhất để nhóm có thể nghiên cứu và hoàn thành chuyên đề này. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Đỗ, X.S., Nguyễn, D.L., Vũ, T.B.N., Trần, M.P. 2019. Nghiên cứu dùng muội than đen và xỉ lò cao nghiền mịn trong việc cải thiện khả năng tự cảm biến của bê tông tính năng cao. Tạp Chí Khoa Học Công Nghệ Xây Dựng (KHCNXD) - ĐHXD, 13(4V), 151-158. 2. Ha, T. M., Fukada, S., & Torii, K. 2017. ‘Effects of fly ash on mechanical properties of PC girder using reactive andesite aggregates’. Journal of Advanced Concrete Technology 15(10): pp. 579– 594. 3. Ha, T. M., Ura, S., Fukada, S., & Torii, K. 2019. ‘Development and application of a highly durable precast prestressed concrete slab deck using fly ash concrete’, Structure and Infrastructure Engineering. 4. Huỳnh, T.M.D. 2018. Nghiên cứu thành phần cấp phối cốt liệu thủy tinh y tế để sản xuất bê tông. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật. 5. Kunitomi, Y., Ishii, A., Xin, J. & Torii, K. 2015. ‘Characteristic of load-bearing capacity of PC beams using ground granulated blast furnace slag by ASR accelerated exposure test’. J Prestressed Concr 57(3): pp. 68-74. 6. Nguyễn, C.T., Nguyễn, V.T., Phạm, H.H. & Nguyễn, T.L. 2013. Nghiên cứu chế tạo bê tông chất lượng siêu cao sử dụng hỗn hợp phụ gia khoáng silica fume và tro bay sẵn có ở Việt Nam. Khoa học Công nghệ Xây dựng 2013, số 2 tr.24-31. – 2013. 7. Nguyễn, H.P., Nguyễn, V.T., Nguyễn, C.T., Barbara Leydolph. 2019. Nghiên cứu chế tạo hạt nhẹ từ phế thải phá dỡ công trình xây dựng ở Việt Nam. Tạp Chí Khoa Học Công Nghệ Xây Dựng (KHCNXD) - ĐHXD, 13(1V), 1-10. 8. Nguyễn, Q.P., Nguyễn, V.L. 2018. Sử dụng xỉ thép chế tạo bê tông đầm lăn ứng dụng trong xây dựng đường giao thông ở Việt Nam. KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 63. 9. Ngô, H. 2017. Vì sao bê tông Polyme được gọi là bê tông “xanh”. . 719
10. Ngô, T.T.D. 2018. Nghiên cứu tái sử dụng bột nhựa thải từ quá trình sản xuất bo mạch điện từ làm gạch bê tông xây dựng. Tạp chí Khoa học công nghệ và Thực phẩm 14. 11. Ren P, Li B, Yu J-G, Ling T-C, ‘Utilization of recycled concrete fines and powders to produce alkali-activated slag concrete blocks’. Journal of Cleaner Production (2020) 12. Torii, K., Kubo, T., Sannoh, C., & Kanitani, M. 2016. ‘The alkalisilica reactivity of andesitic river aggregates and ASR mitigating effect by using fine fly ashes’. In H. M. Bernardes & N. P. Hasparyk (Eds.), 15th International Conference on Alkali-Aggregate Reaction, Sao Paulo, Brazil. 13. Xiao, Y., Pham, B.T., Guo, M.Z., Ling, T.C, ‘Use of luminescent-glass aggregates for the production of decorative architectural mortar’. Journal of Building Engineering (2022) 720